СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR ENGINE (VARIANTS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Теплообменники двигателя, такие как охладители наддувочного воздуха и другие охладители, могут работать для охлаждения температуры наддувочного воздуха, поступающего во впускной коллектор, снабжая наддувочный воздух более высокой плотностью и, таким образом, повышая мощность двигателя и улучшенную эффективность использования топлива. Кроме того, охлажденный наддувочный воздух может понижать температуры сгорания и способствовать снижению токсичности некоторых выбросов двигателя. Однако в некоторых условиях, таких как когда воздух в теплообменнике охлаждается ниже своей точки росы, конденсат может образовываться внутри теплообменника. Конденсат может накапливаться, а затем попадать в двигатель, вызывая пропуски зажигания и другие проблемы; он также может снижать эффективность теплообменника со временем. Кроме того, в особенности в охладителях рециркуляции выхлопных газов, которые охлаждают выхлопные газы, подвергнутые рециркуляции обратно на впуск, кислотные составы могут присутствовать в конденсате, давая в результате ухудшение работы в отношении охладителя и/или расположенных ниже по потоку компонентов.
Для предотвращения накопления конденсата внутри теплообменника перепускная магистраль может быть предусмотрена вокруг теплообменника. В условиях, в которых спрогнозировано, что должен образовываться конденсат в охладителе, воздух, нормально выдаваемый в теплообменник, может направляться через перепускную магистраль, чтобы избегать возможного осаждения конденсата внутри теплообменника. Однако такие перепускные магистрали могут быть дорогостоящими и повышать сложность стратегии системы управления двигателем. Кроме того, может быть трудно точно прогнозировать, когда может образовываться конденсат, приводя к ненужному перепуску воздуха, а также повышенной температуре и пониженной плотности наддувочного воздуха.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы выявили проблемы с вышеприведенным подходом и предложили способ по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на них. В одном из вариантов осуществления предложен способ для двигателя, включающий в себя этап, на котором:
увеличивают поток рециркуляции выхлопных газов (EGR) в ответ на конденсацию в охладителе EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором конденсация является оцененным количеством накопленного конденсата, основанным на количестве образованного конденсата и количестве испаренного конденсата внутри охладителя EGR в течение заданной продолжительности времени.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых, если оцененное количество накопленного конденсата ниже порогового значения, осуществляют протекание EGR согласно первому расписанию, а если оцененное количество накопленного конденсата выше порогового значения, осуществляют протекание EGR согласно другому, второму расписанию.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором количество образованного конденсата в охладителе EGR определяют на основании влагосодержания всасываемого воздуха, поступающего в двигатель, влагосодержания выхлопных газов, выходящих из двигателя, влажности EGR, направленной на впуск, и количества EGR, направленной на впуск, температуры охладителя EGR, эффективности охладителя EGR и температуры EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором количество испаренного конденсата в охладителе EGR определяют на основании массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ для двигателя, включающий в себя этап, на котором:
регулируют исполнительный механизм двигателя на основании оцененного накопленного конденсата в теплообменнике двигателя, основанного на количестве образованного конденсата и количестве испаренного конденсата внутри теплообменника двигателя в течение заданной продолжительности времени.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором исполнительный механизм содержит сбросовый затвор, а теплообменник - охладитель наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором оценивают количество образованного и испаренного конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха на основании влагосодержания всасываемого воздуха, поступающего в охладитель наддувочного воздуха, температуры охладителя наддувочного воздуха, давления наддува и массового расхода воздуха через охладитель наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором влагосодержание всасываемого воздуха основано на влажности, массовом расходе воздуха, температуре и давлении всасываемого воздуха выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором исполнительный механизм содержит клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR), а теплообменник - охладитель EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором оценивают количество образованного конденсата внутри охладителя EGR на основании влагосодержания выхлопных газов, направленных в атмосферу, и количества EGR, направленной в двигатель.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором влагосодержание выхлопных газов зависит от влажности, образованной при сгорании, влагосодержания всасываемого воздуха, направленного в двигатель, и влагосодержания EGR, направленной в двигатель.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором влагосодержание всасываемого воздуха зависит от относительной влажности, массового расхода воздуха, давления и температуры всасываемого воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором влагосодержание EGR, направленной в двигатель, зависит от массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором оценивают количество испаренного конденсата внутри охладителя EGR на основании массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором регулирование клапана EGR на основании накопленного конденсата в охладителе EGR дополнительно включает в себя этап, на котором открывают клапан EGR для увеличения EGR, направленной на впуск.
