СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАДДУВОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка относится к способам и системам для использования потока рециркуляции компрессора для улучшения борьбы с помпажом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы двигателя могут быть сконфигурированы устройствами наддува, такими как турбонагнетатели или нагнетатели, для выдачи подвергнутого наддуву заряда воздуха и улучшения пиковых выходных мощностей. Использование компрессора предоставляет двигателю меньшего рабочего объема возможность выдавать не меньшую мощность, чем двигатель большего рабочего объема, но с дополнительными выгодами экономии топлива. Однако, компрессоры предрасположены к помпажу. Например, когда водитель отпускает педаль акселератора, впускной дроссель двигателя закрывается, приводя к уменьшенному прямому потоку через компрессор, ухудшая производительность компрессора и потенциально вызывая помпаж компрессора. Помпаж компрессора может приводить к проблемам NVH, таким как нежелательный шум из системы впуска двигателя.
Один из способов принятия мер в ответ на помпаж компрессора включает в себя рециркуляцию сжатого воздуха через компрессор в системе впуска, чтобы давать возможность быстрого затухания давления наддува. Один из примеров такого подхода показан Блэйклоком и другими в US 2012/0014812. В нем, перепускной клапан компрессора (также известный как клапан рециркуляции компрессора, или CRV) расположен в канале, присоединяющем выход компрессора к входу компрессора. Клапан поддерживается закрытым во время работы двигателя с наддувом в установившемся состоянии и побуждается открываться в ответ на указание помпажа. Посредством открывания клапана, часть воздуха, выпускаемого из компрессора, рециркулируется на вход компрессора, тем самым, уменьшая перепад давления на компрессоре и улучшая поток компрессора.
Однако, изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у такого подхода. Несмотря на то, что рециркуляция подвергнутого наддуву воздуха через компрессор улучшает запас до помпажа, большая мощность турбины может требоваться для возбуждения рециркуляции и перемещения режима работы компрессора из области помпажа, чем мощность турбины, требуемая для продолжения эксплуатации компрессора без рециркуляции. Дополнительная мощность турбины также может требоваться для поддержания давления наддува. Например, во время условий мягкого помпажа, помпажу может быть необходимо подвергаться принятию ответных мер без сброса давления наддува. По существу, могут быть условия, когда имеющейся в распоряжении мощности турбины не достаточно для возбуждения достаточной рециркуляции компрессора, чтобы перемещать рабочую точку компрессора прочь из области помпажа. К тому же, мощности турбины может не быть достаточно, чтобы давать возможность поддерживаться требуемому давлению наддува. Несмотря на то, что имеющаяся в распоряжении мощность турбины может повышаться посредством повышения давления отработавших газов выше по потоку от турбины (к примеру, посредством определения меньшей или ограниченной турбины в качестве части турбины, соответствующей применению), повышение давления на входе турбины повышает насосную работу двигателя и, тем самым, ухудшает экономию топлива транспортного средства. В дополнение, ограничение турбины для достижения лучшей мощности на валу в условиях более низкой мощности двигателя может приводить к избыточному ограничению в условиях высокой мощности двигателя, которое может ограничивать максимальную выходную мощность двигателя.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Раскрыта система двигателя, содержащая: двигатель; турбонагнетатель, включающий в себя компрессор, приводимый в движение многоспиральной турбиной; охладитель наддувочного воздуха, расположенный ниже по потоку от компрессора, для охлаждения подвергнутого наддуву заряда воздуха, подаваемого в двигатель; канал рециркуляции компрессора, включающий в себя первый клапан, присоединяющий выход охладителя наддувочного воздуха к входу компрессора; перепускную заслонку для отработавших газов, присоединяющую выход турбины к входу турбины; второй клапан, присоединенный к входу внешней спирали турбины; и контроллер с машинно-читаемыми командами для: эксплуатации двигателя с наддувом с частично открытым первым клапаном и полностью открытым вторым клапаном; и в ответ на указание помпажа, увеличения открывания первого клапана на основании упомянутого указания и уменьшения открывания второго клапана на основании открывания первого клапана.
В дополнительном аспекте контроллер включает в себя дополнительные команды для, наряду с увеличением открывания первого клапана и уменьшением открывания второго клапана, настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов на основании настроек для каждого из первого и второго клапана, чтобы поддерживать давление на входе турбины.
В другом дополнительном аспекте контроллер включает в себя дополнительные команды для упомянутой настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов, причем упомянутая настройка включает в себя уменьшение открывания перепускной заслонки для отработавших газов по мере того, как увеличивается открывание первого клапана, и уменьшается открывание второго клапана.
В еще одном дополнительном аспекте контроллер включает в себя дополнительные команды для уменьшения открывания второго клапана на основании открывания первого клапана, которое включает в себя оценку мощности турбины, требуемой, чтобы давать возможность потока рециркуляции компрессора при открывании первого клапана, и уменьшение открывания второго клапана для обеспечения давления на входе турбины, которое обеспечивает оцененную мощность турбины.
Кроме того раскрыт подход для двигателя с наддувом, состоящий в том, что: в ответ на указание помпажа, настраивают каждый из первого клапана, расположенного в канале, присоединяющем выход компрессора к входу компрессора, и второго клапана, присоединенного к внешней вторичной спирали многоспиральной турбины в системе выпуска.
В дополнительном аспекте настройка первого клапана основана на указании помпажа, и при этом, настойка второго клапана основана на настройке первого клапана.
В другом дополнительном аспекте настройка первого клапана заключается в том, что увеличивают открывание первого клапана помере того, как возрастает указание помпажа.
В еще одном дополнительном аспекте первый клапан является непрерывно регулируемым клапаном, чье положение является непрерывно регулируемым между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, и при этом, канал присоединяет выход компрессора ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха к входу компрессора.
В еще одном дополнительном аспекте настройка второго клапана включает в себя закрывание второго клапана, временные характеристики и/или степень закрывания на основании увеличения открывания первого клапана.
В еще одном дополнительном аспекте увеличение открывания первого клапана заключается в том, что увеличивают открывание, чтобы усилить рециркуляцию сжатого воздуха с выхода компрессора на вход компрессора, и при этом, закрывание второго клапана заключается в том, что закрывают второй клапан, чтобы выключить поток отработавших газов во внешнюю вторичную спираль турбины.
В еще одном дополнительном аспекте подход дополнительно состоит в том, что настраивают перепускную заслонку для отработавших газов, присоединенную в параллель турбине, на основании каждой из настройки первого клапана и настройки второго клапана, чтобы поддерживать требуемое давление наддува двигателя.
В еще одном дополнительном аспекте настройка перепускной заслонки для отработавших газов заключается в том, что уменьшают открывание перепускной заслонки для отработавших газов в ответ на увеличение открывания первого клапана и закрывание второго клапана.
В еще одном дополнительном аспекте настройка перепускной заслонки для отработавших газов дополнительно основана на одном или более из давления наддува двигателя, температуры на входе турбины, давления на входе турбины и потребности в воздухе двигателя.
Также раскрыт подход для двигателя, состоящий в том, что: в ответ на помпаж, настраивают первый клапан для усиления рециркуляции сжатого воздуха на вход компрессора; настраивают второй клапан, присоединенный к внешней спирали многоспиральной турбины, на основании настройки первого клапана; и настраивают перепускную заслонку для отработавших газов, присоединенную в параллель турбине, на основании настроек для каждого из первого и второго клапана.
В дополнительном аспекте настройка первого клапана заключается в том, что увеличивают открывание первого клапана на основании указания помпажа, чтобы повышать интенсивность потока компрессора.
В другом дополнительном аспекте настройка второго клапана заключается в том, что уменьшают открывание второго клапана на основании увеличения первого клапана, чтобы повышать давление на входе турбины.
В еще одном дополнительном аспекте настройка перепускной заслонки для отработавших газов заключается в том, что настраивают перепускную заслонку для отработавших газов на основании настроек для каждого из первого и второго клапана, чтобы поддерживать требуемое давление наддува.
