СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫХОДА ФОРСИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F02D23/00 F02B37/12 F01N3/21 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для ограничения выхода форсированного двигателя.

Уровень техники

Ухудшение характеристик турбокомпрессора может быть уменьшено путем ограничения работы турбокомпрессора до выбранных рабочих условий. В заявке на патент США 2009/0090107 используется модель для оценки скорости турбокомпрессора, а закон управления приводом турбины рассчитывается путем составления модели турбины из измерения потока в турбину и из желаемого соотношения давлений в турбине. Этот подход затем регулирует привод турбины, чтобы изменять геометрию турбины турбокомпрессора. Привод изменяет скорость потока в турбину, так что давление во впускном коллекторе равняется заданному давлению. Однако этот метод игнорирует то, что использование турбокомпрессора при степени расширения турбины, которая превышает предел степени расширения турбины, может быть нежелательным. Следовательно, этот подход может ускорять ухудшение характеристик турбокомпрессора при некоторых рабочих условиях.

Раскрытие изобретения

В этом документе изобретатели идентифицировали рабочие условия двигателя, при которых может быть нежелательным эксплуатировать двигатель, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины. Кроме того, изобретатели нашли, что различные пределы степени расширения турбины желательны для различных скоростей выхлопного потока. Например, может быть нежелательным эксплуатировать двигатель, чтобы восстанавливать сажевый фильтр при восстановлении сажевого фильтра, или способ восстановления сажевого фильтра может привести к тому, что степень расширения турбины превысит предел степени расширения турбины. Кроме того, если оператору не удается заменить воздухоочиститель, предел степени расширения турбины может быть превышен, что приводит к ухудшению характеристик турбокомпрессора. Однако может быть желательным разрешить более высокий предел степени расширения турбины на низких оборотах двигателя, когда скорости выхлопного потока ниже и ухудшение свойств турбокомпрессора менее вероятно, так что водитель может получить ожидаемый уровень работы двигателя или функции восстановления сажевого фильтра.

Изобретатели в этом документе опознали вышеупомянутые недостатки и разработали способ эксплуатации двигателя, содержащий: эксплуатацию двигателя с турбокомпрессором, регулирование работы двигателя в ответ на превышение степенью расширения турбины предела степени расширения турбины турбокомпрессора, при этом предел степени расширения турбины изменяется в ответ на скорость потока выхлопных газов.

Путем регулирования работы двигателя в ответ на предел степени расширения турбины работа двигателя может ограничиваться так, что может ограничиваться вероятность ухудшения характеристик турбокомпрессора. Например, если сажевый фильтр по расписанию должен восстановиться на большей высоте, восстановление сажевого фильтра может быть отложено, пока двигатель не будет на более низкой высоте или в другом режиме работы, когда восстановление можно будет выполнить. Кроме того, если во время обычной работы двигателя степень расширения турбины превышает желаемый предел степени расширения, выход двигателя или другие рабочие параметры могут быть уменьшены, чтобы уменьшить вероятность эксплуатации турбины турбокомпрессора при степени расширения, которая превышает предел степени расширения турбины.

Данное описание может предоставить несколько преимуществ. Например, этот подход может уменьшить вероятность ухудшения характеристик турбокомпрессора. Также этот подход может предоставить усовершенствованное обоснование пределов степени расширения турбины. Еще этот подход может быть полезным для усовершенствования широкого ряда рабочих условий двигателя, включая восстановление сажевого фильтра и эксплуатацию двигателя с уменьшенной производительностью системы впуска.

Вышеуказанные преимущества и другие преимущества и свойства данного описания будут ясны из последующего подробного описания, взятого отдельно или вместе с прилагающимися графическими материалами.

Следует понимать, что краткое описание, данное выше, предоставляется для ознакомления в упрощенной форме с набором концепций, которые далее описываются в подробном описании. Оно не предназначено для определения ключевых или существенных признаков заявляемого объекта изобретения, объем которого определяется исключительно формулой, следующей за подробным описанием. Также заявляемый объект изобретения не ограничивается осуществлениями, которые устраняют любой из недостатков, обозначенных выше или в другой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой изображение принципиальной схемы двигателя.

Фиг.2 представляет собой изображение моделированных целевых сигналов во время ездового цикла транспортного средства.

Фиг.3 представляет собой еще одно изображение моделированных целевых сигналов во время ездового цикла транспортного средства, показанного на Фиг.2; и

Фиг.4 представляет собой блок-схему иллюстративного способа для ограничения выхода двигателя в ответ на степень расширения турбины.