В одном из вариантов осуществления предложен способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
оценивают накопленный конденсат в охладителе EGR на основании образованного и испаренного конденсата внутри охладителя EGR; и
если накопленный конденсат выше порогового значения, регулируют клапан EGR при выбранных условиях для увеличения EGR, направленной через охладитель EGR, для удаления накопленного конденсата.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором выбранные условия включают в себя клапан EGR, находящийся в полностью закрытом положении перед регулированием клапана EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором регулирование клапана EGR для увеличения EGR, направленной через охладитель EGR, дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют клапан EGR для доставки количества EGR, выбранного на основании условий работы двигателя и дополнительно на основании количества конденсата, спрогнозированного для накопления в охладителе EGR.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором количество накопленного конденсата в охладителе EGR дополнительно оценивают на основании температуры хладагента охладителя EGR.
Таким образом, поток EGR может увеличиваться в ответ на конденсацию в охладителе EGR. В одном из примеров поток EGR может увеличиваться, когда оцененное количество накопленного конденсата в охладителе EGR превышает пороговое значение. Количество накопленного конденсата в охладителе EGR может оцениваться на основании обоих - количества конденсата, который образовывается внутри охладителя EGR, а также количества конденсата, который испаряется из охладителя EGR в течение заданной продолжительности времени. Посредством отслеживания количества образованного конденсата, а также количества испаренного конденсата, количество конденсата, которое фактически накапливается в теплообменнике, может определяться точнее. Кроме того, посредством регулирования потока EGR в ответ на конденсацию в охладителе конденсат может удаляться без использования сложных перепускных систем или в дополнение к таким перепускным системам.
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 схематичное изображение варианта осуществления двигателя с турбонагнетателем и системой рециркуляции выхлопных газов.
Фиг.2 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ обнаружения и удаления конденсата из теплообменника двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ оценки количества образованного конденсата внутри охладителя EGR согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ оценки количества испаренного конденсата внутри охладителя EGR согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ удаления конденсата внутри охладителя EGR согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теплообменники двигателя, такие как охладители EGR и охладители наддувочного воздуха, могут накапливать конденсат в некоторых условиях. Накопленный конденсат может попадать в двигатель, где, если присутствует в больших количествах, может вызывать пропуски зажигания и другие проблемы сгорания или повреждение компонентов. Чтобы предотвратить накопление конденсата внутри теплообменника двигателя, количество образованного и испаренного конденсата внутри теплообменника может отслеживаться с использованием модели конденсации. Модель конденсации может выдавать образованный и испаренный конденсат на основании зависящих от скорости вращения и нагрузки рабочих параметров, таких как интенсивность EGR, давление наддува и массовый расход воздуха. Если конденсат в теплообменнике накапливается до порогового уровня, исполнительный механизм двигателя может регулироваться для удаления конденсата из теплообменника. Фиг.1 иллюстрирует двигатель, включающий в себя многочисленные теплообменники и контроллер, выполненный с возможностью исполнения способов, показанных на фиг.2-5.
Далее со ссылкой на фиг.1 она показывает схематичное изображение одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля, которая показана. 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. Камера 30 (то есть цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. В некоторых вариантах осуществления поверхность днища поршня 36 внутри камеры 30 сгорания может иметь чашечную выемку. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен по меньшей мере к одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания выхлопных газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Впускной клапан 52 может открываться и закрываться согласно рабочим выступам впускного кулачка 51. Подобным образом выпускной клапан 54 может открываться и закрываться согласно рабочим выступам выпускного кулачка 53. Фаза впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53 может меняться относительно коленчатого вала 40. В качестве альтернативы исполнительный механизм регулируемого клапана может быть электрогидравлическим или любым другим возможным механизмом для предоставления возможности приведения в действие клапана. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на исполнительные механизмы, присоединенные к впускному кулачку 51 и выпускному кулачку 53, для управления установкой момента открывания и закрывания соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения клапана соответственно. В альтернативных вариантах осуществления один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие одним или более электрических исполнительных механизмов и могут использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемых фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемых фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL) для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 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 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссели 62 и 63, имеющие дроссельные заслонки 64 и 65 соответственно. В этом конкретном примере положения дроссельных заслонок 64 и 65 могут регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, присоединенный к заслонкам 62 и 63, конфигурацию, которая обычно указывается ссылкой как электронное регулирование дросселя (ETC). Таким образом, заслонки 62 и 63 могут приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положения дроссельных заслонок 64 и 65 могут выдаваться с контроллера 12 сигналами TP положения дросселя. Давление, температура и массовый расход воздуха могут измеряться в различных точках вдоль впускного канала 42 и впускного коллектора 44. Например, впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха для измерения массового расхода чистого воздуха, поступающего через дроссель 63. Массовый расход чистого воздуха может сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала MAF.