Система двигателя
Предложены способы и системы для управления клапаном рециркуляции выхлопных газов в двигателе посредством определения ошибок оценок противодавления выхлопных газов и адаптации оценок потока EGR на основании этих ошибок для удовлетворения целевых разбавлений EGR в двигателе. В одном из примерных подходов способ содержит регулировку положения клапана на основании требуемого потока EGR и оцененного потока EGR, причем оцененный поток основан на оцененном противодавлении выхлопных газов, а оцененное противодавление выхлопных газов основано на ошибках между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске. (Фиг. 1)
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к системам и способам управления клапаном рециркуляции выхлопных газов в двигателе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы двигателя могут быть выполнены с системами рециркуляции выхлопных газов (EGR), в которых по меньшей мере часть выхлопных газов подвергается рециркуляции на впуск двигателя. Такие системы EGR могут давать возможность уменьшения выбросов выхлопных газов, к тому же наряду с повышением экономии топлива.
Различные датчики могут быть включены в систему двигателя для оценки потока EGR и регулирования количества EGR, отводимого на впуск двигателя. Один из примеров такой системы EGR показан Тонетти и другими в US 7267117 (опубликовано 11.09.2007, МПК F02D 21/08, F02D 41/00). В нем датчик кислорода включен в воздухозаборник двигателя, и на основании выходного сигнала датчика кислорода контроллер выполнен с возможностью регулировки положения клапана EGR, чтобы, тем самым, обеспечить требуемую величину EGR.
Системы EGR должны точно регулировать поток подвергнутых рециркуляции выхлопных газов. Например, слишком большой поток EGR может замедлять характеристики двигателя и вызывать неуверенность при разгоне. С другой стороны, слишком малый поток EGR, например, может снижать способность уменьшать тепловые потери в хладагенте посредством понижения температур выхлопных газов, снижать способность улучшать устойчивость к детонации посредством разбавления и охлаждения отходящих газов и снижать способность ослаблять/устранять потребности в обогащении посредством понижения температур выхлопных газов.
Клапан EGR может быть включен в систему EGR, чтобы регулировать массовый расход EGR, чтобы гарантировать требуемую долю EGR во впускном коллекторе. Основная функция клапана EGR состоит в том, чтобы регулировать количество возвращенных выхлопных газов в область впускного коллектора двигателя внутреннего сгорания. В некоторых подходах клапан EGR может регулироваться на основании требуемого массового расхода EGR и измеренной полной массы EGR в системе впуска воздуха (AIS) двигателя.
Авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у таких подходов системы управления EGR. Например, авторы в материалах настоящего описания выявили, что точное управление электрическим клапаном EGR требует точных оценок противодавления выхлопных газов, но это значение может иметь различные источники ошибки, которые ухудшают оценку потока EGR. Например, ошибки оценки разностей давления выхлопных газов между выходом турбины и клапаном EGR или ошибки оценки падения давления на клапане EGR могут приводить к потенциальным ошибкам положения клапана EGR, указываемого командой контроллера. Такие ошибки оценки могли бы приводить к слишком большому или слишком малому подъему клапана EGR, а, следовательно, подаче неправильной величины EGR на впуск двигателя на основании условий работы двигателя. Подача неправильной величины EGR на впуск двигателя может потенциально вызывать ухудшения характеристик экономии топлива и выбросов на выхлопной трубе, например, обусловленные пропусками зажигания в двигателе вследствие избыточной подачи EGR.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Таким образом, в одном из примерных подходов вышеприведенные проблемы по меньшей мере частично могут быть преодолены в системе двигателя, содержащей:
впуск двигателя;
выпуск двигателя;
турбонагнетатель, содержащий компрессор и турбину, присоединенные между впуском двигателя и выпуском двигателя;
канал рециркуляции выхлопных газов (EGR) низкого давления, выполненный с возможностью отведения по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов из выпуска двигателя ниже по потоку от турбины на впуск двигателя выше по потоку от компрессора;
клапан EGR, расположенный в канале EGR выше по потоку от компрессора и выполненный с возможностью регулировки количества выхлопных газов, отводимых через канал EGR;
впускной дроссель на впуске двигателя, расположенный ниже по потоку от компрессора;
дроссель системы впуска воздуха, расположенный выше по потоку от компрессора;
датчик кислорода, присоединенный к впуску двигателя выше по потоку от впускного дросселя и ниже по потоку от компрессора;
контроллер, выполненный с возможностью:
определения обновленного противодавления выхлопных газов на основании ошибок между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске, причем действующая концентрация кислорода на впуске определена посредством датчика кислорода; и
регулировки положения клапана EGR на основании перепада давления на клапане, причем перепад давления основан на давлении на входе компрессора и обновленном противодавлении выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки дросселя системы впуска воздуха для достижения целевого перепада давления на клапане EGR, причем целевой перепад давления основан на требуемом потоке EGR.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки впускного дросселя на основании положения клапана EGR.
