СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СМЯГЧЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ НЕИСПРАВНОСТИ ДРОССЕЛЯ
METHOD AND SYSTEM FOR MITIGATING CONSEQUENCES OF THROTTLE MALFUNCTION

Уровень техники/Сущность изобретения
Двигатель может содержать дроссель с электронным управлением для регулировки потока воздуха в двигатель. Дроссель может открываться для повышенных запрашиваемых водителем крутящих моментов и закрываться для пониженных запрашиваемых водителем крутящих моментов. Положение дросселя можно контролировать и настраивать через один или более датчиков положения дросселя. Существует вероятность, что один или более датчиков положения дросселя могут стать неисправными. Эта неисправность может сделать более трудным достижение требуемого уровня характеристик управления дросселем. Один из способов управления дросселем при наличии имеющейся неисправности датчика дросселя заключается в задании дросселю, по существу, закрытого положения (например, открытии менее чем на пять процентов от общего диапазона) или в ограничении величины открытия дросселя. Тем не менее, ограничение дросселя малой величиной открытия может сделать более трудным для водителя автомобиля добраться до места сервиса.
Авторы настоящего изобретения признают вышеупомянутые недостатки и разработали способ эксплуатации двигателя с помощью контроллера в сочетании с дросселем, содержащий: задание дросселю положения с помощью контроллера в ответ на индикацию неисправности дросселя; и приведение в действие электрического компрессора с помощью контроллера в ответ на индикацию неисправности дросселя.
Приведение в действие компрессора и задание дросселю открытого положения обеспечивает возможность получения технического результата по регулированию потока воздуха в двигателе при наличии неисправности дросселя. В частности, частоту вращения электрического компрессора можно настроить в соответствии с линией дросселирования потока карты характеристик компрессора для электрического компрессора так, чтобы можно было регулировать поток воздуха в двигателе, в то время когда может произойти ухудшение в работе дросселя.
Настоящее изобретение может обеспечить ряд преимуществ. В частности, такой подход может обеспечить улучшение управляемости автомобиля в условиях неисправности дросселя. Кроме того, данный подход может обеспечить больший рабочий диапазон двигателя в условиях неисправности дросселя. К тому же, данный подход может содержать дополнительные смягчающие действия, реагирующие на неисправность электрического компрессора и дросселя.
Вышеуказанные преимущества и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения станут очевидно выраженными из последующего Подробного Раскрытия, взятые по отдельности или в сочетании с сопровождающими чертежами.
Следует понимать, что представленная выше сущность изобретения предназначена для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые описаны ниже в подробном раскрытии. Она не предназначена для идентификации ключевых или основных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется пунктами формулы изобретения, следующими после подробного раскрытия. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается осуществлениями, которые устраняют какие-либо из вышеуказанных недостатков, или в какой-либо части данного изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение двигателя;
на фиг. 2 показана схема, иллюстрирующая поток воздуха в двигателе в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3 показан примерный эксплуатационный цикл двигателя;
на фиг. 4 показана примерная карта характеристик компрессора, содержащая линию дросселирования потока; и
на фиг. 5 показан примерный способ эксплуатации двигателя при наличии неисправности дросселя.
Подробное раскрытие
Настоящее изобретение относится к эксплуатации двигателя, который содержит дроссель с электрическим управлением. Этот дроссель может быть установлен в заданную величину открытия, и поток воздуха в двигателе может контролироваться через регулировку частоты вращения электрического компрессора для контроля крутящего момента двигателя в соответствии с запрашиваемом водителем крутящим моментом. На фиг. 1 показан примерный двигатель, содержащий два компрессора. Воздух может протекать в системе впуска двигателя как показано на фиг. 2. Примерный эксплуатационный цикл двигателя для регулирования потока воздуха и крутящего момента при наличии неисправности дросселя показан на фиг. 3. Линия дросселирования потока для компрессора показана на фиг. 4. В заключение, на фиг. 5 показан способ эксплуатации двигателя при наличии неисправности дросселя.
Рассмотрим фиг. 1, где двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, находящимся внутри них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана находящейся в сообщении со впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может управляться кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.
