СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ENGINE ACTUATION (VERSIONS) AND ENGINE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам управления для рециркуляции отработавших газов в системе двигателя с турбонаддувом.
Уровень техники
Системы двигателей могут использовать один или более турбонагнетателей для сжатия всасываемого окружающего воздуха, входящего в двигатель, чтобы выдавать повышенную выходную мощность. Системы двигателей с турбонаддувом также могут быть снабжены одной или более систем рециркуляции отработавших газов (EGR) высокого давления и/или низкого давления, которые рециркулируют по меньшей мере часть отработавших газов на впуск двигателя. В системе двигателя, использующей два турбонагнетателя, работающих параллельно, отдельные системы EGR могут быть связаны с каждым турбонагнетателем. Использование отдельных систем EGR неизбежно влечет за собой посадочное и компоновочное пространство, достаточно большие для размещения компонентов для обеих систем EGR.
Что касается типичной системы EGR низкого давления в двигателе с турбонаддувом, потенциальная проблема может возникать, когда существуют определенные условия окружающей среды, такие как условия низкой температуры окружающего воздуха и/или высокой влажности. В этих условиях, конденсат водяных паров может формироваться на внутренних поверхностях компонентов двигателя, таких как охладители наддувочного воздуха и воздуха EGR, когда такие поверхности холоднее, чем температура насыщения (точка росы) отработавших газов и/или смеси отработавших газов/наддувочного воздуха. В определенных режимах работы, таких как энергичное ускорение, конденсат может выгоняться, например, из охладителя воздуха EGR и может перемещаться в компрессор турбонагнетателя, потенциально повреждая компоненты компрессора. Конденсат также может продолжать движение в камеры сгорания двигателя, вызывая проблемы рабочих характеристик, такие как потери крутящего момента и числа оборотов двигателя, пропуски зажигания и неполное сгорание топлива двигателя.
Система EGR низкого давления также повышает температуру всасываемого воздуха, которая испытывается компрессором. Если не регулируется надлежащим образом, температура на выходе компрессора может возрастать до уровней, которые могут разрушать компоненты компрессора. Система EGR низкого давления также может вносить вклад в режим срыва потока компрессора, в котором нестабильный и неэффективный режим потока воздуха может снижать рабочие характеристики компрессора и потенциально повреждать компоненты компрессора.
Раскрытие изобретения
Авторы в материалах настоящей заявки осознали вышеприведенные проблемы, а также различные решения для принятия мер в ответ на них.
В одном из примеров, вышеприведенные проблемы по меньшей мере частично могут быть решены способом приведения в действие двигателя, включающего первый турбонагнетатель, имеющий первый компрессор, и второй турбонагнетатель, имеющий второй компрессор. В одном из вариантов осуществления, способ включает увеличение перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором в состоянии конденсации, и уменьшение перепада EGR между первым и вторым компрессорами в состоянии срыва потока.
Например, когда существует состояние конденсации, такое как когда температура всасываемого воздуха находится ниже порогового значения температуры на входе, перепад EGR между первым компрессором и вторым компрессором может увеличиваться уменьшением потока отработавших газов во второй компрессор и соответствующим увеличением потока отработавших газов в первый компрессор. Таким образом, количество нагретых отработавших газов, объединяемых с всасываемым воздухом, возрастает, тем самым, увеличивая температуру всасываемого воздуха на впуске компрессора и снижая вероятность накопления конденсата.
Когда существует состояние срыва потока, такое как когда оцененное давление в коллекторе превышает пороговое значение давления, а оцененный поток воздуха ниже по потоку от первого компрессора находится ниже порогового значения потока воздуха, перепад EGR между первым компрессором и вторым компрессором может уменьшаться увеличением потока отработавших газов во второй компрессор и соответствующим уменьшением потока отработавших газов в первый компрессор. Таким образом, количество отработавших газов, объединяемых с всасываемым воздухом, уменьшается, тем самым, уменьшая поток воздуха на впуск первого компрессора и снижая вероятность повреждения компрессора вследствие состояния срыва потока.
В еще одном примере, когда оцененная температура на выходе превышает пороговое значение температуры на выходе, связанное с потенциальным повреждением у компонентов компрессора, перепад EGR между первым компрессором и вторым компрессором может уменьшаться увеличением потока отработавших газов во второй компрессор и соответствующим уменьшением потока отработавших газов в первый компрессор. Таким образом, количество нагретых отработавших газов, объединенных с всасываемым воздухом, уменьшается, тем самым, снижая температуру всасываемого воздуха на впуске первого компрессора и соответствующим образом понижая температуру на выходе компрессора и уменьшая вероятность разрушения компрессора вследствие высоких температур.
Таким образом, согласно одному аспекту предложен способ приведения в действие двигателя, включающего первый турбонагнетатель с первым компрессором и второй турбонагнетатель со вторым компрессором, включающий увеличение перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором в состоянии конденсации, и уменьшение перепада EGR между первым и вторым компрессорами в состоянии срыва потока.
