СПОСОБ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR OPERATION OF WASTEGATE IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE (OPTIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к управлению регулятором давления наддува в турбонагнетателе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые двигатели внутреннего сгорания используют компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель, для повышения удельной выходной мощности/крутящего момента двигателя. В одном из примеров, турбонагнетатель может включать в себя компрессор и турбину, соединенные приводным валом, где турбина присоединена к стороне выпускного коллектора двигателя, а компрессор присоединен к стороне впускного коллектора двигателя. Таким образом, турбина с приводом от выхлопной системы подает энергию на компрессор, чтобы повышать давление (например, наддув или давление наддува) во впускном коллекторе и усиливать поток воздуха в двигатель. Наддув может регулироваться посредством регулировки количества газа, попадающего в турбину, например, посредством регулятора давления наддува. Привод может быть функционально присоединен через рычажный механизм к клапану регулятора давления наддува и приводиться в действие, чтобы позиционировать клапан регулятора давления наддува где-нибудь между полностью открытым положением и полностью закрытым положением (например, на седле клапана), чтобы добиваться требуемого наддува, основанного на условиях работы. Привод может быть электроприводом, например, таким как электродвигатель. Датчик положения может давать обратную связь, показывающую положение привода относительно опорной точки. В зависимости от окружающих условий, рычажный механизм может подвергаться значимо большим усилиям, вибрации и температурам.
В некоторых подходах, клапан регулятора давления наддува присоединен к приводу регулятора давления наддува посредством четырехзвенного рычажного механизма, отделяющего привод от клапана на некоторое расстояние, чтобы защищать привод от высоких температур вблизи клапана. Таким образом, ухудшение характеристик привода, которое иначе могло бы быть результатом таких высоких температур, может предотвращаться. Кроме того, зазор в шестернях и/или рычажном механизме может порождать ошибки измерений, обусловленные отделением измерения от самого клапана. Однако другие типы рычажных механизмов могут присоединять клапан регулятора давления наддува к связанному приводу, такие как линейная тяга.
Авторы в материалах настоящего описания выявили проблему у таких подходов. Тепловая деформация, в том числе, расширение и сжатие, может происходить в турбонагнетателе и рычажной передаче по мере того, как температура компонентов меняется и, в частности, возрастает. Кроме того, может происходить термически вызванное перемещение седла клапана, тем самым, перемещая седло относительно привода, рычажной передачи и измерения клапана регулятора давления наддува. Таким образом, в некоторых сценариях, тепловая и механическая деформация может возникать в узле регулятора давления наддува в областях, иных чем сам рычажный механизм, которая может изменять положение седла клапана, с которым стыкуется клапан регулятора давления наддува в своем полностью закрытом положении, когда не требуется подача наддува. Такое изменение геометрических свойств рычажных передач и седел клапанов понижает точность, с которой может позиционироваться клапан регулятора давления наддува, в свою очередь, понижая точность подачи наддува. Кроме того, рычажная передача может прогибаться (например, изгибаться), когда подвергается относительно высоким усилиям, в том числе, прикладываемым к рычажной передаче приводом, и/или усилиям выхлопных газов, вследствие окружающей среды.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, предложены способы компенсации изменения геометрии и положения рычажных механизмов и седел клапанов узла регулятора давления наддува.
В одном из примеров, предложен способ работы регулятора давления наддува в двигателе внутреннего сгорания, включающий в себя этапы, на которых:
при пуске двигателя располагают клапан регулятора давления наддува на седле;
регистрируют положение седла и связывают положение седла с рабочей температурой; и
модифицируют положение привода регулятора давления наддува на основании положения седла при работе двигателя, включая осуществление этапов, на которых каждый раз, когда клапан регулятора давления наддува располагается на седле:
увеличивают усилие, приложенное приводом регулятора давления наддува к клапану регулятора давления наддува, чтобы подтвердить контакт с седлом клапана регулятора давления наддува,
определяют текущее положение седла и текущую рабочую температуру; и
обновляют зарегистрированное ранее положение седла текущим положением седла при текущей рабочей температуре, чтобы сформировать множество положений седла, причем каждое связано с соответствующими рабочими температурами.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором перезаписывают зарегистрированное ранее положение седла текущим положением седла, если разность между абсолютным значением зарегистрированного ранее положения седла и текущим положением седла превышает пороговое значение.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых при расположении клапана регулятора давления наддува на седле при работе двигателя обеспечивают положительное приращение положению привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува, и определяют прогиб в рычажном механизме, присоединяющем клапан регулятора давления наддува к приводу регулятора давления наддува, на основании изменения выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува, причем изменение выходного сигнала является результатом положительного приращения положения привода регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложен способ, в котором множество положений седла хранят в структуре данных на машиночитаемом запоминающем носителе.
В одном из вариантов предложен способ, в котором расположение клапана регулятора давления наддува на седле включает в себя этапы, на которых:
извлекают зарегистрированное ранее положение седла из структуры данных;
располагают клапан регулятора давления наддува в зарегистрированном ранее положении седла;
обеспечивают положительное приращение положению привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува; и
регистрируют текущее положение седла, как только выходной сигнал от датчика положения привода регулятора давления наддува падает ниже порогового значения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором модификация положения привода регулятора давления наддува включает в себя этап, на котором извлекают зарегистрированное ранее положение седла, связанное с одним или более рабочих параметров, посредством осуществления доступа к структуре данных с одним или более рабочих параметров.
В одном из вариантов предложен способ, в котором структура данных является справочной таблицей.
В одном из вариантов предложен способ, в котором структура данных содержит множество положений седла, сформированных автономно до программирования в структуре данных.
В одном из вариантов предложен способ, в котором структура данных содержит множеств поправок на прогиб, причем каждая связана с рабочей температурой, для компенсации прогиба в рычажном механизме, присоединяющем клапан регулятора давления наддува к приводу регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан регулятора давления наддува располагается на седле, когда запрошен максимальный наддув.
В одном из вариантов предложен способ, в котором рабочая температура представляет собой температуру на впуске турбины.
В одном из аспектов предложен способ работы регулятора давления наддува, присоединенного через рычажный механизм к приводу, для отведения газов от турбонагнетателя в двигателе внутреннего сгорания, включающий в себя этапы, на которых:
определяют подъем клапана регулятора давления наддува для уменьшения разности между требуемым наддувом и фактическим наддувом;
определяют требуемое положение привода регулятора давления наддува для достижения подъема клапана регулятора давления наддува;
извлекают положение седла клапана регулятора давления наддува из структуры данных, причем структура данных хранит множество положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое связано с соответствующими рабочими температурами; и
модифицируют требуемое положение привода регулятора давления наддува на основании извлеченного положения седла клапана регулятора давления наддува,
по приему команды полного закрывания располагают клапан регулятора давления наддува в полностью закрытом положении,
увеличивают усилие, приложенное приводом регулятора давления наддува к клапану регулятора давления наддува, чтобы подтвердить контакт с седлом клапана регулятора давления наддува,
определяют текущее положение седла клапана регулятора давления наддува; и
обновляют зарегистрированное ранее положение седла клапана регулятора давления наддува текущим положением седла клапана регулятора давления наддува при текущей рабочей температуре.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых при пуске двигателя располагают клапан регулятора давления наддува в полностью закрытом положении и добавляют текущее положение седла клапана регулятора давления наддува, соответствующее полностью закрытому положению клапана регулятора давления наддува, в структуру данных, причем текущее положение седла клапана регулятора давления наддува связано с текущей рабочей температурой.
