Система двигателя - RU145314U1
Код документа: RU145314U1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к способам и системам для координирования действий регулятора давления наддува с действиями впускного дросселя и клапана рециркуляции компрессора для улучшения регулирования наддува.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы двигателя могут быть выполнены с устройствами наддува, такими как турбонагнетатели или нагнетатели, для выдачи подвергнутого наддуву заряда воздуха и улучшения пиковых выходных мощностей (см. US 8,161,746, опубл. 24.04.2012, МПК F02B33/00; F02B33/44; F02M25/07). Давление наддува может стабилизироваться по отношению к требуемому заданному значению, благодаря действиям одного или более исполнительных механизмов наддува, в том числе, например, регулятора давления наддува (WG), присоединенного в параллель турбине с приводом от выхлопных газов, и помпажного клапана компрессора (CSV), присоединенного в параллель впускному компрессору. Регулятор давления наддува стабилизирует давление наддува, регулируя поток выхлопных газов через турбину, наряду с тем, что помпажный клапан компрессора обычно используется для контроля помпажа компрессора. Каждый исполнительный механизм может регулироваться на основании составляющих упреждения и обратной связи.
В качестве одного из примеров, регулировки регулятора давления наддува оказывают влияние на давление наддува через относительно медленную динамику турбонагнетателя наряду с тем, что регулировки CSV, а также регулировки впускного дросселя, оказывают влияние на давление наддува через относительно быструю динамику. Вследствие разной динамики, действие впускного дросселя может оказывать незамедлительное воздействие на давление наддува и может вызывать возмущение контура управления регулятора давления наддува. Как результат, двигатель может работать, по меньшей мере временно, в или близко к области жесткого или мягкого помпажа. Оставление CSV открытым (когда возможно без ухудшения выдачи крутящего момента двигателя) может ослаблять склонность к помпажу, но может приводить к повышенным давлениям выхлопных газов и увеличенной насосной работе двигателя. В дополнение, экономия топлива может ухудшаться вследствие добавочной работы компрессора, нуждающейся в том, чтобы компенсироваться усиленной работой турбины.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Авторы в материалах настоящего описания выявили, что некоторые из вышеприведенных проблем могут быть преодолены системой двигателя, содержащей:
двигатель, содержащий впуск и выпуск;
турбонагнетатель для подачи подвергнутого наддуву заряда воздуха в двигатель, причем турбонагнетатель содержит турбину с приводом от выхлопных газов и впускной компрессор;
регулятор давления наддува, присоединенный в параллель турбине;
непрерывно регулируемый клапан рециркуляции, присоединенный в параллель компрессору;
дроссель, присоединенный к впуску ниже по потоку от компрессора; и
контроллер с машинно-читаемыми командами для:
осуществления работы системы двигателя в первом режиме, в котором положение регулятора давления наддува, впускного дросселя и положение клапана рециркуляции регулируются для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя; и
осуществления работы системы двигателя во втором режиме, в котором регулируются только положение регулятора давления наддува и впускного дросселя для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер выполнен с возможностью осуществления работы системы двигателя в первом режиме в ответ на отсутствие указания ухудшения работы клапана рециркуляции и осуществления работы системы двигателя во втором режиме в ответ на указание ухудшения работы клапана рециркуляции.
В одном из вариантов предложена система, в которой при работе системы двигателя в первом режиме положение регулятора давления наддува регулируется с более высокой регулировкой коэффициента передачи, а при работе системы двигателя во втором режиме положение регулятора давления наддува регулируется с более низкой регулировкой коэффициента передачи.
В одном из вариантов предложена система, в которой осуществление работы в первом режиме содержит
регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение на основании требуемого давления наддува;
регулировку с обратной связью регулятора давления наддува из первого положения на основании ошибки между действующим давлением наддува и требуемым давлением наддува; и
регулировку дросселя в положение, основанное на ошибке расхода между расходом, основанным на действующем давлении наддува, являющемся результатом регулировки регулятора давления наддува, и расходом, основанным на требуемом давлении наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой осуществление работы во втором режиме содержит
регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение на основании требуемого давления наддува;
регулировку с обратной связью регулятора давления наддува из первого положения на основании ошибки между действующим давлением наддува и требуемым давлением наддува;
регулировку с упреждением клапана рециркуляции во второе положение на основании предела помпажа компрессора;
регулировку с обратной связью клапана рециркуляции из второго положения на основании ошибки между действующим давлением наддува, являющимся результатом регулировки регулятора давления наддува, и требуемым давлением наддува; и
регулировку дросселя в третье положение, основанное на ошибке расхода между расходом, основанным на действующем давлении наддува, являющемся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, и расходом, основанным на требуемом давлении наддува.
Также предложен способ для системы двигателя с наддувом, включающий в себя этап, на котором осуществляют одновременную регулировку каждого из регулятора давления наддува, клапана рециркуляции компрессора (CCRV) и впускного дросселя для обеспечения требуемого давления наддува и потока воздуха в коллекторе. Таким образом, посредством приведения в действие исполнительного механизма CCRV в координации с впускным дросселем и регулятором давления наддува, достигается более быстрое и более точное регулирование давления наддува и выходного крутящего момента двигателя.
Например, система двигателя с наддувом может включать в себя турбонагнетатель, имеющий исполнительный механизм регулятора давления наддува, присоединенный в параллель турбине и непрерывно регулируемый клапан рециркуляции компрессора (CCRV), присоединенный в параллель компрессору. CCRV может быть выполнен подобно впускному дросселю, так чтобы он мог работать полностью открытым, полностью закрытым или в любом положении между ними. В ответ на требование наддува, контроллер может регулировать с упреждением положение регулятора давления наддува на основании требуемого (или опорного) давления наддува и условий работы. Например, для повышения давления наддува, регулятор давления наддува может перемещаться в более закрытое положение для повышения давления на входе турбины и скорости вращения турбины наряду с тем, что, для понижения давления наддува, регулятор давления наддува может перемещаться в более открытое положение для снижения давления на входе турбины и скорости вращения турбины. В дополнение, регулировки с обратной связью в отношении положения регулятора давления наддува могут быть основаны на разности между действующим (измеренным) давлением наддува и требуемым давлением наддува.
По существу, вследствие медленной динамики турбонагнетателя, связанной с приведением в действие регулятора давления наддува, требуемое изменение давления наддува достигается медленно, поскольку регулятору давления наддува сначала нужно разогнать (или замедлить) турбину и компрессор. Таким образом, в координации с регулировкой регулятора давления наддува, одновременно регулируется клапан рециркуляции компрессора (CCRV). Более точно, CCRV регулируется с упреждением на основании условий работы и степени повышения давления компрессора, чтобы перемещать режим работы турбонагнетателя прочь от предела жесткого помпажа в пределы области мягкого помпажа. CCRV затем регулируется с обратной связью, чтобы скорректировать ошибки наддува, являющиеся результатом регулировки регулятора давления наддува. Поскольку влияние регулировки CCRV на давление наддува является по существу незамедлительным, CCRV и регулятор давления наддува могут использоваться совместно для обеспечения точной стабилизации давления наддува в установившемся состоянии при наличии неопределенностей и внешних возмущений. Подобным образом, регулировки впускного дросселя также могут одновременно применяться для использования в своих интересах быстрой динамики турбонагнетателя, связанной с приведением в действие дросселя. Например, впускной дроссель регулируется на основании ошибки расхода в коллекторе, являющейся результатом регулировок регулятора давления наддува и CCRV, и в отношении требуемого расхода в коллекторе. Регулировка дросселя, тем самым, предоставляет возможность для более точного потока воздуха, а следовательно, более точной выдачи крутящего момента, в рабочей области с наддувом.
