СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
METHOD (OPTIONS) AND SYSTEM FOR ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к способам и системе для управления давлением в системе двигателя с наддувом.
Уровень техники/ краткое описание изобретения
В системах двигателя могут использоваться наддувные устройства, например, турбонагнетатели или нагнетатели воздуха, предназначенные для создания форсированного воздушного заряда и улучшения показателей пиковой выходной мощности, топливной экономичности и токсичности выбросов. В турбонагнетателях может использоваться турбина с изменяемой геометрией (ТИГ), в которой лопасти крыльчаткой турбины (или лопатки) регулируют с целью изменения давления наддува и выпускного давления. Положение лопастей крыльчатки в ТИГ может регулироваться на основании множества факторов, в числе которых скорость вращения двигателя, затребованный крутящий момент, требуемое время отклика, топливная экономичность, давление во впускном и в выпускном коллекторе, требования к токсичности выбросов. Регулирование ТИГ путем изменения аспектного отношения турбонагнетателя делает возможным снижение потерь на прокачку.
Один пример подхода к регулированию геометрии ТИГ представлен Бакландом (Buckland) и др. в патенте США 6,672,060. В нем регулирование геометрии ТИГ осуществляется посредством контура управления с обратной связью с учетом разности между фактическим давлением во впускном коллекторе и целевым давлением во впускном коллекторе.
Однако авторы настоящего изобретения увидели потенциальные недостатки вышеприведенного подхода. Например, может оказаться невозможным достижение оптимального баланса между работой прокачки и появлением скачков выпускного давления. В частности, в переходных режимах работы двигателя и при выходе из режима холостого хода, например, при нажатиях на педаль акселератора и отпусканиях педали акселератора, могут иметь место скачки выпускного давления, вызванные быстрыми изменениями потока газов в выпускной коллектор без соответствующего изменения потока газов из выпускного коллектора, в результате чего давление в выпускном коллекторе возрастает. Соответственно, может наблюдаться и увеличение разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором. Как правило, управление давлением во впускном коллекторе и выпускном коллекторе осуществляется на основании давления во впускном коллекторе, которое реагирует на изменения и возмущения более медленно по сравнению с давлением в выпускном коллекторе (из-за большего объема впускного коллектора в сравнении с объемом выпускного коллектора и из-за того, что возмущения, например, изменения в подаче топлива, вначале влияют на выпускной коллектор и лишь затем достигают впускного коллектора). В таких обстоятельствах корректировка исполнительного устройства ТИГ (или исполнительного устройства в системе рециркуляции отработавших газов) с целью увеличения оттока из выпускного коллектора не произойдет до тех пор, пока не будет обнаружен рост впускного давления, а за это время выпускное давление может быстро увеличиться до неприемлемых уровней. Возникающие при этом высокое давление и скачки давления в выпускном коллекторе приводят к росту перепада давления на двигателе, увеличивая работу прокачки двигателя, что может неблагоприятно сказаться на эффективности и качестве работы двигателя, на качестве выбросов и на топливной экономичности. Кроме того, при этом могут чрезмерно увеличиваться степени расширения турбины, что может приводить к повреждению механических элементов турбонагнетателя. Помимо этого, такие скачки выпускного давления и высокие степени расширения могут вести к большой циклической усталости и в итоге к ухудшению свойств различных компонентов двигателя, например, уплотнений, прокладок, выпускных клапанов и компонентов цилиндра.
Авторы настоящего изобретения сформулировали в настоящем документе подход, посредством которого описанные выше недостатки могут быть, по меньшей мере частично, устранены. Один предлагаемый в качестве примера способ управления выпускным давлением содержит способ для системы двигателя с наддувом, содержащий регулирование турбины с изменяемой геометрией (ТИГ) на основании скорости вращения двигателя, выпускного давления и разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью поддержания требуемого перепада давления и давления наддува. Авторы настоящего изобретения поняли и изложили в настоящем документе то, что путем контроля разности давлений (перепада давления) между выпускным коллектором и впускным коллектором и регулирования геометрии ТИГ на основании этой разности давлений регулирование ТИГ можно планировать так, чтобы высокие перепады давления на двигателе и, как следствие, высокое выпускное давление и скачки выпускного давления возникали реже. Кроме того, для снижения работы прокачки может быть более эффективно использована система рециркуляции отработавших газов (РОГ), в которой, чтобы увеличить поток отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, регулируют открытие клапана РОГ, в результате чего давление в выпускном коллекторе снижается и работа прокачки двигателя уменьшается.
В одном примере во время переходных режимов работы двигателя для управления разностью давлений на двигателе с целью управления работой прокачки двигателя (уменьшения этой работы), уменьшения скачков выпускного давления и чрезмерных степеней расширения может осуществляться регулирование по меньшей мере одного из следующих устройств: исполнительное устройство лопатки ТИГ, перепускной клапан, клапан РОГ. Например, на основании фактической разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором с целью снижения разности давлений на двигателе между впускным давлением и выпускным давлением может непрерывно осуществляться регулирование положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и/или открытия клапана РОГ. В частности, для регулирования по меньшей мере одного параметра из числа таких, как открытие лопатки ТИГ, открытие клапана РОГ и открытие перепускного клапана, - с целью поддержания оптимальной разности давлений (или снижения чрезмерно большой разности давлений) между выпускным коллектором и впускным коллектором, в дополнение к уже используемому пропорционально-интегральному (ПИ) контроллеру (например, осуществляющему управление на основании невязки давления наддува относительно целевого давления наддува или невязки выпускного давления относительно целевого выпускного давления, других сигналов) может использоваться пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер (осуществляющий управление на основании разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе). Указанный ПД-контроллер может принимать из соответствующих датчиков сигналы, в числе которых разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором, давление во впускном и в выпускном коллекторе, поток и скорость вращения двигателя, и эти сигналы могут использоваться для регулирования исполнительного устройства лопатки ТИГ, перепускного клапана и/или клапана РОГ. В одном примере на основании увеличения скорости вращения двигателя и/или увеличения выпускного давления может выполняться увеличение коэффициентов передачи, в результате которого увеличивается (как по величине, так и по скорости увеличения) открытие лопаток ТИГ, перепускного клапана и/или клапана РОГ. Аналогично, на основании уменьшения скорости вращения двигателя и/или уменьшения выпускного давления может выполняться уменьшение указанных коэффициентов передачи, в результате которого открытие лопаток ТИГ, перепускного клапана и/или клапана РОГ уменьшается. Так как ТИГ соединена с выпускным коллектором, то увеличением открытия лопаток ТИГ, достигаемым путем приведения в действие исполнительного устройства ТИГ, можно менять аспектное отношение ТИГ и тем самым снижать выпускное давление и скачки выпускного давления, не оказывая большого влияния на давление во впускном коллекторе. Кроме того, выпускное давление можно эффективно снижать увеличением открытия клапана РОГ, поскольку выход канала клапана РОГ находится в выпускном коллекторе. Аналогично, скачки выпускного давления можно снижать путем направления отработавших газов через перепускной канал (открытие которого регулируется перепускным клапаном). В других примерах для одновременного регулирования открытий ТИГ и системы РОГ управляющая система может использовать отношение между выпускным давлением и впускным давлением.
Таким образом, снижать разность между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе двигателя с наддувом можно, эффективно регулируя с использованием соответствующих исполнительных устройств геометрию ТИГ (лопатки), положением перепускного клапана и/или положением клапана РОГ. Путем регулирования разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором на основании скорости вращения двигателя, разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором (перепада давления) и выпускного давления могут быть оптимизированы насосные потери в двигателе. Кроме того, появляется возможность избежать скачков выпускного давления и чрезмерных степеней расширения, чем повышается качество работы двигателя и топливная эффективность. Варьируя коэффициенты передачи в зависимости от скорости вращения двигателя и выпускного давления и используя разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором в качестве управляемого параметра, контроллер может более активно управлять геометрией ТИГ, положением перепускного клапана и положением клапана РОГ при увеличении или уменьшении указанной разности давлений. В одном примере, если указанная разность давлений невелика, то контроллер может задавать для исполнительных устройств ТИГ и РОГ небольшие корректировки. В еще одном примере, если указанная разность давлений становится больше порогового значения, то контроллер может активно регулировать исполнительные устройства с целью снижения указанной разности давлений, например, путем регулирования при более высоком коэффициенте передачи. Технический результат управления перепадом давления на двигателе состоит в снижении насосных потерь двигателя, в снижении интенсивности/ частоты скачков выпускного давления и в снижении чрезмерно высоких степеней расширения, в результате чего может быть снижен вред для турбонагнетателя и других механических компонентов, вызванный усталостью; кроме того, может быть повышено качество выбросов, эффективность и топливная экономичность двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для представления в упрощенной форме некоторых концепций, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для определения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого определяется только формулой изобретения, следующей за подробным раскрытием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые лишь устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схему предлагаемой в качестве примера системы двигателя, содержащей турбонагнетатель с изменяемой геометрией и систему рециркуляции отработавших газов.
Фиг. 2 представляет функциональную схему двух предлагаемых в качестве примера управляющих систем, которые могут использоваться для регулирования положения лопатки ТИГ и открытия клапана РОГ.
Фиг. 3 представляет функциональную схему предлагаемой в качестве примера управляющей системы, которая может использоваться для регулирования положения лопаток ТИГ, перепускного клапана и/или клапана РОГ.
Фиг. 4 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ, который может быть применен для управления наддувом и снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором.
Фиг. 5 представляет пример управления разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором посредством регулирования положения ТИГ и/или клапана РОГ.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для управления давлением в системе двигателя, использующей наддув. На фиг. 1 представлена предлагаемая в качестве примера система двигателя, использующая наддув, содержащая турбину с изменяемой геометрией (ТИГ) и систему рециркуляции отработавших газов (РОГ). Управление открытиями ТИГ и клапана РОГ может осуществляться контроллером двигателя с обратной связью на основании множества входных сигналов, в том числе давления во впускном и в выпускном коллекторе, скорости вращения двигателя и плана подачи топлива, что показано в предлагаемой в качестве примера управляющей системе на фиг. 2. Как показано на фиг. 3, в дополнение к ПИ-контроллеру (пропорционально-интегральному контроллеру), для дополнительного регулирования по меньшей мере одного параметра из числа следующих: положение лопатки ТИГ, положение перепускного клапана и открытие клапана РОГ, - на основании скорости вращения двигателя, давления в выпускном коллекторе и разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе (перепада давления) может использоваться ПД-контроллер (пропорционально-дифференциальный контроллер) с регулируемым коэффициентом передачи. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, например, программы, в качестве примера представленной на фиг. 4, с целью снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором посредством регулирования положений лопаток ТИГ и/или клапана РОГ. Пример регулирования положения лопаток ТИГ и клапана РОГ в ответ на увеличение разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором показан на фиг. 5.
