СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАДДУВОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка относится к системам для координирования потока рециркуляции компрессора и EGR для улучшения управления наддувом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Система двигателя может быть сконфигурирована устройством наддува, таким как турбонагнетатель, для выдачи подвергнутого наддуву заряда воздуха и улучшения пиковой выходной мощности. В ней, турбина вращается с использованием энергии из потока отработавших газов, турбина, в таком случае, приводит в действие компрессор, который подает подвергнутый наддуву заряд воздуха на впуск двигателя. В попытке удовлетворить обязательные стандарты федерального правительства по экономии топлива, системы двигателей также могут быть сконфигурированы системами рециркуляции отработавших газов (EGR), в которых по меньшей мере часть отработавших газов подвергается рециркуляции на впуск двигателя. Например, система EGR может быть системой EGR низкого давления (LP-EGR), которая рециркулирует отработавшие газы из ниже по потоку от турбины в системе выпуска в выше по потоку от компрессора в системе впуска. Преимущества EGR включают в себя разбавление в двигателе, снижение выбросов с отработавшими газами и улучшения экономии топлива.
Компрессор и другие компоненты системы впуска имеют температурные ограничения, чтобы избегать нагарообразования и/или теплового напряжения или повреждения. Поэтому, EGR существенно охлаждается перед вводом в систему впуска воздуха дорогостоящим охладителем EGR (отличным от охладителя наддувочного воздуха, расположенного ниже по потоку от компрессора). Однако, поскольку EGR имеет относительно большое содержание воды (например, 8% воды по массе для бензина), добавление LP-EGR на этой существенно более низкой температуре на впуск в местоположении перед компрессором повышает риск конденсации на входе компрессора, а также на выходе охладителя наддувочного воздуха. Более точно, в холодных условиях окружающей среды, когда влажная EGR смешивается с холодным окружающим воздухом, могут формироваться капельки воды. Капельки воды, ударяющиеся о лопасти компрессора, которые вращаются на высоких скоростях (например, 200000 оборотов в минуту или выше), могут вызывать повреждение у лопастей. В дополнение, поскольку засасываемая вода замедляет скорость сгорания, ввод воды в двигатель может повышать вероятность событий пропусков зажигания.
Для принятия мер в ответ на эти проблемы, системы управления двигателем могут применять различные подходы для ограничения конденсации. Один из примерных подходов показан Римнаком и другими в документе US 6681171, который может быть принят за ближайший аналог предлагаемой полезной модели. В этом документе описано, что если определены условия, благоприятствующие конденсации EGR, температуры впускного коллектора повышаются посредством перенаправления некоторого или всего потока EGR, чтобы действовал в обход охладителя EGR. Дополнительно, некоторое количество или весь наддувочный воздух перенаправляется с выхода компрессора на впуск двигателя наряду с обходом охладителя наддувочного воздуха. Как результат, обеспечивается более высокая действующая температура всасываемого воздуха, которая уменьшает вероятность конденсации.
Однако изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у такого подхода. Поскольку подход ′171 не оценивает влажность активно на впуске двигателя, могут быть условия температуры и влажности окружающей среды, где даже с перенаправлением наддувочного воздуха, конденсация происходит на впуске двигателя, ухудшая рабочие характеристики двигателя с наддувом. Он также не принимает меры в ответ на ограничения температуры компрессора.
В настоящей заявке предлагается решение для двигателя, состоящее в том, что смешивают поток рециркуляции компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха с отработавшими газами; и подают смесь на вход компрессора. Причем отработавшие газы включают в себя отработавшие газы, отобранные из ниже по потоку от турбины на выпускном коллекторе, отработавшие газы текут между выпускным коллектором и клапаном EGR. При этом отработавшие газы, текущие между выпускным коллектором и клапаном EGR, включают в себя отработавшие газы, обходящие охладитель EGR, или отработавшие газы, текущие через охладитель EGR с уменьшенными габаритами и массой. При этом настраивают состав смеси на основании температуры на входе компрессора. Настройка заключается в том, что, когда EGR не превышает предел стабильности сгорания, понижают величину потока рециркуляции компрессора и повышают количество отработавших газов в смеси по мере того, как температура на входе компрессора падает ниже порогового значения, а когда EGR превышает предел стабильности сгорания, выключают добавление отработавших газов в смесь наряду с повышением величины потока рециркуляции компрессора в смеси по мере того, как температура на входе компрессора падает ниже порогового значения. Пороговое значение основано на одном или более из температуры окружающей среды, влажности окружающей среды и содержания воды смеси. Понижение величины потока рециркуляции компрессора заключается в том, что уменьшают открывание первого клапана, расположенного в первом канале, присоединяющем выход охладителя наддувочного воздуха к входу компрессора, и при этом, повышение количества отработавших газов заключается в том, что увеличивают открывание второго клапана, расположенного во втором канале, присоединяющем выход турбины к входу компрессора. Первый канал присоединен ко второму каналу в месте соединения, расположенном ниже по потоку от каждого из первого и второго клапанов и выше по потоку от входа компрессора. Причем дополнительно настраивают состав смеси на основании температуры на выходе компрессора и предела стабильности сгорания, настройка заключается в одном или более из того, что повышают величину потока рециркуляции компрессора и понижают количество отработавших газов в смеси по мере того, как температура на выходе компрессора превышает пороговое значение, в то время как предел стабильности сгорания не превышен. А также дополнительно настраивают состав смеси на основании указания помпажа компрессора, настройка заключается в том, что повышают величину потока рециркуляции компрессора и, по выбору, понижают количество отработавших газов в смеси по мере того, как указание помпажа превышает пороговое значение.
Также в настоящей заявке предлагается решение для двигателя с наддувом, состоящий в том, что во время первого состояния, смешивают поток рециркуляции компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха с рециркуляцией отработавших газов из ниже по потоку от турбины в первой пропорции в ответ на конденсацию; и во время второго состояния, смешивают поток рециркуляции компрессора с рециркуляцией отработавших газов во второй, иной пропорции в ответ на помпаж. Причем во время каждого из первого и второго состояний, смесь подается на вход компрессора. Первая пропорция может включать в себя большую величину рециркуляции отработавших газов и более низкую величину потока рециркуляции компрессора, и при этом, вторая пропорция включает в себя более низкую величину рециркуляции отработавших газов и более высокую величину потока рециркуляции компрессора. Причем рециркуляция отработавших газов может включать в себя беспрепятственную рециркуляцию отработавших газов низкого давления в смеси, которая подается на вход компрессора через клапан EGR без пропускания через промежуточный охладитель. Смешивание в первой пропорции в ответ на помпаж заключается в том, что смешивают в первой пропорции в ответ на степень сжатия компрессора, находящуюся вне предела жесткого помпажа, и при этом, смешивание во второй пропорции в ответ на конденсацию заключается в том, что смешивают во второй пропорции в ответ на температуру на входе компрессора, находящуюся ниже порогового значения, пороговое значение основано на каждом из влажности окружающей среды, температуры окружающей среды и содержания воды рециркуляции отработавших газов.
