СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2017 года по МПК F02B29/04 F02D23/00 F02M26/05 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к двигателю, который имеет охладитель наддувочного воздуха.

Уровень техники

Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Колебания потока воздуха и давления могут привести к помпажу компрессора, вызывая возникновение посторонних шумов, а в более серьезных случаях, к проблемам производительности и ухудшению рабочих характеристик компрессора. Помпажом компрессора можно управлять с помощью открывания одного или более рециркуляционных клапанов компрессора для того, чтобы направить сжатый воздух обратно на впуск компрессора.

Вышеуказанный подход имеет определенные недостатки. В частности, открывание рециркуляционного клапана компрессора может уменьшить объем наддува, поступающий на впуск, тем самым, понижая мощность двигателя. Кроме того, рециркуляционный клапан компрессора может и не обеспечить соответствующего управления помпажом во всех случаях.

Раскрытие изобретения

Для решения вышеуказанных проблем предлагается способ эксплуатации двигателя, который включает в себя в первом режиме уменьшение объема охладителя наддувочного воздуха в зависимости от режима работы компрессора выше по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха.

Таким образом, при условиях, когда помпаж компрессора наиболее вероятен, объем охладителя наддувочного воздуха может быть уменьшен для поддерживания работы компрессора вне области помпажа. В одном примере охладитель наддувочного воздуха может иметь клапан, который выполнен с возможностью закрываться, когда компрессор работает в области помпажа или предполагается, что он должен перейти в эту область, что позволяет впускному воздуху проходить через часть объема охладителя наддувочного воздуха. Клапан может быть выполнен таким образом, чтобы открываться во время работы компрессора вне области помпажа, например, чтобы при возникновении помпажа направлять впускной воздух только через определенную часть объема охладителя воздуха наддува вместо всего объема. За счет этого быть увеличена скорость потока впускного воздуха и исключен помпаж компрессора.

Вышеуказанные и другие преимущества, а также отличительные особенности, приведенные в данном описании, станут очевидными на основе последующего подробного описания, рассмотренного отдельно или вместе с сопроводительными чертежами.

Следует понимать, что приведенное выше краткое описание изобретения представлено в упрощенной форме для изложения сущности нескольких концепций, которые будут подробно описаны далее. При этом объект изобретения не ограничен вариантами выполнения, которые исправляют вышеуказанные недостатки или недостатки, упомянутые в любой другой части данного описания.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 изображен пример схемы двигателя, содержащего охладитель наддувочного воздуха.

Фиг.2A представляет собой схематическое изображение входной части впуска охладителя наддувочного воздуха, включая клапан в открытом положении.

Фиг.2B представляет собой схематическое изображение впуска охладителя наддувочного воздуха с Фиг.2A с клапаном в закрытом положении.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ регулирования воздушного потока, проходящего через охладитель наддувочного воздуха, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ осуществления цикла очистки в охладителе наддувочного воздуха в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ регулирования дополнительных рабочих параметров во время регулирования положения клапана охладителя наддувочного воздуха, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ регулировки помпажа турбонагнетателя, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

На Фиг.7 приведен пример графической зависимости, иллюстрирующей область помпажа, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Осуществление изобретения

Размеры области помпажа, включающей в себя эксплуатационные режимы работы (рабочие точки) компрессора, после которых возникает помпаж, могут быть минимизированы за счет уменьшения объема впускного воздуха ниже по потоку относительно компрессора. В соответствии с представленными вариантами воплощения, охладитель наддувочного воздуха, расположенный ниже по потоку относительно компрессора, может включать в иметь себя клапан, расположенный на впуске охладителя наддувочного воздуха, и который может выборочно уменьшать объем охладителя наддувочного воздуха. Когда компрессор работает в области помпажа, клапан может быть установлен в закрытое положение, чтобы уменьшить объем охладителя наддувочного воздуха, а следовательно, и объем впускного воздуха ниже по потоку относительно компрессора.

Кроме того, образование конденсата в охладителе наддувочного воздуха может неблагоприятно влиять на двигатель, поскольку попадание конденсата в цилиндры во время сгорания может вызывать неустойчивость сгорания и/или пропуски зажигания. Также образование конденсата может привести к ухудшению рабочих характеристик охладителя наддувочного воздуха, в частности, если накопившийся конденсат замерзает во время продолжительного простоя двигателя. Для уменьшения накопления конденсата клапан, расположенный во впуске охладителя наддувочного воздуха, может быть закрыт для выборочного направления впускного воздуха через определенную часть охладителя наддувочного воздуха, чтобы увеличить скорость впускного воздуха относительно скорости впускного воздуха во время его прохождения через весь объем охладителя наддувочного воздуха. Когда предполагается, что возможно образование конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха, клапан может быть открыт или закрыт.Фиг.1 представляет собой изображение системы двигателя, включающей в себя охладитель наддувочного воздуха. Впускной клапан охладителя наддувочного воздуха изображен на Фиг.2A в открытом положении, а на Фиг.2B - в закрытом положении. Система двигателя на Фиг.1 также включает в себя контроллер, выполняющий команды, проиллюстрированные на Фиг.3-6. В контроллере с Фиг.1 может также содержаться одна или несколько зависимостей, например, как на Фиг.7.

На Фиг.1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30. Однако в соответствии с изобретением также может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также сигналов, вводимых водителем 132 автомобиля с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для подачи пропорционального сигнала РР о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с установленным в ней поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня переходило во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через трансмиссионную систему (не показана). Кроме того, для запуска двигателя 10 с коленчатым валом 40 через маховик может быть соединен стартерный двигатель.

Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах воплощения камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует принять во внимание, что также возможно использование впрыска во впускные каналы. Топливо может быть подано в топливную форсунку топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.

Впускной канал 42 может содержать дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22, для регулировки потока воздуха, поступающего во впускной коллектор. В данном конкретном примере расположение (TP) дроссельной заслонки 22 может регулироваться контроллером 12, чтобы обеспечить электронное управление положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 21 может использоваться для распределения всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. В некоторых вариантах воплощения во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, как показано на Фиг.1, дополнительный дроссель 23 с дроссельной заслонкой 24 выше по потоку компрессора 60.

Согласно изобретению, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг.1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляется от участка выше по потоку турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляется от участка ниже по потоку турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку компрессора турбонагнетателя. При наличии, система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее.

Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного коллектора 44. Для турбонагнетателя: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в действие компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.

Выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.

Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Как будет более подробно описано далее, охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать клапан для выборочного изменения скорости потока впускного воздуха, проходящего через охладитель 80 наддувочного воздуха, в зависимости от образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха.

Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (10), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (КАМ) и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленвалом 140; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.

Другими датчиками, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, являются температурный датчик 124, расположенный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Также могут иметься другие датчики, не показанные на схеме, например, датчик для определения скорости воздушного потока на входе охладителя наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах микросхема постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована с помощью машиночитаемых данных, представляющих инструкции, выполняемые микропроцессорным блоком 102 для осуществления различных процессов, описанных далее, а также возможных других отдельно не указанных вариантов.

Как было описано выше, на Фиг.1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, но каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему зажигания и т.д.

