СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ И СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ С ПЕРВЫМ И ВТОРЫМ КОМПРЕССОРОМ Российский патент 2017 года по МПК F02B37/07 F02B37/16 F02D23/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к потоку компрессора в двигателе с турбонаддувом.

Уровень техники

Турбонаддув двигателя позволяет двигателю выдавать мощность, подобную мощности двигателя с большим рабочим объемом. Таким образом, турбонаддув может расширять рабочую зону двигателя. Турбонагнетатели действуют посредством сжатия всасываемого воздуха в компрессоре с помощью турбины, приводимой в действие потоком отработавших газов. В определенных условиях скорость потока и коэффициент давления на компрессоре могут флуктуировать до уровней, которые могут иметь следствием шумовые возмущения, а в более серьезных случаях - проблемы исправной работы и ухудшение характеристик компрессора.

Такой всплеск колебаний компрессора может уменьшаться одним или более клапанов рециркуляции компрессора (CRV), расположенных на впуске. CRV могут осуществлять рециркуляцию сжатого воздуха с выпуска компрессора на впуск компрессора. Однако, в некоторых условиях эксплуатации, открывание CRV для уменьшения проблем с шумом может иметь следствием неэффективный наддув для удовлетворения текущих запросов крутящего момента. В частности, это может вызывать недостаточную реакцию в переходных условиях, таких как вслед за частичным отпусканием дросселя.

Раскрытие изобретения

Авторы осознали проблемы с вышеприведенным подходом и предложили систему двигателя, способ для системы турбонагнетателя и способ для двигателя с турбонаддувом с первым и вторым компрессором.

Таким образом, согласно одному аспекту предложена система двигателя, содержащая двигатель, первый и второй компрессоры, подающие воздух в двигатель, первый клапан рециркуляции компрессора, регулируемый на два уровня ограничения, и второй клапан рециркуляции компрессора, регулируемый на три или более уровней ограничения.

Система предпочтительно дополнительно содержит контроллер, включающий в себя команды для приведения в действие второго клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие первого клапана рециркуляции компрессора.

Контроллер предпочтительно включает команды для приведения в действие второго клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие первого клапана рециркуляции компрессора, когда разность между массовым расходом через дроссель выше по потоку от двигателя и массовым расходом на линии всплеска колебаний находится выше первого порогового значения, но ниже второго порогового значения.

Приведение в действие второго клапана рециркуляции компрессора предпочтительно включает регулирование уровня ограничения второго клапана рециркуляции компрессора на основании разницы между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний.

Система предпочтительно дополнительно содержит контроллер, включающий команды для приведения в действие одновременно первого и второго клапанов рециркуляции компрессора.

Контроллер предпочтительно включает команды для приведения в действие одновременно первого и второго клапанов рециркуляции компрессора, когда разность между массовым расходом через дроссель выше по потоку от двигателя и массовым расходом на линии всплеска колебаний находится выше второго порогового значения.

Второе пороговое значение предпочтительно равно массовому расходу через первый клапан рециркуляции компрессора, при этом контроллер включает команды для приведения в действие первого клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие второго клапана рециркуляции компрессора, когда разница между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний равна второму пороговому значению.

Приведение в действие второго клапана рециркуляции компрессора предпочтительно включает регулирование уровня ограничения второго клапана рециркуляции компрессора на основании разницы между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, а также на основании массового расхода через первый клапан рециркуляции компрессора, когда первый клапан рециркуляции компрессора открыт.

Согласно другому аспекту предложен способ для системы турбонагнетателя, имеющей первый и второй компрессор, включающий, при первом условии, открытие первого клапана рециркуляции компрессора (CRV) у первого компрессора, при втором условии, открытие первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV у второго компрессора и, при третьем условии, закрытие первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV.

Первое условие предпочтительно включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, равную массовому расходу через первый CRV.

Второе условие предпочтительно включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, большую, чем массовый расход через первый CRV.

Третье условие предпочтительно включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, меньшую, чем массовый расход через первый CRV.

Массовый расход на линии всплеска колебаний предпочтительно определяется на основании многомерной регулировочной характеристики коэффициента давления - массового расхода, хранимой в системе управления.

При втором и третьем условиях величина ограничения второго CRV предпочтительно регулируется для увеличения массового расхода на втором компрессоре.

Согласно еще одному аспекту предложен способ для двигателя с турбонаддувом с первым и вторым компрессором, включающий, при высокой нагрузке двигателя, открытие первого клапана рециркуляции компрессора у первого компрессора и регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора, и, при от низкой до средней нагрузке двигателя, регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора.

