СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАСТИНАМИ РЕШЕТКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2017 года по МПК B60K13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к охладителям наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания.

Уровень техники

Известно использование для двигателей с турбонаддувом охладителей наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС), предназначенных для охлаждения сжатого воздуха, поступающего от турбонагнетателя, до его поступления в двигатель. Воздух окружающей среды, поступающий снаружи транспортного средства, проходит через САС, охлаждая впускной воздух, проходящий через внутреннюю часть САС. При понижении температуры воздуха окружающей среды, в условиях повышенной влажности или при дождливой погоде, когда температура впускного воздуха становится ниже точки росы, в САС может образоваться конденсат. Когда впускной воздух содержит рециркулирующие выхлопные газы, конденсат может стать кислотным и начать разъедать корпус САС. Коррозия может привести к утечке наддувочного воздуха, воздуха окружающей среды и, возможно, хладагента (при использовании воздушно-водяных охладителей). Конденсат может накапливаться в нижней части САС, а потом попадать в двигатель во время ускорения, что приведет к увеличению вероятности возникновения пропусков зажигания.

Предложенные ранее варианты решения проблемы образования конденсата относились к ограничению потока впускного воздуха, проходящего через САС, или ограничению потока воздуха окружающей среды, поступающего в САС. Один пример описан в US 6,408,831, где раскрыто управление температурой впускного воздуха осуществляется системой ограничения потока воздуха окружающей среды и системой ограничения потока впускного воздуха. Контроллер определяет положение этих ограничительных устройств и соединен с рядом датчиков, которые измеряют различные параметры, например, температуру воздуха окружающей среды и впускного воздуха.

Однако авторы изобретения выявили потенциальные проблемы подобных систем. В частности, описанный выше способ управления ограничителями в зависимости от температуры впускного воздуха или воздуха окружающей среды может уменьшать общий уровень конденсата, одновременно потенциально увеличивая концентрацию кислоты в образующемся конденсате. Поддержание температур на таком уровне, чтобы образование конденсата оставалось низким, может привести к ограничению потока в течение определенного периода времени. Это поддерживает эффективность САС на одном уровне, что приводит к установлению точки росы в одном месте в САС. Это может вызвать увеличение концентрации кислоты в одном месте, что фактически создает повышенный риск коррозии. Это вызвано тем, что риск коррозии увеличивается в том месте в САС, где температура воздуха турбонаддува падает ниже точки росы, и вода начинает конденсироваться, что приводит к образованию высококонцентрированного водно-кислотного раствора, особенно если уровень конденсата остается низким.

Раскрытие изобретения

В одном примере описанные выше проблемы могут быть решены с помощью регулирования положения пластин решетки транспортного средства: когда конденсат размещается в охладителе наддувочного воздуха в пределах одной и той же области дольше порогового периода времени, регулируют степень открытия пластин решетки. При первом наборе условий пластины решетки могут быть отрегулированы таким образом, чтобы обеспечить перемещение места скопления конденсата в сторону впускного отверстия охладителя наддувочного воздуха (например, с помощью увеличения степени открытия решетки). При выполнении второго (другого) набора условий пластины могут быть отрегулированы таким образом, чтобы обеспечить перемещение конденсата в сторону выпускного отверстия (например, с помощью уменьшения степени открытия решетки). Таким образом, в одном примере с помощью перемещения места скопления конденсата, например, назад и вперед, если оно стало устойчивым, можно уменьшить риск коррозии в любом месте от впускного отверстия до выпускного отверстия охладителя воздуха турбонаддува.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано схематическое изображение системы пластин решетки, двигателя и связанных с ними компонентов транспортного средства.

На Фиг.2 приведен пример расположения САС, радиатора и двигателя внутри транспортного средства относительно пластин решетки и проходящий через нее поток воздуха окружающей среды.

На Фиг.3 приведено схематическое место точки росы и ее смещение внутри САС.

На Фиг.4 изображена высокоуровневая блок-схема способа регулировки положения пластин решетки на основании условий отсутствия приводного усилия транспортного средства, образования конденсата в САС, внешних погодных условий и температуры двигателя.

На Фиг.5 изображена блок-схема способа регулировки положения пластин решетки на основании образования конденсата внутри САС.

На Фиг.6 изображена блок-схема способа регулировки положения пластин решетки на основании условий образования конденсата, определенных по внешним погодным условиям.

На Фиг.7 приведены графики, иллюстрирующие сравнение функционирования пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам регулировки пластин решетки транспортного средства в зависимости от показателей охлаждения двигателя, образования конденсата в САС и условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства. Использование пластин решетки для системы двигателя транспортного средства, например, для системы двигателя, изображенной на Фиг.1, может усилить охлаждение двигателя, уменьшить образование конденсата в САС и снизить расход топлива транспортным средством. Открывание пластин решетки, как показано на Фиг.2, увеличивает поток воздуха, проходящий через переднюю часть транспортного средства, обеспечивая подачу охлаждающего потока воздуха в радиатор и САС. Регулировка потока воздуха, поступающего к САС, с помощью пластин решетки может привести к изменению эффективности САС путем смещения точки росы (как показано на Фиг.3), тем самым уменьшая коррозию. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, проиллюстрированную на Фиг.4-6, для того, чтобы регулировать открывание пластин решетки на основании условия отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, образования конденсата в САС, внешних погодных условий и температуры двигателя. Таким образом, вероятность образования конденсата, коррозии САС и пропусков зажигания в двигателе может быть уменьшена. Пример регулировки пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий показан на Фиг.7.