На Фиг.2A и 2B изображена сторона впуска охладителя 80 наддувочного воздуха. Как показано на Фиг.2A и 2B, охладитель 80 наддувочного воздуха имеет рабочую зону 202 теплопередачи, предназначенную для передачи тепла из внутренней части охладителя 80 наддувочного воздуха во внешнюю часть охладителя 80 наддувочного воздуха. Охладитель 80 наддувочного воздуха содержит группу охлаждающих трубок 204, расположенных в зоне 202 теплопередачи охладителя 80 наддувочного воздуха. Группа охлаждающих трубок 204 сообщается с впускным бачком 206. Впускной бачок 206 выполнен с возможностью принимать впускной воздух через один или несколько впускных каналов 208, соединенных с расположенным выше по потоку участком впускного канала (не показано на Фиг.2A и 2B). Впускной воздух проходит через впускной бачок 206 в группу охлаждающих трубок 204. После прохождения через охлаждающие трубки 204, впускной воздух проходит через выпускной бачок (не показан), установленный на участке впускного канала, расположенном ниже по потоку. Охладитель 80 наддувочного воздуха может также содержать клапан 210 охладителя наддувочного воздуха для изменения рабочей зоны теплопередачи из первого объема 214 (показанного на Фиг.2A), занимающего сравнительно большую область, во второй объем 216 (показан на Фиг.2B), занимающий сравнительно малую область.

Впускной бачок 206 может содержать в себе разделитель 212, который делит впускной бачок 206 на первую и вторую части. Разделитель 212 может иметь одно или несколько отверстий. На Фиг.2A показан клапан 210 в открытом положении. Когда клапан 210 открыт, впускной воздух может проходить через одно или несколько отверстий разделителя 212 так, что впускной воздух проходит через первую и вторую части впускного бачка 206 и через первый объем 214 охладителя 80 наддувочного воздуха. По существу, первый объем 214 могут задавать все охлаждающие трубки 204. В одном примере охладитель 80 наддувочного воздуха может иметь 21 охлаждающую трубку, и первый объем 214 может также включать в себя 21 охлаждающую трубку.

На Фиг.2B показан клапан 210 в закрытом положении. При закрытом клапане 210 он блокирует одно или несколько отверстий разделителя 212. Таким образом, впускной воздух проходит только через первую часть впускного бачка 206 и через второй объем 216 охладителя 80 наддувочного воздуха. Второй объем 216 может задавать часть группы охлаждающих трубок 204. Второй объем 216 полностью находится в пределах первого объема 214. Другими словами, охлаждающие трубки, которые соответствуют второму объему 216, также охватывают часть первого объема 214. Таким образом, когда клапан 210 закрыт, впускной воздух проходит только через второй объем 216, а когда клапан 210 открыт, впускной воздух проходит через первый объем 214, который включает в себя второй объем 216. В одном примере охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать 21 охлаждающую трубку, а второй объем 216 может содержать меньше чем 21 охлаждающую трубку. Второй объем 216 может охватывать меньше половины охлаждающих трубок, которые входят в первый объем 214, например, 9 охлаждающих трубок.

Клапан 210 может представлять собой пластинчатый или аналогичный ему клапан. Клапан 210 может содержать опорный элемент (например, разделитель 212), представляющий собой практически плоский неподвижный элемент, который имеет одно или несколько отверстий. Закрывающий элемент, например, заслонка или пластина, может переходить из первого положения, удаленного от опорного элемента и открывающего одно или несколько отверстий для прохода впускного воздуха в первый объем 214, во второе положение, где он примыкает к опорному элементу, таким образом закрывая одно или несколько отверстий, чтобы впускной воздух мог проходить только во второй объем 216.

Разделитель 212 может быть частью клапана 210. Например, разделитель 212 может представлять собой седло клапана. Разделитель 212 может быть также разделительной линией или уровнем, или чем-то подобным, функционально разделяя охладитель 80 наддувочного воздуха на две части. Некоторые варианты воплощения могут включать в себя два или несколько разделителей, разделяющих впускную область на три или несколько частей. В некоторых примерах одна или несколько описываемых конфигураций впускного бачка 206 могут быть использованы в качестве альтернативы или дополнения для выпускного бачка (не показан). По существу, все охлаждающие трубки 204 могут иметь взаимное гидравлическое сообщение с выпускным бачком. Следует понимать, что вместо этого все трубки могут быть гидравлически соединены на стороне впуска и разделяться на стороне выпуска на две или несколько групп трубок. В выпускном бачке может также быть расположен клапан, имеющий аналогичную конфигурацию, который может быть использован для того, чтобы управлять прохождением текучей среды через отверстие с аналогичной конфигурацией.

В различных вариантах воплощения для открывания и закрывания клапана 210 может быть предусмотрен привод (не показан). В качестве привода может быть использован один или несколько из следующих вариантов: электронный исполнительный механизм, исполнительный механизм с вакуумным управлением, механический мембранный регулятор давления, электронный регулятор управления с широтно-импульсной модуляцией. Когда впускной воздух может проходить через все трубки охладителя наддувочного воздуха, т.е. когда клапан открыт, происходит понижение давления впускного воздуха, и на клапан с обеих сторон начинает давить поступающий впускной воздух. Таким образом, для того чтобы переводить клапан из открытого положения в закрытое, привод должен будет создать движущую силу только для открывания и закрывания клапана, при этом для удержания заслонки в открытом или закрытом положении сила не используется.

Таким образом, на Фиг.2A и 2B показан охладитель наддувочного воздуха, выполненный с возможностью выборочного направления впускного воздуха через первый (больший) объем или второй (меньший) объем посредством регулирования клапана, установленного в охладителе наддувочного воздуха. В некоторых вариантах воплощения клапаном можно механически управлять на основании потока впускного воздуха, например, заслонку или диск клапана можно удерживать в закрытом положении с помощью пружины, натяжение которой должно соответствовать потоку воздуха таким образом, чтобы заслонка клапана открывалась при сильном потоке воздуха. Следовательно, при слабом потоке воздуха впускной воздух может быть направлен через второй объем охладителя наддувочного воздуха, что приведет к увеличению скорости потока впускного воздуха, проходящего через охладитель, и предотвращению накопления конденсата. В других вариантах воплощения клапаном можно управлять при помощи контроллера, например, контроллера 12, изображенного на Фиг.1, на основании различных рабочих условий. Например, клапан может быть открыт при низком уровне образования конденсата или закрыт при его высоком уровне. Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру 300 регулирования положения клапана в охладителе наддувочного воздуха на основании интенсивности образования конденсата. Данная процедура выполняется контроллером в соответствии с записанными на нем командами.

На этапе 302 способ 300 предусматривает определение рабочих условий двигателя. Определяемые рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, температуру окружающей среды, MAF, MAP, количество EGR, влажность и другие параметры. На этапе 304 на основе рабочих параметров может быть определена величина образования конденсата. Значение образования конденсата может быть использовано в качестве показателя вероятности образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха. В некоторых вариантах воплощения в качестве значения образования конденсата может быть использована скорость потока впускного воздуха, определенная, например, на основании сигнала MAF. В другом варианте воплощения в качестве значения образования конденсата может быть использована разность температуры конденсации впускного воздуха, определенной на основании влажности впускного воздуха и температуры окружающей среды, и температуры охладителя наддувочного воздуха.