Таким образом, комбинация регулировок регулятора давления наддува, клапана рециркуляции компрессора и впускного дросселя может использоваться для улучшения выдачи наддува и выходного крутящего момента. Посредством использования непрерывно регулируемого клапана рециркуляции компрессора для обеспечения регулирования наддува в диапазоне частот, который комплементарен диапазону частот регулятора давления наддува, оба исполнительных механизма наддува могут дополнять друг друга, чтобы давать более высокую регулировку коэффициента передачи давления наддува, улучшенную реакцию наддува и более точную выдачу давления наддува наряду с работой компрессора вдали от предела помпажа. К тому же, посредством регулировки впускного дросселя для коррекции ошибок расхода воздуха, являющихся результатом регулирования давления наддува, улучшаются как точность, так и скорость выдачи крутящего момента во время работы двигателя с наддувом. В общем и целом, улучшаются рабочие характеристики двигателя с наддувом, давая выигрыши экономии топлива.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели 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 примерной системы двигателя с наддувом.
Фиг. 2-3 показывают многомерные регулировочные характеристики компрессора, изображающие области жесткого помпажа и мягкого помпажа.
Фиг. 4 показывает структурную схему системы регулирования наддува с использованием исполнительных механизмов WG и CCRV.
Фиг. 5 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа регулировки управления с обратной связью и упреждающего управления регулятором давления наддува на основании функциональных возможностей CCRV.
Фиг. 6 показывает примерное координирование регулировок WG и CCRV для обеспечения требуемого давления наддува согласно настоящей полезной модели.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Последующее описание относится к системам и способам улучшения регулирования давления наддува в системе двигателя с наддувом, такой как система по фиг. 1. Регулировки регулятора давления наддува и клапана рециркуляции компрессора (фиг. 4) могут использоваться одновременно для работы турбонагнетателя в пределах границ помпажа (фиг. 2-3). Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнения процедуры управления, такую как процедура по фиг. 5, чтобы выполнять упреждающие регулировки и регулировки с обратной связью в отношении положения регулятора давления наддува и клапана рециркуляции компрессора для точной выдачи давления наддува и удовлетворения требования крутящего момента с наддувом. Контроллер также может регулировать положение впускного дросселя, чтобы компенсировать ошибки потока воздуха, являющиеся результатом регулировок регулятора давления наддува и/или клапана рециркуляции. Контроллер также может регулировать функцию коэффициента передачи регулятора давления наддува на основании функциональных возможностей клапана рециркуляции компрессора, чтобы дополнительно улучшать время и точность выдачи наддува. Примерная регулировка показана со ссылкой на фиг. 6. Таким образом, повышается точность наддува.
Фиг. 1 показывает схематичное изображение примерной системы 100 двигателя с турбонаддувом, включающей в себя многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и пару одинаковых турбонагнетателей 120 и 130. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 100 двигателя может быть включена в качестве части силовой установки для пассажирского транспортного средства. Система 100 двигателя может принимать всасываемый воздух через впускной канал 140. Впускной канал 140 может включать в себя воздушный фильтр 156. Система 100 двигателя может быть раздельной системой двигателя, при этом впускной канал 140 разветвляется ниже по потоку от воздушного фильтра на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый включает в себя турбонагнетатель и компрессор. В результирующей конфигурации, по меньшей мере часть всасываемого воздуха направляется в компрессор 122 турбонагнетателя через первый параллельный впускной канал 142, и по меньшей другую часть всасываемого воздуха в компрессор 132 турбонагнетателя 130 через второй параллельный впускной канал 144 впускного канала 140.
Первая часть общего всасываемого воздуха, которая сжимается компрессором 122, может подаваться во впускной коллектор 160 через первый параллельный ответвленный впускной канал 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 формируют первую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Подобным образом, вторая часть общего всасываемого воздуха, может сжиматься посредством компрессора 132 в тех случаях, когда она может подаваться во впускной коллектор 160 через второй параллельный ответвленный впускной канал 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 формируют вторую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Как показано на фиг. 1, всасываемый воздух из впускных каналов 146 и 148 может повторно объединяться посредством общего впускного канала 149 перед подачей во впускной коллектор 160, где всасываемый воздух может выдаваться в двигатель.
В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может включать в себя датчик 182 давления во впускном коллекторе для оценки давления в коллекторе (MAP) и/или датчик 183 температуры впускного коллектора для оценки температуры воздуха в коллекторе (MCT), каждый поддерживает связь с контроллером 12. Впускной канал 149 может включать в себя охладитель 154 воздуха и воздушный впускной дроссель 158. Положение впускного дросселя может регулироваться системой управления посредством привода дросселя (не показан), с возможностью связи присоединенной к контролеру 12.
Канал 150 рециркуляции компрессора может быть предусмотрен для борьбы с помпажом компрессора. Более точно, для ослабления помпажа компрессора, к примеру при отпускании педали акселератора водителем, давление наддува может сбрасываться из впускного коллектора, ниже по потоку от охладителя 154 воздуха и выше по потоку от впускного дросселя 158, во впускной канал 140 (в частности, ниже по потоку от воздушного фильтра 156 и выше по потоку от места соединения впускных каналов 142 и 144). Посредством осуществления потока подвергнутого наддуву воздуха из выше по потоку от входа впускного дросселя в выше по потоку от входов компрессора, давление наддува может быстро снижаться, ускоряя регулирование наддува. Поток через канал 150 рециркуляции компрессора может стабилизироваться посредством регулировки положения клапана 152 рециркуляции компрессора, расположенного в нем. В изображенном примере, клапан 152 рециркуляции компрессора может быть непрерывно регулируемым клапаном, чье положение может регулироваться на полностью открытое положение, полностью закрытое положение или любое положение между ними. Таким образом, клапан 152 рециркуляции в материалах настоящего описания также может указываться ссылкой как непрерывно регулируемый клапан рециркуляции компрессора, или CCRV. В изображенном примере, CCRV 152 выполнен в виде дроссельного клапана, хотя, в других вариантах осуществления, CCRV может быть выполнен иначе (например, в качестве тарельчатого клапана). Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что CCRV показан выполненным для двигателя V-6 с двойным турбонаддувом на фиг. 1, CCRV подобным образом может применяться в других конфигурациях двигателя, к примеру, применяться к двигателям I-3, I-4, V-8 и другим конфигурациям двигателя с одним или многочисленными турбонагнетателями. В альтернативной конфигурации, канал рециркуляции может быть расположен, чтобы потоки проходили из выше по потоку от охладителя 154 воздуха в местоположение выше по потоку от компрессоров 120 и 130. В еще одной конфигурации, может быть два тракта рециркуляции, каждый с клапаном рециркуляции, каждый расположен, чтобы потоки проходили с выхода компрессора на вход компрессора.