Способ предпочтительно дополнительно включает, при от низкой до средней нагрузке двигателя, закрытие первого клапана рециркуляции компрессора.

Первый клапан рециркуляции компрессора предпочтительно включает два уровня ограничения, а второй клапан рециркуляции компрессора включает по меньшей мере три уровня ограничения.

При от низкой до средней и высокой нагрузках двигателя, регулирование второго клапана рециркуляции компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора предпочтительно дополнительно включает уменьшение величины ограничения второго клапана рециркуляции компрессора для поддержания массового расхода через второй компрессор на расходе, большем, чем массовый расход на линии всплеска колебаний.

Массовый расход на линии всплеска колебаний предпочтительно зависит от коэффициента давления второго компрессора.

Массовый расход на линии всплеска колебаний предпочтительно определяется на основании многомерной регулировочной характеристики коэффициента давления - массового расхода, хранимой в системе управления.

Таким образом, второй, переменно регулируемый клапан рециркуляции компрессора может приводиться в действие для обеспечения регулируемого количества всасываемого воздуха, который рециркулирует через компрессор. Первый клапан рециркуляции компрессора, который является обычным двухпозиционным клапаном рециркуляции компрессора, может приводиться в действие, например, для смягчения всплеска колебаний компрессора, в условиях высокой нагрузки. Одновременно, всплеск колебаний компрессора может уменьшаться посредством согласованного управления обоими клапанами, приводящего к пониженным шумовым возмущениям наряду с обеспечением приемлемого наддува в переходных условиях. Дополнительно, в системах двигателя, которые включают в себя одиночный турбонагнетатель, два клапана рециркуляции компрессора могут быть скомпонованы параллельно для осуществления рециркуляции одного компрессора и управляться для уменьшения всплеска колебаний.

Настоящее изобретение может обеспечивать несколько преимуществ. Например, двигатель, который включает оба, первый и второй, клапаны рециркуляции компрессора, как описано, могут быть в значительной степени уменьшены по габаритам для улучшения коэффициента полезного действия двигателя и экономии топлива, так как переменно регулируемый клапан предоставляет возможность для работы двигателя, близкой к границе всплеска колебаний наряду с избеганием всплеска колебаний и обеспечением достаточного наддува. Наддув в переходных условиях также может быть улучшен, так как переменно управляемый клапан рециркуляции компрессора предусматривает надлежащий наддув для адекватной реакции крутящего момента, например, вслед за внезапным падением нагрузки двигателя во время события снятия нагрузки водителем.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания при прочтении в одиночку или в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен осуществлениями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схему многоцилиндрового двигателя, включающего в себя сдвоенный турбонагнетатель согласно варианту осуществления раскрытия.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерную программу управления для избежания всплеска колебаний согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 3 представляет собой примерную многомерную регулировочную характеристику, иллюстрирующую линию всплеска колебаний.

Подробное описание изобретения

Турбонаддув двигателя предоставляет возможность для двигателя меньшего рабочего объема с мощностью на выходе, подобной большим двигателям. Двигатели с в значительной мере уменьшенными габаритами часто работают почти возле границы всплеска колебаний, где условия потока на компрессоре могут подталкивать компрессор к всплеску колебаний, который может ухудшать характеристики компрессора. Для избежания всплеска колебаний клапан рециркуляции компрессора может открываться для снижения давления ниже по потоку от компрессора и увеличения потока через компрессор. Однако, особенно в переходных условиях, большие величины потока через клапан рециркуляции могут приводить к недостаточному и/или задержанному наддуву для текущих потребностей мощности. Для обеспечения оптимальной величины потока через клапан рециркуляции обычный двухпозиционный клапан рециркуляции может быть заменен переменно регулируемым клапаном рециркуляции. Уровень ограничения клапана рециркуляции может управляться на основании давления и потока на компрессоре для избежания всплеска колебаний наряду с сохранением отвечающего требованиям наддува. Фиг. 1 представляет собой двигатель, включающий в себя переменно регулируемый клапан рециркуляции компрессора и систему управления, которая может выполнять программы управления для приведения в действие клапана рециркуляции. Фиг. 2 представляет собой примерную программу управления для приведения в действие переменно регулируемого клапана рециркуляции, а также обычного двухпозиционного клапана рециркуляции, на основании допуска всплеска колебаний, предусмотренного на фиг. 3.