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, расположенный выше по потоку от впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 164 (например, через вал), расположенной на протяжении выпускного канала 48. Что касается нагнетателя, компрессор 162 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 через турбонагнетатель или нагнетатель, может регулироваться контроллером 12. Охладитель 154 наддувочного воздуха может быть включен в состав ниже по потоку от компрессора 162 и выше по потоку от впускного клапана 52. Охладитель 154 наддувочного воздуха может быть выполнен с возможностью охлаждать газы, которые были нагреты сжатием, например, посредством компрессора 162. В одном из вариантов осуществления охладитель 154 наддувочного воздуха может находиться выше по потоку от дросселя 62. Давление, температура и массовый расход воздуха могут измеряться ниже по потоку от компрессора 162, к примеру, датчиком 145 и 147. Измеренные результаты могут сообщаться в контроллер 12 с датчиков 145 и 147 посредством сигналов 148 и 149 соответственно. Давление и температура могут измеряться выше по потоку от компрессора 162, к примеру, датчиком 153, и сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала 155.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система EGR может направлять требуемую порцию выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44. Фиг.1 показывает систему HP-EGR и систему LP-EGR, но альтернативный вариант осуществления может включать в себя только систему LP-EGR. HP-EGR направляется через канал 140 HP-EGR, из выше по потоку от турбины 164 в ниже по потоку от компрессора 162. Количество HP-EGR, выдаваемого во впускной коллектор 44, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 HP-EGR. LP-EGR направляется через канал 150 LP-EGR из ниже по потоку от турбины 164 в выше по потоку от компрессора 162. Количество LP-EGR, выдаваемой во впускной коллектор 44, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 152 LP-EGR. Система HP-EGR может включать в себя охладитель 146 HP-EGR, а система LP-EGR может включать в себя охладитель 158 LP-EGR для выделения тепла из газов EGR, например, в охлаждающую жидкость двигателя.
2
В некоторых условиях система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры 30 сгорания, например, чтобы управлять выработкой NOx. Таким образом, может быть желательным измерять или оценивать массовый расход EGR. Датчики EGR могут быть расположены в пределах каналов EGR и могут давать показания одного или более из массового расхода, давления, температуры, концентрации O и концентрации выхлопных газов. Например, датчик 144 HP-EGR может быть расположен в канале 140 HP-EGR.
В некоторых вариантах осуществления один или более датчиков могут быть расположены в канале 150 LP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, подвергаемых рециркуляции по каналу LP-EGR. Отработавшие газы, подаваемые по каналу 150 LP-EGR, могут разбавляться свежим воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 150 LP-EGR и впускного канала 42. Более точно посредством регулирования клапана 152 LP-EGR скоординировано с первым дросселем 63 воздухозаборника (расположенным в воздушном впускном канале впуска двигателя выше по потоку от компрессора) может регулироваться разбавление потока EGR.
Процентное разбавление потока LP-EGR может выводиться по выходному сигналу датчика 145 в потоке газа впуска двигателя. Более точно датчик 145 может быть расположен ниже по потоку от первого впускного дросселя 63, ниже по потоку от клапана 152 LP-EGR и выше по потоку от второго основного впускного дросселя 62, чтобы могло точно определяться разбавление LP-EGR на или вблизи основного впускного дросселя. Датчик 145, например, может быть датчиком кислорода, таким как датчик UEGO.
x
Датчик 126 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 ниже по потоку от турбины 164. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO, HC или CO. В одном из вариантов осуществления датчик выхлопных газов может быть датчиком содержания NOx, выполненным с возможностью выдавать показание уровней NOx на выпуске двигателя, например, уровней NOx в выхлопных газах ниже по потоку от двигателя и выше по потоку от любых устройств снижения токсичности выхлопных газов.
3
Устройства 71, 72 и 76 снижения токсичности выхлопных газов показаны расположенными вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 выхлопных газов. В изображенном варианте осуществления устройство 71 может быть системой избирательного каталитического восстановления (SCR) наряду с тем, что устройства 72 и 76 могут быть дизельным окислительным нейтрализатором (DOC), дизельным сажевым фильтром (DPF), трехкомпонентным нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями. Например, устройство 72 может быть DOC, а устройство 76 может быть DPF. В некоторых вариантах осуществления DPF 76 может быть расположен ниже по потоку от SCR 71 и DOC 72 (как показано на фиг.1) наряду с тем, что в других вариантах осуществления DPF 76 может быть расположен выше по потоку от DOC 72. Альтернативные компоновки также возможны в некоторых вариантах осуществления, такие как DOC 72 и/или DPF 76, являющиеся расположенными выше по потоку от SCR 71. Если устройство 71 является системой SCR, бак 73 с восстановителем может присутствовать для хранения восстановителя, такого как мочевина или NH. Бак 73 может быть присоединен к форсунке 75 для впрыска восстановителя в поток выхлопных газов устройства 71 или в устройство 71, чтобы восстанавливать NOx в устройстве 71. Кроме того, смеситель 74 может быть предусмотрен, чтобы обеспечивать надлежащее смешивание восстановителя в потоке выхлопных газов. Мочевина может впрыскиваться пропорционально количеству NOx питающих газов двигателя, поступающих в SCR. Дополнительный датчик 127 NOx может присутствовать ниже по потоку от устройств 71, 72 и 76, чтобы давать показание эффективности устройств, сравнивая показание NOx ниже по потоку от датчика 127 с показанием NOx выше по потоку с датчика 126.