Топливный инжектор 66 показан расположенным для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск. В качестве альтернативы, топливо можно впрыскивать во впускное окно, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускной канал. Топливный инжектор 66 поставляет жидкое топливо пропорционально длительности импульсов от контроллера 12. Топливо поставляется в топливный инжектор 66 топливной системой, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан), и топливную рампу (не показана). Кроме того, впускной коллектор 44 показан находящемся в сообщении с опциональным электронным дросселем 62, который регулирует угол поворота дроссельной заслонки 64 для контроля потока воздуха из камеры 46 наддува.
Компрессор 162 производит забор воздуха из устройства 42 впуска воздуха двигателя для подачи в камеру 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 с помощью вала 161. Байпасный клапан 175 компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, может управляться электрически с помощью сигнала от контроллера 12. Байпасный клапан 175 компрессора позволяет подавать сжатый воздух обратно на вход компрессора для ограничения давления наддува. Аналогичным образом, исполнительный механизм 72 перепускного клапана позволяет отработавшим газам обходить турбину 164 так, чтобы регулировать давление наддува при различных режимах эксплуатации.
Электроприводной компрессор 150 может выборочно приводиться в действие с помощью контроллера 12. Электроэнергия от аккумулятора электроэнергии и/или генератора (не показан) подает энергию для вращения электроприводного компрессора. Байпасный канал 37 электроприводного компрессора содержит байпасный клапан 153 электроприводного компрессора, который может выборочно открываться для того, чтобы позволить воздуху протекать от компрессора 162 через охладитель 151 наддувочного воздуха и в камеру 46 наддува без прохождения через электроприводной компрессор 150. Охладитель 151 наддувочного воздуха охлаждает воздух, поступающий в систему 171 впуска двигателя. Охладитель 151 наддувочного воздуха может быть воздушно-воздушным охладителем или жидкостно-воздушным охладителем.
Бесконтактная система 88 зажигания подает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания, управляясь контроллером 12. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ, UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. В качестве альтернативы, вместо датчика 126 УДКОГ можно использовать датчик кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
Согласно одному примеру, нейтрализатор 70 может содержать множество каталитических блоков. В еще одном примере, может использоваться множество устройств контроля выбросов, каждое с множеством блоков. Нейтрализатор 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, как в одном из примеров.
Контроллер 12 показан на фиг. 12 как стандартный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное (долговременное) запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110, и стандартную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим, помимо описанных раннее сигналов, различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, содержащие: температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рукавом 114 охлаждения; датчик 134 положения, соединенный с педалью 130 акселератора для определения положения педали акселератора, регулируемой ногой 132; влажность наружного воздуха от датчика 19 влажности; измерение давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 121 давления, соединенного с впускным коллектором 44; измерение давления наддува или давления на впуске дросселя от датчика 122 давления, соединенного с камерой 46 наддува, или, в качестве альтернативы, выше по потоку от электрического компрессора 150; положение двигателя от датчика 118 Холла, измеряющего положение коленчатого вала 40; измерение количества воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120 (например, теплового датчика расхода воздуха с проволочным элементом); и измерение положения дросселя от датчика 58. Датчик 118 положения двигателя выдает заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, откуда можно определить частоту вращения двигателя (об/мин).
В некоторых примерах, двигатель может быть соединен с системой электродвигатель/аккумулятор в гибридном автомобиле. Гибридный автомобиль может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, или разновидность или комбинации из них. Кроме того, в некоторых примерах, могут использоваться и другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр внутри двигателя 10, как правило, проходит четырехтактный цикл, который содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения, и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, при этом поршень 36 перемещается к нижней части цилиндра таким образом, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра таким образом, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, называемом в дальнейшем впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, называемом в дальнейшем зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняется известными способами зажигания, такими как свеча 92 зажигания, приводящими к возгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня во вращательный крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что вышеизложенное приведено лишь в качестве примера, и что регулирование фаз открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может изменяться для того, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана, или различные другие примеры.
Воздух проходит через двигатель от устройства 42 впуска воздуха двигателя через компрессор 162, охладитель 151 наддувочного воздуха, электроприводной компрессор 150, и дроссель 62, перед тем как поступить во впускной коллектор 44 двигателя. Воздух поступает в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 двигателя, перед тем как поступить в выпускной коллектор 48 в качестве побочных продуктов сгорания или воздуха. После прохождения через турбину 164 и прохождения через нейтрализатор 70, воздух и/или побочные продукты сгорания затем выпускаются в атмосферу. Таким образом, устройство 42 впуска воздуха двигателя находится выше по потоку от компрессора 162, охладителя 151 наддувочного воздуха, электроприводного компрессора 150, и камеры 30 сгорания в соответствии с направлением потока воздуха через двигатель 10.