В обоих вышеуказанных вариантах воплощения для определения значения образования конденсата рассчитывают вероятность образования конденсата на основании одного или двух простых факторов. Однако на образование конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха могут влиять также многие другие факторы, например, скорость потока воздуха и температура конденсации впускного воздуха. Для того чтобы обнаружить признаки образования конденсата с высокой точностью, при определении значения образования конденсата можно на этапе 306 определять скорость образования конденсата на основании модели. Модель может включать в себя входные значения температуры окружающей среды, температуры на выходе охладителя наддувочного воздуха, массового расхода воздуха, потока EGR и влажности. Если определить уровень влажности нельзя (например, в двигателе не установлен датчик влажности), влажность может быть принята равной 100%. Как было описано выше, температура и влажность окружающей среды могут позволить определить показатели температуры конденсации впускного воздуха, на которые также может повлиять количество EGR во впускном воздухе (например, рециркулируемые выхлопные газы могут иметь влажность и температуру, отличные от показателей атмосферного воздуха). Разность температуры конденсации и температуры охладителя наддувочного воздуха на выходе указывает на то, будет ли образовываться конденсат внутри охладителя, а массовый расход воздуха может повлиять на то, какое количество конденсата будет накоплено внутри охладителя в действительности. Скорость образования конденсата может сама по себе представлять собой значение образования конденсата. В других вариантах воплощения скорость образования конденсата может быть использована для определения количества конденсата, накопившегося в течение заданного периода времени, а количество накопленного конденсата может быть значением образования конденсата.

Более простой механизм определения значения образования конденсата может включать в себя значение образования конденсата, которое будет преобразовано на этапе 308 в температуру на выходе охладителя наддувочного воздуха и нагрузку двигателя. Нагрузка двигателя может представлять собой функцию расхода воздуха, крутящего момента, положения педали акселератора и положения дросселя, таким образом, можно получить показатели скорости потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Например, умеренная нагрузка двигателя в сочетании со сравнительно низкой температурой на выходе охладителя наддувочного воздуха могут указывать на высокое значение образования конденсата из-за охлажденной поверхности охладителя наддувочного воздуха и на сравнительно низкую скорость потока впускного воздуха. Зависимость может включать в себя модификатор температуры окружающей среды.

На этапе 310 способ 300 предусматривает определение того, превышает ли значение образования конденсата первое пороговое значение. Пороговое значение может зависеть от того, как было определено значение образования конденсата на этапе 304. Например, если значение образования конденсата представляет собой скорость потока впускного воздуха, пороговым значением может быть соответствующая скорость потока впускного воздуха, при превышении которой может быть ослаблено поверхностное натяжение скопившегося конденсата, что позволяет вместе с потоком воздуха захватывать конденсат. Если значение образования конденсата представляет собой разность температуры конденсации впускного воздуха и температуры охладителя наддувочного воздуха, пороговое значение может быть равно нулю. Если в качестве значения образования конденсата взята скорость образования конденсата, то данное значение можно сопоставить с пороговым значением скорости образования конденсата. Если значение образования конденсата определено на основании графика зависимости температуры от нагрузки, цифровое значение (например, 0-1) можно взять из графической зависимости, и оно будет указывать на вероятность конденсации, его также можно сопоставить с пороговым значением.

В некоторых вариантах воплощения первым пороговым значением может быть пороговое значение, при превышении которого образуется конденсат, а ниже которого конденсат не образуется. Таким образом, образование конденсата может происходить при превышении порогового значения. Однако в других вариантах воплощения первое пороговое значение может быть задано таким образом, что накопление малого количества конденсата будет допустимо.

Если значение образования конденсата не превышает первого порогового значения, способ 300 переходит на этап 324, который будет более подробно описан далее. Если значение образования конденсата превышает первое пороговое значение, способ 300 переходит к этапу 312, чтобы определить, не ниже ли потребность двигателя в воздухе порогового значения. Когда значение образования конденсата превышает первое пороговое значение, клапан в охладителе наддувочного воздуха может быть закрыт для увеличения скорости потока впускного воздуха и для удаления и/или предотвращения накопления конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Однако если клапан закрыт, то значение падения давления при прохождении воздуха через охладитель наддувочного воздуха возрастает, ограничивая поток воздуха, поступающий на впуск двигателя через охладитель наддувочного воздуха. Следовательно, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть закрыт в зависимости от потребности двигателя в воздухе, например, клапан остается в открытом положении, если потребность в воздухе высока - для предотвращения колебаний крутящего момента. Потребность двигателя в воздухе может быть определена на основании частоты вращения и нагрузки двигателя, давления в коллекторе и т.д. Пороговое значение потребности в воздухе может быть основано на количестве воздуха, которое охладитель наддувочного воздуха может пропустить при закрытом клапане.

Если потребность двигателя в воздухе не ниже порогового значения, способ 300 переходит к этапу 324, который будет более подробно описано далее. Если потребность в воздухе ниже порогового значения, способ 300 переходит к этапу 314 для увеличения скорости потока впускного воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха. Как было описано выше, увеличение скорости потока впускного воздуха может предотвратить накопление конденсата за счет удаления конденсата потоком воздуха. Увеличение скорости потока впускного воздуха включает в себя закрывание клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха, чтобы на этапе 314 направить впускной воздух через второй (меньший) объем охладителя наддувочного воздуха.

Новое значение образования конденсата может быть определено после закрывания клапана, а на этапе 318 определяют, является ли следующее значение образования конденсата меньше второго порогового значения. В некоторых вариантах воплощения второе пороговое значение может быть равным первому пороговому значению. Однако в других вариантах воплощения, в частности, если значением образования конденсата является скорость потока впускного воздуха, второе пороговое значение может быть ниже первого порогового значения. Если последующее значение образования конденсата ниже второго порогового значения, на этапе 320 может быть открыт клапан; если значение образования конденсата не ниже второго порогового значения, на этапе 322 сохраняется закрытое положение клапана. Таким образом, можно непрерывно контролировать значение образования конденсата и соответственно изменять положение клапана. С помощью установки отличных друг от друга значений первого и второго пороговых значений, можно избежать частого переключения вокруг первого порогового значения, в частности, когда значением образования конденсата является скорость потока впускного воздуха, поскольку открывание клапана вызывает падение скорости потока впускного воздуха.

Возвращаясь к этапу 310, если значение образования конденсата не выше первого порогового значения, способ 300 переходит к этапу 324 для поддержания скорости потока впускного воздуха. Для этого на этапе 326 открывают клапан на впуске охладителя наддувочного воздуха (или поддерживают клапан в открытом положении) для направления впускного воздуха через первый больший объем охладителя наддувочного воздуха. При продолжительной работе с клапаном в открытом положении и при прохождении впускного воздуха через первый объем охладителя наддувочного воздуха, могут быть осуществлены профилактические циклы очистки. Таким образом, на этапе 328 способ 300 предусматривает, при необходимости, проведение цикла очистки (продувки). Подробная информация будет приведена со ссылкой на Фиг.4.