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) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. При стехиометрической работе 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.
Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Как описано выше, фиг.1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
Далее с обращением к фиг.2 проиллюстрирован высокоуровневый способ 200 управления накоплением конденсата в теплообменнике двигателя. Способ 200 может исполняться контроллером двигателя, таким как контроллер 12, согласно командам, хранимым в нем. Теплообменник может быть охладителем EGR (таким как охладитель 146 или 158), охладителем наддувочного воздуха (таким как охладитель 154) или другим теплообменником.
Способ 200 включает в себя этап 202, на котором определяют рабочие параметры окружающей среды и двигателя. Рабочие параметры окружающей среды могут включать в себя влажность, температуру и давление воздуха, поступающего в систему впуска двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя скорость вращения и нагрузку двигателя, интенсивность EGR, массовый расход воздуха, давление наддува, температуру всасываемого воздуха на входе теплообменника, топливно-воздушное соотношение и другие параметры.
На этапе 204 оцениваются количество конденсата, образованного внутри теплообменника. Количество образованного конденсата может определяться с использованием модели конденсации, по которой оценивают образование конденсата в зависимости от влагосодержания воздуха, поступающего в теплообменник, и условий теплообменника, в том числе давления, температуры и массового расхода воздуха через теплообменник. Дополнительные подробности оценки количества образованного конденсата будут приведены ниже со ссылкой на фиг.3.
На этапе 206 оценивают количество конденсата, испаренного внутри теплообменника. Аналогично количеству образованного конденсата количество испаренного конденсата может определяться с использованием модели конденсации. Количество испаренного конденсата может зависеть от массового расхода воздуха через теплообменник, температуры на выпуске теплообменника и давления в теплообменнике. Кроме того, количество испаренного конденсата также может включать в себя конденсат в теплообменнике, который был увлечен за собой воздухом, протекающим через обменник. Дополнительные подробности оценки количества испаренного конденсата будут приведены ниже со ссылкой на фиг.4.
На этапе 208 количество образованного конденсата и испаренного конденсата у теплообменника подвергают мониторингу, чтобы определить оцененное накопленное количество конденсата. На этапе 210 определяют, находится ли накопленное количество конденсата выше порогового значения. Пороговое значение может быть подходящим пороговым значением. В одном из примеров пороговое значение может быть нулевым, чтобы любое количество накопленного конденсата могло находиться выше порогового значения. В других примерах пороговое значение может быть большим, чем ноль, так что допускается небольшое количество накопленного конденсата, но пороговое значение может быть меньшим, чем количество конденсата, которое будет вызывать пропуски зажигания и другие проблемы с двигателем, если направляется в двигатель. Если накопленный конденсат не выше порогового значения, по способу 200 переходят обратно на этап 208, чтобы продолжать осуществлять мониторинг образования и испарения конденсата.
Если накопленный конденсат выше порогового значения, по способу 200 переходят на этапе 212, чтобы регулировать один или более рабочих параметров для удаления конденсата и/или предотвращения будущего накопления конденсата внутри теплообменника. Например, если теплообменник является охладителем EGR, клапан EGR, который регулирует количество выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск, может открываться для увеличения количества EGR, протекающей через охладитель. В еще одном примере, если теплообменник является охладителем наддувочного воздуха, клапан EGR, дроссель, сбросовый затвор турбонагнетателя и/или перепускной клапан компрессора могут регулироваться для изменения скорости, массового расхода воздуха, температуры и т.д., всасываемого воздуха внутри охладителя наддувочного воздуха. В дополнительном примере количество хладагента, втекающего в охладитель EGR или охладитель наддувочного воздуха, может регулироваться для повышения температуры охладителя EGR или охладителя наддувочного воздуха. Например, перепускной или проточный дозирующий клапан может присутствовать в проточной магистрали хладагента, ведущей в охладитель EGR и/или охладитель наддувочного воздуха, и этот клапан может закрываться для уменьшения потока хладагента в соответствующий охладитель. Регулирование рабочих параметров в ответ на накопленный конденсат выше порогового значения будет пояснен подробнее ниже со ссылкой на фиг.5.
