Способ и устройство для управления мощностью или регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания с наддувом

 

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ управления мощностью или регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания с наддувом осуществляется путем управления или регулирования положения расположенной во впускном трубопроводе дроссельной заслонки и давления наддува. Из заданного значения (rlsol) наполнения цилиндра определяют управляющее воздействие (wdksol) для положения дроссельной заслонки. По заданному значению (rlsol) наполнения цилиндра определяют заданное значение (pssol) давления во впускном трубопроводе. Заданное значение (plsol) давления наддува определяют путем объединения заданного значения (pssol) давления во впускном трубопроводе с величиной (dpdk), которая характеризует падение давления на дроссельной заслонке. Раскрыто устройство для реализации способа. Технический результат заключается в достижении хорошей приемистости в динамическом режиме движения и оптимального коэффициента полезного действия в стационарном или установившемся режиме движения. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Уровень техники Настоящее изобретение относится к способу и устройству для управления мощностью или регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с наддувом путем управления или регулирования положения расположенной во впускном трубопроводе дроссельной заслонки и давления наддува.

Способ такого типа известен, например, из заявки DE 4330368 A1. Согласно этой известной из уровня техники публикации давление наддува и положение дроссельной заслонки независимо друг от друга регулируются самим водителем либо в зависимости от заданного значения регулятора скорости движения. В первом интервале выбираемых водителем значений, соответственно заданному значению регулятора скорости управление мощностью происходит главным образом на основе регулирования положения дроссельной заслонки, а во втором интервале регулирование мощности происходит главным образом на основе давления наддува. Между первым и вторым интервалами возможен еще и третий интервал, в котором происходит совместное регулирование водителем положения дроссельной заслонки и давления наддува. Зависимость положения дроссельной заслонки и давления наддува от положения педали акселератора выбирается таким образом, чтобы для каждого режима движения достигалось оптимальное с точки зрения мощности и расхода топлива наполнение цилиндра.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ, соответственно устройство для управления мощностью или регулирования мощности ДВС с наддувом, который, соответственно которое позволили бы достичь, с одной стороны, хорошей приемистости, а с другой стороны, оптимального коэффициента полезного действия.

Преимущества изобретения Согласно изобретению указанная задача решается с помощью отличительных признаков п. 1, соответственно п. 8 формулы изобретения благодаря тому, что из заданного значения наполнения цилиндра определяют управляющее воздействие для положения дроссельной заслонки во впускном трубопроводе ДВС, по заданному значению наполнения цилиндра определяют заданное значение давления во впускном трубопроводе и заданное значение давления наддува определяют путем объединения заданного значения давления во впускном трубопроводе с величиной, которая характеризует падение давления на дроссельной заслонке.

Падение давления на дроссельной заслонке можно очень просто регулировать таким образом, чтобы в соответствии с выбором водителя оптимизировать либо приемистость, либо коэффициент полезного действия ДВС, т.е. достичь, с одной стороны, более спортивного, а с другой стороны, более экономичного режима движения.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Описание предпочтительного варианта изобретения Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - структурная схема, поясняющая работу системы управления ДВС, на фиг. 2 - блок-схема системы управления положением дроссельной заслонки и давлением наддува, на фиг. 3 - блок-схема, поясняющая процесс определения заданного значения давления наддува.

На фиг. 1 показан ДВС 100 с впускным трубопроводом 102 и выпускным трубопроводом 104 для удаления отработавших газов (ОГ). Во впускном трубопроводе 102 расположены, если смотреть по ходу потока впускаемого воздуха, расходомер 105 для измерения количества воздуха mL, компрессор 108 турбонагнетателя, датчик 112 давления для определения давления наддува p2, датчик 110 температуры для определения температуры Tans впускаемого в ДВС 100 воздуха и одна или несколько форсунок 113. Компрессор 108 турбонагнетателя работает от турбины 116, расположенной в выпускном трубопроводе 104 и соединенной с компрессором соединительным трубопроводом 114. В обход турбины 116 включена байпасная линия 118. В байпасной линии 118 установлен перепускной клапан 120, с помощью которого можно управлять давлением наддува, создаваемым турбонагнетателем. Кроме того, на ДВС 100 установлены датчик 122 детонационного сгорания, выдающий при детонационном сгорании соответствующий сигнал К, датчик 123 частоты вращения для определения частоты вращения nmot и датчик 124 температуры для определения температуры двигателя Tmot. ДВС 100 имеет, например, четыре цилиндра 125 с одной свечой зажигания на каждый цилиндр. В системе предусмотрен далее блок 126 управления, на который подаются следующие сигналы: сигнал m1 расходомера 105 воздуха, сигнал p2 датчика 112 давления, сигнал Tans датчика 110 температуры впускаемого воздуха, сигнал К датчика 122 детонационного сгорания, сигнал nmot датчика 123 частоты вращения, сигнал Tmot датчика 124 температуры двигателя и сигнал P датчика 128 положения педали акселератора. Сам блок 126 управления выдает следующие сигналы: сигнал wdksol на исполнительный привод 107 дроссельной заслонки 106, сигнал ldtv для управления перепускным клапаном 120 и сигнал ti для дозирования топлива форсунками 113.