На Фиг.4 приведен способ 400 для осуществления цикла очистки охладителя наддувочного воздуха. Способ 400 может быть выполнен во время осуществления способа 300 на Фиг.3, например, он может периодически проводиться, когда клапан в охладителе наддувочного воздуха находится в открытом положении. Способ 400 предусматривает на этапе 402 определение того, задан ли цикл очистки охладителя наддувочного воздуха. Как было описано выше со ссылкой на Фиг.3, при значении образования конденсата, не превышающем пороговое значение, для предотвращения образования конденсата может не понадобиться увеличивать скорость потока впускного воздуха, однако при определенных условиях клапан может быть заранее закрыт для очистки охладителя наддувочного воздуха. Условия для запуска цикла очистки могут включать в себя продолжительную работу с открытым клапаном охладителя наддувочного воздуха, что может привести к постепенному накоплению конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха, который периодически необходимо будет удалять.

Если цикл очистки не задан, способ 400 заканчивается. Если цикл очистки задан, способ 400 переходит к этапу 404 для определения того, находится ли значение потребности двигателя в воздухе ниже порогового значения, так же, как и при определении потребности в воздухе в соответствии с приведенным выше описанием со ссылкой на Фиг.3. Если потребность в воздухе не ниже порогового значения, уменьшение объема охладителя наддувочного воздуха уменьшит поток воздуха на впуске до значения ниже потребности в воздухе, уменьшая крутящий момент. Таким образом, цикл очистки не будет выполнен, способ 400 заканчивается.

Если величина потребности в воздухе ниже порогового значения, способ 400 переходит к этапу 406 для определения того, обеспечена ли высокая стабильность горения во время работы двигателя. Во время цикла очистки некоторое количество конденсата может попасть в двигатель, что может привести к пропускам в зажигании или другим проблемам, связанным с неустойчивым горением. Для снижения вероятности возникновения нестабильного горения цикл очистки может быть выполнен только при высокой стабильности горения так, что даже наличие большого количества конденсата не повлияло бы на работу двигателя. К условиям стабильного горения можно отнести низкую нагрузку, установившийся режим работы без EGR или при небольшом количестве EGR. При отсутствии условий высокой стабильности горения способ 400 может предусматривать на этапе 416 регулирование рабочих параметров для увеличения стабильности горения. Например, может быть уменьшено количество EGR. Однако в некоторых вариантах воплощения вместо регулирования рабочих параметров для увеличения стабильности горения перед выполнением цикла очистки способ 400 может предусматривать ожидание установления режима работы автомобиля с высокой стабильностью горения.

Если было определено, что присутствует режим с высокой стабильностью горения, то способ 400 переходит к этапу 408 для закрывания клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха, чтобы направить впускной воздух через второй объем охладителя наддувочного воздуха. В отличие от ситуации, когда клапан закрыт из-за образования конденсата, во время цикла очистки клапан можно регулировать таким образом, чтобы избежать случайного попадания конденсата в двигатель. К подобным случаям можно отнести медленное закрывание клапана на этапе 410. Вместо быстрого закрывания клапана и последующего резкого увеличения скорости впускного воздуха через охладитель наддувочного воздуха, клапан может быть закрыт медленно для обеспечения постепенного увеличения скорости впускного воздуха. В этом случае конденсат может перенаправляться в двигатель постепенно. В качестве альтернативы или дополнительно, на этапе 412 клапан может быть переключен между открытым и закрытым положениями для удаления конденсата малыми порциями, вместо удаления большого количества за один раз. Также возможны другие механизмы закрывания клапана для предотвращения резкого удаления конденсата.

На этапе 414 после выполнения цикла очистки (например, после того, как клапан будет закрыт в течение максимально допустимого времени), клапан возвращают в открытое положение и регулируют его положение, как и ранее, в зависимости от значения образования конденсата, как описано выше.

Таким образом, процедуры, описанные выше со ссылкой на Фиг.3 и 4, обеспечивают выборочное направление впускного воздуха через первый или через второй объемы охладителя наддувочного воздуха на основании разности температуры конденсации впускного воздуха и температуры охладителя наддувочного воздуха, при этом второй объем представляет собой часть первого объема. Направление впускного воздуха через первый объем предполагает открывание клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха, а направление впускного воздуха через второй объем предполагает закрывание клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха. Впускной воздух может быть направлен через первый объем, когда разность температуры конденсации впускного воздуха и температуры охладителя наддувочного воздуха ниже порогового значения. Впускной воздух может быть направлен через второй объем, когда эта разность выше порогового значения. Второй объем входит в первый объем, т.е. первый объем состоит из второго объема и дополнительного объема.

Процедуры также предусматривают, если значение образования конденсата ниже порогового значения, охлаждение впускного воздуха пропусканием через первый объем охладителя, а когда значение образования конденсата выше порогового значения, охлаждение впускного воздуха пропусканием через второй объем охладителя; при этом второй объем представляет собой часть первого объема. Охлаждение впускного воздуха пропусканием через первый объем предусматривает открывание клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха, а охлаждение впускного воздуха пропусканием через второй объем предусматривает закрывание клапана на впуске охладителя наддувочного воздуха. Группа охлаждающих трубок может быть расположена в пределах охладителя наддувочного воздуха, при этом первый объем может включать в себя по существу все из них. Второй объем может охватывать менее половины охлаждающих трубок. В некоторых вариантах значение образования конденсата можно рассчитать на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры выпуска охладителя наддувочного воздуха, влажности и количества EGR. В других вариантах значение образования конденсата можно рассчитать на основании нагрузки двигателя и температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха. При низкой нагрузке двигателя клапан на впуске охладителя наддувочного воздуха может быть открыт для создания максимального охлаждения впускного воздуха. При более высоких нагрузках, например, при средней нагрузке, клапан может быть закрыт во избежание накопления конденсата. При максимальной нагрузке клапан может быть открыт для обеспечения максимального охлаждения впускного воздуха.

Система и способы, описанные выше, подразумевают открывание и закрывание клапана охладителя наддувочного воздуха на основании условий конденсации внутри охладителя наддувочного воздуха. При закрытом клапане поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха ограничен до меньшего объема. В данном случае ограниченный поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха может привести к колебаниям крутящего момента, поскольку на впуск двигателя поступает меньшее количество воздуха, чем ожидалось. Для компенсации изменения потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха могут быть отрегулированы дополнительные рабочие параметры, обеспечивающие необходимый крутящий момент.

На Фиг.5 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ 500 регулировки дополнительных рабочих параметров в ответ на регулировку клапана охладителя наддувочного воздуха. Способ 500 может быть выполнен с помощью контроллера 12 в соответствии с записанными на нем командами. На этапе 502 способ 500 предусматривает определение рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя значения скорости и нагрузки двигателя, температуры двигателя, положение клапана охладителя наддувочного воздуха, условия конденсации внутри охладителя наддувочного воздуха и т.д.