Рассмотрим фиг. 2, где показан схематично иллюстрированный поток воздуха через двигатель в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения. На фиг. 2 показан поток воздуха в компонентах двигателя, показанных на фиг. 1. Элементы, показанные на фиг. 2, помеченные теми же цифрами, что и на фиг. 1, являются теми же самыми элементами, показанными на фиг. 1. Кроме того, элементы функционируют таким же образом. Таким образом, описание этих элементов опущено для краткости.
В режимах эксплуатации двигателя, когда может присутствовать запаздывание турбонагнетателя или неисправность дросселя, клапан 153 может быть закрыт так, чтобы воздух протекал от компрессора 162 к электроприводному компрессору 150 перед прохождением электронного дросселя 62. Воздух протекает через систему 171 впуска двигателя в направлении, показанном стрелкой 201, когда клапан 153 закрыт. Клапан 153 может быть открыт и электроприводной компрессор отключен, когда компрессор 162 может обеспечивать расход воздуха при требуемом расходе воздуха двигателем или выше него. Воздух протекает через устройство 171 впуска двигателя в направлении, показанном стрелкой 205, когда клапан 153 открыт и электроприводной компрессор отключен. Воздушный поток может проходить в направлении, противоположном показанному стрелками 205 когда электроприводной компрессор 150 приведен в действие и клапан 153 открыт. Воздух протекает в двигатель 10 как показано стрелкой 210. Воздух может протекать в двигатель 10 когда клапан 153 открыт или закрыт.
Частота вращения электроприводного компрессора может изменяться с помощью изменения электрического тока, подаваемого на компрессор 150. Изменение частоты вращения компрессора может увеличивать или уменьшать давление в камере 46 наддува и увеличивать или уменьшать давление между электроприводным компрессором и охладителем 151 наддувочного воздуха. В частности, давление к камере 46 наддува может увеличиваться, когда увеличивается частота вращения электроприводного компрессора 150.. Давление между электроприводным компрессором 150 и охладителем наддувочного воздуха может уменьшаться, когда увеличивается частота вращения электроприводного компрессора 150. С другой стороны, давление в камере 46 наддува может уменьшаться от более высокого давления, когда частота вращения электроприводного компрессора 150 уменьшается из-за потребления воздуха двигателем. Давление между электроприводным компрессором 150 и охладителем наддувочного воздуха может увеличиваться, когда частота вращения электроприводного компрессора 150 уменьшается или, когда поток от компрессора 162 больше потока, проходящего через электрический компрессор 150.
Поток воздуха может проходить в направлении, показанном стрелкой 207, когда байпасный клапан 175 компрессора открыт. Байпасный клапан 175 может быть открыт, когда компрессор 162 приближается к состоянию помпажа (например, работая при низком расходе и при средне-высоком коэффициенте сжатия в компрессоре 162).
Таким образом, система, показанная на фигурах 1 и 2, предоставляет систему двигателя, содержащую: двигатель, который содержит систему впуска воздуха и дроссель; турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшими газами, и содержащий байпасный клапан турбонагнетателя; электрический компрессор, установленный в системе впуска воздуха ниже по потоку от турбонагнетателя, приводимого в действие отработавшими газами, и содержащий байпасный клапан электрического компрессора; и контроллер, содержащий хранящиеся в долговременной памяти исполняемые инструкции для открытия байпасного клапана турбонагнетателя, закрытия байпасного клапана электрического компрессора, и регулировки частоты вращения электрического компрессора в ответ на индикацию неисправности дросселя.
В некоторых примерах, система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для подачи команды на закрытие дросселя в ответ на то, что давление во впускном коллекторе выше порогового значения. Система двигателя содержит, что частота вращения электрического компрессора регулируется для соответствия линии дросселирования потока карты характеристик компрессора. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для закрытия байпасного клапана электрического компрессора и приведения в действие электрического компрессора в соответствии с запаздыванием турбонагнетателя при отсутствии индикации неисправности дросселя. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для открытия перепускного клапана в ответ на индикацию неисправности дросселя. Система двигателя содержит, что частота вращения электрического компрессора регулируется с помощью регулировки тока, подаваемого на электрический компрессор.