В заявке также раскрыта система двигателя, содержащая двигатель, включающий в себя впускной дроссель; турбонагнетатель, включающий в себя компрессор, приводимый в движение турбиной; датчик температуры, присоединенный к компрессору; охладитель наддувочного воздуха, присоединенный ниже по потоку от компрессора; первый тракт, включающий в себя первый клапан, для рециркуляции сжатого заряда воздуха из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и выше по потоку от дросселя на вход компрессора; второй тракт, включающий в себя второй клапан для рециркуляции отработавших газов из ниже по потоку от турбины на вход компрессора, второй тракт соединяется с первым трактом ниже по потоку от второго клапана и выше по потоку от входа компрессора; и контроллер с компьютерно-читаемыми командами для: настройки каждого из первого и второго клапана, чтобы выдавать регулируемую смесь потока рециркуляции компрессора и рециркуляции отработавших газов на вход компрессора, состав регулируемой смеси настраивается на основании одного или более температуры на входе компрессора и температуры на выходе компрессора. Причем контроллер с компьютерно-читаемыми командами выполнен с возможностью настройки состава регулируемой смеси для поддержания температуры на входе компрессора выше первого порогового значения и/или поддержания температуры на выходе компрессора ниже второго порогового значения. Контроллер с компьютерно-читаемыми командами также выполнен с возможностью настройки каждого из первого и второго клапана для выдачи регулируемой смеси посредством увеличения открывания первого клапана наряду с уменьшением открывания второго клапана для понижения температуры смеси, и уменьшение открывания первого клапана наряду с увеличением открывания второго клапана для повышения температуры смеси. А также контроллер включает в себя дополнительные команды для настройки состава регулируемой смеси на основании указания помпажа, настройка включает в себя увеличение открывания первого клапана наряду с уменьшением открывания второго клапана. Также контроллер включает в себя дополнительные команды для настройки состава регулируемой смеси, в ответ на указание помпажа, настройка включает в себя полное открывание первого клапана наряду с полным закрыванием второго клапана, и в ответ на температуру на входе компрессора, настройка включает в себя полное закрывание первого клапана наряду с полным открыванием второго клапана.
В одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем известного уровня техники могут быть решены предлагаемым в настоящей заявке решением для двигателя, содержащем: смешивание потока рециркуляции компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха с отработавшими газами и подачу смеси на вход компрессора. Таким образом, горячая EGR, которая не была охлаждена охладителем EGR, может смешиваться с охлажденным потоком рециркуляции компрессора, чтобы улучшать управление температурой и относительной влажностью воздуха на входе компрессора.
В качестве одного из примеров, система двигателя с наддувом может включать в себя первый канал для рециркуляции сжатого воздуха из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха (и выше по потоку от впускного дросселя) на вход компрессора через клапан рециркуляции компрессора. Таким образом, поток рециркуляции компрессора, который был охлажден при прохождении через охладитель наддувочного воздуха, может подаваться на вход компрессора. Двигатель дополнительно может включать в себя второй канал для беспрепятственной рециркуляции отработавших газов из ниже по потоку от турбины в системе выпуска на вход компрессора через клапан EGR. Таким образом, горячая EGR, которая не прошла через промежуточный охладитель или другое вспомогательное устройство охлаждения, может подаваться на вход компрессора. Первый и второй каналы могут соединяться в местоположении выше по потоку от компрессора и ниже по потоку от обоих клапанов. Посредством настройки положения первого и второго клапанов, охлажденный поток рециркуляции компрессора может смешиваться с горячей EGR, чтобы выдавать регулируемую по температуре смесь на вход компрессора. Например, состав смеси может настраиваться для повышения величины горячей EGR и понижения величины потока рециркуляции компрессора, когда температура на входе компрессора низка. В качестве еще одного примера, состав смеси может настраиваться для понижения величины горячей EGR и повышения величины потока рециркуляции компрессора, когда температура на выходе компрессора высока, или когда есть вероятность помпажа компрессора.
Таким образом, улучшается управление температурой компрессора. При отсутствии требования охлажденной EGR, уменьшается необходимость в специальном охладителе EGR. Например, охладитель может быть сильно уменьшен по габаритам или удален из конструкции, давая преимущества сокращения компонентов. Посредством использования охлажденного потока рециркуляции компрессора для охлаждения EGR, относительная влажность и температура на входе компрессора, а также на выходе компрессора, может настраиваться точнее. В частности, температуры на входе и выходе компрессора могут поддерживаться в пределах диапазона, который улучшает рабочие характеристики турбонагнетателя. Посредством уменьшения формирования конденсата на входе компрессора, проблемы, связанные с засасыванием конденсата (такие как пропуски зажигания, ухудшение характеристик лопастей компрессора и остановка двигателя) могут лучше подвергаться принятию ответных мер. Дополнительно, использование охлажденного потока рециркуляции компрессора может одновременно улучшать запас до помпажа компрессора, к тому же, наряду с уменьшением эффектов теплового усиления, которые могут возникать при использовании горячего потока рециркуляции компрессора. В общем и целом, улучшаются рабочие характеристики 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 предмета полезной модели, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет 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 примерный вариант осуществления системы двигателя с наддувом.
Фиг. 2 показывает многомерную характеристику, изображающую изменение зависимости между температурой на входе и выходе компрессора со степенью повышения давления и производительностью компрессора.
Фиг. 3 показывает многомерную характеристику, изображающую зависимость между температурой на входе компрессора, коэффициентом рециркуляции и процентным содержанием EGR.
Фиг. 4 показывает график, изображающий изменения температур на выходе компрессора с EGR, в присутствии или в отсутствие потока рециркуляции компрессора.
Фиг. 5 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для настройки потока рециркуляции компрессора и EGR на основании аспектов конденсации.
Фиг. 6 показывает примерную скоординированную настройку клапана EGR и CRV для уменьшения конденсации на входе компрессора согласно настоящему раскрытию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание относится к системам для настройки пропорции сжатого заряда воздуха, рециркулированного на вход компрессора в системе двигателя с наддувом, такой как система по фиг. 1, из ниже по потоку охладителя наддувочного воздуха. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, такую как процедура по фиг. 5, для настройки величины охлажденного сжатого заряда воздуха, рециркулированного из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, относительно величины EGR на основании аспектов помпажа и конденсации. В этом отношении, контроллер может настраивать величины на основании температуры на входе компрессора, а кроме того, на основании EGR, так чтобы температура и влажность заряда воздуха, поступающего в компрессор, поддерживалась выше порогового значения в тех случаях, когда может происходить конденсация. Контроллер также может настраивать величины на основании указания помпажа компрессора, чтобы улучшать запас до предела помпажа. Как конкретизировано на фиг. 5, контроллер может выбирать между использованием усиленной горячей EGR или усиленной рециркуляцией холодного сжатого заряда воздуха для уменьшения помпажа на основании аспектов конденсации. Примерные  настройки описаны со ссылкой на фиг. 6. Посредством уменьшения конденсата, могут уменьшаться пропуски зажигания и ухудшение характеристик компрессора, ассоциативно связанные с конденсатом. Посредством принятия мер в ответ на помпаж с использованием повышенной рециркуляции охлажденного заряда воздуха компрессора, массовый расход через компрессор повышается, а запас до помпажа может улучшаться. В общем и целом, улучшаются рабочие характеристики двигателя с наддувом.
Фиг. 1 схематически показывает аспекты примерной системы 100 двигателя, включающей в себя двигатель 10. В изображенном варианте осуществления, двигатель является двигателем с наддувом, присоединенным к турбонагнетателю 13, включающему в себя компрессор 114, приводимый в движение турбиной 116. Более точно, свежий воздух вводится по впускному каналу 42 в двигатель 10 через воздушный фильтр 112 и втекает в компрессор 114. Компрессор может быть любым пригодным компрессором всасываемого воздуха, таким как компрессор нагнетателя с приводом от электродвигателя или с приводом от ведущего вала. В системе 10 двигателя, однако, компрессор является компрессором турбонагнетателя, механически присоединенным к турбине 116 через вал 19, турбина 116 приводится в движение расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном из вариантов осуществления, компрессор и турбина могут быть соединены в пределах двухспирального турбонагнетателя. В еще одном варианте осуществления, турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VGT), где геометрия турбины активно меняется в качестве функции числа оборотов двигателя.