На фиг. 1 схематично представлены компоненты предлагаемой в качестве примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В показанном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 114, приводимый в действие турбиной 116. Конкретно, наружный воздух подается в двигатель 10 по впускному каналу 42 через очиститель 112 воздуха и поступает в компрессор 114. Этим компрессором может быть любой подходящий компрессор впускного воздуха, например; компрессор нагнетателя воздуха, приводимый в действие от двигателя или от карданного вала. В системе двигателя 10 указанный компрессор представляет собой турбонагнетательный компрессор, механически соединенный с турбиной 116 посредством вала 19, а турбина 116 приводится в действие расширяющимися отработавшими газами двигателя.
Компрессор 114 может через охладитель 7 воздушного заряда (ОВЗ) быть соединен с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена со впускным коллектором 22 двигателя. Сжатый воздушный заряд из компрессора через охладитель 17 воздушного заряда и дроссельную заслонку 20 проходит во впускной коллектор. Для управления помпажом компрессора может быть предусмотрен канал рециркуляции компрессора (не показан). Конкретно, с целью снижения помпажа компрессора, например, при отпускании педали акселератора водителем, давление наддува может сбрасываться из впускного коллектора в месте ниже по потоку от ОВЗ 17 и выше по потоку от дроссельной заслонки 20 во впускной канал 42. Путем выпуска сжатого воздуха из места выше по потоку от входного патрубка дроссельной заслонки в место выше по потоку от входных патрубков компрессора возможен быстрый сброс давления наддува, что позволяет управлять наддувом более быстро. Поток через канал рециркуляции компрессора можно регулировать путем регулирования положения клапана (не показан) рециркуляции компрессора, расположенного в указанном компрессоре. Указанным клапаном рециркуляции компрессора может быть клапан непрерывного регулирования, положением которого может быть полностью открытое положение, полностью закрытое положение или любое положение между указанными положениями. Соответственно, клапан рециркуляции также может называться непрерывно регулируемым клапаном рециркуляции компрессора (CCRV).
Приводимая в действие отработавшими газами турбина 116 может быть сконфигурирована как турбина с изменяемой геометрией (ТИГ). Эта ТИГ может содержать клапан 117, который может регулироваться с целью изменения аспектного отношения и положения лопастей крыльчатки (лопаток) турбины с изменяемой геометрией. Например, путем открытия лопаток ТИГ исполнительным устройством ТИГ может быть увеличено аспектное отношение ТИГ, чем увеличивается площадь поверхности ТИГ, открытая для потока отработавших газов. Соответственно, путем изменения открытия клапана 117 контроллер 12 двигателя может менять величину энергии, отбираемой от потока отработавших газов и приводящей в движение соответствующий компрессор. С целью сброса по меньшей мере некоторой части выпускного давления из места выше по потоку от турбины в место ниже по потоку от турбины через перепускной клапан 90 может переводиться в открытое состояние перепускное исполнительное устройство 92. Путем снижения выпускного давления выше по потоку от турбины может быть снижена скорость турбины, что, в свою очередь, может способствовать снижению помпажа компрессора и устранению недостатков, связанных с избыточным наддувом.
Ко впускному патрубку компрессора 114 может быть присоединен один или более датчиков. Например, к указанному патрубку могут быть присоединены датчик 55 температуры, предназначенный для измерения температуры на впускном патрубке компрессора, и датчик 56 давления, предназначенный для измерения давления на впускном патрубке компрессора. В качестве еще одного примера, к указанному патрубку может быть присоединен датчик 57 влажности, предназначенный для измерения влажности воздушного заряда, поступающего в компрессор. В число других возможных датчиков могут входить, например, датчики отношения воздух-топливо и т.д. В других примерах одно или более условий (например влажность, температура, давление, и т.д.) на входном патрубке компрессора могут рассчитываться на основании условий эксплуатации двигателя. Кроме того, при включенной рециркуляции отработавших газов (РОГ) указанные датчики могут давать оценочное значение температуры, давления, влажности и отношения воздух-топливо получаемого на входном патрубке компрессора смешанного воздушного заряда, содержащего наружный воздух, рециркулированный сжатый воздух и остаточные отработавшие газы.
В некоторых примерах впускной коллектор 22 может содержать датчик 124 давления во впускном коллекторе, предназначенный для измерения давления в коллекторе (ДВК), и/или датчик 125 массового расхода впускного воздуха, предназначенный для измерения массового расхода воздуха (МРВ) во впускном коллекторе 22. Впускной коллектор 22 соединен с рядом камер 30 сгорания посредством ряда впускных клапанов (не показаны). Указанные камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 посредством ряда выпускных клапанов (не показаны). В показанном варианте осуществления имеется один выпускной коллектор 36. Однако в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора дают возможность направлять выбросы из разных камер сгорания в разные места системы двигателя.
В одном варианте осуществления как выпускной клапан, так и впускной клапан могут приводиться в действие или управляться электронным способом. В еще одном варианте осуществления как выпускной клапан, так и впускной клапан могут приводиться в действие или управляться посредством кулачков. Для достижения требуемых характеристик сгорания и для управления токсичностью отработавших газов как при электронном, так и при кулачковом способе приведения клапанов в действие моменты времени открывания и закрывания выпускных и впускных клапанов могут регулироваться.
В камеры 30 сгорания через инжектор 66 может подаваться топливо одного или более видов, например, бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо может подаваться в камеры сгорания путем непосредственного впрыска, впрыска во впускной канал, впрыска в корпусе дроссельного клапана или путем любого сочетания указанных способов. Сгорание в камерах сгорания может инициироваться посредством искрового зажигания и/или компрессионного зажигания.
x
x
x
x
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора направляются в турбину 116 с целью приведения указанной турбины в действие. Объединенный поток из турбины и перепускного клапана затем поступает в устройство 170 снижения токсичности отработавших газов. Как правило, одно или более устройств 170 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или большее количество каталитических нейтрализаторов отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, в результате, снижения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота NO из потока отработавших газов, когда отработавшие газы в указанном потоке обеднены, и восстановления уловленных NO, когда отработавшие газы обогащены. В некоторых примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или селективного восстановления NO с помощью восстановительного агента. В других примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или монооксида углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы отработавших газов с подобной функциональностью могут быть размещены в защитных покрытиях или в других местах узлов обработки отработавших газов, как по отдельности, так и вместе. В некоторых вариантах осуществления изобретения узлы обработки отработавших газов могут содержать восстанавливаемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройства 170 снижения токсичности отработавших газов могут выпускаться в атмосферу через выхлопную трубу 102 после прохождения через глушитель 172. С выхлопной трубой 102 выше по потоку от устройства 170 снижения токсичности отработавших газов может быть соединен транспортный канал 180 системы рециркуляции отработавших газов низкого давления (РОГ НД). Часть отработавших газов из выхлопной трубы 102 может в качестве газов системы РОГ НД направляться из места ниже по потоку от турбины 116 турбонагнетателя во впускной коллектор 22 двигателя, в место, находящееся выше по потоку от турбонагнетательного компрессора 114. С целью управления потоком отработавших газов из выпускного канала 102 во впускной коллектор 22 через канал 180 РОГ может регулироваться открытие клапана 52 РОГ. С целью достижения требуемых характеристик сгорания и управления токсичностью отработавших газов клапан 52 РОГ может открываться для приема задаваемого количества отработавших газов во впуск компрессора. Двигатель может также содержать систему рециркуляции отработавших газов высокого давления (РОГ ВД), в которой часть отработавших газов, находящихся в выхлопной трубе 102, может из места выше по потоку от турбины 116 турбонагнетателя через канал 182 РОГ высокого давления направляться во впускной коллектор 22 двигателя в место, расположенное ниже по потоку от турбонагнетательного компрессора 114. Поток в системе РОГ ВД может регулироваться путем регулирования открытия клапана 53 РОГ ВД. Клапаны 52 и 53 РОГ могут быть клапанами непрерывного регулирования. В другом примере, однако, клапанами 52 и 53 РОГ могут быть клапаны, имеющие только состояния включено/ выключено.
С каналами 180 и 182 РОГ с целью предоставления информации о составе и параметрах рециркулируемых газов могут быть соединены один или более датчиков. Например, могут быть предусмотрены датчик температуры для определения температуры в системе РОГ, датчик давления для определения давления в системе РОГ, датчик влажности для определения влажности или содержания воды в системе РОГ и датчик отношения воздух-топливо для измерения отношения воздух-топливо в системе РОГ. Опционально, параметры рециркулируемых газов могут вычисляться на основании данных одного или более датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и отношения воздух-топливо, соединенных со впускным патрубком компрессора. В одном примере датчиком 57 отношения воздух-топливо является датчик кислорода.
Система 100 двигателя может дополнительно содержать управляющую систему 14. Управляющая система 14 показана принимающей информацию из множества датчиков 16 (разнообразные примеры которых описываются в настоящем документе) и передающей сигналы управления во множество исполнительных устройств 18 (разнообразные примеры которых описываются в настоящем документе). В качестве одного примера, в число датчиков 16 может входить датчик 124 ДВК, датчик 126 МРВ, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 выпускного давления (давления отработавших газов), датчик 55 температуры на впускном патрубке компрессора, датчик 56 давления на впускном патрубке компрессора, датчик 57 влажности на впускном патрубке компрессора, датчик коленчатого вала и датчик РОГ. В различных местах системы 100 двигателя могут быть установлены и другие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, отношения воздух/ топливо, датчики состава. В число исполнительных устройств 81 могут входить, например, дроссельная заслонка 20, клапан 52 РОГ, исполнительные устройства 117 ТИГ, перепускной клапан 92 и топливный инжектор 66.
Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может принимать входные данные из различных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать различные исполнительные устройства в ответ на обработанные входные данные на основании команды или кода, запрограммированного в указанном контроллере и соответствующего одной или более программ. Контроллер 12 может содержать пропорционально-интегральный (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер. Например, указанный контроллер может принимать показатели давления в выпускном коллекторе, давления во впускном коллекторе и скорости вращения двигателя из соответствующих датчиков, и на основании этих сигналов указанный контроллер посредством соответствующих исполнительных устройств может регулировать по меньшей мере один из следующих параметров: положение лопатки ТИГ, открытие перепускного клапана и открытие клапана РОГ. Путем регулирования геометрии ТИГ и интенсивности потока РОГ можно управлять наддувом, снижать скачки выпускного давления и разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором (в настоящем документе также называемую перепадом давления). В дополнение к ПИ-контроллеру, для регулирования по меньшей мере одного параметра из числа следующих: геометрия ТИГ, открытие перепускного клапана и открытие клапана РОГ, - с целью снижения работы на прокачку двигателя и ограничения степени расширения в турбине может использоваться пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер (или пропорциональный контроллер). Упомянутые контроллеры подробно рассматриваются совместно с фиг. 2, 3 и 4.
Фиг. 1 представляет пример конфигурации двигателя внутреннего сгорания с относительным расположением различных элементов. Если элементы показаны находящимися в непосредственном контакте между собой или непосредственно соединенными, то такие элементы могут называться, соответственно, находящимися в непосредственном контакте или непосредственно соединенными, по меньшей мере, в одном примере. Аналогично, элементы, показанные как непрерывные или смежные, могут быть непрерывны или смежны между собой, соответственно, по меньшей мере, в одном примере. В качестве примера, компоненты, находящиеся в образующем общую поверхность контакте между собой, могут называться элементами, находящимися в образующем общую поверхность контакте. В качестве еще одного примера, элементы, расположенные на расстоянии один от другого так, что между этими элементами находится только пустое пространство и нет никаких других компонентов, могут называться указанным образом, в по меньшей мере одном примере.
Фиг. 2 представляет пример пропорционально-интегральной (ПИ) управляющей схемы 200, которая может осуществляться контроллером (к примеру, контроллером 12, показанным на фиг. 1) с целью регулирования клапана, определяющего геометрию турбины с изменяемой геометрией (к примеру, клапана 117, предназначенного для управления ТИГ 116, см. фиг. 1), и клапана РОГ (к примеру, как показано на фиг. 1, клапана 52 РОГ, соединенного с каналом 180 системы РОГ НД, и клапана 53 РОГ, соединенного с каналом 182 системы РОГ ВД), управляющего потоком воздуха через канал рециркуляции отработавших газов (РОГ). Следует понимать, что в настоящем раскрытии под сигналом (рабочим циклом) может пониматься электрический сигнал, например, электрический ток, и что под модификацией сигнала может пониматься изменение напряжения, соответствующего указанному электрическому току.
Управляющая схема 200 содержит два отдельных контура управления, а именно контур 210 управления ТИГ и контур 220 управления РОГ. Указанные два контура управления могут для управления ТИГ и клапанами РОГ, соответственно, использовать один или более общих входных сигналов, в числе которых скорость вращения двигателя, подача топлива и выпускное давление. Кроме того, у каждого контура управления могут быть индивидуальные входные сигналы.
Контур 210 управления ТИГ может содержать упреждающий сегмент. В этом упреждающем сегменте первый сигнал, соответствующий скорости вращения двигателя, полученной от датчика коленчатого вала, и второй сигнал, соответствующий плану подачи топлива, могут использоваться в качестве входных данных для таблицы 202 соответствия. В первом управляющем сегменте на основании таблицы 202 соответствия может выдаваться сигнал 203, указывающий требуемую геометрию ТИГ. В одном примере для данного плана подачи топлива при увеличении скорости вращения двигателя может увеличиваться или уменьшаться целевое открытие ТИГ. В еще одном примере для данной скорости вращения двигателя целевое открытие ТИГ может увеличиваться или уменьшаться при увеличении необходимого количества топлива. Указанный контур управления ТИГ может также содержать второй управляющий сегмент, предназначенный для планирования коэффициентов передачи с целью регулирования ТИГ. Для планирования коэффициентов передачи в качестве входного параметра для таблицы 204 соответствия, в дополнение к скорости вращения двигателя и плану подачи топлива, может использоваться выпускное давление, полученное от датчика выпускного давления (к примеру, от датчика 129 выпускного давления на фиг. 1). На основании указанных входных параметров может формироваться сигнал 205, указывающий коэффициенты передачи контроллера. Сигнал 205 может затем передаваться в контроллер 212. Контроллером 212 может быть пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер, пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер или пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер.
pv
iv
dv
Кроме того, в контур управления ТИГ может быть введен сегмент с обратной связью (или сегмент с замкнутым контуром обратной связи). Вычитатель 208 может принимать в качестве входных параметров целевое (требуемое) значение давления во впускном коллекторе и оценочное значение фактического давления во впускном коллекторе от датчика ДВК (например, от датчика 124 ДВК на фиг. 1). Вычитатель 208 может вычислять разность между этим целевым значением давления во впускном коллекторе и фактическим давлением во впускном коллекторе. На основании этой разности вычитатель 208 может вычислять невязку 211 ДВК. В ПИ-контроллере невязка 211 ДВК может обрабатываться с использованием сигнала 205 коэффициентов передачи контроллера. Указанные сигналы могут обрабатываться и/или модифицироваться с использованием коэффициента передачи пропорционального звена (K) и/или коэффициента передачи интегрирующего звена (K). В одном примере контроллер 212 представляет собой ПД-контроллер или дифференциальный (Д) контроллер, в котором сигналы могут обрабатываться с использованием коэффициента передачи дифференциального звена (K).
Сумматор 214 может принимать пропорциональный член и/или интегральный член посредством сигнала 213 и упреждающий член (к примеру, рабочий цикл) посредством сигнала 203. На основании принятых сигналов сумматор 214 может выдавать сигнал 215 в исполнительное устройство, соединенное с лопатками ТИГ. Сигнал 215 может использоваться для регулирования геометрии ТИГ посредством регулирования положений лопатки ТИГ. Таким образом, сигнал 215 может соответствовать мощности, подлежащей передаче в исполнительное устройство, соединенное с лопатками ТИГ, с целью регулирования лопаток. Для ТИГ, соединенной с выпускным коллектором, выпускное давление может регулироваться путем изменения геометрии лопатки ТИГ. Например, путем раскрытия лопаток ТИГ аспектное отношение ТИГ может быть увеличено, и, как следствие, выпускное давление может быть снижено. Аналогично, путем закрытия лопаток ТИГ аспектное отношение ТИГ может быть уменьшено, и, как следствие, выпускное давление может быть повышено. Указанным образом, путем регулирования геометрии лопатки ТИГ, можно ограничивать скачок выпускного давления и поддерживать оптимальную разность давлений между впускным коллектором и выпускным коллектором и тем самым снижать работу прокачки двигателя. Компрессор, соединенный с ТИГ, имеет высокую эффективность лишь в пределах определенного диапазона значений рабочей характеристики компрессора. Компрессор может захлебываться или давать помпаж при работе за пределами линий захлебывания и помпажа, соответственно. Регулирование геометрии ТИГ может, помимо прочего, выполняться с учетом пределов захлебывания и помпажа компрессора. В одном примере, если текущее отношение давлений компрессора близко к линии помпажа, то дальнейшее открывание лопаток ТИГ может прекращаться, в результате чего вероятность помпажа компрессора может быть снижена. В еще одном примере, если во время акта отпускания педали акселератора текущее отношение давлений компрессора близко к линии помпажа, то для создания последовательного тракта прохождения отработавших газов (в обратном направлении через систему РОГ) с целью снижения отношения давлений компрессора и увеличения потока через компрессор могут одновременно открываться лопатки ТИГ и клапан РОГ.
Аналогично контуру 210 управления ТИГ, контур 220 управления РОГ также может содержать упреждающий сегмент. В этом упреждающем сегменте первый сигнал, соответствующий скорости вращения двигателя, полученной от датчика коленчатого вала, и второй сигнал, соответствующий плану подачи топлива, могут использоваться в качестве входных данных для таблицы 222 соответствия. В первом управляющем сегменте на основании таблицы 222 соответствия может выдаваться сигнал 223, указывающий требуемое положение клапана РОГ (управляющего интенсивностью потока РОГ). В одном примере для данного плана подачи топлива при увеличении скорости вращения двигателя может увеличиваться или уменьшаться требуемое открытие клапана РОГ. В еще одном примере для данной скорости вращения двигателя требуемое открытие клапана РОГ может увеличиваться или уменьшаться при увеличении необходимого количества топлива. Указанный контур управления РОГ может также содержать второй управляющий сегмент, предназначенный для планирования коэффициентов передачи с целью регулирования интенсивности потока РОГ. Указанный контур управления РОГ может также содержать второй управляющий сегмент, предназначенный для планирования коэффициентов передачи с целью регулирования интенсивности потока РОГ посредством регулирования клапана РОГ. Для планирования коэффициентов передачи в качестве входного параметра для таблицы 224 соответствия, в дополнение к скорости вращения двигателя и плану подачи топлива, может использоваться выпускное давление, полученное от датчика выпускного давления (к примеру, от датчика 129 выпускного давления на фиг. 1). На основании указанных входных параметров может формироваться сигнал 225, указывающий коэффициенты передачи контроллера. Сигнал 225 может затем подаваться в контроллер 230. Контроллером 230 может быть пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер, пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер или пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер.
pv
iv
dv
Кроме того, в контур управления РОГ может быть введен сегмент с обратной связью (или сегмент с замкнутым контуром обратной связи). Вычитатель 228 может принимать в качестве входных параметров целевые (требуемые) значения интенсивности потока РОГ и давления во впускном коллекторе, а также оценочное значение фактической интенсивности потока РОГ и давления во впускном коллекторе от датчика МРВ (например, от датчика 126 МРВ на фиг. 1) и/или датчика ДВК (например, от датчика 124 ДВК на фиг. 1). Вычитатель 228 может вычислять разность между этим целевым значением интенсивности потока РОГ (и/или давления) и фактической интенсивностью потока РОГ (и/или, для давления во впускном коллекторе, между заданным и фактическим значениями). На основании этой разности вычитатель 228 может вычислять невязку 231 МРВ. В ПИ-контроллере невязка 231 МРВ может обрабатываться с использованием сигнала 225 коэффициентов передачи контроллера. Указанные сигналы могут обрабатываться и/или модифицироваться с использованием коэффициента передачи пропорционального звена (K) и/или коэффициента передачи интегрирующего звена (K) и/или с использованием коэффициента передачи дифференциального звена (K).
