СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ, СОДЕРЖАЩИМ КОНТУР РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
CONTROL METHOD OF ENGINE WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION LOOP

Настоящее изобретение относится к способу управления двигателем транспортного средства, в частности автомобиля.
В частности, объектом изобретения является способ, применяемый для двигателя, оснащенного системой рециркуляции выхлопных газов и, в частности, оснащенного рециркуляционным контуром в виде контура низкого давления.
Двигатель указанного типа уже известен.
Обычно он содержит блок цилиндров с впускным и выпускным коллектором.
По пути движения выхлопных газов выпускной коллектор сообщается с турбиной турбокомпрессора.
Газы обладают энергией, которая может вращать турбину и соединенный с ней компрессор.
Газы, проходящие через турбину, удаляются в направлении фильтра-улавливателя частиц и проходят там известную саму по себе обработку.
На выходе указанного фильтра, по меньшей мере, часть обработанных газов рециркулируется посредством вышеуказанного контура, тогда как другая часть продолжает свой путь в выхлопной трубе в направлении выпускной заслонки и глушителя.
В рециркуляционном контуре низкого давления охлаждающее устройство предпочтительно обеспечивает понижение температуры рециркулированных газов.
Кроме того, рециркуляционный клапан, расположенный на выходе охлаждающего устройства, позволяет управлять расходом этих газов.
Следует учесть, что указанный расход регулируется также впускной заслонкой.
Действительно, эта заслонка выполнена с возможностью изменения разности давления газов на контактах клапана, что приводит к изменению расхода.
После этого рециркулированные газы поступают в трубопровод, в котором циркулирует воздух, поступающий из воздухозаборника и воздушного фильтра.
Полученная таким образом газовая смесь направляется во впускной коллектор двигателя, проходя через компрессор и, в случае необходимости, через охлаждающее устройство дополнительной подачи воздуха.
Известно, что по сравнению с двигателем, оборудованным рециркуляционной системой высокого давления, такой двигатель имеет характеристики, которые лучше соответствуют требованиям борьбы с загрязнением атмосферы, в частности, требованиям европейских норм.
В частности, известно, что такой тип двигателя позволяет еще больше уменьшить вредные выбросы оксидов азота (Nox) и загрязняющих частиц, таких как частицы сажи.
Вместе с тем, поскольку эти двигатели начали применяться недавно, пока не существует способов управления, реально адаптированных для этого типа двигателя.
В частности, не известны способы управления, которые позволяют оптимизировать регулирование расхода воздуха и/или степени рециркуляции в зависимости от рабочего состояния рециркуляционного клапана и выпускной заслонки.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная задача решена посредством способа управления двигателем, оснащенным контуром рециркуляции выхлопных газов в виде контура низкого давления, в котором регулируют заранее определенный рабочий параметр двигателя посредством управления положением клапана рециркуляции выхлопных газов, установленного в контуре, если измерение заранее определенной величины этого клапана соответствует заранее заданному критерию и посредством управления положением выпускной заслонки, установленной за пределами этого контура, если указанное измерение не соответствует заданному критерию.
Ниже приводятся особенности и преимущества указанного способа:
- заранее определенным рабочим параметром двигателя является степень рециркуляции выхлопного газа;
- заранее определенным параметром является расход воздуха, необходимого для смешивания с рециркулированным газом;
- заранее определенной величиной является положение клапана, и соблюдение критерия состоит в определении, является ли указанное положение меньшим оценочного порогового значения;
- положение заслонки и клапана определяют посредством единственного регулятора, для которого автоматически выбирается коэффициент усиления (Kp, Ki) в зависимости от заданного критерия;
- производят оценку порогового значения на основании картографии в режиме двигателя и расхода топлива.