Как показано на фиг. 1, компрессор 114 присоединен через охладитель 18 наддувочного воздуха (САС) к дроссельному клапану 20. Дроссельный клапан 20 присоединен к впускному коллектору 22 двигателя. Из компрессора, сжатый заряд воздуха течет через охладитель 18 наддувочного воздуха и дроссельный клапан во впускной коллектор. Охладитель наддувочного воздуха, например, может быть теплообменником из воздуха в воду. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление воздушного заряда внутри впускного коллектора считывается датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (MAP).
Во время выбранных условий, таких как во время отпускания педали акселератора, при переходе с эксплуатации двигателя с наддувом на эксплуатацию двигателя без наддува, может возникать помпаж компрессора. Это происходит вследствие ослабленного прямого потока через компрессор, вызывающего помпаж и ухудшенную производительность турбонагнетателя. В дополнение, помпаж может приводить к проблемам NVH, таким как нежелательный шум из системы впуска двигателя. Для ослабления помпажа компрессора, по меньшей мере часть заряда воздуха, сжатого компрессором 114, может подвергаться рециркуляции на вход компрессора. Это предоставляет потоку компрессора возможность по существу сохраняться. Канал 60 рециркуляции компрессора может быть предусмотрен для рециркуляции охлажденного сжатого воздуха с выхода компрессора ниже по потоку от охладителя 18 наддувочного воздуха на вход компрессора. Клапан 62 рециркуляции компрессора может быть предусмотрен для настройки величины охлажденного потока рециркуляции, рециркулированного на вход компрессор. В изображенном примере, клапан 62 является непрерывно регулируемым клапаном, чье положение может настраиваться на полностью открытое положение, полностью закрытое положение или любое положение между ними. Таким образом, клапан 62 рециркуляции в материалах настоящей заявки также может указываться ссылкой как непрерывно регулируемый клапан рециркуляции компрессора, или CRV. В изображенном примере, CRV 62 сконфигурирован в качестве дроссельного клапана, хотя, в других вариантах осуществления, CRV может быть сконфигурирован иначе (например, в качестве тарельчатого клапана).
В альтернативных вариантах осуществления, клапан 62 рециркуляции компрессора может быть сконфигурирован в качестве двухпозиционного клапана, настраиваемого в одно из полностью закрытого и полностью открытого положения. Однако изобретатели осознали, что, посредством использование CRV, могут быть улучшены реакция наддува и запасы до помпажа.
Во время номинальных условий эксплуатации двигателя, CRV 62 может удерживаться номинально открытым или почти закрытым. В таком положении, клапан может быть работающим с известной или ничтожной утечкой. Как конкретизировано в материалах настоящей заявки, в ответ на указание помпажа, открывание CRV 62 может увеличиваться для понижения давления наддува ниже по потоку от компрессора, тем самым, поддерживая или усиливая поток через компрессор. Открывание CRV 62 также может увеличиваться во время условий, где температура на выходе компрессора находится выше порогового значения, чтобы давать возможность охлаждения потока, сжимаемого компрессором. В некоторых вариантах осуществления, один или более датчиков могут быть присоединены в канале 60 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. Во время других условий, таких как в ответ на указание конденсации на входе компрессора, открывание CRV 62 может уменьшаться, чтобы уменьшать охлаждение температуры на входе компрессора. Таким образом, CRV 62 может использоваться для умения справляться с помпажом, а также управления температурой компрессора.
В некоторых вариантах осуществления, во время номинальных условий открывания, таких как работа двигателя с наддувом в установившемся состоянии, CRV 62 может поддерживаться частично открытым для усиления потока компрессора и обеспечения некоторого запаса до помпажа. В материалах настоящей заявки, частично открытое (например, полуоткрытое) положение может быть установленным по умолчанию положением клапана, открывание клапана увеличивается от частично открытого положения до или в направлении полностью открытого положения в ответ на указание помпажа, чтобы понижать давление наддува ниже по потоку от компрессора. Подобным образом, открывание клапана может уменьшаться от частично открытого положения в направлении или до полностью закрытого положения в ответ на кратковременное повышение требования крутящего момента (например, во время нажатия педали акселератора водителем), чтобы быстро повышать давление наддува ниже по потоку от компрессора. Например, клапан может смещаться из установленного по умолчанию частично открытого положения в или в направлении полностью закрытого положения, чтобы уменьшать переходные процессы крутящего момента и улучшать быстроту реагирования крутящего момента.
Один или более датчиков могут быть присоединены к впускному каналу 42 выше по потоку от компрессора 114 для определения состава и состояния заряда воздуха, поступающего в компрессор. Эти датчики, например, могут включать в себя датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора (CIP), а также датчик 57 влажности на входе компрессора. Кроме того другие датчики, например, могут включать в себя датчики топливо-воздушного соотношения и т.д. Датчики могут оценивать состояние всасываемого воздуха, принимаемого на входе компрессора из впускного канала, а также заряда воздуха, рециркулированного из выше по потоку или ниже по потоку от САС. В дополнение, когда задействована EGR, датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и топливо-воздушное соотношение смеси воздушного заряда, включающей в себя свежий воздух, рециркулированный подвергнутый сгоранию воздух и отработавшие остаточные газы, принимаемые на входе компрессора. В других примерах, одно или более условий на входе компрессора (такие как влажность, температура и т.д.) могут логически выводиться на основании условий эксплуатации двигателя.
Перепускная заслонка 92 для отработавших газов может побуждаться открываться, чтобы сбрасывать по меньшей мере некоторое давление отработавших газов из выше по потоку от турбины в местоположение ниже по потоку от турбины через перепускной канал 90 для отработавших газов. Посредством уменьшения давления отработавших газов выше по потоку от турбины, частота вращения турбины может понижаться, что, в свою очередь, помогает ослаблять помпаж компрессора. Однако вследствие динамики наддува перепускной заслонки для отработавших газов, воздействия настроек клапана рециркуляции компрессора на уменьшение помпажа может быть быстрее, чем воздействия настроек перепускной заслонки для отработавших газов. В ответ на кратковременное повышение требования крутящего момента, такое как во время нажатия педали акселератора водителем, перепускная заслонка для отработавших газов может побуждаться закрываться, чтобы повышать давление на входе турбины, тем самым, повышая пиковую выходную мощность турбины. Это помогает уменьшать запаздывание турбонагнетателя и переходные процессы крутящего момента и улучшает реакцию крутящего момента.
Впускной коллектор 22 присоединен к ряду камер 30 сгорания через ряд впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания, кроме того, присоединены к выпускному коллектору 36 через ряд выпускных клапанов (не показаны). В изображенном варианте осуществления, показан одиночный выпускной коллектор 36. Однако, в других вариантах осуществления, выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации, имеющие множество секций выпускного коллектора могут давать выходящему потоку из разных камер сгорания возможность направляться в разные местоположения в системе двигателя.
В одном из вариантов осуществления, каждые из выпускных и впускных клапанов могут быть с электронным приводом или управлением. В другом варианте осуществления, каждые из выпускных и впускных клапанов могут быть с кулачковым приводом или управлением. С любым из электронного привода или кулачкового привода, установка моментов открывания и закрывания выпускных и впускных клапанов может настраиваться по необходимости под требуемое функционирование сгорания и снижения токсичности отработавших газов.