Во время номинальных условий работы двигателя, непрерывно регулируемый клапан 152 рециркуляции компрессора номинально может удерживаться закрытым или почти закрытым. В таком положении, клапан может быть работающим с известной или ничтожной утечкой. Затем, в ответ на помпаж, открывание CCRV 152 может увеличиваться. В некоторых вариантах осуществления, один или более датчиков могут быть присоединены в канале 150 рециркуляции компрессора для определения массы подвергнутого рециркуляции потока, выдаваемого с входа дросселя во впускной канал. Различные датчики, например, могут включать в себя датчики давления, температуры и/или расхода.
В альтернативных вариантах осуществления, клапан рециркуляции компрессора может быть выполнен в виде двухпозиционного клапана, регулируемого в одно из полностью закрытого и полностью открытого положения. Однако, как конкретизировано в материалах настоящего описания, авторы выявили, что, посредством использования CCRV, улучшается регулирование наддува. В дополнение, посредством координирования работы CCRV с работой регулятора давления наддува, могут улучшаться реакция наддува и запас до помпажа.
По существу, влияние открывания или закрывания CCRV 152 на давление наддува является по существу незамедлительным. Это дает возможность незамедлительного регулирования наддува и сдерживания помпажа. Со ссылкой на фиг. 2, она показывает многомерную регулировочную характеристику 200 компрессора, изображающую область жесткого помпажа. Более точно, многомерная регулировочная характеристика показывает изменение степени повышения давления (по оси y) при разных расходах компрессора (по оси x). Линия 202 показывает линию жесткого помпажа для данных условий работы. Работа компрессора слева от линии 202 жесткого помпажа приводит к работе в области 204 жесткого помпажа (изображенной в качестве заштрихованной области 204). Работа компрессора в области 204 жесткого помпажа дает в результате нежелательные NVH и, возможно, ухудшение рабочих характеристик двигателя. Таким образом, посредством открывания CCRV 152, работа компрессора отодвигается как от линии жесткого помпажа, так и от области жесткого помпажа. Как показано на фиг.3, на многомерной регулировочной характеристике 300 компрессора, существует область 302 мягкого помпажа (изображенная в качестве заштрихованной области), которая может приводить к нежелательным NVH, хотя и менее серьезным, и также может вызывать ухудшение рабочих характеристик двигателя. Открывание CCRV может регулироваться, чтобы отодвигать работу компрессора от (то есть, вправо от) области 302 мягкого помпажа. При действии таким образом, помпаж может незамедлительно ослабляться, а рабочие характеристики двигателя с наддувом улучшаться.
Однако непрерывная рециркуляция воздуха вокруг компрессоров может приводить к потерям экономии топлива, так как добавочная работа компрессора должна компенсироваться дополнительной работой турбины. Увеличенная работа турбины типично приводит к более высоким давлениям выхлопных газов и увеличенной насосной работе двигателя. Таким образом, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 4-5, посредством координирования регулировок для CCRV с регулировками для регулятора давления наддува турбины, регулирование наддува может достигаться с улучшениями экономии топлива.
Двигатель 10 может включать в себя множество цилиндров 14. В изображенном примере, двигатель 10 включает в себя шесть цилиндров, расположенных в V-образной конфигурации. Более точно, шесть цилиндров расположены в двух рядах 13 и 15, причем, каждый ряд включает в себя три цилиндра. В альтернативных примерах, двигатель 10 может включать в себя два или более цилиндров, к примеру, 4, 5, 8, 10 или более цилиндров. Эти различные цилиндры могут быть поровну поделены и расположены в альтернативных конфигурациях, таких как V-образная, рядная, коробчатая, и т.д. Каждый цилиндр 14 может быть выполнен с топливной форсункой 166. В изображенном примере, топливная форсунка 166 является форсункой непосредственного впрыска в цилиндр. Однако, в других примерах, топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде топливной форсунки оконного впрыска.
Всасываемый воздух, подаваемый в каждый цилиндр 14 (в материалах настоящего описания также указываемый ссылкой как камера 14 сгорания) через общий впускной канал 149, может использоваться для сжигания топлива, и продукты сгорания затем могут выпускаться через специфичные ряду параллельные выпускные каналы. В изображенном примере, первый ряд 13 цилиндров двигателя 10 может выпускать продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 17, а второй ряд 15 цилиндров может выпускать продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 19. Каждый из первого и второго параллельных выпускных каналов 17 и 19 дополнительно могут включать в себя турбину турбонагнетателя. Более точно, продукты сгорания, которые выбрасываются через впускной канал 17, могут направляться через турбину 124 с приводом от выхлопных газов турбонагнетателя 120, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 122 через вал 126, чтобы обеспечивать сжатие для всасываемого воздуха. В качестве альтернативы, некоторая часть или все выхлопные газы, протекающие через выпускной канал 17, могут обходить турбину 124 через обводной канал 123 турбин, в то время как управляются регулятором 128 давления наддува. Подобным образом, продукты сгорания, которые выпускаются через выпускной канал 19, могут направляться через турбину 134 с приводом от выхлопных газов турбонагнетателя 130, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 132 через вал 136, чтобы обеспечивать сжатие всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь системы впуска двигателя. В качестве альтернативы, некоторая часть или все выхлопные газы, протекающие через выпускной канал 19, могут обходить турбину 134 через обводной канал 133 турбин, в то время как управляются регулятором 138 давления наддува.
В некоторых примерах, турбины 124 и 134 с приводом от выхлопных газов могут быть выполнены в виде турбин с переменной геометрией, при этом контроллер 12 может регулировать положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины для изменения уровня энергии, которая получается из потока выхлопных газов и сообщается их соответственному компрессору. В качестве альтернативы, турбины 124 и 134 с приводом от выхлопных газов могут быть выполнены в виде турбин с регулируемым соплом, при этом контроллер 12 может регулировать положение сопла турбины для изменения уровня энергии, которая получается из потока выхлопных газов и сообщается их соответственному компрессору. Например, система управления может быть выполнена для независимого изменения положения лопастей или сопла турбин 124 и 134 с приводом от выхлопных газов через соответствующие приводы.
Исполнительные механизмы регуляторов давления наддува регулируют давление наддува, управляя потоком выхлопных газов через соответствующие турбины. Однако, в противоположность приведению в действие клапанов рециркуляции компрессора, влияние приведения в действие регулятора давления наддува на давление наддува является существенно более медленным вследствие более медленной динамики турбонагнетателя. Более точно, для изменения давления наддува, регулятору давления наддува сначала нужно разогнать турбину и компрессор (поскольку они присоединены на одном и том же валу). Контроллер управляет действием регулятора давления наддува посредством составляющих упреждения и обратной связи. Составляющая упреждения реагирует на требуемое (опорное) давление наддува и условия работы наряду с тем, что составляющая обратной связи реагирует на разность между действующим (измеренным или оцененным) давлением наддува и требуемым давлением наддува. Регулировка с обратной связью в ответ на ошибку регулирования давления наддува регулирует открывание регулятора давления наддува, чтобы добиваться точной стабилизации давления наддува в установившемся состоянии при наличии неопределенностей и внешних возмущений. Однако, любое действие клапана рециркуляции компрессора, а также впускного дросселя (которые также обладают по существу незамедлительным влиянием на давление наддува) может расстраивать управление регулятором давления наддува, которое не является достаточно быстрым, чтобы нейтрализовать действие клапана рециркуляции компрессора или впускного дросселя. Несмотря на то, что отключение или ограничение работы впускного дросселя в рабочей области с наддувом может уменьшать проблемы управления регулятором давления наддува, рабочие характеристики двигателя также могут подвергаться отрицательному влиянию. В других вариантах осуществления, впускной дроссель может держаться широко открытым при работе в области с наддувом, однако, это приводит к менее точному потоку воздуха в коллекторе, а отсюда, менее точной выдаче крутящего момента в области с наддувом.
