Устройство турбонаддува
РЕФЕРАТ
В одном из вариантов осуществления способ для двигателя содержит настройку рабочих параметров двигателя на основании давления отработавших газов, причем давление отработавших газов оценивается на основании тока электродвигателя привода регулятора давления наддува.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к двигателю внутреннего сгорания, в частности к устройству турбонаддува.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели с турбонагнетателем выполнены с возможностью сжимать окружающий воздух, поступающий в двигатель, для того чтобы повышать мощность. Регулятор давления наддува может регулировать энергию отработавших газов, выдаваемую на турбину турбонагнетателя, тем самым оказывается влияние на давление наддува. Измерения положения регулятора давления наддува оказывают влияние на давление отработавших газов, которое, в свою очередь, оказывает влияние на вентиляцию двигателя. Вследствие нехватки недорогих надежных датчиков давления в выпускном коллекторе давление отработавших газов часто оценивается в контроллере двигателя, чтобы облегчать расчеты скорости-плотности для оценки потока двигателя.
Типично давление отработавших газов оценивается отчасти на основании положения регулятора давления наддува. Традиционные пневматические регуляторы давления наддува не имеют измерения положения и, таким образом, положение регулятора давления наддува может оцениваться с использованием равновесия сил между пневматической силой, усилием пружины и силой отработавших газов. Однако, изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что такая оценка положения регулятора давления наддува может давать в результате значительную изменчивость оценки давления отработавших газов, приводя к неточному определению потока воздуха двигателя.
В уровне техники известен способ оценки давления отработавших газов, раскрытый в международной публикации WO2011104450 A1, опубликованной 01.09.2011. В раскрытом способе оценку давления отработавших газов осуществляют с помощью этапов: определения частоты вращения двигателя и общего газонаполнения в отработавших газах, расчета отношений промежуточного давления из отображения, содержащего частоту вращения двигателя и общее наполнение в качестве входных данных, вычисление отношения полного давления путем интерполяции отношений промежуточного давления, и умножения отношения полного давления на опорное давление отработавших газов, причем продукт умножения определяет мгновенное давление отработавших газов. Однако этот способ не описывает оценку давления отработавших газов на основании тока электродвигателя привода регулятора давления наддува, как это раскрыто в настоящей заявке.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Соответственно, предусмотрены меры для по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на вышеприведенные проблемы. В одном из вариантов осуществления, такие меры для двигателя содержат настройку рабочих параметров двигателя на основании давления отработавших газов, давление отработавших газов оценивается на основании тока электродвигателя привода регулятора давления наддува.
Таким образом, давление отработавших газов может оцениваться по величине тока, отбираемого электродвигателем электрического привода регулятора давления наддува. Ток электродвигателя привода регулятора давления наддува может быть пропорциональным силам отработавших газов, действующим на регулятор давления наддува, и таким образом, ток электродвигателя может давать точный механизм для оценки давления отработавших газов и, таким образом, вентиляции двигателя.
В настоящей заявке раскрыто устройство турбонаддува, содержащее: турбонагнетатель, включающий в себя турбину, присоединенную к компрессору; и регулятор давления наддува, приводимый в действие электрическим приводом, присоединенным в параллель турбине; и контроллер, включающий в себя команды для: определения величины тока, отбираемого электродвигателем электрического привода; оценки давления отработавших газов, действующего на регулятор давления наддува, на основании тока; и настройки рабочего параметра на основании оцененного давления отработавших газов.
В дополнительном аспекте контроллер включает в себя команды для определения величины тока, отбираемого упомянутым электродвигателем, один или более раз за цикл двигателя, для того чтобы оценивать среднее давление отработавших газов.
В другом дополнительном аспекте устройство турбонаддува дополнительно содержит впускной и выпускной клапаны для управления зарядом воздуха цилиндра, и при этом, контроллер включает в себя команды для определения величины тока, отбираемого электродвигателем, во время периода перекрытия клапанов впускного и выпускного клапанов.
В еще одном дополнительном аспекте контроллер включает в себя команды для указания дисбаланса цилиндров на основании величины тока, отбираемого электродвигателем во время положительного перекрытия клапанов.
В еще одном дополнительном аспекте контроллер включает в себя команды для настройки установки фаз распределения впускного и/или выпускного клапанов, если указан дисбаланс цилиндров.