Блок 126 управления содержит показанную на фиг. 2 схему управления, соответственно регулирования положения дроссельной заслонки и давления наддува. Входным сигналом показанной на фиг. 2 схемы управления, соответственно регулирования является заданное значение rlsol наполнения цилиндра, которое рассчитывается из заданного значения крутящего момента на основе различных воздействий, таких, как, например, положение педали акселератора, регулирование скорости движения, регулирование коробки передач, противобуксовочное регулирование и т.д. Поскольку процесс определения заданного значения rlsol наполнения цилиндра не является объектом настоящего изобретения, он подробно не рассматривается в описании. Заданное значение rlsol наполнения цилиндра подается в точку 201 объединения, в которой определяется его отклонение от фактического значения rlist наполнения цилиндра. Фактическое значение rlist наполнения цилиндра (обозначаемое так же, как нагрузка двигателя) рассчитывается в схемном блоке 202 в зависимости от частоты вращения nmot двигателя и расхода, соответственно количества mL забранного воздуха. Регулятор 203 наполнения по расхождению между заданным rlsol и фактическим rlist значениями наполнения цилиндра формирует сигнал управления wdksol, выдаваемый на исполнительный привод 107 дроссельной заслонки.

Из заданного значения rlsol наполнения цилиндра определяется также сигнал управления ldtv для перепускного клапана 120, регулирующего давление наддува. С этой целью заданное значение rlsol подается на подробнее поясняемый со ссылкой на фиг. 3 схемный блок 204, в котором в зависимости от частоты вращения nmot двигателя, температуры Tmot двигателя и температуры Tans впускаемого воздуха из заданного значения rlsol наполнения цилиндра рассчитывается заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе. На это заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе накладывается в точке 205 объединения сигнал dpdk, который соответствует падению давления на дроссельной заслонке. Процесс формирования этого сигнала dpdk в схемном блоке 206 из заданного значения rlsol наполнения цилиндра и других величин поясняется на фиг. 3.

Выходной сигнал точки 205 объединения соответствует заданному значению plsol давления наддува. В точке 207 объединения определяется расхождение между этим заданным значением plsol и фактическим значением plist давления наддува. Фактическое значение plist давления наддува определяется в схемном блоке 8 из измерительного сигнала p2 датчика 112 давления. Сигнал Ide расхождения между заданным plsol и фактическим plist значениями давления наддува подается на регулятор 209 давления наддува (например, ПИД-регулятор), который в завершение выдает регулирующее воздействие ldtv на перепускной клапан 120 турбонагнетателя.

С помощью сигнала dpdk, соответствующего падению давления на дроссельной заслонке, можно произвольно увеличивать или уменьшать заданное значение plsol давления наддува по отношению к заданному значению pssol давления во впускном трубопроводе. Если, например, в соответствии с выбором водителя требуется динамический режим работы двигателя, т.е. основное значение придается высокой приемистости, то заданное значение plsol давления наддува по отношению к заданному значению pssol давления во впускном трубопроводе повышают. Двигатель при таком режиме движения имеет низкий коэффициент полезного действия и работает неэкономично. Если же требуется более высокий коэффициент полезного действия, а именно, в установившемся, или стационарном, режиме, то сигнал dpdk снижают настолько, чтобы заданное значение plsol давления наддува практически соответствовало заданному значению pssol давления во впускном трубопроводе. Таким образом, путем управления падением давления dpdk на дроссельной заслонке можно быстро согласовать режим работы двигателя с соответствующим режимом движения.

Как показано на фиг. 3, заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе создается в блоке 301 деления путем формирования отношения между заданным значением rlsol наполнения цилиндра и некоторым коэффициентом fupsrl. Этот коэффициент fupsrl может быть определен из рабочих характеристик (ср. блок 204 на фиг. 2), например, в зависимости от частоты вращения nmot двигателя, температуры Tmot двигателя и температуры Tans впускаемого воздуха. Для получения заданного значения pssol давления во впускном трубопроводе к частному, полученному из заданного значения rlsol наполнения цилиндра и коэффициента fupsrl, в точке 302 разветвления может быть добавлен еще один сигнал prg, который характеризует парциальное давление остаточного газа в камере сгорания. Вследствие перекрытия клапанов в промежутке между окончанием выпуска и началом впуска в камере сгорания остается остаточный газ, давление которого составляет около 50-150 мбар.