Сумматор 232 может принимать пропорциональный член и/или интегральный член посредством сигнала 233 и упреждающий член (рабочий цикл) посредством сигнала 223. На основании принятых сигналов сумматор 232 может выдавать в исполнительное устройство, соединенное с клапаном РОГ, сигнал 235. Сигнал 235 может использоваться для регулирования потока воздуха в системе РОГ посредством регулирования открытия клапана РОГ. Таким образом, сигнал 235 может соответствовать мощности, подлежащей передаче в исполнительное устройство, соединенное с клапаном РОГ, для регулирования открытия указанного клапана. Поскольку рециркулируемые газы подаются из выпускного коллектора во впускной коллектор, выпускное давление может регулироваться путем изменения открытия клапана РОГ (изменение интенсивности потока РОГ). Например, путем увеличения открытия клапана РОГ рециркуляции может подвергаться больший объем отработавших газов, что приведет к снижению выпускного давления. Таким образом, путем регулирования открытия клапана РОГ можно регулировать интенсивность потока РОГ с целью ограничения скачков выпускного давления и поддержания оптимальной разности давлений между впускным коллектором и выпускным коллектором, что в результате снижает работу прокачки двигателя. Регулирование выпускного давления может осуществляться путем регулирования клапана РОГ в по меньшей мере одной из систем РОГ НД и РОГ ВД. Однако слишком интенсивные потоки в системах РОГ могут вызывать чрезмерное разбавление потока воздуха во впускном коллекторе и неустойчивость сгорания. Поэтому регулирование интенсивности потока РОГ может выполняться с учетом и других параметров работы двигателя, например, нагрузки на двигатель, температуры двигателя и т.д. Аналогично контуру 210 управления ТИГ и контуру 220 управления РОГ, третий контур управления может регулировать открытие перепускного клапана, соединенного с перепускным каналом турбины, приводимой в движение отработавшими газами. Открытие перепускного клапана может регулироваться на основании давления наддува и невязки наддува, при этом открытие перепускного клапана уменьшают при увеличении давления наддува.
Фиг. 3 представляет пример управляющей схемы 300, которая может использоваться контроллером транспортного средства (например, контроллером 12 на фиг. 1) для управления положениями лопатки ТИГ и/или клапана РОГ в ответ на изменение по меньшей мере одного из следующих параметров: разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе, скорости вращения двигателя, давления в выпускном коллекторе и давления во впускном коллекторе. Управляющая схема 300 может быть модифицированным вариантом управляющей схемы 200 на фиг. 2, оптимизированной для управления положениями клапана ТИГ и клапана РОГ, конкретнее, для управления наддувом и снижения работы прокачки двигателя (путем снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором). Соответственно, в дополнение к пропорционально-интегральному (ПИ) контроллеру на фиг. 2, для дополнительного регулирования по меньшей мере одного параметра, в числе которых положение исполнительного устройства лопатки ТИГ, открытие перепускного клапана и открытие клапана РОГ, на основании разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе, скорости вращения двигателя и давления в выпускном коллекторе, может использоваться пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер Регулирование исполнительного устройства лопатки ТИГ, перепускного клапана и/или клапана РОГ содержит определение первого члена посредством пропорционально-интегрального (ПИ) контроллера на основании скорости вращения двигателя, давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе, и определение второго члена посредством пропорционально-дифференциального (ПД) контроллера на основании разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе, скорости вращения двигателя и давления в выпускном коллекторе. Как и в случае фиг. 2, в представленном описании под сигналом может пониматься электрический сигнал, например, электрический ток, а под модификацией сигнала может пониматься изменение напряжения, соответствующего указанному электрическому току.
int
int
pi
int
ii
int
Управляющая схема 300 может содержать две части, первую часть 310 и вторую часть 320. Первой частью 310 может быть показанный на фиг. 2А используемый для определения первого члена контур 210 управления ТИГ или контур 220 управления РОГ. ПИ-контроллер 312 может принимать разность (невязку P) 311 между целевым (требуемым) значением впускного давления и фактическим измеренным значением впускного давления, полученным от датчика давления воздуха в коллекторе (ДВК) (например, от датчика 124 ДВК на фиг. 1). В одном примере ПИ-контроллером 312 может быть контур 210 управления ТИГ или контур 220 управления РОГ на фиг. 2. В ПИ-контроллере 312 невязка 311 P может обрабатываться и/или модифицироваться (масштабироваться) с использованием коэффициента передачи пропорционального звена (K). Интеграл невязки 311 P может аналогичным образом обрабатываться и/или модифицироваться (масштабироваться) с использованием коэффициента передачи интегрирующего звена (K). Один из этих членов или их сумма затем вводится в сигнал 313. Затем управляющий член 313 давления наддува (или интенсивности потока РОГ) складывается с управляющим членом 339 предполагаемого перепада давления с целью формирования результирующего сигнала управления, подлежащего передаче в исполнительное устройство ТИГ или РОГ. В одном примере ПИ-контроллером 312 может быть пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер, который, в дополнение к использованию коэффициента передачи пропорционального звена и коэффициента передачи интегрирующего звена, также может обрабатывать невязку 311 P с использованием коэффициента передачи дифференцирующего звена. Однако вместо непосредственного использования сигнала, сформированного ПИ-контроллером 312 для регулирования ТИГ и/или положения клапана РОГ, для вычисления второго члена с целью оптимизации процесса управления может использоваться вторая часть 320 управляющей схемы.
exh
р
р
d
С целью оптимизации разности давлений между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе в качестве входного сигнала для контроллера (вычитателя) 324 (для вычисления ошибки) могут использоваться первый сигнал 315, содержащий фактическое измеренное значение давления в выпускном коллекторе (P), полученное от датчика выпускного давления (например, от датчика 129 выпускного давления на фиг. 1), и второй сигнал 317, содержащий фактическое измеренное значение впускного давления, полученное от датчика давления воздуха в коллекторе (ДВК). Любой из этих сигналов может быть определен и на основании других измерений. Вычитатель 324 может вычислять разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором. Сигналы (319 и 325), соответствующие разности, вычисленной вычитателем 324, могут обрабатываться и/или модифицироваться по отдельности с использованием коэффициента 26 передачи пропорционального звена (К). Путем модификации сигнала 319 с использованием коэффициента 26 передачи пропорционального звена (К) может формироваться пропорциональный член 323. Параллельно сигнал 319 может дифференцироваться блоком 328 (DT1), в результате чего могут формироваться коэффициент 330 передачи (K) дифференцирующего звена и дифференциальный член 329.
exh
Сумматор 332 может принимать пропорциональный член 323 и дифференциальный член 329. На основании принятых сигналов сумматор 332 может затем вычислять сигнал 331. Кроме того, с учетом скорости вращения двигателя и выпускного давления может выполняться планирование коэффициента передачи. Первый сигнал 335, содержащий фактическое измеренное значение давления в выпускном коллекторе (P), полученное от датчика выпускного давления, и второй сигнал 333, содержащий скорость вращения двигателя (Ne), полученную от датчика коленчатого вала, может использоваться в качестве входных данных для таблицы 334 соответствия (К1). На основании указанных входных сигналов по указанной таблице соответствия может планироваться коэффициент 337 передачи. В одном примере может выполняться увеличение запланированного коэффициента передачи на основании увеличения скорости вращения двигателя и/или увеличения выпускного давления. Аналогично, может выполняться уменьшение запланированного коэффициента передачи на основании уменьшения скорости вращения двигателя и/или уменьшения выпускного давления. Умножитель 322 принимает запланированный коэффициент 337 передачи и сигнал 331 (вычисленный сумматором 332) в качестве входных сигналов. В одном примере увеличение коэффициента 337 передачи при увеличении выпускного давления 335 выше порогового значения дает контроллеру возможность активнее реагировать на более интенсивные (потенциально создающие больше проблем/ наносящие ущерб) скачки давления. Системы двигателей нелинейны и могут проявлять различные скорости реакции в различных диапазонах работы двигателя, в частности, при разных скоростях двигателя. При более высоких скоростях двигателя система реагирует на изменения быстрее. Поэтому при высокой скорости вращения двигателя может быть достаточно меньшего (соответствующего менее активному управлению) коэффициента 337 передачи.
На основании двух указанных входных сигналов 331 и 337 умножитель 322 может вычислять сигнал 339, который может использоваться в качестве второго входного параметра сумматора 314. Как указывалось выше, первым входным параметром сумматора 314 может быть сигнал 313, содержащий пропорциональный и интегральный члены, из ПИ-контроллера 312. Контроллер вычисляет сигнал 316, который может быть использован для регулирования по меньшей мере одного параметра из числа положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ. Предлагаемое в качестве примера представление сигнала 316 дается формулой 1.
из управления наддувом
п
выпускной коллектор
впускной коллектор
∂
выпускной коллектор
впускной коллектор
передачи
Здесь ТИГ представляет собой сигнал 316, соответствующий мощности, подлежащей передаче в исполнительное устройство, соединенное с ТИГ и/или с клапаном РОГ, с целью регулирования положения клапана, ТИГ представляет собой сигнал 313, принимаемый из ПИ-контроллера 312, К × (р- - p) представляет собой пропорциональный член 323, принимаемый из ПД-контроллера, К × d/dt (р - р) представляет собой дифференциальный член 329, принимаемый из ПД-контроллера, а К представляет собой сигнал 337, определяемый на основании таблицы (таблиц) 334 соответствия.