Рассмотрим фиг. 3, где показана возможная последовательность работы двигателя. Последовательность работы двигателя может быть обеспечена с помощью системы на фиг. 1 в соответствии со способом на фиг. 5. Вертикальные линии Т0-Т4 обозначают важные временные моменты данной последовательности. Диаграммы синхронизированы по времени, и события на них происходят одновременно.
Первая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой запрашиваемого водителем крутящего момента от времени. Вертикальная ось представляет запрашиваемый водителем крутящий момент и запрашиваемый водителем крутящий момент возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Вторая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой частоты вращения электроприводного компрессора от времени. Вертикальная ось представляет частоту вращения электроприводного компрессора, и частота вращения возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Третья диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой положения дросселя от времени. Положение дросселя является полностью открытым, когда кривая находится на более высоком уровне рядом со стрелкой вертикальной оси. Дроссель закрыт, когда кривая находится на более низком уровне рядом с горизонтальной осью. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны рисунка в правую сторону рисунка.
Четвертая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой рабочего положения байпасного клапана электроприводного компрессора (ЭК) от времени. Вертикальная ось представляет рабочее положение байпасного клапана ЭК. Байпасный клапан ЭК открыт, когда кривая находится на более высоком уровне рядом со стрелкой вертикальной оси. Байпасный клапан ЭК закрыт, когда кривая находится на более низком уровне рядом с горизонтальной осью. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны рисунка в правую сторону рисунка.
Пятая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой состояния неисправности дросселя от времени. Вертикальная ось представляет состояние неисправности дросселя, и неисправность дросселя индицируется, когда кривая находится на более высоком уровне рядом со стрелкой вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны рисунка в правую сторону рисунка.
В момент времени Т0, запрашиваемый водителем крутящий момент является относительно высоким и электрический компрессор отключен. Турбонагнетатель (не показан) может подавать сжатый воздух в двигатель во время режимов повышенного крутящего момента, запрашиваемого водителем. Дроссель находится в положении открытом на относительно большую величину, и байпасный клапан электрического компрессора открыт, позволяя воздуху протекать от компрессора турбонагнетателя к дросселю без прохождения через электрический компрессор. Состояние неисправности дросселя не предполагает индикацию неисправности дросселя.
В момент времени Т1, водитель уменьшает запрашиваемый водителем крутящий момент путем, по меньшей мере, частичного отпускания педали акселератора. Величина открытия дросселя уменьшается в соответствии с уменьшением запрашиваемого водителем крутящего момента. Электроприводной компрессор остается отключенным, но байпасный клапан закрывается сразу после уменьшения запрашиваемого водителем крутящего момента так, что электрический компрессор может обеспечить наддув для ожидаемого предстоящего увеличения запрашиваемого водителем крутящего момента. Состояние неисправности дросселя остается неподтвержденным.
В момент времени Т2, увеличивается запрашиваемый водителем крутящий момент и приводится в действие электроприводной компрессор в соответствии с увеличением запрашиваемого водителем крутящего момента. Частота вращения электроприводного компрессора регулируется в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом и давлением наддува. Приведение в действие электроприводного компрессора позволяет уменьшить задержку крутящего момента двигателя из-за запаздывания турбонагнетателя. Состояние неисправности дросселя остается неподтвержденным.
В момент времени Т3, поток воздуха в двигателе и поток через турбонагнетатель достигают требуемой величины потока воздуха в двигателе. Поэтому, электроприводной компрессор отключается и открывается байпасный клапан электроприводного компрессора. Открытие байпасного клапана электроприводного компрессора и отключение электроприводного компрессора позволяют обеспечивать поток воздуха в двигателе только с помощью компрессора турбонагнетателя без участия электроприводного компрессора. Таким образом, можно сократить потребление энергии при работе двигателя.
Между моментами времени Т3 и Т4, запрашиваемый водителем крутящий момент немного увеличивается, а затем уменьшается в соответствии с изменением положения педали акселератора. Положение дросселя настраивается в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом, электрический компрессор остается отключенным. Байпасный клапан электрического компрессора остается открытым и состояние неисправности дросселя не подтверждено. Электрический компрессор отключен, на что указывает низшая частота вращения электрического компрессора.