На Фиг.1 схематически изображен вариант компоновки системы 110 пластин решетки и системы 100 двигателя в транспортном средстве 102. Система 100 двигателя может входить в состав транспортного средства, например, дорожного транспортного средства или любого другого типа транспортных средств. Хотя примеры использования системы 100 двигателя будут описаны применительно к транспортному средству, необходимо понимать, что она может быть использована в различных типах двигателей и двигательных систем транспортных средств, включая легковые автомобили, грузовики и т.д.

В изображенном варианте двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, включающим в себя компрессор 14, приводимый в действие турбиной 16. В частности, свежий воздух попадает в двигатель 10 по впускному каналу 42 через очиститель 11 воздуха, и поступает на компрессор 14. Компрессор может представлять собой любой подходящий компрессор впускного воздуха, например, компрессор с приводом от двигателя или компрессор нагнетателя с приводом от карданного вала. В системе 100 двигателя компрессор изображен в виде компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 16 через вал 19, турбина 16 приводится в действие расширяющимися выхлопными газами двигателя. В одном варианте компрессор и турбина могут быть установлены в турбонагнетателе с двойной улиткой. В другом варианте воплощения турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT), где геометрия турбины активно изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя и других рабочих параметров.

Как показано на Фиг.1, компрессор 14 соединен через охладитель (САС) 18 наддувочного воздуха с дроссельным клапаном 20. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора заряд сжатого воздуха проходит через охладитель наддувочного воздуха и дроссельный клапан, а затем попадает во впускной коллектор. Охладитель наддувочного воздуха может представлять собой, например, теплообменник «воздух-воздух» или «воздух-вода». В варианте, показанном на Фиг.1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора измеряют с помощью датчика 24 давления воздуха в коллекторе (MAP). Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть последовательно соединен с впускным и выпускным отверстиями компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой обычно закрытый клапан, выполненный с возможностью открываться при выбранных рабочих условиях для понижения избыточного давления наддува. Например, перепускной клапан компрессора может быть открыт при понижении частоты вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора.

Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 31 сгорания с помощью нескольких впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 с помощью нескольких выпускных клапанов (не показаны). В изображенном варианте показан один выпускной коллектор 36, однако в других вариантах выпускной коллектор может включать в себя несколько секций. Конфигурация, имеющая несколько секций выпускного коллектора, позволяет направлять продукты сгорания из различных камер сгорания в различные участки системы двигателя.

Как показано на Фиг.1, выхлопные газы из одного или более выпускных коллекторов направляются в турбину 16, обеспечивая ее вращение. При необходимости уменьшения крутящего момента турбины некоторые выхлопные газы могут быть направлены через перепускную заслонку (не показана) в обход турбины. Затем смешанный поток из турбины и от перепускной заслонки проходит через устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов. Как правило, одно или более устройств 70 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов доочистки выхлопных газов, способных каталитически очистить поток выхлопных газов и, таким образом, уменьшить количество одного или более веществ в потоке выхлопных газов.

Все или часть очищенных выхлопных газов из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов может быть выпущена в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако в зависимости от рабочих условий, часть выхлопных газов может вместо этого быть направлена в канал 51 рециркуляции выхлопных газов (EGR), через охладитель 50 EGR и клапан 52 EGR к впускному отверстию компрессора 14. Следовательно, компрессор выполнен с возможностью впускать отводимые выхлопные газы из участка ниже по потоку относительно турбины 16. Клапан EGR может быть открыт, впуская регулируемое количество охлажденных выхлопных газов во впускное отверстие компрессора, обеспечивая необходимый уровень сгорания и требуемые характеристики выбросов. Следовательно, система 100 двигателя может быть использована как внешняя система для системы EGR низкого давления. Вращение компрессора наряду с относительно длинным путем движения потока EGR низкого давления в системе 100 двигателя позволяет достичь превосходной гомогенизации выхлопных газов в заряде впускного воздуха. Кроме того, расположение точек забора и смешивания EGR обеспечивает эффективное охлаждение выхлопных газов, позволяя увеличить массу EGR и повысить эффективность.

Транспортное средство 102 также включает в себя систему 104 охлаждения, в которой циркулирует охлаждающая жидкость, проходящая через двигатель 10 внутреннего сгорания и поглощающая избыточное тепло, и которая распределяет охлаждающую жидкость между радиатором 80 и/или сердцевиной 90 обогревателя через трубопроводы 82 и 84 охлаждающей жидкости соответственно. В частности, на Фиг.1 показана система 104 охлаждения, соединенная с двигателем 10, и траектория движения циркулирующей охлаждающей жидкости двигателя из двигателя 10 к радиатору 80 через водяной насос 86 с приводом от двигателя, и обратно в двигатель 10 по трубопроводу 82 охлаждающей жидкости. Водяной насос 86 может быть соединен с двигателем через привод навесного оборудования переднего расположения (FEAD) 88 и может вращаться пропорционально скорости вращения двигателя с помощью приводного ремня, цепи и т.д. В частности, в водяном насосе 86 циркулирует охлаждающая жидкость, проходящая через каналы в блоке цилиндров двигателя, головке двигателя и т.д., для поглощения тепла двигателя, которое потом передается через радиатор 80 в воздух окружающей среды. В примере, где водяной насос 86 представляет собой центробежный насос, созданное давление (и итоговый поток) может быть пропорционально скорости вращения коленчатого вала, как показано в примере на Фиг.1, и прямо пропорционально скорости вращения двигателя. В другом примере насос может быть использован для регулировки, не зависящей от скорости вращения двигателя. Температура охлаждающей жидкости может быть отрегулирована с помощью клапана 38 термостата, расположенного в трубопроводе 82 охлаждающей жидкости, который может оставаться закрытым до тех пор, пока охлаждающая жидкость не достигнет пороговой температуры.