Как уже пояснялось выше при описании фиг. 2, к заданному значению pssol давления во впускном трубопроводе в точке 303 объединения добавляется сигнал dpdk, характеризующий падение давления на дроссельной заслонке, в результате чего в итоге образуется заданное значение plsol давления наддува. Значение сигнала dpdk выбирается из рабочих характеристик KFDPDK, которые хранятся в блоке 304. Это взятое из рабочих характеристик KFDPDK значение сигнала dpdk зависит от частоты вращения nmot двигателя и полученного в блоке 305 деления отношения между заданным значением rlsol наполнения цилиндра и максимально достижимым значением rlmax наполнения цилиндра. Указанное максимально достижимое значение rlmax наполнения цилиндра зависит, например, от частоты вращения nmot двигателя, детонации двигателя, определенной датчиком 122 детонационного сгорания, температуры Tmot двигателя, температуры Tans впускаемого воздуха и высоты над уровнем моря.

С целью, как указывалось выше, обеспечить очень гибкое согласование характеризующего падение давления на дроссельной заслонке сигнала dpdk с режимом движения выходной сигнал блока рабочих характеристик KFDPDK объединяют путем умножения в точке 306 объединения с поправочным коэффициентом fdpdk, формируемым в схемном блоке 307. Входными сигналами для этого схемного блока 307 являются минимальное значение поправочного коэффициента FDPDKMN, постоянная времени TDPDK и выходной сигнал логической схемы "ИЛИ" 308, которая осуществляет логическую операцию "ИЛИ" над сигналом B_ldob, характеризующим активацию чрезмерного наддува, и сигналом B_ldobsp, характеризующим время блокировки чрезмерного наддува. Если водитель нажатием на педаль акселератора подает сигнал на переход в динамический, спортивный режим движения, и тем самым на схему "ИЛИ" 308 подается один из двух сигналов B_ldob или B_ ldobsp, то в схемном блоке 307 поправочный коэффициент fdpdk устанавливается на значение 1, и он сохраняет это значение 1 до тех пор, пока на указанную схему продолжает поступать один из этих сигналов. При изменении режима движения и переходе на установившийся, или стационарный, режим движения схемный блок 307 уменьшает поправочный коэффициент fdpdk с использованием постоянных времени TDPDK со значения 1 до минимального значения FDPDKMN, лежащего в интервале между 0 и 1. В результате уменьшения поправочного коэффициента fdpdk снижается также и наложенный на заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе сигнал dpdk, благодаря чему падение давления на дроссельной заслонке снижается с целью оптимизации коэффициента полезного действия двигателя. На поправочный коэффициент fdpdk можно также воздействовать и с помощью какого-либо задействуемого водителем органа управления (например, переключателя), чтобы, например, задать особый спортивный режим движения.

Формула изобретения

1. Способ управления мощностью или регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания с наддувом путем управления или регулирования положения расположенной во впускном трубопроводе дроссельной заслонки и давления наддува, отличающийся тем, что из заданного значения rlsol наполнения цилиндра определяют управляющее воздействие wdksol для положения дроссельной заслонки 106, по заданному значению rlsol наполнения цилиндра определяют заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе и заданное значение pssol давления наддува определяют путем объединения заданного значения pssol давления во впускном трубопроводе с величиной dpdk, которая характеризует падение давления на дроссельной заслонке 106.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное значение pssol давления во впускном трубопроводе определяют из отношения между заданным значением rlsol наполнения цилиндра и коэффициентом fupsrl, который зависит от частоты вращения nmot двигателя, температуры Tmot двигателя и температуры Tans впускаемого воздуха.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на заданное значение давления во впускном трубопроводе путем суммирования накладывают парциальное давление prg остаточного газа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина dpdk падения давления на дроссельной заслонке 106 считывается из рабочих характеристик 304 в зависимости от частоты вращения nmot двигателя и значения rlsol наполнения цилиндра.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина dpdk падения давления на дроссельной заслонке 106 считывается из рабочих характеристик 304 в зависимости от частоты вращения nmot двигателя и отношения между заданным значением rlsol наполнения цилиндра и максимально достижимым значением rlmax наполнения цилиндра.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что в считанное из рабочих характеристик 304 значение вводится поправочный коэффициент fdpdk, который при динамическом режиме движения устанавливается на более высокое значение в сравнении со значением при стационарном режиме движения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный коэффициент fdpdk при динамическом режиме движения устанавливается на значение 1, а при переходе на стационарный режим движения снижается до значения, которое лежит в интервале между 0 и 1.

8. Устройство для управления мощностью двигателя внутреннего сгорания с наддувом, управляющее положением или регулирующее положение расположенной во впускном трубопроводе дроссельной заслонки и соответственно управляющее давлением наддува или регулирующее его, отличающееся тем, что предусмотрены первые средства 201, 202 для определения из заданного значения rlsol наполнения цилиндра управляющего воздействия wdksol для положения дроссельной заслонки 106, предусмотрены вторые средства 204 для определения из заданного значения rlsol наполнения цилиндра заданного значения pssol давления во впускном трубопроводе, а заданное значение rlsol давления наддува формируется в результате объединения 205 заданного значения pssol давления во впускном трубопроводе с величиной dpdk, которая характеризует падение давления на дроссельной заслонке 106.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3