СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ НАДДУВА
METHOD AND SYSTEM FOR CHARGE PRESSURE CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к способам и системам для регулирования давления наддува двигателя в многоступенчатых системах двигателя с наддувом.
Уровень техники и краткое описание изобретения
С целью увеличения массового расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания, с двигателями внутреннего сгорания могут использоваться наддувные устройства, например, турбонагнетатели или электронагнетатели воздуха. Турбонагнетатели и электронагнетатели воздуха сжимают впускной воздух, поступающий в двигатель, с использованием впускного компрессора. Более того, для улучшения реакции двигателя на наддув могут, последовательно или параллельно, включаться одно или более устройств для сжатия впускного воздуха.
Один пример двигателя с многоступенчатым наддувом представлен Кавамурой (Kawamura) и др. в патенте США 6,938,420. В этом патенте ниже по потоку от турбонагнетателя расположены электрический нагнетатель воздуха (электронагнетатель), приводимый в действие электрическим мотором, и обходной клапан электронагнетателя (ОКЭН). В состояниях, когда компрессор турбонагнетателя еще не набрал обороты, для создания кратковременного положительного давления наддува с целью компенсации задержки турбонаддува могут закрывать ОКЭН и приводить во вращение электронагнетатель. Затем, когда компрессор турбонагнетателя наберет достаточные обороты, ОКЭН могут открывать, электронагнетатель могут отключать, а требуемое давление наддува могут обеспечивать посредством турбонагнетателя.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили в таких системах потенциальные недостатки. В качестве одного примера, если для компенсации задержки турбонаддува активно используется электронагнетатель, то может произойти избыточное повышение электрического наддува, которым может быть трудно управлять. В частности, из-за ограничений, накладываемых аппаратурой, при избыточном повышении электрического наддува может не быть возможности затормозить электрический мотор и создать отрицательный крутящий момент для снижения скорости вала электронагнетателя. Вместо торможения мотора может выполняться выключение мотора, при этом высокая скорость электронагнетателя может снижаться вследствие естественного спада, обусловленного, помимо прочего, тормозящим действием трения и сопротивлением воздуха. Однако некоторое время фактическое давление наддува может оставаться слишком высоким, приводя к завышенной отдаче крутящего момента двигателем внутреннего сгорания. В это время дроссельная заслонка на впуске двигателя может не обладать диапазоном регулирования, достаточным для реагирования на быстрое нарастание давления. Как следствие, любое управление дроссельной заслонкой может приводить к превышению фактическим давлением в коллекторе требуемого давления в коллекторе и вносить дополнительный вклад в избыточный наддув. Для противодействия избыточному повышению наддува с использованием лишь естественного спада скорости вращения электронагнетателя может потребоваться подача команды на отключение электронагнетателя еще до достижения требуемого давления наддува или целевого крутящего момента. Однако это увеличивает время до отдачи крутящего момента и приводит к задержке наддува даже при работающем электронагнетателе. При этом избыточный наддув и избыточный крутящий момент могут снижать дорожные качества транспортного средства.
В одном примере вышеуказанные недостатки могут быть преодолены с использованием способа для двигателя с наддувом, содержащего, в то время, пока компрессор, расположенный ниже по потоку, набирает обороты, ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, при закрытом обходном клапане, установленном в обходном канале параллельно первому компрессору, с целью подачи сжатого воздуха в поршневой двигатель, и открывание указанного обходного клапана в ответ на избыточное повышение давления наддува. Указанным образом становится возможным более точное управление избыточным давлением наддува при одновременном сокращении времени до отдачи крутящего момента.
В качестве одного примера, электронагнетатель (ЭН), содержащий компрессор, приводимый в действие электрическим мотором, может быть ступенчато установлен выше по потоку от турбонагнетателя (ТН), содержащего компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие посредством турбины, вращаемой отработавшими газами. В обходном канале параллельно ЭН может быть помещен обходной клапан электронагнетателя (ОКЭН). С целью снижения задержки турбонаддува во время набора оборотов компрессором турбонагнетателя могут выполнять закрывание ОКЭН, при этом для создания положительного давления могут кратковременно, посредством электрического мотора, приводить в действие электронагнетатель. В ответ на избыточное повышение давления наддува, возникающее ниже по потоку от компрессора ЭН в то время, пока компрессор ТН все еще набирает обороты (то есть в состоянии избыточного повышения наддува электронагнетателем), с целью быстрого стравливания давления наддува, создаваемого электронагнетателем, могут выполнять кратковременное открывание ОКЭН. Кроме того, одновременно могут выполнять выключение и замедление электронагнетателя. Далее, указанное управление электронагнетателем могут осуществлять в дополнительной полосе частот по отношению к управлению перепускным клапаном, соединенным с турбиной турбонагнетателя, вращаемой отработавшими газами, что дает возможность более быстрого и более точного регулирования скорости вращения компрессора ТН. В частности, контур управления перепускным клапаном может перестраиваться более активно, поскольку быстрые динамические характеристики ОКЭН могут обеспечивать возможность гашения любых колебаний и снижения интенсивности выброса давления наддува.
Указанным образом поток воздуха через компрессор электронагнетателя может быть, по существу, незамедлительно ограничен, что дает возможность более динамично контролировать избыточное повышение наддува, создаваемого электронагнетателем. Технический результат открывания клапана в обходном канале электронагнетателя во время набора оборотов турбонагнетателем, расположенным ниже по потоку, состоит в том, что направляемый в двигатель поток воздуха наддува может быстрее быть снижен до уровня, соответствующего требованию водителя. Открывание указанного клапана дает возможность более быстрого регулирования давления воздуха наддува и снижения отдачи двигателем внутреннего сгорания избыточного крутящего момента. Замедляя электронагнетатель одновременно с открыванием указанного клапана, можно избежать влияния задержек, свойственных естественному спаду скорости вращения электронагнетателя, на давление наддува. Кроме того, если при наборе оборотов турбонагнетателем оператор внезапно изменит намерение, то для быстрого выполнения требования водителя без оказания неблагоприятного влияния на время до отдачи крутящего момента может выполняться закрывание ОКЭН и ускорение ЭН. Более того, управление ЭН и ОКЭН может выполняться согласованно с управлением дроссельной заслонкой и в дополнительной полосе частот по отношению к управлению перепускным клапаном, что дает возможность более быстрого и более точного регулирования давления наддува. При этом контур управления перепускным клапаном может перестраиваться более активно.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для представления в упрощенной форме некоторых концепций, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для определения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого определяется только формулой изобретения, следующей за подробным раскрытием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые лишь устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет примерный вариант осуществления системы двигателя с наддувом, имеющей множество ступенчато установленных устройств повышения давления воздушного заряда.
Фиг. 2 представляет высокоуровневую блок-схему, иллюстрирующую алгоритм, который может применяться для регулирования давления наддува двигателя в системе двигателя, содержащей электронагнетатель и турбонагнетатель.
Фиг. 3 представляет блок-схему, иллюстрирующую алгоритм, который может применяться для устранения избыточного повышения наддува, создаваемого электронагнетателем или турбонагнетателем.
Фиг. 4 представляет диаграмму компрессора, иллюстрирующую взаимосвязь отношения давлений компрессора и массового расхода воздуха.
Фиг. 5 представляет пример управления, который может использоваться для снижения избыточного давления наддува, создаваемого как электронагнетателем, так и турбонагнетателем.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для совершенствования управления наддувом в системе двигателя, имеющей ступенчато включенные наддувные устройства, например, в системе двигателя с наддувом, показанной на фиг. 1, в которой турбонагнетатель расположен ниже по потоку от электронагнетателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма (например, примерных алгоритмов, показанных на фиг. 2-3), дающего возможность использования электронагнетателя для снижения задержки турбонаддува и регулирования избыточного повышения давления наддува путем управления скоростью вращения мотора электронагнетателя и управления открытием обходного клапана, присоединенного параллельно этому электронагнетателю. Это управление может осуществляться на дополнительной частоте по отношению к управлению перепускным клапаном, выполняемому для регулирования давления наддува. В состояниях избыточного повышения давления наддува ниже по потоку от турбонагнетателя скорость вращения компрессора электронагнетателя может регулироваться таким образом, чтобы поток воздуха через турбонагнетатель запирался, при этом управление скоростью вращения электронагнетателя осуществляется на основании диаграммы компрессора, например, диаграммы на фиг. 4. Пример операции управления наддувом с согласованием управления электронагнетателем и управления турбонагнетателем представлен со ссылкой на фиг. 5. При таком управлении становится возможным более эффективное регулирование избыточного повышения давления наддува.
Фиг. 1 схематично представляет аспекты примерной системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10 внутреннего сгорания. В показанном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, содержащий множество ступенчато установленных наддувных устройств. Конкретно, двигатель 10 содержит первое наддувное устройство 15, установленное выше по потоку от второго наддувного устройства 13. В такой конфигурации второй компрессор 114 (компрессор второго наддувного устройства) располагается во впускном канале 42 двигателя ниже по потоку от первого компрессора 110. В данном примере второе наддувное устройство представляет собой турбонагнетатель 13, а первое наддувное устройство представляет собой электронагнетатель 15. Расположенный ниже по потоку турбонагнетатель 13 может быть выполнен с возможностью создания более высокого давления наддува, чем электронагнетатель 15. В настоящем изобретении компрессор, расположенный ниже по потоку, больше, чем компрессор, расположенный выше по потоку (например, расположенный ниже по потоку компрессор турбонагнетателя может иметь более высокую инерцию, более высокую площадь сечения потока и т.д., и поэтому может создавать большее давление наддува в более продолжительном интервале времени по сравнению с расположенным выше по потоку компрессором электронагнетателя.