Для поддержания расхода воздуха, проходящего через радиатор 80, когда транспортное средство 102 двигается медленно или не двигается при работающем двигателе, с радиатором 80 может быть соединен вентилятор 92. В некоторых примерах скоростью вращения вентилятора можно управлять с помощью контроллера 12, рассмотренного ниже более подробно. В ином случае вентилятор 92 может быть соединен со вспомогательной системой привода двигателя, приводимой в движение коленчатым валом двигателя.

Охлаждающая жидкость может проходить через трубопровод 82 охлаждающей жидкости, как рассмотрено выше, и/или через трубопровод 84 охлаждающей жидкости к сердцевине 90 обогревателя, откуда тепло может быть направлено в салон 106 транспортного средства, после чего поток охлаждающей жидкости возвращается в двигатель 10. В некоторых примерах, для циркуляции охлаждающей жидкости через трубопроводы 82 и 84 охлаждающей жидкости может использоваться водяной насос 86 с приводом от двигателя.

На Фиг.1 также показана система 28 управления. Система 28 управления может быть подключена к различным компонентам системы 100 двигателя для выполнения описываемых управляющих процедур и действий. Например, как показано на Фиг.1, система 28 управления может включать в себя электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, оперативную память, оперативную энергонезависимую память и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от ряда датчиков 30, которые могут включать в себя средства и/или датчики входного сигнала от водителя (например, датчики положения передаточного механизма, нажатия педали газа, нажатия педали тормоза, положения рычага переключения передач, скорости транспортного средства, скорости вращения двигателя, массового расхода воздуха, проходящего через двигатель, температуры окружающей среды, влажности окружающей среды, температуры впускного воздуха, скорости вращения вентилятора и т.д.), датчики охлаждающей системы (например, датчики охлаждающей жидкости, скорости вращения вентилятора, температуры в салоне транспортного средства, влажности окружающей среды и т.д.), датчики САС 18 (например, датчики температуры и давления воздуха на впуске в САС, температуры и давления воздуха на выпуске из САС и т.д.) и другие. Кроме того, контроллер 12 может получать данные от GPS 34 и/или встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26 транспортного средства 102.

Встроенная коммуникационно-развлекательная система 26 может быть подключена к устройству 40 беспроводной связи через различные протоколы беспроводной связи, например, сети беспроводной связи, вышки-ретрансляторы сотовой связи и/или их комбинации. Данные, получаемые от встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26, могут включать в себя текущие или прогнозируемые погодные условия. Информация о таких погодных условиях, как температура, осадки (например, дождь, снег, град и т.д.) и влажность, может быть получена через различные приложения устройства беспроводной связи и сайты с прогнозом погоды. Данные, полученные от встроенной коммуникационно-развлекательной системы, могут включать в себя текущие или прогнозируемые погодные условия для текущего местоположения, а также для всего планируемого маршрута. В одном варианте воплощения, в котором встроенная коммуникационно-развлекательная система включает в себя GPS, данные о текущих и прогнозируемых погодных условиях могут быть согласованы с текущим и будущим маршрутами движения, показанными на дисплее GPS. В альтернативном варианте воплощения, в котором система транспортного средства включает в себя специализированную GPS 34, каждая GPS и встроенная коммуникационно-развлекательная система может быть подключена к устройству 40 беспроводной связи, а также они могут быть соединены друг с другом для сопоставления данных о текущих и прогнозируемых погодных условиях с текущим и будущим маршрутами. В одном примере развлекательная система может иметь доступ к различным синоптическим картам, хранящимся в интернете или в других «облачных» вычислительных системах. Данные синоптические карты могут содержать информацию о дожде, влажности, осадках и/или температуре, приведенных, например, в виде контурных карт. В одном примере устройство 40 беспроводной связи может передавать данные о влажности в режиме реального времени встроенной коммуникационно-развлекательной системе 26 и/или GPS 34, которые затем передаются на контроллер 12. Контроллер 12 сравнивает полученные данные о влажности с пороговыми значениями и определяет необходимое положение пластин решетки. Например, если влажность выше установленного порогового значения, одна или несколько пластин решетки могут быть закрыты.

Помимо параметров влажности, получаемых от встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26 и GPS 34, контроллер 12 может получать данные о влажности от альтернативных или дополнительных датчиков. К ним можно отнести датчики влажности или показания влажности от датчиков приточного кислорода. Контроллер 12 может также определять влажность при получении информации от набора датчиков или сигналов системы транспортного средства. К ним можно отнести датчики дождя, сигналы включения/выключения дворников или датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO) и систему отключения подачи топлива при замедлении (DFSO). Контроллер может использовать один или несколько таких датчиков и сигналов для определения уровня влажности, а затем регулировать систему пластин решетки соответствующим образом.

Кроме того, контроллер 12 может быть подключен к различным исполнительным механизмам 32, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя (например, топливные форсунки, дроссельные заслонки для впускного воздуха с электронным управлением, свечи зажигания и т.д.), исполнительные механизмы охлаждающей системы (например, вентили подачи воздуха и/или клапаны дозирования в системе кондиционирования воздуха салона транспортного средства и т.д.) и другие. В некоторых примерах для выполнения способов, описанных ниже, запоминающее устройство может быть запрограммировано при помощи машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые процессором, а также с помощью других подразумеваемых, но не указанных конкретно вариантов.

Количество тепла выхлопных газов, передаваемое охлаждающей жидкости от двигателя, может варьироваться в зависимости от рабочих условий, влияя, таким образом, на количество тепла, передаваемое потокам воздуха. Например, количество выделяемого тепла выхлопных газов может понижаться пропорционально уменьшению крутящего момента на выходном валу двигателя или расходу топлива.