В еще одном дополнительном аспекте увеличение открывания первого клапана заключается в том, что переключают первый клапан из первого, полуоткрытого положения во второе, полностью открытое положение.
В еще одном дополнительном аспекте настройка первого клапана для усиления рециркуляции сжатого воздуха на вход компрессора заключается в том, что увеличивают открывание первого клапана, чтобы усиливать рециркуляцию охлажденного сжатого воздуха из местоположения ниже по потоку от компрессора и местоположения ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора.
В еще одном дополнительном аспекте турбина дополнительно включает в себя внутреннюю спираль, второй клапан не присоединен к внутренней спирали, и при этом, уменьшение открывания второго клапана заключается в том, что полностью закрывают второй клапан, чтобы ограничить поток отработавших газов через внешнюю спираль наряду с предоставлением возможности потока отработавших газов через внутреннюю спираль.
Изобретатели в материалах настоящей заявки поняли, что клапан спирали, присоединенный к турбине двойного потока (то есть, турбине, имеющей две отдельных спирали или улитки на входе турбины) может преимущественно использоваться для изменения ограничения турбины во время условий помпажа и выдачи повышенной мощности турбины, которая требуется для возбуждения потока рециркуляции компрессора. Клапан может настраиваться, чтобы предоставлять отработавшим газам возможность течь в одну или обе из спиралей, тем самым, изменяя ограничение турбины. Например, когда отработавшие газы текут в одну спираль, турбина действует подобно меньшей турбине, вырабатывающей более высокое давление на входе и большую мощность на валу для данной частоты вращения вала. Эта добавочная мощность на валу может преимущественно использоваться для выдачи мощности компрессора, необходимой для осуществления потока дополнительного рециркулированного воздуха. В сравнение, когда отработавшие газы текут в обе спирали, турбина действует подобно большей турбине, уменьшая насосную работу отработавших газов, когда добавочный мощность рециркуляции необязательна, и повышая пиковую выходную мощность двигателя. В дополнение, посредством координирования настроек для положения клапана спирали с настройками для перепускного клапана компрессора и/или привода перепускной заслонки для отработавших газов, запас до помпажа может улучшаться.
В одном из примерных вариантов осуществления, помпаж компрессора может ослабляться посредством способа для двигателя с наддувом, содержащего: в ответ на указание помпажа, настраивают каждый из первого клапана, расположенного в канале, присоединяющем выход компрессора к входу компрессора, и второго клапана, присоединенного к внешней спирали (в материалах настоящей заявки также указываемой ссылкой как вторичная спираль) многоспиральной турбины в системе выпуска. По существу, турбина также может включать в себя первичную спираль, внутреннюю по отношению к вторичной спирали. Таким образом, клапан спирали может использоваться для обеспечения мощности турбины, необходимой для возбуждения повышенной рециркуляции компрессора через клапан рециркуляции компрессора, комбинированный подход дает режиму работы компрессора отодвигаться от области помпажа.
В качестве примера, система двигателя с турбонаддувом может включать в себя компрессор с приводом от многоспиральной турбины в системе выпуска. Тракт рециркуляции компрессора может быть предусмотрен для рециркуляции части подвергнутого наддуву заряда воздуха из ниже по потоку от компрессора на вход компрессора. Это может включать в себя горячий неохлажденный подвергнутый наддуву воздух из ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха или охлажденный подвергнутый наддуву воздух из ниже по потоку от компрессора и ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха. Открывание первого клапана рециркуляции компрессора (CRV), расположенного в тракте рециркуляции, может увеличиваться в ответ на указание помпажа, чтобы увеличивать количество сжатого воздуха, который подвергается рециркуляции на вход компрессора. Посредством задействования большей рециркуляции, давление наддува ниже по потоку от компрессора понижается. Турбина в системе выпуска может включать в себя первую, внешнюю спираль и вторую, внутреннюю спираль. Второй клапан спирали может быть присоединен к внешней спирали, но не к внутренней спирали. Открывание клапана спирали может настраиваться для изменения количества отработавших газов, направленных через каждую из спиралей. Во время состояния помпажа, может определяться мощность турбины, требуемая для возбуждения рециркуляции через первый клапан наряду с поддержанием давления наддува. Открывание клапана спирали в таком случае может уменьшаться, с тем чтобы ограничивать поток отработавших газов через внешнюю спираль. При действии таким образом, повышается давление на входе турбины и, тем самым, пиковая мощность турбины. Настройка клапана спирали может настраиваться, чтобы выдавать мощность турбины, которая достаточно высока, чтобы возбуждать рециркуляцию сжатого воздуха через первый клапан. Перепускная заслонка для отработавших газов, присоединенная в параллель турбине, также может одновременно настраиваться для уравновешивания мощности на валу. В частности, открывание перепускной заслонки для отработавших газов может уменьшаться, чтобы уменьшать долю отработавших газов, которая отводится от входа турбины на выход турбины, тем самым, повышая давление на входе турбины и регулируя поток воздуха двигателя.
Таким образом, скоординированные настройки в отношении клапана спирали, клапана рециркуляции компрессора и перепускной заслонки для отработавших газов могут использоваться для принятия мер в ответ на помпаж наряду с поддержанием давления наддува и потребности в воздухе двигателя. Посредством использования настроек клапана рециркуляции компрессора для улучшения потока компрессора наряду с использованием настроек клапана спирали для обеспечения требуемой мощности турбины, улучшается запас до помпажа. Посредством использования согласованных настроек перепускной заслонки для отработавших газов для поддержания условий на входе турбины в рамках требуемых пределов, лучшая мощность на валу может выдаваться на компрессор в условиях низкой мощности двигателя, а также в условиях высокой мощности двигателя, улучшая выходную мощность двигателя. Посредством координации действия клапана спирали и клапана рециркуляции компрессора, больший компрессор и большая турбина могут использоваться для обеспечения более высоких давлений наддува, не навлекая частые проблемы помпажа на низких числах оборотов двигателя. В общем и целом, скоординированный подход дает возможность улучшаться запасу до помпажа и рабочим характеристикам двигателя с наддувом.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования полезной модели, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования полезной модели не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает пример системы двигателя с наддувом, включающей в себя клапан рециркуляции компрессора и турбину двойного потока.
Фиг. 2 показывает многомерную характеристику компрессора, отображающую пределы жесткого и мягкого помпажа.
фиг. 3 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для настройки положения клапана рециркуляции компрессора, клапана перепускной заслонки для отработавших газов и клапана спирали турбины двойного потока в ответ на указание помпажа.
Фиг. 4 показывает примерную координацию настроек клапанов во время помпажа согласно настоящему раскрытию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание относится к системам и способам для принятия мер в ответ на помпаж компрессора в системе двигателя с наддувом, такой как система по фиг. 1, с использованием клапана рециркуляции компрессора (CRV), клапана спирали турбина и перепускной заслонки для отработавших газов. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, такую как процедура по фиг. 3, для настройки положения CRV в ответ на указание помпажа. Контроллер также может настраивать положение клапана спирали на основании настройки CRV и положения перепускной заслонки для отработавших газов на основании настроек CRV и клапана спирали, чтобы поддерживать давление наддува, в то время как помпаж подвергается принятию ответных мер. Контроллер может обращаться к многомерной характеристике компрессора, такой как многомерная характеристика по фиг. 2, чтобы идентифицировать условия жесткого и мягкого помпажа. Примерные настройки клапанов описаны со ссылкой на фиг. 4. Таким образом, помпаж подвергается принятию ответных мер без ухудшения рабочих характеристик двигателя с наддувом.
Фиг. 1 показывает принципиальную схему двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 14 транспортного средства через устройство 16 ввода. В этом примере, устройство 16 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 18 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Двигатель 10 может включать в себя множество камер сгорания (то есть, цилиндров). В примере, показанном на фиг. 1, двигатель 10 включает в себя камеры 20, 22, 24 и 26 сгорания, скомпонованные в рядной 4-цилиндровой конфигурации. Однако, должно быть понятно, что, хотя фиг. 1 показывает четыре цилиндра, двигатель 10 может включать в себя любое количество цилиндров в любой конфигурации, например, V-6, I-6, V-12, оппозитная 4-цилиндровая, и т.д.