Вторая часть 320 содержит ПД-контроллер (без управления с использованием интегрирующего звена, по указанной причине эффективный лишь в переходных режимах). Интегрирующее действие базового контроллера управления наддувом (ПИ-контроллера 312) восстанавливает преобразованное целевое значение. Таким образом, для избирательного регулирования исполнительного устройства лопатки ТИГ (во время первого состояния), клапана РОГ (во время второго состояния) и открытия перепускного клапана (во время третьего состояния) могут прибавляться первый член, определяемый ПИ-контроллером, и второй член, определяемый ПД-контроллером. Первый член вычисляется на основании входных параметров (например, показанных у контуров 210 или 220 управления на фиг 2.), в числе которых скорость вращения двигателя, давление во впускном коллекторе и давление в выпускном коллекторе. Далее, второй член содержит первый и второй компоненты, причем первый компонент зависит от давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе, а второй компонент зависит от скорости вращения двигателя и давления в выпускном коллекторе. Избирательное регулирование во время первого состояния содержит приведение в действие исполнительного устройства лопатки ТИГ на основании первого члена и второго члена для увеличения открытия лопаток ТИГ с целью увеличения аспектного отношения ТИГ; избирательное регулирование во время второго состояния содержит открывание клапана РОГ на основании первого члена и второго члена с целью увеличения открытия канала РОГ; а избирательное регулирование во время третьего состояния содержит открывание перепускного клапана на основании первого и второго коэффициентов передачи с целью увеличения открытия перепускного канала.
Например, путем раскрытия лопаток ТИГ выпускное давление может быть снижено, а путем закрытия лопаток ТИГ выпускное давление может быть увеличено. Аналогично, путем увеличения открытия клапана РОГ (РОГ НД и/или РОГ ВД) рециркуляции может подвергаться больший объем отработавших газов, что приведет к снижению выпускного давления. Путем регулирования по меньшей мере одного из параметров - положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ - можно ограничить скачки выпускного давления и поддерживать оптимальную разность давлений между впускным коллектором и выпускным коллектором, в результате чего снизится работа прокачки двигателя. Фиг. 4 иллюстрирует предлагаемый в качестве примера способ 400 управления наддувом и снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором посредством регулирования положения клапана ТИГ и/или клапана РОГ. Команды для выполнения способа 400 и остальных способов, содержащихся в настоящем документе, могут выполняться контроллером на основании команд, сохраненных в памяти указанного контроллера, и сигналов, принимаемых из датчиков системы двигателя, например, из датчиков, описанных выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные устройства двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с описываемыми далее способами.
В шаге 402 контроллер может определять условия эксплуатации двигателя. В число этих условий эксплуатации двигателя может входить нагрузка на двигатель, температура двигателя, скорость вращения двигателя, затребованный оператором крутящий момент и т.д. В зависимости от определенных контроллером условий эксплуатации может определяться множество параметров двигателя, в том числе интенсивность потока рециркуляции отработавших газов (РОГ), давление наддува и т.д. В шаге 404 с использованием датчика выпускного давления (например, датчика 129 выпускного давления на фиг. 1), соединенного с выпускным коллектором двигателя, может определяться текущее значение давления в выпускном коллекторе. Выпускное давление может регулироваться на основании условий эксплуатации двигателя и на основании, например, таких параметров, как интенсивность потока РОГ, геометрия турбины (в случае турбины с изменяемой геометрией) и т.д. В шаге 404 с использованием датчика давления воздуха во впускном коллекторе (например, датчика 124 ДВК на фиг. 1), присоединенного ко впускному коллектору двигателя ниже по потоку от входного патрубка компрессора, может определяться текущее значение давления во впускном коллекторе.
В шаге 408 контроллер может вычислять разность (ΔР) между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе. С целью обеспечения оптимальной работы прокачки для двигателя может выполняться минимизация разности ΔР давлений. Разность ΔР давлений может существенно возрастать из-за скачков выпускного давления, вызывая насосные потери двигателя. Увеличение работы прокачки двигателя сверх целевого уровня может неблагоприятно сказаться на эффективности, качестве работы и топливной экономичности двигателя. Кроме того, при этом могут чрезмерно увеличиваться степени расширения турбины, что может приводить к повреждению механических элементов турбонагнетателя. Кроме того, такое высокое выпускное давление, скачки выпускного давления и высокие отношения расширения могут вести к высокой циклической усталости и в итоге к ухудшению свойств некоторых компонентов двигателя. Как указано выше, с целью регулирования выпускного давления и, как результат, снижения разности ΔР давлений до целевого уровня (близкого к нулю), может регулироваться по меньшей мере один из следующих параметров: интенсивность потока РОГ (открытие клапана РОГ), открытие перепускного клапана и геометрия ТИГ (положение лопатки ТИГ).
В шаге 410 способ содержит проверку превышения разностью давлений (ΔР) между выпускным коллектором и впускным коллектором порогового значения разности давлений. Если установлено, что разность ΔР давлений ниже порогового значения разности давлений, то может быть сделан вывод о том, что работа прокачки двигателя находится на целевом уровне. С целью поддержания разности ΔР давлений ниже порогового значения разности давлений, в шаге 412 геометрия ТИГ (аспектное отношение) и положение клапана РОГ могут сохраняться в текущем состоянии.
Если в шаге 410 установлено, что разность ΔР давлений превышает пороговое значение, то может выполняться регулирование геометрии ТИГ и/или открытия клапана РОГ с целью снижения разности давлений до требуемого уровня. Увеличение разности ΔР давлений может происходить во время переходных режимов (к примеру, во время актов нажатия на педаль акселератора и отпускания педали акселератора) транспортного средства, которые могут вызывать скачки выпускного давления. Разность ΔР давлений может быть снижена путем дальнейшего раскрытия лопаток ТИГ и/или путем увеличения открытия перепускного клапана или клапана РОГ. Может быть принято во внимание то, что изменение давления путем изменения геометрии ТИГ является более медленным процессом по сравнению с изменением давления путем изменения открытия клапана РОГ.
В шаге 414 способ содержит проверку возможности регулирования разности ΔР давлений путем изменения только геометрии ТИГ или только целевого значения интенсивности наддува. Путем изменения аспектного отношения ТИГ можно увеличивать площадь протока ТИГ, открытую для отработавших газов, тем самым вызывая изменение выпускного давления. Кроме того, выпускное давление можно эффективно снижать путем изменения целевого значения интенсивности наддува, что приводит к снижению разности ΔР давлений. Следует принимать во внимание, что компрессор, соединенный с ТИГ, имеет высокую эффективность лишь в пределах определенного диапазона допустимых значений в рабочей характеристике компрессора. Компрессор может захлебываться или давать помпаж при работе за пределами линий захлебывания и помпажа, соответственно (вне указанного диапазона допустимых значений). С целью снижения вероятности захлебывания или помпажа компрессора дополнительная корректировка геометрии ТИГ допускается только в том случае, когда при реализации этой корректировки компрессор, по прогнозу, будет с запасом находиться внутри указанного диапазона допустимых значений в рабочей характеристике компрессора. Если в текущем рабочем состоянии компрессор работает вблизи линий помпажа или захлебывания указанной характеристики, то дополнительная корректировка геометрии ТИГ с целью регулирования разности ΔР давлений недопустима. Кроме того, когда разность ΔР давлений превышает второе пороговое значение, регулирования только геометрии ТИГ может быть недостаточно для снижения разности ΔР давлений.
Если установлено, что одним лишь регулированием ТИГ невозможно отрегулировать разность ΔР давлений, то в шаге 416 способ содержит проверку возможности снижения разности ΔР давлений только регулированием открытия клапана РОГ или целевого значения РОГ. Путем увеличения открытия клапана РОГ разность ΔР давлений может быть скорректирована за меньшее время по сравнению с корректировкой разности ΔР давлений путем изменения геометрии ТИГ. Аналогично, выпускное давление можно эффективно снижать путем изменения целевого значения РОГ, что приводит к снижению разности ΔР давлений. Однако с учетом параметров работы двигателя, например, нагрузки на двигатель, температуры двигателя и т.д. увеличение интенсивности потока РОГ возможно лишь до порогового значения. Слишком интенсивный поток РОГ может приводить к чрезмерному разбавлению потока воздуха во впускном коллекторе, тем самым вызывая неустойчивость сгорания. Соответственно, если текущие уровни РОГ близки к верхнему пороговому значению, то дальнейшее увеличение открытия клапана РОГ для регулирования разности ΔР давлений недопустимо. Кроме того, когда разность ΔР давлений превышает второе пороговое значение, регулирования только открытия клапана РОГ может быть недостаточно для снижения разности ΔР давлений.
Если установлено, что регулирования только геометрии ТИГ (или целевого значения интенсивности наддува) или только открытия клапана РОГ (или заданного значения РОГ) недостаточно для корректировки текущей разности ΔР давлений, то в шаге 418 способ содержит проверку предпочтительности снижения разности ΔР давлений путем регулирования как геометрии ТИГ, так и открытия клапана РОГ. Опционально, может проверяться предпочтительность снижения разности ΔР давлений путем регулирования как целевого значения интенсивности наддува, так и целевого значения РОГ. В одном примере, регулирование как клапана ТИГ, так и клапана РОГ (или целевого значения наддува и целевого значения РОГ) является предпочтительным, если разность ΔР давлений превышает второе пороговое значение, а регулирование только геометрии ТИГ или только открытия клапана РОГ может быть недостаточно для снижения разности ΔР давлений. В еще одном примере ТИГ и/или РОГ в соответствии с параметрами работы двигателя могут работать вблизи своих предельных значений (предельных значений помпажа и захлебывания компрессора для ТИГ и стабильности сгорания для РОГ), вследствие чего возможности дальнейшей корректировки соответствующих клапанов ограничены. Соответственно, на основании текущих условий эксплуатации двигателя, текущих положений клапана ТИГ и клапана РОГ может приниматься решение о том, что для снижения разности ΔР давлений не может быть использовано ни регулирование геометрии ТИГ, ни регулирование открытия клапана РОГ. В таких обстоятельствах в шаге 412 геометрия ТИГ и положение клапана РОГ могут сохраняться в текущем состоянии. В одном примере с целью регулирования текущей разности ΔР давлений также может использоваться регулирование открытия перепускного клапана.