Осуществление изобретения

Данное описание касается ограничения выхода двигателя в ответ на степень расширения турбины. В одном примере степень расширения в выхлопном патрубке, имеющем турбину, является основанием для ограничения выхода двигателя. Фиг.1 представляет собой изображение одного иллюстративного варианта осуществления форсированного двигателя. Фиг.2-3 представляют собой изображения моделированных целевых сигналов для форсированного двигателя во время моделированного ездового цикла. Фиг.4 представляет блок-схему способа для ограничения выхода двигателя в ответ на степень расширения турбины.

Обращаясь к Фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, включающий множество цилиндров, один из которых показан на Фиг.1, контролируется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 посредством соответствующих впускного клапана 52 и выпускного клапана 54. Впускной и выпускной клапаны могут приводиться в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может определяться датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может определяться датчиком 57 выпускного кулачка.

Топливный инжектор 66 показан размещенным для впрыска топлива прямо в цилиндр 30, что специалистам в данной области техники известно как непосредственный впрыск. Топливный инжектор 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Топливо подается в топливный инжектор 66 топливной системой (не показана), которая включает топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива (не показаны). Топливный инжектор 66 снабжается рабочим током от привода 68, который реагирует на контроллер 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64, чтобы контролировать поток воздуха из впускной нагнетательной камеры 46. Компрессор 162 вытягивает воздух из воздухоприемника 42, чтобы снабжать нагнетательную камеру 46. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162. Двухступенчатая, топливная система высокого давления может использоваться для создания более высоких давлений топлива в инжекторах 66.

Горение инициируется в камере 30 сгорания, когда топливо автоматически воспламеняется, когда поршень приближается к верхней мертвой точке хода сжатия. В других примерах бесконтактная система зажигания обеспечивает искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи зажигания (не показана) в ответ на контроллер 12. В некоторых примерах датчик общего содержания кислорода в выхлопных газах (Universal Exhaust Gas Oxygen, UEGO, не показан) может соединяться с выпускным коллектором 48 выше выхлопного устройства 70.

В одном примере выхлопное устройство 70 может включать сажевый фильтр и каталитические блоки. В другом примере могут использоваться многочисленные устройства контроля за выхлопами, каждое с множеством блоков. В одном примере выхлопное устройство 70 может быть трехкомпонентным катализатором.

Контроллер 12 показан на Фиг.1 в виде обычного микрокомпьютера, который включает: микропроцессор 102, порты 104 ввода-вывода, ПЗУ 106, ОЗУ 108, энергонезависимую память ПО и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, в придачу к ранее обговоренным сигналам, включая: температуру хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, подключенного к рукаву 114 охлаждения, датчик 134 положения, подключенный к педали 130 газа для определения положения акселератора, регулируемого ногой 132, датчик 80 давления для определения выхлопного давления выше турбины 164, датчик 82 давления для определения выхлопного давления ниже турбины 164, измерение давления коллектора двигателя (MAP) от датчика 122 давления, подключенного к впускному коллектору 44, датчик положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, который определяет положение коленчатого вала 40, замер массы воздуха, входящей в двигатель, от датчика 120 (например, термоанемометр), и замер положения дросселя от датчика 58. Барометрическое давление также может определяться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте данного описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает предопределенное количество равноотстоящих импульсов за каждый поворот коленчатого вала, из чего может определяться число оборотов двигателя (RPM).

В некоторых примерах двигатель может быть подключен к системе электромотор-батарея в гибридных транспортных средствах. Гибридное транспортное средство может иметь параллельную конфигурацию, ряд конфигураций или их сочетаний или разновидностей. Также в некоторых вариантах осуществления могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Другой пример может включать моделированные, сигналы для датчика 80 давления для определения выхлопного давления выше турбины 164 и моделированный сигнал для датчика 82 давления для определения выхлопного давления ниже турбины 164.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10, как правило, проходит четырехтактный или двухтактный цикл: четырехтактный цикл включает такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 двигается вниз цилиндра, чтобы увеличить объем в камере 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится возле дна цилиндра и в конце его такта (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалистами в данной области техники обычно называется «нижняя мертвая точка» (НМТ). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 двигается по направлению к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего цикла и ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший размер), специалистами в данной области техники обычно называется «верхняя мертвая точка» (ВМТ). В процессе, далее называемом впрыскиванием, в камеру сгорания подается топливо. В процессе, далее называемом зажиганием, поданное топливо воспламеняется воспламенением от сжатия или известным способом зажигания, таким как свеча зажигания (не показана), вызывая возгорание. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное приведено только в качестве примера, и что сроки открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов могут разниться, так чтобы обеспечивать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана, или различные другие примеры.