В еще одном дополнительном аспекте рабочий параметр включает в себя положение регулятора давления наддува.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания при восприятии отдельно или в сочетании с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематическое изображение двигателя.
Фиг.2 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерный способ для оценки давления отработавших газов.
Фиг.3 показывает отображение, соотносящее ток электродвигателя привода регулятора давления наддува с давлением турбины.
Фиг.4 показывает многомерную характеристику, иллюстрирующую события установки фаз клапанного распределения и давление отработавших газов согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В двигателях с наддувом приводы электронного регулятора давления наддува могут выдавать точный выходной сигнал, чтобы добиваться подачи требуемого наддува в двигатель. Выходная мощность электрического привода может быть функцией тока, подаваемого в электродвигатель привода, и магнитного поля, вырабатываемого магнитами, если присутствуют. Сила, вырабатываемая электрическим приводом, может быть функцией его магнитного потока, умноженного на ток, протекающий через его обмотки (в дальнейшем называемый «ток электродвигателя»). Таким образом, ток электродвигателя привода пропорционален силе, действующей на регулятор давления наддува от отработавших газов. Посредством измерения тока электродвигателя со временем, может оцениваться среднее давление отработавших газов. Оцененное давление отработавших газов может использоваться для определения заряда воздуха двигателя, оценки мощности турбины, настройки величины впрыска топлива, определения, достигла ли загрузка сажей сажевого фильтра порогового значения восстановления, и других параметров.
Если установка фаз распределительных валов была установлена, чтобы включать в себя положительное перекрытие клапанов, использование среднего давления отработавших газов при расчете заряда воздуха двигателя может не быть совершенно точным, так как давление отработавших газов во время периода перекрытия клапанов может быть иным, чем давление отработавших газов во время периодов без перекрытия. Давление отработавших газов во время периода перекрытия клапанов может определяться посредством использования измерений тока электродвигателя. Более точно, выборка отсчетов тока электродвигателя может быть спланирована по времени, чтобы измерять ток во время периода перекрытия, а также моменты времени между событиями клапанов. С использованием этих измерений, давление отработавших газов может определяться во время периода перекрытия клапанов. Давление отработавших газов во время перекрытия затем может использоваться для выдачи более точной оценки заряда воздуха вместо использования только среднего давления отработавших газов.
Примерный двигатель, включающий в себя турбонагнетатель и регулятор давления наддува с электрическим приводом, изображен на фиг.1. Двигатель также включает в себя контроллер, выполненный с возможностью выполнять способ, изображенный на фиг.2, согласно отображению, изображенному на фиг.3.
Далее, со ссылкой на фиг.1, она показывает принципиальную схему одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть, цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. В некоторых вариантах осуществления, поверхность поршня 36 внутри цилиндра 30 может иметь выемку. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 питается через впускной канал 42. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Впускной клапан может управляться контроллером 12 посредством электрического привода 51 клапана (EVA). Подобным образом, выпускной клапан 54 может управляться контроллером 12 посредством EVA 53. В качестве альтернативы, исполнительный механизм регулируемого клапана может быть электрогидравлическим или любым другим возможным механизмом для предоставления возможности приведения в действие клапана. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на исполнительные механизмы 51 и 53, для управления открыванием и закрыванием соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения клапана, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие одним или более кулачков и могут использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемых фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемых фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL) для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссели 62 и 63, имеющие дроссельные заслонки 64 и 65, соответственно. В этом конкретном примере положения дроссельных заслонок 64 и 65 могут регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, присоединенный к заслонкам 62 и 63, конфигурацию, которая обычно называется электронное регулирование дросселя (ETC). Таким образом, заслонки 62 и 63 могут приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положения дроссельных заслонок 64 и 65 могут выдаваться с контроллер 12 сигналами TP положения дросселя. Давление, температура и массовый расход воздуха могут измеряться в различных точках вдоль впускного канала 42 и впускного коллектора 44. Например, впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха для измерения массового расхода чистого воздуха, поступающего через дроссель 63. Массовый расход чистого воздуха может сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала MAF.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, скомпонованный выше по потоку от впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 164, (например, через вал), скомпонованной на протяжении выпускного канала 48. Таким образом, величина сжатия, обеспечиваемого для одного или более цилиндров двигателя посредством турбонагнетателя, может регулироваться контроллером 12. Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя регулятор 26 давления наддува для отведения отработавших газов из турбины 164. Регулятор 26 давления наддува может приводиться в действие с помощью привода 28, который, например, может быть электрическим приводом, включающим в себя постоянные магниты. В некоторых вариантах осуществления привод 28 может быть электродвигателем. Регулятор 26 давления наддува и/или перепускной клапан компрессора (не показанные на фиг.27) могут управляться контроллером 12 посредством приводов (например, привода 28), например, чтобы открываться, когда требуется более низкое давление наддува.