Электронагнетатель 15 содержит первый компрессор 110, приводимый в действие электрическим мотором 108. Электрический мотор 108 работает со скоростью вращения мотора, зависящей от требуемого давления наддува. Замедление первого компрессора 110 может выполняться путем снижения скорости вращения мотора электрического мотора 108. Мотор 108 получает энергию от находящегося на борту устройства хранения энергии, например, от системной аккумуляторной батареи 106. Второй компрессор 114 приводится в действие турбиной 116, вращаемой отработавшими газами. Наружный воздух по впускному каналу 42 поступает в двигатель 10 через очиститель 112 воздуха и проходит в первый компрессор 110. Затем воздух, сжатый первым компрессором 110, поступает во второй компрессор 114. В некоторых состояниях, как подробно рассмотрено ниже, путем управления открытием обходного клапана 62 электронагнетателя (ОКЭН) воздух может направляться в обходной канал электронагнетателя 15 и подаваться в турбонагнетатель 13 через первый обходной канал 60 компрессора.
Турбонагнетатель 13 содержит второй компрессор 114, приводимый в действие турбиной 116, вращаемой отработавшими газами. Второй компрессор 114 показан как компрессор турбонагнетателя, механически связанный через вал 19 с турбиной 116, вращаемой расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой устройство с двумя каналами подачи отработавших газов. В еще одном варианте осуществления указанным турбонагнетателем может быть турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрия турбины активно регулируется в зависимости от рабочего состояния двигателя. Наружный воздух, поступивший на впуск компрессора второго компрессора 114, подается в двигатель 10. Воздух, сжатый турбонагнетателем 13, путем управления открытием клапана 72 рециркуляции компрессора (КРК) может подвергаться рециркуляционной подаче с выпуска на впуск компрессора 114 через второй обходной канал 70 компрессора. КРК 72 может быть клапаном непрерывного регулирования, и увеличение открытия клапана рециркуляции может содержать приведение в действие соленоида указанного клапана (или подачу энергии на указанный соленоид).
Как показано на фиг. 1, второй компрессор 114 через охладитель 18 воздушного заряда (ОВЗ) (в настоящем документе также называемый промежуточным охладителем) соединен с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена со впускным коллектором 22 двигателя. Из второго компрессора заряд сжатого воздуха проходит через охладитель 18 воздушного заряда и дроссельную заслонку во впускной коллектор. Охладителем воздушного заряда может быть, например, теплообменник типа воздух-воздух или вода-воздух. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление воздушного заряда внутри впускного коллектора воспринимается датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Должно быть понятно, что в контексте настоящего документа под первым компрессором понимается компрессор из числа ступенчато установленных компрессоров, установленный выше по потоку, а под вторым компрессором понимается компрессор из числа ступенчато установленных компрессоров, расположенный ниже по потоку. В одном неограничивающем примере, как показано, второй, расположенный ниже по потоку, компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, а первый, расположенный выше по потоку, компрессор, представляет собой компрессор электронагнетателя. Однако возможны и другие комбинации и конфигурации наддувных устройств.
В некоторых состояниях, например, во время нажатия на педаль акселератора, при переходе от функционирования двигателя без наддува к функционированию двигателя с наддувом может происходить задержка турбонаддува. Причиной этого является запаздывание набора оборотов турбиной второго компрессора 114. С целью снижения задержки турбонаддува в некоторых из этих состояний могут включаться как электронагнетатель 15, так и турбонагнетатель 13. Конкретно, пока турбина 116 набирает обороты, давление наддува может создаваться компрессором 110 электронагнетателя, расположенного выше по потоку. Включение электронагнетателя содержит отбор энергии от аккумуляторной батареи 106 с целью ускорения мотора 108 и, как следствие, ускорения первого компрессора 110. Дополнительно, чтобы сделать возможным сжатие большей части воздуха первым компрессором 110, может закрываться обходной клапан 62. Из-за своего меньшего размера первый компрессор 110 обладает возможностью резкого набора оборотов, и в ответ на внезапное увеличение требуемого наддува может быстро, но, из-за ограниченного заряда системной аккумуляторной батареи, кратковременно, создавать положительное давление наддува. Затем, когда турбина наберет достаточные обороты и сможет приводить в действие второй компрессор 114, первый компрессор может замедляться путем выключения мотора 108. Кроме того, с целью направления большей части воздуха в обходной канал первого компрессора 110 может открываться обходной клапан 62. Как подробно рассмотрено в настоящем документе, используя согласование открытия ОКЭН 62 с управлением скоростью мотора, можно противодействовать избыточному повышению наддува, создаваемого электронагнетателем ниже по потоку от первого компрессора и выше по потоку от второго компрессора.
В некоторых состояниях, например, при переходе от работы двигателя с наддувом к работе двигателя с более интенсивным наддувом может происходить избыточное повышение давления наддува ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя (в настоящем документе также называемое выбросом турбонагнетателя). Выброс турбонагнетателя содержит более высокое, чем требуется, давление на впуске дроссельной заслонки из-за более быстрого, чем требуется, набора оборотов компрессором турбонагнетателя 114, и может приводить к отдаче двигателем избыточного крутящего момента. Как подробно рассмотрено в настоящем документе, с целью подавления выброса турбонагнетателя может выполняться ускорение первого компрессора 110 до скорости вращения, соответствующей требуемому запирающему движению воздушного заряда через второй компрессор, определяемой на основании диаграммы компрессора (фиг. 4). Кроме того, может выполняться закрывание ОКЭН 62. Это дает возможность снижать, по существу, незамедлительно, давление на впуске дроссельной заслонки до требуемого давления.
Замедление второго компрессора 114 также может осуществляться путем увеличения открытия перепускного канала 90 путем открывания перепускного клапана 92 посредством исполнительного устройства управления перепускным клапаном с целью предоставления отработавшим газам возможности обхода турбины 116. Во время работы первого компрессора 110 перепускной канал 90 турбонагнетателя может приводиться в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи. Возможность более быстрого управления скоростью вращения электронагнетателя позволяет быстрее снижать ошибку наддува, создаваемого турбонагнетателем 13, по сравнению с управлением перепускным каналом 90 турбонагнетателя, поэтому во время работы электронагнетателя 15 перепускной канал 90 может перестраиваться более активно.
В некоторых вариантах осуществления изобретения во время работы первого компрессора 110 ОКЭН 62 может быть нормально частично открыт. В ответ на избыточное повышение давления, создаваемого электронагнетателем, может выполняться увеличение открытия ОКЭН 62, приводящее к, по существу, незамедлительному снижению давления наддува, создаваемого электронагнетателем. Например, ОКЭН 62 может переводиться из установленного по умолчанию, частично открытого положения, в полностью открытое положение. Степень открывания клапана в этих состояниях может определяться на основании ошибки давления наддува, создаваемого электронагнетателем. Пока электронагнетатель выключен, ОКЭН 62 может оставаться закрытым.
Один из клапанов 62 и 72 или оба клапана 62 и 72 могут быть клапанами непрерывного регулирования, обладающими возможностью непрерывного изменения положения клапана от полностью закрытого положения до полностью открытого положения. Как вариант, клапан 72 рециркуляции компрессора может быть клапаном непрерывного регулирования, а обходной клапан 62 компрессора может быть клапаном, имеющим только открытое состояние и закрытое состояние.
Со впуском второго компрессора 114 (как показано) и/или первого компрессора 110 (не показано) может быть соединен один или более датчиков. Например, для определения температуры на впуске компрессора с указанным впуском может быть соединен датчик 55 температуры. В качестве еще одного примера, с указанным впуском для определения давления воздушного заряда, поступающего в компрессор, может быть соединен датчик 56 давления. В число других возможных датчиков могут входить, например, датчики отношения воздух-топливо, датчики влажности и т.д. В других примерах одна или более характеристик на впуске компрессора (например, влажность, температура и т.д.) может вычисляться на основании состояний работы двигателя. Указанные датчики могут использоваться для определения параметров впускного воздуха, принимаемого на впуск компрессора из впускного канала, а также параметров воздушного заряда, создаваемого рециркуляцией из места выше по потоку от ОВЗ. Кроме того, один или более датчиков могут быть соединены со впускным каналом 42 выше по потоку от компрессора 114 и компрессора 110 с целью определения состава и состояния воздушного заряда, поступающего в компрессор 110. В число этих датчиков могут входить, например, датчик 57 потока воздуха в коллекторе.
Впускной коллектор 22 соединен с рядом камер 30 сгорания через ряд впускных клапанов (не показаны). Эти камеры сгорания далее через ряд выпускных клапанов (не показаны) соединены с выпускным коллектором 36. В показанном варианте осуществления показан один выпускной коллектор 36. Однако в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора могут обеспечить возможность направления потоков из разных камер сгорания в разные места в системе двигателя.
В одном варианте осуществления каждый клапан из числа выпускных и впускных клапанов может приводиться в действие или управляться электронно. В еще одном варианте осуществления каждый клапан из числа выпускных и впускных клапанов может приводиться в действие или управляться кулачком. Независимо от того, используется ли электронный или кулачковый привод, моменты времени открывания и закрывания впускного клапана и выпускного клапана могут регулироваться так, как это требуется для достижения требуемых характеристик сгорания топлива и токсичности выбросов.