Фиг. 1 показывает схематичный вид примерной системы двигателя, включающей в себя многоцилиндровый двигатель 110 внутреннего сгорания и пару одинаковых турбонагнетателей 120 и 130. В качестве одного из неограничивающих примеров система двигателя может быть включена в качестве части силовой установки для пассажирского транспортного средства. Система двигателя может принимать всасываемый воздух через впускной канал 140. Впускной канал 140 может включать в себя воздушный фильтр 156. По меньшей мере часть всасываемого воздуха (MAF_1) может направляться в компрессор 122 турбонагнетателя 120 через первую ветвь впускного канала 140, как указано на 142, и по меньшей мере часть всасываемого воздуха (MAF_2) может направляться в компрессор 132 турбонагнетателя 130 через вторую ветвь впускного канала 140, как указано на 144.

Первая часть совокупного всасываемого воздуха (MAF_1) может сжиматься посредством компрессора 122, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 образуют первую ветвь системы впуска воздуха двигателя. Аналогичным образом, вторая часть совокупного всасываемого воздуха (MAF_2) может сжиматься посредством компрессора 132, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 образуют вторую ветвь системы впуска воздуха двигателя. Как показано на фиг. 1, всасываемый воздух из впускных каналов 146 и 148 может повторно объединяться посредством общего впускного канала 149 перед подачей во впускной коллектор 160, где всасываемый воздух может выдаваться в двигатель. В некоторых примерах впускной коллектор 160 может включать в себя датчик 182 давления во впускном коллекторе и/или датчик 183 температуры впускного коллектора, каждый на связи с системой 190 управления. Впускной канал 149 может включать в себя охладитель 154 воздуха и/или дроссель 158. Положение дросселя может регулироваться системой управления посредством исполнительного механизма 157 дросселя, с возможностью связи присоединенного к системе 190 управления.

Как показано на фиг. 1, первый клапан 152 рециркуляции компрессора (CRV1) и второй клапан 153 рециркуляции компрессора (CRV2) могут быть предусмотрены для избирательной рециркуляции каскадов компрессора турбонагнетателей 120 и 130 посредством каналов 150, 151 рециркуляции. CRV1 152 может быть сконфигурирован только двумя точками ограничения для того, чтобы клапан мог управляться, чтобы открываться или закрываться. CRV2 153 может быть сконфигурирован, чтобы иметь три или более точек ограничения для того, чтобы он мог быть открыт, закрыт или частично открыт. Имея множество точек ограничения, CRV2 153 может управляться для обеспечения непрерывно регулируемого потока воздуха вокруг компрессора 132 с высоким разрешением.

Двигатель 110 может включать в себя множество цилиндров, два из которых показаны на фиг. 1 в качестве 20A и 20B. Отметим, что в некоторых примерах двигатель 110 может включать в себя более чем два цилиндра, к примеру 3, 4, 5, 6, 8, 10 или более цилиндров. Эти различные цилиндры могут быть поделены поровну и скомпонованы в V-образной конфигурации в ряд с одним из цилиндров 20A и 20B. Цилиндры 20A и 20B из числа других цилиндров двигателя могут быть идентичными в некоторых примерах и включать в себя идентичные компоненты. По существу, будет подробно описан один цилиндр 20A. Цилиндр 20A включает камеру 22A сгорания, определенную стенками 24A камеры сгорания. Поршень 30A расположен в пределах камеры 22A сгорания и присоединен к коленчатому валу 34 посредством шатуна 32A. Коленчатый вал 34 может включать в себя датчик 181 числа оборотов двигателя, который может идентифицировать скорость вращения коленчатого вала 34. Датчик 181 числа оборотов двигателя может поддерживать связь с системой 190 управления, чтобы давать возможность определения числа оборотов двигателя. Цилиндр 20A может включать в себя свечу 70A зажигания для подачи искры зажигания в камеру 22A сгорания. Однако в некоторых примерах свеча 70A зажигания может быть не включена в состав, например в тех случаях, когда двигатель 110 выполнен с возможностью обеспечивать сгорание посредством воспламенения от сжатия. Камера 22A сгорания может включать в себя топливную форсунку 60A, которая в этом примере сконфигурирована в качестве оконной топливной форсунки. Однако в других примерах топливная форсунка 60A может быть сконфигурирована в качестве форсунки непосредственного впрыска в цилиндр.

Цилиндр 20A дополнительно может включать в себя по меньшей мере один впускной клапан 40A, приводимый в действие посредством исполнительного механизма 42A впускного клапана, и по меньшей мере один выпускной клапан 50A, приводимый в действие посредством исполнительного механизма 52A выпускного клапана.