Авторы в материалах настоящего описания выявили, что, посредством одновременной регулировки каждого из регулятора давления наддува турбины, впускного дросселя и непрерывно регулируемого клапана рециркуляции компрессора, проблемы регулирования наддува могут быть преодолены, и может обеспечиваться требуемое давление наддува. В дополнение, может достигаться точное управление воздухом, выдаваемым в цилиндры - а отсюда, крутящим моментом двигателя. Более точно, посредством приведения в действие CCRV в координации с впускным дросселем и в ответных диапазонах частот с регулятором давления наддува, достигается более быстрое и более точное регулирование давления наддува. В частности, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 4-5, подход дает контуру управления регулятора давления наддува возможность подстраиваться более энергично, так как быстро действующий CCRV был бы способен демпфировать любые колебания и устранять (или уменьшать) любые получающиеся в результате перерегулирования давления наддува.
Например, в ответ на требование наддува, контроллер может регулировать регулятор давления наддува, присоединенный в параллель турбине с приводом от выхлопных газов, для удовлетворения требования наддува, а затем регулировать непрерывно регулируемый клапан рециркуляции, присоединенный в параллель впускному компрессору, на основании регулировки регулятора давления наддува, а кроме того, на основании ошибок наддува. В качестве примера, регулятор давления наддува может регулироваться с упреждением в первое положение на основании требования наддува и регулироваться с обратной связью из первого положения (например, во второе положение регулятора давления наддува) на основании ошибки между действующим наддувом и требованием наддува. CCRV, в свою очередь, может регулироваться с упреждением в первое положение на основании расхода на выходе компрессора, являющегося результатом регулировки регулятора давления наддува, относительно каждой из предела жесткого помпажа и предела мягкого помпажа компрессора (в данных условиях работы). Это отодвигает работу компрессора от областей помпажа, улучшая рабочие характеристики компрессора. CCRV дополнительно может регулироваться с обратной связью из первого положения (например, во второе положение клапана рециркуляции) на основании ошибки между действующим наддувом и требованием наддува. Впускной дроссель, присоединенный выше по потоку от компрессора, в таком случае, может регулироваться на основании действующего наддува и давления во впускном коллекторе, чтобы добиваться требуемого расхода воздуха в коллекторе. CCRV может дополнительно регулироваться в ответ на регулировку дросселя, чтобы компенсировать отклонения давления наддува, возникающие вследствие регулировки впускного дросселя.
Кроме того, регулировка с обратной связью регулятора давления наддува может выполняться с более высокой регулировкой коэффициента передачи. Посредством применения более высокой регулировки коэффициента передачи к контуру регулятора давления наддува, улучшается реакция наддува. В случае ухудшения работы CCRV, регулировка коэффициента передачи регулировки с обратной связью регулятора давления наддува может уменьшаться до более низкой (или установленной по умолчанию) регулировки коэффициента передачи. Таким образом, улучшается управление регулятором давления наддува.
Возвращаясь к описанию по фиг. 1, выхлопные газы в первом параллельном выпускном канале 17 могут направляться в атмосферу через ответвленный параллельный выпускной канал 170 наряду с тем, что выхлопные газы во втором параллельном выпускном канале 19 могут направляться в атмосферу через ответвленный параллельный выпускной канал 180. Выпускные каналы 170 и 180 могут включать в себя одно или более устройств последующей очистки выхлопных газов, таких как каталитический нейтрализатор, и один или более датчиков выхлопных газов.
В некоторых вариантах осуществления, двигатель 10 дополнительно включает в себя один или более каналов рециркуляции выхлопных газов (EGR) для рециркуляции по меньшей мере части выхлопных газов из первого и второго параллельных впускных каналов 17 и 19 и/или первого и второго параллельных ответвленных выпускных каналов 170 и 180 в первый и второй параллельные впускные каналы 142 и 144 и/или параллельные ответвленные впускные каналы 146 и 148, или впускной коллектор 160. Таковые могут включать в себя контуры EGR высокого давления для обеспечения EGR высокого давления (HP-EGR) и контуры EGR низкого давления для обеспечения EGR низкого давления (LP-EGR). Когда включена в состав, HP-EGR может обеспечиваться в отсутствие наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 120, 130, наряду с тем, что LP-EGR может обеспечиваться при наличии наддува турбонагнетателя, и/или когда температура выхлопных газов находится выше порогового значения. Кроме того еще в других примерах, обе, HP-EGR и LP-EGR, могут выдаваться одновременно. Контуры EGR низкого давления могут рециркулировать по меньшей мере некоторое количество выхлопных газов из каждого из ответвленных параллельных выпускных каналов, ниже по потоку от турбины с приводом от выхлопных газов, в соответствующие параллельные впускные каналы, выше по потоку от компрессора. Каждый из контуров LP-EGR может иметь соответствующие клапаны LP-EGR для управления потоком выхлопных газов через контур LP-EGR, а также соответствующие охладители наддувочного воздуха для понижения температуры выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск двигателя. Контуры EGR высокого давления могут подвергать рециркуляции по меньшей мере некоторое количество выхлопных газов из каждого из параллельных выпускных каналов, выше по потоку от турбины с приводом от выхлопных газов, в соответствующие параллельные впускные каналы, ниже по потоку от компрессора. Поток EGR через контуры HP-EGR может управляться посредством соответствующих клапанов HP-EGR и охладителей наддувочного воздуха HP-EGR.
Положение впускных и выпускных клапанов каждого цилиндра 14 может регулироваться посредством толкателей с гидравлическим приводом, присоединенных к штокам толкателя клапана, или посредством механизма переключения профиля кулачка, в котором используются рабочие выступы кулачка. В этом примере, по меньшей мере впускные клапаны каждого цилиндра 14 могут управляться посредством приведения в действие кулачков с использованием системы приведения в действие кулачков. Более точно, система 25 приведения в действие кулачков впускных клапанов может включать в себя один или более кулачков и может использовать переменные установку фаз кулачкового распределения или подъем для впускных и/или выпускных клапанов. В альтернативных вариантах осуществления, впускные клапаны могут управляться электрическим клапанным распределителем. Подобным образом, выпускные клапаны могут управляться системами приведения в действие кулачков или электрическим клапанным распределителем.