Хотя не показано на фиг. 1, каждая камера сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем, расположенным в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательные движения поршней преобразовывались во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства, например, через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Воздух втягивается в двигатель через воздушный впускной канал 30, а затем, подается в каждую камеру сгорания по впускному коллектору 28. Впускной коллектор 28 может быть присоединен к камерам сгорания через впускные окна. Например, впускной коллектор 28 показан на фиг. 1 присоединенным к цилиндрам 20, 22, 24 и 26 через впускные окна 32, 34, 36 и 38 соответственно. Каждое соответственное впускное окно может подавать воздух и/или топливо в соответственный цилиндр для сгорания.
Каждая камера сгорания может выпускать отработавшие газы через выпускное окно, присоединенное к ней. Например, выпускные окна 40, 42, 44 и 46 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24, 26, соответственно. Каждое соответственное выпускное окно может направлять отработавшие газообразные продукты сгорания из соответственного цилиндра в выпускной коллектор 148, а из него в выхлопную трубу 114.
Каждое впускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром с помощью впускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с впускными клапанами 48, 50, 52 и 54, соответственно. Подобным образом, каждое выпускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром с помощью выпускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с выпускными клапанами 56, 58, 60 и 62, соответственно. В некоторых примерах, каждая камера сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Хотя не показано на фиг. 1, в некоторых примерах, каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в действие впускным кулачком и выпускным кулачком. В качестве альтернативы, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка впускного клапана может определяться датчиком кулачка впускного клапана. Положение кулачка выпускного клапана может определяться датчиком кулачка выпускного клапана.
Впускной канал 30 может включать в себя дроссель 64, имеющий дроссельную заслонку 66. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 66 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 64, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 64 может эксплуатироваться для изменения всасываемого воздуха, выдаваемого в камеры сгорания. Положение дроссельной заслонки 66 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя с датчика 68 положения дросселя. Впускной канал 30 может включать в себя датчик 70 массового расхода воздуха и датчик 72 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
На фиг. 1, топливные форсунки показаны присоединенными непосредственно к камерам сгорания для впрыска топлива непосредственно в них пропорционально длительности импульса сигнала FPW, например, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь. Например, топливные форсунки 74, 76, 78 и 80 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно. Таким образом, топливные форсунки обеспечивают то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания. Каждая соответственная топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку соответственной камеры сгорания или сверху соответственной камеры сгорания. В некоторых примерах, одна или более топливных форсунок могут быть скомпонованы во впускном канале 28 в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива во впускные окна выше по потоку от соответственных камер сгорания. Хотя не показано на фиг. 1, топливо может подаваться в топливные форсунки топливной системой, включающей в себя топливный бак, топливный насос, топливную магистраль и направляющую-распределитель для топлива.
Камеры сгорания двигателя 10 могут эксплуатироваться в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания. В некоторых примерах, система зажигания без распределителя (не показана) может выдавать искры зажигания на свечи зажигания, присоединенные к камерам сгорания, в ответ на контроллер 12. Например, свечи 82, 84, 86 и 88 зажигания показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно.
Двигатель 10 может включать в себя турбонагнетатель 90. Турбонагнетатель 90 может включать в себя турбину 92 с приводом от отработавших газов и впускной компрессор 94, присоединенные к общему валу 96. Лопатки турбины 92 с приводом от отработавших газов могут побуждаться вращаться вокруг общего вала по мере того, как часть потока отработавших газов, выпущенного из двигателя 10, наталкивается на лопатки турбины. Впускной компрессор 94 может быть присоединен к турбине 92, из условия чтобы компрессор 94 мог приводиться в действие, когда лопатки турбины 92 побуждаются вращаться. Когда приведен в действие, компрессор 94 затем может направлять сжатый газ в воздушный впускной коллектор 28, откуда он затем может направляться в двигатель 10. Таким образом, турбонагнетатель 90 может быть выполнен с возможностью для выдачи подвергнутого наддуву заряда воздуха на впуск двигателя.
Турбонагнетатель 90 может быть сконфигурирован в качестве многоспирального турбонагнетателя, в котором турбина с приводом от отработавших газов включает в себя множество спиралей. В изображенном варианте осуществления, турбина 92 включает в себя две спирали, в том числе, вторичную внешнюю спираль 95 и первичную внутреннюю спираль 97. Каждая спираль может принимать отработавшие газы из выпускного коллектора 148 через отдельные входы. Более того, отработавшие газы могут течь вдоль первого входного тракта 102 отработавших газов во вторичную спираль 95 и вдоль второго входного тракта 104 отработавших газов первичную спираль 97. Клапан 106 спирали может быть присоединена в первом входном тракте 102 отработавших газов между выпускным коллектором 148 двигателя и входом внешней спирали 95. В альтернативном варианте осуществления, клапан управления спиралью взамен может быть присоединен к второй, внутренней спирали 97. Таким образом, турбина 92 с приводом от отработавших газов сконфигурирована в качестве турбины двойного потока. Как конкретизировано ниже, посредством настройки клапана 106 спирали, количество отработавших газов, направляемых в турбину, может меняться, тем самым, регулируя давление на входе турбины и выходную мощность турбины. В изображенном примере, клапан спирали не присоединен к входу второй внутренней спирали.
В одном из примеров, клапан 106 спирали может быть двухпозиционным клапаном, при этом, посредством открывания клапана, поток отработавших газов направляется через каждую из внутренней спирали 97 и внешней спирали 95, и при этом, посредством закрывания клапана, поток отработавших газов через внешнюю спираль 95 выключается. Однако, в альтернативном варианте осуществления, клапан 106 спирали может быть непрерывно регулируемым клапаном спирали, чье положение может меняться на любое положение между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, чтобы непрерывно менять поток отработавших газов во внешнюю спираль многоспиральной турбины.
Перепускная заслонка 110 для отработавших газов может быть присоединена в параллель турбине 92. Более точно, перепускная заслонка 110 для отработавших газов может быть включена в перепускной канал 108, присоединенный между входом и выходом турбины с приводом от отработавших газов. Посредством открывания перепускной заслонки 110 для отработавших газов, давление отработавших газов может сбрасываться с входа турбины на выход турбины, тем самым, понижая давление на входе турбины и мощность турбины. Контроллер 12 может настраивать положение перепускной заслонки 110 для отработавших газов, чтобы менять величину мощности на валу, выдаваемой турбиной для приведения в движение компрессора.
Отработавшие газы, выходящие из турбины 92 и/или перепускной заслонки 110 для отработавших газов, могут проходить через устройство 112 снижения токсичности выбросов. Устройство 112 снижения токсичности выбросов может включать в себя многочисленные брикеты каталитического нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. В некоторых примерах, устройство 112 снижения токсичности выбросов может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа. В других примерах, устройство 112 снижения токсичности выбросов может включать в себя один или множество из дизельного окислительного каталитического нейтрализатора (DOC), каталитического нейтрализатора с избирательным каталитическим восстановлением (SCR) и дизельного сажевого фильтра (DPF). После прохождения через устройство 112 снижения токсичности выбросов, отработавшие газы могут направляться в выхлопную трубу 114.
Клапан 158 рециркуляции компрессора (CRV) может быть предусмотрен в тракте 159 рециркуляции компрессора вокруг компрессора 94, так чтобы воздух мог перемещаться с выхода компрессора на вход компрессора, с тем чтобы усиливать поток воздуха через компрессор 94 и уменьшать помпаж. Охладитель 157 наддувочного воздуха может быть расположен во впускном канале 30 ниже по потоку от компрессора 94 для охлаждения подвергнутого наддуву заряда воздуха, подаваемого на впуск двигателя. В изображенном примере, тракт 159 рециркуляции компрессора выполнен с возможностью рециркулировать охлажденный сжатый воздух из ниже по потоку от охладителя 157 наддувочного воздуха на вход компрессора. В альтернативных примерах, тракт 159 рециркуляции компрессора может быть выполнен с возможностью рециркулировать сжатый воздух из ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от охладителя 157 наддувочного воздуха на вход компрессора. Открывание CRV 158 может настраиваться с помощью электрического сигнала из контроллера 12.