Цилиндр 20A может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов наряду с ассоциативно связанными исполнительными механизмами клапанов. В этом конкретном примере исполнительные механизмы 42А и 52А сконфигурированы в качестве кулачковых исполнительных механизмов, однако в других примерах могут использоваться электромагнитные исполнительные механизмы клапанов (EVA). Исполнительный механизм 42А впускного клапана может приводиться в действие для открывания и закрывания впускного клапана 40A, чтобы впускать всасываемый воздух в камеру 22А сгорания через впускной канал 162, сообщающийся с впускным коллектором 160. Аналогичным образом, исполнительный механизм 52А выпускного клапана может приводиться в действие для открывания и закрывания выпускного клапана 50A, чтобы выпускать продукты сгорания из камеры 22А сгорания в выпускной канал 166. Таким образом, всасываемый воздух может подаваться в камеру 22А сгорания через впускной канал 162, и продукты сгорания могут выпускаться из камеры 22А сгорания через выпускной канал 166.

Должно быть принято во внимание, что цилиндр 20В или другие цилиндры двигателя 110 могут включать в себя одинаковые или подобные компоненты цилиндра 20A, как описано выше, такие как 42B, 52B, 60B, 70B. Таким образом, всасываемый воздух может подаваться в камеру 22В сгорания через впускной канал 164, и продукты сгорания могут выпускаться из камеры 22В сгорания через выпускной канал 168. Отметим, что в некоторых примерах первый ряд цилиндров двигателя 110, в том числе цилиндр 20А, а также другие цилиндры могут выпускать продукты сгорания через общий выпускной канал 166, а второй ряд цилиндров, в том числе цилиндр 20B, а также другие цилиндры могут выпускать продукты сгорания через общий выпускной канал 168.

Продукты сгорания, которые выпускаются двигателем 110 через выпускной канал 166, могут направляться через выпускную турбину 124 турбонагнетателя 120, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 122 через вал 126, для того чтобы обеспечивать сжатие всасываемого воздуха, как описано выше. В качестве альтернативы, некоторая часть или все отработавшие газы, протекающие через выпускной канал 166, могут обходить турбину 124 через обводной канал 123 турбин, в то время как управляются регулятором 128 давления наддува. Положение регулятора 128 давления наддува может управляться исполнительным механизмом 129, как указано системой 190 управления. В качестве одного из неограничивающих примеров система 190 управления может регулировать положение исполнительного механизма 129 посредством электромагнитного клапана 121. В этом конкретном примере электромагнитный клапан 121 принимает перепад давлений для облегчения приведения в действие регулятора 128 давления наддува с помощью исполнительного механизма 129 от разности давлений воздуха между впускным каналом 142, скомпонованным выше по потоку от компрессора 122, и впускным каналом 149, скомпонованным ниже по потоку от компрессора 122. Как указано фиг. 1, система 190 управления поддерживает связь с исполнительным механизмом 129 через электромагнитный клапан 121. Однако должно быть принято во внимание, что в других примерах могут использоваться другие пригодные подходы для приведения в действие регулятора 128 давления наддува.

Аналогичным образом, продукты сгорания, которые выпускаются двигателем 110 через выпускной канал 168, могут направляться через выпускную турбину 134 турбонагнетателя 130, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 132 через вал 136, для того чтобы обеспечивать сжатие всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь системы впуска двигателя. В качестве альтернативы, некоторая часть или все отработавшие газы, протекающие через выпускной канал 168, могут обходить турбину 134 через обводной канал 133 турбин, в то время как управляются регулятором 138 давления наддува. Положение регулятора 138 давления наддува может управляться исполнительным механизмом 139, как указано системой 190 управления. Положение регулятора 138 давления наддува может управляться исполнительным механизмом 139, как указано системой 190 управления. В качестве одного из неограничивающих примеров система 190 управления может регулировать положение исполнительного механизма 139 посредством электромагнитного клапана 131. В этом конкретном примере электромагнитный клапан 131 принимает перепад давлений для облегчения приведения в действие регулятора 138 давления наддува с помощью исполнительного механизма 139 от разности давлений воздуха между впускным каналом 144, скомпонованным выше по потоку от компрессора 132, и впускным каналом 149, скомпонованным ниже по потоку от компрессора 132. Как указано фиг. 1, система 190 управления поддерживает связь с исполнительным механизмом 139 через электромагнитный клапан 131. Однако должно быть принято во внимание, что в других примерах могут использоваться другие пригодные подходы для приведения в действие регулятора 138 давления наддува.

В некоторых примерах выпускные турбины 124 и 134 могут быть сконфигурированы в качестве турбин с переменной геометрией, в силу чего ассоциативно связанные исполнительные механизмы 125 и 135 могут использоваться для регулирования положения лопастей рабочего колеса турбины, чтобы менять уровень энергии, который получается из потока отработавших газов и сообщается своему соответственному компрессору. Например, система управления может быть выполнена с возможностью независимо менять геометрию выпускных газовых турбин 124 и 134 посредством их соответственных исполнительных механизмов 125 и 135.