Фиг.3-5 - блок-схемы последовательности операций способа, иллюстрирующие различные способы управления накоплением конденсата в охладителе EGR. Несмотря на то, что способы, проиллюстрированные на фиг.3-5, могут применяться к другим теплообменникам (например, охладителям наддувочного воздуха), некоторые особенности способов специфичны для типа теплообменника, к которому применяется способ, а отсюда нижеприведенные способы пояснены в отношении охладителя EGR. Дополнительная детализация касательно применения нижеприведенных способов к охладителю наддувочного воздуха также будет представлена. Далее со ссылкой на фиг.3 она иллюстрирует способ 300 оценки количества конденсата, образованного внутри охладителя EGR с использованием модели конденсации. Способ 300 может исполняться контроллером 12, чтобы определять количество образованного конденсата внутри охладителя EGR в данный момент времени. Как пояснено выше со ссылкой на фиг.2, количество образованного конденсата в каждый расчетный момент времени может подвергаться мониторингу в течение заданной продолжительности времени для определения, сколько конденсата накопилось в охладителе EGR.
Способ 300 включает в себя этап 302, на котором определяют скорость вращения и нагрузку, и другие параметры двигателя. Количество образованного конденсата в охладителе EGR зависит от скорости вращения и нагрузки, в то время как многочисленные факторы, которые оказывают влияние на конденсацию, такие как интенсивность EGR, планируются на основании скорости вращения и нагрузки. Дополнительные параметры, которые могут определяться, включают в себя влажность окружающей среды, массовый расход воздуха, давление наддува, температуру на входе EGR и т.д. На этапе 304 влагосодержание всасываемого воздуха, поступающего в двигатель, определяют на основании влажности, массового расхода воздуха, давления и температуры всасываемого воздуха. В одном из примеров влагосодержание всасываемого воздуха может определяться на основании следующего уравнения:
.
Удельная влажность может рассчитываться с использованием уравнения:
.
Где P - парциальное давление паров всасываемого воздуха, которое определяют по графику водонасыщенности, показывающему кривую давления в зависимости от температуры всасываемого воздуха.
На этапе 306 влагосодержание EGR ниже по потоку от охладителя EGR оценивают на основании температуры на выпуске охладителя EGR, давления в охладителе EGR и массового расхода воздуха. В одном из примеров влагосодержание EGR ниже по потоку от охладителя может определяться с использованием уравнения:
,
где аналогично тому, как выше P - парциальное давление водяного пара, определенное в зависимости от температуры на выпуске охладителя EGR. Давление в охладителе EGR может быть равным давлению наддува (если клапан EGR расположен выше по потоку на горячей стороне охладителя) или может быть равным 1,2* давление наддува (если клапан EGR расположен ниже по потоку, на холодной стороне охладителя). Температура на выпуске охладителя EGR может определяться на основании уравнения:
.
in
coolant
Где T - температура входа охладителя (измеренная датчиком), e - эффективность охладителя в зависимости от массового расхода воздуха, которая поставляется производителем охладителя, а T - температура хладагента в охладителе.
На этапе 308 влагосодержание выхлопных газов оценивают на основании суммы влагосодержания всасываемого воздуха, влагосодержания EGR и влаги, вырабатываемой при сгорании. Влага, вырабатываемая при сгорании, определяется с использованием уравнения:
.
2
2
Поток топлива может определяться делением массового расхода воздуха на топливно-воздушное соотношение, а кг(HO)/кг(топлива) зависит от топливно-воздушного соотношения и состава топлива. Например, при топливно-воздушном соотношении 14,5 1 кг дизельного топлива будет создавать 1,174 кг HO. В других вариантах осуществления влагосодержание выхлопных газов может оцениваться на основании топливно-воздушного соотношения выхлопных газов. Кроме того в других вариантах осуществления датчик выхлопных газов (такой как датчик 126 по фиг.1) может использоваться для определения влажности и, таким образом, влагосодержания выхлопных газов.
На этапе 310 количество конденсата, образованного в охладителе, оценивают на основании определенного выше влагосодержания выхлопных газов и интенсивности EGR. Так как только часть выхлопных газов направляется в охладитель EGR, влагосодержание выхлопных газов, умноженное на интенсивность EGR, дает оценку влагосодержания EGR, поступающей в охладитель. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления количество конденсата, образованного внутри охладителя, также может определяться на основании условий охладителя, таких как температура охладителя, массовый расход воздуха через охладитель, давление в охладителе и т.д.