В изображенном примере, клапан 158 рециркуляции компрессора может быть непрерывно регулируемым клапаном, чье положение может непрерывно настраиваться на полностью открытое положение, полностью закрытое положение или любое положение между ними. Таким образом, клапан 158 рециркуляции в материалах настоящей заявки также может указываться ссылкой как непрерывно регулируемый клапан рециркуляции компрессора, или CRV 158. В изображенном примере, CRV 158 сконфигурирован в качестве дроссельного клапана, хотя, в других вариантах осуществления, CRV может быть сконфигурирован иначе (например, в качестве тарельчатого клапана). Во время номинальных условий эксплуатации двигателя, CRV 158 может удерживаться номинально открытым или почти закрытым. В таком положении, клапан может быть работающим с известной или ничтожной утечкой. Клапан может открываться в ответ на состояние жесткого помпажа, чтобы быстро понижать давление наддува и улучшать поток компрессора. Например, когда водитель отпускает педаль акселератора, и впускной дроссель 64 закрывается. чтобы уменьшать поток воздуха, повышенный перепад давления может создаваться на компрессоре. Это ведет к уменьшенному прямому потоку через компрессор, ухудшая рабочие характеристики турбонагнетателя и возможно вызывая помпаж компрессора. Посредством полного открывания CRV 158 в ответ на помпаж (например, жесткий помпаж), перепад давления на компрессоре понижается, перемещая степень сжатия компрессора (или поток компрессора) дальше от предела помпажа или области помпажа. В частности, посредством увеличения открывания CRV, часть заряда воздуха, сжатого компрессором 94, может сбрасываться из ниже по потоку от компрессора на вход компрессора, предоставляя возможность дополнительного потока через компрессор. В некоторых вариантах осуществления, один или более датчиков могут быть присоединены в канале 159 рециркуляции компрессора для определения массы рециркулированного потока, выдаваемого с входа дросселя во впускной канал. Различные датчики, например, могут включать в себя датчики давления, температуры и/или расхода.
В альтернативном примере, CRV 158 может быть сконфигурирован в качестве трехпозиционного клапана, имеющего установленное по умолчанию полуоткрытое положение, из которого он может перемещаться в полностью открытое положение или полностью закрытое положение. Полуоткрытое положение может поддерживаться пассивно во время условий эксплуатации двигателя с наддувом в установившемся состоянии, а также при эксплуатации в области мягкого помпажа. Посредством удерживания клапана частично открытым во время таких условий, по меньшей мере некоторое количество сжатого воздуха может рециркулироваться с выхода компрессора выше по потоку или ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора, увеличивая интенсивность потока через компрессор и улучшая запас до помпажа. В ответ на указание жесткого помпажа, клапан может переводиться в полностью открытое положение, чтобы быстро понижать давление наддува из ниже по потоку от компрессора, тем самым улучшая поток через компрессор. В ответ на резкое повышение требования крутящего момента, клапан может переводиться в полностью закрытое положение, чтобы быстро повышать давление наддува, выдаваемое компрессором, тем самым улучшая выходную мощность двигателя.
В еще одном дополнительном примере, CRV 158 может быть сконфигурирован в качестве двухпозиционного клапана, имеющего полностью открытое положение или полностью закрытое положение. Клапан может поддерживаться закрытым во время работы двигателя и может побуждаться открываться в ответ на указание помпажа, чтобы понижать давление наддува ниже по потоку от компрессора.
Контроллер 12 двигателя может использовать многомерную характеристику, такую как многомерная характеристика по фиг. 2, чтобы идентифицировать, является ли компрессор работающим в или около области помпажа. В частности, многомерная характеристика 200 по фиг. 2 показывает изменение степени повышения давления (по оси y) при разных расходах компрессора (по оси x). Линия 202 показывает линию жесткого помпажа (или предел жесткого помпажа) для данных условий эксплуатации. Работа компрессора слева от линии 202 жесткого помпажа приводит к работе в области 204 жесткого помпажа (заштрихованная область). По существу, работа компрессора в области 204 жесткого помпажа дает в результате нежелательные NVH и потенциальное ухудшение рабочих характеристик двигателя. Жесткий помпаж может происходить во время переходных условий, когда требование потока воздуха двигателя резко снижается, таких как во время отпускания педали акселератора водителем. Это состояние типично требует быстрого понижения давления на выходе компрессора или быстрого увеличения интенсивности потока компрессора для избежания помпажа. Когда в этой области, открывание CRV может увеличиваться (например, из закрытого положения в по меньшей мере частично открытое положение, или из частично открытого положения в полностью открытое положение), чтобы перемещать режим работы компрессора прочь от предела 202 жесткого помпажа, более точно, вправо от линии 202 помпажа.
Например, CRV может открываться, чтобы перемещать режим работы компрессора незамедлительно вправо от линии 202, в заштрихованную область 206, также известную как область 206 мягкого помпажа. Как только в области 206 мягкого помпажа, или справа от области 206 мягкого помпажа, клапан может возвращаться в исходное положение (например, CRV может закрываться или возвращаться в полуоткрытое положение). По существу, мягкий помпаж может возникать во время отпускания педали акселератора водителем или условий установившегося состояния, где двигатель требует сохранения давления впуска с наддувом. В материалах настоящей заявки, требуется увеличение потока через компрессор без понижения повышенного давления наддува. Таким образом, посредством поддержания CRV по меньшей мере частично открытым во время этих условий, некоторое повышение потока воздуха делается возможным без понижения повышенного давления наддува ниже требования.
Несмотря на то, что рециркуляция некоторого потока компрессора и местоположения более высокого давления ниже по потоку от компрессора в местоположение более низкого давления выше по потоку от компрессора может улучшать запас до помпажа, большая мощность турбины может требоваться для эксплуатации компрессора с рециркуляцией, чем без нее. Например, когда компрессор находится в рабочей точке 208, внутри области 206 мягкого помпажа, может быть желательным открывать клапан рециркуляции компрессора и перемещать режим работы компрессора в рабочую точку 210 за пределы области мягкого помпажа. Здесь, большая мощность турбины требуется для работы с рециркуляцией компрессора за пределами области помпажа в рабочей точке 210, чем требуется для эксплуатации без рециркуляции компрессора внутри области помпажа в рабочей точке 208. Если достаточной мощности турбины нет в распоряжении для возбуждения рециркуляции, двигатель может продолжать работать в нежелательной рабочей точке 208 или под более низким давлением наддува, приводя к ухудшенным рабочим характеристикам двигателя и проблемам NVH. Как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 3-4, контроллер может координировать открывание CRV с закрыванием клапана спирали турбины и перепускной заслонкой для отработавших газов турбины, чтобы выдавать мощность турбины, требуемую для возбуждения рециркуляции, тем самым, улучшая запас до помпажа.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что CRV 158 по фиг. 1 показан рециркулирующим поток компрессора из ниже по потоку от компрессора на вход компрессора для усиления потока компрессора, в альтернативных вариантах осуществления, CRV 158 может быть выполнен с возможность выпускать часть подвергнутого наддуву воздуха в атмосферу вместо рециркуляции воздуха по каналу 159.