Таким образом, устройство с Фиг.1 предоставляет устройство двигателя, которое содержит: двигатель, имеющий турбокомпрессор, выхлопную систему, связанную с турбокомпрессором, выпускное устройство последующей обработки, размещенное в выхлопной системе и котроллер, причем контроллер включает команды для регулирования работы двигателя в ответ на степень расширения турбины турбокомпрессора, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя предполагает, что контроллер также включает команды для регулирования синхронизации подачи топлива в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя предполагает, что контроллер также включает команды для регулирования положения лопаток турбокомпрессора, чтобы изменять работу турбокомпрессора в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя предполагает, что контроллер также включает команды для ограничения или изменения восстановления сажевого фильтра в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя предполагает, что контроллер также включает команды для ограничения количества подаваемого топлива в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя предполагает, что контроллер также включает команды для определения состояния ухудшения характеристик системы впуска воздуха в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Устройство двигателя также содержит датчик барометрического давления или моделируемый сигнал барометрического давления для определения высоты положения двигателя, и предполагает, что контроллер также включает команды для ограничения или изменения восстановления сажевого фильтра в ответ на сигнал с датчика барометрического давления.

Обратимся теперь к Фиг.2-3, на которых показаны целевые сигналы предсказания во время рабочего цикла двигателя. Фиг.2 представляет собой изображение пяти целевых сигналов во время рабочего цикла двигателя. Фиг.3 представляет собой изображение четырех дополнительных целевых сигналов во время рабочего цикла двигателя. Вертикальные отметки Т₀-Т₆ определяют конкретные целевые моменты во время рабочего цикла двигателя.

Первый график сверху на Фиг.2 представляет собой зависимость желаемого крутящего момента двигателя от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Желаемый крутящий момент имеет свое наименьшее значение внизу графика и возрастает по направлению к верху графика.

Второй график сверху на Фиг.2 представляет собой зависимость скорости вращения двигателя от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Скорость вращения двигателя имеет свое наименьшее значение внизу графика и возрастает по направлению к верху графика.

Третий график сверху на Фиг.2 представляет собой зависимость выхлопного потока от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Скорость выхлопного потока может быть соотнесена со скоростью вращения двигателя и нагрузкой двигателя и может выражаться как масса на единицу времени (например, кг/ч).

Четвертый график сверху на Фиг.2 представляет собой зависимость степени расширения турбины от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Степень расширения турбины находится на высшем уровне наверху графика. Степень расширения турбины находится на нижнем уровне внизу графика.

Пятый график сверху на Фиг.2 представляет собой зависимость предела степени расширения турбины от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Предел степени расширения турбины находится на высшем уровне наверху графика. Предел степени расширения турбины находится на нижнем уровне внизу графика. Предел степени расширения турбины может изменяться с рабочими условиями двигателя.

Первый график сверху на Фиг.3 представляет собой зависимость барометрического давления от времени. Время начинается на левой стороне графика и возрастает направо. Барометрическое давление самое высокое наверху графика. Когда двигатель эксплуатируется на большей высоте, барометрическое давление ниже, поскольку плотность воздуха падает с увеличением высоты.

Второй график сверху на Фиг.3 представляет собой состояние запроса восстановления сажевого фильтра. Запрос восстановления сажевого фильтра присутствует, когда запрос восстановления сажевого фильтра находится на высшем уровне. Запрос восстановления сажевого фильтра отсутствует, когда запрос восстановления сажевого фильтра находится на нижнем уровне. Запрос восстановления сажевого фильтра может производиться, когда падение давления на сажевом фильтре превышает пороговое значение давления.

Третий график сверху на Фиг.3 представляет собой состояние таймера степени расширения турбины. Время, накопленное таймером степени расширения турбины, возрастает, когда степень расширения турбины больше, чем предел степени расширения турбины. Горизонтальная прямая 302 представляет пороговое значение времени, за которое степень расширения турбины должна превысить предел степени расширения турбины, перед тем как выставляется флаг предела степени расширения. В некоторых примерах пороговое значение времени может изменяться, по мере того как изменяется скорость выхлопного потока.

Четвертый график сверху на Фиг.3 представляет собой флаг предела степени расширения. Флаг предела степени расширения выставлен, когда сигнал флага предела степени расширения находится на высшем уровне. Флаг предела степени расширения не выставлен, когда сигнал флага предела находится на низшем уровне. Флаг предела степени расширения предоставляет признак состояния, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины в течение времени, большего, чем пороговое время.