Также предложен способ работы двигателя, включающий в себя этап, на котором осуществляют регулировку положения клапана на основании требуемого потока EGR и оцененного потока EGR, причем оцененный поток основан на оцененном противодавлении выхлопных газов, а оцененное противодавление выхлопных газов основано на ошибках между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске.
Таким образом, ошибки определения противодавления выхлопных газов, основанные на требуемой интенсивности EGR и действующей интенсивности, определяемой посредством датчика кислорода всасываемого воздуха, могут использоваться для адаптации оценок давления на клапане EGR, так чтобы целевая интенсивность потока EGR могла достигаться безошибочно. Кроме того, ошибки между действующей и требуемой концентрациями кислорода на впуске могут использоваться для адаптивного обновления оценок противодавления выхлопных газов, чтобы управлять клапаном EGR для удовлетворения целевых разбавлений EGR в двигателе. Посредством определения ошибок оценок противодавления выхлопных газов и адаптации оценок потока EGR на основании этих ошибок повышенная точность управления клапаном EGR может достигаться, тем самым потенциально повышая эксплуатационные качества двигателя, увеличивая экономию топлива и уменьшая выбросы двигателя.
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 двигателя и связанной системы рециркуляции выхлопных газов.
Фиг. 2 показывает примерный способ управления клапаном рециркуляции выхлопных газов в двигателе в соответствии с раскрытием.
Фиг. 3 иллюстрирует примерный способ управления клапаном рециркуляции выхлопных газов в двигателе в соответствии с раскрытием.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Последующее описание относится к системам и способам управления клапаном рециркуляции выхлопных газов в двигателе, например, системе двигателя, показанной на фиг. 1, посредством определения ошибок оценок противодавления выхлопных газов и адаптации оценок потока EGR на основании этих ошибок для удовлетворения целевых разбавлений EGR в двигателе. Как показано на фиг. 2 и 3, ошибки определения противодавления выхлопных газов, основанные на требуемой интенсивности EGR и действующей интенсивности, определяемой посредством датчика кислорода всасываемого воздуха, могут использоваться для адаптации оценок давления на клапане EGR, так чтобы целевая интенсивность потока EGR могла достигаться безошибочно. Кроме того, ошибки между действующей и требуемой концентрациями кислорода на впуске могут использоваться для адаптивного обновления оценок противодавления выхлопных газов, чтобы управлять клапаном EGR для удовлетворения целевых разбавлений EGR в двигателе. Посредством определения ошибок оценок противодавления выхлопных газов и адаптации оценок потока EGR на основании этих ошибок повышенная точность управления клапаном EGR может достигаться, тем самым потенциально повышая эксплуатационные качества двигателя, увеличивая экономию топлива и уменьшая выбросы двигателя.
Обращаясь к чертежам, 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. По меньшей мере часть всасываемого воздуха может направляться в компрессор 122 турбонагнетателя 120 через первую ветвь впускного канала 140, как указано позицией 142, и по меньшей мере часть всасываемого воздуха может направляться в компрессор 132 турбонагнетателя 130 через вторую ветвь впускного канала 140, как указано позицией 144.
Первая часть совокупного всасываемого воздуха может сжиматься посредством компрессора 122, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 формируют первую ветвь системы впуска воздуха двигателя. Подобным образом вторая часть совокупного всасываемого воздуха может сжиматься посредством компрессора 132, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 формируют вторую 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/или дроссель 158. Положение дросселя 158 может регулироваться системой управления посредством исполнительного механизма 157 дросселя, с возможностью связи присоединенного к контролеру 12. В некоторых примерах впускной канал 149 может включать в себя датчик 172 давления для оценки давления выше по потоку от впускного дросселя 158 и/или датчик 173 температуры для оценки температуры (MCT), каждый поддерживает связь с контроллером 12. Впускной канал 149 дополнительно может включать в себя датчик 93 кислорода. Датчик 93 кислорода может быть расположен выше по потоку от дросселя 158 и может использоваться для определения величины разбавления EGR на впуске двигателя, как подробнее описано ниже.