Объектом настоящего изобретения является также двигатель, содержащий контур рециркуляции выхлопного газа в виде контура низкого давления, а также средства регулирования заранее определенного рабочего параметра двигателя, средства управления положением клапана рециркуляции выхлопного газа, установленного в контуре, и положением выпускной заслонки, установленной за пределами этого контура, и средства измерения заранее определенной величины клапана, причем средства регулирования выполнены с возможностью воздействия на средства управления положением клапана, если измерение связанной с ним величины соответствует заранее заданному критерию, и на средства управления положением заслонки, если указанное измерение не соответствует заданному критерию.
Ниже приводятся особенности и преимущества указанного способа:
- заранее определенным рабочим параметром двигателя является степень рециркуляции выхлопного газа;
- заранее определенным параметром является расход воздуха, необходимого для смешивания с рециркулированным газом;
- средства регулирования содержат единственный регулятор, для которого автоматически выбирается коэффициент усиления в зависимости от заданного критерия.
Другие особенности, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
фиг.1 - вид не ограничительного примера выполнения двигателя, предназначенного для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - упрощенная схема структуры регулирования расхода воздуха в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 - детальная схема регулятора, используемого в структуре, показанной на фиг.2:
фиг.4 - детальная схема делителя сигнала управления, используемого в структуре, показанной на фиг.2;
фиг.5 - схема не ограничительного примера структуры регулирования в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 показан двигатель в соответствии с настоящим изобретением.
Он содержит блок 1 цилиндров, впускной коллектор 2 и выпускной коллектор 3, турбокомпрессор 4, содержащий турбину 41 и компрессор 42.
Выхлопные газы 6, проходящие через турбину 41, направляются в фильтр-улавливатель частиц 7, от которого отходит ответвленный трубопровод 8, позволяющий рециркулировать, по меньшей мере, часть этих газов в направлении компрессора 42.
В этом трубопроводе 8 установлены охлаждающее устройство 9 и рециркуляционный клапан 10, выполненные с возможностью охлаждения и управления расходом этих газов соответственно.
Кроме того, этот трубопровод 8 сообщается с другим трубопроводом 11, в котором воздух 13 может циркулировать с расходом, управляемым на входе посредством впускной воздушной заслонки 14.
Следует учесть, что этот воздух, как известно, поступает из воздушного фильтра 15, соединенного с воздухозаборником 16.
Система, состоящая из трубопровода 8, фильтра-улавливателя частиц 7, турбокомпрессора и трубопровода 11, образует рециркуляционный контур 17 низкого давления.
На выходе фильтра-улавливателя частиц 7 не рециркулируемые выхлопные газы удаляются в выхлопную трубу 18, в которой находятся выпускная заслонка 19 и глушитель 20.
Взаимодействие выпускной заслонки 19 и клапана 10 позволяет, в частности, управлять расходом рециркулированных газов.
Следует учесть, что с учетом конструкции двигателя можно считать, что регулирование этого расхода автоматически означает регулирование степени рециркуляции выхлопных газов, обычно обозначаемой как степень EGR.
Действительно, эти две величины непосредственно связаны друг с другом.
Двигатель, показанный на фиг.1 в качестве не ограничительного примера, содержит устройство 21 охлаждения воздуха, расположенное между компрессором 42 и впускным коллектором 2.
На фиг.2 показан общий вид структуры регулирования расхода воздуха.
Структура содержит регулятор 30, на вход которого поступает значение разности между измерением расхода воздуха mes_air, осуществляемым при помощи известного датчика, и заданным значением расхода воздуха cons_air, определенным на входе этого регулятора.
Регулятор выполнен с возможностью подачи сигнала управления reg_com, который позволяет управлять клапаном EGR 10 и/или выпускной заслонкой 19 в соответствии с заранее определенным критерием.
Согласно изобретению, вышеуказанный сигнал управления позволяет управлять положением открывания/закрывания клапана EGR 10 и заслонки 19.
Заранее определенный критерий связан с рабочим состоянием клапана EGR 10.
В частности, согласно этому признаку, критерий состоит в определении, обеспечивает ли положение клапана EGR 10 работу, которая может считаться удовлетворительной.