Таким образом, способ 300 по фиг.3 предусматривает оценку количества образованного конденсата внутри охладителя EGR. Количество образованного конденсата может определяться по различным, зависящим от скорости вращения и нагрузки входным сигналам, в том числе интенсивности EGR, массового расхода воздуха, температуры газов на входе охладителя EGR, давления наддува и топливно-воздушного соотношения, а также не зависящим от скорости вращения и нагрузки входным сигналам, в том числе технических условий охладителя (например, эффективности), температуры хладагента в охладителе и влажности воздуха. Модель конденсации, используемая для оценки количества образованного конденсата, частично основана на количестве EGR, протекающей через охладитель. Однако даже если EGR выведена из работы (например, клапан EGR находится в полностью закрытом положении), может допускаться, чтобы небольшое количество EGR было способным проходить мимо клапана EGR. Также есть величина утечки, связанная с перепускным каналом, и небольшие количества или EGR могут протекать через перепускной канал в охладитель и конденсироваться со временем. Таким образом, даже если интенсивность EGR установлена в ноль, модель конденсации может использовать присутствующее небольшое количество EGR для оценки количества образованного конденсата.
Как пояснено раньше, способ 300 описан здесь в качестве определяющего количество образованного конденсата в охладителе EGR. Однако способ может использоваться для определения количества конденсата, образованного в другом теплообменнике, таком как охладитель наддувочного воздуха. Количество образованного конденсата в охладителе наддувочного воздуха не находится под влиянием влагосодержания выхлопных газов или EGR, если нет системы LP-EGR, которая вводит LP-EGR выше по потоку от входа компрессора турбонагнетателя, а отсюда конденсат в охладителе наддувочного воздуха может зависеть от влагосодержания воздуха, поступающего в охладитель наддувочного воздуха (например, влажности воздуха), массового расхода воздуха, температуры охладителя наддувочного воздуха и давления в охладителе наддувочного воздуха. Температура охладителя наддувочного воздуха может учитывать температуру хладагента, протекающего через охладитель наддувочного воздуха, а также температуру на входе охладителя наддувочного воздуха. Однако если LP-EGR привносится во всасываемый воздух выше по потоку от компрессора, количество LP-EGR также может использоваться для определения количества образованного конденсата в охладителе наддувочного воздуха.
Далее с обращением к фиг.4 она иллюстрирует способ 400 оценки количества испаренного конденсата в охладителе EGR на основании модели конденсации, описанной выше. Конденсат может образовываться внутри охладителя при некоторых условиях (например, низкого массового расхода воздуха относительно холодных выхлопных газов, поступающих в охладитель). Однако в других условиях конденсат, который образовывался раньше внутри охладителя, может испаряться и/или увлекаться за собой выхлопными газами, протекающими через охладитель. Таким образом, для получения точного полного определения общего количества накопленного конденсата внутри охладителя EGR, оценивают количество как образованного, так и испаренного конденсата. Способ 400 может выполняться контроллером 12 согласно командам, хранимым в нем.
Способ 400 включает в себя этап 402, на котором определяют максимальное теоретическое влагосодержание насыщения EGR на основании температуры охладителя EGR, давления и удельной влажности EGR. Максимальное теоретическое влагосодержание насыщения EGR определяется с использованием прежнего уравнения, описанного со ссылкой на фиг.3 для расчета влагосодержания в EGR после выхода из охладителя:
.
Таким образом, влагосодержание в EGR после прохождения через охладитель дает аппроксимацию количества влаги, которая не осаждалась в охладителе, и количестве конденсата, который испарялся из охладителя. На этапе 404 определяют, является ли максимальное теоретическое влагосодержание насыщения EGR меньшим, чем текущий расход EGR. Если максимальное влагосодержание насыщения EGR не меньше, чем текущий расход EGR, то предполагают, что поток газов EGR мог бы состоять полностью из пара, и по способу 400 переходят на этап 406, чтобы устанавливать количество испаренного конденсата в охладителе в качестве являющегося равным расходу EGR.
Если максимальное теоретическое влагосодержание насыщения EGR больше, чем расход EGR, по способу 400 переходят на этап 408, чтобы устанавливать количество испаренного конденсата в качестве являющегося равным максимальному теоретическому влагосодержанию насыщения EGR. Способ 400 затем заканчивается.
Таким образом, способ 400 предусматривает определение количества испаренного конденсата в охладителе EGR. Как пояснено раньше, количество испаренного конденсата также может включать в себя количество конденсата, увлеченного за собой выхлопными газами, протекающими через охладитель. Количество увлеченного за собой конденсата может быть основано на скорости потока выхлопных газов через охладитель. Более того, подобный способ может применяться для определения количества испаренного конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Испаренный конденсат в охладителе наддувочного воздуха может определяться подобным образом, как в охладителе EGR, с использованием массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха, давления в охладителе наддувочного воздуха и давления насыщения всасываемого воздуха при данной температуре на выпуске охладителя.