В момент Т₀ (совпадает с осью Y) двигатель работает в состоянии низкого желаемого крутящего момента двигателя, например, в холостом. Также в момент Т₀ низкими являются скорость оборота двигателя и выхлопной поток. Предел степени расширения турбины находится на высшем уровне, когда скорость вращения двигателя и желаемый крутящий момент двигателя являются низкими.

Фиг.3 показывает, что в момент Т₀ барометрическое давление находится на более высоком уровне, указывая, что двигатель близок к условиям уровня моря. Кроме того, таймер степени расширения находится на нулевом уровне, указывая, что степень расширения турбины не превышает предела степени расширения турбины. Также запрос восстановления для сажевого фильтра, расположенного в выхлопном пути ниже турбины, не подан, и флаг предела степени расширения не выставлен.

В момент Т₁ желаемый крутящий момент двигателя начинает увеличиваться и остается на высшем уровне с момента чуть позже T₁ до момента Т₂. Скорость вращения двигателя также возрастает после момента T₁ и остается более высокой в момент Т₂. Когда желаемый крутящий момент двигателя и скорость вращения двигателя возрастают, скорость выхлопного потока также возрастает от T₁ до Т₂. Также, когда условия работы двигателя изменяются между Т₁ и Т₂, предел степени расширения турбины изменяется и уменьшается от значения, показанного в момент Т₀. Барометрическое давление, запрос восстановления сажевого фильтра, таймер степени расширения и флаг предела степени расширения остаются неизменными от T₁ доТ₂.

В момент Т₂ желаемый крутящий момент двигателя возрастает и затем падает, когда время подходит к Т₃. Скорость вращения двигателя немного увеличивается после Т₂ и затем уменьшается до того, как снова возрасти незадолго до Т₃. Степень расширения турбины возрастает, когда скорость выхлопного потока увеличивается. Таким образом, в этом примере, степень расширения турбины может быть скоррелирована с выхлопным потоком во время, по крайней мере, некоторых отрезков рабочего цикла двигателя.

Предел степени расширения турбины уменьшается после момента Т₂ во время более высоких скоростей выхлопного потока, а затем увеличивается до момента Т₃. Барометрическое давление падает между моментами Т₂ и Т₃, указывая, что двигатель поднимается по высоте. Запрос восстановления сажевого фильтра, таймер степени расширения и флаг предела степени расширения остаются неизменными от Т₂ до Т₃.

В момент Т₃ желаемый крутящий момент двигателя, скорость вращения двигателя, выхлопной поток и степень расширения турбины выросли выше уровней непосредственно перед моментом Т₃. Также имеются условия, когда желательно восстановить сажевый фильтр, расположенный в выхлопном потоке двигателя, присутствуют (например, в фильтре твердых частиц сохраняется пороговая величина твердых частиц). Соответственно, запрос восстановления сажевого фильтра подается в момент Т₃. Во время некоторых примеров синхронизация подачи топлива может регулироваться в ответ на запрос восстановления сажевого фильтра, так что выхлопной поток возрастает, чтобы поднять температуру твердых частиц, хранящихся в сажевом фильтре. Например, синхронизация подачи может задерживаться, пока количество топлива, подаваемого в двигатель, увеличивается. Таким образом, выхлопной поток может увеличиваться, тогда как желаемый крутящий момент двигателя поддерживается на уровне, запрашиваемом оператором двигателя.

В момент Т₃ барометрическое давление находится на низшем уровне. Степень расширения турбины может увеличиваться на больших высотах, по сравнению с похожими рабочими условиями двигателя, когда барометрическое давление более высокое на более низких высотах, поскольку более низкое барометрическое давление на выпускной стороне турбины турбокомпрессора увеличивает падение давления в турбине турбокомпрессора.

Между моментами Т₃ и Т₄ величина времени, сохраняемая в таймере степени расширения, возрастает, поскольку степень расширения давления турбины больше, чем предел степени расширения давления турбины. Величина времени, накопленная в таймере степени расширения, увеличивается, пока таймер степени расширения не станет равным или не превысит пороговую величину времени, указанную горизонтальной прямой 302 в момент Т₄. Когда таймер степени расширения превышает предел времени степени расширения, поднимается флаг предела степени расширения в момент Т₄, чтобы указать на состояние ухудшения характеристик.