Увеличение перепада EGR предпочтительно дополнительно включает уменьшение потока отработавших газов во второй компрессор.
Уменьшение перепада EGR предпочтительно дополнительно включает увеличение потока отработавших газов во второй компрессор.
Способ предпочтительно дополнительно включает оценку давления в коллекторе, оценку потока воздуха ниже по потоку от первого компрессора, и если давление в коллекторе превышает пороговое значение давления, и поток воздуха находится ниже порогового значения потока воздуха, то уменьшают перепад EGR между первым и вторым компрессорами.
Если давление в коллекторе находится ниже порогового значения давления или поток воздуха превышает пороговое значение потока воздуха, то предпочтительно увеличивают перепад EGR между первым и вторым компрессорами.
Способ предпочтительно дополнительно включает оценку температуры на выходе первого компрессора, и если температура на выходе первого компрессора превышает пороговое значение температуры на выходе, то уменьшают перепад EGR между первым и вторым компрессорами.
Способ предпочтительно дополнительно включает уменьшение перепада EGR между первым и вторым компрессорами, только когда существует состояние срыва потока или температура на выходе первого компрессора превышает пороговое значение температуры на выходе.
Согласно другому аспекту предложен способ приведения в действие двигателя, включающего перепускной контур, соединенный по текучей среде с перепускным клапаном, включающий открывание перепускного клапана, если давление в коллекторе превышает пороговое значение давления и поток воздуха находится ниже порогового значения потока воздуха, и закрывание перепускного клапана, если давление в коллекторе находится ниже порогового значения давления или поток воздуха превышает пороговое значение потока воздуха.
Открывание перепускного клапана предпочтительно включает увеличение потока отработавших газов через перепускной контур.
Закрывание перепускного клапана предпочтительно включает уменьшение потока отработавших газов через перепускной контур.
Способ предпочтительно дополнительно включает оценку температуры на выходе компрессора, и если температура на выходе компрессора превышает пороговое значение температуры на выходе, то увеличивают поток отработавших газов через перепускной контур посредством открывания перепускного клапана.
Способ предпочтительно дополнительно включает открывание перепускного клапана, только когда давление в коллекторе превышает пороговое значение давления и поток воздуха находится ниже порогового значения потока воздуха, или температура на выходе компрессора превышает пороговое значение температуры на выходе.
Закрывание перепускного клапана предпочтительно включает частичное закрывание перепускного клапана для регулирования количества отработавших газов, подаваемых в перепускной контур EGR.
Перепускной контур EGR предпочтительно присоединен по текучей среде к контуру EGR, присоединенному по текучей среде к первому впускному каналу выше по потоку от первого компрессора, а открывание перепускного клапана включает подачу отработавших газов через перепускной контур EGR во второй впускной канал выше по потоку от второго компрессора.
Согласно еще одному аспекту предложена система двигателя, содержащая первый впускной канал, включающий первый компрессор, приводимый в действие турбиной, выпускной канал, включающий турбину, контур EGR, присоединяющий по текучей среде выпускной канал к первому впускному каналу выше по потоку от первого компрессора, при этом контур EGR включает клапан EGR и охладитель EGR, перепускной клапан, присоединяющий по текучей среде контур EGR к перепускному контуру EGR, и перепускной контур EGR, присоединяющий по текучей среде контур EGR ко второму впускному каналу выше по потоку от второго компрессора для подачи отработавших газов во второй впускной канал.
Система предпочтительно дополнительно включает контроллер, выполненный с возможностью увеличения перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором в состоянии конденсации.
Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью увеличения перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором посредством закрывания перепускного клапана.
Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью уменьшения перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором в состоянии срыва потока.
Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью уменьшения перепада EGR между первым компрессором и вторым компрессором посредством открывания перепускного клапана.
Выпускной канал предпочтительно является первым выпускным каналом, турбина является первой турбиной, при этом система дополнительно включает второй выпускной канал, включающий вторую турбину и канал уравновешивания противодавления, присоединяющий по текучей среде контур EGR ко второму выпускному клапану ниже по потоку от второй турбины.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид примерной системы двигателя и связанной системы EGR.
Фиг. 2 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для регулирования потока EGR двигателя на основании режимов конденсации, температуры всасываемого воздуха и/или срыва потока.
Фиг. 3 представляет собой продолжение высокоуровневой блок-схемы последовательности операций способа по фиг. 2.
Подробное описание изобретения
Последующее описание относится к системам и способам для приведения в действие двигателя, включающего первый турбонагнетатель, имеющий первый компрессор, и второй турбонагнетатель, имеющий второй компрессор (фиг. 1). На основании режима работы двигателя, может определяться требуемое процентное содержание EGR и перепад EGR (фиг. 2). Кроме того, на основании определения, существует ли достаточный запас до срыва потока, является ли температура всасываемого воздуха меньшей, чем пороговое значение температуры на входе, и превышает ли температура на выходе компрессора пороговое значение температуры на выходе, может регулироваться перепад EGR (фиг. 2-3).