Охладитель 154 наддувочного воздуха может быть включен в состав ниже по потоку от компрессора 162 и выше по потоку от впускного клапана 52. Охладитель 154 наддувочного воздуха может быть выполнен с возможностью охлаждать газы, которые были нагреты сжатием, например, посредством компрессора 162. В одном из вариантов осуществления охладитель 154 наддувочного воздуха может находиться выше по потоку от дросселя 62. Давление, температура и массовый расход воздуха могут измеряться ниже по потоку от компрессора 162, к примеру, датчиком 145 и 147. Измеренные результаты могут сообщаться в контроллер 12 с датчиков 145 и 147 посредством сигналов 148 и 149, соответственно. Давление и температура могут измеряться выше по потоку от компрессора 162, к примеру, датчиком 153, и сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала 155.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (EGR) может направлять требуемую порцию отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44. Фиг.1 показывает систему HP-EGR и систему LP-EGR, но альтернативный вариант осуществления может включать в себя только систему LP-EGR или только систему HP-EGR. HP-EGR направляется через канал 140 HP-EGR, из выше по потоку от турбины 164 в ниже по потоку от компрессора 162. Количество HP-EGR, выдаваемого во впускной коллектор 44, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 HP-EGR. LP-EGR направляется через канал 150 LP-EGR из ниже по потоку от турбины 164 в выше по потоку от компрессора 162. Количество LP-EGR, выдаваемой во впускной коллектор 44, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 152 LP-EGR. Система HP-EGR может включать в себя охладитель 146 HP-EGR, а система LP-EGR может включать в себя охладитель 158 LP-EGR для выделения тепла из газов EGR, например, в охлаждающую жидкость двигателя.
В некоторых условиях система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры 30 сгорания. Таким образом, может быть желательным измерять или оценивать массовый расход EGR. Датчики EGR могут быть скомпонованы в пределах каналов EGR и могут давать показания одного или более из массового расхода, давления, температуры, концентрации O2 и концентрации отработавших газов. Например, датчик 144 HP-EGR может быть скомпонован в канале 140 HP-EGR.
В некоторых вариантах осуществления один или более датчиков могут быть расположены в канале 150 LP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и топливо-воздушного соотношения отработавших газов, подвергаемых рециркуляции по каналу LP-EGR. Отработавшие газы, подаваемые по каналу 150 LP-EGR, могут разбавляться свежим воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 150 LP- EGR и впускного канала 42. Более точно, посредством настройки клапана 152 LP-EGR в координации с первым дросселем 63 воздухозаборника (расположенным в воздушном впускном канале впуска двигателя выше по потоку от компрессора), может настраиваться разбавление потока EGR.
Процентное разбавление потока LP-EGR может выводиться по выходному сигналу датчика 145 в потоке газа впуска двигателя. Более точно, датчик 145 может быть расположен ниже по потоку от первого впускного дросселя 63, ниже по потоку от клапана 152 LP-EGR и выше по потоку от второго основного впускного дросселя 62, из условия чтобы могло точно определяться разбавление LP-EGR на или вблизи основного впускного дросселя. Датчик 145, например, может быть датчиком кислорода, таким как датчик UEGO.
Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 ниже по потоку от турбины 164. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо-воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx , HC, или CO.
Устройства 71 и 72 снижения токсичности отработавших газов показаны скомпонованными вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройства 71 и 72 могут быть системой избирательного каталитического восстановления (SCR), трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. Например, устройство 71 может быть TWC, а устройство 72 может быть сажевым фильтром (PF). В некоторых вариантах осуществления PF 72 может быть расположен ниже по потоку от TWC 71 (как показано на фиг.1), наряду с тем, что, в других вариантах осуществления PF 72 может быть расположен выше по потоку от TWC 72 (не показано на фиг.1).
Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи показания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя (благодаря оценкам потока воздуха). Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Как описано выше, фиг.1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т. д.
Далее, с обращением к фиг.2, проиллюстрирован способ 200 для определения давления отработавших газов. Способ 200 может выполняться контроллером 12 согласно командам, хранимым в нем. Способ 200 может определять давление отработавших газов из двигателя на основании тока у электродвигателя привода регулятора давления наддува, например, на основании тока, отбираемого из электрического привода 28 регулятора давления наддува по фиг.1.
На 202 определяются рабочие параметры двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов и нагрузку двигателя, давление во впускном коллекторе, поток отработавших газов, температуру отработавших газов, топливо-воздушное соотношение, положение распределительного вала, установку фаз клапанного распределения и другие параметры. На 204 определяется, является ли двигатель работающим с перекрытием впускных и выпускных клапанов. Во время перекрытия клапанов выпускной клапан и впускной клапан данного цилиндра могут быть открыты одновременно в течение части цикла двигателя. Например, установка момента закрывания выпускного клапана может быть задерживаться, и/или момент времени открывания впускного клапана может подвергаться опережению, из условия, чтобы выпускной клапан был закрывающимся, в то время как начинается открывание впускного клапана, давая в результате период перекрытия, где открыты оба клапана.
Как результат, есть две вещи, которые могут происходить. Одна из возможностей состоит в том, что количество отработавших газов, остающихся в цилиндрах во время сгорания (называемая внутренняя EGR), может увеличиваться, улучшая коэффициент полезного действия двигателя и снижая выбросы во время некоторых условий. Это происходит, когда давление отработавших газов во время перекрытия является большим, чем давление внутри цилиндра. Это захватывание воздуха оказывает влияние на заряд воздуха.
Еще одна возможность, когда выпускной клапан открыт в течение части времени, когда открывается впускной клапан, состоит в том, что некоторая часть всасываемого воздуха, втянутого в цилиндр, может немедленно выгоняться в систему выпуска, дополнительно оказывая влияние на давление отработавших газов. Это влияние также известно как продувка и оказывает влияние на отношение между потоком воздуха, захваченного внутри двигателя, и полным потоком воздуха через двигатель. Это влияние является функцией давления отработавших газов во время перекрытия.
Рассчитанное среднее давление отработавших газов может не вполне соотноситься с давлением отработавших газов во время перекрытия. Как результат, если ток электродвигателя привода регулятора давления наддува подвергается выборке отсчетов произвольным образом относительно установки фаз клапанного распределения, он может не точно отражать давление отработавших газов во время перекрытия.
Таким образом, если на 204 определено, что двигатель является работающим с перекрытием клапанов, способ 200 переходит на 218, который будет пояснен ниже. Если двигатель не является работающим с перекрытием клапанов, способ 200 переходит на 206, чтобы измерять ток, отбираемый приводом регулятора давления наддува. Ток электродвигателя, например, может измеряться детектором или датчиком тока. В качестве альтернативы, ток может рассчитываться на основании закона Ома в качестве отношения напряжения на приводе (например, напряжения на клеммах) и сопротивления привода, если эти две величины известны или могут быть измерены, и когда имеется в распоряжении справочная таблица сопротивлений/температур. Ток, отбираемый приводом регулятора давления наддува (иначе называемый ток электродвигателя), может измеряться периодически в течение заданной длительности времени, например, он может измеряться 10 раз каждый цикл двигателя, один раз каждую миллисекунду, и т. д., в течение одной секунды или 10 циклов двигателя или другую пригодную временную длительность. Ток электродвигателя затем может усредняться, чтобы давать средний ток в течение заданной длительности.