Фиг.5 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 500 удаления накопленного конденсата в охладителе EGR. Способ 500 может исполняться контроллером 12 согласно командам, хранимым в нем, в ответ на указание, что количество накопленного конденсата, определенное на основании способов 300 и 400, представленных выше, выше порогового значения. По способу 500 удаляют накопленный конденсат посредством увеличения количества EGR, протекающего через охладитель. Однако в некоторых вариантах осуществления, чтобы избежать нарушения стратегии управления EGR, EGR для управления конденсатом может усиливаться только при выбранных условиях, описанных ниже.
Способ 500 включает в себя этап 502, на котором определяют, находится ли накопленный конденсат в охладителе EGR ниже порогового значения, подобно определению, описанному выше со ссылкой на фиг.2. Если накопленный конденсат ниже порогового значения, по способу 500 переходят на этап 504, чтобы осуществлять протекание EGR согласно первому расписанию. Первое расписание может быть стандартным расписанием протекания EGR, которое устанавливает интенсивность EGR на основании скорости вращения и нагрузки двигателя, чтобы поддерживать кислород на впуске на требуемом относительном количестве для снижения токсичности выхлопных газов. Способ 500 затем осуществляет возврат.
Если накопленный конденсат не ниже порогового значения, по способу 500 переходят на этап 506, чтобы осуществлять протекание EGR согласно второму, иному расписанию для удаления конденсата и/или предотвращения дальнейшего накопления конденсата в охладителе. Осуществление потока EGR согласно второму расписанию может включать в себя осуществление потока EGR с интенсивностью, выбранной из требуемой таблицы, как указано на этапе 508. Требуемая таблица может быть любой таблицей интенсивностей EGR, уже хранимой в памяти контроллера, или она может быть таблицей интенсивностей EGR, специально предназначенной для удаления конденсата. Выбранная интенсивность EGR может модифицироваться на этапе 510 на основании модели конденсации (например, модели, описанной выше со ссылкой на фиг.3 и 4), чтобы осуществлять протекание EGR в условиях без образования конденсата. Выбранная интенсивность EGR может дополнительно модифицироваться на этапе 512, чтобы сохранять стабильность сгорания. Так как EGR для удаления конденсата может активироваться в условиях, в которых EGR обычно не активируется, выбранная интенсивность EGR может модифицироваться, чтобы гарантировать, что не возникает нестабильность сгорания, чтобы гарантировать, что любые стратегии управления, которые основаны на количестве EGR, не нарушаются, и чтобы гарантировать, что EGR не вызовет дополнительное накопление конденсата вместо удаления. Таким образом, для данных скорости вращения и нагрузки двигателя количество EGR, направленное на впуск, когда накопленный конденсат ниже порогового значения, может быть иным, чем количество, направленное на впуск, когда накопленный конденсат выше порогового значения.
В некоторых вариантах осуществления EGR может протекать согласно второму расписанию, только когда допустимо, вследствие ограничений, уже наложенных на систему EGR. Например, если EGR активирована на данный момент, она может оставаться на первом расписании вместо переключения на второе расписание. Кроме того, если EGR дезактивирована для предотвращения ухудшения работы, она может оставаться дезактивированной. Таким образом, как по выбору указано на этапе 514, EGR может протекать согласно второму расписанию, только если EGR дезактивирована на данный момент вследствие снижения токсичности выхлопных газов. EGR типично активируется для поддержания более низкой концентрации кислорода на впуске, которая, в свою очередь, снижает температуры сгорания, чтобы уменьшать выбросы, такие как NOx. В некоторых условиях, таких как когда двигатель является работающим вслед за холодным запуском, или в условиях относительно высоких нагрузки и/или скорости вращения двигателя EGR может дезактивироваться, в то время как снижение токсичности NOx не показано, или так как осуществление потока EGR в других условиях может вызывать пропуски зажигания или другие условия нестабильного сгорания. Если EGR активирована на данный момент, регулирование количества EGR для удаления конденсата может мешать стандартным стратегиям снижения токсичности NOx, и EGR может устанавливаться согласно стандартному, первому расписанию. Дополнительно EGR может быть активирована на данный момент, чтобы предотвращать событие чрезмерной температуры или другое ухудшение характеристик. Если EGR на данный момент дезактивирована вследствие или для избежания ухудшения характеристик у двигателя или других компонентов, EGR не может активироваться для борьбы с конденсатом, так как в результате может происходить ухудшение характеристик у двигателя или других компонентов. По активизации EGR для удаления конденсата, способ 500 осуществляет возврат.
Несмотря на то, что по способу 500 регулируют клапан EGR в ответ на накопленный конденсат в охладителе EGR, если накопленный конденсат в охладителе наддувочного воздуха превышает пороговое значение, другие исполнительные механизмы двигателя могут регулироваться для удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха. Например, сбросовый затвор турбонагнетателя может регулироваться для повышения или понижения давления наддува. В еще одном примере дроссель может применяться для повышения скорости всасываемого воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха.