В момент времени Т4, на неисправность дросселя указывает переходящий на повышенный уровень статус неисправности дросселя. Неисправность дросселя может индицироваться в соответствии с тем, что один или более датчиков положения дросселя выдает значение больше, чем первое пороговое значение или меньше, чем второе пороговое значение. Кроме того, неисправность дросселя может индицироваться в ответ на то, что давление во впускном коллекторе двигателя больше, чем первое пороговое значение для данного запрашиваемого водителем крутящего момента. В качестве альтернативы, неисправность дросселя может индицироваться в ответ на то, что давление во впускном коллекторе двигателя меньше, чем второе пороговое значение для данных запрашиваемого водителем крутящего момента и частоты вращения двигателя.
Байпасный клапан электрического компрессора закрывается в ответ на индикацию неисправности дросселя, и приводится в действие электрический компрессор, на что указывает увеличение частоты вращения двигателя. Посылается команда на открытие дросселя и запрос водителя остается относительно постоянным. Частота вращения электрического компрессора регулируется для подачи в двигатель потока воздуха, соответствующего запрашиваемому водителем крутящему моменту, и частота вращения компрессора основана на линии дросселирования воздушного потока карты характеристик компрессора, как более детально описано ниже. Частота вращения электрического компрессора регулируется в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом после момента времени Т4. Байпасный клапан электрического компрессора остается закрытым так, что весь поток подаваемого в двигатель воздуха проходит через электрический компрессор.
Таким образом, частота вращения электрического компрессора может регулироваться для обеспечения требуемого потока воздуха, проходящего через двигатель для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя в соответствии с крутящим моментом, запрашиваемым водителем. Кроме того, электрический компрессор дросселирует поток воздуха в двигатель так, чтобы можно было уменьшить вероятность подачи в двигатель избыточного потока воздуха.
Рассмотрим фиг. 3, где показана примерная карта рабочих характеристик компрессора для электрического компрессора. Вертикальная ось представляет коэффициент сжатия в компрессоре. Горизонтальная ось представляет расход воздуха через компрессор. Кривые 405 КПД компрессора указывают участки КПД компрессора. Линия 402 является границей помпажа компрессора, где коэффициенты сжатия и КПД компрессора слева от линии 402 представляют неустойчивую работу компрессора. Линия 404 представляет линию дросселирования потока, которую не может превысить поток через компрессор. Линии 410 и 420 представляют постоянные частоты вращения компрессора, где линия 410 представляет более низкую частоту компрессора, чем линия 420. Контролируя частоту вращения компрессора с помощью регулировки тока, подаваемого на компрессор, можно контролировать и ограничивать скорость потока воздуха через компрессор в соответствии с линией 404 дросселирования потока, когда дроссель двигателя полностью открыт.Таким образом, поток воздуха через двигатель может быть ограничен, чтобы быть меньше потока воздуха, соответствующего потоку воздуха линии 404 дросселирования потока. Рассмотрим фиг. 5, где показан примерный способ эксплуатации двигателя при наличии неисправности дросселя. По меньшей мере, части способа на фиг. 5 могут быть включены в котроллер 12 системы на фиг. 1 как исполняемые инструкции, хранящиеся в долговременной памяти. Кроме того, части способа на фиг. 5 могут быть действиями, совершаемыми контроллером 12 в физическом мире для изменения режимов эксплуатации автомобиля с помощью одного или более исполнительных механизмов или датчиков. Дополнительно, в некоторых примерах, один или более шагов, показанные на фиг. 5, могут быть опущены, а оставшиеся шаги способа на фиг. 5 могут быть выполнены. Способ на фиг. 5 может обеспечить последовательность работы, показанную на фиг. 3.
На шаге 502, способ 500 определяет условия автомобиля, содержащие, но не ограниченные этим: запрашиваемый водителем крутящий момент, давление на впуске дросселя, требуемый поток воздуха в двигателе, частоту вращения двигателя, наружную влажность, температуру наружного воздуха, и температуру воздуха на впуске, которые определяются через опросы различных датчиков, показанных на фиг. 1. В одном из примеров, способ 500 определяет запрашиваемый водителем крутящий момент на основании поиска эмпирически определенных значений крутящего момента на основании положения педали акселератора и скорости автомобиля. Способ 500 переходит к шагу 504 после определения рабочих условий.