Между моментами Т₄ и Т₅ желаемый крутящий момент двигателя, скорость вращения двигателя, выхлопной поток и степень расширения турбины идут от высших уровней к низшим уровням. Кроме того, барометрическое давление возрастает, указывая, что двигатель перемещается с более высокой высоты на более низкую высоту. Также таймер степени расширения, запрос восстановления сажевого фильтра и флаг предела степени расширения остаются на уровнях, показанных в момент Т₄.

В момент Т₅ барометрическое давление находится на уровне, на котором желательно предпринять второе восстановление сажевого фильтра. В одном примере, как показано согласно способу на Фиг.4, восстановление сажевого фильтра может быть задержано на период времени, чтобы позволить двигателю достичь более низкой высоты после того, как неудавшееся восстановление сажевого фильтра на более высокой высоте приводит к степени расширения турбины, которая превышает предел степени расширения турбины. Поэтому запрос восстановления сажевого фильтра переходит в более высокое состояние в момент Т₅.

Между моментами Т₅ и Т₆ сажевый фильтр восстанавливается путем подъема температуры выхлопного газа. В одном примере синхронизация подачи топлива задерживается во время восстановления сажевого фильтра, чтобы поднять температуру выхлопного газа. Во время восстановления сажевого фильтра между моментами Т₅ и Т₆ степень расширения турбины меньше, чем предел степени расширения турбины. Следовательно, таймер степени расширения не поднимается с нулевого уровня, и в результате сажевый фильтр восстанавливается.

В момент Т₆ сажевый фильтр восстанавливается, и флаг предела степени расширения обнуляется. Флаг предела степени расширения может обнуляться, когда сажевый фильтр восстанавливается без превышения степенью расширения турбины предела степени расширения турбины. Поскольку противодавление двигателя может быть увеличено твердыми частицами, хранящимися в сажевом фильтре, флаг предела степени расширения может обнуляться после того, как твердые частицы, хранящиеся в сажевом фильтре, окисляются, тем самым снижая противодавление выхлопных газов двигателя. В других примерах флаг предела степени расширения может обнуляться механиком после техобслуживания двигателя. После момента Тб двигатель эксплуатируется без дальнейших запросов восстановления сажевого фильтра, и степень расширения турбины поддерживается на уровне ниже предела степени расширения турбины. Следовательно, запрос восстановления сажевого фильтра, таймер степени расширения и флаг предела степени расширения остаются на нижнем уровне.

Обращаясь теперь к Фиг.4, показывается способ для ограничения выхода двигателя в ответ на степень расширения турбины. Способ Фиг.4 выполняется контролером, таким как контроллер, показанный на Фиг.1.

На шаге 402 способ 400 определяет рабочие условия двигателя. В одном примере рабочие условия двигателя включают скорость оборотов двигателя, нагрузку на двигатель, давление окружающего воздуха, давление во впускном коллекторе, давление выхлопа выше и ниже турбины и температуру окружающего воздуха, но не ограничиваются ими. После определения рабочих условий двигателя способ 400 переходит к шагу 404.

На шаге 404 способ 400 определяет предел степени расширения турбины. В одном примере предел степени расширения турбины дает таблица, градуированная по скорости оборотов двигателя и нагрузке двигателя. Таким образом, для большого количества рабочих условий двигателя предоставляется большое количество пределов степени расширения турбины. Пределы степени расширения турбины могут определяться эмпирически. В одном примере пределы степени расширения турбины уменьшаются с возрастанием скоростей потока выхлопных газов двигателя. После определения пределов степени расширения турбины способ 400 переходит к шагу 406.

На шаге 406 способ 400 определяет величину времени, в течение которого степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины до возникновения состояния ухудшенных характеристик. В одном примере величина времени, в течение которого степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины, основывается на или изменяется в ответ на предел степени расширения турбины. Например, если степень расширения турбины 1,5, степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины в течение 2,2 секунд до того, как устанавливается флаг предела. С другой стороны, если степень расширения турбины 1,8, то степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины в течение 2,0 секунд до того, как устанавливается флаг предела. Таким образом, величина времени, в течение которого степень расширения турбины превышает предел степени расширения до того, как устанавливается флаг предела, может изменяться в ответ на степень расширения турбины.

В другом примере величина времени, в течение которого степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины, может основываться на или изменяться в ответ на скорость потока выхлопных газов. Например, если скорость потока выхлопных газов 100 кг/ч, степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины в течение 2,2 секунд до того, как устанавливается флаг предела. С другой стороны, если скорость потока выхлопных газов 200 кг/ч, степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины в течение 1,0 секунд до того, как устанавливается флаг предела. Способ 400 переходит к шагу 408 после того, как определяется величина времени, в течение которого степень расширения турбины может превышать предел степени расширения турбины без установки флага предела.