Таким образом, способы, описанные выше, предусматривают выявление и удаление конденсата в теплообменнике двигателя, в особенности, охладителе EGR или охладителе наддувочного воздуха. Вышеприведенные способы полагаются на модель конденсации, которая прогнозирует как образованный конденсат, так и испаренный конденсат. Модель, описанная выше со ссылкой на фиг.3 и 4, использует температуру свободного потока газа, протекающего через теплообменник, и не учитывает влияние температуры стенок или поверхности раздела теплообменника. Однако модель может быть модифицирована, чтобы учитывать такие влияния. Кроме того, выходные данные модели могут дополнительно регулироваться на основании температуры хладагента охладителя EGR, температуры газов и других факторов.
В одном из вариантов осуществления способ для двигателя включает в себя этап, на котором регулируют исполнительный механизм двигателя на основании оцененного накопленного конденсата в теплообменнике двигателя, оцененный накопленный конденсат основан на количестве образованного конденсата и количестве испаренного конденсата внутри теплообменника двигателя в течение заданной продолжительности времени.
В первом примере исполнительный механизм может содержать сбросовый затвор, а теплообменник может содержать охладитель наддувочного воздуха. Количество образованного и испаренного конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха может оцениваться на основании влагосодержания всасываемого воздуха, поступающего в охладитель наддувочного воздуха, температуры охладителя наддувочного воздуха, давления наддува и массового расхода воздуха через охладитель наддувочного воздуха, и влагосодержание всасываемого воздуха может быть основано на влажности, массовом расходе воздуха, температуре и давлении всасываемого воздуха выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха.
Во втором примере исполнительный механизм может содержать клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR), а теплообменник может содержать охладитель EGR. Количество образованного конденсата внутри охладителя EGR может оцениваться на основании влагосодержания выхлопных газов, направленных в атмосферу, и количества EGR, направленной в двигатель. Влагосодержание выхлопных газов может зависеть от влаги, образованной при сгорании, влагосодержания всасываемого воздуха, направленного в двигатель, и влагосодержания EGR, направленной в двигатель; влагосодержание всасываемого воздуха может зависеть от относительной влажности, массового расхода воздуха, давления и температуры всасываемого воздуха; и влагосодержание EGR, направленной в двигатель, может зависеть от массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR. Количество испаренного конденсата внутри охладителя EGR может оцениваться на основании массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR. Клапан EGR может регулироваться на основании накопленного конденсата в охладителе EGR, так что клапан EGR открывается для увеличения EGR, направленной на впуск.
В еще одном варианте осуществления способ для двигателя включает в себя этап, на котором регулируют клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR) на основании оцененного накопленного конденсата в охладителе EGR, оцененный накопленный конденсат содержит количество образованного конденсата и количество испаренного конденсата внутри охладителя EGR в течение заданной продолжительности времени. Клапан EGR может открываться для увеличения EGR, направленного на впуск.
Количество образованного конденсата в охладителе EGR может определяться на основании влагосодержания всасываемого воздуха, поступающего в двигатель, влагосодержания выхлопных газов, выходящих из двигателя, влажности EGR, направленной на впуск, и количества EGR, направленной на впуск. Количество образованного конденсата в охладителе EGR дополнительно может определяться на основании температуры охладителя EGR, эффективности охладителя EGR и температуры EGR. Количество испаренного конденсата в охладителе EGR может определяться на основании массового расхода воздуха, температуры на выпуске охладителя EGR и давления в охладителе EGR.
В дополнительном варианте осуществления способ для двигателя включает в себя этап, на котором оценивают накопленный конденсат в охладителе EGR на основании образованного и испаренного конденсата внутри охладителя EGR, и если накопленный конденсат выше порогового значения, регулируют клапан EGR при выбранных условиях, чтобы увеличивать EGR, направленную через охладитель EGR, для удаления накопленного конденсата. Выбранные условия могут включать в себя клапан EGR, находящийся в полностью закрытом положении перед регулированием клапана EGR. Регулирование клапана EGR для увеличения EGR, направленной через охладитель EGR, дополнительно может включать в себя этап, на котором регулируют клапан EGR для доставки количества EGR, выбранного на основании условий работы двигателя и дополнительно на основании количества конденсата, спрогнозированного для накопления в охладителе EGR. Количество накопленного конденсата в охладителе EGR дополнительно может оцениваться на основании температуры хладагента охладителя EGR.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, 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 изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные 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 признак в единственном числе либо «первый» признак или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких признаков, не требуя и не исключая двух или более таких признаков. 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.