Возвращаясь к фиг. 1, двигатель 10 может включать в себя одну или более систем (не показанных) рециркуляции отработавших газов (EGR) для рециркуляции некоторого количества отработавших газов, выходящих из двигателя 10, обратно на впуск двигателя. Например, двигатель 10 может включать в себя систему 116 EGR низкого давления (LP-EGR) для рециркуляции части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя ниже по потоку от турбины 92 на впуск двигателя выше по потоку от компрессора 94. Система 116 LP-EGR может включать в себя канал 118 LP-EGR, клапан 120 LP-EGR и охладитель 122 LP-EGR. Двигатель 10 дополнительно может включать в себя систему 126 EGR высокого давления (HP-EGR) для рециркуляции части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя выше по потоку от турбины 92 на впуск двигателя ниже по потоку от компрессора 94. Система 126 HP-EGR может включать в себя канал 128 HP-EGR, клапан 130 HP-EGR и охладитель 132 HP-EGR. В некоторых условиях, одна или более из систем 116 и 126 EGR могут использоваться для регулирования температуры и/или разбавления смеси воздуха и топлива в пределах камер сгорания, таким образом, предусматривая способ регулирования установки момента воспламенения во время некоторых режимов сгорания. Кроме того, во время некоторых условий, часть отработавших газов может удерживаться или захватываться в камере сгорания посредством регулирования установки фаз распределения выпускных клапанов.
В некоторых примерах, контроллер 12 может быть традиционным микрокомпьютером, включающим в себя: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, дежурную память и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан на фиг. 1 принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 138 температуры; датчика 140 положения двигателя, например, датчика на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В некоторых примерах, датчик 140 положения двигателя вырабатывает предопределенное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которым может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту). Дополнительно, различные датчики могут применяться для определения давления наддува турбонагнетателя. Например, датчик 133 давления может быть расположен на впуске двигателя ниже по потоку от компрессора 94 для определения давления наддува. Дополнительно, по меньшей мере выпускной канал, направляющий отработавшие газы во внутреннюю спираль 97, может включать в себя различные датчики для контроля условий эксплуатации многоспирального турбонагнетателя, такие как датчик 134 отработавших газов. Датчик 134 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения отработавших газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO.
На основании входного сигнала с различных датчиков, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью выполнять различные процедуры управления (такие как описанные со ссылкой на фиг. 3) и приводить в действие один или более исполнительных механизмов двигателя. Исполнительные механизмы, например, могут включать в себя впускной дроссель 64, CRV 158, перепускную заслонку 110 для отработавших газов, клапан 106 спирали и топливные форсунки 74-80.
По существу, посредством настройки открывания клапана 106 спирали на основании условий эксплуатации двигателя, турбина может эксплуатироваться в разных режимах, и динамический диапазон, в котором наддув может обеспечиваться турбонагнетателем, расширяется. Например, турбонагнетатель может эксплуатироваться в первом режиме с клапаном спирали, закрытым (например, полностью закрытым) во время выбранных условий, таком как на низких числах оборотах двигателя, во время холодных запусков двигателя, и в ответ на повышенную потребность в крутящем моменте. При эксплуатации в первом режиме с закрытым клапаном спирали, турбина ведет себя подобно небольшой односпиральной турбине, обеспечивая более быстрое раскручивание и BMEP. В материалах настоящей заявки, закрывание спирали перекрывает поток отработавших газов в первую спираль. Получающийся в результате ограниченный поток отработавших газов только через одну из спиралей повышает давление в выпускном коллекторе и давление на входе турбины (и противодавление двигателя). Посредством подъема давления отработавших газов, текущих через турбину, повышаются частота вращения и мощность турбины, в особенности когда двигатель является работающим на низких числах оборотов и во время переходных маневров. Когда координируется с настройками перепускной заслонки для отработавших газов, а также одной или обеими системами EGR (для обеспечения преимуществ охлажденной EGR), может существенно улучшаться время для требуемого крутящего момента и раскручивания турбины.
В качестве еще одного примера, турбонагнетатель может эксплуатироваться во втором режиме с клапаном спирали, открытым (например, полностью открытым) во время выбранных условий. При эксплуатации во втором режиме с открытым клапаном спирали, турбина ведет себя подобно большой односпиральной турбине, обеспечивая улучшенную пиковую мощность. В материалах настоящей заявки, открывание спирали побуждает отработавшие газы течь через обе, первую и вторую, спирали. Получающееся в результате падение давления в выпускном коллекторе предоставляет большему количеству свежего воздуха возможность втягиваться в цилиндр двигателя во время такта впуска. Усиленный поток отработавших газов через турбину также повышает возбуждение турбины. Когда координируются с настройками для перепускной заслонки для отработавших газов и CRV, улучшаются рабочие характеристики двигателя с наддувом и запас до помпажа. Примерные настройки клапана спирали, выполняемые во время помпажа компрессора в координации с настройками перепускной заслонки для отработавших газов и настройками CRV, описаны со ссылкой на процедуру по фиг. 3 и со ссылкой на пример по фиг. 4.
Несмотря на то, что вышеприведенные режимы описывают клапан спирали в качестве являющегося полностью открытым или полностью закрытым, будет принято во внимание, что в кроме того других режимах, клапан спирали может настраиваться на любое (переменное) положение между полностью открытым и полностью закрытым состояниями, на основании условий эксплуатации двигателя. Например, на основании условий эксплуатации двигателя, клапан спирали может открываться или закрываться шагами (например, приращениями в 20%).
Далее, с обращением к фиг. 3, показана примерная процедура 300 для координирования настроек для положения каждого из первого клапана рециркуляции компрессора (такого как клапан 158 по фиг. 1), второго клапана спирали (такого как клапан 106 по фиг. 1) и третьего клапана перепускной заслонки для отработавших газов (такого как клапан 110 по фиг. 1), чтобы уменьшать помпаж компрессора наряду с поддержанием давления наддува, выдаваемого в двигатель. Способ улучшает рабочие характеристики двигателя с наддувом и запас до помпажа.
На 302, процедура включает в себя оценку и/или измерение условий эксплуатации двигателя. Оцениваемые условия, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, требование крутящего момента, нагрузку двигателя, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов, топливо-воздушное соотношение в двигателе, требование наддува, и т.д.
На 304, на основании оцененных условий эксплуатации, исходные положения и регулировки могут определяться для каждого из первого клапана, расположенного в канале, присоединяющем выход компрессора к входу компрессора (то есть, первого клапана рециркуляции компрессора), второго клапана, присоединенного к внешней спирали многоспиральной турбины в системе выпуска (то есть, второго клапана спирали), и третьего клапана в перепускном канале, присоединенном в параллель турбине (то есть, третьего клапана перепускной заслонки для отработавших газов). Например, для удовлетворения требования крутящего момента водителя, двигатель может эксплуатироваться с наддувом, а во время работы двигателя с наддувом, клапан спирали может поддерживаться открытым, чтобы усиливать поток отработавших газов через обе спирали турбины (тем самым, повышая давление на входе турбины и насосную работу двигателя), а клапан рециркуляции компрессора может поддерживаться закрытым, чтобы уменьшать работу вала турбонагнетателя, или частично открытым, чтобы обеспечивать некоторый запас до помпажа. В дополнение, перепускная заслонка для отработавших газов может поддерживаться частично открытой или закрытой для поддержания давлений и температур на входе турбины, чтобы находились в рамках определенных пределов.
По существу, на основании конфигурации первого клапана рециркуляции компрессора, может меняться положение по умолчанию клапана во время условий эксплуатации двигателя в установившемся состоянии. Например, если первый клапан сконфигурирован в качестве двухпозиционного типа клапана рециркуляции компрессора, первый клапан может удерживаться в полностью закрытом положении во время регулярной работы двигателя с наддувом. В сравнение, если первый клапан сконфигурирован в качестве трехпозиционного клапана рециркуляции компрессора, первый клапан может удерживаться в полуоткрытом положении во время работы двигателя с наддувом в установившемся состоянии. Кроме того еще, если первый клапан сконфигурирован в качестве непрерывно регулируемого клапана, первый клапан может удерживаться в полностью закрытом положении или частично открытом положении во время работы двигателя с наддувом в установившемся состоянии.