На этапе 504 положение дросселя впускного коллектора и перепускной заслонки турбонагнетателя могут быть отрегулированы на основании необходимого значения крутящего момента и уровня наддува. Как описано выше со ссылкой на Фиг.1, положение дросселя (например, дросселя 21) может быть отрегулировано в соответствии с запросом необходимого крутящего момента водителем, а положение перепускной заслонки (например, перепускной заслонки 26) может быть отрегулировано на основании массового расхода воздуха через турбину турбонагнетателя для того, чтобы поддерживать необходимый уровень наддува и/или предотвратить помпаж турбонагнетателя или превышение скорости.

На этапе 506 способ 500 предусматривает определение того, закрыт ли в данный момент клапан охладителя наддувочного воздуха (например, клапан 210). Определение закрытого состояния клапана охладителя наддувочного воздуха может включать в себя определение того, должен ли клапан охладителя наддувочного воздуха быть закрыт в ближайшее время, например, путем определения того, указывают ли рабочие условия на то, что клапан должен быть закрыт, или ему была послана команда на закрывание. Как было сказано выше, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть закрыт, если условия в охладителе наддувочного воздуха указывают на то, что там может накапливаться конденсат. Кроме того, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть закрыт в соответствии со значениями других параметров, например, из-за помпажа компрессора, как описано ниже со ссылкой на Фиг.6 и 7.

Если клапан охладителя наддувочного воздуха закрыт, способ 500 переходит к этапу 508 для того, чтобы выполнить согласованную регулировку дополнительных параметров для поддержания крутящего момента на нужном уровне. Регулировка дополнительных параметров может включать в себя на этапе 510 регулировку положения дросселя. Начальное положение дросселя может быть установлено на основании крутящего момента, запрашиваемого водителем, как описано выше. В одном примере, когда клапан охладителя наддувочного воздуха закрыт, дроссель может быть отрегулирован таким образом, чтобы занять положение с меньшими ограничениями (например, более открытое положение) для того, чтобы исключить дополнительные ограничения потока воздуха, поступающего на впуск. Регулировка дополнительных параметров может также включать в себя на этапе 512 регулирование положения перепускной заслонки. В некоторых условиях уменьшенный поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха может быть компенсирован за счет увеличения давления наддува. Например, давление наддува может быть увеличено путем закрывания перепускной заслонки для направления всех выхлопных газов через турбину, увеличивая сжатие впускного воздуха. На этапе 514 регулирование дополнительных параметров может включать в себя задержку моментов зажигания. Если колебание крутящего момента, вызванное закрыванием клапана охладителя наддувочного воздуха, будет скомпенсировано путем регулирования дросселя и перепускной заслонки, для дополнительного управления величиной крутящего момента может быть отрегулирован момент зажигания. В некоторых вариантах воплощения моменты зажигания могут быть задержаны до того, как охладитель наддувочного воздуха закрыт, а затем после закрывания клапанов возвращены к заранее определенному значению моментов зажигания.

Возвращаясь к этапу 506, если было обнаружено, что охладитель наддувочного воздуха не закрыт или не готов к закрыванию, способ 500 переходит к этапу 516, где определяют, открыт ли клапан охладителя наддувочного воздуха (или готов к открыванию). Если клапан открыт, способ 500 переходит к этапу 518, где регулируют рабочие параметры для поддержания крутящего момента. Когда клапан открыт, на впуск поступает большее количество воздуха, чем ожидается, что приводит к увеличению крутящего момента. Для поддержания крутящего момента на уровне, запрашиваемом водителем, вместе с открыванием клапана охладителя наддувочного воздуха могут быть отрегулированы дополнительные рабочие параметры. Отрегулированные параметры могут включать в себя регулирование дросселя на этапе 520, регулирование перепускной заслонки на этапе 522, а также опережение зажигания на этапе 524. В одном примере дроссель может быть закрыт, а перепускная заслонка может быть открыта для того, чтобы противодействовать росту крутящего момента, вызванному открыванием клапана охладителя наддувочного воздуха. Закрывание дросселя, открывание перепускной заслонки и опережение зажигания могут быть выполнены перед открыванием клапана охладителя наддувочного воздуха или во время открывания клапана.

Возвращаясь к этапу 516, если обнаружено, что клапан охладителя наддувочного воздуха не открыт и не готов к открыванию, способ 500 переходит на этап 526, где продолжают регулировать положение дросселя и перепускной заслонки на основании необходимого крутящего момента и уровня наддува. Если клапан не открывается и не закрывается, а находится в стабильном положении, охладитель наддувочного воздуха не создает колебаний крутящего момента. В этом случае дроссель и перепускная заслонка могут быть отрегулированы на основании крутящего момента и уровня наддува, вместо адаптации к колебаниям потока воздуха от охладителя наддувочного воздуха. Затем происходит возврат к началу способа 500.

Несмотря на то, что приведенные выше примеры включают в себя открывание дросселя и закрывание перепускной заслонки в ответ на закрытое положение клапана охладителя наддувочного воздуха, при некоторых условиях, когда клапан охладителя наддувочного воздуха закрыт, может быть закрыт дроссель и/или может быть открыта перепускная заслонка. Например, во время работы в переходном режиме (например, снижение нагрузки двигателя) дроссель может быть на некоторое время закрыт для того, чтобы подать необходимый поток воздуха во время перехода. Аналогичным образом, при некоторых условиях, когда клапан охладителя наддувочного воздуха открыт, дроссель может быть открыт и/или перепускная заслонка может быть закрыта.

Таким образом, способ 500 относится к способу эксплуатации двигателя, предусматривающему увеличение скорости потока впускного воздуха через охладитель наддувочного воздуха, а также согласованную регулировку положения одного или более дросселей впускного коллектора и перепускных заслонок турбонагнетателя в ответ на увеличение скорости потока впускного воздуха, для поддержания крутящего момента. Увеличение скорости потока впускного воздуха может включать в себя закрывание клапана, расположенного на впуске охладителя наддувочного воздуха, для направления потока воздуха через часть охладителя наддувочного воздуха, а согласованная регулировка положения одного или более дросселей впускного коллектора и перепускных заслонок турбонагнетателя может включать в себя одно или более открываний дросселей впускного коллектора и закрываний перепускных заслонок турбонагнетателя после того, как клапан закрыт.Скорость потока впускного воздуха может быть увеличена на основании расчетного значения образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха расчетному значению, которое может быть получено на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха и количества EGR.

Когда расчетное значение образования конденсата ниже порогового значения, клапан может быть открыт для направления потока воздуха через весь охладитель наддувочного воздуха, а после того, как клапан будет открыт, дроссель впускного коллектора может быть закрыт, а перепускная заслонка турбонагнетателя может быть открыта. Момент зажигания может быть отрегулирован до или после того, как клапан будет закрыт.

В другом варианте воплощения способ работы двигателя предусматривает выборочное направление впускного воздуха через первый объем или второй объем охладителя наддувочного воздуха на основании разности температуры конденсации впускного воздуха и температуры охладителя наддувочного воздуха. При этом второй объем представляет собой часть первого объема. После того, как впускной воздух будет направлен в первый или второй объем охладителя наддувочного воздуха, регулируют положение одного или более дросселей впускного коллектора и перепускной заслонки турбонагнетателя для поддержания крутящего момента.