Если в шаге 414 установлено, что регулирование разности ΔР давлений возможно только путем регулирования геометрии ТИГ или целевого значения наддува, то способ переходит к шагу 420, в котором контроллер может определять разность между целевой разностью давлений и фактической разностью давлений (невязку ΔР). Способ также переходит к шагу 420 из каждого из шагов 416 и 418. Указанным в шаге 420 контроллером может быть, в том числе, пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер. Этот ПИ-контроллер (или ПИД-контроллер) может принимать из соответствующих датчиков в качестве входных параметров сигналы, в числе которых скорость вращения двигателя, план подачи топлива, впускное давление и выпускное давление. На основании указанных входных параметров и разности (невязки) между целевым и фактическим значениями давления во впускном коллекторе и/или на основании потока воздуха во впускном коллекторе ПИ-контроллер может определять корректировки положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и/или открытия клапана РОГ, необходимые для уменьшения разности ΔР давлений до целевого уровня (близкого к нулю). Работа указанного ПИ-контроллера обсуждалась выше со ссылкой на фиг. 2. В дополнение к указанному ПИ-контроллеру, для регулирования по меньшей мере одного параметра, в числе которых положение исполнительного устройства лопатки ТИГ, открытие перепускного клапана и открытие клапана РОГ, может использоваться пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер. Указанный ПД-контроллер для снижения работы прокачки двигателя и ограничения степени расширения в турбине может использовать разность между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе. Работа ПД-контроллера вместе с ПИ-контроллером была описана со ссылкой на фиг. 3.
В шаге 422 ПД-контроллер вместе с ПИ-контроллером могут регулировать геометрию ТИГ, положение перепускного клапана и/или положение клапана РОГ на основании входных параметров, в числе которых невязка ΔР (определенная контроллером в шаге 420), давление во впускном коллекторе и в выпускном коллекторе, скорость вращения двигателя, принятые из соответствующих датчиков двигателя. В одном примере, в первом режиме, может выполняться увеличение аспектного отношения ТИГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или увеличении выпускного давления, и может выполняться уменьшение аспектного отношения ТИГ при увеличении скорости вращения двигателя и/или уменьшении выпускного давления. Во втором режиме может выполняться увеличение аспектного отношения ТИГ при увеличении скорости вращения двигателя и/или выпускного давления, и может выполняться уменьшение аспектного отношения ТИГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или выпускного давления.
В шаге 424 на основании выходных сигналов контроллера может выполняться корректировка по меньшей мере одного параметра из числа геометрии ТИГ, положения перепускного клапана и положения клапана РОГ. Путем увеличения раскрытия лопаток ТИГ может быть увеличено сечение ТИГ, что приводит к снижению скачков выпускного давления (поскольку увеличивается площадь поверхности для расширения отработавших газов) с небольшим влиянием на давление во впускном коллекторе. Путем увеличения открытия клапана РОГ может быть увеличен поток отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, что приводит к снижению выпускного давления. Аналогично, путем увеличения открытия перепускного клапана может быть увеличен поток отработавших газов в выхлопную трубу в обход турбины, что приводит к снижению выпускного давления.
Во время первого состояния эксплуатации двигателя с наддувом в ответ на превышение первого порогового значения разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором может выполняться корректировка исполнительного устройства лопатки ТИГ; во время второго состояния эксплуатации двигателя с наддувом в ответ на превышение первого порогового значения разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором может выполняться корректировка клапана РОГ; а во время третьего состояния эксплуатации двигателя с наддувом в ответ на превышение первого порогового значения указанной разностью давлений может выполняться корректировка перепускного клапана; при этом во время каждого из первого, второго и третьего состояний давление наддува может поддерживаться постоянным. Кроме того, во время четвертого состояния эксплуатации двигателя с наддувом в ответ на превышение разностью давлений между выпускным и впускным коллектором второго порогового значения может выполняться корректировка и исполнительного устройства лопатки ТИГ, и клапана РОГ, и перепускного клапана. Опционально, во время всех четырех состояний эксплуатации двигателя указанная корректировка может выполняться на основании отношения давления в выпускном коллекторе к давлению во впускном коллекторе. В одном примере первое состояние содержит эксплуатацию двигателя вблизи предела стабильности сгорания, второе состояние содержит эксплуатацию компрессора, соединенного с ТИГ, вблизи предела помпажа или захлебывания указанного компрессора, а третье состояние содержит превышение разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором второго порогового значения.
Таким образом, управляющая система путем регулирования геометрии ТИГ и/или положения клапана РОГ может регулировать (снижать) разность давлений между выпускным и впускным коллектором, тем самым снижая работу прокачки двигателя и интенсивность ухудшения свойств оборудования. Вместо использования для планирования положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и/или открытия клапана РОГ разности выпускного и впускного давлений, в одном примере управляющая система может использовать отношение между выпускным давлением и впускным давлением. В еще одном примере для управления скачками выпускного давления может использоваться только выпускное давление.
Фиг. 5 представляет пример рабочей последовательности 500, иллюстрирующей пример управления разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором с использованием турбины с изменяемой геометрией (ТИГ) и регулирования положения клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ). Эта рабочая последовательность может выполняться во время переходных режимов работы двигателя с целью снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором, вызванной скачками выпускного давления. Путем снижения указанной разности давлений может быть снижена работа прокачки двигателя. Горизонтальная ось (ось х) обозначает время, а вертикальными реперами t1-t9 показаны значимые моменты времени в реализации последовательности 500.
Первый график сверху, линия 502, представляет изменение положения педали акселератора во времени. Второй график, линия 504, представляет разность (ΔР) между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе. Оценочное значение впускного давления может быть получено от датчика давления во впускном коллекторе, оценочное значение выпускного давления может быть получено от датчика давления в выпускном коллекторе, а разность между указанными двумя значениями может вычисляться контроллером двигателя. Пунктирные линии 505 и 507 представляют, соответственно, первое и второе нижние пороговые значения разности ΔР давлений. Для оптимальной работы двигателя, без чрезмерных потерь на прокачку, разность ΔР давлений может поддерживаться на уровне ниже первого порогового значения 505 (близко к нулю). Третий график, линия 506, представляет вариации выпускного давления во времени. Во время переходных режимов работы двигателя могут иметь место скачки выпускного давления, которые также влияют на разность ΔР давлений. Четвертый график, линия 508, представляет положение лопаток ТИГ, а пятый график, линия 510, представляет положение (открытие) клапана РОГ.
Как видно, до момента t1 времени положение педали постоянно, без каких-либо существенных флуктуаций. В это время выпускное давление и разность ΔР давлений также сохраняются на постоянном уровне, а разность ΔР давлений гораздо ниже первого порогового значения 505. Лопатки ТИГ сохраняются в постоянном положении, заданном на основании давления наддува, требуемого для работы двигателя. Кроме того, в это время сохраняется постоянное открытие клапана РОГ, определенное на основании уровня РОГ, требуемого для текущей работы двигателя.
В момент t1 времени по изменению положения педали акселератора видно начало акта нажатия на педаль акселератора. Во время таких переходных режимов двигателя, как акт нажатия на педаль акселератора, выпускное давление на короткое время возрастает, что вызывает скачки выпускного давления. В то же время для увеличения впускного давления может потребоваться больше времени (из-за большего объема впускного коллектора по сравнению с выпускным коллектором). Кроме того, скачки впускного давления могут быть меньше скачков выпускного давления, возникающих вследствие того же акта нажатия на педаль акселератора. В момент t2 времени, как результат акта нажатия на педаль акселератора, наблюдается скачок выпускного давления.
Как следствие, разность ΔР давлений может увеличиться до уровня выше первого порогового значения 505 (но ниже второго порогового значения 507). Разность ΔР давлений, превышающая пороговое значение, может привести к увеличению работы прокачки двигателя, что, в свою очередь, может неблагоприятно сказаться на эффективности и качестве работы двигателя и на топливной экономичности. Кроме того, при этом могут чрезмерно увеличиваться степени расширения турбины, что может приводить к повреждению механических элементов турбонагнетателя. Помимо этого, такие скачки выпускного давления и высокие степени расширения могут вести к большой циклической усталости и в итоге к ухудшению свойств механических элементов турбонагнетателя.
Соответственно, чтобы уменьшить скачок выпускного давления и снизить разность ΔР давлений, в момент t2 времени может выполняться корректировка исполнительного устройства лопатки ТИГ. В данном примере могут дополнительно открываться лопатки ТИГ с целью увеличения аспектного отношения ТИГ и снижения выпускного давления в результате протекания отработавших газов через ТИГ увеличенной площади. Для определения корректировки открытия лопатки ТИГ, требуемой для снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором, могут совместно использоваться пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер и пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер. С целью корректировки геометрии ТИГ указанный контроллер может передавать сигнал в исполнительное устройство, соединенное с лопатками ТИГ.
Указанный ПИ-контроллер может принимать сигналы, в числе которых скорость вращения двигателя, план подачи топлива, давление во впускном коллекторе и в выпускном коллекторе, а указанный ПД-контроллер может принимать сигналы, в числе которых разность ΔР давлений, давление во впускном коллекторе и в выпускном коллекторе и скорость вращения двигателя, от соответствующих датчиков, и эти сигналы могут использоваться для планирования корректировки положения лопатки ТИГ. Регулирование геометрии ТИГ может, помимо прочего, выполняться с учетом соответствующих ограничений по захлебыванию и помпажу компрессора. На основании параметров работы двигателя, запрошенной величины снижения выпускного давления, положения лопатки ТИГ и положения клапана РОГ контроллер может принять решение о том, что открытие клапана РОГ можно сохранить неизменным, а для снижения скачка выпускного давления и разности ΔР давлений может быть достаточно лишь корректировки исполнительного устройства лопатки ТИГ. Причина этого в том, что уровни РОГ зависят от параметров работы двигателя, и более высокая, чем требуется, интенсивность потока РОГ может привести к чрезмерному разбавлению впускного воздуха и вызвать неустойчивость сгорания. Кроме того, для реализации изменения давления, необходимого для снижения скачка выпускного давления и разности ΔР давлений, может быть достаточно одной лишь корректировки геометрии ТИГ, поскольку разность ΔР давлений ниже, чем второе пороговое значение 507.
Между моментами t2 и t3 времени открытие лопатки ТИГ может сохраняться на повышенном уровне. Кроме того, в результате корректировок, внесенных в геометрию ТИГ, в это время происходит снижение выпускного давления и разности ΔР давлений. Вследствие изменения геометрии ТИГ снижается и впускное давление, но медленнее по сравнению со скоростью снижения соответствующего выпускного давления. В момент t3 времени можно видеть, что акт нажатия на педаль акселератора подошел к концу и положение педали возвратилось на стабильный уровень. Кроме того, произошло снижение выпускного давления и разности ΔР давлений до уровня, превышающего первое пороговое значение 505. В ответ на указанное снижение выпускного давления и разности ΔР давлений, геометрия ТИГ может дополнительно корректироваться с учетом текущих уровней давления (давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе) и других условий эксплуатации двигателя. В данном примере в указанный момент времени лопатки ТИГ могут закрываться на такую величину (в сравнении с геометрией ТИГ в периоде времени между t2 и t3), чтобы произошло уменьшение площади поверхности лопаток ТИГ, открытой для прохождения отработавших газов.