На 306, может определяться, есть ли указание помпажа. В одном из примеров, указание помпажа может подтверждаться во время отпускания педали акселератора водителем. В качестве еще одного примера, указание помпажа может подтверждаться на основании интенсивности потока компрессора относительно давления наддува на впуске (или степени повышения давления компрессора). Контроллер может оценивать степень сжатия компрессора и сравнивать ее с пороговым значением на многомерной характеристике компрессора, чтобы определять, является ли компрессор работающим с помпажом в области жесткого помпажа или области мягкого помпажа. Например, если компрессор является работающим слева от линии 202 помпажа по фиг. 2 и в области 204 помпажа, может подтверждаться жесткий помпаж. Будет принято во внимание, что система управления также может настраивать клапаны в ожидании помпажа, чтобы избегать помпажа скорее до того, как он начинается, нежели чтобы предоставлять помпажу возможность происходить раньше реагирования на него.
Если помпаж не подтвержден, то, на 308, процедура переходит к перемещению клапана спирали, клапана рециркуляции компрессора и клапана перепускной заслонки для отработавших газов в их запланированные положения. Кроме того, контроллер может удерживать клапаны в их запланированных положениях до тех пор, пока не запрошено изменение положения, обусловленное изменением условий эксплуатации двигателя.
Если помпаж подтвержден, то, на 310, процедура включает в себя, в ответ на указание помпажа, настройку первого клапана, расположенного в канале, присоединяющем выход компрессора к входу компрессора. Настройка первого клапана может быть основана на указании помпажа. Например, настройка первого клапана может включать в себя увеличение открывания первого клапана по мере того, как возрастает указание помпажа. В одном из примеров, где первый клапан является клапаном рециркуляции компрессора двухпозиционного типа (открывания/закрывания), увеличение открывания первого клапана может включать в себя переключение клапана из полностью закрытого положения (положения включения) в полностью открытое положение (положение выключения). В еще одном примере, где первый клапан является трехпозиционным клапаном рециркуляции компрессора, увеличение открывания первого клапана может включать в себя переключение клапана из полностью закрытого положения (положения выключения) в полностью открытое положение (положение включения), или из частично открытого положения в полностью открытое положение, либо из полностью закрытого положения в частично открытое положение. В еще одном другом примере, где первый клапан является непрерывно регулируемым клапаном, чье положение является непрерывно регулируемым между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, увеличение открывания первого клапана может включать в себя смещение клапана из полностью закрытого положения в полностью открытое положение, или из частично открытого положения в полностью открытое положение, либо из полностью закрытого положения в частично открытое положение, или из частично открытого положения в другое частично открытое положение. Посредством увеличения открывания первого клапана, усиливается рециркуляция сжатого воздуха с выхода компрессора на вход компрессора. Это усиливает поток через компрессор, перемещая компрессор из области помпажа (например, вправо от линии 202 помпажа по фиг. 2).
Будет принято во внимание, что, в альтернативном примере, CRV может открываться, чтобы выпускать часть подвергнутого наддуву воздуха в атмосферу вместо рециркуляции воздуха по каналу рециркуляции на вход компрессора.
На 312, процедура включает в себя настройку второго клапана, присоединенного к внешней спирали многоспиральной турбины в системе выпуска. Настройка второго клапана может быть основана на настройке первого клапана. Например, настройка второго клапана может включать в себя закрывание второго клапана, при этом, степень и/или временные характеристики закрывания второго клапана основаны на увеличении открывания первого клапана. В частности, контроллер может определять мощность турбины, требуемую для перемещения компрессора из области помпажа с помощью рециркуляции и настройки закрывания второго клапана для обеспечения требуемой мощности турбины. Например, контроллер может определять мощность турбины, ассоциативно связанную с (или требуемую для) увеличением открывания первого клапана (на 310). Контроллер, в таком случае, может определять величину мощности турбины, имеющейся в распоряжении с клапаном спирали в номинальном положении. Если требуется дополнительная мощность турбины, открывание клапана спирали может уменьшаться (или может увеличиваться степень закрывания второго клапана) на основании разности между имеющейся в распоряжении мощностью турбины и мощностью турбины, требуемой для возбуждения рециркуляции компрессора через CRV. В дополнительных вариантах осуществления, временные характеристики закрывания второго клапана могут настраиваться, чтобы быть смещенными от или совпадающими с открыванием первого клапана. Например, по мере того, как открывание первого клапана увеличивается, открывание второго клапана может уменьшаться. Посредством закрывания второго клапана, поток отработавших газов во вторичную спираль турбины выключается, и дается возможность потока отработавших газов только в (внутреннюю) первичную спираль турбины. Это повышает давление на входе турбины и повышает имеющуюся в распоряжении мощность турбины.
В одном из примеров, клапан спирали может быть двухпозиционным клапаном, и закрывание клапана может включать в себя переключение клапана из полностью открытого положения в полностью открытое положение. Однако, в альтернативных примерах, клапан спирали может быть непрерывно регулируемым клапаном спирали, чье положение может меняться на любое положение между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, чтобы непрерывно менять поток отработавших газов во внешнюю спираль многоспиральной турбины. В материалах настоящей заявки, в ответ на указание помпажа, открывание клапана спирали может уменьшаться на основании открывания CRV, чтобы уменьшать поток отработавших газов через (внешнюю) вторую спираль наряду с поддержанием потока отработавших газов через первичную спираль турбины. По существу, это может давать ограничение турбины, требуемое для выдачи необходимой мощности турбины для возбуждения потока рециркуляции компрессора, в ответ на указание помпажа.
В дополнение, во время выбранных условий помпажа (таких как во время мягкого помпажа), двигатель может требовать поддержания повышенного давления наддува на впуске. В материалах настоящей заявки, требуется увеличение потока через компрессор без понижения повышенного давления наддува. Несмотря на то, что открывание первого клапана принимает меры в ответ на усиление потока через компрессор, оно может приводить к падению давления наддува. Во время этих условий, закрывание второго клапана дополнительно может настраиваться на основании открывания первого клапана и требования наддува для компенсации падения давления наддува, являющегося результатом открывания первого клапана. Более точно, посредством закрывания клапана спирали, давление на входе турбины повышается, чтобы выдавать дополнительную мощность турбины для поддержания давления наддува наряду с принятием мер в ответ на помпаж.
На 314, процедура включает в себя настройку перепускной заслонки для отработавших газов, присоединенной в параллель турбине, на основании каждой из настройки первого клапана и настройки второго клапана. Настройка перепускной заслонки для отработавших газов может использоваться для поддержания требуемого давления наддува двигателя и требуемого потока воздуха двигателя. Более точно, перепускная заслонка для отработавших газов может настраиваться, чтобы выдавать требуемое давление наддува в присутствии потока рециркуляции, который допускается посредством CRV. Оба, второй клапан и третий клапан, обладают способностью повышать давление на входе турбины и мощность турбины, когда перемещаются в направлении закрытого положения. Если второй клапан является двухпозиционным клапаном, он мог бы использоваться для больших настроек наряду с тем, что третий клапан, будучи непрерывно регулируемым клапаном, мог бы использоваться для более тонких настроек. Настройка перепускной заслонки для отработавших газов включает в себя уменьшение открывания перепускной заслонки для отработавших газов в ответ на увеличение открывания первого клапана и закрывание второго клапана. Например, перепускная заслонка для отработавших газов может закрываться, чтобы компенсировать падение давления наддува, являющееся результатом открывания первого клапана рециркуляции компрессора, и чтобы дополнять повышение энергии турбины, достигаемое закрыванием клапана спирали. В дополнение, настройка перепускной заслонки для отработавших газов балансирует мощность на валу, выдаваемую в компрессор из турбины. В некоторых условиях эксплуатации двигателя, второй клапан может не настраиваться вследствие открывания первого клапана, но третий клапан может закрываться вследствие открывания первого клапана. Например, если второй клапан полностью открыт, а клапан перепускной заслонки для отработавших газов частично открыт, увеличение открывания первого клапана для избежания мягкого помпажа может требовать повышения мощности турбины. Повышение мощности турбины может достигаться уменьшением открывания третьего клапана наряду с поддержанием второго клапана в открытом положении.