В одном из вариантов предложен способ, в котором расположение клапана регулятора давления наддува в полностью закрытом положении включает в себя этапы, на которых:
извлекают зарегистрированное ранее положение седла клапана регулятора давления наддува из структуры данных;
располагают клапан регулятора давления наддува в зарегистрированном ранее положении седла клапана регулятора давления наддува;
обеспечивают положительное приращение текущему положению привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува; и
добавляют текущее положение седла клапана регулятора давления наддува в структуру данных, как только выходной сигнал датчика положения привода регулятора давления наддува падает ниже порогового значения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором рабочая температура представляет собой температуру на впуске турбины.
В одном из вариантов предложен способ, этап увеличения усилия, приложенного приводом регулятора давления наддува к клапану регулятора давления наддува включает в себя этап, на котором обеспечивают положительное приращение текущему положению привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува; причем способ дополнительно включает в себя этап, на котором:
определяют прогиб в рычажной передаче на основании изменения выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува, причем изменение выходного сигнала является результатом положительного приращения текущего положения привода регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором добавляют поправку на прогиб в структуру данных на основании определенного прогиба, причем поправка на прогиб предназначена для компенсации прогиба в рычажном механизме и связана с рабочей температурой.
В одном из аспектов предложен способ работы регулятора давления наддува в двигателе внутреннего сгорания посредством привода регулятора давления наддува, включающий в себя этапы, на которых:
располагают клапан регулятора давления наддува между полностью открытым положением и полностью закрытым положением в ответ на требуемый наддув;
располагают клапан регулятора давления наддува в полностью закрытом положении в ответ на запрос максимального наддува;
увеличивают усилие, приложенное приводом регулятора давления наддува к клапану регулятора давления наддува, чтобы подтвердить контакт с седлом клапана регулятора давления наддува,
определяют текущее положение седла клапана регулятора давления наддува; и
обновляют зарегистрированное ранее положение седла клапана регулятора давления наддува текущим положением седла клапана регулятора давления наддува при рабочей температуре.
В одном из вариантов предложен способ, в котором текущее положение седла клапана регулятора давления наддува является одним из множества положений седла клапана регулятора давления наддува, хранимых в структуре данных, причем каждое из множества положений седла клапана регулятора давления наддува связано с соответствующей рабочей температурой и соответствующей поправкой на прогиб.
Таким образом в частном примере, способ содержит регистрацию множества положений седла и ассоциативное связывание каждого из множества положений седла с одним или более рабочих параметров, в то время как клапан регулятора давления наддува расположен на седле, при работе двигателя.
В еще одном примера, способ содержит, в то время как клапан регулятора давления наддува расположен на седле, при работе двигателя, положительное приращение положения привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува, и оценку прогиба в рычажном механизме, присоединяющем клапан регулятора давления наддува к приводу регулятора давления наддува, на основании изменения выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува, изменение выходного сигнала является результатом положительного приращения положения привода регулятора давления наддува.
В кроме того еще одном примера, расположение клапана регулятора давления наддува на седле включает в себя извлечение зарегистрированного ранее положения седла из структуры данных; расположение клапана регулятора давления наддува в зарегистрированном ранее положении седла; положительное приращение положения привода регулятора давления наддува посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод регулятора давления наддува; и
регистрируют текущее положение седла, как только выходной сигнал от датчика положения привода регулятора давления наддува падает ниже порогового значения.
В примерах, описанных выше, компенсируют изменение положения седла клапана регулятора давления наддува, геометрии рычажного механизма (например, прогиб, тепловое расширение/сжатие) и общей геометрии узла регулятора давления наддува, которое, в ином случае, привело бы к неточному позиционированию клапана регулятора давления наддува. Положения привода регулятора давления наддува могут модифицироваться на основании определенных положений седла клапана. Таким образом, технический результат достигается этими действиями.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает структурную схему двигателя с турбонаддувом, включающего в себя регулятор давления наддува.
Фиг. 2 показывает примерное устройство регулятора давления наддува по фиг. 1.
Фиг. 3A и 3B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления турбонагнетателем, связанным с устройством регулятора давления наддува по фиг. 2.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ определения положения седла клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2.
Фиг. 5 показывает регулировочную характеристику, иллюстрирующую определение положения седла клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2 в примерном ездовом цикле.
Фиг. 6 иллюстрирует динамическое обновление регулировочной характеристики по множеству положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое из которых связано с рабочей температурой.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Компрессионные устройства, такие как турбонагнетатель, могут использоваться для повышения выходной мощности двигателя внутреннего сгорания. Регулятор давления наддува частично регулирует давление наддува, подаваемое в двигатель посредством позиционирования клапана регулятора давления наддува, чтобы, тем самым, регулировать количество выхлопных газов, достигающих турбины турбонагнетателя. Клапан регулятора давления наддува может позиционироваться посредством привода с рычажным механизмом, расположенным между ними. Точное позиционирование клапана регулятора давления наддува и, таким образом, точное управление наддувом, однако, могут ухудшаться многообразием рабочих факторов, в том числе, тепловой деформацией рычажного механизма, седла клапана и всего узла турбонагнетателя вследствие окружающих температур, а также механического напряжения, которое может изгибать или иным образом деформировать (например, сгибать) части узла регулятора давления наддува, в том числе, рычажный механизм. Таким образом, стратегии, предназначенные для уменьшения этих проблем, могут пытаться компенсировать два или более составляющих факторов.
Таким образом, предусмотрены различные способы компенсации изменения геометрии и положения рычажных механизмов и седел клапанов в узлах регулятора давления наддува. В одном из примеров, способ работы регулятора давления наддува в двигателе внутреннего сгорания содержит, при пуске двигателя, расположение клапана регулятора давления наддува на седле, регистрацию положения седла и ассоциативное связывание положения седла с одним или более рабочих параметров, и модификацию положения привода регулятора давления наддува на основании положения седла при работе двигателя. Фиг. 1 показывает структурную схему двигателя с турбонаддувом, включающего в себя регулятор давления наддува, фиг. 2 показывает примерное устройство регулятора давления наддува по фиг. 1, фиг. 3A и 3B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления турбонагнетателем, связанным с устройством регулятора давления наддува по фиг. 2, фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ определения положения седла клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2, фиг. 5 показывает регулировочную характеристику, иллюстрирующую определение положения седла клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2 в примерном ездовом цикле, и фиг. 6 иллюстрирует динамическое обновление регулировочной характеристики по множеству положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое из которых связано с рабочей температурой. Двигатель по фиг. 1 также включает в себя контроллер, выполненный с возможностью выполнять способы, изображенные на фиг. 3 и 4.
Фиг. 1 - схематичное изображение, показывающее примерный двигатель 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Однако, другие количества цилиндров могут использоваться в соответствии с данным раскрытием. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем (не показан), расположенными в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и могут выпускать выхлопные газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Топливные форсунки 50 показаны присоединенными непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 50 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления, камеры 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, могут включать в себя топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от каждой камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 21 и 23, имеющий дроссельные заслонки 22 и 24, соответственно. В этом конкретном примере, положение дроссельных заслонок 22 и 24 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на привод, включенный в состав дросселями 21 и 23. В одном из примеров, приводы могут быть электроприводами (например, электродвигателями), конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронное управление дросселем (ETC). Таким образом, заслонки 21 и 23 могут приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельных заслонок 22 и 24 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42 дополнительно может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха, датчик 122 давления воздуха в коллекторе и датчик 123 давления на впуске дросселя для выдачи соответствующих сигналов MAF (массового расхода воздуха), MAP (давления воздуха в коллекторе) в контроллер 12.