Впускной воздух может быть направлен через первый объем охладителя наддувочного воздуха, когда разность температур выше порогового значения, и направлен через второй объем охладителя наддувочного воздуха, когда разность температур ниже порогового значения. Для направления воздуха через первый объем охладителя наддувочного воздуха, клапан, расположенный на впуске охладителя наддувочного воздуха, может быть открыт, а для направления воздуха через второй объем охладителя наддувочного воздуха, клапан, расположенный на впуске охладителя наддувочного воздуха, может быть закрыт.Во время закрывания клапана может быть открыт дроссель впускного коллектора и закрыта перепускная заслонка турбонагнетателя; а во время открывания клапана дроссель может быть закрыт, а перепускная заслонка открыта.

В еще одном варианте воплощения способ эксплуатации двигателя предусматривает, когда значение образования конденсата ниже порогового значения, охлаждение впускного воздуха пропусканием через первый объем охладителя наддувочного воздуха путем открывания клапана, расположенного на впуске охладителя наддувочного воздуха. Когда значение образования конденсата выше порогового значения, осуществляют охлаждение впускного воздуха пропусканием через второй объем охладителя наддувочного воздуха путем закрывания клапана, причем указанный второй объем представляет собой часть первого объема. Когда клапан открыт или закрыт, для поддержания крутящего момента могут быть согласованно отрегулированы, по отдельности или вместе, дроссель впускного коллектора и перепускная заслонка турбонагнетателя. Аналогично описанным выше вариантам воплощения, когда клапан закрыт, дроссель может быть открыт, а перепускная заслонка может быть закрыта; а когда клапан открыт, дроссель может быть закрыт, а перепускная заслонка может быть открыта.

Как описано выше, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован в ответ на режим работы компрессора в области помпажа. Помпаж компрессора может возникнуть в результате прохождения слабого потока воздуха через компрессор. При определенных условиях, например, при отпускании водителем педали газа, скорость потока и диапазон давлений компрессора могут колебаться до значений, которые могут привести к возникновению посторонних шумов, а в более серьезных случаях, к проблемам производительности и ухудшению характеристик компрессора. Для того чтобы смягчить помпаж, когда компрессор приближается к границе области помпажа, объем, расположенный ниже по потоку относительно компрессора, может быть уменьшен путем закрывания клапана охладителя наддувочного воздуха.

На Фиг.6 приведена блок-схема, на которой проиллюстрирован способ 600 регулировки клапана нагнетателя (например, клапана 210) в ответ на работу компрессора в режиме помпажа. В данном контексте, как будет подробнее описано ниже, термин «область помпажа» включает в себя эксплуатационные режимы работы (рабочие точки) компрессора, приводящие к помпажу (например, за уровнем помпажа), а также режимы рядом с уровнем помпажа, которые не приводят к помпажу (но при которых помпаж компрессора может произойти при незначительном колебании потока воздуха). Кроме того, компрессор может считаться работающим в области помпажа, если определено, что компрессор может перейти в режим помпажа в случае или во время перехода к следующей необходимой рабочей точке. Способ 600 может быть выполнен с помощью контроллера 12.

На этапе 602 способ 600 предусматривает определение рабочих параметров двигателя, например, скорости и нагрузки двигателя, давления наддува, массового расхода воздуха через компрессор, отношения давлений компрессора и т.д. На этапе 604 определяют, опустилась ли температура на выпуске охладителя наддувочного воздуха ниже порогового значения. Если температура не ниже порогового значения, способ 600 переходит к этапу 606, где открывают клапан охладителя наддувочного воздуха. Когда температура на выпуске охладителя наддувочного воздуха превышает пороговое значение, клапан может быть открыт для достижения максимальной скорости потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха, и, следовательно, максимального охлаждения.

Если температура на выпуске охладителя наддувочного воздуха ниже порогового значения, способ 600 переходит на этап 608, где определяют, работает ли компрессор в данный момент в области помпажа, или ожидается ли, что он может в ближайшее время перейти в такой режим. Область помпажа компрессора представляет собой функцию отношения давлений компрессора (например, давления наддува) и скорости потока воздуха, проходящего через компрессор. Отношение давлений и скорость потока воздуха, проходящего через компрессор, могут быть нанесены на график режима работы компрессора, который показывает, работает ли компрессор в режиме помпажа. С другой стороны, режим работы компрессора в области помпажа может быть установлен на основании скорости и нагрузки двигателя. Также, даже если компрессор в данный момент не работает в режиме помпажа, можно рассчитать возможность перехода компрессора в данный режим на основании следующей требуемой рабочей точки. Например, при отпускании педали газа или иного снижения скорости или нагрузки, можно рассчитать, что поток воздуха через компрессор может в ближайшее время понизиться, а следовательно, можно предположить, что компрессор вскоре перейдет в режим помпажа.

Пример графика 700 рабочих характеристик компрессора приведен на Фиг.7. Скорость потока, проходящего через компрессор, отложена по оси X, а отношение давлений компрессора - по оси Y. Пример линии помпажа изображен в виде линии 702. Координаты давление-поток слева от линии 702 помпажа находятся в области 704 помпажа, в которой достаточно низкая скорость потока и достаточно высокое давление могут привести к помпажу компрессора. Координаты давление-поток справа (в непосредственной близости) от линии 702 помпажа могут также быть в области 704 помпажа, поскольку расстояние до линии помпажа может быть настолько небольшим, что незначительного отклонения скорости потока, проходящего через компрессор, будет достаточно, чтобы компрессор перешел в режим помпажа, а следовательно, когда координаты давление-поток находятся в данной области, следует предпринять меры предосторожности, направленные на предотвращение помпажа. Все рабочие точки компрессора, расположенные за пределами области 704 помпажа, можно считать областью, защищенной от помпажа. Линия помпажа и область помпажа на графике 700 приведены в качестве примера, поскольку области помпажа различных турбонагнетателей могут отличаться в зависимости от параметров турбонагнетателя, например, от его размера.

В одном примере, при соотношении давлений, равном 2,5, и скорости потока, равной 5 фунт/мин, которым соответствует точка 706, может произойти помпаж. Чтобы избежать помпажа, скорость потока, проходящего через компрессор, может быть увеличена и достигнуть линии помпажа, например, примерно на 4-9 фунт/мин. В качестве альтернативы или дополнения, для предотвращения помпажа могут быть открыты один или несколько рециркуляционных клапанов (CRV) компрессора и/или может быть закрыт клапан охладителя наддувочного воздуха, как описано ниже.

Возвращаясь к способу 600 на Фиг.6, если на этапе 608 определено, что компрессор работает в области помпажа, или если сделано предположение о том, что компрессор может вскоре перейти в нее, то способ 600 переходит на этап 610 для открывания CRV, чтобы увеличить скорость потока, проходящего через компрессор. На этапе 612, определяют, продолжает ли компрессор работать в области помпажа или все еще ожидается, что он перейдет в нее. Если да, то способ 600 переходит на этап 614 для закрывания клапана охладителя наддувочного воздуха. При закрывании клапана охладителя наддувочного воздуха объем, расположенный ниже по потоку относительно компрессора, уменьшается, что может снизить вероятность помпажа при заданных рабочих условиях. Если компрессор выходит из режима помпажа, или ожидается, что он из него выйдет, способ 600 переходит на этап 616, который будет описан ниже.