Система 100 двигателя может управляться, по меньшей мере частично, системой 15 управления, включающей в себя контроллер 12 и входными сигналами от водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 15 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81. В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчик влажности, датчик 182 MAP и датчик 183 MCT. В некоторых примерах, общий впускной канал 149 может включать в себя датчик 232 давления на входе дросселя (TIP) для оценки давления на входе дросселя, также указываемого ссылкой как давление наддува, и/или датчик температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха на дросселе (TCT). В других примерах, один или более каналов EGR могут включать в себя датчики давления, температуры, и топливно-воздушного соотношения для определения характеристик потока EGR. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы 81 могут включать в себя топливную форсунку 166, клапаны 210 и 220 HP-EGR, клапаны LP-EGR (не показаны), дроссельный клапан 158 и регуляторы 128, 138 давления наддува. Другие исполнительные механизмы, такие как многообразие дополнительных клапанов и заслонок, могут быть присоединены к различным местоположениями в системе 100 двигателя. Контроллер 12 может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или кода, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 4-5.
Далее, с обращением к фиг. 4, показана структурная схема 400, изображающая регулирование наддува с использованием регулировок регулятора давления наддува и CCRV. Способ управления, изображенный на схеме 400, может исполняться контроллером двигателя, или модулем регулирования наддува контроллера, который сконфигурирован машинно-читаемой управляющей программой.
Требуемое давление 402 наддува определяется на основании требования крутящего момента водителя, положения педали, и т.д. Требуемое давление наддува принимается в контроллере K1 регулятора давления наддува, который регулирует положение регулятора давления наддува (WG 420) в двигателе 401. Контроллер K1 регулятора давления наддува также принимает сигнал TIP обратной связи давления наддува (соединение не показано на фиг. 4). Это составляет контур регулятора давления наддува системы управления. В частности, исполнительному механизму регулятора давления наддува предоставлена возможность управлять низкочастотным (медленным) поведением давления наддува с составляющей обратной связи управления регулятором давления наддува, подстраиваемой более энергично (то есть, с более высокой регулировкой коэффициента передачи). В качестве действия FMEM, в случае неисправности исполнительного механизма CCRV, восстанавливается менее энергичная калибровка контура регулятора давления наддува.
Контур управления CCRV также регулируется на основании требуемого давления 402 наддува. Контур управления CCRV состоит из частей упреждения, обратной связи и гашения возмущений. Часть упреждения дает возможность сдерживания помпажа компрессора. Более точно, он держит рабочую точку компрессора в правильном месте (например, справа от) относительно линии жесткого помпажа и области мягкого помпажа (как обсужденные на фиг. 2-3). Часть обратной связи действия управления CCRV реагирует на ошибку регулирования наддува (обратную связь). Она переходит на ослабление потока воздуха CCRV, если действующее давление наддува (P_b) меньше, чем требуемое давление наддува (P_desired; 402) и, подобным образом, она усиливает поток воздуха CCRV, если P_b находится выше, чем P_desired.
Часть гашения возмущений контуров управления CCRV действует упреждающим образом для снижения влияния перемещения дросселя на давление наддува. Таким образом, она пытается отвязать регулирование потока воздуха двигателя от реакции давления наддува, по меньшей мере на верхних частотах, где регулятор давления наддува обладает небольшим весом управления. Обратная связь CCRV подвергается фильтрации верхних частот, так чтобы устранялось влияние регулировки CCRV на установившиеся значения, в том числе, экономию топлива. Подобный фильтр верхних частот также применяется к части гашения возмущений действия CCRV.
Конструкция контроллера регулятора давления наддува могла бы включать в себя наследие от применений без CCRV, однако присутствие действия CCRV предоставляет возможность более энергичной калибровки. Например, калибровка контура управления регулятора давления наддува предоставляет возможность некоторого перерегулирования (например, до 20%) в давлении наддува, когда эксплуатируется с открытым впускным дросселем и закрытым CCRV. Ширина полосы пропускания этого контура управления, wg_bw, оценивалась бы, как могло бы быть необходимо для проектирования контура CCRV. Когда CCRV вводится в действие, перерегулирование должно снижаться до от 0 до 5%.
Возвращаясь к многомерной характеристике 400, на основании требуемого давления 402 наддува, определяется поток 414 CCRV. В частности, требуемый поток 414 CCRV определяется посредством сложения трех отдельных составляющих, а именно, составляющей 404 потока упреждения, составляющей 406 потока обратной связи и составляющей 408 гашения возмущений. Составляющая упреждения предназначена для обеспечения, чтобы, в установившемся состоянии, рабочая точка компрессора находилась на отдалении от линии жесткого помпажа и вне области мягкого помпажа (как обсуждено со ссылкой на фиг. 2-3). Составляющая 404 упреждения вычисляется из требуемого расхода двигателя и требуемого давления наддува. Последнее, деленное на давление на входе компрессора (которое близко к давлению окружающей среды), дает степень повышения давления наддува. Многомерные характеристики 200 и 300 по фиг. 2-3 используются для определения, насколько большой поток воздуха компрессора необходим, чтобы избежать жесткого или мягкого помпажа. Что касается одиночного турбонагнетателя, поток CCRV, W_crv_ff, является разностью между минимальным потоком воздуха компрессора, W_c_min, необходимым, чтобы избежать жесткого/мягкого помпажа, и требуемым потоком двигателя согласно уравнению (1):
или, в случае двигателя с двумя турбонагнетателями, как в системе двигателя по фиг. 1, согласно уравнению (2):
Составляющая 406 обратной связи потока CCRV вычисляется в качестве аддитивного потока CCRV, пропорционального разности между требуемым давлением наддува (P_b_des) и действующим давлением наддува (P_b). Чтобы избежать непрерывного приведения в действие CCRV, которое заменяло бы действие WG, пропорциональный член 405 фильтруется через фильтр 410 верхних частот для получения потока CCRV обратной связи согласно уравнению (3):
где k - регулируемый коэффициент передачи, а H(s)=s/(s+wg_bw) - фильтр 410 верхних частот с критической частотой пропускания через фильтр верхних частот, равной ширине полосы пропускания контура управления регулятора давления наддува (wg_bw), описанного выше. В качестве альтернативы, критическая частота могла бы учитывать регулировочный параметр и регулироваться для улучшения реакции системы.
В заключение, составляющая 408 гашения возмущений предназначена для устранения влияний приведения в действие дросселя на давление наддува. Она сравнивает командный или оцененный поток дросселя (W_th) с потоком, соответствующим широко открытому дросселю. Как в случае составляющей 406 обратной связи, эта составляющая также фильтруется через фильтр 412 верхних частот, чтобы предоставлять возможность всего лишь кратковременного приведения в действие, оставляя медленное и установившееся действе регулятору давления наддува, согласно уравнению (4):
где H(s) такой же фильтр верхних частот, как приведенный выше (то есть, фильтры 410 и 412 верхних частот идентичны), V_d - рабочий объем двигателя, N - скорость вращения двигателя, T_m - температура на входе коллектора или дросселя, и η_vol - мощность на единицу рабочего объема двигателя.
С вместе взятыми тремя составляющими, поток 414 CCRV определяется согласно уравнению (5):
Следует принимать во внимание, что несмотря на то, что изображенная схема управления применяет три составляющие при определении потока CCRV, в других вариантах осуществления, поток CCRV может определяться с использованием только одной или двух из трех составляющих потока.