Камеры 30 сгорания могут питаться одним или более видов топлива, таких как бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ. Топливо может подаваться в камеры сгорания с помощью непосредственного впрыска, оконного впрыска, впрыска через корпус дроссельного клапана или любой их комбинации. В камерах сгорания, сгорание может инициироваться посредством искрового зажигания и/или воспламенения от сжатия.
x
x
x
x
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора направляются в турбину 116, чтобы приводить в движение турбину. Когда требуется уменьшенный крутящий момент турбины, некоторое количество отработавших газов взамен может направляться через перепускную заслонку 90 для отработавших газов, обходя турбину. Объединенный поток из турбины 116 и перепускной заслонки 90 для отработавших газов, в таком случае, течет через устройство 170 снижения токсичности выбросов. Вообще, одно или более устройств 170 снижения токсичности выбросов могут включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов последующей очистки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитически очищать поток отработавших газов, тем самым, снижать количество одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один из каталитических нейтрализаторов последующей очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливать NO из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов обеднен, и восстанавливать захваченные NO, когда поток отработавших газов обогащен. В других примерах, каталитический нейтрализатор последующей обработки отработавших газов может быть выполнен с возможностью делать непропорциональным NO или избирательно восстанавливать NO с помощью восстанавливающего агента. Кроме того в других примерах каталитический нейтрализатор последующей очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окислять остаточные углеводороды и/или оксид углерода в потоке отработавших газов. Разные каталитические нейтрализаторы последующей очистки отработавших газов, имеющие любые такие функциональные возможности, могут быть скомпонованы в тонких покрытиях или где-нибудь еще в каскадах последующей очистки отработавших газов отдельно или вместе. В некоторых вариантах осуществления, каскады последующей очистки отработавших газов могут включать в себя регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливать и окислять частицы сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть очищенных отработавших газов из устройства 170 снижения токсичности выбросов могут выбрасываться в атмосферу через выхлопную трубу 35. В зависимости от условий эксплуатации, однако, некоторое количество отработавших газов взамен может отводиться в канал 51 EGR и клапан 52 EGR на вход компрессора 114. В изображенном примере, канал 51 EGR не включает в себя охладитель EGR (например, промежуточный охладитель или альтернативное вспомогательное устройство жидкостного охлаждения). Таким образом, отработавшие газы, выталкиваемые из цилиндров 30 двигателя через их соответственные выпускные клапаны, могут течь беспрепятственно из выпускного коллектора в клапан EGR, а оттуда, на вход компрессора. В альтернативных вариантах осуществления, канал 51 EGR может включать в себя охладитель EGR с существенно уменьшенными габаритами и массой. Как конкретизировано ниже, посредством смешивания горячей EGR с охлажденным потоком рециркуляции компрессора перед подачей смеси на вход компрессора, необходимость в большем охладителе EGR для регулирования температуры EGR уменьшается, предоставляя возможность, чтобы охладитель EGR был сильно уменьшен по габаритам и массе или удален.
Клапан 52 EGR может открываться, чтобы впускать регулируемое количество отработавших газов на вход компрессора для желательных рабочих характеристик сгорания и снижения токсичности выбросов. Таким образом, система 10 двигателя приспособлена для выдачи внешнего EGR низкого давления (LP), отводя отработавшие газы из ниже по потоку от турбины 116. Вращение компрессора, в дополнение к относительно длинному протоку LP-EGR в системе 10 двигателя, обеспечивает превосходную гомогенизацию отработавших газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, размещение точек отбора и смешивания EGR обеспечивает очень эффективное охлаждение отработавших газов для повышенной имеющейся в распоряжении массы EGR и улучшенных рабочих характеристик. В других вариантах осуществления, система двигателя дополнительно может включать в себя проток EGR высокого давления, в котором отработавшие газы втягиваются из выше по потоку от турбины 116 и рециркулируются во впускной коллектор двигателя ниже по потоку от компрессора 114.
Один или более датчиков могут быть присоединены к каналу 51 EGR для предоставления подробностей касательно состава и состояния EGR. Например, датчик температуры может быть предусмотрен для определения температуры EGR, датчик давления может быть предусмотрен для определения температуры EGR, датчик влажности может быть предусмотрен для определения влажности или содержания воды EGR, и датчик 54 топливо-воздушного соотношения может быть предусмотрен для оценки топливо-воздушного соотношения EGR. Открывание клапана EGR может настраиваться на основании условий эксплуатации двигателя и условий EGR, чтобы давать требуемую величину разбавления в двигателе.
В изображенном варианте осуществления, канал 51 EGR соединяется с каналом 60 рециркуляции компрессора в местоположении выше по потоку от входа компрессора и ниже по потоку от клапана 52 EGR и CRV 62. Поскольку EGR имеет относительно большое содержание воды, LP-EGR, выдаваемая на впуск в этом местоположении перед компрессором, может быть предрасположена к конденсации. В частности, на основании условий EGR, условий эксплуатации двигателя и температуры на входе компрессора в такое время, когда принимается EGR, конденсация может происходить на обоих, входе компрессора, а также выходе охладителя наддувочного воздуха. Например, в холодных условиях окружающей среды, когда охлажденная влажная EGR смешивается с холодным окружающим всасываемым воздухом, могут формироваться капельки воды. Капельки воды, ударяющиеся о лопасти компрессора, которые вращаются на высоких скоростях (например, 200000 оборотов в минуту или выше), могут вызывать повреждение у лопастей. В дополнение, поскольку засасываемая вода замедляет скорость сгорания, ввод воды в двигатель может повышать вероятность событий пропусков зажигания. Как конкретизировано в материалах настоящей заявки, контроллер может настраивать температуру на входе компрессора для снижения вероятности конденсации. Например, посредством использования EGR, температура на входе компрессора может поддерживаться выше пороговой температуры, которая основана на аспектах EGR и конденсации.
Как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 5, EGR, принятая из канала 51 EGR, может смешиваться с охлажденным потоком рециркуляции компрессора, принятым из канала 60 рециркуляции в местоположении ниже по потоку от клапанов 52, 62 и выше по потоку от входа компрессора, чтобы давать регулируемую по температуре смесь отработавших остаточных газов и потока рециркуляции компрессора. Смесь затем подается на вход компрессора. Это дает температуре компрессора (например, температуре на входе компрессора и/или температуре на выходе компрессора) возможность лучше управляться. В дополнение, требуемое разбавление в двигателе может достигаться с пониженной предрасположенностью к конденсации, помпажу и связанным проблемам. Посредством уменьшения вероятности конденсации EGR, уменьшаются проблемы, ассоциативно связанные с засасыванием конденсата в компрессоре. Например, если температура на входе компрессора низка, влажность окружающей среды высока, контроллер может настраивать клапаны 52 и 62 для усиления потока EGR на вход компрессора и ослабления потока рециркуляции компрессора, чтобы поднимать температуру на входе компрессора выше порогового значения и уменьшать конденсацию на входе. В еще одном примере, когда температура на входе компрессора высока, температура на выходе компрессора высока, контроллер может настраивать клапаны 52 и 62, чтобы ослаблять поток EGR на вход компрессора и усиливать поток рециркуляции компрессора для понижения температуры на входе или выходе компрессора ниже порогового значения и уменьшения теплового повреждения компрессора. В общем и целом, улучшается управление тепловым режимом компрессора.