На фиг. 1 показан схематичный вид примерной системы 100 двигателя с турбонаддувом, включающей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и пару одинаковых турбонагнетателей 120 и 130. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 100 двигателя может быть включена в качестве части силовой установки для пассажирского транспортного средства. Система 100 двигателя может принимать всасываемый воздух через впускной канал 140. Впускной канал 140 может включать воздушный фильтр 156 и дроссельный клапан 230 EGR. Система 100 двигателя может быть раздельной системой двигателя, при этом, впускной канал 140 разветвляется ниже по потоку от дроссельного клапана 230 EGR на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый включает турбонагнетатель и компрессор. Более конкретно, по меньшей мере часть всасываемого воздуха направляется в компрессор 122 турбонагнетателя 120 через первый параллельный впускной канал 142, и по меньшей другую часть всасываемого воздуха в компрессор 132 турбонагнетателя 130 через второй параллельный впускной канал 144 впускного канала 140.
Первая часть общего всасываемого воздуха, которая сжимается компрессором 122, может подаваться во впускной коллектор 160 через первый параллельный ответвленный впускной канал 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 формируют первую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. В некоторых примерах, первый ответвленный впускной канал 146 также может включать датчик 152 массового расхода воздуха (MAF) для оценки потока воздуха ниже по потоку от компрессора 122 и/или датчик 162 температуры на выходе компрессора для оценки температуры на выходе компрессора, каждый поддерживает связь с контроллером 12, который формирует нормальное состояние системы 19 управления. Аналогичным образом, вторая часть общего всасываемого воздуха, может сжиматься посредством компрессора 132 в тех случаях, когда она может подаваться во впускной коллектор 160 через второй параллельный ответвленный впускной канал 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 формируют вторую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Как показано на фиг. 1, всасываемый воздух из впускных каналов 146 и 148 может повторно объединяться посредством общего впускного канала 149 перед подачей во впускной коллектор 160, где всасываемый воздух может выдаваться в двигатель.
Первый дроссельный клапан 230 EGR может быть расположен на впуске двигателя выше по потоку от первого и второго параллельных впускных каналов 142 и 144 наряду с тем, что второй воздушный впускной дроссельный клапан 158 может быть расположен на впуске двигателя ниже по потоку от первого и второго параллельных впускных каналов 142 и 144, и ниже по потоку от первого и второго параллельных ответвленных впускных каналов 146 и 148, например, в общем впускном канале 149.
В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может включать датчик 182 давления во впускном коллекторе для оценки давления в коллекторе (MAP) и поддержания связи с контроллером 12. Сигнал MAP с датчика 182 давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. В других примерах, MAP может оцениваться на основании других рабочих параметров, например, таких как вводимый массовый расход воздуха (MAF) и число оборотов двигателя (RPM). Впускной коллектор 160, к тому же, может включать датчик 183 температуры впускного коллектора для оценки температуры воздуха в коллекторе (MAT) и поддержания связи с контроллером 12. Впускной канал 149 может включать охладитель 154 воздуха и/или заслонку (такую как второй дроссельный клапан 158). Положение дроссельного клапана 158 может регулироваться системой 19 управления через исполнительный механизм 81 заслонки, с возможностью передачи информации присоединенный к контроллеру 12.
Двигатель 10 может включать множество цилиндров 14. В показанном примере, двигатель 10 включает шесть цилиндров, скомпонованных в V-образной конфигурации. Более конкретно, шесть цилиндров скомпонованы в двух рядах 13 и 15, причем, каждый ряд включает три цилиндра. В альтернативных примерах, двигатель 10 может включать два или более цилиндров, к примеру, 4, 5, 8, 10 или более цилиндров. Эти различные цилиндры могут быть поровну поделены и скомпонованы в альтернативных конфигурациях, таких как V-образная, рядная, коробчатая, и т.д. Каждый цилиндр 14 может быть снабжен топливной форсункой 166. В показанном примере, топливная форсунка 166 является непосредственной внутрицилиндровой форсункой. Однако, в других примерах, топливная форсунка 166 может быть предусмотрена в качестве оконной топливной форсунки.