Выпускной канал 48 может принимать выхлопные газы из цилиндров 30. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от турбины 62 и устройства 78 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный кислородный датчик или EGO, датчик NOx, HC, или CO. Устройство 78 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
Датчик 79 температуры выпускной стороны показан расположенным выше по потоку от входной стороны турбины 62 и ниже по потоку на выходной стороне выпускного коллектора 46. Датчик 79 температуры выпускной стороны, в особенности, может быть выполнен с возможностью считывать температуру на впуске турбины и передавать эту считанную температуру в качестве сигнала TT в контроллер 12. Датчик 79, например, может быть термопарой. В более общем смысле, температура выхлопных газов может измеряться датчиком 79 и/или другими датчиками, не показанными, расположенными в выпускном канале 48. В качестве альтернативы, температура выхлопных газов может логически выводиться на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) от датчика 112 температуры, схематично показанного в одном месте в пределах двигателя 10; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя, как обсуждено; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, от датчика 122, как обсуждено. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, от датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленной скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика скорости вращения двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала 40. В некоторых примерах, постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, расположенный вдоль впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другое соединительное устройство. Турбина 62 может быть расположена вдоль выпускного канала 48 и сообщаться с выхлопными газами, текущими через него. Различные устройства могут быть предусмотрены для осуществления привода компрессора. Что касается нагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина сжатия, обеспечиваемого для одного или более цилиндров двигателя посредством турбонагнетателя или нагнетателя, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях, турбина 62, например, может приводить в движение электрогенератор 64 для выдачи энергии в аккумуляторную батарею 66 через приводной механизм 68 турбонагнетателя. Энергия из аккумуляторной батареи 66 затем может использоваться для приведения в движение компрессора 60 посредством электродвигателя 70. Кроме того, датчик 123 может быть расположен во впускном коллекторе 44 для выдачи сигнала BOOST (НАДДУВ) в контроллер 12.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя регулятор 26 давления наддува для отведения выхлопных газов от турбины 62. В некоторых вариантах осуществления, регулятор 26 давления наддува может быть многоступенчатым регулятором давления наддува, таким как двухступенчатый регулятор давления наддува с первой ступенью, выполненной с возможностью регулировать давление наддува, и второй ступенью, выполненной с возможностью увеличивать тепловой поток в устройство 78 снижения токсичности выхлопных газов. Регулятор 26 давления наддува может приводиться в действие посредством привода 150, который может быть электрическим приводом или пневматическим приводом. Впускной канал 42 может включать в себя перепускной клапан 27 компрессора, выполненный с возможностью отводить всасываемый воздух вокруг компрессора 60. Регулятор 26 давления наддува и/или перепускной клапан 27 компрессора могут управляться контроллером 12 через исполнительные механизмы (например, привод 150), например, чтобы открываться, когда требуется более низкое давление наддува.
Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбонагнетателем или нагнетателем всасываемых газов. В некоторых вариантах осуществления, охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-воздушным теплообменником. В других вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-жидкостным теплообменником.
2
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять требуемую порцию выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Величина EGR, выдаваемой во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 EGR. Кроме того, датчик EGR (не показан) может быть расположен внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации выхлопных газов. В качестве альтернативы, EGR может управляться посредством расчетного значения, основанного на сигналах от датчика MAF (выше по потоку), MAP (впускного коллектора), MAT (температуры газа в коллекторе) и датчика скорости вращения коленчатого вала. Кроме того, EGR может управляться на основании датчика O выхлопных газов и/или кислородного датчика на впуске (впускного коллектора). В некоторых условиях, система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры сгорания. Фиг. 1 показывает систему EGR высокого давления, где EGR направляется из выше по потоку от турбины турбонагнетателя в ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления, двигатель, дополнительно или в качестве альтернативы, может включать в себя систему EGR низкого давления, где EGR направляется из ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Далее, с обращением к фиг. 2, показано примерное устройство 200 регулятора давления наддува. Регулятор 200 давления наддува, например, может быть регулятором давления наддува 26 по фиг. 1. Регулятор 200 давления наддува для выхлопных приводится в действие приводом 202, который может быть приводом 150 на фиг. 1. В этом примере, привод 202 является электроприводом, включающим в себя электродвигатель, хотя возможны другие пригодные приводы (например, соленоид). Выходной вал 201 привода 202 присоединен к рычажному механизму 204 и, в частности, первому звену 206 рычажного механизма. Как показано, рычажный механизм 204 в проиллюстрированном варианте осуществления является четырехзвенным, хотя возможны другие рычажные механизмы, такие как линейная тяга. Рычажный механизм 204 движется вокруг двух шарниров, в том числе, первого шарнира 208, вокруг которого вращаются первое звено 206 и второе звено 210, и второго шарнира 212, вокруг которого вращаются третье звено 214 и четвертое звено 216. Первое, второе, третье и четвертое звенья 206, 210, 214 и 216 обычно присоединены друг к другу для формирования рычажного механизма 204 в качестве непрерывной детали. На конце, противоположном приводу 202, рычажный механизм 204 присоединен, на четвертом звене 216, к клапану 218 регулятора давления наддува, который может быть расположен в полностью открытом положении, полностью закрытом положении или где-нибудь между ними, относительно седла 220 клапана. Седло 220 клапана показано в качестве являющегося расположенного в участке выпускного канала 22, который, например, может быть выпускным коллектором 46 двигателя 10 на фиг. 1. Посредством позиционирования клапана 218 регулятора давления наддува этим непрерывно регулируемым образом, может регулироваться количество выхлопных газов, достигающих турбины (например, турбины 62 по фиг. 1) турбонагнетателя. Таким образом, давление наддува, подаваемое в двигатель, такой как двигатель 10 по фиг. 1, может регулироваться согласно требуемому наддуву и другим условиям работы. Положение клапана 218 регулятора давления наддува у регулятора 200 давления наддува может регулироваться посредством приведения в действие привода 202 и расположения его выходного вала 201, перемещения которого могут передаваться на клапан через рычажный механизм 204.
Как показано, регулятор 200 давления наддува дополнительно включает в себя датчик 224 положения, который может быть выполнен с возможностью измерять положение клапана 218 регулятора давления наддува на основании изменений угла выходного вала 201. В некоторых примерах, может применяться измерительный преобразователь вращательного движения, выполненный с возможностью считывать угол поворота вращающегося компонента в приводе 202, причем, импульсы, сформированные из него, отправляются в контроллер 12 на фиг. 1. Датчик 224 положения, однако, может быть приспособлен для вариантов осуществления, в которых рычажный механизм с линейной тягой используется вместо четырехзвенной конфигурации, показанной на фиг. 2. В любом случае, измерение датчиком 224 положения может использоваться для определения положения клапана 218 регулятора давления наддува, в особенности, расстояния от верхней поверхности седла 220 клапана до нижней поверхности клапана 218 регулятора давления наддува. В других вариантах осуществления, однако, положение клапана регулятора давления наддува может определяться на основании программной модели с использованием одного или более сигналов (например, Наддув), описанных выше со ссылкой на фиг. 1, и отправляться в контроллер 12.