Продукты сгорания, выпускаемые одним или более цилиндров через выпускной канал 166, могут направляться в окружающую среду через выпускной канал 170. Выпускной канал 170, например, может включать в себя устройство последующей обработки отработавших газов, такое как каталитический нейтрализатор 174, и один или более датчиков отработавших газов, указанных под 184 и 185. Аналогичным образом, продукты сгорания, выпускаемые одним или более цилиндров через выпускной канал 168, могут направляться в окружающую среду через выпускной канал 172. Выпускной канал 172, например, может включать в себя устройство последующей обработки отработавших газов, такое как каталитический нейтрализатор 176, и один или более датчиков отработавших газов, указанных под 186 и 187. Датчики 184, 185, 186 и/или 187 отработавших газов могут поддерживать связь с системой 190 управления.

Система двигателя может включать в себя различные другие датчики. Например, по меньшей мере один из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик 180 массового расхода воздуха. В некоторых примерах только один из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик массового расхода воздуха. В других примерах оба впускных канала 142 и 144 могут включать в себя датчик массового расхода воздуха. Датчик массового расхода воздуха, в качестве одного из примеров, может включать в себя анемометр с нитью накала или другое пригодное устройство для измерения массового расхода всасываемого воздуха. Датчик 180 массового расхода воздуха может поддерживать связь с системой 190 управления, как показано на фиг. 1.

Система 190 управления может включать в себя один или более контроллеров, выполненных с возможностью поддерживать связь с различными датчиками и исполнительными механизмами, описанными в материалах настоящей заявки. В качестве одного из примеров система 190 управления может включать в себя по меньшей мере один электронный контроллер, содержащий одно или более из следующего: интерфейса ввода/вывода для отправки и приема электронных сигналов с различных датчиков и исполнительных механизмов, центральное процессорное устройство, память, такую как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), дежурная память (КАМ), каждые из которых могут поддерживать связь через шину данных. Система 190 управления может включать в себя пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД, PID) регулятор в некоторых примерах. Однако должно быть принято во внимание, что другие пригодные регуляторы могут использоваться, как может приниматься во внимание специалистом в данной области техники в свете настоящего раскрытия. Контроллер может хранить команды, которые могут выполняться, для того чтобы выполнять одну или более программ управления, таких как программа управления, описанная в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 2.

Система 190 управления может быть выполнена с возможностью изменять один или более рабочих параметров двигателя на основе отдельного цилиндра. Например, система управления может регулировать установку фаз клапанного распределения посредством использования исполнительного механизма регулируемых фаз кулачкового газораспределения (VCT), установку момента зажигания посредством изменения момента времени, в который сигнал зажигания выдается на свечу зажигания, и/или установку момента и количество впрыска топлива посредством изменения длительности импульса сигнала впрыска топлива, который выдается на топливную форсунку системой управления. Таким образом, по меньшей мере установка момента зажигания, установка фаз клапанного распределения и установка момента впрыска топлива могут приводиться в действие системой управления. Дополнительно, система управления может управлять открыванием и закрыванием CRV1 152 и CRV2 153, а также управлять степенью открывания (например, точкой ограничения) CRV2.

Несмотря на то что вариант осуществления, изображенный на фиг. 1, показывает два турбонагнетателя, с каждым компрессором каждого турбонагнетателя регулируемым посредством CRV, в некоторых вариантах осуществления, двигатель может включать в себя только один турбонагнетатель. В этом случае компрессор может управляться двумя CRV, скомпонованными параллельно, при этом один CRV включает две точки ограничения, а другой CRV включает по меньшей мере три точки ограничения. CRV для одиночного компрессора может регулироваться аналогичным образом для CRV с двумя компрессорами, как подробнее описано ниже.

Фиг. 2 иллюстрирует примерную программу 200 управления для управления открыванием и закрыванием двух CRV, таких как CRV1 152 и CRV2 153, для того чтобы предотвращать всплеск колебаний на двух компрессорах. Программа 200 может выполняться системой 190 управления. На 202 определяется массовый расход воздуха через каждый компрессор, требуемый для избежания всплеска колебаний. Расход для избежания всплеска колебаний может оцениваться на основании определенной скорости потока на дросселе. Так как оба компрессора осуществляют поток всасываемого воздуха в общий впускной канал, управляемый дросселем, массовый расход через дроссель, который может определяться датчиком, таким как датчик 182, может использоваться для определения потока через каждый компрессор, в условиях установившегося состояния. Массовый расход воздуха через каждый компрессор для избежания всплеска колебаний, , может определяться на основании уравнения:

где - массовый расход через дроссель, и - массовый расход через компрессор на линии всплеска колебаний. Массовый расход через компрессор на линии всплеска колебаний может определяться по многомерной регулировочной характеристике, хранимой в системе управления, и может быть основан на коэффициенте давления на компрессоре.