Всасываемый воздух, подаваемый в каждый цилиндр 14 (в дальнейшем также указываемый ссылкой как камера 14 сгорания) через общий впускной канал 149, может использоваться для сжигания топлива, и продукты сгорания затем могут выпускаться через специфичные ряду параллельные выпускные каналы. В показанном примере, первый ряд 13 цилиндров двигателя 10 может выпускать продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 17, а второй ряд 15 цилиндров может выпускать продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 18. Каждый из первого и второго параллельных выпускных каналов 17 и 18 могут подавать продукты сгорания в виде отработавших газов в турбину турбонагнетателя. Более конкретно, отработавшие газы, которые выпускаются через выпускной канал 17, могут направляться через выпускную турбину 124 турбонагнетателя 120, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу для приведения в действие компрессора 122 через вал 126, для того чтобы обеспечивать сжатие для всасываемого воздуха. В качестве альтернативы, некоторая часть или все отработавшие газы, протекающие через выпускной канал 17, могут обходить турбину 124 через обводной канал 123 турбин, в то время как управляются регулятором 128 давления наддува. Аналогичным образом, отработавшие газы, которые выпускаются через выпускной канал 18, могут направляться через выпускную турбину 134 турбонагнетателя 130, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу для приведения в действие компрессора 132 через вал 136, для того чтобы обеспечивать сжатие для всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь системы впуска двигателя. В качестве альтернативы, некоторая часть или все отработавшие газы, протекающие через выпускной канал 18, могут обходить турбину 134 через обводной канал 133 турбин, в то время как управляются регулятором 138 давления наддува.
Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускных каналах 17 и/или 18. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может выводиться на основании одного или более режимов работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), задержка искры, и т.д. Следует понимать, что температура отработавших газов также может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящей заявки.
В некоторых примерах, выпускные турбины 124 и 134 могут быть предусмотрены в качестве турбин с переменной геометрией, при этом, контроллер 12 может регулировать положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины для изменения количества энергии, которая получается из потока отработавших газов и сообщается их соответственному компрессору. В качестве альтернативы, выпускные турбины 124 и 134 могут быть предусмотрены в качестве турбин с регулируемым соплом, при этом, контроллер 12 может регулировать положение сопла турбины для изменения количества энергии, которая получается из потока отработавших газов и сообщается их соответственному компрессору. Например, система 19 управления может быть предусмотрена для независимого изменения положения лопастей или сопла выпускных газовых турбин 124 и 134 через соответственные исполнительные механизмы 81.
Отработавшие газы в первом параллельном выпускном канале 17 могут направляться в атмосферу через ответвленный параллельный выпускной канал 170 наряду с тем, что отработавшие газы во втором параллельном выпускном канале 18 могут направляться в атмосферу через ответвленный параллельный выпускной канал 180. Выпускные каналы 170 и 180 также могут включать одно или более выпускных устройств дополнительной обработки, таких как каталитический нейтрализатор, и один или более датчиков отработавших газов (не показаны).
Двигатель 10 дополнительно может включать один или более каналов рециркуляции отработавших газов (EGR), или контуров, для рециркуляции по меньшей мере части отработавших газов из одного или более выпускных каналов в один или более впускных каналов. Эти контуры EGR могут включать контуры EGR высокого давления для выдачи EGR высокого давления (HP-EGR) и контуры EGR низкого давления для выдачи EGR низкого давления (LP-EGR). В одном из примеров, HP-EGR может выдаваться в отсутствие наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 120, 130. В других примерах, и как более подробно описано ниже, LP-EGR может выдаваться в отсутствие наддува турбонагнетателя. В других примерах, обе, HP-EGR и LP-EGR, могут выдаваться одновременно.
В показанном примере, двигатель 10 может включать первый контур 208 EGR высокого давления для рециркуляции по меньшей мере некоторой части отработавших газов из первого параллельного выпускного канала 17, выше по потоку от турбины 124, в первый ответвленный параллельный впускной канал 146, ниже по потоку от компрессора 122. Поток EGR через контур 208 HP-EGR может управляться посредством клапана 210 HP-EGR Аналогичным образом, двигатель 10 также может включать второй контур 218 EGR высокого давления для рециркуляции по меньшей мере некоторой части отработавших газов из второго параллельного выпускного канала 18, выше по потоку от турбины 134, во второй ответвленный параллельный впускной канал 148, ниже по потоку от компрессора 132. Поток EGR через контур 218 HP-EGR может управляться посредством клапана 220 HP-EGR.
В показанном примере, двигатель 10 дополнительно включает одиночный контур 202 LP-EGR, связанный с первым турбонагнетателем 120 и присоединяющий по текучей среде первый ответвленный выпускной канал 170 ниже по потоку от турбины 124, к первому параллельному впускному каналу 142 выше по потоку от компрессора 122. Таким образом, контур 202 LP-EGR рециркулирует по меньшей мере некоторую часть отработавших газов из первого ответвленного параллельного выпускного канала 170 в компрессор 122. Контур 202 LP-EGR может включать клапан 204 LP-EGR для управления потоком EGR (то есть, количества рециркулируемых отработавших газов) через контур, и охладитель 206 EGR для снижения температуры отработавших газов, протекающих через контур 202 EGR, перед рециркуляцией во впускной канал 142 двигателя. В показанном примере, следует понимать, что двигатель 10 включает всего лишь один контур 202 EGR, который связан с первым турбонагнетателем 120, и не включает второй контур EGR, связанный cj вторым турбонагнетателем 130. Таким образом, могут избегаться дополнительные затраты на компоновочное пространство, вес и компоненты второго контура EGR.