Фиг. 2 также иллюстрирует, каким образом может происходить изменение геометрии (например, длины) рычажного механизма 204 и его составляющих звеньев. В некоторых сценариях, изменение геометрии рычажного механизма 204 происходит вследствие высоких окружающих температур, частично порождаемых раскаленными газами, проходящими через выпускной канал 222. По мере того, как меняется температура рычажного механизма, рычажный механизм и его составляющие звенья могут расширяться, а в других сценариях, сжиматься. Это может включать в себя изменение расстояния между шарнирами 208 и 212. По существу, точность считывания положения клапана регулятора давления наддува может снижаться, приводя к неточной подаче наддува в двигатель.
Физическая деформация или прогиб могут происходить в рычажном механизме 204 по другим причинам. На высоких нагрузках (например, механической нагрузке на клапан 218 регулятора давления наддува), например, высокие давления, обусловленные прохождением выхлопных газов через выпускной канал 222, действуют на нижнюю поверхность клапана 218 регулятора давления наддува в направлении, по существу ориентированном в направлении E. Для компенсации таких усилий выхлопных газов и для позиционирования клапана 218 регулятора давления наддува в некотором положении в ответ на требуемые уровни наддува, приблизительно равное и противоположное усилие привода передается верхней части клапана регулятора давления наддува в точке, в которой четвертое звено 216 присоединено к нему, через рычажный механизм 204 от привода 202, усилие показано на фигуре в качестве являющегося ориентированным в направлении A. Будучи реагирующим на давления выхлопных газов и результирующие значительные усилия выхлопных газов, усилие привода может вызывать изменение (например, удлинение, сжатие по длине, изгиб, и т.д.) геометрии рычажного механизма 204, которое может указываться ссылкой в материалах настоящей заявке как «прогиб» или «деформация». Такой прогиб представлен прогнутым рычажным механизмом 226, проиллюстрированным прерывистыми линиями. Несмотря на то, что положение прогнутого рычажного механизма 226 смещено от рычажного механизма 204, оба рычажных механизма соответствуют одному и тому же положению клапана. Соответственно, может быть видно, каким образом датчик 224 положения может выявлять два разных положения рычажного механизма, и таким образом, положения клапана 218 регулятора давления наддува, соответствующие рычажному механизму 204 и прогнутому рычажному механизму 226. Выявление двух разных положений клапана регулятора давления наддува, когда клапан 218 регулятора давления наддува расположен на едином подъеме (например, расстоянии между нижней поверхностью клапана и верхней поверхностью седла 220 клапана), может происходить для множества прогнутых рычажных механизмов по сравнению с их непрогнутыми эквивалентами.
Деформация рычажного механизма может давать в результате другие ошибки в отслеживании положения клапана регулятора давления наддува. Например, в некоторых сценариях, прогнутый рычажный механизм может побуждать датчик 224 положения выдавать выявленное положение клапана 218 регулятора давления наддува на первом физическом подъеме. Когда клапан 218 регулятора давления наддува физически расположен на втором физическом подъеме, отличном от первого физического подъема, хотя, в некоторых примерах, относительно близком, датчик 224 положения может выдавать одно и то же выявленное положение. Другими словами, датчик 224 положения, в этом примере, выдает один и тот же выявленный подъем для двух разных действующих физических подъемов.
В некоторых узлах регулятора давления наддува, таких как узлы регулятора 200 давления наддува, прогиб рычажного механизма, происходящий в степени, которая оказывает влияние на подачу наддува на неприемлемом уровне, может начинать проявляться выше пороговой нагрузки, при которой усилия (например, усилия привода и выхлопных газов) выше порогового значения усилия прикладываются к клапану 218 регулятора давления наддува. Будет отмечено, что, в этом контексте, нагрузка указывает ссылкой на физическую нагрузку на клапане 218 регулятора давления наддува, обусловленную одним или обоими из усилия, сообщаемого приводом 202, и усилия, сообщаемого потоком выхлопных газов через выпускной канал 222. По существу, процедуры могут компенсировать прогиб рычажного механизма выше порогового значения нагрузки клапана регулятора давления наддува.
Следует принимать во внимание, что регулятор 200 давления наддува и различные компоненты в ней могут быть модифицированы, не выходя из объема этого раскрытия. Например, датчик тока и/или датчик усилия могут быть включены в состав приводом 202 вместо или в дополнение к датчику 224 положения. Считыванию тока может оказываться содействие посредством датчика или зонда, или, в других примерах, может рассчитываться на основании закона Ома (или другой зависимости) в качестве отношения напряжения на приводе (например, напряжения на клеммах) и сопротивления привода, если эти две величины известны или могут быть измерены. Кроме того, как описан выше, другие типы рычажных механизмов могут быть предусмотрены для соединения привода 202 с клапаном 218 регулятора давления наддува, в том числе, но не в качестве ограничения, линейная тяга.
Тепловая деформация (например, расширение, сжатие, и т.д.) и механическая деформация, описанные выше, могут возникать в местах в узле регулятора давления наддува, иных чем на рычажном механизме. Например, тепловая и/или механическая деформация может возникать в седле 220 клапана в регуляторе 200 давления наддува, изменяя положение седла относительно того, что номинально считается положением седла (например, во время условий работы, в которых тепловая и/или механическая деформация не находятся значительно выше порогового значения). Изменение положения седла может вызывать пониженную подачу наддува относительно требуемого уровня наддува или, в других сценариях, чрезмерное усилие от привода 202, так как седло 220 клапана было достигнуто раньше, чем ожидалось.
Фиг. 2 иллюстрирует неограничивающий пример изменения положения седла 220 клапана, показывающий смещенный выпускной канал и деформированное седло 228 клапана, являющееся его результатом, оба пунктирными линиями. В качестве конкретного неограничивающего примера, изменение положения седла клапана может быть порядка нескольких десятых миллиметра, в то время как окружающие температуры выхлопных газов меняются на всем протяжении диапазона нескольких сотен градусов (например, от 300 до 950°C). Как подробнее описано ниже, изменение положения седла 220 клапана может компенсироваться посредством измерения местоположения седла клапана во время случаев, в которых клапан 218 регулятора давления наддува расположен на седле - например, при пуске двигателя в качестве процедуры калибровки, при работе двигателя, в то время как клапану дана команда располагаться в полностью закрытом положении, чтобы подавать максимальный наддув, или когда требуется избегание дребезга. Пригодная структура данных (например, справочная таблица), хранящая множество положений седла, каждое связано с соответствующими рабочими параметрами (например, одним или более рабочих параметров), может быть сформирована, чтобы положения седла могли извлекаться из структуры данных при работе двигателя для повышения точности позиционирования клапана посредством попадания в структуру данных по измеренным и/или оцененным температурам (например, температурам на впуске турбины, измеренным датчиком 79 температуры выпускной стороны). Команды подъема (например, инструкции, сформированные контроллером двигателя, диктующие положение, в котором должен быть расположен клапан 218) могут модифицироваться таким образом. Структура данных в начале может формироваться автономно до программирования в доступном запоминающем носителе (например, ПЗУ 106 контроллера 12 по фиг. 1) на основании геометрических свойств узла регулятора давления наддува (например, номинальной длины рычажного механизма и положения седла, тепловых свойств этих и других компонентов, и т.д.) и/или данных испытаний. Более того, компенсация изменения положения седла дополнительно может включать в себя компенсацию прогиба в рычажном механизме 204, обусловленного механическими усилиями. Следует принимать во внимание, что примерные смещенный выпускной канал и деформированное седло 228 клапана предоставлены в качестве примера и не подразумеваются ограничивающими никоим образом; седло клапана и/или выпускной канал, а также другие ближайшие компоненты в узле регулятора давления наддува, могут подвергаться другим типам деформации и могут поступать так анизотропным образом.