Транспортное средство 102 также имеет решетку 112, имеющую отверстия (например, отверстия между пластинами решетки, отверстие в бампере и т.д.) для прохождения воздушного потока 116 через или рядом с передней частью транспортного средства и в отсек двигателя. Такой воздушный поток 116 может затем быть использован радиатором 80 и другими компонентами для поддержания охлаждения двигателя и/или коробки передач. Кроме того, поток 116 воздуха может выводить тепло из системы кондиционирования воздуха транспортного средства и повышать производительность двигателей с нагнетателем/турбонагнетателем, которые оборудованы САС 18, снижающим температуру воздуха, поступающего во впускной коллектор/двигатель. На Фиг.2 приведен пример расположения САС 18, радиатора 80 и системы 100 двигателя внутри транспортного средства 102 относительно пластин решетки, и проходящего через нее воздушного потока 116 окружающей среды. Другие компоненты, расположенные под капотом (топливная система, аккумуляторы и т.д.) могут работать эффективнее, благодаря потоку охлаждающего воздуха. Таким образом, система 110 пластин решетки может помочь охлаждающей системе 104 охлаждать двигатель 10 внутреннего сгорания. Система 110 пластин решетки включает в себя одну или более пластин 114 решетки, выполненных с возможностью регулировать количество воздуха, проходящего через решетку 112.

Например, пластины 114 решетки могут закрывать переднюю часть транспортного средства, от нижней части капота до нижней части бампера. При закрывании впуска САС понижается аэродинамическое сопротивление и количество наружного охлаждающего воздуха, попадающего в САС. В некоторых вариантах воплощения все пластины решетки могут быть передвинуты в соответствии с командой контроллера. В других вариантах воплощения пластины решетки могут быть разделены на подгруппы, а контроллер может независимо регулировать открывание/закрывание каждой группы. Например, первая группа может включать в себя пластины решетки, которые сильно влияют на аэродинамическое сопротивление, а другая группа - пластины решетки, которые сильно влияют на впуск воздуха в САС. В одном примере первая подгруппа может находиться между нижней частью капота и верхней частью бампера, а вторая подгруппа может находиться между верхней частью бампера и нижней частью бампера. Каждая подгруппа может включать в себя одну или более пластин решетки. В некоторых примерах каждая группа может включать в себя одинаковое количество пластин решетки, при этом в других примерах одна подгруппа содержит больше пластин, чем другая. В одном варианте воплощения первая подгруппа может содержать несколько пластин решетки, а вторая подгруппа - только одну заслонку решетки. В альтернативном варианте воплощения первая подгруппа может содержать одну заслонку решетки, а вторая подгруппа - несколько пластин решетки.

Пластины 114 решетки могут перемещаться между открытым и закрытым положениями, также они могут удерживаться в одном из этих положений или в промежуточных положениях. Другими словами, степень открытия пластин 114 решетки может быть отрегулирована таким образом, чтобы пластины 114 решетки были частично открыты, частично закрыты или циклически перемещались между открытым и закрытым положениями, обеспечивая подачу потока воздуха для охлаждения компонентов отсека двигателя с минимальным увеличением расхода топлива. Это вызвано тем, что закрывание и/или частичное закрывание пластин 114 решетки снижает количество воздуха, проходящего через решетку 112, уменьшая, таким образом, аэродинамическое сопротивление транспортного средства. Удерживание пластин решетки в открытом положении обеспечивает достаточное охлаждение двигателя; однако это может также увеличить аэродинамическое сопротивление транспортного средства и увеличить расход топлива. С другой стороны, закрывание пластин решетки снижает аэродинамическое сопротивление и снижает расход топлива; однако это может помешать достаточному охлаждению двигателя. Таким образом, управление пластинами решеток может быть основано на нескольких рабочих условиях транспортного средства, описанных ниже. В некоторых вариантах воплощения пластины решетки могут быть использованы только для управления образованием конденсата в САС. В этом случае функционирование пластин решетки может обеспечить небольшой выигрыш с точки зрения аэродинамики.

В некоторых вариантах система 28 управления может быть выполнена с возможностью регулировать размер отверстия между пластинами 114 решетки в зависимости от рабочих условий транспортного средства. Регулировка размера отверстия между пластинами 114 решетки может включать в себя открывание одной или более пластин решетки, закрывание одной или более пластин решетки, частичное открывание одной или более пластин решетки, частичное закрывание одной или более пластин решетки, регулировку моментов открывания и закрывания и т.д. В качестве примера контроллер 12 может быть подключен к системе 110 пластин решетки и может содержать команды по регулировке отверстия между пластинами 114 решетки.

Пластины решетки могут быть отрегулированы в соответствии с несколькими переменными значениями системы, включая температуру двигателя, условия движения транспортного средства, образование конденсата в САС и внешние погодные условия. Открывание одной или более пластин решетки может быть выполнено под влиянием значения только одной из описанных выше переменных, даже если остальные переменные будут оставаться в допустимых пределах. Таким образом, для определения размер отверстия между пластинами решетки для охлаждения транспортного средства, предотвращения коррозии САС, пропусков зажигания и снижения расхода топлива можно оценивать значения всех переменных.

При некоторых условиях система 110 пластин решетки может быть отрегулирована под влиянием условий движения транспортного средства, например, наличия или отсутствия передаваемого приводного усилия. Условие наличия передаваемого приводного усилия транспортного средства может включать в себя приложение колесами положительной силы, обеспечивающей движение транспортного средства вперед. Условие отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства может включать в себя ситуацию, когда колеса поглощают инерцию транспортного средства и создают отрицательную силу, направленную против движения транспортного средства вперед. В одном варианте условия отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства могут включать в себя замедление, торможение, уменьшение нагрузки на двигатель при постоянных оборотах, их комбинацию или другой тип состояния, свидетельствующий об отсутствии или о скором прекращении передачи приводного усилия транспортного средства. Например, также может быть использован сигнал торможения от системы круиз-контроля. Кроме того, могут быть использованы сигналы глобальной системы позиционирования, указывающие на приближение к участку с более медленным движением, к спуску и т.д.