Несмотря на то, что изображенный вариант осуществления показывает систему двигателя, не включающую в себя охладитель EGR в канале EGR, будет принято во внимание, что в альтернативных вариантах осуществления система двигателя может включать в себя перепускной канал EGR с охладителем EGR, присоединенным к каналу EGR. Когда включена в состав, часть отработавших газов, принятая в канале 51 EGR, может отводиться через перепускной канал EGR и пропускаться через охладитель EGR, чтобы обеспечивать величину охлаждения EGR. Однако, посредством использования конфигурации, где охладитель EGR не требуется, и охлаждение EGR достигается смешиванием EGR с потоком рециркуляции компрессора, потери энергии, ассоциативно связанные с использованием теплообменника, уменьшаются.
Система 100 двигателя дополнительно может включать в себя систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, датчик 124 MAP, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик 54 топливо-воздушного соотношения. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, топливо/воздушного соотношения и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 100 двигателя. Исполнительные механизмы 81, например, могут включать в себя дроссель 20, клапан 52 EGR, клапан 62 рециркуляции компрессора, привод 92 перепускной заслонки для отработавших газов и топливную форсунку 66. Система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие различные исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 5.
Многомерная характеристика 200 по фиг. 2 показывает зависимость между температурой компрессора и степенями повышения давления при различном коэффициенте полезного действия компрессора. Степень повышения температуры компрессора, графически изображенное по оси y, является отношением абсолютной температуры на выходе компрессора к абсолютной температуре на входе компрессора . Степень повышения давления компрессора, графически изображенная по оси x, является отношением давления на выходе компрессора к давлению на входе компрессора . По существу, степень повышения температуры компрессора является зависящим от степени повышения давления компрессора согласно уравнению:
c
где η - коэффициент полезного действия компрессора. Многомерная характеристика 200 изображает зависимость между степенью сжатия компрессора и степенью повышения температуры компрессора при разных коэффициентах полезного действия компрессора, причем, график 202 изображает зависимость при первом, более низком коэффициенте полезного действия, а график 204 изображает зависимость при втором, более высоком коэффициенте полезного действия.
Компрессоры типично ограничены максимальной температурой на выходе, которая, как изображено общим направлением графиков 202 и 204, является функцией температуры на входе компрессора, степени повышения давления компрессора и коэффициента полезного действия компрессора. Таким образом, чтобы поддерживать режим работы компрессора на или около целевых давления и температуры на выходе ниже порогового значения, контроллер может оценивать соответствующую целевую (максимальную) температуру на входе компрессора для любого набора условий эксплуатации двигателя. Контроллер, в таком случае, может настраивать пропорцию потока EGR и потока рециркуляции компрессора, принимаемую на входе компрессора, чтобы ограничивать температуру на входе компрессора на или ниже целевой температуры на входе компрессора.
Многомерная характеристика 300 по фиг. 3 показывает зависимость между температурой на входе компрессора и коэффициентом рециркуляции при данном процентном содержании EGR. Температура на входе компрессора графически изображена по оси y, а коэффициент рециркуляции графически изображен по оси x. Коэффициент рециркуляции соответствует процентному содержанию охлажденного сжатого воздуха, рециркулированного на вход компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха. Как показано графиками 302-306, для данного процентного содержания EGR, по мере того, как возрастает коэффициент рециркуляции, температура на входе компрессора снижается. В изображенном примере, на графике 302, процентное содержание EGR имеет значение 15%, температура EGR имеет значение 600°C, и температура рециркуляции компрессора имеет значение 38°C (100°F), а температура на входе компрессора имеет значение 25°C.
Зависимость, показанная на графике 302, также может быть представлена уравнением:
egr
где  - температура на входе компрессора, а T - температура EGR.
Здесь, x - процентное содержание EGR, рассчитанное в качестве , где  - массовый расход EGR, а  - массовый расход всасываемого воздуха, принимаемого на входе компрессора. Кроме того еще, κ - коэффициент рециркуляции, рассчитанный в качестве , где  - поток рециркуляции. Графики 304 и 306 показывают ту же зависимость при разных процентных содержаниях EGR, причем, график 304 показывает зависимость на 20% EGR а график 306 показывает зависимость на 10% EGR.
c
Далее, с обращением к фиг. 4, многомерная характеристика 400 показывает зависимость между температурой на выходе (или выпуске) компрессора и степенью повышения давления компрессора при заданном процентном содержании EGR на основании процентного содержания принимаемого потока рециркуляции компрессора. Температура на выходе компрессора графически изображена по оси y, а степень повышения давления компрессора графически изображена по оси x. В изображенном примере, процентное содержание EGR (x) имеет значение 15%, и коэффициент полезного действия компрессора (η) имеет значение 75%. Графики 402-406 показывают зависимость при степени сжатия компрессора 0 (то есть, без рециркуляции), 0,5 и 1,0 соответственно. Как показано общим направлением графиков 402-406, по мере того, как коэффициент рециркуляции возрастает, для данной степени повышения давления (κ), достигается более низкая температура на выходе компрессора. Другими словами, более низкая температура на выходе компрессора может достигаться для данного процентного содержания EGR посредством повышения величины потока рециркуляции компрессора.
Контроллер может использовать зависимости, проиллюстрированные на фиг. 2-4, для настройки пропорции рециркуляции EGR и рециркуляции потока компрессора, подаваемых на вход компрессора для управлением температурой на входе и/или выходе компрессора. Например, может предполагаться, что традиционно 20% неохлажденной EGR побуждало бы температуру на входе компрессора подниматься пропорционально. Например, при температуре окружающей среды 0°C и температуре EGR 600°C, температура на входе компрессора была бы 120°C, которые, в условиях с наддувом могли бы превышать температурные пределы на выходе компрессора. Однако, если смешанный поток после охладителя наддувочного воздуха подвергается рециркуляции, температура на входе компрессора могла бы регулироваться гораздо более низким значением, поскольку поток разбавлялся бы. Например, если используются такие же условия потока, как изложенные выше, но с 50% рециркуляции сжатого потока после охладителя при 30°C, комбинация давала бы температуру на входе компрессора 75°C. В качестве еще одного примера, поддержание рециркуляции на 50% и снижение EGR до 10% давали бы в результате температуру 45°C на входе компрессора.
Таким образом, управление клапаном EGR и CRV совместно могло бы обеспечивать быстрый разогрев системы без риска конденсации на входе, поскольку EGR является гораздо более горячей. К тому же, также уменьшается риск избыточного нагрева выхода компрессора. В общем и целом, подход ограничивал бы EGR в горячих условиях, чтобы гарантировать, что не превышены максимальные пределы компонентов, и улучшаются рабочие характеристики двигателя с наддувом.
Далее, с обращением к фиг. 5, показана примерная процедура 500 для настройки состава смеси охлажденного потока рециркуляции компрессора и неохлажденной рециркуляции отработавших газов, и подачи смеси на вход компрессора. Подход дает возможность улучшенного управления температурой компрессора.
На 502, процедура включает в себя оценку и/или измерение условий эксплуатации двигателя, которые могут включать в себя число оборотов двигателя, требование крутящего момента, MAP, MAF, температуру в коллекторе, условия окружающей среды (температуру окружающей среды, BP, влажность окружающей среды), условия компрессора (температуру и давление на входе компрессора, температуру и давление на выходе компрессора, интенсивность потока компрессора), температуру двигателя и т.д.