Настройка перепускной заслонки для отработавших газов дополнительно может быть основана на одном или более из температуры на входе турбины и давления на входе турбины. Например, закрывание перепускной заслонки для отработавших газов может настраиваться, чтобы поддерживать температуру на входе турбины и давление на входе турбины в рамках предопределенного диапазона, а также чтобы уменьшать перерегулирование наддува. Если есть указание, что температура на входе турбины находится выше предопределенного порогового значения и не может быть понижена посредством настройки других регулирующих факторов, перепускная заслонка для отработавших газов может открываться для понижения давления на входе турбины, которое также имеет тенденцию понижать температуру на входе турбины. Действие таким образом будет уменьшать мощность турбины, которая будет иметь тенденцию понижать давление наддува, если не производятся другие настройки.
Таким образом, обеспечивается скоординированный подход для принятия мер в ответ на наддув, который предоставляет возможность улучшаться запасу до помпажа. Посредством использования настроек для перепускной заслонки для отработавших газов и клапана спирали наряду с настройками для клапана рециркуляции компрессора, большая мощность турбины выдается, чтобы возбуждать дополнительный поток рециркуляции через компрессор для принятия мер в ответ на помпаж.
В целом, различные компромиссы должны осуществляться при конфигурировании системы турбонагнетателя для двигателя (также известные как подбор турбонагнетателя, где турбонагнетатель выбирается, чтобы соответствовать двигателю). Конкурирующие ограничения заключаются в том, что: компрессору нужно быть достаточно большим, чтобы добиваться пиковой мощности двигателя, но достаточно небольшим, чтобы предоставлять высоким степеням повышения давления при низких интенсивностях потока воздуха двигателя возможность обеспечивать хороший выходной крутящий момент на низких числах оборотов двигателя. Подобным образом, турбине необходимо быть достаточно большой, чтобы давать высокой мощности двигателя возможность достигаться с низким ограничением и низкой насосной работой, но достаточно небольшой, чтобы выдавать мощность на валу в компрессор во всех условиях эксплуатации. Затем, перепускная заслонка для отработавших газов может использоваться для понижения давления на входе турбины и балансировки имеющейся в распоряжении мощности на валу до требуемых компрессором, чтобы выдавать запрошенное давление наддува. Посредством координирования настроек для клапана рециркуляции компрессора с настройками для перепускной заслонки для отработавших газов и клапана спирали турбины, как обсуждено со ссылкой на процедуру по фиг. 3, достигаются различные преимущества. Прежде всего, приведение в соответствие турбонаддува может выполняться по-другому, склоняясь к использованию большей турбины и большего компрессора. Использование CRV предоставляет большому компрессору возможность выдавать более высокое давление наддува на низких интенсивностях потока воздуха двигателя без помпажа. Использование клапана спирали турбины двойного потока предоставляет большой турбине возможность выдавать достаточную мощность на валу для питания компрессора в условиях, когда CRV осуществляет рециркуляцию воздуха. Перепускная заслонка для отработавших газов, в таком случае, может использоваться для уменьшения насосной работы и балансировки мощности на валу.
Примерные настройки для каждого из перепускной заслонки для отработавших газов, клапана рециркуляции компрессора (CRV) и клапана спирали во время состояния помпажа далее конкретизированы со ссылкой на пример по фиг. 4. Более точно, многомерная характеристика 400 по фиг. 4 изображает запас до помпажа на графике 402, настройки CRV на графике 404, настройки клапана спирали на графике 406, настройки перепускной заслонки для отработавших газов на графике 408 и результирующие изменения у давления наддува на графике 410.
До t1, двигатель может быть работающим с наддувом (график 410). Требуемое давление наддува может обеспечиваться посредством эксплуатации компрессора наряду с удерживанием клапана спирали открытым (график 406), а перепускной заслонки для отработавших газов (график 408) частично открытой. В дополнение, CRV может удерживаться в частично открытом положении (график 404), чтобы рециркулировать по меньшей мере некоторое количество сжатого воздуха во время условий эксплуатации с наддувом в установившемся состоянии, с тем чтобы улучшать запас до помпажа. Более точно, посредством удерживания CRV частично открытым до t1, запас до помпажа (график 402) может увеличиваться, чтобы отдаляться от области мягкого помпажа между линиями 401 и 403. Пунктирная линия представляет запас до помпажа, который произошел бы в результате, если бы CRV удерживался полностью закрытым. Однако, в альтернативных примерах, таких как на более высоких числах оборотов двигателя, CRV может удерживаться закрытым во время эксплуатации двигателя с наддувом, чтобы предоставлять возможность достигаться более высоким давлениям наддува.
В t1, может происходить событие отпускания педали акселератора водителем. В ответ на отпускание педали акселератора, впускной дроссель может закрываться (не показано) чтобы быстро уменьшать поток воздуха в двигатель. Однако, вследствие резкого закрывания дросселя, поток воздуха через компрессор может убывать, заставляя рабочую точку компрессора перемещаться в область помпажа. Более точно, поток воздуха компрессора может уменьшаться достаточно, чтобы перемещаться в область жесткого помпажа (204 по фиг. 2).
В ответ на указание помпажа компрессора, в t1, контроллер двигателя может настраивать CRV для усиления рециркуляции сжатого воздуха из ниже по потоку от компрессора на вход компрессора. Открывание CRV увеличивается на основании указания помпажа, чтобы повышать интенсивность потока компрессора. В изображенном примере, увеличение открывания CRV включает в себя переключение клапана из первого, полуоткрытого положения во второе, полностью открытое положение. Однако, в альтернативных примерах, где CRV удерживается закрытым перед отпусканием педали акселератора, CRV может смещаться в или в направлении полностью открытого положения.
В одном из примеров, открывание CRV увеличивается, чтобы усиливать рециркуляцию охлажденного сжатого воздуха из ниже по потоку от компрессора и ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора. В еще одном примере, открывание CRV может увеличиваться, чтобы усиливать рециркуляцию горячего (неохлажденного) сжатого воздуха из ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора. В кроме того других примерах, где выход компрессора присоединен к входу компрессора через первый канал ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и второй канал выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха, контроллер может настраивать общий CRV (или отдельные CRV в каждом канале), чтобы увеличивать общую величину потока рециркуляции компрессора наряду с изменением пропорции сжатого воздуха, рециркулированного из выше по потоку и ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, чтобы выдавать регулируемый по температуре поток сжатого воздуха на вход компрессора. В материалах настоящей заявки, большая доля горячего сжатого воздуха может использоваться во время некоторых условий помпажа, чтобы быстро принимать меры в ответ на помпаж вследствие более короткой длины второго канала. Во время других условий наддува, большая доля охлажденного сжатого воздуха может использоваться для уменьшения эффекта температурного усиления, который может возникать, когда горячий поток рециркуляции компрессора перенаправляется и повторно подвергается наддуву внутри компрессора.
К тому же, в t1, вследствие отпускания педали акселератора, нет потребности в подвергнутом наддуву воздухе, поэтому, клапан спирали может оставаться открытым, а перепускная заслонка для отработавших газов может дополнительно открываться, для того чтобы понижать давление и насосную работу отработавших газов.
В t2, в ответ на открывание CRV, запас до помпажа может выходить из области жесткого помпажа (ниже предела 401 жесткого помпажа) и перемещаться в область мягкого помпажа (между пределом 401 жесткого помпажа и пределом 403 мягкого помпажа). По существу, это может соответствовать сдвигу рабочей точки компрессора слева от линии 202 жесткого помпажа по фиг. 2 в область 206 справа от линии 202 помпажа. Как только вне области жесткого помпажа, открывание CRV может уменьшаться. Например, CRV может возвращаться в полуоткрытое состояние. Посредством уменьшения открывания CRV, как только запас до помпажа находится вне области жесткого помпажа, может уменьшаться потребление энергии, вовлеченное в поддержание CRV открытым.