На шаге 408 способ 400 определяет, превышает ли степень расширения турбины предел степени расширения турбины. В одном примере степень расширения турбины определяется делением давления выхлопов выше турбины на давление выхлопов ниже турбины. В другом примере разность давлений на турбине может заменяться на степень расширения турбины. Разность давлений на выхлопной турбине может определяться на основании показаний датчика перепада давления, который определяет давление выхлопов выше и ниже выхлопной турбины и выдает сигнал в ответ на разность между давлением выхлопов выше турбины и давлением выхлопов ниже турбины. Если степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины или если перепад давления турбины превышает предел перепада давления турбины, способ 400 переходит к шагу 410. Иначе способ 400 переходит к шагу 424.

Следует также заметить, что в некоторых примерах изменение степени расширения турбины во времени при в значительной мере одинаковых рабочих условиях двигателя может отслеживаться на шаге 408. Например, если двигатель функционирует при нагрузке 0,5 и 2000 об/мин, значение степени расширения турбины может сохраняться в памяти. Позже, когда двигатель снова функционирует при нагрузке 0,5 и 2000 об/мин, второе значение степени расширения турбины может сохраняться в памяти. Таким образом, может определяться и сохраняться в памяти скорость изменения степени расширения турбины.

В придачу к или вместо оценки того, превышает или нет степень расширения турбины предел степени расширения турбины, может оцениваться, превышает или нет скорость изменения степени расширения турбины пороговую скорость изменения. В некоторых примерах скорость изменения степени расширения турбины может предоставлять указание на ухудшение характеристик системы впуска воздуха (например, частично закупоренный воздушный фильтр). Если скорость изменения степени расширения турбины превышает пороговую скорость изменения, способ 400 переходит к шагу 410.

На шаге 410 способ 400 наращивает таймер, чтобы отслеживать величину времени, в течение которого степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины. В других примерах таймер может наращиваться, когда перепад давления турбины больше, чем предел перепада давления турбины. После наращивания таймера способ 400 переходит к шагу 412.

На шаге 412 способ 400 определяет, превышает или нет величина времени, сохраненная в таймере на шаге 410, предопределенный предел времени, определенный на шаге 406. Если величина времени, сохраненная в таймере, превышает величину времени, определенную на шаге 406, способ 400 переходит к шагу 414. Иначе способ 400 переходит в конец.

На шаге 414 способ 400 определяет, превышает или нет степень расширения турбины предел степени расширения турбины во время восстановления сажевого фильтра на большей высоте. В другом случае способ 400 может определять, превышает или нет перепад давления турбины предел перепада давления турбины во время восстановления сажевого фильтра на более высокой высоте. Как ранее упоминалось, скорость выхлопного потока двигателя может увеличиваться во время восстановления сажевого фильтра. Если сажевый фильтр восстанавливается на высоте выше уровня моря, барометрическое давление может быть пониженным, так что степень расширения турбины возрастает выше предела степени расширения турбины. Следовательно, предел степени расширения турбины может быть превышен, по крайней мере, частично, из-за того, что двигатель функционирует на увеличенной высоте. Если способ 400 определяет, что предел степени расширения турбины или предел перепада давления турбины превышен во время восстановления сажевого фильтра, способ 400 переходит к шагу 420. Иначе способ 400 переходит к шагу 416.

На шаге 416 способ 400 регулирует крутящий момент двигателя или пределы наддува, чтобы контролировать степень расширения турбины. В одном примере перепускной клапан турбокомпрессора может быть отрегулирован согласно второму расписанию, отличному от первого расписания открытия перепускного клапана, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины на время большее, чем пороговая величина. Открывая перепускной клапан турбокомпрессора раньше и на величину большую, чем во время номинальных рабочих условий двигателя, можно отрегулировать наддув двигателя так, что предел степени расширения турбины не превышается. В другом примере может регулироваться синхронизация подачи топлива, чтобы ограничить крутящий момент двигателя так, что предел степени расширения турбины не превышается. Например, величина подачи топлива может уменьшаться, а синхронизация подачи может задерживаться, так что во время работы двигателя может вырабатываться меньший выхлопной поток. Регулируя количество топлива и синхронизацию, можно ограничить скорость вращения двигателя, так что ограничиваются выхлопной поток двигателя и степень расширения турбины.