На 208 среднее давление отработавших газов определяется на основании среднего тока электродвигателя. Так как давление отработавших газов колеблется вследствие выхлопа газообразных продуктов сгорания вслед за каждым событием сгорания двигателя, среднее давление отработавших газов в течение заданной длительности может рассчитываться, чтобы давать более стабильное представление общего давления отработавших газов. Сигнал тока электродвигателя может фильтроваться или может не фильтроваться при определении среднего тока электродвигателя. Средний ток, отбираемый приводом регулятора давления наддува, соответствует усилию, которое регулятор давления наддува прилагает, чтобы преодолевать средние силы отработавших газов. Поэтому, ток привода может преобразовываться в перепад давления на турбине. Фиг.3 показывает примерное отображение 300 перепада давления турбины в сопоставлении с током привода. Вертикальная ось является перепадом между давлением перед турбиной и после турбины. Отображение 300 может храниться в памяти контроллера и использоваться, чтобы отыскивать перепад давлений на турбине для данного среднего тока. Как показано отображением 300, перепад давлений на турбине повышается пропорционально изменению тока привода регулятора давления наддува. Давление отработавших газов в таком случае может оцениваться по перепаду давлений на турбине и измеренному или оцененному давлению после турбины.
Давление отработавших газов может определяться на основании дополнительных рабочих параметров. Например, как указано на 210, давление отработавших газов может оцениваться на основании тока электродвигателя привода, а кроме того, на основании положения регулятора давления наддува. Включение в состав положения регулятора давления наддува дает улучшенную гибкость, чтобы учитывать изменения углов рычажного механизма и ориентации поверхности тарельчатого клапана регулятора давления наддува в зависимости от положения регулятора давления наддува, которые могут не отражаться при определении давления отработавших газов по току электродвигателя.
Положение регулятора давления наддува может определяться пригодным образом. В одном из примеров положение регулятора давления наддува может определяться на основании электродвигателя регулятора давления наддува. В одном из примеров, датчик может измерять линейное смещение тяги, приводимой в движение электродвигателем. В качестве альтернативы электродвигатель может включать в себя кодовый датчик углового положения, размещенный внутри в электродвигателе. Измерительный преобразователь может быть присоединен к наиболее медленному поворотному элементу в электродвигателе, который присоединен к приводной тяге. Такой измерительный преобразователь может собирать измерения на полном диапазоне, на протяжении которого поворачивается элемент, который, например, может иметь значение 180 градусов. В этом случае выходной сигнал измерительного преобразователя меняется по мере того, как вращается электродвигатель. В еще одном примере, электродвигатель включает в себя винт (например, шариковый винт), вращение которого может измеряться и использоваться для определения положения клапана регулятора давления наддува. Однако, может использоваться другой измерительный преобразователь положения, в то время как шариковый винт или другой поворотный элемент может поворачиваться на протяжении диапазона, большего чем 180 и/или 360 градусов. Могут использоваться различные пригодные измерительные преобразователи, например, которые выявляют изменения углового положения в противоположность абсолютному положению.
В других примерах, как указано на 212, давление отработавших газов может оцениваться на основании тока электродвигателя, а кроме того, на основании потока отработавших газов. Включение в состав потока отработавших газов дает гибкость для учета динамики газов, обусловленной изменением направлений потока вокруг тарельчатого клапана регулятора давления наддува. Поток отработавших газов может определяться датчиком в отработавших газах, может оцениваться на основании массового расхода на впуске и условий сгорания или посредством других пригодных механизмов.
На этапе 214 заряд воздуха двигателя определяется на основании среднего давления отработавших газов, рассчитанного на 218. Заряд воздуха может быть функцией давления во впускном коллекторе и давления отработавших газов. На 215 мощность турбины определяется на основании заряда воздуха и давления отработавших газов. Мощность турбины может описывать мощность, выдаваемую турбиной, и, в одном из примеров, может быть основана на крутящем моменте, приложенном к валу турбонагнетателя, и угловой скорости вала. Мощность турбины может рассчитываться на основании степени повышения давления на турбине, которая может использоваться для расчета крутящего момента, прикладываемого к валу турбины, и таким образом, мощности турбины. На основании заряда воздуха двигателя, мощности турбины и/или давления отработавших газов, на 216 могут настраиваться различные рабочие параметры двигателя. Примерные рабочие параметры, которые могут настраиваться, включают в себя величину впрыска топлива, положение клапана EGR, положение дросселя, установку момента зажигания, положение регулятора давления наддува, и т. д. Например, чтобы поддерживать требуемое топливо-воздушное соотношение, количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, может настраиваться на основании заряда воздуха двигателя. В еще одном примере требуемая интенсивность EGR может поддерживаться посредством настройки положения клапана EGR, такого как клапан LP-EGR и/или HP-EGR, на основании заряда воздуха двигателя. Кроме того, давление отработавших газов, определенное на 208, может использоваться для настройки различных рабочих параметров. Например, если давление отработавших газов является большим, чем пороговое значение, оно может указывать, что загрузка сажей в сажевом фильтре в выпускном канале достигла порогового уровня. Контроллер в таком случае может инициировать восстановление сажевого фильтра. В еще одном примере перепад между давлением отработавших газов и давлением во впускном коллекторе, наряду с положением клапана EGR, может указывать, сколько EGR фактически втекает в двигатель; положение клапана EGR может настраиваться на основании давления отработавших газов, чтобы поддерживать требуемую величину EGR в двигателе. В еще одном примере, как пояснено выше, может определяться мощность турбины, и положение регулятора давления наддува может настраиваться на основании мощности турбины. Например, если мощность турбины является меньшей, чем требуемая мощность турбины, регулятор давления наддува может перемещаться в более закрытое положение.