Между t1 и t2, контроллер также может настраивать положение перепускной заслонки для отработавших газов, присоединенной в параллель турбине, на основании настроек для каждого из первого и второго клапанов. Перепускная заслонка для отработавших газов может настраиваться из частично открытого состояния, которое давало требуемый уровень наддува до t1, в полностью открытое положение для понижения давления на входе турбины в t1. Пониженное давление на входе приводило бы к более низкой насосной работе двигателя. В альтернативном сценарии, перепускная заслонка для отработавших газов могла бы перемещаться в закрытое положение, для того чтобы поддерживать частоту вращения турбонагнетателя во время отпускания педали акселератора. Это может делаться для того, чтобы улучшать время реакции переходного крутящего момента во время последующего нажатия педали акселератора.
Между t2 и t3, давление наддува может понижаться в ответ на пониженное требование крутящего момента. В течение этого времени, давление во впускном коллекторе может быть более низким, чем атмосферное давление, поэтому, наддув не требуется. Перепускная заслонка для отработавших газов может оставаться открытой, а клапан спирали открываться для минимизации мощности турбины и насосной работы. CRV может оставаться открытым, чтобы обеспечивать альтернативный прямой тракт, чтобы воздух обходил компрессор.
В t3, может происходить событие нажатия педали акселератора водителем. В ответ на нажатие педали акселератора, может быть резкое повышение крутящего момента, потока воздуха двигателя и требования давления наддува. Для удовлетворения требования, открывание CRV может уменьшаться. Например, CRV может переключаться из полуоткрытого положения в полностью закрытое положение. В качестве альтернативы, CRV может перемещаться в или в направлении полностью открытого положения. В дополнение, может закрываться клапан спирали. Это предоставляет отработавшим газам возможность течь только через внутреннюю спираль, повышая давление на входе турбины и предоставляя турбине возможность раскручиваться быстрее. В t5, когда давление наддува повысилось выше порогового значения, клапан спирали может открываться, чтобы предоставлять отработавшим газам возможность течь через обе, внутреннюю и внешнюю, спирали турбины, предоставляя пиковой мощности турбины возможность повышаться. Посредством максимизации энергии турбины, требование наддува может удовлетворяться, и улучшается переходная характеристика крутящего момента.
Между t3 и t4, перепускная заслонка для отработавших газов может удерживаться в полностью закрытом положении, для того чтобы быстро максимизировать давление на входе турбины и повышать частоту вращения турбонагнетателя. Начиная в t4, CRV может перемещаться из полностью закрытого положения в частично открытое положение, чтобы избегать мягкого помпажа по мере того, как повышается давление наддува. В то время как давление наддува повышается, поток воздуха, потребляемый двигателем, также может усиливаться по мере того, как возрастает число оборотов двигателя. Запас до помпажа основан на суммарном потоке воздуха через компрессор, который содержит поток воздуха в двигатель и поток воздуха рециркуляции. По мере того, как возрастает поток воздуха в двигатель, поток воздуха рециркуляции может уменьшаться посредством закрывания CRV наряду с поддержанием требуемого запаса до помпажа. Это продолжается после t5, в то время как поток воздуха двигателя продолжает возрастать.
Между t4 и t5, открывание перепускной заслонки для отработавших газов может настраиваться, чтобы удовлетворять повышенную потребность в воздухе двигателя и балансировать имеющуюся в распоряжении мощность на валу с требуемой компрессору для удовлетворения требования наддува. Более точно, между t4 и t5, клапан спирали и перепускная заслонка для отработавших газов остаются закрытыми, чтобы выдавать максимальную мощность на турбину. Это предоставляет частоте вращения турбины и давлению наддува возможность повышаться как можно быстрее, даже при наличии дополнительного потока компрессора, обусловленного открыванием CRV. В t5, давление и поток отработавших газов могут быть достаточно высокими, чтобы становилось слишком ограничивающим поддерживать клапан спирали закрытым. Клапан спирали открывается, но перепускная заслонка для отработавших газов изначально остается закрытой, чтобы продолжать повышение частоты вращения турбонагнетателя и наддува. Через некоторое время после t5, требуемое давление наддува может достигаться, и перепускная заслонка для отработавших газов открывается, чтобы поддерживать требуемый уровень наддува.
Таким образом, CRV может открываться, чтобы обеспечивать запас до помпажа, в то время как клапан спирали закрыт, чтобы выдавать дополнительную энергию турбины. Одновременно, перепускная заслонка для отработавших газов настраивается для управления наддувом, чтобы удовлетворять потребность в воздухе. Подобным образом, во время переходных процессов, клапан спирали и перепускная заслонка для отработавших газов закрыты, чтобы максимизировать энергию турбины для переходной характеристики наддува. Одновременно, CRV настраивается для управления запасом до помпажа, в то время как раскручивается турбонагнетатель.
В одном из примеров, система двигателя содержит двигатель и турбонагнетатель. Турбонагнетатель может включать в себя компрессор, приводимый в движение многоспиральной турбиной. Охладитель наддувочного воздуха может быть расположен ниже по потоку от компрессора, для охлаждения подвергнутого наддуву заряда воздуха, подаваемого в двигатель. Канал рециркуляции компрессора, включающий в себя первый клапан, может присоединять выход охладителя наддувочного воздуха к входу компрессора. Перепускная заслонка для отработавших газов может присоединять выход турбины к входу турбины. Второй клапан может быть присоединен к входу внешней спирали многоспиральной турбины в системе выпуска. Контроллер может быть сконфигурирован машинно-читаемыми командами для эксплуатации двигателя с наддувом, с первым клапаном, частично открытым, и вторым клапаном, полностью открытым. В ответ на указание помпажа, контроллер может увеличивать открывание первого клапана на основании указания помпажа и уменьшать открывание второго клапана на основании открывания первого клапана. Уменьшение открывания второго клапана на основании открывания первого клапана может включать в себя оценку мощности турбины, требуемой, чтобы давать возможность потока рециркуляции компрессора при открывании первого клапана, и уменьшение открывания второго клапана для обеспечения давления на входе турбины, которое дает оцененную мощность турбины. Контроллер может включать в себя дополнительные команды для, наряду с увеличением открывания первого клапана и уменьшением открывания второго клапана, настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов на основании настроек для каждого из первого и второго клапана, чтобы поддерживать давление наддува. Настройка может включать в себя уменьшение открывания перепускной заслонки для отработавших газов по мере того, как увеличивается открывание первого клапана, и уменьшается открывание второго клапана. Настройка положения перепускной заслонки для отработавших газов дополнительно может быть основана на одном или более из температуры на входе турбины и давления на входе турбины.
Таким образом, каждый из клапана рециркуляции компрессора, клапана спирали турбины и перепускной заслонки для отработавших газов турбины может приводиться в действие скоординированно, чтобы управлять состояниями компрессора и турбины для лучшего принятия мер в ответ на состояние помпажа компрессора. В частности, в то время как CRV используется для уменьшения помпажа и улучшения запасов до помпажа, клапан спирали может использоваться, чтобы обеспечивать достаточную мощность турбины для эксплуатации компрессора с требуемой величиной рециркуляции для принятия мер в ответ на помпаж. Одновременно, перепускная заслонка для отработавших газов может настраиваться, чтобы выдавать требуемый поток воздуха двигателя и поддерживать температуру и давление на входе турбины в рамках пределов. В дополнение, настройки перепускной заслонки для отработавших газов могут использоваться для поддержания давления наддува на впуске, наряду с сохранением режима работы турбонагнетателя в рамках пределов частоты вращения, и уменьшения перерегулирования наддува. В общем и целом, запас до помпажа улучшается, и уменьшаются проблемы NVH и ездовых качеств, ассоциативно связанные с помпажом компрессора. К тому же, улучшается переходная характеристика наддува.
Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект патентования настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в объект патентования полезной модели настоящего раскрытия.