В некоторых примерах противопомпажный клапан 152 может быть предусмотрен для избирательного обхода компрессорных каскадов турбонагнетателей 120 и 130 через перепускной канал 150. В качестве одного из примеров противопомпажный клапан 152 может открываться, чтобы давать возможность потока через перепускной канал 150, когда давление всасываемого воздуха выше по потоку от компрессоров достигает порогового значения.
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 сконфигурирован 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 общий выпускной канал 17, а второй ряд 15 цилиндров может выпускать продукты сгорания через общий выпускной канал 19.
Продукты сгорания, которые выпускаются двигателем 10 через выпускной канал 17, могут направляться через выпускную турбину 124 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 перепускной заслонкой 128 для выхлопных газов. Положение перепускной заслонки 128 для выхлопных газов может управляться приводом (не показан) в соответствии с указаниями контроллера 12. В качестве одного из неограничивающих примеров контроллер 12 может регулировать положение перепускной заслонки 128 для выхлопных газов посредством соленоидного клапана. В этом конкретном примере соленоидный клапан 121 может принимать перепад давления для облегчения приведения в действие перепускной заслонки 128 для выхлопных газов посредством привода 129 от разности давлений воздуха между впускным каналом 142, расположенным выше по потоку от компрессора 122, и впускным каналом 149, расположенным ниже по потоку от компрессора 122. В других примерах другие пригодные подходы иные, чем соленоидный клапан, могут использоваться для приведения в действие перепускной заслонки 128 для выхлопных газов.
Подобным образом продукты сгорания, которые выпускаются двигателем 10 через выпускной канал 19, могут направляться через выпускную турбину 134 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 перепускной заслонкой 138 для выхлопных газов. Положение перепускной заслонки 138 для выхлопных газов может управляться приводом (не показан) в соответствии с указаниями контроллера 12. В качестве одного из неограничивающих примеров контроллер 12 может регулировать положение перепускной заслонки 138 для выхлопных газов посредством соленоидного клапана. В этом конкретном примере соленоидный клапан может принимать перепад давления для облегчения приведения в действие перепускной заслонки 138 для выхлопных газов посредством исполнительного механизма от разности давлений воздуха между впускным каналом 144, расположенным выше по потоку от компрессора 132, и впускным каналом 149, расположенным ниже по потоку от компрессора 132. В других примерах другие пригодные подходы иные, чем соленоидный клапан, могут использоваться для приведения в действие перепускной заслонки 138 для выхлопных газов.
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 сконфигурирована для независимого изменения положения лопастей или сопла турбин 124 и 134 с приводом от выхлопных газов через соответствующие приводы.
Продукты сгорания, выпускаемые цилиндрами через выпускной канал 19, могут направляться в атмосферу через выпускной канал 170 наряду с тем, что продукты сгорания, выпускаемые через выпускной канал 19, могут направляться в атмосферу через выпускной канал 180. Выпускные каналы 170 и 180 могут включать в себя одно или более устройств последующей очистки выхлопных газов или устройств снижения токсичности выхлопных газов, таких как каталитический нейтрализатор, и один или более датчиков выхлопных газов. Примеры устройств снижения токсичности выхлопных газов включают в себя сажевый фильтр, каталитический нейтрализатор SCR (с избирательным каталитическим восстановлением), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, уловитель обедненных NOx, окислительный каталитический нейтрализатор и т. д. Устройство снижения токсичности выхлопных газов может быть расположено выше по потоку и/или ниже по потоку от турбин в выпускных каналах.
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.