В некоторых случаях во время замедления двигатель транспортного средства может быть заглушен, а коробка передач отсоединена от двигателя для снижения расхода топлива. В такой ситуации необходимо дополнительное охлаждение двигателя. В данном случае открывание пластин решетки в начале замедления может обеспечить предварительное охлаждение двигателя, поддерживая низкую температуру двигателя. За счет этого можно также оставить пластины решетки в закрытом положении в течение более длительного времени при последующих условиях движения, снижая аэродинамическое сопротивление транспортного средства и расход топлива.

Кроме того, система 110 пластин решетки может быть отрегулирована таким образом, чтобы изменять условия образования конденсата внутри САС 18. Несколько датчиков 30 и контроллер 12 отслеживают положение точки конденсации внутри САС 18, а также другие факторы риска коррозии (например, время, в течение которого точка конденсации находилась в одном месте внутри САС). Таким образом, в одном примере, одна или более пластин решетки может быть отрегулирована, когда точка конденсации находится в определенном месте в течение достаточно длительного времени. С помощью такой регулировки пластин решетки можно сместить точку конденсации в другое место внутри САС 18, обеспечивая снижение степени коррозии. Например, если точка конденсации находится в одном месте внутри САС в течение времени, превышающего предварительно определенный период, можно изменить положение пластин 114 решетки для изменения эффективности САС 18. Таким образом, точка конденсации будет смещена. Данный процесс изображен на Фиг.3 и описан ниже. Положение пластин 114 решетки может быть также изменено с учетом текущих или прогнозируемых погодных условий. Например, одну или более пластин 114 решетки можно закрывать при наличии погодных условий, способствующих образованию конденсата. К погодным условиям, способствующим образованию конденсата, можно отнести дождь, влажность, низкие температуры, или их комбинации. Погодные условия могут быть получены с помощью встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26 или GPS 34.

Также в некоторых вариантах регулировка пластин 114 решетки может зависеть от степени влияния таких условий, как отсутствие передаваемого приводного усилия транспортного средства, положение точки конденсации, погодных условий, способствующих образованию конденсата, а также их комбинаций. Например, во время сильного торможения, размер отверстия между пластинами 114 решетки может быть увеличен, и/или пластины 114 решетки могут быть открыты раньше, что позволит увеличить поток воздуха для обеспечения охлаждения двигателя таким образом, чтобы продлить последующее ускорение при закрытых заслонках решетки. В другом примере, если GPS 34 или встроенная коммуникационно-развлекательная система 26 прогнозирует погоду с небольшим количеством осадков в виде дождя и средним уровнем влажности, размер отверстия между пластинами 114 решетки может быть уменьшен.

Более того, в некоторых вариантах система 110 пластин решетки может быть отрегулирована на основании температуры двигателя, условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства и образования конденсата внутри САС 18. В одном примере контролер 12 может быть выполнен с возможностью контролировать температуру двигателя, например, температуру охлаждающей жидкости, и сравнивать ее с пороговыми значениями. Дополнительные способы регулировки системы 110 пластин решетки описаны более подробно со ссылкой на Фиг.4-6. Такая регулировка пластин решетки позволяет выполнить эффективное охлаждение двигателя при снижении аэродинамического сопротивления транспортного средства и образования конденсата, а также предотвращении длительного нахождения точки конденсации в одном месте в САС. Это может помочь уменьшить расход топлива и предотвратить коррозию САС и пропуски зажигания.

На Фиг.3 приведено схематическое расположение точки конденсации и ее смещение внутри САС. На изображении 300 приведено два примера САС при различном количестве конденсата. В первом САС 302 горячий наддувочный воздух от компрессора 306 поступает в САС, охлаждается по мере прохождения через САС, а затем выходит из отверстия 310, чтобы пройти через дроссельный клапан 20 во впускной коллектор 22 двигателя. Поток 308 воздуха окружающей среды входит через отверстия между пластинами решетки и проходит через САС в продольном направлении для охлаждения наддувочного воздуха. Точка конденсации находится в месте 312 у ближнего конца САС. В данной точке может образоваться высококонцентрированный раствор воды и кислоты, что приведет к возникновению большого риска коррозии. Ниже по потоку относительно места 312 расположения точки конденсации в САС 302 образуется достаточно большое количество конденсата 314. Путем регулировки положения пластин 114 решетки можно изменить поток 308 воздуха окружающей среды, тем самым, изменив эффективность САС и место расположения точки конденсации. Для САС 302 закрывание одной или более пластин решетки приводит к уменьшению потока 308 воздуха окружающей среды, снижая эффективность охлаждения САС 302 и перемещая точку конденсации вниз по потоку в горизонтальном направлении. Новое место 316 расположения точки конденсации показано для САС 304. Температуры наддувочного воздуха в данном случае выше, за счет чего количество конденсата 318 в САС 304 меньше.

Для управления пластинами решетки могут быть использованы различные подходы. Как описано со ссылкой на Фиг.3, пластины решетки могут быть отрегулированы на основании места образования конденсата в САС. Например, если место расположения точки конденсации в САС остается в заданных пределах по горизонтальной оси в течение периода, превышающего пороговое значение, положение пластин решетки может быть отрегулировано таким образом, чтобы сместить место образования конденсата в зависимости от различных факторов, как описано в данном документе. Указанный диапазон может быть отрегулирован на основании рабочих условий. Например, если температуры двигателя высоки и необходимо чаще открывать пластины решетки, то диапазон может быть расширен, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение двигателя. С другой стороны, при низкой температуре воздуха окружающей среды или во время дождя указанный диапазон может быть уменьшен, чтобы избежать коррозии в САС. Указанное выше пороговое значение периода может представлять собой период времени, количество миль, количество оборотов двигателя или другой измеряемый параметр.