Фиг. 3A и 3B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ 300 для управления турбонагнетателем, связанным с устройством регулятора давления наддува по фиг. 2. Способ 300 может выполняться контроллером двигателя (например, контроллером 12 по фиг. 1) и использоваться для управления турбонагнетателем посредством регулятора давления наддува (например, регулятора 200 давления наддува по фиг. 2). Привод 202 регулятора давления наддува по фиг. 2, в частности, может использоваться для приведения в действие регулятора давления наддува. В одном из примеров, способ управления турбонагнетателем посредством регулятора давления наддува может содержать определение требуемого давления наддува и фактического давления наддува. Регулятор давления наддува может регулироваться согласно разности между требуемым давлением наддува и фактическим давлением наддува.
На этапе 302, способ включает в себя определение требуемого наддува согласно требованию водителя и условиям работы двигателя. Определяемые условия могут непосредственно измеряться датчиками, например, такими как датчики 112, 118, 120, 122, 123 и 134, и/или условия могут определяться по другим условиям работы двигателя. Определяемые условия могут включать в себя температуру хладагента двигателя, температуру моторного масла, массовый расход воздуха (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, давление наддува от датчика 123), скорость вращения двигателя, скорость вращения холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителем крутящий момент (например, от датчика 134 положения педали), температуру воздуха, скорость транспортного средства, и т.д.
Затем, на этапе 304, определяется фактическое давление наддува. Фактический наддув может измеряться непосредственно по датчику, такому как датчик 123. Измерение может отправляться в контроллер 12 посредством сигнала давления Наддува и сохраняться на машиночитаемом запоминающем носителе (например, ПЗУ 106, ОЗУ 108 и/или ЭНП 110 контроллера 12 на фиг. 1). В альтернативном варианте осуществления, фактическое давление наддува может определяться на основании других рабочих параметров, таких как, например, на основании MAP и RPM.
Затем, на этапе 306, определяется атмосферное давление. Например, атмосферное давление может измеряться по датчику MAP при запуске двигателя и/или определяться на основании условий работы двигателя, в том числе, MAF, MAP, положения дросселя, и т.д. Измерение может отправляться в контроллер двигателя и сохраняться на машиночитаемом запоминающем носителе. В альтернативном варианте осуществления, атмосферное давление может определяться на основании других рабочих параметров.
Затем, на этапе 308, определяется разность между фактическим и требуемым наддувом. Например, контроллер двигателя может определять разность. В некоторых примерах, разность может определяться вычитанием требуемого наддува из фактического наддува.
Затем, на этапе 310, подъем клапана регулятора давления наддува определяется, чтобы уменьшать разность между фактическим и требуемым наддувом, определенную на этапе 308. В некоторых примерах, разность между фактическим и требуемым наддувом, в дополнение к текущему подъему клапана регулятора давления наддува, подается на пригодный механизм управления, выполненный с возможностью определять подъем клапана регулятора давления наддува, чтобы уменьшать эту разность. Например, подъем клапана регулятора давления наддува может использоваться в качестве входных данных в динамическую модель регулятора давления наддува. В некоторых приводах регулятора давления наддува, подъем клапана регулятора давления наддува может отображаться в рабочий цикл регулятора давления наддува, где сигнал рабочего цикла формируется контроллером и отправляется на привод регулятора давления наддува. Отображение в рабочий цикл регулятора давления наддува может включать в себя использование справочных таблиц или расчет рабочего цикла регулятора давления наддува. В некоторых других приводах, регулятор регулятора давления наддува определяет рабочий цикл на основании разности между требуемым и фактическим положениями регулятора давления наддува. Сигнал управления регулятором давления наддува (WGC) может включать в себя широтно-импульсную модуляцию посредством рабочего цикла для регулировки регулятора давления наддува. Подъем клапана регулятора давления наддува, например, может достигаться посредством алгоритмов управления с прямой связью, обратной связью и/или других алгоритмов управления.
Член компенсации может учитывать задержки привода регулятора давления наддува. Дополнительно, член компенсации дополнительно может включать в себя регулировки, основанные на перемещении сдвоенных независимых кулачков, которые могут оказывать влияние на давление наддува. Например, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который увеличивал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может уменьшаться. Подобным образом, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который уменьшал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может увеличиваться.
Затем, на этапе 312, требуемое положение привода определяется для достижения подъема клапана регулятора давления наддува, определенного на этапе 310. Требуемое положение привода может подаваться в качестве входного сигнала на различные пригодные механизмы управления, в том числе, описанные выше. В некоторых вариантах осуществления, требуемая ориентация привода может определяться в качестве альтернативы, такая как угловая ориентация вращающегося компонента в приводе.
Далее, с обращением к фиг. 3B, способ 300 переходит на этап 314, где определяется, имеется ли в распоряжении поправка для положения седла клапана регулятора давления наддува турбонагнетателя. Поправка положения может отыскиваться в попытке компенсировать ошибки позиционирования клапана регулятора давления наддува, обусловленные физическими изменениями узла регулятора давления наддува и его составляющих компонентов - например, тепловой деформацией, вызывающей расширение и/или сжатие рычажного механизма (четырехзвенного, линейной тяги или другого механизма, присоединяющего клапан регулятора давления наддува к приводу регулятора давления наддува), корпуса и/или седла клапана. Механическая деформация и прогиб таких компонентов, обусловленные высокими усилиями привода и/или выхлопных газов, также могут компенсироваться. Определение, имеется ли в распоряжении поправка положения седла клапана, может выполняться посредством осуществления доступа к пригодной структуре данных (например, справочной таблице, регулировочной характеристике, и т.д.), хранящей множество положений седла клапана, каждое связано с одним или более рабочих параметров, используя такие один или более рабочих параметров в качестве индекса в структуре данных. В некоторых вариантах осуществления, может использоваться положение седла, имеющее связанный рабочий параметр в пределах пороговой дальности от подаваемого рабочего параметра. В качестве неограничивающего примера, сигнал температуры на впуске турбины, TT, подаваемый в контроллер 12 по фиг. 1, может быть рабочим параметром, используемым для осуществления доступа к структуре данных, температура на впуске турбины является указанием текущей рабочей температуры и используется для сравнения с температурами, каждая из которых связана с множеством положений седла, в структуре данных для определения наличия в распоряжении положения седла. Текущая рабочая температура может быть мгновенной или, в некоторых вариантах осуществления, фильтрованной температурой. Например, температура на впуске турбины может фильтроваться для получения оценки температуры метала в регуляторе давления наддува, так как соответствие (например, причинное соотношение) между температурой металлов в регуляторе давления наддува и положением седла может быть более сильным, чем между температурой на впуске турбины и положением седла. В качестве альтернативы или дополнительно, могут использоваться другие измеренные температуры, такие как сигнал ECT, измеренный посредством датчика 112 по фиг. 1. Дополнительно могут использоваться рабочие температуры, оцененные на основании одного или более рабочих параметров (например, скорости вращения, нагрузки, отношения количества воздуха к количеству топлива (AFR), запаздывания искрового зажигания, Наддува, и т.д.).