В дополнение к впускному дросселю 158 система 143 впуска воздуха (AIS) может включать в себя дроссель 82 системы впуска воздуха для регулировки количества свежего воздуха, который принимается через впускные каналы 142 и 144. Дроссель 82 AIS может быть расположен выше по потоку от впускного дросселя 158 и выше по потоку от компрессоров 132 и 122. Как подробнее описано ниже, дроссель 82 AIS может использоваться для регулировки давлений во впускных трубопроводах 144 и 142 во время работы двигателя.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя один или более каналов рециркуляции выхлопных газов (EGR) для осуществления рециркуляции по меньшей мере части выхлопных газов из выпускных каналов 170 и/или 180 во впускные каналы 146 и/или 148. Например, двигатель может включать в себя систему 72 EGR низкого давления (LP-EGR) с каналом 73 LP-EGR, присоединяющим выпуск двигателя ниже по потоку от турбины 124 к впуску двигателя выше по потоку от компрессора 122. Система 72 LP-EGR может эксплуатироваться во время условий, таких как в отсутствие наддува турбонагнетателем, и/или когда температура выхлопных газов находится выше порогового значения. Дополнительно посредством регулировки дросселя 82 AIS система 72 LP-EGR может эксплуатироваться во время условий, таких как в отсутствие наддува турбонагнетателем или при наличии низких уровней наддува. Клапан 39 EGR, расположенный в канале 73 LP-EGR выше по потоку от компрессора, может быть выполнен с возможностью регулировки количества и/или расхода выхлопных газов, отводимых через канал EGR. Клапан 39 EGR может быть клапаном рециркуляции выхлопных газов с приводом от электродвигателя и может приводиться в действие на полном диапазоне между открытым и закрытым положением электродвигателем, так чтобы достигался почти непрерывный подъем клапана EGR. Как описано ниже, клапан 39 EGR может регулироваться на основании требуемой величины EGR на впуске двигателя и действующей или оцененной величины EGR, где оцененная величина EGR определяется на основании показаний датчика по датчику 93 кислорода. Канал 73 LP-EGR дополнительно может включать в себя охладитель 74 LP-EGR, расположенный выше по потоку или ниже по потоку от клапана 39 EGR (в материалах настоящего описания, изображенного ниже по потоку от клапана 39 EGR), чтобы понижать температуру выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск двигателя. В этой конфигурации канал EGR может быть выполнен с возможностью обеспечивать EGR низкого давления, а клапан 39 EGR может быть клапаном LP-EGR. В альтернативных вариантах осуществления система EGR высокого давления (HP-EGR) (не показанная) также может быть включена в состав, в которой канал HP-EGR может быть выполнен с возможностью отведения по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов с выпуска двигателя выше по потоку от турбины на впуск двигателя ниже по потоку от компрессора.
В некоторых примерах оба ряда цилиндров двигателя могут включать в себя систему EGR. Например, в дополнение к системе 72 EGR, присоединенной к выпуску ряда 13 цилиндров двигателя, система 84 EGR может быть присоединена к выпуску ряда 15 цилиндров двигателя. Система 84 EGR может включать в себя канал 85 LP-EGR, присоединяющий выпуск двигателя ниже по потоку от турбины 134 к впуску двигателя выше по потоку от компрессора 132. Клапан 87 EGR, расположенный в канале 85 LP-EGR выше по потоку от компрессора, может быть выполнен с возможностью регулировки количества и/или расхода выхлопных газов, отводимых через канал EGR. Как описано ниже, клапан 87 EGR также может регулироваться на основании требуемой величины EGR на впуске двигателя и действующей или оцененной величины EGR, где оцененная величина EGR определяется на основании показаний датчика по датчику 93 кислорода. Канал 85 LP-EGR дополнительно может включать в себя охладитель 86 LP-EGR, расположенный выше по потоку или ниже по потоку от клапана 87 EGR (в материалах настоящего описания, изображенного ниже по потоку от клапана 87 EGR), чтобы понижать температуру выхлопных газов, рециркулируемых на впуск двигателя. В этой конфигурации канал EGR может быть выполнен с возможностью обеспечивать EGR низкого давления, а клапан 87 EGR может быть клапаном LP-EGR. В альтернативных вариантах осуществления система EGR высокого давления (HP-EGR) (не показанная) также может быть включена в состав, в которой канал HP-EGR может быть выполнен с возможностью отведения по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов с выпуска двигателя выше по потоку от турбины на впуск двигателя ниже по потоку от компрессора.
В некоторых вариантах осуществления один или более датчиков могут быть расположены в канале 73 LP-EGR или канале 85 LP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, подвергаемых рециркуляции по каналам LP-EGR. Выхлопные газы, отведенные через канал 73 LP-EGR и канал 85 LP-EGR, могут разбавляться свежим всасываемым воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 73 LP-EGR и впускного канала 142, в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 85 LP-EGR и впускного канала 144. Более точно посредством регулировки клапанов 39 и 87 EGR в координации с дросселем 82 AIS (расположенным в воздушном впускном канале впуска двигателя выше по потоку от компрессоров) может регулироваться разбавление потока EGR.