В альтернативном примере положение лопаток турбокомпрессора может регулироваться в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Например, положение лопаток может регулироваться, чтобы сделать турбокомпрессор менее эффективным, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины. Способ 400 переходит к шагу 418 после регулирования крутящего момента двигателя и/или наддува двигателя.

На шаге 418 способ 400 выставляет флаг предела степени расширения. Флаг предела степени расширения может оставаться выставленным, пока не сбросится техником или пока не будут удовлетворены предопределенные условия. Например, флаг предела степени расширения может быть сброшен, если сажевый фильтр восстановлен, и степень расширения не превышает предел степени расширения при условиях, сходных с теми, когда флаг предела степени расширения был выставлен. Способ 400 переходит к концу после того, как выставлен флаг степени расширения.

На шаге 420 способ 400 определяет, можно или нет отложить или изменить восстановление сажевого фильтра. В одном примере восстановление сажевого фильтра может быть отложено, когда падение давления на сажевом фильтре меньше, чем пороговая величина. Если принято решение не откладывать восстановление сажевого фильтра, способ 400 переходит к шагу 416. Иначе способ 400 переходит к шагу 422.

На шаге 422 способ 400 откладывает или изменяет восстановление сажевого фильтра, пока барометрическое давление не станет больше, чем предопределенное значение или пока пороговое падение давления на сажевом фильтре не будет превышено. Если двигатель функционирует на меньшей высоте, так что барометрическое давление возрастает, может быть сделана попытка восстановить сажевый фильтр. Например, в первый раз попытка произвести восстановление сажевого фильтра может быть предпринята на высоте 3000 м. Если во время восстановления сажевого фильтра степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины, восстановление сажевого фильтра может быть остановлено на высоте 3000 м и перезапущено на высоте 1000 м. В другом случае, если падение давления на сажевом фильтре возрастает за пороговое давление, когда твердые частицы хранятся в сажевом фильтре, восстановление сажевого фильтра может быть начато еще раз, когда падение давления на сажевом фильтре превышает предопределенный порог давления. Также, в некоторых примерах, восстановление сажевого фильтра может изменяться попыткой восстановления при других рабочих условиях двигателя. Например, попытка восстановления сажевого фильтра может быть предпринята при более низкой скорости массового потока двигателя и с увеличенной задержкой синхронизации подачи топлива. Способ 400 завершается после задержки восстановления сажевого фильтра.

На шаге 424 способ 400 сбрасывает таймер степени расширения турбины. В одном примере таймер степени расширения турбины обнуляется, как только степень расширения турбины становится меньше, чем предел степени расширения турбины. В другом примере таймер степени расширения турбины обнуляется после того, как степень расширения турбины удерживается меньше предела степени расширения турбины в течение больше предустановленной величины времени. Например, таймер степени расширения турбины может обнуляться, если степень расширения турбины не превышает предел степени расширения турбины в течение 5 секунд. Однако, если степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины в течение 1 секунды, а затем степень расширения турбины является меньшей предела степени расширения турбины в течение 0,5 секунд, а затем степень расширения турбины является большей, чем предел степени расширения турбины, в течение 4 секунд, то таймер степени расширений турбины аккумулирует время в 5 секунд. Если аккумулированное время превышает предел степени расширения, устанавливается флаг предела степени расширения турбины. Способ 400 завершается после принятия решения о том, сбрасывать или нет таймер степени расширения.

Таким образом, способ согласно Фиг.4 предоставляет способ эксплуатации двигателя, содержащий: эксплуатацию двигателя1 с турбокомпрессором, регулирование работы двигателя в ответ на степень расширения турбины превышающую предел степени расширения турбины турбокомпрессора, при этом предел степени расширения турбины изменяется в ответ на скорость потока выхлопных газов. Способ эксплуатации двигателя предполагает, что операция регулировки двигателя включает уменьшение доступной величины крутящего момента двигателя. Способ эксплуатации двигателя предполагает, что операция регулировки двигателя включает регулирование привода, чтобы ограничить степень расширения турбины. Способ эксплуатации двигателя также содержит ограничение восстановления сажевого фильтра, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины. Способ эксплуатации двигателя также содержит повторное начало восстановления сажевого фильтра, когда высота положения двигателя уменьшается. Способ эксплуатации двигателя предполагает, что повторное начало восстановления сажевого фильтра начинается автоматически при предопределенном изменении высоты положения двигателя.