В камеры 30 сгорания может подаваться одно или более топлив, например, бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо может подаваться в камеры сгорания путем непосредственного впрыска, впрыска во впускной канал, впрыска в корпус дроссельной заслонки или любым сочетанием указанных способов. Сгорание в камерах сгорания может инициироваться искровым зажиганием и/или компрессионным зажиганием.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора направляются в турбину 116 с целью приведения указанной турбины во вращение. Когда требуется снизить крутящий момент, создаваемый турбиной, часть отработавших газов может направляться в обход турбины через перепускной канал 90. Для сброса по меньшей мере части давления отработавших газов из места выше по потоку от турбины в место ниже по потоку от турбины через перепускной канал 90 может выполняться открывание перепускного клапана 92. Скорость вращения турбины также может быть снижена путем снижения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Аналогично, при задержке турбонаддува скорость вращения турбины может быть увеличена путем увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины, например, путем включения расположенного выше по потоку электронагнетателя с сохранением перепускного канала турбонагнетателя закрытым. Соответственно, при задержке турбонаддува, пока турбонагнетатель ускоряется, для создания требуемого давления наддува может использоваться электронагнетатель; одновременно для убыстрения набора скорости турбонагнетателем может выполняться повышение давления отработавших газов выше по потоку от турбины.
x
x
x
x
Объединенный поток из турбины и перепускного канала затем проходит через устройство 170 снижения токсичности отработавших газов. Как правило, одно или более устройств 170 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, в результате, снижения содержания одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота NO из потока отработавших газов, когда отработавшие газы в указанном потоке обеднены, и восстановления уловленных NO, когда отработавшие газы обогащены. В других примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или селективного восстановления NO с помощью восстановительного агента. В других примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или монооксида углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы отработавших газов с подобной функциональностью могут быть размещены в пористых покрытиях или в других местах узлов обработки отработавших газов, как по отдельности, так и вместе. В некоторых вариантах осуществления изобретения узлы обработки отработавших газов могут содержать восстанавливаемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройства 170 снижения токсичности отработавших газов могут выпускаться в атмосферу через выхлопную трубу 35. Однако, в зависимости от рабочих состояний, вместо этого некоторое количество отработавших газов может направляться во впускной канал через канал рециркуляции отработавших газов (РОГ; не показан), содержащий охладитель РОГ и клапан РОГ. Отработавшие газы, подвергаемые рециркуляции, могут подаваться на впуск первого компрессора 110, второго компрессора 114 или обоих компрессоров.
Система 100 двигателя может дополнительно содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию из множества датчиков 16 (разнообразные примеры которых представлены в настоящем документе) и передающей сигналы управления во множество исполнительных устройств 18 (разнообразные примеры которых представлены в настоящем документе). В качестве одного примера, в число датчиков 16 могут входить датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов, датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК), датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на впуске компрессора, датчик 56 давления на впуске компрессора и датчик 57 массового расхода воздуха (МРВ). В различных местах системы 100 двигателя могут быть установлены и другие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, отношения воздух/топливо, датчики состава. В число исполнительных устройств 81 могут входить, например, исполнительные устройства для дроссельной заслонки 20, клапан 72 рециркуляции компрессора, ОКЭН 62, электрический мотор 108, перепускной клапан 92 и топливный инжектор 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может принимать входные данные из различных датчиков, обрабатывать эти входные данные и использовать различные исполнительные устройства, руководствуясь принятыми сигналами и инструкциями, сохраненными в памяти указанного контроллера. Реагируя на обработанные входные данные, контроллер может использовать исполнительные устройства на основании запрограммированных в указанном контроллере инструкций или кода, соответствующих одному или более алгоритмов, например, примерным алгоритмам управления, описанным в настоящем документе со ссылкой на фиг. 2-3.
В качестве одного примера, контроллер 12 может содержать машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, предназначенные для, в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора, подачи сжатого воздуха в двигатель путем работы первого компрессора 110 при закрытом обходном клапане 62 и закрытом перепускном клапане 90, до тех пор, пока скорость вращения турбины 116d не превысит пороговое значение скорости вращения турбины, и для периодического открывания обходного клапана 62 при сохранении перепускного клапана 90 закрытым в ответ на избыточное повышение давления наддува во время работы первого компрессора 110. Контроллер 12 также может содержать машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, предназначенные для, в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора в состоянии работы двигателя с наддувом, пока второй компрессор 114 набирает обороты, закрывания перепускного клапана 90 с целью воздействия на скорость вращения второго компрессора 114 и изменения скорости вращения первого компрессора 110 с целью ограничения потока воздуха во второй компрессор 114.
Таким образом, компоненты, показанные на фиг. 1, делают возможной примерную систему двигателя, содержащую двигатель, содержащий впуск; первый впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие посредством электрического мотора, получающего энергию от аккумуляторной батареи; второй впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие посредством турбины, вращаемой отработавшими газами, расположенный в указанном впуске ниже по потоку от первого компрессора; обходной канал, присоединенный параллельно первому компрессору и содержащий обходной клапан; перепускной канал, присоединенный параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами, и содержащий перепускной клапан; клапан рециркуляции компрессора, присоединенный параллельно компрессору, расположенному ниже по потоку; и контроллер. Указанный контроллер может содержать машиночитаемые инструкции, сохраненные в энергонезависимой памяти, предназначенные для: подачи, в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора, сжатого воздуха в двигатель путем работы первого компрессора при закрытом обходном клапане и закрытом перепускном клапане (и закрытом клапане рециркуляции), до тех пор, пока скорость вращения турбины не превысит пороговое значение скорости вращения турбины; и периодического открывания обходного клапана в ответ на избыточное повышение давления наддува во время работы первого компрессора, с сохранением перепускного клапана (и клапана рециркуляции) закрытыми. Указанный контроллер может содержать дополнительные инструкции для: подачи сжатого воздуха в двигатель путем работы второго компрессора с обходом второго компрессора при закрытом обходном клапане и частично открытом перепускном клапане после превышения скоростью вращения турбины указанного порогового значения скорости вращения турбины; и периодического увеличения открытия перепускного клапана (и/или клапана рециркуляции) с сохранением обходного клапана закрытым в ответ на избыточное повышение давления наддува при работе второго компрессора. Указанный контроллер может содержать дополнительные инструкции для приведения перепускного клапана в действие с уставкой, превышающей установленную по умолчанию уставку, когда характеристики обходного клапана не снижены, и для приведения перепускного клапана в действие с установленной по умолчанию уставкой в ответ на признак снижения характеристик обходного клапана.
Компоненты, показанные на фиг. 1, также дают возможность реализации примерной системы двигателя, в которой контроллер сконфигурирован с использованием машиночитаемых инструкций, сохраненных в долговременной памяти, предназначенных для: закрытия перепускного клапана с целью изменения скорости вращения второго компрессора в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора во время набора оборотов вторым компрессором; и одновременного изменения скорости вращения первого компрессора с целью ограничения потока воздуха во второй компрессор. Для обеспечения целевого отношения давлений на втором компрессоре, определяемого на основании требования водителя, может регулироваться степень закрытия перепускного клапана и скорость вращения первого компрессора. Указанный контроллер может содержать дополнительные инструкции для замедления первого компрессора после достижения целевого отношения давлений с увеличением при этом открытия перепускного клапана (и/или клапана рециркуляции). Указанный контроллер может содержать дополнительные инструкции для: закрытия перепускного клапана (и/или клапана рециркуляции) с целью увеличения скорости вращения второго компрессора в ответ на нажатие на педаль акселератора, выполненное оператором, когда второй компрессор не приводится во вращение; и одновременного увеличения скорости вращения первого компрессора с целью увеличения потока воздуха через второй компрессор с увеличением открытия обходного клапана, определяемым на основании ошибки наддува.
Фиг. 2 представляет предлагаемый в качестве примера алгоритм 200 работы компрессора наддувного устройства (к примеру, электронагнетателя), расположенного выше по потоку, и наддувного устройства (к примеру, турбонагнетателя), расположенного ниже по потоку, в ответ на изменения требуемого наддува двигателя. Инструкции для выполнения способа 200 и других способов, включенных в настоящий документ, могут выполняться контроллером на основании инструкций, сохраненных в памяти указанного контроллера, и сигналов, принимаемых из датчиков системы двигателя, например, датчиков, рассмотренных выше со ссылкой на фиг. 1. Указанный контроллер может использовать исполнительные устройства двигателя системы двигателя для управления работой двигателя в соответствии с описываемыми далее способами. В настоящем документе система двигателя содержит первый компрессор, ступенчато установленный выше по потоку от второго компрессора вдоль канала впуска воздуха. Первый компрессор приводится в действие электрическим мотором, тогда как второй компрессор приводится в действие турбиной, вращаемой отработавшими газами. В одном примере, как показано со ссылкой на фиг. 1, первый компрессор представляет собой компрессор электронагнетателя, а второй компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя.
На шаге 202 способ содержит определение рабочих условий двигателя, например, скорости двигателя, положения педали, затребованного оператором крутящего момента, внешних условий (температуры окружающей среды, давления, влажности), температуры двигателя и т.д. На шаге 204 на основании рабочих условий двигателя определяются рабочие параметры. В число этих параметров могут входить, например, уровни РОГ, требуемое давление наддува, момент искрового зажигания, открытие перепускного канала, открытие дроссельной заслонки и т.д. На шаге 206 способ содержит проверку необходимости наддува. В одном примере наддув может требоваться при средних и высоких нагрузках на двигатель. В еще одном примере наддув может требоваться в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора или на увеличение затребованного водителем крутящего момента.
Если наддув не требуется, например, при низкой нагрузке на двигатель или низком затребованном водителем крутящем моменте, то способ переходит к шагу 208, в котором двигатель работает с естественным всасыванием, и способ завершается.
Если наддув требуется, то на шаге 210 способ содержит включение первого компрессора, расположенного выше по потоку, и закрывание обходного клапана (обходного клапана электронагнетателя, ОКЭН) обходного канала, присоединенного параллельно этому первому компрессору, расположенному выше по потоку. Электронагнетатель используется для кратковременного создания давления наддува при нажатии на педаль акселератора с целью снижения задержки турбонаддува, вызываемой медленным ускорением компрессора турбонагнетателя. Благодаря своему небольшому размеру, электронагнетатель может ускоряться быстро, обеспечивая требуемое давление наддува до тех пор, пока требуемое давление наддува не сможет обеспечивать турбонагнетатель. Использование электронагнетателя может быть ограничено емкостью аккумуляторной батареи, используемой для приведения во вращение электрического мотора электронагнетателя. Поэтому электронагнетатель может использоваться для быстрого, но кратковременного создания положительного давления наддува, пока турбина турбонагнетателя не наберет обороты и не сможет приводить в действие более крупный компрессор турбонагнетателя.