Со ссылкой на Фиг.3 система 28 управления может вычислять место расположения точки конденсации, определять, в каком направлении по горизонтальной оси его лучше смещать, и соответствующим образом регулировать положение пластин решетки. Например, если точка росы находится слева от обозначенного среднего положения, можно закрыть пластины решетки, чтобы уменьшить охлаждение, за счет чего точка конденсации сместится в направлении стрелки 322 вправо. В противном случае, если точка конденсации находится справа от обозначенного среднего положения, можно открыть пластины решетки, чтобы увеличить охлаждение, за счет чего точка конденсации сместится в направлении стрелки 320 влево. Таким образом, с помощью смещения точки росы вправо и последующего открывания пластин решетки также можно обеспечить улучшение охлаждения двигателя. С помощью перемещения точки росы влево и последующего закрывания пластин решетки сопротивление транспортного средства снижается, уменьшая расход топлива. Таким образом, подобное управление заслонками решетки может замедлить износ САС при снижении расхода топлива и улучшения охлаждения двигателя.

На Фиг.4 показан пример способа 400 регулировки положения пластин решетки, на основании таких условий, как отсутствие передаваемого приводного усилия транспортного средства, образование конденсата в САС, внешние погодные условия и температура двигателя. На этапе 402 процедура предусматривает оценку и/или измерение рабочих параметров двигателя. К таким параметрам относятся, например, скорость вращения и нагрузка двигателя, запрашиваемый крутящий момент, наддув, давление в коллекторе (MAP), температура воздуха турбонаддува в коллекторе (МСТ), воздушно-топливное соотношение (лямбда), содержание топливного спирта, барометрическое давление, условия окружающей среды (например, температура, давление, влажность воздуха окружающей среды и т.д.), история раннего зажигания и т.д. На этапе 404 на основании оцененных условий может быть определено, имеется ли передаваемое приводное усилие транспортного средства. Такое определение может включать в себя обнаружение таких характеристик отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, как замедление, торможение, уменьшение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, темп изменения скорости вращения двигателя ниже предварительно определенного значения, подача сигнала на торможение от системы адаптивного управления круиз-контролем (которая определяет расстояние до транспортного средства, едущего непосредственно перед транспортным средством, о котором идет речь, и автоматически включает тормоза транспортного средства для поддержания порогового расстояния до транспортного средства, едущего впереди) или иной тип условий, свидетельствующих об отсутствии передаваемого приводного усилия транспортного средства. В качестве примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда степень нажатия водителем педали тормоза превышает пороговое значение. В качестве другого примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда усилие торможения, примененного водителем (усилие, прилагаемое к педали тормоза), превышает пороговое значение. В качестве еще одного примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда давление в тормозной системе превышает пороговое значение. В качестве другого примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда степень задействования тормозов (например, тормоза с электрическим приводом) превышает пороговое значение.

Если условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства не обнаружено (например, происходит передача приводного усилия), то способ 400 переходит к этапу 406, а контроллер устанавливает закрытое положение в качестве основного положения пластин решетки. При обнаружении условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства способ 400 переходит к этапу 408, а контроллер устанавливает открытое положение в качестве основного положения пластин решетки. После выполнения этапов 406 и 408 способ 400 переходит к этапу 410, где оценивают образование конденсата в САС. Методика оценки более подробно рассмотрена применительно к Фиг.5, как описано ниже. Если на этапе 410 будет определено, что конденсат не образуется, то способ 400 переходит к этапу 412, где пластины решетки сохраняют в основном положении. Однако если на этапе 410 определено, что происходит образование конденсата, способ 400 переходит к этапу 414, где определяют степень регулировки пластин решетки, необходимой для снижения или изменения образования конденсата. На этапе 416 выполняют такую регулировку и устанавливают новое положение в качестве основного положения пластин решетки. На этапе 418 определяют вероятность того, что на основании условий окружающей среды в САС образуется конденсат. Методика такого определения более подробно рассмотрена в отношении Фиг.6, как описано ниже. Если на основании погодных условий вероятность образования конденсата в САС мала, пластины решетки сохраняют в ранее отрегулированном основном положении. Однако при наличии вероятности образования конденсата пластины решетки закрывают, изменяя прежнее основное положение. Способ 400 переходит к этапу 424, где сравнивают температуру двигателя с пороговыми значениями. Например, если температура охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) превышает максимальное значение, необходимо обеспечить дополнительное охлаждение двигателя. Если температура не превышает порогового значения, то сохраняют основное положение пластин решетки, после чего процедура завершается. Однако если температура превышает пороговое значение, то заслонки решетки открывают, после чего процедура завершается.

Пример способа 500 показан на Фиг.5, на которой проиллюстрирован процесс регулирования положения пластин решетки на основании образования конденсата внутри САС. На этапе 502 определяют условия в САС. Такими условиями могут быть данные, получаемые от нескольких датчиков 30, например, температура воздуха окружающей среды, влажность воздуха окружающей среды, температура наддувочного воздуха на впуске и выпуске, а также давление наддувочного воздуха на впуске и выпуске. На этапе 504 эти переменные используют для определения вероятности образования конденсата в САС. Если конденсат не образуется, способ предусматривает сохранение текущего положения пластин решетки, после чего завершается. Однако если конденсат образуется, способ переходит к этапу 508, где определяют место расположения точки конденсации внутри САС. Контроллер 12 может определить место расположения точки конденсации с помощью анализа условий в САС, как было описано выше, а также на основании других переменных значений (например, скорости транспортного средства, скорости вращения вентилятора, положения пластин решетки и т.д.). Контроллер может использовать алгоритмы для анализа данных и определить место расположения точки конденсации, время, в течение которого точка конденсации находилась в данном месте, количество конденсата внутри САС и другие значения. Если время, в течение которого точка конденсации находилась в данном месте, превышает установленное предельное значение, то на этапе 514 способ определяет направление смещения точки конденсации (как было описано выше и показано в отношении Фиг.3). На этапе 516 контроллер 12 и исполнительные механизмы 32 регулируют ориентацию пластин решетки для смещения точки конденсации в нужное место. После регулировки пластин решетки процедура завершается.