В показанном примере, двигатель 10 также включает перепускной контур 212 EGR, который присоединяет по текучей среде контур 202 LP-EGR ниже по потоку от охладителя 206 EGR к второму параллельному впускному каналу 144 выше по потоку от компрессора 132 второго турбонагнетателя 130. Перепускной клапан 214 присоединяет по текучей среде перепускной контур 212 к контуру 202 LP-EGR и может управляться контроллером 12. Как более подробно пояснено ниже, перепускной клапан 214 и связанный поток отработавших газов EGR через перепускной контур 212 EGR могут управляться для изменения количеств и/или процентных отношений отработавших газов EGR, подаваемых в компрессоры 122 и 132. Другими словами, перепускной клапан 214 и связанный поток отработавших газов EGR через перепускной контур 212 EGR могут управляться для увеличения или уменьшения количества/процентного отношения отработавших газов EGR, подаваемых в компрессор 122 по сравнению с количеством/процентным отношением отработавших газов EGR, подаваемых в компрессор 132, причем, такое сравнительное количество/процентное отношение в дальнейшем указывается ссылкой как перепад EGR.
В показанном примере, двигатель 10 также включает канал 172 уравновешивания противодавления, который присоединяет по текучей среде контур 202 EGR к ответвленному параллельному выпускному каналу 180. Канал 172 уравновешивания противодавления может включать первый клапан 174 противодавления, который присоединяет по текучей среде канал к контуру 202 EGR, и второй клапан 176 противодавления, который присоединяет канал к ответвленному параллельному выпускному каналу 180, причем, оба клапана 174, 176 управляются контроллером 12. Канал 172 уравновешивания противодавления может функционировать для уравновешивания разницы давления между ответвленным параллельным выпускным каналом и связанной турбиной 134, и контуром 202 EGR и связанной турбиной 124.
Датчик 232 влажности, датчик 234 давления и датчик 235 температуры могут быть включены в один или оба из параллельных впускных каналов (в материалах настоящей заявки, показаны в первом параллельном канале 142 всасываемого воздуха, но не во втором параллельном впускном канале 144), ниже по потоку от дроссельного клапана 230 EGR. Датчик 232 влажности может быть предусмотрен для оценки относительной влажности всасываемого воздуха посредством детектирования концентрации водяных паров воздуха, проникающего во впускной канал 140. Датчик 234 давления может быть предусмотрен для оценки давления всасываемого воздуха выше по потоку от компрессора 122. Датчик 235 температуры может быть предусмотрен для оценки температуры воздуха, проникающего в канал 142 всасываемого воздуха.
Система 100 двигателя может управляться, по меньшей мере частично, системой 19 управления, включающей контроллер 12 и входными сигналами от водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 19 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 также описаны в материалах настоящей заявки. В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать датчик 232 влажности, датчик 234 давления всасываемого воздуха, датчик 235 температуры воздуха на входе, датчик 152 MAF датчик 162 температуры на выходе компрессора, датчик 182 MAP и датчик 183 MAT. В некоторых примерах, общий впускной канал 149 может включать датчик давления на входе заслонки (TIP) для оценки давления на входе заслонки (TIP) и/или датчик температуры на входе заслонки для оценки температуры воздуха на заслонке (TCT). В других примерах, один или более контуров EGR могут включать датчики давления, температуры, и/или топливо-воздушного соотношения для определения характеристик потока EGR. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы 81 могут включать топливные форсунки 166, клапаны 210 и 220 HP-EGR, клапан 204 LP-EGR, дроссельные клапаны 158 и 230, клапаны 174 и 176 равновесия обратного давления, и регуляторы давления наддува 128 и 138. Другие исполнительные механизмы, такие как многообразие дополнительных клапанов и заслонок, могут быть присоединены к различным местоположениями в системе 100 двигателя.
Контроллер 12 может включать процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM) (не показаны). В одном из примеров, ПЗУ может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, приводимые в исполнение процессором для выполнения способов, описанных в материалах настоящей заявки. Контроллер 12 может принимать входные данные с одного или более датчиков 16, обрабатывать входные данные и приводить в действие один или более исполнительных механизмов 81 в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Контроллер 12 также может принимать различные сигналы с других датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены раньше, в том числе, например, измерение температуры охлаждающей жидкости двигателя, профильный выходной сигнал датчика воспламенения (PIP), и положение заслонки (TP) с датчика положения заслонки. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, например, также может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Кроме того, положение коленчатого вала, а также ускорение коленчатого вала и колебания коленчатого вала также могут идентифицироваться на основании сигнала PIP.