Таким образом, в ответ на увеличение затребованного водителем крутящего момента выполняют ускорение первого компрессора, и поток сжатого воздуха в двигатель увеличивается. При этом ускорение первого компрессора содержит вращение первого компрессора посредством электрического мотора с использованием энергии, отбираемой от аккумуляторной батареи. Например, ускорение первого компрессора может выполняться посредством настройки электромеханического исполнительного устройства, соединенного с электрическим мотором электронагнетателя таким образом, чтобы указанный мотор вращался с более высокой скоростью вращения, что достигается путем передачи сигнала управления из контроллера в указанное исполнительное устройство. Ускорение первого компрессора выполняют до скорости вращения, соответствующей требуемому увеличению наддува, при этом ОКЭН, присоединенный параллельно электрическому электронагнетателю, сохраняется закрытым с целью направления всего впускного воздуха через первый компрессор. Таким образом, сжатый воздух подается в двигатель посредством первого компрессора. На этом этапе требуемый наддув может быть получен посредством одного лишь компрессора электронагнетателя.
На шаге 212 проверяется, имеет ли место избыточное повышение наддува, создаваемого электронагнетателем. Иными словами, проверяется, превышает ли давление наддува ниже по потоку от электронагнетателя и выше по потоку от компрессора турбонагнетателя требуемое давление наддува. Если избыточного повышения наддува нет, то при продолжении подачи наддува электронагнетателем выполняют закрывание перепускного канала, присоединенного параллельно турбине турбонагнетателя, вращаемой отработавшими газами, (или уменьшение открытия указанного перепускного канала) с целью направления на шаге 216 более значительной части отработавших газов через турбину турбонагнетателя, что ускоряет набор оборотов турбиной.
Авторы настоящего изобретения в настоящем изобретении установили, что активное использование электронагнетателя может быть с пользой применено для снижения времени до отдачи крутящего момента и сокращения задержки турбонаддува. Однако это активное использование может также вызвать избыточное повышение фактического давления наддува относительно требуемого давления наддува. С этим избыточным повышением можно справиться, используя регулирование открытия ОКЭН. Если давление наддува, создаваемое электронагнетателем, выше, чем требуемое давление, и имеет место избыточное повышение наддува, создаваемого электронагнетателем, то давлением наддува, создаваемым электронагнетателем, управляют путем регулирования (к примеру, снижения) скорости вращения электронагнетателя и одновременного увеличения открытия ОКЭН на шаге 214, подробнее рассматриваемом на фиг. 3. В одном примере для снижения избыточного наддува выполняют кратковременный перевод ОКЭН в полностью открытое положение. В альтернативном примере выполняют частичное открывание ОКЭН. При этом из-за ограничений аппаратуры может не быть возможности затормозить электрический мотор, соединенный с указанным электронагнетателем. Соответственно, путем увеличения открытия ОКЭН в ответ на избыточное повышение давления наддува поток воздуха через компрессор электронагнетателя может быть быстро снижен, что дает возможность, по существу, незамедлительного снижения давления наддува, создаваемого электронагнетателем. Пока ОКЭН открыт с целью снижения давления наддува, создаваемого электронагнетателем, до требуемого давления наддува, может также выполняться замедление электронагнетателя, например, до скорости вращения компрессора, при которой может быть обеспечено меньшее избыточное давление наддува. Таким образом, сочетая регулирование скорости вращения компрессора электронагнетателя и открывание ОКЭН, можно быстрее и с меньшими ошибками наддува достигать целевого давления наддува.
В альтернативном примере, где электронагнетатель содержит оборудование для торможения, замедление первого компрессора в ответ на избыточное повышение наддува может выполняться путем приложения отрицательного крутящего момента посредством электрического мотора, например, путем использования магнитных тормозов. От шага 214 способ переходит к шагу 216, в котором перепускной канал турбонагнетателя сохраняют закрытым и выполняют ускорение турбины турбонагнетателя.
На шаге 218 проверяется, превышает ли скорость вращения турбины турбонагнетателя пороговое значение скорости, например, пороговое значение скорости, при котором требуемый наддув может обеспечиваться турбонагнетателем. Если скорость вращения турбины турбонагнетателя не превышает пороговое значение скорости, то, пока турбина продолжает набирать обороты, на шаге 220 первый компрессор (компрессор электронагнетателя) продолжает работу, обеспечивая требуемый наддув. При этом ОКЭН остается закрытым (например, полностью закрытым), и на этом алгоритм завершается.
Если скорость вращения турбины турбонагнетателя превышает указанное пороговое значение скорости, то на шаге 222 выполняют замедление электронагнетателя и увеличение открытия ОКЭН. В одном примере ОКЭН переводится в полностью открытое положение, что дает возможность направить поток впускного воздуха в компрессор турбонагнетателя в обходной канал компрессора электронагнетателя. Поскольку требуемый наддув уже может обеспечиваться турбонагнетателем, электронагнетатель может быть отключен во избежание истощения аккумуляторной батареи электронагнетателя. Путем открывания ОКЭН может быть создан обход электронагнетателя, что позволяет замедлять электронагнетатель, не ограничивая поток воздуха через впускной тракт.
На шаге 224 способ содержит подачу впускного воздуха, сжатого вторым компрессором, расположенным ниже по потоку (компрессором турбонагнетателя), в двигатель, с обходом первого компрессора, расположенного выше по потоку (компрессора электронагнетателя). На этом этапе требуемый наддув может быть получен посредством одного лишь компрессора турбонагнетателя.
На шаге 226 проверяется, не превышает ли давление наддува, создаваемое турбонагнетателем, требуемое давление наддува (то есть не имеет ли места выброс турбонагнетателя). Если избыточного повышения давления нет, то на шаге 228 уставки исполнительного устройства наддува не меняются и способ завершается. На шаге 230 при наличии избыточного давления наддува ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя может выполняться изменение состояния одного или более исполнительных устройств наддува в соответствии со способами, подробнее представленными на фиг. 3. В число указанных исполнительных устройств может входить перепускной клапан 232 отработавших газов, электронагнетатель 234, клапан 236 рециркуляции компрессора и обходной клапан 238 электронагнетателя. Как подробнее показано на фиг. 3, давление наддува может быть снижено путем управления одним или более устройством из числа перепускного клапана (присоединенного параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами) и клапана рециркуляции компрессора (присоединенного параллельно компрессору турбонагнетателя). Кроме того, с избыточным повышением давления наддува можно справиться, снижая поток компрессора турбонагнетателя путем управления клапаном ОКЭН, присоединенным параллельно компрессору электронагнетателя, и путем управления скоростью компрессора электронагнетателя (через управление соответствующим электрическим мотором).
Фиг. 3 представляет примерный алгоритм 300 для противодействия избыточному повышению давления наддува в системе двигателя с многоступенчатым наддувом. В данном способе для снижения интенсивности избыточного повышения давления наддува как у компрессора, расположенного выше по потоку, так и у компрессора, расположенного ниже по потоку, используется управление компрессором, расположенным выше по потоку. В одном примере алгоритм, показанный на фиг. 3, может выполняться как часть алгоритма, показанного на фиг. 2, например, на шаге 214 и/или 230.
На шаге 302 устанавливают факт избыточного повышения наддува, создаваемого электронагнетателем. Указанный факт может быть признан имеющим место, если давление наддува, создаваемого компрессором электронагнетателя, расположенного выше по потоку, превосходит требуемое давление наддува. При этом электронагнетатель могут использовать для создания требуемого давления наддува в то время, пока турбина турбонагнетателя, установленного ниже по потоку, набирает обороты. В одном примере факт избыточного повышения давления наддува у электронагнетателя могут устанавливать на основании сравнения давления наддува ниже по потоку от первого компрессора и выше по потоку от второго компрессора с требуемым давлением наддува.
Если факт избыточного повышения давления наддува у электронагнетателя установлен, то на шаге 304 выполняют замедление электронагнетателя с одновременным увеличением открытия ОКЭН, и алгоритм завершается. Увеличение открытия ОКЭН содержит перевод ОКЭН из текущего положения в положение, определяемое на основании требуемого давления наддува (которым может быть полностью открытое положение). При этом как степень, так и длительность увеличения открытия обходного клапана могут определять на основании ошибки наддува. При этом по мере роста ошибки наддува (величины избыточного повышения относительно требуемого давления наддува) могут увеличивать степень увеличения открытия и/или могут увеличивать длительность увеличения открытия. В одном примере ОКЭН сразу переводят в полностью открытое положение (из полностью закрытого положения). Увеличение открытия ОКЭН может дать потоку воздуха возможность обхода первого компрессора, что приводит к, по существу, незамедлительному снижению давления наддува. В то же время могут выполнять замедление электронагнетателя, например, до скорости вращения компрессора, скорректированной на основании требуемого давления наддува. Замедление электронагнетателя могут выполнять путем изменения скорости вращения электрического мотора от первой скорости вращения мотора, определенной на основании требуемого давления наддува, до второй скорости вращения мотора, определенной на основании ошибки наддува. Затем, когда состояние избыточного повышения наддува закончится, открытие ОКЭН может быть уменьшен (к примеру, ОКЭН может быть возвращен в полностью закрытое положение) и, если требуется, могут выполнять ускорение компрессора электронагнетателя.
Если бы противодействие избыточному повышению давления наддува осуществлялось только путем замедления или выключения электрического мотора, соединенного с электронагнетателем, то скорость электронагнетателя снижалась бы вследствие естественного спада, обусловленного, помимо прочего, тормозящим действием трения и сопротивлением воздуха. Однако некоторое время фактическое давление наддува продолжало бы оставаться слишком высоким, приводя к завышенной отдаче крутящего момента двигателем внутреннего сгорания. В это время дроссельная заслонка на впуске двигателя может не обладать достаточной пропускной способностью для реагирования на быстрое нарастание давления. Как следствие, какое-либо регулирование дроссельной заслонки привело бы к превышению фактическим давлением в коллекторе требуемого давления в коллекторе и внесло бы дополнительный вклад в избыточный наддув. Чтобы способствовать естественному спаду скорости вращения электронагнетателя для противодействия избыточному повышению наддува, контроллеру, возможно, пришлось бы выключить электронагнетатель еще до достижения требуемого давления наддува или целевого крутящего момента. Однако это привело бы к увеличению времени до отдачи крутящего момента и к задержке наддува даже при работающем электронагнетателе. Иными словами, если бы выполнялось только замедление компрессора электронагнетателя (путем замедления соответствующего мотора) без открывания ОКЭН, то результирующее падение давления наддува не было бы достаточно быстрым, и состояние избыточного повышения наддува сохранялось бы и дальше. Таким образом, регулирование открытия ОКЭН при появлении ошибки наддува может дать возможность более точного управления давлением наддува, создаваемого электронагнетателем.