Примерная многомерная регулировочная характеристика 300 изображена на фиг. 3. Скорость потока через компрессор изображена по оси x наряду с тем, что коэффициент давления компрессора изображен по оси y. Линия всплеска колебаний указана линией 302. Координаты давления-расхода слева от линии 302 всплеска колебаний находятся в области 304 всплеска колебаний, где условия имеют достаточно низкий поток и достаточно высокое давление, чтобы вызывать всплеск колебаний компрессора. В одном из примеров при коэффициенте давления 2,5 и расходе 5 фунтов массы/минуту, указанных точкой 306, может возникать всплеск колебаний. Для избежания всплеска колебаний скорость потока через компрессор может увеличиваться для достижения линии всплеска колебаний, например она может увеличиваться на приблизительно с 4 фунтов массы/минуту до 9 фунтов массы/минуту, чтобы избежать всплеска колебаний. Для увеличения потока через компрессор один или более CRV могут открываться, как пояснено ниже.

Уравнение, приведенное выше, предполагает равный массовый расход воздуха через каждый компрессор до достижения общего дросселя. Однако в некоторых условиях поток через компрессоры может не быть равным. По существу, поток компрессора может не быть представлен посредством , как указано, но может быть представлен частью потока через дроссель, для одного компрессора и для другого компрессора. может зависеть от различных факторов, таких как длительность работы компрессора, трения, положения одного или более регуляторов давления наддува турбин и т. д. В других вариантах осуществления может определяться на основании измерений датчика, указывающих массовый расход воздуха в каждой отдельной впускной магистрали, например, как определено датчиком 180. Для системы, имеющей только один турбонагнетатель,

На 204 оценивается поток через двухпозиционный CRV (CRV1), в то время как открыт . Поток через открытый CRV1, например, может оцениваться с использованием уравнения течения через эталонное отверстие:

где C = коэффициент постоянной потока через отверстие, A = площадь поперечного сечения отверстия, = плотность текучей среды, P₁ = давление выше по потоку от CRV и P₂ = давление ниже по потоку от CRV.

На 206 определяется, имеет ли место (или для одиночного турбонагнетателя). Если да, увеличение скорости потока через компрессор (например, компрессор 122), которое является результатом открывания CRV1, является достаточным для избежания всплеска колебаний, и программа 200 переходит на 208 для открывания CRV1. После открывания CRV1 программа 200 переходит на 222, подробнее поясненный ниже.

Если требуемая скорость потока не равна половине потока через CRV1, в то время как открыт, количество всасываемого воздуха, которое рециркулирует вокруг компрессора 122 и/или компрессора 132, может альтернативно или дополнительно регулироваться посредством CRV2. По существу, если ответом на 206 является «нет», программа 200 переходит на 210 для определения, имеет ли место для систем с двумя турбонагнетателями или для систем с одиночным турбонагнетателем. Если не является большим, чем (или для одиночного турбонагнетателя), скорость потока через компрессор 122, которая увеличена в результате открывания CRV1, является большей, чем требуется для избежания всплеска колебаний, и может давать в результате недостаточный наддув, если открыт. В других условиях, CRV1 может закрываться на 212 (или удерживаться закрытым), а регулируемый CRV (CRV2) может регулироваться, чтобы обеспечивать требуемое увеличение массового расхода через второй компрессор (например, компрессор 132). Чтобы поступать таким образом, поток через второй компрессор, , требуемый для избежания всплеска колебаний, может рассчитываться на 214 с использованием следующего уравнения для двух турбонагнетателей:

Или, для систем с одиночным турбонагнетателем:

CRV2 может открываться на 216. Так как CRV2 включает множество точек ограничения, которые дают возможность переменного поперечного сечения отверстия, точка ограничения, в которую установлен CRV2, и, таким образом, величина открывания или поперечное сечение отверстия, A, может определяться уравнением течения через эталонное отверстие:

Если на 210 определено, что (или что для систем с одиночным трубонагнетателем), программа 200 переходит на 218 для открывания CRV1, так как требуемая величина потока через компрессоры является большей, чем увеличение потока, обеспечиваемое только CRV1, и переходит на 220 для определения потока через второй компрессор, управляемый посредством CRV2, который дополнительно требуется для избежания всплеска колебаний. Эта величина потока может определяться уравнением:

Или для одиночных турбонагнетателей, на основании уравнения:

Программа 200 затем переходит на 216 для открывания CRV2 на основании потока , определенного на 220, и установки точки ограничения на основании уравнения течения через отверстие, описанного выше.