Например, но не ограничительно, открывание клапана EGR 10 более чем на 60% не подходит для регулирования расхода воздуха.
В этом случае способ содержит средства 50, которые действуют на регулятор 30, чтобы регулирование хотя бы в основном обеспечивалось выпускной заслонкой 10, а не клапаном EGR 10.
Таким образом, средства 50 позволяют адаптировать регулирование и, в частности, регулятор 30 в зависимости от того, соблюдается заранее определенный критерий или нет.
Как показано на фиг.2, средства 50 действуют также на делитель 40 сигнала управления.
Этот делитель 40 трансформирует сигнал управления reg_com регулятора 30 в два сигнала управления 41 и 42.
Сигнал 41 является сигналом для управления положением клапана EGR 10, тогда как сигнал 42 является сигналом для управления положением выпускной заслонки 19.
Далее следует более подробное описание регулятора 30 и делителя 40.
На фиг.3 схематично показан вариант выполнения регулятора 30.
В данном случае речь идет о пропорционально-интегральном регуляторе, однако для специалиста очевидно, что возможны и другие варианты выполнения.
Классически такой регулятор содержит ступень усиления 31 коэффициента Kр, ступень интегрирования 32 и вторую ступень усиления 23 коэффициента Ki, связанную со ступенью интегрирования 32.
Согласно изобретению, коэффициенты Kр и Ki могут иметь разные значения, выбираемые в зависимости от того, соблюдается или не соблюдается указанный заранее определенный критерий, например, в зависимости от того, что клапан EGR 10 имеет положение открывания более чем на 60%.
Таким образом, в этом варианте выполнения в зависимости от критерия меняют не структуру регулятора 30, а коэффициент или коэффициенты, используемые в этом регуляторе.
В частности, в зависимости от соблюдения заранее определенного критерия используют коэффициенты Kр и Ki, адаптированные для клапана EGR 10 или для выпускной заслонки 19.
На фиг.4 схематично показан вариант выполнения делителя 40 заданного сигнала.
Он сдержит два блока 45 и 46, каждый из которых определяет диапазон значений, при которых клапан EGR 10 и заслонка 19 должны правильно регулировать расход воздуха.
Например, в блоке 45 диапазон определен между двумя плоскими участками насыщения MIN и MAX клапана 10.
В частности, на этой же фигуре показано, что регулятор 40 содержит блок вычитания 47, который вычитает из сигнала reg_com, выдаваемого регулятором 30, значение, поступающее из средств 50.
Это значение определяет, по меньшей мере, один верхний предел, по меньшей мере, одного из двух вышеуказанных диапазонов, в данном случае, согласно фигуре, диапазон блока 45.
Разность, полученная на выходе блока вычитания 47, направляется в блок 46. Такой вариант выполнения позволяет выдавать сигнал 41 или 42 согласно сигналу управления reg_com в зависимости от вышеуказанных диапазонов.
Например, но не ограничительно, предположим, что значение, выдаваемое средствами 50, равно 100.
Предположим также, что значение сигнала reg_com равно 80, то есть меньше МАХ. В этом случае значение этого сигнала находится в диапазоне блока 45. Кроме того, это значение 80, вычтенное из значения 100 блоком 47, дает -20. Таким образом, это значение 80 входит в диапазон блока 46, но поскольку оно является отрицательным, то считают, что оно не должно влиять на положение выпускной заслонки.
Предположим теперь, что значение сигнала reg_com равно 100.
В этом случае оно больше не входит в диапазон блока 45, то есть сигнал reg_com больше не соответствует сигналу 41.
Кроме того, на выходе блока 47 получают значение 10, которое в данном случае является положительным и которое входит в диапазон блока 46.
Следовательно, в данном случае сигналу reg_com соответствует сигнал 42.
В этом случае регулирование расхода воздуха обеспечивается выпускной заслонкой 19, а не клапаном EGR 10.
В частности, чтобы продолжить увеличивать расход воздуха, регулятор выдаст сигнал 42, чтобы закрыть немного больше выпускную заслонку.