Таким образом, измерение и/или оценка одного или более рабочих параметров может обеспечивать доступ к структуре данных, давая положение седла, которым могут модифицироваться расположение клапана регулятора давления наддува и формирование команды подъема. Адаптивное позиционирование седла, таким образом, может быть предусмотрено для разных сценариев - например, местоположение седла клапана может отличаться для холодного запуска относительно горячего перезапуска. В некоторых случаях, в которых она подвергается доступу, таких как начальные зажигание двигателя и работа регулятора давления наддува, структура данных может содержать положения седла (и связанного параметра(ов)), которые были сформированы автономно на основании известных свойств узла регулятора давления наддува, в том числе, но не в качестве ограничения, номинальной длины рычажного механизма, номинального положения седла клапана, свойств теплового расширения/сжатия этих и других компонентов, и т.д. Как подробнее описано ниже, способ 300 может включать в себя дополнительные не показанные этапы, которые могут выполняться для определения, имеется ли в распоряжении поправка на прогиб для прогиба рычажного механизма, и если так, извлечения поправки на прогиб и модификации положения привода на основании извлеченной поправки на прогиб.
Если определено, что поправка положения седла клапана имеется распоряжении (Да), способ переходит на этап 316. Если определено, что поправки положения седла клапана нет в распоряжении (Нет), способ переходит на этап 320.
На этапе 316 способа, положение седла клапана извлекается по одному или более рабочих параметров. Здесь, извлеченное положение седла может соответствовать положению седла, которое измерялось бы, если бы клапан был расположен на седле в полностью закрытом положении в текущих условиях работы. Как описано выше, один или более рабочих параметров могут включать в себя текущую рабочую температуру, такую как сигнал TT, измеренный посредством датчика 79 по фиг. 1, и/или фильтрованную температуру (например, температуру металла).
Затем, на этапе 318 способа, положение привода регулятора давления наддува модифицируется на основании положения седла, извлеченного на этапе 316. Здесь, фактическое положение привода может модифицироваться на основании положения седла, которое было бы измерено, если бы клапан был расположен на седле в текущих условиях работы, как описано выше. Модификация, таким образом, может включать в себя обращение к положениям седла в известных условиях. Положение привода, в таком случае, может регулироваться на основании модификации и требуемого положения привода (например, требуемого положения привода, определенного на этапе 312), чтобы требуемое положение привода могло достигаться наряду с компенсацией тепловых и механических воздействий посредством извлеченного положения седла. Модификация положения привода может выполняться различными пригодными способами и может адаптироваться к типу используемого привода - например, модификация может включать в себя регулировку положения выходного вала привода в некоторых вариантах осуществления. В качестве неограничивающего примера, модификация положения привода на основании извлеченного положения седла может включать в себя увеличение положения привода для сценариев, в которых извлеченное положение седла соответствует местоположению, находящемуся дальше, чем ожидаемое номинально (или извлеченное ранее) положение седла (например, в случае высоких температур выхлопных газов, вызывающих тепловое расширение), или, наоборот, уменьшение положения привода для сценариев, в которых извлеченное положение привода соответствует местоположению, находящемуся ближе, чем ожидаемое номинально (или извлеченное ранее) положение седла. В более общем смысле, в некоторых вариантах осуществления, команды подъема, сформированные контроллером двигателя, которые заобеспечивают подъем клапана, могут модифицироваться на основании извлеченных положений седла.
Затем, на этапе 320 способа, ток подается в привод, чтобы добиваться требуемого положения привода, которое может быть исправленным положением привода, если положение седла клапана было успешно извлечено на этапе 316, или неисправленным положением привода, если положение седла не было имеющимся в распоряжении. Пригодный механизм преобразования напряжения в ток может преобразовывать напряжение, сформированное контроллером двигателя, для формирования тока. Положение привода, таким образом, регулируется на основании требуемого положения привода и модификации, описанной выше.
Затем, на этапе 322 способа, определяется, находится ли положение привода в требуемом положении привода. Здесь, считанное положение привода может сравниваться с требуемым положением привода. В некоторых вариантах осуществления, разности между исправленным положением привода и требуемым положением привода ниже порогового значения могут игнорироваться. Если положение привода не находится в требуемом положении привода (Нет), способ возвращается на этапе 320. Если положение привода находится в требуемом положении привода (Да), способ переходит на этап 324.
На этапе 324 способа 300, ток, подаваемый на привод, регулируется для поддержания требуемого подъема клапана и управления положением привода. Требуемый подъем клапана может поддерживаться посредством алгоритмов управления с прямой связью и/или обратной связью. Например, подъем клапана может регулироваться посредством вспомогательного контура регулирования. Таким образом, приложенный ток регулируется, когда исправленное положение привода достигает положения, соответствующего требуемому положению клапана.
Далее, с обращением к фиг. 4, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 400 для определения положения седла 220 клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2. В частности, способ может использоваться для накопления структуры данных, описанной выше - например, структуры данных, содержащей множество положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое связано с одним или более рабочих параметров (например, температурой на впуске турбины).
На этапе 402 способа, клапан регулятора давления наддува, такой как клапана 218 по фиг. 2, располагается на седле клапана регулятора давления наддува, например, посредством работы привода 202 регулятора давления наддува. Положение седла может извлекаться из структуры данных, содержащей множество положений седла, в начале сформированных автономно до программирования в машиночитаемом запоминающем носителе (например, ПЗУ 106 по фиг. 1). Расположение клапана регулятора давления наддува на седле клапана на этапе 402 может быть частью общей процедуры диагностики и/или калибровки, которая может выполняться при пуске двигателя (например, при всех без исключения пусках).
Затем, на этапе 404 способа, положение седла клапана регулятора давления наддува регистрируется и связывается с одним или более рабочих параметров. Положение седла клапана может измеряться различными пригодными способами, например, посредством выявления, что изменение выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува (например, датчика 224 по фиг. 2) упало ниже порогового значения, указывая, что положение клапана регулятора давления наддува соответствует положению седла и больше не подвергается движению сверх порогового значения. Положение седла клапана может регистрироваться в структуре данных наряду с одним или более рабочих параметров, таких как текущая (например, фактическая) температура на впуске турбины. Таким образом, начальная регистрация положения седла клапана на этапе 404 в начале ездового цикла может информировать формирование последующих команд подъема и позиционирование клапана регулятора давления наддува посредством ассоциативного связывания измеренного положения седла с истинным полностью закрытым положением. В некоторых вариантах осуществления, начальное определение положения седла может включать в себя приращение положения привода регулятора давления наддува (например, посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод), чтобы гарантировать, что было достигнуто седло клапана. Контакт с седлом клапана может считаться успешным, когда изменение выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува падает ниже порогового значения во время применения предельного отклонения тока, как подробнее описано ниже.