Процентное разбавление потока EGR может логически выводиться из выходного сигнала датчика 93 кислорода в потоке всасываемых газов двигателя. Более точно датчик 93 кислорода может быть расположен ниже по потоку от дросселя 82 AIS, ниже по потоку от клапанов 39 и 85 EGR и выше по потоку от впускного дросселя 158, чтобы могло точно определяться разбавление EGR на или очень близко от впускного дросселя 158. Датчик 93 кислорода, например, может быть датчиком UEGO. Как конкретизировано на фиг. 2, контроллер двигателя может оценивать процентное разбавление потока EGR на основании обратной связи с датчика 93 кислорода и определять ошибки расчетов противодавления выхлопных газов, используемых для управления клапанами EGR. На основании этих определенных ошибок управление клапанами EGR может адаптироваться, чтобы обеспечивать целевое разбавление EGR у двигателя.
Система 100 двигателя может включать в себя различные другие датчики. Например, каждый из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик массового расхода воздуха (не показан). В некоторых примерах только один из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик массового расхода воздуха (MAF). В некоторых примерах впускной коллектор 160 может включать в себя датчик 182 давления во впускном коллекторе (MAP) и/или датчик 183 температуры впускного коллектора, каждый поддерживает связь с контроллером 12. В некоторых примерах общий впускной канал 149 может включать в себя датчик давления (не показан) на входе дросселя (TIP) для оценки давления на входе заслонки (TIP) и/или датчик температуры (не показан) на входе дросселя для оценки температуры воздуха на дросселе (TCT), каждый находится на связи с контроллером 12.
Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой 14 управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя транспортного средства через устройство 192 ввода. Например, устройство 192 ввода может включать в себя педаль акселератора и датчик 194 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Система 14 управления выполнена с возможностью принимать 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 датчик 16 может включать в себя датчик 93 кислорода и различные датчики (не показанные) в каналах 73 и 85 LP-EGR. Различные датчики выхлопных газов также могут быть включены в выпускные каналы ниже по потоку от устройств снижения токсичности выхлопных газов, такие как датчики твердых частиц (PM), датчики NOx, датчики кислорода, датчики аммиака, датчики углеводородов, и т. д. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, топливно-воздушного соотношения и состава могут быть присоединены к различным местоположениям в системе двигателя. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы 81 могут включать в себя топливные форсунки 166, клапаны 39 и 87 EGR, дроссель 82 AIS и впускной дроссель 158. Другие исполнительные механизмы, такие как многообразие дополнительных клапанов и заслонок, могут быть присоединены к различным местоположениями в системе 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. Примерная процедура управления описана в материалах настоящего описания в отношении фиг. 2.
Следует понимать, что хотя фиг. 1 показывает примерную систему двигателя, включающую в себя конфигурацию сдвоенного турбонагнетателя, в других примерах могут использоваться любое количество турбонагнетателей и любая конфигурация турбонагнетателя. Например, система двигателя может включать в себя одиночный турбонагнетатель с одиночными компрессором и турбиной.
Фиг. 2 показывает примерный способ 200 управления клапаном рециркуляции выхлопных газов на основании ошибок между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске. Например, способ 200 может использоваться для регулировки клапана 39 EGR и/или клапана 87 EGR на основании ошибок, определенных по измерениям датчика 93 кислорода на впуске двигателя.
На этапе 202 способ 200 включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые, например, могут включать в себя скорость вращения двигателя, запрошенный водителем крутящий момент, температуру хладагента двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, VCT, MAP, BP, MAT и т.д. На этапе 204 на основании оцененных условий работы и требуемого крутящего момента может определяться требуемая величина EGR. Это может включать в себя определение требуемого процентного разбавления EGR на основании скорости вращения, нагрузки, температуры двигателя и других условий работы двигателя. Кроме того, требуемая концентрация кислорода на впуске может определяться по требуемому потоку EGR, массовому расходу воздуха в системе впуска воздуха, например, в качестве определяемого по датчику MAF на впуске двигателя и температуре EGR. Например, требуемая концентрация кислорода на впуске может быть требуемой концентрацией кислорода в качестве измеряемой датчиком 93 кислорода, которая соответствует требуемому расходу EGR.