На 504, процедура включает в себя определение требуемой величины рециркуляции компрессора на основании оцененных условий эксплуатации. Кроме того, положение или степень открывания клапана рециркуляции компрессора (CRV 62 по фиг. 1) может определяться на основании требуемой величины рециркуляции. В одном из примеров, во время условий эксплуатации двигателя в установившемся состоянии, номинальная величина рециркуляции компрессора может требоваться, например, для поддержания номинальной интенсивности потока через компрессор. Номинальный поток через компрессор может предоставлять некоторому сжатому потоку возможность подвергаться непрерывной рециркуляции из ниже по потоку от компрессора и ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора через канал рециркуляции, тем самым, улучшая запас до помпажа во время работы двигателя с наддувом в установившемся состоянии. По существу, это понижает частоту возникновения помпажа. В одном из примеров, где CRV является непрерывно регулируемым клапаном, это может достигаться удерживанием клапана в частично открытом положении во время условий установившегося состояния. В еще одном примере, где CRV является трехпозиционным клапаном, это может достигаться удерживанием клапана в полуоткрытом положении во время условий установившегося состояния. В качестве альтернативы, во время условий с наддувом в установившемся состоянии, рециркуляция компрессора может не требоваться, и CRV может побуждаться закрываться.
На 506, процедура включает в себя определение требуемой величины рециркуляции отработавших газов на основании оцененных условий эксплуатации. Кроме того, положение или степень открывания клапана EGR (EGR 52 по фиг. 1) может определяться на основании требуемой величины наддува. В одном из примеров, требуемая величина EGR может быть основана на величине разбавления двигателя, требуемой во время текущих условий эксплуатации двигателя. По мере того, как требуемая величина разбавления возрастает большее открывание клапана EGR может определяться для обеспечения требуемого разбавления. В еще одном примере, более высокая величина EGR может требоваться для снижения выбросов (например, выбросов NOx). По существу, для обеспечения рециркуляции отработавших газов, отработавшие газы, выпущенные из цилиндров двигателя через выпускные клапаны цилиндра, отбираются из выпускного коллектора ниже по потоку от турбины на выпускном коллекторе и подаются в компрессор. В частности, отработавшие газы текут беспрепятственно между выпускным коллектором и клапаном EGR, не проходя через охладитель EGR. Другими словами, неохлажденные отработавшие газы, отобранные из выпускного коллектора, пропускаются непосредственно на вход компрессора, без активного охлаждения пропусканием через промежуточный охладитель, или охладитель EGR, или другое вторичное устройство жидкостного охлаждения (такое как теплообменник из воды в воздух или основанный на охлаждающей жидкости теплообменник). Как конкретизировано ниже, контроллер может смешивать EGR с потоком рециркуляции компрессора выше по потоку от входа компрессора, при этом, состав смеси настраивается на основании условий компрессора, чтобы давать требуемое разбавление, к тому же, наряду с поддержанием температуры на входе и/или выходе компрессора в рамках предельных значений.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что процедура по фиг. 5 предлагает отработавшие газы, текущие между выпускным коллектором и клапаном EGR, не проходя через охладитель EGR, будет принято во внимание, что, в альтернативных вариантах осуществления, охладитель EGR может быть включен в канал EGR, и отработавшие газы могут течь между выпускным коллектором и клапаном EGR при пропускании через охладитель EGR. Однако, посредством использования холодного потока рециркуляции компрессора для дополнительного охлаждения отработавших газов перед подачей на вход компрессора, может использоваться существенно уменьшенный по габаритам охладитель EGR. Меньший охладитель EGR давать преимущества уменьшения размера и снижения себестоимости компонентов.
На 507, процедура включает в себя определение наддува, требуемого для удовлетворения требуемого крутящего момента двигателя, на основании оцененных условий эксплуатации. Кроме того, положение или степень открывания перепускной заслонки для отработавших газов (WG 92 по фиг. 1) может определяться на основании требуемой величины наддува. В одном из примеров, во время условий средних числа оборотов и нагрузки, перепускная заслонка для отработавших газов может быть по большей части закрыта, чтобы выдавать достаточный наддув. В еще одном примере, во время низкого числа оборотов и низкой нагрузки, перепускной заслонке для отработавших газов может даваться команда полностью открываться.
Процедура переходит на 508, чтобы определять, есть ли указание помпажа. В одном из примеров, помпаж может возникать в ответ на отпускание педали акселератора водителем. В нем, во время условий с наддувом, вследствие резкого падения потока воздуха и требования крутящего момента, воздушный впускной дроссель может закрываться, заставляя поток компрессора уменьшаться, приводя к помпажу. В одном из примеров, контроллер может делать вывод о помпаже на основании перемещения педали во время нажатия педали акселератора (например, перемещения, являющегося более высоким, чем пороговое значение). В еще одном примере, контроллер может контролировать условия давления компрессора и может делать вывод о помпаже на основании потока компрессора, смещающегося влево от линии помпажа на многомерной характеристике компрессора.
Если указание помпажа подтверждено, то, на 514, процедура включает в себя настройку состава смеси на основании указания помпажа компрессора. В частности, настройка может включать в себя повышение величины охлажденного потока рециркуляции компрессора в смеси по мере того, как указание помпажа превышает пороговое значение. Повышение величины потока рециркуляции компрессора может включать в себя увеличение открывания первого клапана рециркуляции компрессора, расположенного в первом канале рециркуляции компрессора. Например, если CRV является трехпозиционным клапаном, клапан может переключаться из полуоткрытого положения в полностью открытое положение. В еще одном примере, где CRV является непрерывно регулируемым клапаном, увеличение может включать в себя увеличение открывания клапана из частично открытого положения в или в направлении полностью открытого положения.
В нем, посредством повышения величины охлажденного потока рециркуляции компрессора в ответ на указание помпажа, достигаются многочисленные преимущества. Прежде всего, давление наддува ниже по потоку от компрессора быстро понижается, интенсивность потока компрессора повышается. В качестве еще одного примера, посредством рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха (вместо неохлажденного сжатого воздуха из выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха), эффект температурного усиления рециркуляции уменьшается. В частности, повышенный повторный нагрев сжатого воздуха во время повторного наддува через компрессор уменьшается, и температуры компрессора (на входе и выходе компрессора) поддерживаются ниже предельных значений. Это снижает риск теплового повреждения в отношении компонентов системы. Контроллер также может, по выбору, непрерывно уменьшать величину рециркуляции отработавших газов посредством уменьшения открывания клапана EGR, расположенного во втором канале EGR.
Однако если газ на входе компрессора с EGR охлаждается слишком сильно, может происходить конденсация. Поэтому, процедура переходит на 516, где определяется, не упала ли температура на входе компрессора ниже предела конденсации или пороговой температуры конденсации. Если так, процедура переходит на 518, где поток EGR и CRV одновременно настраиваются для уменьшения предрасположенности к помпажу и конденсации. Более точно, когда уровень EGR, требуемый для подъема температуры на входе компрессора выше предела конденсации, не превышает пределов сгорания, EGR повышается, а поток CRV понижается соответствующим образом для сохранения постоянного скорректированного потока компрессора. Когда уровень является таким, что он превысил бы пределы сгорания, EGR выключается, и CRV увеличивается, чтобы сохранять постоянный скорректированный поток компрессора. В любом сценарии, избегаются конденсация на входе компрессора и помпаж компрессора. Если температура на входе компрессора не находится ниже предела конденсации, процедура заканчивается.
Возвращаясь на 508, если нет указания помпажа компрессора, процедура переходит на 510, где может определяться, ожидается ли, что температура на выходе компрессора должна подняться выше порогового значения. Например, на основании EGR, запрошенной на 506, и рециркуляции компрессора, запрошенной на 504, а кроме того, на основании условий компрессора, температура на выходе компрессора может оцениваться и сравниваться с пороговым значением, калиброванным для предотвращения нагарообразования или повреждения в отношении компрессора или других компонентов системы впуска воздуха.