Команда открывания CCRV (CCRV_command) в таком случае получается на основании требуемого потока CCRV посредством обычной инверсии уравнения течения через диафрагму. Команда открывания затем подается на CCRV 422 двигателя 401. В качестве альтернативы, команда открывания могла бы определяться по допускающей калибровку справочной таблице.
Таким образом, положения регулятора давления наддува и CCRV управляются одновременно и взаимозависимо параллельно регулировкам дросселя для ослабления помпажа компрессора и улучшения точности наддува.
Далее, с обращением к фиг. 5, показана примерный способ 500 для регулировки регулятора давления наддува, непрерывно регулируемого клапана рециркуляции компрессора (или рециркуляции) и впускного дросселя, чтобы обеспечивать более точное регулирование наддува. Более точно, способ одновременно регулирует каждый из регулятора давления наддува, клапана рециркуляции компрессора и впускного дросселя, чтобы выдавать требуемое давление наддува.
На этапе 502, способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые, например, включают в себя положение педали, требование крутящего момента, требование наддува, скорость вращения турбины, температуру на входе компрессора, температуру двигателя, MAP, MAF, BP, и т.д. На этапе 504, требуемое давление наддува может определяться на основании оцененных условий работы. Например, в ответ на нажатие педали акселератора, где требуется повышенный крутящий момент, может определяться требуемое повышение давления наддува. В еще одном примере, в ответ на отпускание педали акселератора, где требуется повышенный крутящий момент, может определяться требуемое снижение давления наддува. Определение повышения или снижения давления наддува включает в себя определение окончательного требуемого давления наддува (относительно текущего давления наддува), определение окончательной требуемой скорости вращения турбины (относительно текущей скорости вращения турбины), а также окончательной требуемой степени сжатия компрессора (относительно текущей степени сжатия компрессора и границ помпажа в условиях работы).
На этапе 506, может определяться, подвергнут ли ухудшению работы клапан рециркуляции компрессора (в материалах настоящего описания также указываемый ссылкой как CCRV). Как конкретизировано ранее, клапан рециркуляции компрессора может быть непрерывно регулируемым клапаном рециркуляции, который может регулироваться в полностью открытое положение, полностью закрытое положение или любое положение между ними, такое как частично открытое или частично закрытое положение. Определение, подвергнут ли ухудшению работы CCRV, например, определение, был ли установлен флажковый признак, указывающий ухудшение работы CCRV. В одном из примеров, ухудшение работы CCRV может управляться во время реализации различных бортовых процедур диагностики на основании датчика положения CCRV и реакции CCRV в ответ на команду изменить положение. По существу, если CCRV подвергнут ухудшению работы, то более высокие коэффициенты передачи контура регулятора давления наддува, подстраиваемые, как обсуждено выше, могли бы давать в результате перерегулирование реакции давления наддува. Для уменьшения перерегулирования, контур регулятора давления наддува должен возвращаться к более низкой установке коэффициентов передачи, подстроенных для случая, когда CCRV остается неактивным.
Если CCRV не подвергнут ухудшению работы, то контроллер переходит к регулировке регулятора давления наддува на основании требуемого давления наддува. Более точно, способ включает в себя, на этапе 512, регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение регулятора давления наддува на основании требуемого давления наддува. Например, регулятор давления наддува может перемещаться в первое положение, которое является в большей степени закрытым, по мере того, как требуемое давление наддува повышается в ответ на нажатие педали акселератора. Посредством закрывания регулятора давления наддува, повышается давление в выпускном коллекторе и давление на входе турбины. Это поднимает скорость вращения турбины и, следовательно, мощность турбины. В качестве альтернативного примера, регулятор давления наддува может перемещаться в первое положение, которое является в большей степени открытым, по мере того, как требуемое давление наддува снижается в ответ на отпускание педали акселератора. Посредством открывания регулятора давления наддува, давление в выпускном коллекторе и давление на выходе турбины снижаются, понижая скорость вращения турбины, а следовательно, мощность турбины.
Затем, на этапе 514, способ включает в себя регулировку с обратной связью регулятора давления наддува с более высокой регулировкой коэффициента передачи из первого положения регулятора давления наддува во второе, иное положение регулятора давления наддува, на основании ошибки между действующим давлением наддува и требуемым давлением наддува. Регулировка регулятора давления наддува с более высокой регулировкой коэффициента передачи побуждает контур обратной связи регулятора давления наддува калиброваться более энергично. Посредством использования более высокой регулировки коэффициента передачи, более быстрое, но менее точное регулирование давления наддува достигается посредством контура управления регулятора давления наддува. Точность затем восстанавливается благодаря действию исполнительного механизма CCRV на этапе 516. В одном из примеров, конфигурация с более высокой регулировкой коэффициента передачи является конфигурацией по умолчанию регулятора давления наддува, которая отменяется в ответ на ухудшение работы CCRV.
После установления положения регулятора давления наддува посредством регулировок с упреждением и обратной связью на этапах 512-514, процедура переходит к регулировке клапана рециркуляции компрессора на основании предела помпажа, а кроме того, на основании ошибки наддува, являющейся результатом регулировки регулятора давления наддува. Более точно, на этапе 516, способ включает в себя регулировку с упреждением положения (или открывания) CCRV на основании предела помпажа компрессора. Например, открывание клапана рециркуляции может увеличиваться в ответ на степень сжатия компрессора, находящуюся на или около предела жесткого помпажа. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 2-3, посредством увеличения открывания CCRV, когда компрессор турбонагнетателя является работающим на или около предела жесткого/мягкого помпажа, компрессор может отодвигаться от области жесткого/мягкого помпажа. По существу, посредством отодвигания турбонагнетателя от предела жесткого помпажа, улучшается рабочая характеристика компрессора и регулирование наддува.
Регулировка CCRV дополнительно включает в себя регулировку с обратной связью клапана рециркуляции на основании ошибки между давлением наддува и требуемым давлением наддува. Ошибка частично может быть обусловлена энергичной регулировкой с обратной связью регулятора давления наддува на этапе 514. Например, по мере того, как ошибка наддува возрастает, открывание CCRV может уменьшаться для повышения давления наддува наряду с тем, что открывание CCRV может увеличиваться для снижения давления наддува. По существу, поскольку влияние регулировки CCRV на давление наддува является по существу незамедлительным, посредством регулировки CCRV во взаимодействии с регулятором давления наддува, который регулируется с более высокой регулировкой коэффициента передачи, и в диапазоне частот, ответном исполнительному механизму регулятора давления наддува, достигается более быстрая и более точная стабилизация давления наддува. В дополнение, быстрое приведение в действие CCRV способно демпфировать колебания давления и уменьшать (например, устранять) перерегулирование давления наддува.