На шаге 504, способ 500 решает, присутствует ли неисправность дросселя. В одном из примеров, способ 500 может решать, присутствует ли неисправность дросселя, на основании выходных сигналов от одного или более датчиков положения дросселя. Например, если выходной сигнал датчика положения дросселя больше порогового значения, может быть решено, что присутствует неисправность дросселя. Кроме того, если давление во впускном коллекторе двигателя больше ожидаемого значения более чем на пороговое давление, способ 500 может решить, что присутствует неисправность дросселя. Если способ 500 решает, что присутствует неисправность дросселя, ответ - "Да" и способ 500 переходит к шагу 506. В противном случае, ответ - "Нет" и способ 500 переходит к шагу 520.
На шаге 506, способ 500 закрывает байпасный клапан электрического компрессора. Байпасный клапан электрического компрессора полностью закрывается так, что весь воздух, поступающий в двигатель через систему впуска двигателя, должен проходить через электрический компрессор. Таким образом, электрический компрессор 400 может контролировать поток воздуха, поступающий в двигатель. Кроме того, способ 500 может посылать команду дросселю двигателя на полное открытие на шаге 506 для того, чтобы позволить электрическому компрессору контролировать поток воздуха в двигателе. В некоторых примерах, на перепускной клапан турбонагнетателя и байпасный клапан компрессора могут посылаться команды на открытие для обеспечения электрического компрессора дополнительным контролем воздуха, поступающего в двигатель. Способ 500 переходит к шагу 508 после закрытия байпасного клапана электрического компрессора.
На шаге 508, способ 500 приводит в действие электроприводной компрессор или нагнетатель (ЭК). Кроме того, способ 500 регулирует частоту вращения электроприводного компрессора в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом, коэффициентом сжатия электрического компрессора, и требуемым потоком воздуха в двигателе. В одном из примеров, запрашиваемый водителем крутящий момент определяется из эмпирически определенных значений крутящего момента, которые хранятся в таблице, проиндексированной в зависимости от положения педали акселератора и скорости автомобиля. Запрашиваемый водителем крутящий момент затем конвертируется в величину потока воздуха в двигателе. Величина потока воздуха в двигателе основана на эмпирически определенных потоках воздуха в двигателе, хранящихся в таблице в памяти. Таблица проиндексирована с помощью частоты вращения двигателя и запрашиваемого водителем крутящего момента, и таблица выдает значение потока воздуха в двигателе, при котором двигатель выдает запрашиваемый водителем крутящий момент, работая с минимальной искрой зажигания для наилучшего крутящего момента, и стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Значение потока воздуха в двигателе используется для определения команды для частоты вращения для электрического компрессора. В частности, команда для частоты вращения электрического компрессора определяется из карты характеристик компрессора, проиндексированной на основе потока воздуха в двигателе, определенного из запрашиваемого водителем крутящего момента и коэффициента сжатия в электрическом компрессоре. Карта характеристик компрессора может быть такого типа, как показано на фиг. 4. Карта характеристик компрессора выдает значение частоты вращения электрического компрессора при дросселировании потока через компрессор. В частности, значение частоты вращения компрессора в таблице, которое обеспечивает поток воздуха в двигателе, в то время как электрический компрессор работает по линии дросселирования потока карты характеристик компрессора, берется из этой таблицы. Команда для частоты вращения электрического компрессора настраивается на частоту вращения, полученную из таблицы. Способ 500 переходит к шагу 510 после настройки команды для частоты вращения на частоту вращения, которая дросселирует поток воздуха через электрический компрессор при скорости потока, которая обеспечивает запрашиваемый водителем крутящий момент.