Фиг. 2 иллюстрирует примерный способ 300 для увеличения и/или уменьшения перепада EGR между первым компрессором, связанным с первым турбонагнетателем, и вторым компрессором, связанным со вторым турбонагнетателем. На 302, способ включает оценку и/или измерение режима работы двигателя, в том числе, например, требования крутящего момента, установки момента зажигания, отношения количества воздуха к количеству топлива, числа оборотов двигателя, температуры каталитического нейтрализатора, типа топлива и т.д. На 304, требуемое процентное отношение EGR и требуемый перепад EGR могут определяться на основании оцененного/измеренного режима работы двигателя. Это может включать определение количества, потока и/или температуры отработавших газов, которые должны рециркулироваться на впуск двигателя (например, из одного или более параллельных выпускных каналов в соответственные параллельные впускные каналы в системе двигателя с раздельной вентиляцией). Это дополнительно может включать определение количества отработавших газов, которые должны подаваться, через перепускной контур, из контура EGR, который связан с первым турбонагнетателем, в компрессор, который связан со вторым турбонагнетателем, и не связан с отдельным контуром EGR. Дополнительно, это может включать определение, должно ли требуемое количество EGR подаваться в качестве потока LP-EGR, потока HP-EGR или их комбинации.
На 306, способ включает определение, существует ли достаточный запас до срыва потока, например, на основании оцененных режимов работы двигателя, процентного отношения EGR и/или перепада EGR. В одном из примеров, способ может включать исследование давления в коллекторе двигателя и потока воздуха ниже по потоку от компрессора, который связан с первым турбонагнетателем и контуром EGR. Если давление в коллекторе превышает пороговое значение давления, связанное с состоянием срыва потока, а поток воздуха находится ниже порогового значения потока воздуха, связанного с состоянием срыва потока, то способ может определять, что достаточного запаса до срыва потока не существует (то есть, состояние срыва потока существует или вероятно должно существовать). В этом случае, на 308, способ включает определение уменьшенного перепада EGR для достижения достаточного запаса до срыва потока и поддержания требуемого процентного отношения EGR. На 310, уменьшенный перепад EGR получается открыванием перепускного клапана для увеличения потока отработавших газов EGR у второго компрессора и, тем самым, для достижения достаточного запаса до срыва потока наряду с поддержанием требуемого процентного отношения EGR. Также следует понимать, что регулирование перепада EGR для увеличения потока отработавших газов EGR во второй компрессор и, тем самым, достижения достаточного запаса до срыва потока наряду с поддержанием требуемого процентного отношения EGR, также может включать регулирование положения одного или более других клапанов EGR (таких как клапаны LP-EGR, клапаны HP-EGR и/или дроссельные клапаны EGR) для достижения требуемой величины потока обработавших газов EGR.
В одном из примеров системы двигателя с разделением внутреннего сгорания и искровым зажиганием, двигатель включает первый турбонагнетатель, имеющий первый компрессор и связанный контур LP-EGR, и второй турбонагнетатель, имеющий второй компрессор, второй турбонагнетатель не связан с отдельным контуром LP-EGR. Перепускной контур присоединяет контур LP-EGR, связанный с первым турбонагнетателем, к параллельному впускному каналу выше по потоку от второго компрессора, связанного со вторым турбонагнетателем. В этом примере, двигатель эксплуатируется на числе оборотов двигателя в 1500 оборотов в минуту, со средним эффективным давлением (BMEP) 13 бар (1,3 МПа) и процентным отношением EGR в 15%. В первом примере, в этих режимах работы, полное количество отработавших газов EGR, требуемых для достижения процентного отношения EGR 15%, выдается из контура LP-EGR исключительно в первый компрессор и первый турбонагнетатель. Другими словами, в этом примере, нет отработавших газов EGR, протекающих через перепускной контур во второй компрессор турбонагнетателя, и все требуемые отработавшие газы EGR подаются во впускной коллектор двигателя через первый компрессор. В этом первом примере, первый компрессор может испытывать периодическое состояние срыва потока и связанную нестабильную работу, как продемонстрировано степенью повышения давления на первом компрессоре, связанной с массовым расходом, поблизости от компрессора, которые дают состояние срыва потока.
Во втором примере, в вышеприведенном режиме работы, количество отработавших газов EGR, требуемых для достижения процентного отношения EGR 15%, выдается как через первый компрессор, так и второй компрессор посредством отведения по меньшей мере некоторого количества отработавших газов EGR из контура EGR через перепускной контур во второй компрессор. Например, при одном наборе режимов работы двигателя, оба, первый компрессор и второй компрессор, могут принимать 7,5% отработавших газов EGR, для суммарного количества 15% отработавших газов EGR, подаваемых во впускной коллектор. Другими словами, в этом втором примере, перепад EGR уменьшен по сравнению с первым примером, приведенным выше. Соответственно, так как количество EGR, принимаемое первым компрессором имеет значение 7,5% в противоположность 15%, первый компрессор избегает состояния срыва потока и работает в стабильном режиме, как продемонстрировано степенью повышения давления на первом компрессоре, связанной с массовым расходом воздуха, смежным с компрессором, которые дают возможность стабильной работы компрессора. Как отмечено выше, другие рабочие параметры двигателя, такие как давление в коллекторе двигателя (MAP), могут использоваться для определения, существует ли состояние срыва потока или вероятно должно существовать.