Возвращаясь к этапу 608, если определено, что компрессор работает вне области помпажа, то способ 600 переходит на этап 616 для оценки значения образования конденсата, как описано выше. На этапе 618 клапан охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован на основании расчетного значения образования конденсата. Например, если значение образования конденсата выше порогового значения, клапан может быть закрыт, а если значение образования конденсата ниже порогового значения, клапан может быть открыт.Например, если клапан охладителя наддувочного воздуха открыт, изменение объема, расположенного ниже по потоку относительно компрессора, может увеличить вероятность помпажа компрессора. Таким образом, на этапе 620 CRV может быть открыт, если регулировка клапана охладителя наддувочного воздуха приводит к помпажу компрессора. CRV может включать в себя множество ограничительных уровней, чтобы он мог быть открыт на разную величину. Положение CRV может быть согласовано с изменением объема охладителя наддувочного воздуха для понижения отношения давлений в компрессоре и увеличения потока, для того чтобы избежать помпажа. В качестве альтернативы CRV может представлять собой двухпозиционный клапан, который может быть либо открыт, либо закрыт, при этом может быть использована модель, которая заранее определяет, готов ли компрессор достичь области помпажа, a CRV может быть открыт на основании заранее определенного с помощью данной модели помпажа. В некоторых вариантах воплощения CRV может быть открыт, только если компрессор может соответствовать необходимому уровню наддува двигателя с открытым CRV. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения контроль помпажа может также быть осуществлен путем регулировки дросселя, а также обеспечения необходимого крутящего момента за счет моментов зажигания, положения кулачкового вала и т.д. Затем происходит возврат способа 600 в начало.

Несмотря на то, что способ 600 предусматривает регулирование охладителя наддувочного воздуха для управления помпажом после открытия CRV, возможны и другие варианты. Например, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован в любое время, когда компрессор работает в области помпажа, а клапан CRV может быть отрегулирован, только если компрессор продолжает работать в области помпажа. В другом примере клапан CRV и клапан охладителя наддувочного воздуха могут быть отрегулированы соответствующим образом при обнаружении работы в области помпажа. Кроме того, при некоторых условиях клапан охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован как для предотвращения помпажа, так и для контроля конденсации. Например, если условия конденсации указывают на то, что клапан охладителя наддувочного воздуха должен быть закрыт, и если компрессор работает в режиме помпажа, клапан охладителя наддувочного воздуха лучше отрегулировать вместо или в дополнение к клапану CRV. И наоборот, если компрессор продолжает работать в режиме помпажа, когда условия конденсации указывают на то, что клапан охладителя наддувочного воздуха должен быть открыт, то для управления помпажом может быть изначально использован CRV, а если ситуация не меняется, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть закрыт. Может быть предусмотрено, что контроллер устанавливает приоритеты для управления конденсацией, контроля помпажа, запроса потока воздуха и охлаждения, чтобы определять, должен ли клапан охладителя наддувочного воздуха быть открытым или закрытым.

Таким образом, способ 600 предусматривает способ эксплуатации двигателя, в котором при первом условии, на основании условий помпажа компрессора регулируют объем охладителя наддувочного воздуха, а при втором условии на основании расчетного значения образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха регулируют объем охладителя наддувочного воздуха. В некоторых вариантах первое и второе условия могут быть взаимоисключающими, если объем охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован только на основании помпажа компрессора или только на основании значения образования конденсата. Такие условия могут включать в себя текущий или заранее определенный режим работы компрессора в области помпажа в качестве первого условия, и режим работы компрессора вне области помпажа в качестве второго условия. Однако в других вариантах воплощения первое и второе условия могут не быть взаимоисключающими.

Объем охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован путем регулировки положения клапана охладителя наддувочного воздуха на впуске охладителя наддувочного воздуха. Например, когда расчетное значение образования конденсата ниже порогового значения, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть открыт для направления потока воздуха через весь охладитель наддувочного воздуха, а когда расчетное значение образования конденсата выше порогового значения, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть закрыт для направления потока воздуха через часть охладителя наддувочного воздуха. В другом примере, когда текущий или ожидаемый режим работы компрессора находится в области помпажа, объем охладителя наддувочного воздуха может быть уменьшен путем закрывания клапана охладителя наддувочного воздуха.

После регулировки клапана охладителя наддувочного воздуха может быть отрегулирован рециркуляционный клапан компрессора. Если положение клапана охладителя наддувочного воздуха будет отрегулировано на основании расчетного значения образования конденсата, положение рециркуляционного клапана компрессора может быть отрегулировано таким образом, чтобы избежать помпажа компрессора. При некоторых условиях регулировка клапана охладителя наддувочного воздуха для предотвращения помпажа и/или для управления конденсацией может быть заблокирована. Например, клапан охладителя наддувочного воздуха может быть открыт, если температура на выпуске охладителя наддувочного воздуха выше порогового значения, чтобы обеспечить максимальное охлаждение наддувочного воздуха.

Специалистам в данной области понятно, что конфигурации и процедуры, описанные в данном документе, являются по своей сути иллюстративными, и что допускаются различные изменения и модификации изобретения без выхода за рамки его сущности. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитным 4-цилиндровым и другим типам двигателей.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с наддувом. Способ эксплуатации предназначен для двигателя с турбонагнетателем, имеющего электронный блок управления, включающий в себя команды, хранящиеся в памяти. Определяют рабочие условия компрессора, указывающие на то, находится ли компрессор в области помпажа или вне области помпажа. Уменьшают объем потока наддувочного воздуха посредством регулирования привода клапана (210) охладителя (80) наддувочного воздуха для уменьшения количества каналов в трубках (204), через которые наддувочный воздух проходит внутри охладителя (80) наддувочного воздуха, расположенного ниже по потоку компрессора, в ответ на рабочие условия компрессора. Раскрыты вариант способа эксплуатации двигателя с турбонагнетателем и система двигателя. Технический результат заключается в предотвращении помпажа компрессора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ эксплуатации двигателя с турбонагнетателем, имеющего электронный блок управления, включающий в себя команды, хранящиеся в памяти, при котором:

определяют рабочие условия компрессора, указывающие на то, находится ли компрессор в области помпажа или вне области помпажа; и

уменьшают объем потока наддувочного воздуха посредством регулирования привода клапана охладителя наддувочного воздуха для уменьшения количества каналов, через которые наддувочный воздух проходит внутри охладителя наддувочного воздуха, расположенного ниже по потоку компрессора, в ответ на рабочие условия компрессора.

2. Способ по п. 1, при котором при определении рабочих условий компрессора выполняют, по меньшей мере, одно из:

определения текущей работы компрессора в области помпажа на основе отношения давлений в компрессоре и массового расхода воздуха в компрессоре и

предположения о работе компрессора в области помпажа при переходе из одного рабочего условия двигателя к следующему рабочему условию двигателя на основе текущего отношения давлений в компрессоре и массового расхода воздуха в компрессоре и следующего рабочего условия двигателя.

3. Способ по п. 2, при котором указанное, по меньшей мере, одно из определения текущей работы компрессора и предположения о работе компрессора в области помпажа основывается на скорости и нагрузки двигателя.