Дополнительно или в качестве одной из возможностей, при открывании ОКЭН могут выполнять уменьшение угла дроссельной заслонки двигателя с целью снижения давления на впуске дроссельной заслонки. Однако в других примерах дроссельная заслонка на впуске во время управления наддувом может поддерживаться полностью открытой, чтобы не создавать препятствий контуру управления перепуском. Кроме того, во время избыточного повышения электрического наддува как перепускной клапан, так и клапан рециркуляции компрессора могут сохраняться в закрытом или частично открытом положении.
Таким образом, пока компрессор, расположенный ниже по потоку, набирает обороты, контроллер может выполнять ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, путем закрытия обходного клапана в обходном канале первого компрессора, с целью подачи сжатого воздуха в поршневой двигатель, а в ответ на избыточное повышение давления наддува может открывать обходной клапан. В настоящем изобретении компрессор, расположенный ниже по потоку, больше, чем компрессор, расположенный выше по потоку (например, расположенный ниже по потоку компрессор турбонагнетателя может иметь более высокую инерцию, более высокую площадь сечения потока и т.д. (авторы изобретения: пожалуйста, подтвердите/ отредактируйте). Операция ускорения компрессора, расположенного выше по потоку, включает в себя работу электрического мотора со скоростью вращения мотора, определяемой на основании требуемого давления наддува. Открывание обходного клапана в ответ на избыточное повышение давления наддува может содержать кратковременное открывание обходного клапана из полностью закрытого положения, при этом как степень открывания обходного клапана, так и длительность открывания обходного клапана определяются на основании избыточного повышения давления наддува, имеющего место ниже по потоку от компрессора, расположенного ниже по потоку, при этом указанное избыточное повышение давления наддува включает в себя превышение фактическим давлением наддува требуемого давления наддува. При этом, пока открыт ОКЭН, дроссельная заслонка на впуске поддерживается открытой. Когда фактическое давление наддува превосходит требуемое давление наддува, выполняют увеличение степени открывания обходного клапана и/или длительности открывания обходного клапана, а когда фактическое давление наддува находится на уровне требуемого давления наддува, выполняют закрывание обходного клапана. В ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку, в то время, пока компрессор, расположенный ниже по потоку, набирает обороты, контроллер может замедлять компрессор, расположенный выше по потоку, путем снижения скорости вращения мотора электрического мотора. В ответ на превышение скоростью вращения турбины, вращаемой отработавшими газами, порогового значения скорости, могут выполнять замедление компрессора, расположенного выше по потоку, открывание обходного клапана, а сжатый воздух могут подавать в поршневой двигатель посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, с обходом компрессора, расположенного выше по потоку. Как показано на фиг. 3, если факт избыточного повышения давления наддува у электронагнетателя не установлен, то на шаге 306 алгоритма проверяют, имеет ли место избыточное повышение давление наддува у расположенного ниже по потоку турбонагнетателя. Здесь должно быть понятно, что избыточные повышения давления наддува у расположенного выше по потоку электрического компрессора электронагнетателя и у расположенного ниже по потоку компрессора турбонагнетателя происходят в разные, не перекрывающиеся интервалы времени работы двигателя с наддувом. Например, избыточное повышение давление наддува у электронагнетателя может иметь место во время состояний с менее интенсивным потоком воздуха, когда для обеспечения режима, затребованного водителем, используется электронагнетатель (при этом компрессор турбонагнетателя не сжимает впускной воздух). Напротив, выброс давления наддува у турбонагнетателя может иметь место во время состояний с более интенсивным потоком воздуха, когда для обеспечения режима, затребованного водителем, используется турбонагнетатель (при этом компрессор электронагнетателя не сжимает впускной воздух).
Установление факта избыточного повышения давления наддува турбонагнетателем содержит проверку превышения давлением наддува, создаваемого компрессором расположенного ниже по потоку турбонагнетателя, требуемого давления наддува. В одном примере факт избыточного повышения давления наддува у электронагнетателя может быть установлен на основании сравнения давления наддува ниже по потоку от второго компрессора с требуемым давлением наддува. Избыточное повышение давление наддува также может иметь место, когда скорость вращения турбины турбонагнетателя превышает пороговое значение, и поток воздуха через компрессор турбонагнетателя превышает пороговое значение расхода потока. Если турбонагнетатель не создает избыточное давление наддува, то на шаге 308 уставки исполнительного устройства наддува могут сохраняться неизменными, и алгоритм завершается.
Если факт избыточного повышения давления наддува в турбонаддувном агрегате установлен, то на шаге 310 могут выполнять увеличение открытия перепускного клапана отработавших газов и/или клапана рециркуляции компрессора (КРК). В одном примере указанный перепускной клапан и/или КРК могут переводить в полностью открытое положение. Путем открывания перепускного клапана отработавших газов может быть уменьшен поток отработавших газов через турбину, что замедляет турбину, приводимую в действие отработавшими газами, и, как следствие, замедляет компрессор турбонагнетателя. Путем открывания КРК по меньшей мере часть воздуха, сжатого компрессором турбонагнетателя, может быть в порядке рециркуляции направлена в место выше по потоку от указанного компрессора, что приводит к, по существу, незамедлительному снижению давления на впуске дроссельной заслонки.
В одном примере открывание перепускного клапана отработавших газов содержит регулирование степени открывания перепускного клапана в соответствии с ошибкой наддува с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи. При этом управление электронагнетателем (содержащее управление открытием ОКЭН и использование запирающего потока воздуха, создаваемого электронагнетателем) может выполняться согласованно с управлением дроссельной заслонкой и в дополнительной полосе частот по отношению к управлению перепускным клапаном, что дает возможность более быстрого и более точного регулирования давления наддува. Это дает возможность более активной перестройки контура управления перепуском, поскольку быстрые динамические характеристики электронагнетателя позволяют гасить любые колебания, создаваемые работой перепускного клапана, и снижать избыточное давление наддува.
Во время управления наддувом перепускной клапан может работать с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи, и возобновлять использование установленной по умолчанию уставки коэффициента передачи при соответствии отслеживаемого фактического наддува требуемому профилю наддува, т.е., когда ошибка наддува ниже порогового значения (к примеру, когда ошибка наддува отсутствует). Как вариант, использование установленной по умолчанию уставки коэффициента передачи может возобновляться в системном режиме FMEM (координирование видов и последствий отказов), который может включаться в ответ на снижение характеристик компонента двигателя с наддувом. В одном примере использование для перепускного клапана установленной по умолчанию уставки коэффициента передачи может возобновляться в ответ на признак снижения характеристик ОКЭН.
Однако из-за относительно медленных динамических характеристик перепускного клапана при открывании перепускного клапана падение фактического давления наддува может быть медленным, что затягивает состояние избыточного повышения наддува. Кроме того, хотя управлением КРК можно быстро снизить давление на впуске дроссельной заслонки, при этом может иметь место значительное падение эффективности наддува. Соответственно, если состояние избыточного повышения наддува возникло вследствие ослабления нажатия на педаль оператора, использование управления только перепускным клапаном и/или КРК может привести к увеличению времени до отдачи крутящего момента, если оператор затем быстро нажмет на педаль (например, из-за изменения намерения). Таким образом, как подробно рассмотрено ниже, дальнейшее управление наддувом двигателя может выполняться с использованием регулирования посредством электронагнетателя.
На шаге 312 могут проверять, требуется ли от электронагнетателя запирающий поток. В одном примере запирающий поток может требоваться при повышенной ошибке наддува. В еще одном примере запирающий поток может требоваться, если открывание перепускного клапана ограничено из-за каких-либо препятствий. В еще одном примере контроллер может принимать решение о возможности создания запирающего потока на основании состояния заряда аккумуляторной батареи, соединенной с электрическим мотором компрессора электронагнетателя. Например, создание запирающего потока может разрешаться только тогда, когда состояние заряда аккумуляторной батареи выше порогового значения. Если запирающий поток от электронагнетателя не требуется, то на шаге 314 настройки электронагнетателя сохраняют неизменными и алгоритм завершается.
Авторы настоящего изобретения в настоящем изобретении установили, что, используя электронагнетатель при определенной скорости вращения компрессора электронагнетателя, можно влиять на количество воздуха, проходящего через этот компрессор электронагнетателя в компрессор турбонагнетателя, расположенного ниже по потоку. На это количество также может влиять расход потока воздуха на впуске. Иными словами, при низких расходах потока воздуха (например, в режиме холостого хода) поток воздуха через компрессор электронагнетателя в компрессор расположенного ниже по потоку турбонагнетателя можно увеличить, используя компрессор электронагнетателя. Эту возможность можно использовать в состояниях, когда турбина еще не набрала достаточные обороты, чтобы, быстро ускорив компрессор электронагнетателя, подать поток воздуха наддува в двигатель. Однако при более высоких расходах потока воздуха, например, когда турбина уже набрала обороты и двигатель получает воздух для наддува от компрессора турбонагнетателя, использование компрессора электронагнетателя дает возможность уменьшить поток воздуха через компрессор электронагнетателя в компрессор расположенного ниже по потоку турбонагнетателя. В результате поток воздуха в компрессор турбонагнетателя ограничивается (запирается), что обеспечивает, по существу, незамедлительное снижение давления наддува. Путем регулирования скорости вращения компрессора электронагнетателя, выполняемого посредством управления скоростью электрического мотора, можно снижать поток воздуха в компрессор турбонагнетателя, что дает возможность управления давлением наддува, создаваемого компрессором турбонагнетателя. Иными словами, компрессор электронагнетателя может быть использован как ограничитель потока для компрессора турбонагнетателя, и этот запирающий поток в компрессор турбонагнетателя может быть использован для противодействия избыточному повышению давления наддува. Данный способ может применяться параллельно с управлением перепускным клапаном, в дополнительных полосах частот, чтобы сделать возможным более точное управление наддувом.