Следует понимать, что, в то время как регулируется перепад EGR, флуктуации и/или переходные процессы давления могут возникать во впускном коллекторе двигателя. Соответственно, другие рабочие параметры, такие как установка момента зажигания, установка момента впрыска топлива, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), и т.д., могут регулироваться для введения поправок на любые колебания и/или переходные процессы давления во впускном коллекторе двигателя. Далее, со ссылкой на фиг. 3, на 312 способ затем включает регулирование рабочих параметров двигателя для компенсации изменения перепада EGR. Например, регулирование потока через перепускную трубу может динамически изменять мгновенное количество EGR, подаваемой во впускной коллектор и, таким образом, в цилиндры, до тех пор, пока числа оборотов и расходы на компрессорах не стабилизируются у своих установившихся значений. Такой переходный поток EGR может заставлять долю EGR в цилиндрах временно увеличиваться и/или уменьшаться. По существу, параметры двигателя, такие как установка момента зажигания, могут регулироваться в координации с переходным расходом EGR во время регулировки потока EGR через перепускную трубу. В одном из примеров, задержка искрового зажигания может временно задерживаться во время открывания перепускного клапана 214, и наоборот.
Возвращаясь к фиг. 2, если запас до срыва потока компрессора определен достаточным на 306, то, на 314, способ включает определение, является ли температура всасываемого воздуха меньшей, чем пороговое значение температуры на входе. Как отмечено выше, когда двигатель эксплуатируется в условиях низкой температуры окружающей среды, конденсат водяных паров может формироваться на внутренних стенках компонентов двигателя, таких как охладитель воздуха EGR, когда такие поверхности являются более холодными, чем температура насыщения (точка росы) отработавших газов. В одном из примеров, пороговое значение температуры на входе может определяться эмпирически посредством испытания двигателя в разных режимах работы и идентификации, для каждого из режимов, порогового значения температуры на входе, которое соответствует накоплению конденсата на поверхностях одного или более компонентов двигателя.
Если способ определяет, на 314, что температура окружающего воздуха является меньшей, чем пороговое значение температуры на входе, и далее со ссылкой на фиг. 3, на 316, способ включает определение увеличенного перепада EGR для достижения увеличенной температуры воздуха на входе, которая превышает пороговое значение температуры на входе, и для поддержания требуемого процентного соотношения EGR. На 318, увеличенный перепад EGR получается частичным или полным закрыванием перепускного клапана для уменьшения или устранения потока отработавших газов EGR у второго компрессора и, тем самым, для достижения увеличенной температуры воздуха на входе наряду с сохранением требуемого процентного отношения EGR. Следует понимать, что, в дополнение к или вместо анализа температуры воздуха на входе, способ также может использовать другие режимы работы двигателя и/или факторы влияния окружающей среды, такие как относительная влажность окружающего воздуха и/или смеси воздуха/отработавших газов, для оценки, существует ли состояние конденсации, или вероятно должно существовать.
Как отмечено выше, следует понимать, что регулирование перепада EGR для уменьшения потока отработавших газов EGR во второй компрессор и, тем самым, увеличения перепада EGR и увеличения температуры воздуха на входе наряду с поддержанием требуемого процентного отношения EGR, к тому же, может включать регулировку положения одного или более клапанов EGR (таких как клапаны LP-EGR, клапаны HP-EGR и/или дроссельные клапаны EGR) для достижения требуемой величины потока отработавших газов EGR. Кроме того, и как также отмечено выше, следует понимать, что, в то время как регулируется перепад EGR, флуктуации и/или переходные процессы давления могут возникать во впускном коллекторе двигателя. Соответственно, другие рабочие параметры, такие как установка момента зажигания, установка момента впрыска топлива, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), и т.д., могут регулироваться для введения поправок на любые колебания и/или переходные процессы давления во впускном коллекторе двигателя. В данном случае, на 312, способ может включать регулирование рабочих параметров двигателя для компенсации увеличения перепада EGR.
Возвращаясь к фиг. 2, если температура воздуха на входе определена большей чем или равной пороговому значению температуры на входе на 314, то на 320 способ включает определение, превышает ли температура на выходе компрессора пороговое значение температуры на выходе. Как отмечено выше, компоненты компрессора могут повреждаться, когда компрессор задействуется при температуре, превышающей пороговое значение температуры. В одном из примеров, температура на выходе компрессора может оцениваться или измеряться для определения, превышает ли она пороговое значение температуры на выходе, что связано с повреждением компонентов компрессора.