На этапе 206 может приниматься выходной сигнал датчика кислорода на впуске. Например, выходной сигнал датчика 93 кислорода, расположенного выше по потоку от впускного дросселя 158 и ниже по потоку от компрессоров, может приниматься контроллером 12. В одном из примеров выходной сигнал датчика может приниматься в качестве напряжения датчика. Напряжение датчика может быть показателем концентрации кислорода потока всасываемых газов. Таким образом, на основании концентрации кислорода может определяться процентное разбавление EGR в потоке всасываемых газов, то есть отношение свежего воздуха и подвергнутых рециркуляции выхлопных газов в потоке всасываемых газов.
На этапе 208 способ 200 включает в себя оценивание потока EGR. Как замечено выше, поток EGR может оцениваться по показаниям датчика кислорода, а, кроме того, может быть основан на измеренном массовом расходе воздуха на впуске двигателя, например, посредством датчика MAF на впуске двигателя, и температуре и/или давлении на впуске двигателя, например, температуре и/или давлении EGR. В некоторых примерах поток EGR может определяться на основании оцененного противодавления выхлопных газов, где противодавление выхлопных газов является величиной давления в канале EGR в местоположении между турбиной, например турбиной 124 или 134, и клапаном EGR, например клапаном 39 или клапаном 87.
На этапе 210 способ 200 включает в себя оценивание ошибки противодавления выхлопных газов. Например, ошибки между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске могут использоваться для оценивания ошибки противодавления выхлопных газов в системе EGR. В частности, разность между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске может использоваться для определения величины ошибки разности давлений выхлопных газов между выходом турбины, например турбины 124 или 134, и клапаном EGR, например клапаном 39 или клапаном 87.
В одном из примеров способ может использовать требуемую концентрацию кислорода на впуске (в единицах EGR) минус действующая концентрация кислорода на впуске (в единицах EGR) для определения составляющей ошибки. Способ может определять, что по меньшей мере некоторая часть из этой ошибки обусловлена неправильностью давления управления клапаном EGR. Небольшой коэффициент усиления схемы управления может применяться к ошибке, и она медленно интегрируется по времени. Двухстороннее ограничение значения может выполняться, если интегральная составляющая находится на минимуме или максимуме. Окончательное ограниченное значение затем может сохраняться в памяти, такой как энергонезависимая память (KAM). Интегральное значение затем может умножаться на полную массу воздуха или расход воздуха двигателя и прибавляться к логически выведенному противодавлению выхлопных газов. Эта новая составляющая противодавления затем может использоваться при определении разностного давления клапана EGR для измерения потока EGR, а затем регулирования потока требуемой величиной потока EGR, например, чтобы поддерживать требуемую концентрацию кислорода на впуске.
На этапе 212 способ 200 включает в себя адаптацию логически выведенного противодавления выхлопных газов на основании оцененной ошибки противодавления выхлопных газов и массы воздуха. Например, обновленное противодавление выхлопных газов, основанное на ошибках между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске и массы воздуха EGR, может определяться посредством применения соответствующей коррекции к оценке противодавления выхлопных газов на основании определенной ошибки.
На этапе 214 способ 200 включает в себя определение давления на клапане EGR на основании адаптированного давления выхлопных газов. Например, давление на клапане EGR может определяться на основании давления выше по потоку от компрессора, например компрессора 122 или компрессора 132, либо на или около впуска в компрессор, и обновленного скорректированного противодавления выхлопных газов. Например, давление на клапане EGR может быть основано на разности между давлением выше по потоку от компрессора и противодавлением выхлопных газов, где противодавление выхлопных газов было адаптировано, чтобы учитывать ошибку, определенную на этапе 210, описанном выше.
В некоторых примерах на этапе 216 способ 200 может включать в себя регулировку дросселя системы впуска воздуха, например, дросселя 82 AIS для достижения целевого давления или требуемого перепада давления на клапане EGR. Целевой перепад давления на клапане EGR может быть основан на требуемом потоке EGR, чтобы гарантировать, что перепад давления на клапане EGR достаточно велик, чтобы регулятор с обратной связью достигал своего заданного значения регулируемой величины. Например, если давление на клапане EGR находится ниже целевого перепада давления, то дроссель AIS может регулироваться для повышения перепада давления на клапане EGR до целевого перепада давления.