Если требуется запирающий поток, то на шаге 316 на основании ошибки давления наддува могут выполнять определение расхода потока воздуха (запирающего потока), который посредством компрессора электронагнетателя должен быть направлен в компрессор турбонагнетателя. В одном примере при увеличении ошибки наддува (когда фактическое давление наддува превышает требуемое давление наддува), может быть затребован более низкий поток воздуха в компрессор турбонагнетателя (то есть более низкий абсолютный уровень потока воздуха, являющийся следствием более высокой интенсивности запирания указанного потока воздуха). В еще одном примере расход потока воздуха могут выбирать таким образом, чтобы обеспечивалось целевое отношение давлений на компрессоре турбонагнетателя, расположенного ниже по потоку.
На шаге 318 могут выполнять определение скорости вращения компрессора электронагнетателя, соответствующей требуемой интенсивности запирающего потока. При этом скорость вращения компрессора электронагнетателя, необходимая для получения требуемой интенсивности запирающего потока, могут менять в зависимости от рабочих состояний, в том числе от положения дроссельной заслонки на впуске и от потока впускного воздуха (к примеру, от расхода потока воздуха в коллекторе). Например, при заданной расхода потока воздуха в коллекторе поток воздуха в компрессор турбонагнетателя может быть увеличен при увеличении скорости вращения компрессора электронагнетателя. Соответственно, чем выше скорость вращения компрессора электронагнетателя, тем интенсивнее формируемый запирающий поток. Как показано на фиг. 4, запирающему потоку при разных скоростях компрессора соответствуют точки пересечения линий постоянной скорости с осью X (или отношение давлений, равное 1). Поток воздуха в компрессор турбонагнетателя уменьшается, поскольку ОКЭН закрыт. После этого чем ниже скорость электронагнетателя, тем меньше поток, который сможет пройти. В качестве еще одного примера, для заданной скорости вращения компрессора электронагнетателя, при повышении расхода потока воздуха во впускной коллектор в компрессор расположенного ниже по потоку турбонагнетателя могут подавать менее интенсивный поток воздуха. Для определения целевой скорости вращения компрессора электронагнетателя, соответствующей целевому запирающему потоку, контроллер может обращаться к диаграмме компрессора, подобной диаграмме на фиг. 4, представленной в качестве примера.
На шаге 320 могут выполнять ускорение электронагнетателя до целевой скорости вращения компрессора, определенной на шаге 318, для снижения потока воздуха компрессора, расположенного ниже по потоку, до целевого запирающего потока. Одновременно могут выполнять закрывание ОКЭН (к примеру, полное закрывание) с целью подачи потока воздуха через компрессор электронагнетателя и запирания потока воздуха в компрессор турбонагнетателя, и, в результате, снижения давления наддува. Затем алгоритм завершается. В этом алгоритме ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, выполняют при сохранении дроссельной заслонки на впуске открытой до тех пор, пока поток воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку, не станет ниже порогового значения. Затем могут выполнять замедление расположенного выше по потоку компрессора (например, до нулевой или наименьшей скорости).
Таким образом, в ответ на избыточное повышение давления наддува выполняют изменение скорости вращения первого, расположенного выше по потоку, компрессора. В одном примере изменение скорости вращения компрессора электронагнетателя содержит увеличение скорости от нулевой скорости (например, когда выключенный электронагнетатель включается, его компрессор набирает обороты от нулевой скорости до скорости, соответствующей запирающему потоку). В альтернативном примере указанное изменение содержит увеличение скорости от наименьшей скорости, а значение этого увеличения зависит от степени избыточного повышения наддува. В обоих случаях целью изменения скорости вращения компрессора электронагнетателя является ограничение потока воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку, до порогового значения расхода потока. При этом изменение скорости вращения электронагнетателя выполняют путем ускорения электрического мотора, связанного с компрессором электронагнетателя, до скорости вращения мотора, определяемой на основании указанного расхода.
В одном примере, в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, контроллер может увеличивать открытие одного или более из следующих клапанов: перепускного клапана, присоединенного параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами, и клапана рециркуляции компрессора, установленного в обходном канале компрессора, расположенного ниже по потоку. Для сравнения, в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку, контроллер может сохранять как перепускной клапан, так и клапан рециркуляции компрессора закрытыми. Как вариант, открытия перепускного клапана и КРК могут сохранять неизменными, например, такими, как в частично открытом положении. При этом при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку, перепускной клапан могут приводить в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи, а при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, с установленной по умолчанию уставкой коэффициента передачи.
Таким образом, в некоторых состояниях ускорение компрессора с электрическим приводом, расположенного выше по потоку, могут выполнять с целью увеличения потока воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку, тогда как в других состояниях ускорение этого компрессора с электрическим приводом могут выполнять с целью уменьшения потока воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку. Путем управления скоростью компрессора электронагнетателя и управления обходным клапаном согласованно с управлением перепускным клапаном, в дополнительных полосах частот, можно более эффективно и быстро справляться с избыточным повышением давления наддува ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. Указанным образом создается возможность управления давлением наддува без увеличения времени до отдачи крутящего момента.
Фиг. 4 представляет пример диаграммы 400 компрессора для компрессора электронагнетателя. Диаграмма 400 компрессора может быть сохранена в памяти контроллера и использована для определения скорости вращения компрессора электронагнетателя, требуемой для создания запирающего потока воздуха в расположенный ниже по потоку компрессор турбонагнетателя. По вертикальной оси (оси у) диаграммы 400 отложено отношение давлений компрессора, определяемое как отношение давления воздуха на выпуске компрессора электронагнетателя к давлению наружного воздуха (барометрическому давлению). По горизонтальной оси (оси х) отложен массовый расход воздуха через электронагнетатель, ступенчато установленный выше по потоку от турбонагнетателя. Линия 402 (сплошная) представляет предел выброса для компрессора электронагнетателя. Эксплуатация компрессора электронагнетателя в режимах левее этой линии может вызвать выброс компрессора, при котором поток через компрессор электронагнетателя становится неустойчивым. Сплошные линии 404 (только две из них отмечены) представляют собой линии постоянной скорости вращения компрессора электронагнетателя. Показано направление увеличения скорости.
Как было рассмотрено со ссылкой на фиг. 3, в ответ на избыточное повышение давления наддува ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя могут выполнять ускорение расположенного выше по потоку компрессора электрического нагнетателя до целевой скорости вращения компрессора с целью запирания потока воздуха через компрессор турбонагнетателя. Это дает возможность, по существу, незамедлительно снижать давление на впуске дроссельной заслонки и давление наддува. При работе электронагнетателя путем ограничения потока воздуха, который может пройти через компрессор электронагнетателя при заданной скорости вращения компрессора и отношении давлений, создается эффективный запирающий поток. Электронагнетателем можно регулировать ограничение потока, чтобы для наддува турбонагнетатель мог использовать заданный объем воздуха, что дает возможность точного и, по существу, незамедлительного управления давлением наддува.
В одном примере контроллер двигателя может определять требуемый поток воздуха в компрессор турбонагнетателя на основании ошибки наддува. Затем на основании потока воздуха в коллектор контроллер может определять соответствующее отношение давлений на компрессоре расположенного выше по потоку электронагнетателя. При этом требуемое отношение давлений на электронагнетателе может соответствовать отношению давления на впуске компрессора электронагнетателя (которое соответствует потоку воздуха в коллектор) к давлению на выпуске компрессора электронагнетателя (которое соответствует требуемому запирающему потоку). На основании требуемого отношения давлений и заданного потока воздуха в коллектор контроллер может находить соответствующую скорость вращения компрессора. Контроллер может затем приводить в действие электрический мотор электронагнетателя, заставляя указанный мотор вращать компрессор с найденной указанным образом скоростью компрессора. В еще одном примере диаграмма компрессора может быть экстраполирована на отношение давлений менее 1. Создание запирающего потока может начинаться, когда поток находится на пересечении линии постоянной скорости с осью X (или при отношении давлений = 1). Затем на основании требуемого массового расхода воздуха может отыскиваться требуемая скорость вращения компрессора. На основании текущего отношения давлений (<1) и требуемого массового расхода воздуха может дополнительно вводиться управление с обратной связью. В качестве одного примера, давление на выпуске компрессора может быть ниже внешнего давления (вследствие чего отношение давлений находится за пределами диапазона отношения давлений, показанного на диаграмме компрессора на фиг. 4), что бывает, например, вскоре после закрытия ОКЭН и во время набора оборотов электронагнетателем. Чтобы найти требуемую скорость вращения компрессора, контроллер может экстраполировать диаграмму компрессора, показанную на фиг. 4, на более низкое отношение давлений. При увеличении скорости вращения компрессора и, аналогично, при увеличении отношения давлений компрессора для определения требуемой скорости вращения компрессора может быть использовано управление с обратной связью.
Фиг. 5 представляет пример последовательности 500, иллюстрирующей управление давлением наддува путем использования перепускного клапана и ОКЭН согласованно с управлением скоростью вращения электронагнетателя. По горизонтальной оси (оси х) отложено время, вертикальными реперами t1-t8 показаны значимые для управления давлением наддува моменты времени. Первый график сверху (линия 502) представляет изменение положения педали во времени. Второй график (линия 504) представляет изменение давления наддува во времени. Третий график (линия 508) представляет изменение скорости вращения компрессора электронагнетателя. Четвертый график (линия 512) представляет изменение скорости вращения турбины турбонагнетателя во времени. Пятый график (линия 516) представляет изменение открытия перепускного клапана во времени. При открытом перепускном клапане отработавшие газы имеют возможность обхода турбины турбонагнетателя, что снижает скорость вращения турбины турбонагнетателя. Шестой график (линия 518) представляет изменения положения обходного клапана электронагнетателя (ОКЭН), присоединенного параллельно электронагнетателю. ОКЭН открывают, чтобы дать впускному воздуху возможность обхода электронагнетателя, и закрывают, чтобы направить воздух через электронагнетатель.