Возвращаясь на 204, если определено, что двигатель является работающим с перекрытием клапанов, способ 200 переходит на 218, чтобы определять, является ли период перекрытия клапанов большим, чем первое пороговое значение. Период перекрытия клапанов может включать в себя период времени, в котором открыты оба, выпускной клапан и впускной клапан, для данного цилиндра. Как пояснено выше, во время перекрытия клапанов, давление отработавших газов может отличаться от давления без перекрытия клапанов. Однако, если период перекрытия клапанов относительно невелик (например, является меньшим, чем первое пороговое значение), воздействие на давление отработавших газов может быть минимальным. Пороговый период перекрытия может быть подходящим пороговым значением, ниже которого наблюдается минимальное воздействие на общее давление отработавших газов, таким как угол поворота кривошипа в пять градусов. Таким образом, если период перекрытия клапанов является меньшим, чем первое пороговое значение, способ 200 переходит обратно на 206, чтобы измерять ток электродвигателя регулятора давления наддува и рассчитывать давление отработавших газов, не учитывая событий установки фаз клапанного распределения, как пояснено выше. Если период перекрытия клапанов является большим чем или равным первому пороговому значению, способ 200 переходит на 220, чтобы определять, является ли число оборотов двигателя меньшим, чем второе пороговое значение.
Если число оборотов двигателя является относительно высоким (например, большим, чем второе пороговое значение), может не быть возможным точно осуществлять выборку отсчетов тока электродвигателя, особенно во время периода перекрытия клапанов. Второе пороговое значение может быть подходящим числом оборотов двигателя, таким как 2000 RPM. Если число оборотов двигателя является большим чем или равным второму пороговому значению, выборка отсчетов во время периода перекрытия клапанов может быть неточной, таким образом, способ 200 переходит обратно на 206, как пояснено выше. Если число оборотов двигателя находится ниже второго порогового значения, способ 200 переходит на 222 для измерения тока, отбираемого электродвигателем привода регулятора давления наддува. Это измерение может быть подобным измерению, поясненному выше на 206. Однако, это измерение также включает в себя, на 224, выборку отсчетов тока во время периода перекрытия клапанов. Выборка отсчетов тока может быть основанной на профильном считывании зажигания (PIP) выборкой отсчетов тока привода, которая дает в большей степени локализованную информацию, имеющую отношение к давлению отработавших газов во время перекрытия клапанов. Выборка отсчетов во время периода перекрытия может выполняться, из условия чтобы ток электродвигателя подвергалась выборке отсчетов один раз каждое событие сгорания около верхней мертвой точки, к примеру в течение длительности 150-180°CA, или при открывании впускного клапана. Дополнительно, ток электродвигателя может подвергаться выборке отсчетов во время других моментов времени цикла двигателя. Эта выборка отсчетов дает в результате в большей степени репрезентативные расчеты заряда воздуха во время периода перекрытия клапанов. Дополнительные подробности о выборке отсчетов тока электродвигателя во время периода перекрытия клапанов представлены ниже со ссылкой на фиг.4.