Как 216, так и 208 переходят на 222 для определения, являются ли условия всплеска колебаний присутствующими по-прежнему. Это может включать в себя определение, был ли массовый расход через дроссель отрегулирован соответствующим образом, вследствие регулирования CRV1 и/или CRV2, для избежания всплеска колебаний. В некоторых условиях CRV могут управляться, чтобы открываться для избежания всплеска колебаний, но могут не ослаблять всплеск колебаний полностью. Это, например, может быть вследствие подвергнутых ухудшению характеристик клапанов рециркуляции или повергнутых ухудшению характеристик компрессоров. Если условия всплеска колебаний все еще выявляются на 222, программа 200 может переходить на 224, чтобы регулировать дополнительные рабочие параметры для компенсации подвергнутых ухудшению характеристик клапанов или компрессоров. Например, CRV1 и/или CRV2 могут открываться на большую величину, чем указана изначально. В одном из примеров подвергнутый ухудшению характеристик регулируемый клапан рециркуляции может снабжаться командой на закрытие, в то время как не подвергнутый ухудшению характеристик клапан рециркуляции может снабжаться командой на открытие при наступлении всплеска колебаний компрессора. Таким образом, более тонкое управление уровнем всплеска колебаний, обеспечиваемое посредством регулируемого клапана всплеска колебаний, заменяется более грубым управлением уровнем всплеска колебаний, обеспечиваемым двухрежимным или двухпозиционным клапаном всплеска колебаний. В качестве альтернативы или дополнительно, один или более регуляторов давления наддува, управляющих турбинами, присоединенными к компрессорам, могут регулироваться для снижения отдачи компрессора до более низкого давления ниже по потоку от компрессора. В других вариантах осуществления уведомление может отправляться водителю транспортного средства для технического обслуживания транспортного средства. Если условия всплеска колебаний не выявлены, или после регулирования дополнительных рабочих параметров, программа 200 осуществляет выход.

Таким образом, программа 200, описанная выше со ссылкой на фиг. 2, предусматривает двухпозиционный CRV, который, когда открыт, увеличивает поток через свой соответственный компрессор на установленную величину. Предусмотрен второй, регулируемый CRV, который может увеличивать поток через свой соответственный компрессор на переменную величину, которая определяется на основании рабочих условий. В примерной программе 200 может определяться скорость потока через компрессоры для избежания всплеска колебаний, и один или более из CRV могут открываться для увеличения потока через компрессоры для ослабления всплеска колебаний. Например, если скорость потока, требуемая для ослабления всплеска колебаний, находится выше первого порогового значения, но ниже второго порогового значения, регулируемый CRV может приводиться в действие. Если скорость потока, требуемая для избежания всплеска колебаний, находится выше второго порогового значения, могут приводиться в действие оба CRV, тогда как если скорость потока, требуемая для избежания всплеска колебаний, равна второму пороговому значению, может приводиться в действие только двухпозиционный CRV. В этих условиях первое пороговое значение может быть равным нулю, а второе пороговое значение может быть равным скорости потока через двухпозиционный CRV.

В других примерах открывание и закрывание CRV может по меньшей мере частично определяться на основании нагрузки двигателя. Например, в условиях от низкой до средней нагрузки, двухпозиционный CRV может закрываться, а регулируемый CRV может управляться на основании коэффициента давления и потока через компрессор, управляемый регулируемым CRV. В условиях высокой нагрузки, двухпозиционный CRV может открываться, а если необходимо, регулируемый CRV открывается на основании коэффициента давления и потока через компрессор. Таким образом, программа управления для открывания и закрывания CRV может быть упрощена.

Программа по фиг. 2 может предусматривать способ для системы турбонагнетателя, имеющей первый и второй компрессор, содержащий, при первом условии, открывание первого клапана рециркуляции компрессора (CRV) первого компрессора, при втором условии, открывание первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV второго компрессора, а при третьем условии, закрывание первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV.

В еще одном варианте осуществления фиг. 2 может предусматривать способ для двигателя с турбонаддувом с первым и вторым компрессором, содержащий, при высокой нагрузке, открывание первого клапана рециркуляции компрессора у первого компрессора и регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора, а при от низкой до средней нагрузки двигателя регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора.

Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, I-3, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает 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 изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения 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 изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Система двигателя содержит двигатель 110, первый и второй компрессоры (122) и (132), подающие воздух в двигатель (110), и первый и второй клапаны (152) и (153) рециркуляции. Первый клапан (152) рециркуляции компрессора (122) выполнен регулируемым на два уровня ограничения. Второй клапан (153) рециркуляции компрессора (132) выполнен регулируемым на три или более уровней ограничения. Раскрыты варианты способа для двигателя с турбонаддувом с первым и вторым компрессором. Технический результат заключается в предотвращении всплеска колебаний компрессора наряду с обеспечением достаточной величины наддува для удовлетворения требуемой мощности. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система двигателя, содержащая:

двигатель;

первый и второй компрессоры, подающие воздух в двигатель;

первый клапан рециркуляции компрессора, регулируемый на два уровня ограничения; и

второй клапан рециркуляции компрессора, регулируемый на три или более уровней ограничения.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая контроллер, включающий в себя команды для приведения в действие второго клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие первого клапана рециркуляции компрессора.

3. Система по п. 2, в которой контроллер включает команды для приведения в действие второго клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие первого клапана рециркуляции компрессора, когда разность между массовым расходом через дроссель выше по потоку от двигателя и массовым расходом на линии всплеска колебаний находится выше первого порогового значения, но ниже второго порогового значения.

4. Система по п. 3, в которой приведение в действие второго клапана рециркуляции компрессора включает регулирование уровня ограничения второго клапана рециркуляции компрессора на основании разницы между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая контроллер, включающий команды для приведения в действие одновременно первого и второго клапанов рециркуляции компрессора.

6. Система по п. 5, в которой контроллер включает команды для приведения в действие одновременно первого и второго клапанов рециркуляции компрессора, когда разность между массовым расходом через дроссель выше по потоку от двигателя и массовым расходом на линии всплеска колебаний находится выше второго порогового значения.

7. Система по п. 6, в которой второе пороговое значение равно массовому расходу через первый клапан рециркуляции компрессора, при этом контроллер включает команды для приведения в действие первого клапана рециркуляции компрессора при неприведении в действие второго клапана рециркуляции компрессора, когда разница между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний равна второму пороговому значению.

8. Система по п. 6, в которой приведение в действие второго клапана рециркуляции компрессора включает регулирование уровня ограничения второго клапана рециркуляции компрессора на основании разницы между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, а также на основании массового расхода через первый клапан рециркуляции компрессора, когда первый клапан рециркуляции компрессора открыт.

9. Способ для двигателя с турбонаддувом, с первым и вторым компрессором, включающий:

при первом условии, открытие первого клапана рециркуляции компрессора (CRV) у первого компрессора;

при втором условии, открытие первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV у второго компрессора; и

при третьем условии, закрытие первого CRV и регулирование величины ограничения второго CRV.

10. Способ по п. 9, в котором первое условие включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, равную массовому расходу через первый CRV.

11. Способ по п. 9, в котором второе условие включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, большую, чем массовый расход через первый CRV.

12. Способ по п. 9, в котором третье условие включает разность между массовым расходом через дроссель и массовым расходом на линии всплеска колебаний, меньшую, чем массовый расход через первый CRV.

13. Способ по п. 12, в котором массовый расход на линии всплеска колебаний определяется на основании многомерной регулировочной характеристики коэффициента давления - массового расхода, хранимой в системе управления.

14. Способ по п. 9, в котором при втором и третьем условиях величина ограничения второго CRV регулируется для увеличения массового расхода на втором компрессоре.

15. Способ для двигателя с турбонаддувом с первым и вторым компрессором, включающий:

при высокой нагрузке двигателя открытие первого клапана рециркуляции компрессора у первого компрессора и регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора; и

при от низкой до средней нагрузке двигателя регулирование второго клапана рециркуляции компрессора у второго компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий при от низкой до средней нагрузке двигателя закрытие первого клапана рециркуляции компрессора.

17. Способ по п. 15, в котором первый клапан рециркуляции компрессора включает два уровня ограничения, а второй клапан рециркуляции компрессора включает по меньшей мере три уровня ограничения.

18. Способ по п. 17, в котором при от низкой до средней и высокой нагрузках двигателя регулирование второго клапана рециркуляции компрессора на основании коэффициента давления и массового расхода второго компрессора дополнительно включает уменьшение величины ограничения второго клапана рециркуляции компрессора для поддержания массового расхода через второй компрессор на расходе, большем, чем массовый расход на линии всплеска колебаний.

19. Способ по п. 18, в котором массовый расход на линии всплеска колебаний зависит от коэффициента давления второго компрессора.

20. Способ по п. 18, в котором массовый расход на линии всплеска колебаний определяется на основании многомерной регулировочной характеристики коэффициента давления - массового расхода, хранимой в системе управления.