На этапе 218 способ 200 включает в себя регулировку клапана EGR на основании давления на клапане EGR, где давление на клапане EGR регулируется на основании ошибок между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске, описанных выше. Например, подъем клапана EGR может увеличиваться или уменьшаться на основании давления на входе компрессора и противодавления выхлопных газов, где противодавление выхлопных газов обновляется на основании ошибок между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске. В некоторых примерах подъем клапана может определяться по справочной таблице на основании перепада давления на клапане для достижения целевого разбавления EGR на впуске двигателя. Например, положение клапана EGR может регулироваться на основании требуемого потока EGR и скорректированного оцененного потока EGR посредством увеличения величины открывания клапана EGR в ответ на оцененный поток EGR меньший, чем требуемый поток EGR. В качестве еще одного примера, регулировка положения клапана на основании требуемого потока EGR и скорректированного оцененного потока EGR может включать в себя уменьшение величины открывания клапана EGR в ответ на оцененный поток EGR больший, чем требуемый поток EGR.
На этапе 220 способ 200 включает в себя регулировку условий работы двигателя на основании подъема клапана EGR. Например, впускной дроссель, например дроссель 158, может регулироваться на основании регулировки положения клапана EGR. Например, положение клапана EGR может регулироваться посредством увеличения величины открывания клапана EGR, а в ответ впускной дроссель может пропорционально закрываться по мере того, как возрастает величина открывания клапана EGR. В качестве еще одного примера, в ответ на уменьшение открывания клапана EGR впускной дроссель может пропорционально открываться по мере того, как величина открывания клапана EGR убывает. Кроме того, в некоторых примерах установка момента зажигания двигателя может регулироваться на основании подъема клапана EGR. Например, более агрессивная установка момента зажигания может выполняться в ответ на повышенное разбавление EGR, обусловленное увеличением величины открывания клапана EGR.
Фиг. 3 иллюстрирует примерный способ, например способ 200, описанный выше, для управления клапаном рециркуляции выхлопных газов на основании ошибок между действующей и требуемой концентрацией кислорода на впуске. График 302 на фиг. 3 показывает поток EGR в зависимости от времени, где кривая 314 показывает примерный целевой или требуемый поток EGR, а кривая 316 показывает действующий поток EGR, определенный по датчику кислорода, например датчику 93, на впуске двигателя. График 304 показывает ошибку противодавления выхлопных газов в зависимости от времени, где ошибка противодавления выхлопных газов определяется на основании разности между требуемым потоком EGR и действующим потоком EGR, показанными на графике 302. График 306 показывает давление на клапане EGR, например разность давлений между давлением выше по потоку и ниже по потоку от клапана 39 EGR или клапана 87 EGR в зависимости от времени. Как замечено выше, ошибка противодавления выхлопных газов может использоваться при определении давления на клапане EGR. График 308 показывает подъем клапана EGR в зависимости от времени, где подъем клапана EGR регулируется на основании скорректированного давления на клапане EGR. График 310 показывает дроссель системы впуска воздуха (AIS), например дроссель 82, в зависимости от времени. Как замечено выше, дроссель 82 AIS может регулироваться для достижения целевого давления на клапане EGR на основании требуемого потока EGR. График 312 показывает положение 158 впускного дросселя в зависимости от времени, где впускной дроссель используется, чтобы дозировать количество EGR и всасываемого воздуха, подаваемых в двигатель, на сновании условий работы двигателя. График 333 показывает измерения с датчика 93 кислорода во впуске двигателя в зависимости от времени. Как замечено выше, показания датчика кислорода с датчика 93 кислорода могут использоваться вместе с оцененным массовым расходом воздуха для определения оцененного потока EGR на впуске двигателя.
В момент t0 времени двигатель является работающим с действующей величиной EGR, указываемой кривой 316 на графике 302, меньшей, чем требуемая величина EGR, указываемая кривой 314. Действующая величина EGR определяется посредством показаний датчика кислорода с датчика 93 кислорода на впуске двигателя, величины массового расхода воздуха на впуске двигателя и температуры и/или давления на впуске двигателя. Величина ошибки противодавления выхлопных газов, как показано на графике 304, может определяться на основании разности между действующей величиной EGR и целевой величиной EGR. Эта ошибка противодавления может использоваться для определения обновленного или скорректированного давления на клапане EGR посредством расчета разности между обновленным противодавлением и давлением в системе впуска выше по потоку от компрессора. Как показано на графике 306, давление на клапане EGR меньше, чем требуемое или целевое давление на клапане EGR. Чтобы повышать давление на клапане EGR, дроссель 82 AIS регулируется для повышения противодавления на клапане EGR в момент t1 времени, так чтобы достигалось целевое давление на клапане EGR. Величина открывания клапана EGR также увеличивается в момент t1, так чтобы величина EGR возрастала до целевого значения EGR в момент t2 времени. Кроме того, впускной дроссель 158 регулируется на основании регулировки клапана EGR между моментами t1 и t2 времени, чтобы регулировать подачу EGR и всасываемого воздуха в двигатель на основании условий работы двигателя.