Затем, на этапе 406 способа, определяется, было ли подано командой полностью закрытое положение - другими словами, была ли принята команда подъема, требующая, чтобы клапан регулятора давления наддува был расположен на своем седле клапана. Такие команды подъема могут формироваться контроллером двигателя во время случаев, в которых запрошен максимальный наддув, например, в дополнение к периодам диагностики и/или калибровки, описанным выше. Если определено, что полностью закрытое положение было подано командой (Да), способ переходит на этап 408. Если определено, что полностью закрытое положение не было подано командой (Нет), способ возвращается на этапе 406.
На этапе 408 способа, извлекается положение седла клапана, зарегистрированное ранее в структуре данных и связанное с одним или более текущих рабочих параметров. Например, текущая (и/или фильтрованная) температура на впуске турбины может использоваться для извлечения положения седла, зарегистрированного и связанного с предыдущей температурой на впуске турбины. Разность между текущей (и/или фильтрованной) температурой на впуске турбины и предыдущей температурой на впуске турбины может быть меньшей, чем заданное пороговое значение (например, 50°), чтобы содействовать достаточной компенсации положения седла.
Затем, на этапе 410 способа, клапан регулятора давления наддува располагается в положении седла, извлеченном на этапе 408. В некоторых примерах, клапан регулятора давления наддува непрерывно перемещается ближе к седлу клапана посредством положительного приращения положения привода регулятора давления наддува до тех пор, пока выходной сигнал от датчика положения привода регулятора давления наддува не падает ниже порогового значения, которое может указывать, что истинное положение седла было достигнуто, и что положение привода регулятора давления наддува не может значительно увеличиваться без повышения тока, подаваемого в данный момент в привод, выше предельного отклонения тока. Такой подход может использоваться, так как, в некоторых сценариях, истинное положение седла могло измениться относительно зарегистрированного ранее положения седла, извлеченного на этапе 408. Посредством положительного приращения положения привода, клапан приводится ближе к или в усиливающийся контакт с истинным положением седла. Таким образом, может выявляться, было ли достигнуто истинное положение седла, и находится ли клапан в контакте с ним, или клапан в действительности отделен на некоторое расстояние от истинного положения седла и не находится в контакте с ним. По существу, способ включает в себя, на этапе 411, повышение усилия, приложенного приводом регулятора давления наддува к клапану регулятора давления наддува, чтобы подтвердить контакт с седлом клапана регулятора давления наддува.
Затем, на этапе 412 способа, определяется, был ли клапан регулятора давления наддува расположен на седле клапана в течение по меньшей мере пороговой длительности. Если клапан был расположен на седле в течение по меньшей мере пороговой длительности (Да), способ переходит на этап 414. Если клапан не был расположен на седле в течение по меньшей мере пороговой длительности (Нет), способ возвращается на этапе 412. Таким образом, надежное определение положения седла клапана может обеспечиваться посредством удерживания клапана на седле в течение по меньшей мере минимального времени.
Затем, на этапе 414 способа, текущее положение седла регистрируется, как только изменение выходного сигнала от датчика положения привода падает ниже порогового значения. Как описано выше, выходной сигнал датчика положения привода регулятора давления наддува, падающий ниже порогового значения, может интерпретироваться в качестве указания, что был достигнут контакт с истинным положением седла, побуждающего его регистрацию.
Затем, на этапе 416 способа, положению привода регулятора давления наддува по выбору может дополнительно даваться положительное приращение посредством прибавления допустимого отклонения тока к току, подаваемому в данный момент в привод. Это допустимое отклонение тока может быть большим, чем максимальный ток, подаваемый в привод на этапах 410 и 414, даже в присутствии максимальных усилий выхлопных газов. Хотя истинный контакт между клапаном и седлом клапана регулятора давления наддува мог быть достигнут, усиление контакта между ними осуществляется посредством увеличения усилия привода и, таким образом, усилия, с которым клапан упирается в седло. Соответственно, выходной сигнал от датчика положения регулятора давления наддува может меняться, давая указание прогиба (например, изгиба) рычажного механизма привода-клапана регулятора давления наддува, описанного выше. Другими словами, изменение выходного сигнала от датчика положения привода регулятора давления наддува может происходить вследствие положительного приращения положения привода регулятора давления наддува. По существу, способ 400 включает в себя оценку по выбору прогиба рычажного механизма на основании изменения выходного сигнала датчика положения привода регулятора давления наддува на этапе 418.
Таким образом, структура данных, хранящая множество положений седла, каждое связано с одним или более рабочих параметров (например, температурой на впуске турбины), может пополняться множеством поправок на прогиб, которые, в свою очередь, могут быть связаны с одной или более из одинаковых или разных рабочих температур. Таким образом, в некоторых примерах, структура данных может содержать множество положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое связано с соответствующей рабочей температурой и соответствующей поправкой на прогиб. Множество поправок на прогиб, однако, может храниться и извлекаться посредством отдельной структуры данных или другого пригодного способа. Соответственно, способ 300 по фиг. 3 может быть модифицирован, чтобы определять, имеется ли в распоряжении поправка на прогиб, и если так, модифицировать положение привода регулятора давления наддува на основании извлеченной поправки на прогиб. Что касается вариантов осуществления, в которых имеется в распоряжении датчик, выполненный с возможностью измерять усилие, сообщаемое приводом регулятора давления наддува (например, рычажному механизму), прогиб рычажного механизма может определяться и компенсироваться на основании следующей примерной зависимости: D=(m * F)+b, где D - прогиб рычажного механизма, F - усилие, приложенное к рычажному механизму, а m и b - постоянные. Что касается вариантов осуществления, в которых привод является электродвигателем, усилие F привода (например, усилие электродвигателя) может преобразовываться в значение тока на основании известных зависимостей, соотносящих ток электродвигателя с усилием/крутящим моментом электродвигателя.
Затем, на этапе 420 способа, по выбору определяется, превышает ли абсолютное значение разности между текущим положением седла, выявленным после положительного приращения положения привода на этапе 416, и зарегистрированным ранее положением седла, извлеченным на этапе 408, пороговое значение. Если абсолютное значение этой разности превышает пороговое значение (Да), способ переходит на этап 422. Если абсолютное значение этой разности не превышает пороговое значение (Нет), способ возвращается на этапе 406. Будет понятно, что этапы с 406 по 414 (и, по выбору, в дополнение, этапы 420 и 422) могут выполняться повторно на всем протяжении ездового цикла для каждой команды полностью закрытого положения, которая принята, чтобы текущее положение седла могло регистрироваться каждый раз, когда клапан регулятора давления наддува расположен на седле клапана. Таким образом, может формироваться полная структура данных, которая содержит множество положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое связано с одним или более рабочих параметров, содействуя повышенной точности позиционирования клапана на всем протяжении и среди ездовых циклов. Структура данных также может компенсировать долгосрочные изменения в узле регулятора давления наддува, оказывающие влияние на позиционирование регулятора давления наддува, которые являются результатом непреходящих причин - например, долгосрочного механического износа, а также прогиба рычажного механизма, описанного выше.
В заключение, на этапе 422 способа, зарегистрированное ранее положение седла, извлеченное на этапе 408, перезаписывается определенным в данный момент положением седла. Таким образом, структура данных точно обновляется, чтобы отражать, среди прочего, изменения положения седла клапана регулятора давления наддува.