На 226 давление отработавших газов во время периода перекрытия клапанов определяется на основании среднего тока, подвергнутого выборке отсчетов во время периода перекрытия клапанов. Давление отработавших газов может дополнительно модифицироваться с использованием информации по току, подвергнутому выборке в других частях цикла двигателя, чтобы вносить поправку на другие эффекты распространения волны давления, динамику датчика и динамические эффекты элементов давления цикла двигателя. Давление отработавших газов во время перекрытия, определенное на 226, может определятся некоторым образом, подобным среднему давлению отработавших газов, определенному на 208. Например, как указано на 228, давление отработавших газов может определяться на основании тока во время перекрытия, а кроме того, на основании положения регулятора давления наддува. К тому же, как указано на 230, давление отработавших газов во время перекрытия может определяться на основании среднего тока, а кроме того, на основании потока отработавших газов. К тому же, как указано на 231, давление отработавших газов во время перекрытия может определяться на основании тока во время перекрытия, а кроме того, на основании среднего тока в течение цикла двигателя.
На 232 определяется, обнаружен ли дисбаланс заряда воздуха цилиндров. Дисбаланс заряда воздуха цилиндров может указываться, если давление отработавших газов во время периода перекрытия клапанов для каждого цилиндра не является равным. Например, ток электродвигателя, подвергнутый выборке отсчетов во время периода перекрытия клапанов, для каждого цилиндра может сохраняться, и может определяться давление отработавших газов во время периодов перекрытия. Если давление отработавших газов у одного цилиндра является иным, чем давление отработавших газов и других цилиндров (например, если давление отработавших газов отличается на более чем 5%), может определяться, что цилиндр находится вне баланса. Например, установка фаз распределения впускного и/или выпускного клапанов может не быть установленной оптимально для подвергнутого дисбалансу цилиндра, приводя к отличительному потоку отработавших газов через цилиндр по сравнению с другими цилиндрами двигателя.
Если обнаружен дисбаланс цилиндров, способ 200 переходит на 234, чтобы настраивать перекрытие клапанов подвергнутого дисбалансу цилиндра. Это может включать в себя настройку установки момента закрывания выпускного и/или впускного клапанов, подъема выпускного и/или впускного клапанов, и т. д. Способ 200 затем переходит на 214, чтобы определять заряд воздуха и/или мощность турбины по давлению отработавших газов, как пояснено выше. Подобным образом, если дисбаланс цилиндров не обнаружен на 232, способ 200 также переходит на 214, чтобы рассчитывать заряд воздуха и/или мощность турбины. Как пояснено ранее, один или более рабочих параметров могут настраиваться на основании заряда воздуха и/или мощности турбины на 216. Способ 200 затем осуществляет возврат.
Таким образом, способ 200 определяет среднее давление отработавших газов посредством периодической выборки отсчетов тока электродвигателя привода регулятора давления наддува в течение одного или более циклов двигателя. Если двигатель является работающим с перекрытием клапанов, временные характеристики выборки отсчетов тока электродвигателя могут устанавливаться, чтобы соответствовать периоду перекрытия клапанов. То есть, по меньшей мере один отсчет тока электродвигателя за цикл двигателя может быть синхронным с событием открывания впускного клапана данного цилиндра.
Фиг.4 - многомерная характеристика 400, изображающая примерные события установки фаз клапанного распределения для множества цилиндров и давления отработавших газов двигателя. В примере, изображенном на фиг.4, проиллюстрированы события установки фаз клапанного распределения для трех цилиндров четырехцилиндрового двигателя (цилиндров 1, 3 и 4), при условии порядка работы двигателя 1-3-4-2 (цилиндр 2 не проиллюстрирован на фиг.4). Однако, должно быть понятно, что возможны другие компоновки двигателя, такие как шестицилиндровые двигатели.
Кривые 402 и 404 изображают установки фаз клапанного распределения для выпускного клапана (пунктирная кривая 402) и впускного клапана (сплошная кривая 404) цилиндра 1 во время нормальной работы двигателя на частичной нагрузке. Как проиллюстрировано, выпускной клапан может открываться около момента времени, в который поршень доходит до нижней точки в конце рабочего такта. Выпускной клапан затем может закрываться, в то время как поршень завершает такт выпуска, оставаясь открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт впуска. Таким же образом, впускной клапан может открываться в или раньше начала такта впуска и может оставаться открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт сжатия.