Если ожидается, что пороговое значение температуры должно быть превышено, то, на 520, процедура включает в себя смешивание потока рециркуляции компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха с отработавшими газами, подачу смеси на вход компрессора и настройку состава смеси на основании температуры на входе компрессора, с тем чтобы понижать температуру на выходе компрессора. В частности, настройка включает в себя повышение величины потока рециркуляции компрессора и/или уменьшение потока EGR по мере того, как температура на входе компрессора поднимается выше порогового значения.
В одном из примеров, контроллер может использовать зависимости, изображенные на фиг. 2-4, чтобы логически выводить температуру на входе и/или выходе компрессора на основании условий компрессора, таких как уровень наддува, коэффициент полезного действия компрессора и степень повышения давления компрессора. Поскольку компрессоры ограничены максимальной температурой на выходе, которая является функцией их температуры на входе и степени сжатия компрессора, чтобы поддерживать давление и температуру на выходе компрессора на или около целевых давления и температуры на выходе, контроллер может оценивать максимально допустимую температуру на входе компрессора (соответствующую максимально допустимой температуре на выходе компрессора) для данного набора условий эксплуатации двигателя. Контроллер, в таком случае, может настраивать пропорцию потока EGR и потока рециркуляции компрессора, принимаемую на входе компрессора, чтобы ограничивать температуру на входе компрессора и/или температуру на выходе компрессора в рамках максимально допустимых пределов температуры.
Повышение величины потока рециркуляции компрессора может включать в себя увеличение открывания первого клапана рециркуляции компрессора, расположенного в первом канале, присоединяющем выход охладителя наддувочного воздуха к входу компрессора (канале рециркуляции компрессора). Например, если CRV является трехпозиционным клапаном, клапан может переключаться из полуоткрытого положения в полностью открытое положение. В еще одном примере, где CRV является непрерывно регулируемым клапаном, увеличение может включать в себя увеличение открывания клапана из частично открытого положения в или в направлении полностью открытого положения.
Уменьшение количества отработавших газов может включать в себя уменьшение открывания второго клапана EGR, расположенного во втором канале, присоединяющем выход турбины к входу компрессора (канале EGR). Как показано на фиг. 1, первый канал может быть присоединен ко второму каналу в месте соединения, расположенном ниже по потоку от каждого из первого и второго клапанов и выше по потоку от входа компрессора.
Например, если температура окружающей среды имеет значение 0°C, а температура EGR имеет значение 600°C, температура на входе компрессора имела бы значение 120°C которое, в условиях с наддувом побуждало бы температуру на выходе компрессора превышать температурные пределы на выходе компрессора. Однако если дана возможность рециркуляции после охладителя наддувочного воздуха, температура на входе компрессора могла бы регулироваться гораздо более низким значением, поскольку разбавлялся бы поток, поступающий в компрессора. Например, если бы использовались такие же условия потока, но с задействованными 50% рециркуляции сжатого потока после охладителя при 30°C, комбинация давала бы температуру на входе компрессора 75°C. В качестве еще одного примера, поддержание рециркуляции на 50% и снижение EGR до 10% давали бы в результате температуру 45°C на входе компрессора.
Процедура затем переходит на 522, где может определяться, обладает ли перепускная заслонка для отработавших газов влиянием для подачи требуемого наддува в присутствии дополнительного потока рециркуляции. Например, если перепускная заслонка для отработавших газов полностью закрыта и все еще не может удовлетворить требуемый наддув, процедура переходит на 524, где EGR может уменьшаться, чтобы одновременно уменьшать необходимую работу компрессора и температуры на входе и выходе компрессора. Также может быть необходимым уменьшать поток рециркуляции компрессора, чтобы в достаточной мере понижать энергетические потребности компрессора. Перепускная заслонка для отработавших газов в таком случае устанавливается на значение, необходимое для подачи требуемого наддува, а также настраивается поток EGR и CRV. Процедура затем заканчивается.
Если, на 522, желательно, чтобы перепускная заслонка для отработавших газов обладала достаточным влиянием, чтобы удовлетворять требование наддува, процедура переходит на 526, где перепускная заслонка для отработавших газов настраивается надлежащим образом, и процедура заканчивается.
Возвращаясь на 510, определяется, что температура на выходе компрессора не ожидается, что должна повышаться выше порогового значения, процедура переходит на 512, где клапаны EGR и CRV, и перепускная заслонка для отработавших газов поддерживаются в запланированных положениях, определенных на 504-507.
В качестве примера, во время первого состояния, контроллер может смешивать поток рециркуляции компрессора из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха с беспрепятственной рециркуляцией отработавших газов из ниже по потоку от турбины в первой пропорции в ответ на температуру на выходе компрессора. Беспрепятственная рециркуляция отработавших газов может включать в себя рециркуляцию отработавших газов низкого давления в смеси, которая подается на вход компрессора через клапан EGR без пропускания через промежуточный охладитель. Первая пропорция может включать в себя более низкую величину рециркуляции отработавших газов и более высокую величину потока рециркуляции компрессора. Во время второго состояния, контроллер может смешивать поток рециркуляции компрессора с рециркуляцией отработавших газов во второй, иной пропорции в ответ на помпаж. Вторая пропорция может включать в себя более низкую величину рециркуляции отработавших газов и еще более высокую величину потока рециркуляции компрессора. По существу, во время каждого из первого и второго состояний, потоки могут смешиваться в местоположении выше по потоку от входа компрессора, и смесь может подаваться на вход компрессора. Смешивание в первой пропорции в ответ на помпаж включает в себя смешивание в первой пропорции в ответ на степень сжатия компрессора, находящуюся вне предела жесткого помпажа, и при этом, смешивание во второй пропорции в ответ на конденсацию включает в себя смешивание во второй пропорции в ответ на температуру на выходе компрессора, находящуюся ниже порогового значения, пороговое значение основано на каждом из температуры на входе компрессора, степени сжатия и коэффициента полезного действия компрессора.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что изображенные примеры иллюстрируют настройку смеси для изменения пропорции потока рециркуляции компрессора и потока LP-EGR в компрессор, во время некоторых условий, пропорция может настраиваться, чтобы включать в себя весь поток рециркуляции компрессора и не включать в себя EGR, или всю EGR и никакой поток рециркуляции компрессора. Например, в ответ на помпаж, пропорция может настраиваться, чтобы включать в себя весь поток рециркуляции компрессора и никакую EGR. В качестве еще одного примера, пропорция может настраиваться, чтобы включать в себя никакой поток рециркуляции компрессора и всю EGR, когда не присутствуют ограничения температуры компрессора.
Также будет принято во внимание, что, как указано ссылкой в материалах настоящей заявки, EGR является неохлажденной EGR низкого давления, отбираемой из ниже по потоку от турбины. В дополнительных вариантах осуществления, величина охлажденной EGR высокого давления, отбираемой из выше по потоку от турбины и подаваемой на впуск ниже по потоку от компрессора, может настраиваться на основании величины LP-EGR, подаваемой в двигатель.
Кроме того, будет принято во внимание, что, в альтернативных вариантах осуществления, охладитель EGR может быть включен в канал EGR, и отработавшие газы могут течь между выпускным коллектором и клапаном EGR при пропускании через охладитель EGR. Однако, посредством использования холодного потока рециркуляции компрессора для охлаждения отработавших газов, может быть возможным существенное уменьшение габаритов охладителя EGR.