Далее, со ссылкой на фиг. 3, если определено, что температура на выходе компрессора должна превышать пороговое значение температуры на выходе, то, на 322, способ включает определение уменьшенного перепада EGR для достижения температуры на выходе компрессора, которая является меньшей, чем пороговое значение температуры на выходе, и для поддержания требуемого процентного отношения EGR. На 324, уменьшенный перепад EGR получается открыванием перепускного клапана для увеличения потока отработавших газов EGR у второго компрессора и, соответствующим образом, уменьшения величины потока нагретых отработавших газов EGR в первый компрессор. Таким образом, температура смеси окружающего всасываемого воздуха/EGR, подаваемой на впуск первого компрессора, будет уменьшаться, что соответствующим образом уменьшает температуру сжатой смеси окружающего воздуха/EGR на выпуске первого компрессора и, тем самым, достигает более низкой температуры на выходе компрессора наряду с сохранением требуемого процентного отношения EGR.
В одном из примеров системы двигателя с разделением внутреннего сгорания и искровым зажиганием, двигатель включает первый турбонагнетатель, имеющий первый компрессор и связанный контур LP-EGR, и второй турбонагнетатель, имеющий второй компрессор, второй турбонагнетатель не связан с отдельным контуром LP-EGR. Перепускной контур присоединяет контур LP-EGR, связанный с первым турбонагнетателем, к параллельному впускному каналу выше по потоку от второго компрессора, связанного со вторым турбонагнетателем. В этом примере, двигатель эксплуатируется на числе оборотов двигателя в 3000 оборотов в минуту, со средним эффективным давлением (BMEP) 13 бар (1,3 МПа), и процентным отношением EGR в 15%. Первый компрессор имеет предельную рабочую температуру 150°C, выше которой может происходить повреждение у компонентов компрессора. В первом примере, в этих режимах работы, полное количество отработавших газов EGR, требуемых для достижения процентного отношения EGR 15%, выдается из контура LP-EGR исключительно в первый компрессор и первый турбонагнетатель. Другими словами, в этом примере, нет отработавших газов EGR, протекающих через перепускной контур во второй компрессор турбонагнетателя, и все требуемые отработавшие газы EGR подаются во впускной коллектор двигателя через первый компрессор. В этом первом примере, первый компрессор испытывает температуру на выходе компрессора в 184°C, превышающие его предельную рабочую температуру 150°.
Во втором примере, в вышеприведенном режиме работы, количество отработавших газов EGR, требуемых для достижения процентного отношения EGR 15%, выдается как через первый компрессор, так и второй компрессор посредством отведения по меньшей мере некоторого количества отработавших газов EGR из контура EGR через перепускной контур во второй компрессор. В этом втором примере, первый компрессор испытывает температуру на выходе компрессора в 130°C, ниже его предельной рабочей температуры 150°.
Как отмечено выше, также следует понимать, что регулирование перепада EGR для увеличения потока отработавших газов EGR во второй компрессор и, тем самым, уменьшения перепада EGR и уменьшения температуры воздуха на входе наряду с поддержанием требуемого процентного отношения EGR, к тому же, может включать регулировку положения одного или более клапанов EGR (таких как клапаны LP-EGR, клапаны HP-EGR и/или дроссельные клапаны EGR) для достижения требуемой величины потока отработавших газов EGR. Кроме того, и как также отмечено выше, следует понимать, что, в то время как регулируется перепад EGR, флуктуации и/или переходные процессы давления могут возникать во впускном коллекторе двигателя. Соответственно, другие рабочие параметры, такие как установка момента зажигания, установка момента впрыска топлива, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), и т.д., могут регулироваться для введения поправок на любые колебания и/или переходные процессы давления во впускном коллекторе двигателя. В данном случае, на 312, способ может включать регулирование рабочих параметров двигателя для компенсации увеличения перепада EGR.
Кроме того, следует понимать, что, в отсутствие состояния срыва потока или температуры на выходе компрессора, превышающей пороговое значение температуры на выходе, все отработавшие газы EGR могут подаваться в первый компрессор для поддержания более высокой общей температуры смеси окружающего воздуха/отработавших газов EGR и, тем самым, минимизации вероятности конденсации, происходящей внутри двигателя. Другими словами, перепад EGR может уменьшаться, только когда давление в коллекторе превышает пороговое значение давления, и поток воздуха находится ниже порогового значения потока воздуха, или когда температура на выходе первого компрессора превышает пороговое значение температуры на выходе.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные способы и процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Аналогичным образом, порядок обработки не требуется обязательно для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, 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 V-6, I-4, I-6, V-12, противоположно установленному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают 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 изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему в отношении к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.