До момента t1 времени двигатель работает без наддува на, по существу, постоянной скорости. В момент t1 оператор нажимает на ненажатую педаль акселератора, переводя двигатель из состояния работы двигателя с естественным всасыванием в состояние работы двигателя с наддувом, что видно по нарастанию на линии 502. В ответ на нажатие на педаль акселератора могут выполнять увеличение давления наддува двигателя, реализуемое путем воздействия на электрический мотор, увеличивающего скорость электронагнетателя. Одновременно для направления большего количества воздуха через компрессор электронагнетателя выполняют закрывание ОКЭН. Одновременно с этим выполняют уменьшение открытия перепускного клапана с целью направления большего количества отработавших газов через турбину турбонагнетателя и ускорения набора оборотов турбиной. Использование в ответ на нажатие педали акселератора небольшого компрессора электронагнетателя в то время, пока турбина набирает обороты, дает возможность быстро увеличить давление наддува в соответствии с запросом водителя. Если бы включение компрессора электрического нагнетателя не выполнялось, то из-за задержки в наборе оборотов турбиной могла бы иметь место задержка турбонаддува (задержка достижения фактическим давлением наддува требуемого давления наддува), что показано штриховой линией 506. В представленном примере благодаря использованию электронагнетателя требуемое давление наддува обеспечивается к моменту t2 времени, тогда как в случае с задержкой турбонаддува требуемое давление наддува было бы достигнуто только около момента t4 времени.
В момент t2 времени при подаче сжатого воздуха в двигатель посредством электронагнетателя может произойти избыточное повышение давления наддува. Конкретно, интенсивное использование электронагнетателя, которое снижает запаздывание набора оборотов турбиной, также может вызвать кратковременное превышение фактическим давлением наддува ниже по потоку от компрессора электронагнетателя требуемого давления наддува. Чтобы противодействовать избыточному повышению давления наддува, выполняют открывание ОКЭН (в показанном примере полное открывание) на время от момента t2 времени до момента t3 времени с целью направления потока воздуха в двигатель в обход электронагнетателя. Открывание ОКЭН дает возможность уменьшить расход потока воздуха, проходящего через компрессор электронагнетателя и сжимаемого указанным компрессором, и тем, по существу, незамедлительно снизить давление наддува, создаваемое электронагнетателем. Одновременно для лучшего соответствия требуемому давлению наддува выполняют уменьшение скорости вращения электронагнетателя. Поскольку изменение открытия ОКЭН может дать, по существу, незамедлительное уменьшение давления наддува при избыточном повышении наддува от электронагнетателя, ОКЭН при ускорении электронагнетателя (от момента t1 времени до момента t2 времени) могут приводить в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи. В результате приведения ОКЭН в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи, происходит снижение степени и длительности избыточного повышения наддува, созданного электронагнетателем, как видно на линии 508. При этом в отсутствие управления клапаном ОКЭН мог бы иметь место более интенсивный и более длительное избыточное повышение давления наддува, что показано пунктирной линией 510. Это более длительный и более интенсивное избыточное повышение давления наддува мог бы вызвать отдачу избыточного крутящего момента, приводящую к недостаткам дорожных качеств транспортного средства.
К моменту t3 избыточное повышение производительности электронагнетателя устранено путем приведения ОКЭН в действие, поэтому выполняют закрывание ОКЭН. Кроме того, так как турбина все еще не набрала достаточные обороты, продолжают подачу сжатого воздуха в двигатель посредством электронагнетателя.
Должно быть понятно, что хотя ОКЭН показан как открывающий/закрывающий клапан, переключаемый между полностью открытым и полностью закрытым положением, в альтернативном примере ОКЭН может быть регулируемым клапаном, положением которого может быть любое положение между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, включая указанные положения. В этом случае увеличение открытия ОКЭН в ответ на избыточное повышение давления наддува может выполняться так, чтобы при избыточном повышении давления в обход электронагнетателя мог направляться поток воздуха с определенным расходом, такой, при которой результирующее давление наддува эквивалентно требуемому давлению наддува. Скорость вращения компрессора электронагнетателя может подстраиваться к требуемой скорости вращения компрессора, определяемой на основании на ошибки наддува, а для поддержания результирующего давления наддува на уровне требуемого давления наддува может регулироваться открытие ОКЭН.
В момент t4 времени скорость вращения турбины турбонагнетателя достигает требуемой скорости вращения турбины, при которой турбонагнетатель может создавать требуемое давление наддува без помощи электронагнетателя. Как только турбина наберет достаточные обороты, для поддержания давления наддува регулирование открытия перепускного клапана может осуществляться с более высокой уставкой коэффициента передачи. Чтобы сберечь заряд аккумуляторной батареи электронагнетателя, как только турбина набрала обороты, выполняют открывание ОКЭН, как видно на линии 518, и замедление электронагнетателя, как видно на линии 508. Далее сжатый воздух для реализации наддува, затребованного водителем, могут подавать в двигатель посредством компрессора турбонагнетателя.
В момент t5 оператор еще раз нажимает на педаль акселератора, уже находящуюся в частично нажатом состоянии, в результате чего двигатель переходит из состояния с менее интенсивным наддувом в состояние с более интенсивным наддувом. В ответ на это увеличение требуемого наддува выполняют увеличение скорости вращения турбины турбонагнетателя путем уменьшения открытия перепускного клапана, при этом перепускной клапан приводится в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи, как видно на линии 516. Так как к этому времени турбина уже набрала обороты, компрессор электронагнетателя может оставаться выключенным.
В момент t6 времени, во время подачи сжатого воздуха в двигатель посредством турбонагнетателя, давление наддува может чрезмерно повыситься. В ответ на это избыточное повышение выполняют увеличение открытия перепускного клапана (к примеру, перепускной клапан полностью открывается) с целью замедления турбины и снижения отдачи турбонагнетателя, как видно на линии 516. Чтобы дополнительно сделать снижение давления наддува более быстрым, выполняют ускорение электронагнетателя до целевой скорости для запирания потока воздуха через компрессор турбонагнетателя. Например, электронагнетатель ускоряют до скорости, при которой возможно достижение целевого отношения давлений на компрессоре турбонагнетателя, расположенного ниже по потоку. На время ускорения электронагнетателя выполняют закрывание ОКЭН с целью направления потока воздуха через компрессор электронагнетателя, при этом ОКЭН приводят в действие с установленной по умолчанию уставкой коэффициента передачи. Электронагнетатель, запирая поток воздуха в компрессор турбонагнетателя, быстрее снижает давление наддува. Соответственно, в отсутствие запирающего потока, создаваемого электронагнетателем, из-за относительно более медленных динамических характеристик перепускного клапана, скорость вращения турбины и давление наддува могли бы уменьшаться медленнее, что видно по пунктирным линиям 506 и 514. Возникшая в результате избыточная отдача крутящего момента могла бы привести к недостаткам дорожных качеств транспортного средства.
К моменту t7 времени ошибка наддува уменьшена. Вследствие этого в момент t7 времени выполняют открывание ОКЭН, как видно на линии 518, и замедление электронагнетателя, как видно на линии 508. Скорость вращения компрессора турбонагнетателя поддерживается постоянной путем уменьшения открытия перепускного клапана, как видно на линии 516. Далее подача сжатого воздуха в двигатель продолжают посредством компрессора турбонагнетателя.
В момент t8 времени оператор отпускает педаль акселератора, как видно на линии 502. Для создания требуемого давления наддува выполняют уменьшение давления наддува турбонагнетателя и скорости вращения турбины, как видно на линиях 504 и 512, путем открывания перепускного клапана турбонагнетателя, как видно на линии 516. Когда давление наддува турбонагнетателя сравнивается с требуемым давлением наддува, выполняют закрывание перепускного клапана, как видно на линии 516.
Таким образом, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува контроллер может увеличивать открытие обходного клапана, установленного в обходном канале первого, расположенного выше по потоку, компрессора; а во втором состоянии избыточного повышения давления наддува указанный контроллер может увеличивать открытие перепускного клапана, установленного в обходном канале параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами и приводящей в действие второй компрессор, расположенный ниже по потоку, при этом как в первом состоянии, так и во втором состоянии избыточное повышение давление наддува имеет место ниже по потоку от второго компрессора. В одном примере, в ответ на первое состояние избыточного повышения давления наддува, поток сжатого воздуха могут подавать в двигатель посредством первого компрессора при отключенном втором компрессоре, при этом первый компрессор приводят в действие электрическим мотором, тогда как во втором состоянии избыточного повышения давления наддува поток сжатого воздуха может подаваться в двигатель посредством второго компрессора с обходом первого компрессора, при этом второй компрессор приводят в действие турбиной, вращаемой отработавшими газами. В первом состоянии избыточного повышения давления наддува скорость вращения турбины может быть ниже порогового значения скорости, а поток воздуха через второй компрессор может быть ниже порогового значения расхода потока, тогда как во втором состоянии избыточного повышения давления наддува скорость вращения турбины может быть больше порогового значения скорости, а поток воздуха через второй компрессор выше порогового значения расхода потока (например, расхода потока воздуха в режиме холостого хода). Кроме того, контроллер может сохранять неизменным положение перепускного клапана отработавших газов в первом состоянии избыточного повышения давления наддува, сохранять неизменным положение обходного клапана во втором состоянии избыточного повышения давления наддува, и сохранять неизменным открытие дроссельной заслонки на впуске как в первом, так и во втором состояниях избыточного повышения давления наддува. При этом каждое состояние из числа первого и второго состояний избыточного повышения давления наддува может содержать ошибку наддува между фактическим давлением наддува и требуемым давлением наддува, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува положение обходного клапана определяется на основании требуемого давления наддува, а как степень, так и длительность увеличения открытия обходного клапана определяются на основании ошибки наддува, тогда как во втором состоянии положение перепускного клапана определяется на основании требуемого давления наддува, а степень увеличения открытия перепускного клапана определяется на основании ошибки наддува. Контроллер также может снижать скорость электрического мотора в первом состоянии избыточного повышения давления наддува от первой скорости вращения мотора, определенной на основании требуемого давления наддува, до второй скорости вращения мотора, определенной на основании ошибки наддува. Увеличение открытия обходного клапана в первом состоянии избыточного повышения давления наддува содержит увеличение открытия обходного клапана до тех пор, пока ошибка наддува не будет снижена, и последующее закрывание обходного клапана с продолжением ускорения первого компрессора.