Между моментами t3 и t4 времени значительных изменений положения педали не происходит. Также в это время выпускное давление и разность ΔР давлений сохраняются на постоянном уровне, а разность ΔР давлений гораздо ниже первого порогового значения 505. Поэтому и клапан ТИГ, и клапан РОГ поддерживаются в постоянном положении, определяемом на основании текущих рабочих параметров двигателя.
В момент t4 времени по изменению положения педали акселератора можно видеть начало второго акта нажатия на педаль акселератора. Как результат, может наблюдаться скачок выпускного давления, а разность ΔР давлений может увеличиться до уровня выше первого порогового значения 505 (но ниже второго порогового значения 507). Соответственно, с целью уменьшения скачка выпускного давления и разности ΔР давлений в момент t5 времени может корректироваться открытие клапана РОГ. В данном примере путем увеличения открытия клапана РОГ может быть увеличен поток воздуха из выпускного коллектора во впускной коллектор, что вызывает снижение выпускного давления. Для определения требуемой корректировки открытия клапана РОГ с целью уменьшения разности давлений между впускным и выпускным коллектором могут совместно использоваться пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер и пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер. С целью увеличения открытия клапана РОГ указанный контроллер может передавать сигнал в исполнительное устройство, соединенное с указанным клапаном.
Указанный ПИ-контроллер может принимать сигналы, в числе которых скорость вращения двигателя, план подачи топлива, интенсивность потока РОГ, давление во впускном коллекторе и в выпускном коллекторе, а указанный ПД-контроллер может принимать сигналы, в числе которых разность ΔР давлений, давление во впускном коллекторе и в выпускном коллекторе, и скорость вращения двигателя, из соответствующих датчиков, и эти сигналы могут использоваться для планирования корректировки положения клапана РОГ. На основании текущих параметров работы двигателя, запрошенной величины снижения выпускного давления, геометрии ТИГ и положения клапана РОГ контроллер может принимать решение о том, что в данное время лопатки ТИГ можно поддерживать в том же положении, а для снижения скачка выпускного давления и разности ΔР давлений может быть достаточно только корректировки клапана РОГ. Кроме того, одной лишь корректировки открытия клапана РОГ для реализации изменения давления, необходимого для снижения скачка выпускного давления и разности ΔР давлений, может быть достаточно потому, что разность ΔР давлений ниже, чем второе пороговое значение 507. Может быть принято во внимание то, что изменение давления при изменении открытия клапана РОГ является более быстрым процессом по сравнению с изменением давления, реализуемым изменением положения лопатки ТИГ.
Между моментами t5 и t6 времени открытие клапана РОГ может сохраняться на повышенном уровне. При этом в результате корректировки открытия клапана РОГ в это время происходит снижение выпускного давления и разности ЛР давлений. В ответ на изменение открытия клапана РОГ впускное давление может сначала немного возрасти, а затем уменьшается. Данное поведение зависит от рабочей области, и в некоторых областях реакция впускного давления может быть монотонной. В момент t6 времени можно видеть, что акт нажатия на педаль акселератора подошел к концу и положение педали возвратилось на стабильный уровень. Также произошло снижение выпускного давления и, как следствие, наблюдается уменьшение разности ΔР давлений до уровня, более высокого, чем первое пороговое значение 505. В ответ на это уменьшение выпускного давления и разности ΔР давлений открытие клапана РОГ может дополнительно корректироваться с учетом текущих уровней давления (давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе) и других условий эксплуатации двигателя. В данном примере в это время открытие клапана РОГ с целью снижения потока отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор может быть снижено до меньшей (в сравнении с открытием клапана РОГ в периоде времени t5-t6) величины.
Между моментами t6 и t7 времени педаль поддерживается в постоянном положении без каких-либо значимых флуктуаций. В это время выпускное давление и разность ΔР давлений также сохраняются на постоянном уровне, а разность ΔР давлений гораздо ниже первого порогового значения 505. И клапан ТИГ, и клапан РОГ поддерживаются в постоянном положении, определяемом на основании текущего использования двигателя.
В момент t7 времени по изменению положения педали акселератора видно начало акта отпускания педали акселератора. Во время акта отпускания педали акселератора, в момент t8 времени, также может наблюдаться скачок выпускного давления. Как результат, разность ΔР давлений может увеличиться до уровня, даже превосходящего второе пороговое значение 507. Большое значение разности ΔР давлений (превышающее второе пороговое значение 507) может привести к значительному увеличению работы прокачки двигателя, что, в свою очередь, может неблагоприятно сказаться на эффективности и качестве работы двигателя и на топливной экономичности. Кроме того, такие скачки выпускного давления могут вести к высокой циклической усталости и в итоге к ухудшению свойств некоторых компонентов двигателя.
Соответственно, чтобы уменьшить скачок выпускного давления и разность ΔР давлений, в момент t8 времени может корректироваться как геометрия ТИГ, так и открытие клапана РОГ. Поскольку в этот момент времени разность ΔР давлений превышает второе пороговое значение 507, корректировки лишь одного параметра из числа геометрии ТИГ и открытия клапана РОГ может оказаться недостаточно для увеличения разности ΔР давлений. Соответственно, в это время могут выполняться корректировки как геометрии ТИГ, так и открытия клапана РОГ. Как и ранее, для определения требуемой корректировки как исполнительного устройства лопатки ТИГ, так и клапана РОГ, имеющей целью увеличение разности давлений между впускным и выпускным коллектором до оптимального уровня, могут совместно использоваться пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер и пропорционально-дифференциальный (ПД) контроллер. С целью увеличения открытия лопаток ТИГ и открытия клапана РОГ указанный контроллер может передавать сигнал в соответствующие исполнительные устройства, соединенные с указанными лопатками ТИГ и клапаном.
Между моментами t8 и t9 времени геометрия ТИГ и открытие клапана РОГ могут поддерживаться на повышенных уровнях. Кроме того, в результате корректировок, внесенных в геометрию ТИГ и открытие клапана РОГ, в это время происходит снижение выпускного давления и разности ΔР давлений. В момент t9 времени можно видеть, что акт отпускания педали акселератора подошел к концу и положение педали возвратилось на стабильный уровень. Кроме того, происходит снижение выпускного давления и, как следствие, наблюдается снижение разности ΔР давлений. При этом разность ΔР давлений может снизиться до уровня, лежащего ниже как второго порогового значения (507), так и первого порогового значения (505). В ответ на это снижение выпускного давления и разности ΔР давлений в момент t9 времени открытие лопаток ТИГ и открытие клапана РОГ могут быть уменьшены (относительно геометрии ТИГ и открытия клапана РОГ в периоде времени t8-t9) до уровня, который является целевым на основании текущих параметров работы двигателя.
После момента t9 времени изменений в положении педали больше не наблюдается. Выпускное давление и разность ΔР давлений поддерживаются на постоянных уровнях, с запасом находящихся в пределах требуемых границ. И клапан ТИГ, и клапан РОГ поддерживаются в постоянном положении, определяемом на основании текущего использования двигателя. Для снижения разности давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором в дополнение к геометрии ТИГ и открытию клапана РОГ также может регулироваться открытие перепускного клапана. Таким образом, во время переходных режимов работы двигателя разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором может быть снижена до оптимального уровня посредством должных корректировок геометрии ТИГ и/или положения клапана РОГ, и таким образом осуществляется управление работой прокачки двигателя.
В одном примере способ для системы двигателя с наддувом содержит регулирование турбины с изменяемой геометрией (ТИГ) на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью снижения указанной разности ниже порогового значения. Вышеописанный предлагаемый в качестве примера способ также содержит, дополнительно или опционально, в ходе указанного регулирования, поддержание требуемого давления наддува, причем указанное регулирование дополнительно выполняется на основании одного или более из следующих параметров: поток воздуха, поток отработавших газов, скорость вращения двигателя, скорость вращения двигателя в сочетании с нагрузкой, скорость вращения турбонагнетателя, подача топлива, крутящий момент (нагрузка), выпускное давление и внешние условия, в числе которых внешняя температура и внешнее давление. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, указанное регулирование с замкнутым контуром обратной связи содержит планирование коэффициента передачи для регулирования геометрии ТИГ на основании как скорости вращения двигателя, так и выпускного давления. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, указанное регулирование дополнительно содержит изменение аспектного отношения ТИГ на основании указанного запланированного коэффициента передачи. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, указанное регулирование на основании запланированного коэффициента передачи содержит, в первом режиме, увеличение аспектного отношения ТИГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или при увеличении выпускного давления, и уменьшение аспектного отношения ТИГ при увеличении скорости вращения двигателя и/или при уменьшении выпускного давления; и, во втором режиме, увеличение аспектного отношения ТИГ при увеличении скорости вращения двигателя и/или выпускного давления, и уменьшение аспектного отношения ТИГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или выпускного давления. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, указанное регулирование осуществляют в ответ на превышение первого порогового значения разностью между выпускным давлением и впускным давлением. Любой или все из предыдущих примеров также содержат, дополнительно или опционально, регулирование клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединенного с системой РОГ, на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью снижения указанной разности ниже порогового значения; указанное регулирование выполняется на основании, помимо прочего, скорости вращения двигателя и выпускного давления, при этом регулирование клапана РОГ содержит увеличение открытия клапана РОГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или при увеличении выпускного давления, и уменьшение открытия указанного клапана при увеличении скорости вращения двигателя и/или уменьшении выпускного давления. Любой или все из предыдущих примеров также содержат, дополнительно или опционально, регулирование перепускного клапана, соединенного с перепускным каналом, на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью снижения указанной разности ниже порогового значения; указанное регулирование выполняется на основании, помимо прочего, скорости вращения двигателя и выпускного давления, и содержит увеличение открытия перепускного клапана при уменьшении скорости вращения двигателя и/или при увеличении выпускного давления, и уменьшение открытия перепускного клапана при увеличении скорости вращения двигателя и/или при уменьшении выпускного давления. Любой или все из предыдущих примеров также содержат, дополнительно или опционально, регулирование геометрии ТИГ и клапана РОГ в ответ на превышение разностью между выпускным давлением и впускным давлением второго порогового значения, причем второе пороговое значение является более высоким, чем первое пороговое значение. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, регулирование клапана РОГ содержит увеличение открытия клапана РОГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или при увеличении выпускного давления, и уменьшение открытия указанного клапана при увеличении скорости вращения двигателя и/или уменьшении выпускного давления.