Далее, с обращением к фиг. 6, многомерная характеристика 600 изображает примерную настройку в отношении CRV и клапана EGR, чтобы давать возможность управления тепловым режимом компрессора. Многомерная характеристика 600 изображает давление наддува на графике 602, относительную длительность включения клапана EGR на графике 604, настройки клапана CRV на графике 606, температуру на входе компрессора на графике 608 и температуру на выходе компрессора на графике 610.
До t1, двигатель может быть работающим без наддува (например, на барометрическом давлении, BP) и без EGR. В дополнение, CRV может удерживаться закрытым. В t1, вследствие изменения условий эксплуатации, может запрашиваться EGR и, соответствующим образом, относительная длительность включения клапана EGR может настраиваться, чтобы выдавать номинальную EGR низкого давления. По мере того, как клапан EGR открывается, чтобы подавать горячие отработавшие остаточные газы на вход компрессора, температура на входе компрессора может начинать подниматься выше температуры окружающей среды (пунктирная линия). По существу, когда рециркуляция компрессора не предусмотрена, температура на входе компрессора меняется в качестве функции температуры окружающей среды и величины подаваемой EGR.
В t2, может приниматься небольшое требование наддува. В ответ на требование наддува, давление наддува (график 602) может повышаться, чтобы удовлетворять требование наддува. Во время требования наддува, относительная длительность включения клапана EGR также может увеличиваться (график 604) на основании требования наддува, чтобы удовлетворять кратковременное повышение требования наддува. По мере того, как заряд всасываемого воздуха сжимается внутри компрессора, происходит нагрев от сжатия, приводящий к подъему температуры на выходе компрессора (график 610). Однако, вследствие более низкой величины нагрева от сжатия, обусловленной меньшим требованием наддува, температура на входе компрессора (график 608) остается в рамках допустимых пределов и не должна регулироваться. Как результат, во время состояния наддува в t2, CRV поддерживается закрытым (график 606), так как температуре на входе компрессора не нужно ограничиваться.
В t3, состояние наддува может заканчиваться, и давление наддува может возвращаться на BP. Так как нагрев от сжатия в компрессоре прекращается, температура на выходе компрессора также может возвращаться на уровни температуры окружающей среды (пунктирная линия). Однако EGR может продолжать подаваться во время условий без наддува после t3. Вследствие клапана EGR, являющегося открытым, и CRV, являющегося закрытым, температура на выходе компрессора может оставаться выше температуры окружающей среды.
В t4, может приниматься большое требование наддува. В ответ на требование наддува, давление наддува может повышаться, чтобы удовлетворять более высокое требование наддува. Во время требования наддува, относительная длительность включения клапана EGR может увеличиваться на основании требования наддува, чтобы удовлетворять кратковременное повышение требования наддува. По мере того, как заряд всасываемого воздуха сжимается внутри компрессора, происходит нагрев от сжатия, приводящий к большему подъему температуры на выходе компрессора. Здесь, вследствие боле высокой величины нагрева от сжатия, обусловленного более высоким требованием наддува, температура на входе компрессора действует ближе к верхнему пороговому значению 612. Как результат, во время состояния наддува в t4, CRV поддерживается частично открытым. Вследствие открывания CRV наряду с открыванием клапана EGR, в t4, температура на входе компрессора опускается в направлении температуры окружающей среды.
В t5, требование наддува может внезапно уменьшаться, побуждая компрессор доходить до состояния помпажа. В ответ на указание помпажа, CRV переключается в полностью открытое положение, давая возможность рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора. В дополнение, уменьшается открывание клапана EGR. Комбинированный подход ослабления EGR и усиления рециркуляции компрессора понижает температуру на входе и выходе компрессора. Более точно, каждая из температуры на входе и выходе компрессора понижается до температуры окружающей среды.
В t6, давление наддува снизилось. В дополнение, CRV может быть закрытым, поскольку отсутствует состояние помпажа. Вследствие CRV, являющегося закрытым наряду с тем, что клапан EGR все еще номинально открыт, температура на входе компрессора может подниматься выше температуры окружающей среды в t6 (вследствие приема горячих остаточных газов на входе компрессора).
В t7, вследствие изменения условий эксплуатации, запрос EGR может понижаться, а клапан EGR может закрываться. В ответ на закрывание клапана EGR, температура на входе компрессора может возвращаться к уровням окружающей среды.
Таким образом, температура на входе и температура на выходе компрессора может регулироваться и ограничиваться с использованием настроек для клапана EGR и клапана рециркуляции компрессора во время изменений требования наддува. При действии таким образом, компрессор может удерживаться вне области помпажа.
В одном из примеров, система двигателя содержит двигатель, включающий в себя впускной дроссель, турбонагнетатель, включающий в себя компрессор с приводом от турбины, датчик температуры, присоединенный к компрессору, и охладитель наддувочного воздуха, присоединенный ниже по потоку от  компрессора. Система двигателя дополнительно может включать в себя первый тракт, включающий в себя первый клапан, для рециркуляции сжатого заряда воздуха из ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и выше по потоку от дросселя на вход компрессора. Система двигателя также может включать в себя второй тракт, включающий в себя второй клапан, для беспрепятственной рециркуляции отработавших газов из ниже по потоку от турбины на вход компрессора, второй тракт соединяется с первым трактом ниже по потоку от второго клапана и выше по потоку от входа компрессора. Контроллер системы может быть сконфигурирован компьютерно-читаемыми командами для настройки каждого из первого и второго клапана, чтобы выдавать регулируемую смесь потока рециркуляции компрессора и рециркуляции отработавших газов на вход компрессора. Состав регулируемой смеси может настраиваться на основании одного или более из температуры на входе компрессора и температуры на выходе компрессора. Например, состав может настраиваться, чтобы поддерживать температуру на входе компрессора выше первого порогового значения и/или поддерживать температуру на выходе компрессора ниже второго порогового значения. Настройка каждого из первого и второго клапана для выдачи регулируемой смеси также может включать в себя увеличение открывания первого клапана наряду с уменьшением открывания второго клапана для понижения температуры смеси, и уменьшения открывания первого клапана наряду с увеличением открывания второго клапана для повышения температуры смеси. Контроллер может включать в себя дополнительные команды для настройки состава регулируемой смеси на основании указания помпажа, настройка включает в себя увеличение открывания первого клапана наряду с уменьшением открывания второго клапана. В одном из примеров, настройка включает в себя, в ответ на указание помпажа, полное открывание первого клапана наряду с полным закрыванием второго клапана, и при этом, настройка в ответ на температуру на входе компрессора, включает в себя полное закрывание первого клапана наряду с полным открыванием второго клапана.
Таким образом, температура компрессора может управляться с использованием комбинации охлажденного потока рециркуляции компрессора и неохлажденной EGR. Посредством использования холодного потока рециркуляции компрессора для понижения температуры на входе компрессора, дается возможность управления тепловым режимом компрессора с использованием существующего комплектующего оборудования двигателя наряду с синергетическим улучшением запаса компрессора до помпажа. Посредством уменьшения зависимости от использования охладителя EGR для управления температурой на входе компрессора, достигаются преимущества уменьшения компонентов. Посредством уменьшения формирования конденсата на входе компрессора, проблемы, связанные с засасыванием конденсата (такие как пропуски зажигания, ухудшение характеристик лопастей компрессора и остановка двигателя) могут ослабляться лучше. Посредством поддержания температуры на входе и выходе компрессора в пределах диапазона, где производительность компрессора является более высокой, рабочие характеристики двигателя с наддувом улучшаются, а срок службы компрессора продлевается.
Будет принято во внимание, что конфигурации, 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. Предмет 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 предмет полезной модели настоящего раскрытия.