Способ Фиг.4 также предоставляет способ эксплуатации двигателя, содержащий: эксплуатацию двигателя с турбокомпрессором, регулирование работы двигателя в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины турбокомпрессора, когда предел степени расширения турбины превышается в течение предопределенного времени, предел степени расширения турбины основывается на скорости потока выхлопных газов, и продолжение эксплуатации двигателя, не реагируя на предел степени расширения турбины, когда предел степени расширения турбины не превышается в течение предопределенного времени. Способ эксплуатации двигателя также содержит ограничение восстановления сажевого фильтра, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины. Способ эксплуатации двигателя также содержит отслеживание изменения степени расширения турбины во времени при, в значительной мере, подобных условиях работы двигателя. Способ эксплуатации двигателя также содержит предоставление признака ухудшения характеристик, когда скорость изменения степени расширения турбины в течение предопределенного времени превышает граничный уровень. Способ эксплуатации двигателя также содержит предоставление признака ухудшения характеристик воздухозаборника двигателя в ответ на скорость изменения степени расширения турбины, превышающую пороговый уровень. Способ эксплуатации двигателя также содержит уменьшение доступной величины выходного крутящего момента двигателя в ответ на степень расширения турбины, превышающую предел степени расширения турбины. Способ эксплуатации двигателя предполагает, что уменьшение доступной величины выходного крутящего момента двигателя включает ограничение синхронизации подачи топлива двигателя.

Как будет понятно средним специалистам в данной области техники, способ, описанный на Фиг.4, может представлять одну или больше из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопоточные, и т.п.Таким образом, различные показанные шаги или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, опускаться. Также порядок выполнения не обязателен для достижения целей, свойств и преимуществ, описанных здесь, но приводится для облегчения объяснения и описания. Хотя это и не показано подробно, средний специалист в данной области техники поймет, что один или более из показанных шагов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

На этом описание заканчивается. Его прочтение специалистами в данной области техники даст понятие о многих изменениях и модификациях, без отхода от сущности и объема изобретения. Например, настоящее описание могло бы с успехом использоваться в одно-, двух-, трех-, четырех-,пятицилиндровых рядных двигателях, шести-, восьми-, десяти-, двенадцати и шестнадцатицилиндровых двигателях с V-образным расположением цилиндров, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе и альтернативном топливе.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Способ эксплуатации двигателя (10) с турбокомпрессором заключается в регулировании работы двигателя (10) в зависимости от превышения турбиной (164) турбокомпрессора предела степени расширения турбины. Предел степени расширения турбины (164) изменяется в зависимости от скорости потока выхлопных газов. Раскрыт вариант выполнения способа эксплуатации двигателя. Технический результат заключается в уменьшении вероятности эксплуатации турбины турбокомпрессора при превышении предела степени расширения турбины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ эксплуатации двигателя, в котором: эксплуатируют двигатель с турбокомпрессором;
регулируют работу двигателя в зависимости от превышения турбиной турбокомпрессора предела степени расширения турбины, причем предел степени расширения турбины изменяется в зависимости от скорости потока выхлопных газов.

2. Способ эксплуатации двигателя по п. 1, в котором при регулировании двигателя уменьшают доступную величину крутящего момента двигателя.

3. Способ эксплуатации двигателя по п. 1, в котором при регулировании двигателя регулируют привод для ограничения степени расширения турбины.

4. Способ эксплуатации двигателя по п. 1, в котором дополнительно ограничивают восстановление сажевого фильтра, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины.

5. Способ эксплуатации двигателя по п. 4, в котором дополнительно повторно запускают восстановление сажевого фильтра, когда высота положения двигателя падает.

6. Способ эксплуатации двигателя по п. 5, в котором повторный запуск восстановления сажевого фильтра выполняют автоматически при заранее определенном изменении в высоте положения двигателя.

7. Способ эксплуатации двигателя, в котором:
эксплуатируют двигатель с турбокомпрессором,
регулируют работу двигателя в зависимости от превышения турбиной турбокомпрессора предела степени расширения турбины, когда предел степени расширения турбины превышается на заранее определенное время, причем предел степени расширения турбины основан на скорости потока выхлопных газов, и
продолжают эксплуатацию двигателя вне зависимости от предела степени расширения турбины, если предел степени расширения турбины не превышается в течение заранее определенного времени.

8. Способ эксплуатации двигателя по п. 7, в котором дополнительно ограничивают восстановление сажевого фильтра, когда степень расширения турбины превышает предел степени расширения турбины.

9. Способ эксплуатации двигателя по п. 7, в котором дополнительно отслеживают изменение степени расширения турбины во времени.

10. Способ эксплуатации двигателя по п. 9, в котором дополнительно представляют индикацию ухудшения характеристик, когда скорость изменения степени расширения турбины за предопределенное время превышает пороговое значение.