Таким образом, благодаря управлению скоростью вращения электронагнетателя и обходным клапаном, связанным с указанным электронагнетателем, согласованному с управлением перепускным клапаном, управление давлением наддува осуществляется более точно и быстро.
Технический результат согласования управления электронагнетателем, ступенчато установленным выше по потоку от турбонагнетателя, с управлением перепускным клапаном отработавших газов и клапаном рециркуляции впускного компрессора состоит в возможности более точного управления давлением наддува. Использование обходного клапана электронагнетателя для снижения избыточного давления наддува дает возможность более активно использовать электронагнетатель для снижения задержки турбонаддува в то время, пока турбонагнетатель, расположенный ниже по потоку, набирает обороты. Замедление электронагнетателя с направлением потока в указанный электронагнетатель в обходной канал через обходной клапан дает возможность сделать давление наддува невосприимчивым к задержкам, связанным со спадом скорости вращения электронагнетателя. Использование электронагнетателя в качестве ограничителя потока в состояниях, когда турбонагнетатель работает, дает возможность быстрого устранения избыточного давления наддува, что снижает недостатки дорожных качеств транспортного средства, связанные с отдачей избыточного крутящего момента. Благодаря реализации более благоприятного времени до отдачи крутящего момента улучшается реакция двигателя на наддув, в том числе и при внезапном изменении намерения оператора. Кроме того, управление скоростью вращения электронагнетателя и обходным клапаном, согласованное с управлением дроссельной заслонкой и осуществляемое в дополнительной полосе частот по отношению к управлению перепускным клапаном, дает возможность более активно перестраивать контур управления перепускным клапаном без снижения точности наддува.
В одном примере способ для двигателя с наддувом содержит, пока расположенный ниже по потоку компрессор набирает обороты, ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, путем закрытия обходного клапана в обходном канале первого компрессора, с целью подачи сжатого воздуха в поршневой двигатель, и открывание указанного обходного клапана в ответ на избыточное повышение давления наддува. В предыдущем примере, дополнительно или в качестве одной из возможностей, компрессор, расположенный ниже по потоку, больше, чем компрессор, расположенный выше по потоку. Следствием большего размера компрессора, расположенного ниже по потоку, является более значительная инерция, производительность наддува и т.д. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, открывание обходного клапана включает в себя кратковременное открывание обходного клапана из полностью закрытого положения, при этом как степень открывания обходного клапана, так и длительность открывания обходного клапана определяются на основании избыточного повышения давления наддува, имеющего место ниже по потоку от указанного компрессора, расположенного ниже по потоку, а указанное избыточное повышение давления наддува включает в себя превышение фактическим давлением наддува требуемого давления наддува, при этом указанный способ дополнительно содержит поддержание дроссельной заслонки на впуске открытой. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, когда фактическое давление наддува превосходит требуемое давление наддува, выполняют увеличение одного или более параметров из числа степени открывания обходного клапана и длительности открывания обходного клапана, а когда фактическое давление наддува находится на уровне требуемого давления наддува, выполняют закрывание обходного клапана. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, компрессор, расположенный выше по потоку, ускоряют посредством электрического мотора, а компрессор, расположенный ниже по потоку, приводят в действие турбиной, вращаемой отработавшими газами, при этом ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, включает в себя работу указанного электрического мотора со скоростью вращения мотора, определяемой на основании требуемого давления наддува. Компрессор, расположенный выше по потоку, может управляться электрическим мотором, который не связан с работой двигателя внутреннего сгорания и может управляться независимо. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит замедление компрессора, расположенного выше по потоку, выполняемое путем снижения скорости вращения мотора электрического мотора, в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит, в ответ на превышение скоростью вращения турбины, вращаемой отработавшими газами, порогового значения скорости, замедление компрессора, расположенного выше по потоку, открывание обходного клапана и подачу сжатого воздуха в поршневой двигатель посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, с обходом компрессора, расположенного выше по потоку. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит, в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, при закрытом обходном клапане с целью ограничения потока воздуха в компрессор, расположенный ниже по потоку. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит, в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного ниже по потоку, увеличение открытия перепускного клапана и/или клапана рециркуляции компрессора, установленного в обходном канале компрессора, расположенного ниже по потоку, а в ответ на избыточное повышение давления наддува при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку, сохранение как перепускного клапана, так и клапана рециркуляции компрессора закрытыми. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, перепускной клапан приводится в действие с уставкой коэффициента передачи, превышающей установленную по умолчанию уставку коэффициента передачи, при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного выше по потоку, и с установленной по умолчанию уставкой коэффициента передачи при подаче сжатого воздуха посредством компрессора, расположенного ниже по потоку.
В еще одном примере способ двигателя содержит, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува, увеличение открытия обходного клапана, установленного в обходном канале параллельно первому компрессору, расположенному выше по потоку, и, во втором состоянии избыточного повышения давления наддува, увеличение открытия перепускного клапана, установленного в обходном канале параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами и приводящей в действие второй компрессор, расположенный ниже по потоку, причем как в первом состоянии, так и во втором состоянии избыточное повышение давление наддува имеет место ниже по потоку от второго компрессора. Представленный выше примерный способ содержит, дополнительно или в качестве одной из возможностей, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува, подачу потока сжатого воздуха в двигатель посредством первого компрессора при отключенном втором компрессоре, при этом первый компрессор приводят в действие электрическим мотором, и, во втором состоянии избыточного повышения давления наддува, подачу потока сжатого воздуха в двигатель посредством второго компрессора с обходом первого компрессора, при этом второй компрессор приводят в действие турбиной, вращаемой отработавшими газами. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува скорость вращения турбины ниже порогового значения скорости и поток воздуха через второй компрессор ниже порогового значения расхода потока, а во втором состоянии избыточного повышения давления наддува скорость вращения турбины выше порогового значения скорости и поток воздуха через второй компрессор выше порогового значения расхода потока. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит сохранение положения перепускного клапана отработавших газов в первом состоянии избыточного повышения давления наддува, сохранение положения обходного клапана во втором состоянии избыточного повышения давления наддува и сохранение открытия дроссельной заслонки на впуске как в первом, так и во втором состояниях избыточного повышения давления наддува. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, каждое состояние из числа первого и второго состояний избыточного повышения давления наддува содержит ошибку наддува между фактическим давлением наддува и требуемым давлением наддува, в первом состоянии избыточного повышения давления наддува положение обходного клапана определяется на основании требуемого давления наддува, а как степень, так и длительность увеличения открытия обходного клапана определяются на основании ошибки наддува, и, во втором состоянии, положение перепускного клапана определяется на основании требуемого давления наддува, а степень увеличения открытия перепускного клапана определяется на основании ошибки наддува. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, указанный способ дополнительно содержит снижение скорости вращения электрического мотора в первом состоянии избыточного повышения давления наддува от первой скорости вращения мотора, определенной на основании требуемого давления наддува, до второй скорости вращения мотора, определенной на основании ошибки наддува. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, увеличение открытия обходного клапана в первом состоянии избыточного повышения давления наддува содержит увеличение открытия обходного клапана до тех пор, пока ошибка наддува не будет снижена, и последующее закрывание обходного клапана с продолжением ускорения первого компрессора.
В еще одном примере система двигателя содержит двигатель, содержащий впуск, первый впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие посредством электрического мотора, получающего энергию от аккумуляторной батареи, второй впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие посредством турбины, вращаемой отработавшими газами, расположенный в указанном впуске ниже по потоку от первого компрессора, обходной канал, присоединенный параллельно первому компрессору и содержащий обходной клапан, перепускной канал, присоединенный параллельно турбине, вращаемой отработавшими газами, и содержащий перепускной клапан, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, предназначенными для подачи, в ответ на выполненное оператором нажатие на педаль акселератора, сжатого воздуха в двигатель путем работы первого компрессора при закрытом обходном клапане и закрытом перепускном клапане до тех пор, пока скорость вращения турбины не превысит пороговое значение скорости вращения турбины, и периодического открывания обходного клапана в ответ на избыточное повышение давления наддува во время работы первого компрессора с сохранением перепускного клапана закрытым. Представленная выше примерная система может, дополнительно или в качестве одной из возможностей, содержать в контроллере дополнительные инструкции, предназначенные для подачи, после превышения скоростью вращения турбины указанного порогового значения скорости вращения турбины, сжатого воздуха в двигатель путем работы второго компрессора с обходом второго компрессора, при закрытом обходном клапане и частично открытом перепускном клапане, и периодического увеличения открытия перепускного клапана с сохранением обходного клапана закрытым в ответ на избыточное повышение давления наддува при работе второго компрессора. В любом или в каждом из предыдущих примеров, дополнительно или в качестве одной из возможностей, контроллер содержит дополнительные инструкции для приведения перепускного клапана в действие с уставкой, превышающей установленную по умолчанию уставку, когда характеристики обходного клапана не снижены, и для приведения перепускного клапана в действие с установленной по умолчанию уставкой в ответ на признак снижения характеристик обходного клапана.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, например, с управлением от событий, управлением от прерываний, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные здесь разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут опускаться. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно требуется для реализации отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, а служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из описанных действий, операций и/или функций в зависимости от конкретной применяемой стратегии могут выполняться с повторением. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, подлежащий программированию в долговременную память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, в которой указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, поскольку возможны разнообразные их модификации. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, двигателям с четырьмя оппозитными цилиндрами и к двигателям других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
Нижеследующие пункты формулы изобретения, в частности, указывают определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы может быть упомянут некоторый элемент или «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать такие пункты как указывающие на содержание одного или более таких элементов, не требующие и не исключающие содержания двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.