На шаге 510, способ 500 регулирует команду для частоты вращения электрического компрессора для обеспечения давления во впускном коллекторе, которое соответствует скорости потока воздуха в двигателе, определенной на шаге 508. Давление во впускном коллекторе для четырехцилиндрового двигателя может быть определено исходя из частоты вращения двигателя, рабочего объема двигателя, и температуры воздуха с помощью следующего уравнения: , где Мс - массовый заряд цилиндра, который основан на потоке воздуха в двигателе и частоте вращения двигателя, D - рабочий объем двигателя, R - газовая константа, Т - температура воздуха, Pm - давление во впускном коллекторе, N - частота вращения двигателя, L - нагрузка га двигатель, и η - эмпирически определенный объемный КПД двигателя. Если давление во впускном коллекторе, определенное с помощью датчика давления (измеренное давление во впускном коллекторе) отличается от давления во впускном коллекторе, которое основано на потоке воздуха в двигателе, который основан на запрашиваемом водителем крутящем моменте, частота вращения двигателя может регулироваться в соответствии с разностью между измеренным давлением во впускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе, основанном на запрашиваемом водителем крутящем моменте. В частности, разность давлений во впускном коллекторе может быть умножена на коэффициент усиления (например, скаляр) и частота вращения электрического компрессора изменяется на этот результат. В некоторых примерах, шаг 510 может быть пропущен. Способ 500 переходит к шагу 512 после регулировки команды для частоты вращения электрического компрессора в соответствии с давлением во впускном коллекторе.
На шаге 512, способ 500 решает больше ли давление воздуха во впускном коллекторе (ДВК) порогового давления. Это пороговое давление может быть основано на и изменяться со частотой вращения двигателя. Если способ 500 решает, что давление во впускном коллекторе больше порогового давления, ответ - "Да" и способ 500 переходит к шагу 516. В противном случае, ответ - "Нет" и способ 500 переходит к шагу 514.
На шаге 516, способ 500 посылает команду на закрытие дросселя и отключает электрический компрессор. Когда дроссель закрыт, он может позволить небольшому количеству воздуха поступать в двигатель так, что автомобиль может медленно двигаться на малой скорости. Кроме того, может открываться байпасный клапан электрического компрессора. Способ 500 переходит к завершению после закрытия дросселя и отключения электрического компрессора.
На шаге 514, способ 500 ограничивает частоту вращения электрического компрессора, чтобы она была меньше пороговой частоты вращения, на основании запрашиваемого водителем крутящего момента и скорости автомобиля. В одном из примеров, эмпирически определенные частоты вращения электрического компрессора вводятся в таблицу в памяти, которую индексируют на основе запрашиваемого водителем крутящего момента и скорости автомобиля. Команда для частоты вращения электрического компрессора ограничивается значением, которое меньше значения, извлеченного из таблицы. Команда для частоты вращения электрического компрессора подается на электрический компрессор после применения ограничения. Дроссель закрывается и отключает электрический компрессор. Когда дроссель закрыт, он может позволить небольшому количеству воздуха поступать в двигатель так, что автомобиль может медленно двигаться на малой скорости. Кроме того, может открываться байпасный клапан электрического компрессора. Способ 500 переходит к завершению после закрытия дросселя и отключения электрического компрессора.
На шаге 520, способ 500 решает, присутствуют ли условия запаздывания или задержки турбонагнетателя. Условия для запаздывания турбонагнетателя могут присутствовать, когда частота вращения компрессора турбонагнетателя меньше пороговой частоты вращения, и когда запрашиваемый водителем крутящий момент выше порогового значения и/или возрастает. Турбонагнетатель может быть не в состоянии мгновенно увеличить поток воздуха в двигателе в соответствии с увеличением запрашиваемого водителем крутящего момента, когда частота вращения компрессора турбонагнетателя мала, из-за инерции турбонагнетателя и задержек потока воздуха через двигатель. Если способ 500 решает, что присутствуют условия запаздывания турбонагнетателя, ответ - "Да" и способ 500 переходит к шагу 522. В противном случае, ответ - "Нет" и способ 500 переходит к шагу 526.
На шаге 522, способ 500 закрывает байпасный клапан электрического компрессора. Байпасный клапан электрического компрессора закрывается таким образом, что электрический компрессор может создавать давление в камере наддува ниже по потоку от электрического компрессора и выше по потоку от дросселя. Кроме того, байпасный клапан электрического компрессора направляет весь поток воздуха в двигателе через электрический компрессор. Способ 500 переходит к шагу 524 после закрытия байпасного клапана электрического компрессора.
На шаге 524, способ 500 приводит в действие электрический компрессор и регулирует его частоту вращения. В одном из примеров, частота вращения электрического компрессора регулируется как функция запрашиваемого водителем крутящего момента и давления наддува (например, давления выше по потоку от дросселя). Например, запрашиваемый водителем крутящий момент может использоваться для индексации таблицы или функции, которая выдает эмпирически определенную частоту вращения электрического компрессора. Частота вращения электрического компрессора может дополнительно регулироваться в соответствии с давлением наддува. Например, если давление наддува меньше требуемого давления наддува, определенного из запрашиваемого водителем крутящего момента, частота вращения электрического компрессора может быть увеличена. Если давление наддува больше требуемого давления наддува, частота вращения электрического компрессора может быть уменьшена. Способ 500 переходит к завершению после того как частота вращения электрического компрессора отрегулирована.