На Фиг.6 изображен пример способа 600 регулировки положения пластин решетки на основании условий образования конденсата, определяемых внешними погодными условиями. На этапе 602 контроллер 12 принимает данные от множества датчиков 30, GPS 34 и встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26. К получаемым данным можно отнести температуру и влажность воздуха окружающей среды, прогнозируемые погодные условия на дороге и по маршруту следования транспортного средства. Затем на этапе 604 контроллер 12 анализирует данные об условиях образования конденсата в САС. К подобным погодным условиям можно отнести дождь, высокую влажность, низкую температуру воздуха или их комбинации. Если на этапе 606 будет определено, что условия образования конденсата превышают пороговые значения, то пластины будут закрыты. В противном случае способ предусматривает сохранение пластин решетки в текущем положении. Пороговые значения могут включать в себя установленную температуру, процент влажности или количество осадков, при которых вероятно образование конденсата внутри САС. После этапов 610 и 608 процедура завершается.

На Фиг.7 приведены графики, иллюстрирующие сравнение 700 функционирования пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий. Пример иллюстрирует сравнение схем 702 и 704 зависимости скорости транспортного средства (VS) и внешних погодных условий (ОС) от времени. На схеме 702 показан первый пример функционирования пластин решетки вне зависимости от образования (CF) конденсата. Открывание и закрывание пластин решетки показано на основании температуры двигателя и условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, которые представлены на данном чертеже через температуру (ЕСТ) охлаждающей жидкости двигателя и скорость транспортного средства соответственно. Для альтернативного варианта на схеме 704 представлен второй пример регулируемой системы пластин решетки, в котором работа пластин решетки основана на температуре охлаждающей жидкости двигателя, замедлении двигателя, образовании конденсата и внешних погодных условий.

На схеме 702 кривая CF достигает порогового значения непосредственно перед моментом времени t₁. Однако в данной точке температура охлаждающей жидкости превышает пороговое значение T₂, вызывая открывание пластин решетки. Из-за этого кривая CF опускается ниже линии СТ, пока не будут достигнуты условия риска коррозии. Пластины остаются открытыми, а образование конденсата увеличивается выше линии СТ до тех пор, пока в момент времени t₂ температура охлаждающей жидкости не упадет ниже другого порогового значения T₁. В момент времени t₃ скорость транспортного средства свидетельствует о замедлении или торможении транспортного средства, указывая на необходимость открывания пластин решетки. В этот момент температура охлаждающей жидкости двигателя продолжает падать, а образование конденсата снова увеличивается выше линии СТ. В момент времени t₄ транспортное средство ускоряется и из-за повышенного образования конденсата в области 710 происходит пропуск зажигания. Поскольку транспортное средство продолжает ускоряться, температура охлаждающей жидкости двигателя увеличивается вместе с образованием конденсата. Пластины решетки открываются после достижения температуры T₂ охлаждающей жидкости двигателя в момент времени t₅.

В момент времени t₁ на схеме 704 пластины решетки открываются снова, когда температура охлаждающей жидкости двигателя превышает пороговое значение T₂. С течением времени образование конденсата увеличивается выше порогового значения СТ. Пластины решетки остаются открытыми до момента времени t_1’, когда кривая CF находится над линией СТ в течение установленного предельного значения времени Δt₂. В момент времени t_1’ пластины решетки закрываются, обеспечивая повторное уменьшение образования конденсата. Между моментами времени t_1’ и t₃ внешние погодные условия изменяются на условия, которые, наиболее вероятно, способствуют образованию конденсата. Поскольку пластины решетки уже закрыты, на этапе 728 они остаются в закрытом положении. В момент времени t₃ пластины решетки открываются снова, реагируя на замедление транспортного средства, и остаются в открытом положении до момента времени t₄, когда транспортное средство начинает ускоряться. Необходимо отметить, что в данном примере на этапе 722 пропуска зажигания не происходит, поскольку количество конденсата в САС поддерживалось на низком уровне за счет предыдущих изменений положения пластин решетки. В момент времени t_4’ пластины решетки открываются снова, реагируя на то, что кривая CF находилась над линией СТ в течение установленного предельного значения времени Δt₃. В момент времени t₅ внешние погодные условия снова меняются на условия, которые способствуют образованию конденсата. Это приводит к закрыванию пластин решетки в области 730. Пластины решетки остаются закрытыми, пока температура охлаждающей жидкости двигателя достигнет значения T₂ в момент времени t₆, после чего пластины решетки будут открыты все оставшееся время.

Если сравнивать схемы 702 и 704, то очевидна разница с точки зрения образования конденсата в САС. На схеме 702 кривая CF превышает пороговое значение для конденсата четыре раза, в трех случаях существует риск коррозии САС (области 712, 714 и 716). Однако на схеме 704 время, в течение которого кривая CF находится выше порогового значения конденсата, уменьшено (области 724 и 726). Таким образом, управление пластинами решетки в зависимости от образования конденсата и внешних погодных условий снижает риск коррозии и образования конденсата внутри САС. На схеме 704 пластины решетки также находятся большую часть времени в закрытом положении (промежутки 718, 720, 734 и 736) по сравнению с графиком 702 (промежутки 706, 708 и 732). Это уменьшает аэродинамическое сопротивление транспортного средства, снижая расход топлива.