В то же время клапан EGR 10 сохранит положение, в котором он находился в момент выхода из диапазона блока 45.
Таким образом, он останется в состоянии, которое считается насыщенным.
На фиг.5 показан не ограничительный пример полной структуры регулирования в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, на этой фигуре показаны регулятор 30 и блоки 45, 46 и 47. Далее приводится пример того, как строится значение, которое предназначено, в частности, для определения указанного верхнего предела диапазона блока 45.
Действительно, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, используют картографию 60 в режиме двигателя 61 и расхода топлива 62 положения клапана EGR 10.
Эта картография 60 опосредованно служит также для выбора соответствующих коэффициентов Kр и Ki.
В частности, выходное значение картографии 60 сравнивают с измерением mes_pos_EGR положения клапана EGR 10.
Для этого, например, на основании двух постоянных С1 и С2 и выходного значения картографии 60 можно построить диаграмму нормализованного гистерезиса 65, с которым сравнивают измерение mes_pos_EGR.
Результат этого сравнения позволяет активировать соответствующий набор значений для коэффициентов Kр и Ki.
Такой выбор выполняется в блоке 66.
На входе он получает указанный результат, а также, по меньшей мере, один набор значений для коэффициентов Kр и Ki клапана EGR 10 и заслонки 19.
Кроме того, он выдает сигнал, действующий на регулятор 30.
Например, этот сигнал активирует обновление коэффициентов Kр и Ki в ступенях 31 и 33.
Таким образом, если рассматривать пример, приведенный выше, когда измерение mes_pos_EGR показывает, что открывание клапана 10 меньше 60%, то есть значения, получаемого из картографии 60, блок 65 направляет в блок 66 сигнал, который заставляет его выбрать набор параметров, соответствующий для управления клапаном 10.
И, наоборот, если измерение mes_pos_EGR показывает, что открывание клапана 10 больше 60%, блок 65 направляет в блок 66 сигнал, который заставляет его выбрать набор параметров, соответствующий управлению заслонкой 19, а не клапаном 10.
Как показано на фиг.5, заданное значение расхода воздуха, поступающее на вход структуры и сравниваемое с измерением расхода воздуха, соответствует значению, которое считывают с картографии 70 в режиме двигателя 61 и расхода топлива 62.
Кроме того, блоки 71, 72 и 73 определяют постоянные СЗ, С4 и С5, которые, в свою очередь, определяют нижний предел диапазона блоков 45 и 46 и верхний предел диапазона блока 46.
Необходимо отметить, что на фиг.5 блоки на белом фоне были определены во время калибровки, например, во время калибровки двигателя на роликовом испытательном стенде.
Разумеется, изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным выше вариантом выполнения.
В частности, регулируемый заранее определенный параметр двигателя может соответствовать степени рециркуляции выхлопных газов.
В связи с этим структура регулирования получает на входе не измерение и заданное значение расхода воздуха, а оценочную величину и заданное значение степени рециркуляции.
Чтобы получить указанную оценочную величину, можно предусмотреть несколько решений.
Первое решение заключается в использовании датчика температуры свежего воздуха, пока еще не перемешанного с рециркулированными газами, которые поступают из контура низкого давления.
Кроме того, используют также датчик температуры рециркулированных газов непосредственно перед смешиванием и датчик температуры смеси после рециркуляционного контура низкого давления.
Второе решение заключается в использовании датчика температуры смеси, присутствующей в камере избыточного давления двигателя, с датчиком давления этой смеси.
Кроме того, по выбору используют одно измерение от каждого датчика или оценочную величину расхода воздуха.
Для специалиста очевидно, что возможны и другие варианты выполнения изобретения.
В частности, можно также предусмотреть, чтобы регулирование расхода воздуха и/или степени рециркуляции сначала осуществлялось выпускной заслонкой 19, затем клапаном EGR 10, если заранее определенный критерий больше не соблюдается на заслонке.