Затем, на этапе 518, способ включает в себя регулировку впускного дросселя для достижения требуемого расхода воздуха в коллекторе. По существу, требуемый расход воздуха в коллекторе может быть основан на требовании крутящего момента водителя, причем, расход воздуха увеличивается по мере того, как возрастает требование крутящего момента. Например, в то время как действующий или оцененный поток воздуха в коллекторе, являющийся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, становится более низким, чем требуемый расход воздуха, открывание впускного дросселя может увеличиваться, чтобы компенсировать ошибки и усиливать поток воздуха в коллекторе. В качестве еще одного примера, в то время как действующий или оцененный поток воздуха в коллекторе, являющийся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, становится более высоким, чем требуемый расход воздуха, открывание впускного дросселя может уменьшаться, чтобы компенсировать ошибку и ослаблять поток воздуха в коллекторе. В еще одном примере, впускной дроссель приводится в действие непосредственно в ответ на измерение действующего давления наддува (датчик TIP), само которое реагирует на регулировки регулятора давления наддува и клапана рециркуляции. По существу, дроссель регулируется для уменьшения ошибок между требуемым расходом воздуха (основанным на требовании крутящего момента водителя) и фактическим давлением наддува (являющимся результатом регулировок регулятора давления наддува и CCRV).
На этапе 520, способ включает в себя дополнительную регулировку положения клапана рециркуляции компрессора на основании возмущений давления наддува, возникающих вследствие регулировок дросселя. Например, часть гашения возмущений управления потоком CCRV может регулировать положение CCRV для снижения или устранения воздействий приведения в действие дросселя на давление наддува. В материалах настоящего описания, CCRV регулируется для уменьшения ошибок давления наддува между требуемым давлением наддува и действующим давления наддува, являющихся результатом регулировки с упреждением и с обратной связью регулятора давления наддува, и результатом действия дросселя для регулирования потока воздуха в коллекторе.
Возвращаясь на этап 506, если CCRV подвергнут ухудшению работы, то, на этапе 508 и на этапе 512, способ включает в себя регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение на основании требуемого давления наддува. Затем, на этапе 510, регулятор давления наддува регулируется с боле низкой регулировкой коэффициента передачи из первого положения в альтернативное второе положение (альтернативное с вторым положение, в которое регулятор давления наддува установлен на этапе 514) на основании ошибки между давлением наддува и требуемым давлением наддува. Регулировка регулятора давления наддува с более низкой регулировкой коэффициента передачи побуждает контур обратной связи регулятора давления наддува калиброваться менее энергично. Посредством использования более низкой регулировки коэффициента передачи, более медленное регулирование давления наддува достигается посредством контура управления регулятора давления наддува. В одном из примеров, конфигурация с более высокой регулировкой коэффициента передачи является конфигурацией по умолчанию регулятора давления наддува, которая отменяется, и составляющая обратной связи управления регулятора давления наддува переключается с более высокой регулировки коэффициента передачи на более низкую регулировку коэффициента передачи в качестве действия FMEM. Затем, на этапе 511, как на этапе 518, способ включает в себя регулировку впускного дросселя для достижения требуемой рециркуляции расхода воздуха в коллекторе. Например, в то время как действующий или оцененный поток воздуха в коллекторе, являющийся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, становится более низким, чем требуемый расход воздуха, открывание впускного дросселя может увеличиваться, чтобы компенсировать ошибки и усиливать поток воздуха в коллекторе. В качестве еще одного примера, в то время как действующий или оцененный поток воздуха в коллекторе, являющийся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, становится более высоким, чем требуемый расход воздуха, открывание впускного дросселя может уменьшаться, чтобы компенсировать ошибку и ослаблять поток воздуха в коллекторе. В еще одном примере, впускной дроссель приводится в действие непосредственно в ответ на измерение действующего давления наддува (датчик TIP), само которое реагирует на регулировки регулятора давления наддува и клапана рециркуляции.
В одном из примеров, система двигателя содержит двигатель, включающий в себя впуск и выпуск, турбонагнетатель для выдачи подвергнутого наддуву заряда воздуха в двигатель, турбонагнетатель, включающий в себя турбину с приводом от выхлопных газов и впускной компрессор, регулятор давления наддува, присоединенный в параллель турбине, непрерывно регулируемый клапан рециркуляции, присоединенный в параллель компрессору и впускной дроссель, присоединенный к впуску ниже по потоку от компрессора. Контроллер с машинно-читаемыми командами может быть выполнен с возможностью осуществления работы системы двигателя в разных режимах (специально разных режимах управления), чтобы давать возможность регулирования давления наддува. Разные режимы управления могут влечь за собой использование разных контуров управления, в том числе, контура управления регулятора давления наддува (когда приведение в действие регулятора давления наддува включено в режим работы), контура управления CCRV (когда исполнительный механизм CCRV включен в режим работы) и контура управления дросселя (когда впускной дроссель приводится в действие в режиме работы).
Например, контроллер может осуществлять работу системы двигателя в первом режиме, в котором положение регулятора давления наддува, впускного дросселя и положение клапана рециркуляции регулируются для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя. Контроллер дополнительно может осуществлять работу системы двигателя во втором режиме, в котором регулируются только положение регулятора давления наддува и впускного дросселя для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя. Контроллер выполнен с возможностью осуществления работы системы двигателя в первом режиме в ответ на отсутствие указания ухудшения работы клапана рециркуляции наряду с работой системы двигателя во втором режиме в ответ на указание ухудшения работы клапана рециркуляции. При работе системы двигателя в первом режиме, положение регулятора давления наддува может регулироваться с более высокой регулировкой коэффициента передачи наряду с тем, что, при работе системы двигателя во втором режиме, положение регулятора давления наддува регулируется с более низкой регулировкой коэффициента передачи.
В качестве примера, работа в первом режиме может включать в себя регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение на основании требуемого давления наддува, регулировку с обратной связью регулятора давления наддува из первого положения на основании ошибки между действующим давлением наддува и требуемым давлением наддува, и регулировку дросселя на положение, основанное на ошибке расхода между расходом, основанным на действующем давлении наддува, являющемся результатом регулировки регулятора давления наддува, и расходом, основанным на требуемом давлении наддува. В еще одном примере, работа во втором режиме может включать в себя регулировку с упреждением регулятора давления наддува в первое положение на основании требуемого давления наддува, регулировку с обратной связью регулятора давления наддува из первого положения на основании ошибки между действующим давлением наддува и требуемым давлением наддува, регулировку с упреждением клапана рециркуляции во второе положение на основании предела помпажа компрессора и регулировку с упреждением клапана рециркуляции из второго положения на основании ошибки между действующим давлением наддува, являющимся результатом регулировки регулятора давления наддува, и требуемым давлением наддува. Кроме того, дроссель может регулироваться в третье положение на основании ошибки расхода между расходом, основанным на действующем давлении наддува, являющемся результатом регулировок регулятора давления наддува и клапана рециркуляции, и расходом, основанным на требуемом давлении наддува.
Далее, с обращением к фиг. 6, показана примерная согласованная регулировка регулятора давления наддува, CCRV и впускного дросселя. Комбинация предоставляет возможность быстрого и точного регулирования давления наддува, в частности, во время нажатия или отпускания педали акселератора. Многомерная характеристика 600 изображает изменения давления наддува на графиках 602 и 604 относительно требования наддува водителя на графике 601, потока воздуха во впускном дросселе (коллекторе) на графиках 606 и 608, регулировок относительной длительности включения регулятора давления наддува (WG) на графиках 610 и 612, и доли открывания CCRV на графике 614. В каждом случае, регулировки показаны с приведением в действие CCRV (в качестве сплошных линий на графиках 602, 606 и 610) и без приведения в действие CCRV (в качестве пунктирных линий на графиках 604, 608 и 612). Все графики изображены по времени работы двигателя вдоль оси x.