В результате различий установки фаз между закрыванием выпускного клапана и открыванием впускного клапана, в течение короткой длительности, до окончания такта выпуска и после начала такта впуска, оба, впускной и выпускной, клапаны, могут быть открыты. Этот период, в течение которого оба клапана могут быть открыты, назван положительное перекрытие 406, с впускного на выпускной, клапанов (или просто перекрытие клапанов), представленное заштрихованной областью на пересечении кривых 402 и 404. В одном из примеров, перекрытие 406 клапанов может быть устанавливаемым по умолчанию положением кулачков двигателя.
Кривые 408 и 410 изображают установки фаз клапанного распределения для выпускного клапана (кривая 408) и впускного клапана (кривая 410) цилиндра 3. Перекрытие клапанов для цилиндра 3 проиллюстрировано перекрытием 412 клапанов. Кривые 414 и 416 изображают установки фаз клапанного распределения для выпускного клапана (кривая 414) и впускного клапана (кривая 416) цилиндра 4. Перекрытие клапанов для цилиндра 4 проиллюстрировано перекрытием 418 клапанов.
Во время каждого события выхлопа, отработавшие газы выгоняются в выпускной коллектор, повышая давление отработавших газов. Таким образом, давление отработавших газов может пульсировать по мере того, как открывается каждый выпускной клапан. По существу, для определения общего давления отработавших газов, ток электродвигателя может подвергаться периодической выборке отсчетов, а средний ток электродвигателя использоваться для расчета среднего давления отработавших газов. Кроме того, так как двигатель является работающим с перекрытием впускного и выпускного клапанов, выборка отсчетов тока электродвигателя может планироваться по времени, чтобы перекрываться с периодом перекрытия клапанов.
Кривая 420 иллюстрирует давление отработавших газов в выпускном коллекторе и/или выпускном канале ниже по потоку от коллектора. Пунктирные прямоугольники указывают периоды времени, в которых ток электродвигателя регулятора давления наддува подвергается выборке отсчетов для расчета среднего давления отработавших газов. Дополнительно, прямоугольники с линейной штриховкой являются отсчетами тока электродвигателя, которые перекрываются с периодами перекрытия клапанов цилиндров. Таким образом, как показано на фиг.4, ток электродвигателя подвергается выборке отсчетов четыре раза каждое событие выхлопа, причем, один отсчет тока электродвигателя на каждое событие выхлопа берется во время перекрытия клапанов. Отсчеты во время периода перекрытия могут планироваться по времени равным образом с другими отсчетами тока электродвигателя, как показано, или могут быть дополнительные отсчеты, которые не обязательно планируются по времени равным образом с другими отсчетами.
Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект патентования 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 настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут ссылаться на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, 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 объект патентования настоящего раскрытия.
1. Устройство турбонаддува, содержащее:
турбонагнетатель, включающий в себя турбину, присоединенную к компрессору; и
регулятор давления наддува, приводимый в действие электрическим приводом, присоединенным в параллель турбине; и
контроллер, включающий в себя команды для:
определения величины тока, отбираемого электродвигателем электрического привода;
оценки давления отработавших газов, действующего на регулятор давления наддува, на основании тока; и
настройки рабочего параметра на основании оцененного давления отработавших газов.
2. Устройство турбонаддува по п. 1, в котором контроллер включает в себя команды для определения величины тока, отбираемого упомянутым электродвигателем, один или более раз за цикл двигателя, для того чтобы оценивать среднее давление отработавших газов.
3. Устройство турбонаддува по п. 2, дополнительно содержащее впускной и выпускной клапаны для управления зарядом воздуха цилиндра, и при этом контроллер включает в себя команды для определения величины тока, отбираемого электродвигателем, во время периода перекрытия клапанов впускного и выпускного клапанов.
4. Устройство турбонаддува по п. 3, в котором контроллер включает в себя команды для указания дисбаланса цилиндров на основании величины тока, отбираемого электродвигателем во время положительного перекрытия клапанов.
5. Устройство турбонаддува по п. 4, в котором контроллер включает в себя команды для настройки установки фаз распределения впускного и/или выпускного клапанов, если указан дисбаланс цилиндров.
6. Устройство турбонаддува по п. 1, в котором рабочий параметр включает в себя положение регулятора давления наддува.
РИСУНКИ