Еще один предлагаемый в качестве примера способ для двигателя содержит, во время первого состояния эксплуатации двигателя с наддувом, в ответ на превышение разностью давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором первого порогового значения, выборочное регулирование исполнительного устройства лопатки турбины с изменяемой геометрией (ТИГ); а во время второго состояния эксплуатации двигателя с наддувом, в ответ на превышение указанной разностью давлений первого порогового значения, выборочное регулирование клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ); во время как первого, так и второго указанных состояний, поддержание давления наддува во время третьего состояния эксплуатации двигателя с наддувом, и, в ответ на превышение разностью давлений первого порогового значения, выборочное регулирование перепускного клапана; и, во время каждого из первого, второго и третьего состояний, поддержание давления наддува. Вышеописанный предлагаемый в качестве примера способ может, дополнительно или опционально, также содержать, во время четвертого состояния эксплуатации двигателя с наддувом, регулирование исполнительного устройства лопатки ТИГ, клапана РОГ и перепускного клапана в ответ на превышение указанной разностью давлений второго порогового значения, являющегося более высоким, чем первое пороговое значение, причем во время каждого из первого, второго и третьего состояний указанное регулирование выполняется, помимо прочего, на основании отношения давления в выпускном коллекторе к давлению во впускном коллекторе. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, двигатель содержит впускной компрессор, указанное первое состояние содержит эксплуатацию двигателя на пределе стабильности сгорания или с запасом от указанного предела, не превышающим пороговый запас по стабильности сгорания, а указанное второе состояние содержит эксплуатацию компрессора на пределе помпажа компрессора или с запасом от указанного предела, не превышающим пороговый запас по помпажу компрессора. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, регулирование исполнительного устройства лопатки ТИГ во время первого состояния и регулирование клапана РОГ во время второго состояния содержат регулирование с использованием коэффициента передачи, который зависит от скорости вращения двигателя и давления в выпускном коллекторе и который увеличивают при уменьшении скорости вращения двигателя и/или при увеличении давления в выпускном коллекторе. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, регулирование исполнительных устройств ТИГ, РОГ или перепускного клапана содержит регулирование с применением пропорционально-интегрального (ПИ) контроллера и с использованием первого члена, определяемого на основании скорости вращения двигателя, оценочного значения давления во впускном коллекторе, целевого давления во впускном коллекторе и оценочного значения давления в выпускном коллекторе, а затем регулирование с применением пропорционально-дифференциального (ПД) контроллера с использованием второго члена, определяемого на основании скорости вращения двигателя и разности между оценочным значением давления в выпускном коллекторе и оценочным значением давления во впускном коллекторе. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, указанное выборочное регулирование во время первого состояния содержит приведение в действие исполнительного устройства лопатки ТИГ для увеличения, на основании указанных первого члена и второго члена, открытия лопаток ТИГ с целью увеличения аспектного отношения ТИГ, а во время второго состояния содержит открывание, на основании первого члена и второго члена, клапана РОГ с целью увеличения открытия канала РОГ. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, разность давлений между выпускным коллектором и впускным коллектором вычисляется на основании оценочного значения впускного давления, полученного от датчика давления во впускном коллекторе, и оценочного значения выпускного давления, полученного от датчика давления в выпускном коллекторе.
В еще одном примере двигатель содержит впускной коллектор и выпускной коллектор; турбонагнетатель, предназначенный для подачи форсированного воздушного заряда в двигатель, причем указанный турбонагнетатель содержит турбину с изменяемой геометрией (ТИГ), приводимую в действие отработавшими газами, выполненную с возможностью приводить в действие впускной компрессор, содержащую лопатки для изменения аспектного отношения указанной турбины; перепускной канал, подключенный параллельно указанной турбине, приводимой в действие отработавшими газами, содержащий перепускной клапан; систему рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащую канал рециркуляции отработавших газов с клапаном РОГ, выполненный с возможностью рециркуляции отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор; первый датчик давления, соединенный со впускным коллектором; второй датчик давления, соединенный с выпускным коллектором; контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в энергонезависимой памяти для, при эксплуатации двигателя с включенным наддувом, снижения разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе посредством регулирования по меньшей мере одного параметра из числа аспектного отношения указанной турбины, приводимой в действие отработавшими газами, открытия указанного перепускного клапана и открытия указанного клапана рециркуляции отработавших газов. Предыдущий пример также содержит, дополнительно или опционально, снижение разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе, содержащее увеличение по меньшей мере одного параметра из числа открытия лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ в ответ на превышающий пороговое значение рост разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, поддержание более высокой, чем пороговое значение, указанной разности давлений содержит увеличение открытия лопаток ТИГ и/или клапана РОГ в ответ на снижение указанной разности давлений ниже порогового значения. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, снижение разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе содержит увеличение открытия лопаток ТИГ и/или клапана РОГ в ответ на превышающий пороговое значение рост разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, увеличение по меньшей мере одного параметра из числа открытия лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ содержит вычисление одного или более управляющих членов (к примеру, коэффициентов передачи) посредством по меньшей мере одного контроллера из числа пропорционально-интегрального (ПИ) контроллера, пропорционально-дифференциального (ПД) контроллера и пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) контроллера, выполняемое на основании скорости вращения двигателя, давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе, и также содержит регулирование по меньшей мере одного параметра из числа открытия лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ в соответствии с этим вычисленным коэффициентом передачи. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, указанное поддержание более высокой, чем пороговое значение, разности содержит регулирование лопаток ТИГ и/или клапана РОГ на основании скорости вращения двигателя и выпускного давления, при этом открытие лопаток ТИГ и/или клапана РОГ увеличивают при уменьшении скорости вращения двигателя или при увеличении давления в выпускном коллекторе и уменьшают при увеличении скорости вращения двигателя или снижении давления в выпускном коллекторе. В любом или во всех из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, снижение разности между давлением в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе содержит регулирование по меньшей мере одного из следующего: лопатки ТИГ, перепускной клапан и клапан РОГ, - на основании скорости вращения двигателя и выпускного давления, причем по меньшей мере один параметр из числа положения лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ, увеличивают при уменьшении скорости вращения двигателя или увеличении давления в выпускном коллекторе и уменьшают при увеличении скорости вращения двигателя или снижении давления в выпускном коллекторе.
В еще одном представлении способ для двигателя содержит регулирование турбины с изменяемой геометрией (ТИГ) на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью поддержания требуемого давления наддува. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, регулирование выполняется также на основании скорости вращения двигателя и выпускного давления. Любой или все из предыдущих примеров также содержит, дополнительно или опционально, регулирование клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединенного с системой РОГ, на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью поддержания целевого давления наддува, причем указанное регулирование выполняется на основании, помимо прочего, скорости вращения двигателя и выпускного давления и содержит увеличение открытия клапана РОГ при уменьшении скорости вращения двигателя и/или увеличении выпускного давления; и уменьшение открытия указанного клапана при увеличении скорости вращения двигателя и/или уменьшении выпускного давления. Любой или все из предыдущих примеров также содержат, дополнительно или опционально, регулирование перепускного клапана, соединенного с перепускным каналом, на основании разности между выпускным давлением и впускным давлением с целью поддержания требуемого давления наддува, причем указанное регулирование выполняется на основании, помимо прочего, скорости вращения двигателя и выпускного давления, и содержит увеличение открытия перепускного клапана при уменьшении скорости вращения двигателя и/или увеличении выпускного давления и уменьшение открытия перепускного клапана при увеличении скорости вращения двигателя и/или уменьшении выпускного давления. В еще одном примере регулирование геометрии лопатки ТИГ, открытия клапана РОГ и положения перепускного клапана с использованием указанного коэффициента передачи содержит регулирование с использованием пропорционально-интегрального (ПИ) контроллера и первого члена, зависящего от скорости вращения двигателя, оценочного значения давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе, а затем содержит регулирование с использованием пропорционально-дифференциального (ПД) контроллера и второго члена, зависящего от скорости вращения двигателя и давления в выпускном коллекторе. В еще одном примере увеличение по меньшей мере одного параметра из числа открытия лопатки ТИГ, открытия перепускного клапана и открытия клапана РОГ содержит планирование коэффициента передачи посредством по меньшей мере одного контроллера из числа пропорционально-интегрального (ПИ) контроллера, пропорционально-дифференциального (ПД) контроллера и пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) контроллера на основании скорости вращения двигателя, давления во впускном коллекторе и давления в выпускном коллекторе. Указанным образом становится возможным эффективное регулирование как геометрии ТИГ, так и открытия клапана РОГ с целью поддержания оптимальной разности давлений между впускным коллектором и выпускным коллектором двигателя. Путем поддержания указанной разности давлений на оптимальном уровне потери двигателя на прокачку могут быть снижены. Кроме того, появляется возможность избежать скачков выпускного давления и чрезмерных степеней расширения, чем повышается качество работы двигателя и топливная эффективность. Технический результат снижения потерь двигателя на прокачку, скачков выпускного давления и чрезмерно высоких степеней расширения состоит в возможности снижения вызванного усталостью вреда для турбонагнетателя и других механических компонентов.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, например, с управлением от событий, управлением от прерываний, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные здесь разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут опускаться. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно требуется для реализации отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, а служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из описанных действий, операций и/или функций в зависимости от конкретной применяемой стратегии могут выполняться с повторением. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, подлежащий программированию в долговременную память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, в которой указанные действия выполняются путем исполнения команд в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, поскольку возможны разнообразные их модификации. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, двигателям с четырьмя оппозитными цилиндрами и к двигателям других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
Нижеследующие пункты формулы изобретения, в частности, указывают определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы может быть упомянут некоторый элемент или «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать такие пункты как указывающие на содержание одного или более таких элементов, не требующие и не исключающие содержания двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.