До t1, двигатель может быть работающим с уровнем наддува (график 602, сплошная линия) по существу на или около требуемого уровня наддува (график 601, пунктирная и точечная линия). Более точно, требуемый уровень наддува может быть относительно более низким и, таким образом, двигатель может работать с закрытым CCRV (например, в полностью закрытом положении) и с регулятором давления наддува на относительной длительности включения около 0 (то есть, с полностью открытым регулятором давления наддува).
В t1, требуемое давление наддува (график 601) может повышаться, например, в ответ на нажатие педали акселератора. Для удовлетворения повышенного требования наддува, сначала приводится в действие регулятор давления наддува. Более точно, относительная длительность включения регулятора давления наддува перемещается к 100%, так чтобы ток подавался на соленоид регулятора давления наддува для закрывания регулятора давления наддува. Посредством закрывания регулятора давления наддува, давление в выпускном коллекторе выше по потоку от турбины с приводом от выхлопных газов повышается, повышая давление на входе турбины и мощность турбины. По существу, регулятор давления наддува приводится в действие энергично, чтобы предоставлять давлению наддува возможность быстро подниматься. Несмотря на то, что относительная длительность включения регулятора давления наддува увеличивается, CCRV изначально поддерживается закрытым. После того, как относительная длительность включения регулятора давления наддува достигла и остается на 100% в течение короткой длительности, относительная длительность включения регулятора давления наддува уменьшается, а открывание CCRV постепенно увеличивается. Как результат, регулятор давления наддува остается частично открытым, чтобы обеспечивать давление наддува, необходимое для работы двигателя на более высоких нагрузках наряду с тем, что открывание CCRV увеличивается для подавления перерегулирования давления наддува. Комбинация энергичного приведения в действие регулятора давления наддува во взаимодействии с открыванием CCRV предоставляет давлению наддува возможность быстро подниматься до требуемого уровня давления наддува (график 602). В отсутствие приведения в действие CCRV, более энергичное приведение в действие регулятора давления наддува (по графику 610) давало бы в результате перерегулирование давления наддува 25-30%. Для уменьшения этого всплеска, в отсутствие приведения в действие CCRV, регулятор давления наддува мог приводиться в действие менее энергично (как показано на графике 612), давая в результате более медленное достижение требуемого давления наддува (как показано на графике 604). В одном из примеров, согласованное использование CCRV предоставляет регулятору давления наддува возможность приводиться в действие с коэффициентом передачи обратной связи, который на 70% выше (график 610), чем коэффициент передачи, используемый без действия CCRV (график 612).
Посредством увеличения открывания CCRV, в то время как регулятор давления наддува закрыт, с более высокой регулировкой коэффициента передачи, большее количество сжатого воздуха может направляться на впуск двигателя, повышая давление наддува. В дополнение, посредством открывания CCRV, подавляется перерегулирование давления наддува. Действие CCRV затем постепенно сворачивается после достижения пика вследствие фильтрации верхних частот выхода CCRV. Это не только улучшает экономию топлива, но также уменьшает вероятность помпажа.
Комбинированный подход ускоряет влияние регулировки регулятора давления наддува на давление наддува, улучшая время, используемое для удовлетворения требования наддува. В дополнение, CCRV может закрываться с более низкой регулировкой коэффициента передачи (поскольку CCRV уже является быстро действующим исполнительным механизмом), чтобы быстро поднимать давление наддува, а затем, регулироваться на номинальную установку на основании условий работы. В результате комбинации регулировок регулятора давления наддува и CCRV, действующий уровень наддува (график 604) может достигать требуемого уровня наддува вскоре после t1.
По существу, если CCRV подвергнут ухудшению работы, контроллер двигателя может изменять установки контура управления регулятора давления наддува, чтобы регулятор давления наддува регулировался с более низкой регулировкой коэффициента передачи. Как показано на графике 612, когда приводится в действие с более низкой регулировкой коэффициента передачи, регулировки регулятора давления наддува предоставляют возможность для точного регулирования наддува, хотя и более низкой скоростью реакции (график 604).
К тому же, в t1, в ответ на требование водителя, открывание впускного дросселя увеличивается для усиления потока воздуха в коллекторе (график 606). Комбинированное использование регулировок регулятора давления наддува и регулировок CCRV дает в результате меньшие ошибки расхода в коллекторе, а потому, меньшие ошибки выходного крутящего момента. Как может быть видно посредством сравнения графиков 606 и 608, действие CCRV сокращает около 1/3 запаздывания турбонагнетателя, давая требуемому выходному крутящему моменту возможность достигаться быстро.
Таким образом, регулировки в отношении регулятора давления наддува и клапана рециркуляции компрессора в ответных диапазонах частот могут использоваться для обеспечения более быстрого и более точного управления наддувом. Посредством использования калибровки с более высоким коэффициентом передачи для медленнее реагирующего регулятора давления наддува, улучшается время реакции регулятора давления наддува на изменения давления наддува. Посредством использования калибровки с более низким коэффициентом передачи для быстрее реагирующего клапана рециркуляции компрессора, демпфируются колебания давления и уменьшается перерегулирование наддува. В дополнение, предотвращается помпаж компрессора. Посредством одновременной регулировки впускного дросселя в области с наддувом, ошибки расхода воздуха, происходящие вследствие регулирования давления наддува, могут корректироваться и компенсироваться, улучшая как точность, так и скорость выдачи крутящего момента в рабочей области с наддувом. В общем и целом, улучшаются рабочие характеристики двигателя с наддувом, давая выигрыши экономии топлива.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. 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 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 или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует 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 неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели 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 полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.
Реферат
1. Система двигателя, содержащая:двигатель, содержащий впуск и выпуск;турбонагнетатель для подачи подвергнутого наддуву заряда воздуха в двигатель, причем турбонагнетатель включает в себя турбину с приводом от выхлопных газов и впускной компрессор;регулятор давления наддува, присоединенный в параллель турбине;непрерывно регулируемый клапан рециркуляции, присоединенный в параллель компрессору;дроссель, присоединенный к впуску ниже по потоку от компрессора; иконтроллер с машиночитаемыми командами для:осуществления работы системы двигателя в первом режиме, в котором положение регулятора давления наддува, впускного дросселя и положение клапана рециркуляции регулируются для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя; иосуществления работы системы двигателя во втором режиме, в котором регулируется только положение регулятора давления наддува и впускного дросселя для обеспечения требуемого давления наддува на основании требования крутящего момента водителя.2. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью осуществления работы системы двигателя в первом режиме в ответ на отсутствие указания ухудшения работы клапана рециркуляции и осуществления работы системы двигателя во втором режиме в ответ на указание ухудшения работы клапана рециркуляции.3. Система по п. 1, в которой при работе системы двигателя в первом режиме положение регулятора давления наддува регулируется с более высокой регулировкой коэффициента передачи, а при работе системы двигателя во втором режиме положение регулятора давления наддува регулируется с более низкой регул�
Формула