4. Способ по п. 2, при котором указанное, по меньшей мере, одно из определения текущей работы компрессора и предположения о работе компрессора в области помпажа основывается на массовом расходе воздуха в компрессоре и уровне создаваемого давления наддува в компрессоре.

5. Способ по п. 1, при котором осуществляется регулировка привода для закрытия клапана охладителя наддувочного воздуха, расположенного во впускном бачке охладителя наддувочного воздуха, для направления потока воздуха через второй объем охладителя наддувочного воздуха, причем второй объем является частью всего первого объема охладителя наддувочного воздуха, при этом как первый, так и второй объемы имеют впуски охлаждающих трубок, расположенные во впускном бачке первого объема.

6. Способ по п. 5, при котором дополнительно:

определяют оцененное значение образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха; и

регулируют объем охладителя наддувочного воздуха в зависимости от оцененного значения образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха, которое определяется электронным блоком управления на основе рабочих условий двигателя.

7. Способ по п. 6, при котором при определении рабочих условий компрессора дополнительно:

определяют текущую работу компрессора вне области помпажа,

причем определение оцененного значения образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха основывается на массовом расходе воздуха, температуре окружающей среды, температуре на выпуске охладителя наддувочного воздуха, а также количестве EGR.

8. Способ по п. 6, при котором при регулирования объема охладителя наддувочного воздуха на основе оцененного значения образования конденсата дополнительно:

закрывают клапан охладителя наддувочного воздуха, расположенный во впускном бачке охладителя наддувочного воздуха, для направления воздушного потока через часть охладителя наддувочного воздуха, когда оцененное значение конденсата превышает пороговое значение, и

открывают клапан охладителя наддувочного воздуха для направления воздушного потока через весь охладитель наддувочного воздуха, когда оцененное значение конденсата меньше порогового значения;

при этом указанная часть и весь охладитель наддувочного воздуха совместно используют некоторые впуски охлаждающих трубок, расположенные во впускном бачке всего охладителя наддувочного воздуха, причем совместно используемые впуски охлаждающих трубок находятся вблизи остальных впусков охлаждающих трубок всего охладителя наддувочного воздуха.

9. Способ эксплуатации двигателя с турбонагнетателем, имеющего электронный блок управления, включающий в себя команды, хранящиеся в памяти, при котором:

определяют рабочие условия компрессора;

при первом условии направляют впускной воздух через второй объем охладителя наддувочного воздуха посредством регулировки клапана охладителя наддувочного воздуха на основе условия помпажа компрессора, причем второй объем является частью первого объема охладителя наддувочного воздуха; и

при втором условии выборочно направляют впускной воздух через первый или второй объем посредством регулировки клапана охладителя наддувочного воздуха на основе оцененного значения образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха.

10. Способ по п. 9, при котором первое условие характеризуется текущей или предполагаемой работой компрессора в области помпажа, а второе условие характеризуется работой компрессора вне области помпажа.

11. Способ по п. 10, при котором область помпажа включает в себя область вокруг линии помпажа на графике потока, проходящего через компрессор, причем линия помпажа представляет собой функцию отношения давлений компрессора и массового расхода воздуха.

12. Способ по п. 9, при котором впускной воздух является впускным воздухом из компрессора, причем направление впускного воздуха через второй объем на основе условия помпажа компрессора дополнительно включает закрывание клапана охладителя наддувочного воздуха, расположенного во впускном бачке охладителя наддувочного воздуха, для направления потока впускного воздуха от компрессора через второй объем и блокировки прохождения воздуха через остальную часть первого объема для предотвращения помпажа компрессора, причем первый объем и второй объем совместно используют некоторые впуски охлаждающих трубок, расположенные во впускном бачке первого объема, при этом закрытие клапана охладителя наддувочного воздуха управляется электронным блоком управления.

13. Способ по п. 9, при котором выборочное направление впускного воздуха через первый или второй объем на основе оцененного значения образования конденсата дополнительно включает, когда значение образования конденсата ниже порогового значения, открывание клапана охладителя наддувочного воздуха, расположенного во впускном бычке охладителя наддувочного воздуха, для направления потока впускного воздуха от компрессора через первый объем, причем первый объем является объемом всего охладителя наддувочного воздуха, и когда оцененное значение образования конденсата выше порогового значения, закрывание клапана охладителя наддувочного воздуха для направления потока впускного воздуха от компрессора через второй объем и блокировки воздуха от прохождения через оставшуюся часть первого объема, причем первый объем и второй объем совместно используют некоторые впуски охлаждающих трубок, расположенные во впускном бачке первого объема, при этом открытие и закрытие клапана охладителя наддувочного воздуха управляется электронным блоком управления.

14. Способ по п. 9, при котором значение образования конденсата оценивают на основании нагрузки двигателя и температуры на выходе охладителя наддувочного воздуха, причем охладитель наддувочного воздуха включает в себя множество охлаждающих трубок, все из которых содержат первый объем, при этом часть из множества охлаждающих трубок содержит второй объем.

15. Система двигателя, содержащая:

охладитель наддувочного воздуха;

клапан охладителя наддувочного воздуха, выполненный с возможностью выборочного направления впускного воздуха через первый или второй объем охладителя наддувочного воздуха, причем второй объем является частью первого объема, при этом второй объем использует некоторые впуски охлаждающих трубок, расположенных во впускном бачке первого объема;

турбонагнетатель, включающий в себя компрессор и турбину;

контроллер, содержащий хранимые в памяти команды для:

- регулировки положения клапана охладителя наддувочного воздуха на основе условий компрессора, когда компрессор работает в области помпажа или предполагается его работа в области помпажа; и

- регулировки положения клапана охладителя наддувочного воздуха на основе оцененного значения образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха, когда компрессор работает вне области помпажа.

16. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая рециркуляционный клапан компрессора, причем контроллер также содержит команды на осуществление регулировки положения рециркуляционного клапана компрессора таким образом, чтобы предотвратить помпаж компрессора, если положение клапана охладителя наддувочного воздуха регулируется на основе оцененного значения образования конденсата.

17. Система двигателя по п. 15, в которой, когда клапан охладителя наддувочного воздуха открыт, воздух направляется через первый объем, а когда клапан охладителя наддувочного воздуха закрыт, воздух направляется через второй объем, причем совместно используемые впуски охлаждающих трубок находятся вблизи остальных впусков охлаждающих трубок первого объема, при этом охладитель наддувочного воздуха содержит множество охлаждающих трубок, все из которых содержат первый объем, при этом часть из множества охлаждающих трубок содержит второй объем.

18. Система двигателя по п. 17, в которой контроллер также содержит команды на закрытие клапана охладителя наддувочного воздуха, когда компрессор работает в области помпажа или его работа в области помпажа предполагается.

19. Система двигателя по п. 17, в которой контроллер также содержит команды на открывание клапана охладителя наддувочного воздуха, когда оцененное значение образования конденсата ниже порогового значения, и на закрывание клапана охладителя наддувочного воздуха, когда оцененное значение образования конденсата выше порогового значения.

20. Система двигателя по п. 17, в которой контроллер также содержит команды на открывание клапана охладителя наддувочного воздуха, когда температура на выходе компрессора выше порогового значения.