В момент t2 времени в ответ на рабочее состояние двигателя, например скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, запрос крутящего момента и т.д., требуемая величина EGR возрастает. Вследствие увеличенной требуемой величины EGR действующая EGR, показанная на кривой 316, вновь падает ниже требуемой EGR, приводя к ошибке оценки противодавления выхлопных газов. Давление на клапане EGR вновь определяется на основании этой ошибки между моментами t2 и t3 времени. Кроме того, между моментами t2 и t3 времени дроссель AIS регулируется для повышения давления на клапане EGR до целевого давления 322, которое повышено по сравнению с целевым давлением 320 вследствие увеличения требуемого потока EGR. В момент t3 времени подъем клапана EGR затем увеличивается, так что действующий поток EGR в качестве определяемого датчиком кислорода усиливается до требуемого значения EGR в момент t4 времени наряду с тем, что впускной дроссель регулируется для регулирования подачи EGR в двигатель.
В момент t5 времени увеличенный требуемый поток EGR запрашивается, например, в ответ на условия работы двигателя. После момента t5 времени действующий поток EGR, в качестве определяемого датчиком кислорода, больше, чем требуемый поток EGR, так что присутствует ошибка оценки противодавления выхлопных газов. Оцененное давление на клапане EGR затем обновляется на основании этой ошибки, так что скорректированное давление на клапане EGR получается между моментами t5 и t6 времени. Однако поскольку давление на клапане EGR больше, чем целевое давление 324 на клапане EGR, дроссель AIS регулируется для уменьшения перепада давления на клапане EGR до целевого значения 324 в момент t6 времени. Величина открывания клапана EGR уменьшается в момент t6 времени, так что действующая величина EGR уменьшается до требуемой величины EGR в момент t7 времени наряду с тем, что регулировки впускного дросселя производятся для регулирования подачи EGR в двигатель на основании регулировок клапана EGR.
Таким образом, посредством определения ошибок оценок противодавления выхлопных газов и адаптации оценок потока EGR на основании этих ошибок повышенная точность управления клапаном EGR может достигаться, тем самым потенциально повышая эксплуатационные качества двигателя, увеличивая экономию топлива и уменьшая выбросы двигателя.
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 и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и 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.
1. Система двигателя, содержащая:
впуск двигателя;
выпуск двигателя;
турбонагнетатель, содержащий компрессор и турбину, присоединенные между впуском двигателя и выпуском двигателя;
канал рециркуляции выхлопных газов (EGR) низкого давления, выполненный с возможностью отведения по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов из выпуска двигателя ниже по потоку от турбины на впуск двигателя выше по потоку от компрессора;
клапан EGR, расположенный в канале EGR выше по потоку от компрессора и выполненный с возможностью регулировки количества выхлопных газов, отводимых через канал EGR;
впускной дроссель на впуске двигателя, расположенный ниже по потоку от компрессора;
дроссель системы впуска воздуха, расположенный выше по потоку от компрессора;
датчик кислорода, присоединенный к впуску двигателя выше по потоку от впускного дросселя и ниже по потоку от компрессора;
контроллер, выполненный с возможностью:
определения обновленного противодавления выхлопных газов на основании ошибок между действующей и требуемой концентрациями кислорода на впуске, причем действующая концентрация кислорода на впуске определена посредством датчика кислорода; и
регулировки положения клапана EGR на основании перепада давления на клапане, причем перепад давления основан на давлении на входе компрессора и обновленном противодавлении выхлопных газов.
2. Система по п.1, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки дросселя системы впуска воздуха для достижения целевого перепада давления на клапане EGR, причем целевой перепад давления основан на требуемом потоке EGR.
3. Система по п.2, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки впускного дросселя на основании положения клапана EGR.