На шаге 526, способ 500 открывает байпасный клапан электрического компрессора. Байпасный клапан электрического компрессора открывается таким образом, что воздух может протекать непосредственно от компрессора турбонагнетателя к дросселю без прохождения через электрический компрессор. Обход электрического компрессора может повысить КПД двигателя при некоторых режимах.
На шаге 528, способ 500 отключает электрический компрессор путем остановки подачи тока на электрический компрессор. Таким образом, электроэнергия может быть сохранена, когда компрессор турбонагнетателя работает с требуемой частотой вращения. Способ 500 переходит к завершению после отключения электрического компрессора.
Таким образом, частоту вращения электрического компрессора можно контролировать в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом для ограничения выдачи крутящего момента, обеспечивая при этом крутящий момент двигателя для приведения в движение автомобиля для целого ряда режимов вождения и запрашиваемых водителем крутящих моментах. Следовательно, водитель будет в состоянии добраться до зоны обслуживания при условиях неисправности дросселя при мощности, обеспечиваемой двигателем.
Таким образом, способ на фиг. 5 предусматривает способ эксплуатации двигателя с помощью контроллера в сочетании с дросселем, который содержит: посылку команды на положение дросселя в ответ на индикацию неисправности дросселя; и приведение в действие электрического компрессора с помощью контроллера в ответ на индикацию неисправности дросселя. Данный способ содержит, что индикацией неисправности дросселя является то, что выходной сигнал датчика дросселя больше порогового значения. Данный способ содержит, что индикацией неисправности дросселя является то, что давление во впускном коллекторе больше порогового значения. Способ содержит, что электрический компрессор располагается во впускном коллекторе ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В некоторых примерах, способ дополнительно содержит закрытие байпасного клапана электрического компрессора в ответ на индикацию неисправности дросселя. Способ содержит, что дросселю посылается команда на установку в открытое положение. Способ содержит, что открытое положение является полностью открытым положением.
Способ на фиг. 5 также предусматривает способ эксплуатации двигателя с помощью контроллера в сочетании с дросселем, который содержит: настройку частоты вращения электрического компрессора с помощью контроллера для того, чтобы поток воздуха через электрический компрессор соответствовал линии дросселирования потока карты характеристик компрессора в ответ на индикацию неисправности дросселя и запрашиваемый водителем крутящий момент. Способ дополнительно содержит закрытие байпасного клапана электрического компрессора в ответ на индикацию неисправности дросселя. Способ дополнительно содержит посылку команды на открытие дросселя в ответ на индикацию неисправности дросселя. Способ также содержит, что индикация неисправности дросселя основана на выходном сигнале датчика дросселя или датчика давления во впускном коллекторе. Способ содержит, что частота вращения электрического компрессора увеличивается в соответствии с увеличением запрашиваемого водителем крутящего момента. Способ содержит, что электрический компрессор располагается в системе впуска двигателя ниже по потоку от турбонагнетателя. Способ дополнительно содержит регулировку частоты вращения электрического компрессора для обеспечения требуемого давления во впускном коллекторе.
Среднему специалисту в данной области будет понятно, что способ, раскрытый на фиг. 4, может представлять один или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные шаги или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться.
Точно так же, указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящем документе вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это и не проиллюстрировано в явном виде, средний специалист в данной области поймет, что одно или несколько из иллюстрируемых действий или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые в настоящем документе способы могут быть комбинацией действий, выполняемых контроллером в реальном режиме, и инструкций внутри контроллера. По меньшей мере, некоторые части раскрытых в настоящей заявке способов и алгоритмов управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя.
На этом описание заканчивается. При чтении настоящего описания специалисты в данной области, могут прийти к многочисленным изменениям и модификациям без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Например, двигатели I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16, эксплуатируемые на природном газе, бензине, дизельном топливе, или с альтернативными топливными конфигурациями, могут получать преимущества при использовании настоящего изобретения.