Как показано и описано, способы 300 и 400, соответственно изображенные на фиг. 3 и 4, могут быть реализованы для повышения точности позиционирования клапана регулятора давления наддува и, таким образом, управления наддувом в двигателе внутреннего сгорания с турбонагнетателем. Более точно, изменения местоположения седла клапана регулятора давления наддува, расширение и/или сжатие рычажного механизма клапана-привода регулятора давления наддува, физическое изменение узла регулятора давления наддува, долгосрочный износ и другие термически и механически приводимые в действие эффекты могут компенсироваться посредством реализации этих способов. Более того, способы компенсируют такие изменения посредством использования существующих, естественно возникающих возможностей, при которых клапан регулятора давления наддува располагается на седле клапана - например, в качестве части процедур диагностики и/или калибровки при пуске двигателя, а также в условиях, в которых требуется максимальный наддув. Следует принимать во внимание, что различные подходящие модификации могут быть произведены в отношении способов 300 и 400, не выходя из объема этого раскрытия. Например, один или более рабочих параметров, с которыми могут быть связаны положения седла, а также поправки на прогиб рычажного механизма, могут выбираться практически из любого измеримого или определяемого параметра, описанного в материалах настоящего описания, в том числе, но не в качестве ограничения, представленных сигналами, принимаемыми в контроллере 12 по фиг. 1.
Далее, с обращением к фиг. 5, показана регулировочная характеристика 500, иллюстрирующая определение положения седла клапана регулятора давления наддува устройства регулятора давления наддува по фиг. 2 в примерном ездовом цикле. Более точно, регулировочная характеристика 500 показывает требуемый наддув для примерного ездового цикла, сформированный по меньшей мере частично наддувом, запрошенным водителем транспортного средства, который значительно меняется на всем протяжении, начиная с области, в которой наддув не требуется, и достигая максимального имеющегося в распоряжении наддува для двух почти смежных длительностей. Регулировочная характеристика 500 также показывает подъем клапана 218 регулятора давления наддува, в то время как он управляется (например, приводом 202) в ответ на требуемый наддув. Следует принимать во внимание, что соответствие по форме требуемого наддува и подъема клапана регулятора давления наддува на всем протяжении регулировочной характеристики 500 обеспечивается в качестве примера и не подразумевается ограничивающим никоим образом. В дополнение, подъем клапана регулятора давления наддува показано в качестве отстающего от требуемого наддува; величина такого отставания может быть преувеличена ради ясности.
Как видно на фиг. 5, клапан регулятора давления наддува в начале расположен в полностью открытом положении (например, расположен как можно дальше от седла клапана регулятора давления наддува), но быстро перемещается в направлении полностью закрытого положения за длительность 502, чтобы добиваться контакта с седлом, в качестве части процедуры диагностики и/или калибровки, описанной выше. Клапан регулятора давления наддува в начале, однако, может быть расположен в местоположениях, иных чем полностью открытое положение. Здесь, полный или близкий контакт с седлом клапана может достигаться за длительность 502 в зависимости от извлеченного положения седла и условий работы в течение этого времени (например, в зависимости от того, является ли инициация ездового цикла холодным запуском или горячим перезапуском, либо находится где-то между ними. По существу, положению привода 202 регулятора давления наддува может даваться положительное приращение, чтобы гарантировать истинный контакт с седлом клапана. При достигнутом контакте с седлом, регистрируется положение седла (например, в форме напряжения на приводе либо относительного или абсолютного положения клапана), представленное на фигуре штриховкой. Однако, будет отмечено, что продолжительность длительности 502 может быть преувеличена, и что изменение подъема клапана регулятора давления наддува - в особенности его приблизительно квадратичный характер - перед и после длительности, является всего лишь примерным и может принимать другие формы.
На других длительностях 504 и 506, изучение положения седла выполняется посредством использования возможностей, которые возникают естественно в ходе ездового цикла, при которых клапан регулятора давления наддува располагается на седле клапана. Эти возможности, например, могут возникать в результате требуемого наддува, достигающего максимального имеющегося в распоряжении наддува. Как описано выше, положения седла, изученные во время этих моментов времени, могут быть связаны с одним или более рабочих параметров (например, температурой на впуске турбины) и возможно использоваться для перезаписи существующих положений седла, чей связанный рабочий параметр(ы) находится в пределах диапазона от связанного с вновь зарегистрированными положениями седла. Таким образом, структура данных, содержащая множество положений седла, может динамически обновляться, чтобы обеспечивать адаптивное управление регулятором давления наддува.
Фиг. 6 иллюстрирует динамическое обновление регулировочной характеристики 600 по множеству положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое из которых связано с рабочей температурой (например, температурой на впуске турбины). Множество положений седла клапана, например, могут соответствовать положениям, допустимым седлом 220 клапана по фиг. 2, и могут изучаться согласно способу 400 по фиг. 4 и во время возможностей, проиллюстрированных на регулировочной характеристике 500 по фиг. 5.
В частности, регулировочная характеристика 600 включает в себя первую функцию 602, содержащую множество положений седла клапана регулятора давления наддува, каждое связано с рабочей температурой, которые могут быть изучены автономно и запрограммированы в регулировочную характеристику 600 до работы двигателя и/или регулятора давления наддува на основании известных свойств узла регулятора давления наддува. При работе двигателя, положения седла могут извлекаться из первой функции 602 посредством подачи рабочей температуры и использоваться для модификации положений привода регулятора давления наддува и/или команд подъема регулятора давления наддува описанным выше образом. Регулировочная характеристика 600 также показывает две точки данных - первую точку 604 данных и вторую точку 606 данных - изученные интерактивно во время работы двигателя и посредством способов, описанных выше. Точки 604 и 606 данных в частности являются положениями седла клапана и, как показано, отклоняются от первой функции 602, так как они были собраны в условиях, в которых узел регулятора давления наддува принимал иные тепловые и/или механические свойства - например, высокие температуры выхлопных газов вызывали тепловое расширение в узле регулятора давления наддува. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, новая, вторая функция 608 может формироваться на основании точек 604 и 606 данных (и других, собранных впоследствии), чтобы отражать изменения в узле регулятора давления наддува и обеспечивать адаптивное позиционирование регулятора давления наддува. Например, различные пригодные технологии подбора кривых могут применяться для получения второй функции 608. Фиг. 6, таким образом, иллюстрирует, каким образом регулировочная характеристика или другая структура данных, содействующая исправлению положения седла клапана для существенного диапазона условий работы, может формироваться посредством накопления дискретной выборки положений седла клапана и применения интерполяции, чтобы предоставлять поправки для условий работы, отличающихся от тех, в которых была накоплена выборка. Таким образом, адаптивное позиционирование клапана может быть предусмотрено для обстоятельств, которые не обеспечивают много возможностей для изучения положений седла.
Следует принимать во внимание, что регулировочная характеристика 600, а также первая и вторая функции 602 и 608, приведены в качестве примеров и никоим образом не подразумеваются ограничивающими. В частности, первая и вторая функции показаны в качестве являющихся почти линейными, но могут принимать другие формы в зависимости от узла регулятора давления наддува и эксплуатационных характеристик. Кроме того, регулировочная характеристика 600 является одним из примеров многообразия пригодных структур данных, которые могут формироваться посредством подходов, описанных в материалах настоящего описания. К тому же, регулировочная характеристика 600 (или другая структура данных) может быть модифицирована для хранения множества поправок положения седла клапана вместо самих положений седла. В дополнение, регулировочная характеристика 600 может содержать множество дискретных точек данных для вариантов осуществления, в которых не используется интерполяция.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.