Как описано выше, ориентацией пластин решетки можно управлять в зависимости от температуры двигателя, условий движения транспортного средства, образования конденсата в САС и внешних погодных условий. Пластины решетки открывают, охлаждая компоненты системы двигателя, если необходимо сдвинуть точку конденсации внутри САС влево, если температуры высоки или если отсутствует передаваемое приводное усилие транспортного средства, например, имеет место замедление. Пластины решетки закрывают, перекрывая поток охлаждающего воздуха, если необходимо сдвинуть точку конденсации внутри САС вправо, если существуют погодные условия, способствующие образованию конденсата, или если происходит передача приводного усилия. Подобное управление пластинами решетки позволяет обеспечить соответствующее охлаждение двигателя, снижая потребление топлива транспортным средством, предотвращая пропуски зажигания в двигателе и коррозию САС.

Специалистам в данной области техники понятно, что процедуры, описанные в данном документе, могут представлять собой один или несколько этапов регулировки пластин решетки. Таким образом, различные представленные этапы или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом, для обеспечения достижения технического результата порядок этапов сохранять необязательно. Хотя этого явно и не показано, специалистам в данной области техники понятно, что один или более изображенных этапов или функций может быть выполнен несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии.

Изобретение относится к охладителям наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания. При образовании конденсата в охладителе наддувочного воздуха выполняют регулировку системы пластин решетки транспортного средства, перемещая область образования конденсата в другое место в охладителе наддувочного воздуха. Ориентацию пластин решетки также можно менять в зависимости от рабочих условий транспортного средства и погодных условий, способствующих образованию конденсата. Достигается усиление охлаждения двигателя и уменьшение образования конденсата. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления заслонками решетки радиатора транспортного средства, при котором:

увеличивают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха в сторону впуска охладителя наддувочного воздуха, если указанное место расположено ближе к выпуску, чем к впуску; и

уменьшают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения указанного места в сторону выпуска охладителя наддувочного воздуха, если указанное место расположено ближе к впуску, чем к выпуску.

2. Способ по п.1, при котором при увеличении открывания заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону впуска увеличивают открывание заслонок решетки радиатора, если место образования конденсата остается в области расположения в течение периода времени, превышающего пороговое значение, причем область расположения находится справа от среднего положения охладителя наддувочного воздуха.

3. Способ по п.2, при котором при уменьшении открывания заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону выпуска уменьшают открывание заслонок решетки радиатора, если место образования конденсата остается в области расположения в течение периода времени, превышающего пороговое значение, причем область расположения находится слева от среднего положения охладителя наддувочного воздуха.

4. Способ по п.3, при котором дополнительно увеличивают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону впуска, когда температура двигателя превышает пороговое значение.

5. Способ по п.4, при котором дополнительно уменьшают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону выпуска, когда температура двигателя ниже порогового значения.

6. Способ по п.3, при котором область расположения увеличивают при увеличении температуры двигателя.

7. Способ по п.1, при котором при увеличении открывания заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону впуска осуществляют одно или более из полного открывания или частичного открывания заслонок решетки радиатора, а при уменьшении открывания заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону выпуска осуществляют одно или более из полного закрывания или частичного закрывания заслонок решетки радиатора.

8. Способ по п.1, при котором дополнительно увеличивают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону впуска, когда водитель отпустил педаль акселератора, и уменьшают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону выпуска при ускорении транспортного средства с приводом от двигателя.

9. Способ по п.1, при котором открывание заслонок решетки радиатора дополнительно регулируют в зависимости от параметров охлаждения двигателя и отпускания педали акселератора водителем.

10. Способ по п.1, при котором дополнительно осуществляют наддув впускного воздуха выше по потоку охладителя наддувочного воздуха.

11. Способ по п.1, при котором дополнительно выполняют прямой впрыск топлива в двигатель транспортного средства.

12. Способ управления заслонками решетки радиатора транспортного средства, при котором:

увеличивают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха в сторону впуска охладителя наддувочного воздуха, если место образования конденсата расположено справа от середины охладителя наддувочного воздуха, а температура двигателя превышает пороговое значение или транспортное средство замедляется; и

уменьшают открывание заслонок решетки радиатора для перемещения места образования конденсата в сторону выпуска охладителя наддувочного воздуха, если место образования конденсата расположено слева от середины охладителя наддувочного воздуха, а температура двигателя ниже порогового значения или транспортное средство ускоряется.

13. Способ по п.12, при котором дополнительно регулируют открывание заслонок решетки радиатора в зависимости от внешних погодных условий, информацию о которых получают от коммуникационной системы транспортного средства, которая получает данные от внешнего источника.

14. Способ по п.13, при котором внешние погодные условия включают в себя влажность воздуха окружающей среды.

15. Способ по п.12, при котором дополнительно сохраняют заслонки решетки радиатора в закрытом положении во время ускорения транспортного средства, причем заслонки решетки радиатора полностью открыты во время замедления, происходящего непосредственно перед ускорением, даже если температура двигателя ниже порогового значения.

16. Способ по п.15, при котором положение заслонок решетки радиатора дополнительно регулируют в зависимости от расчетного количества конденсата в охладителе наддувочного воздуха.

17. Способ по п.15, при котором во время замедления заглушают двигатель.

18. Способ управления заслонками решетки радиатора транспортного средства, при котором:

регулируют открывание заслонок решетки радиатора в зависимости от места образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха на одном месте в течение периода времени, превышающего пороговое значение, включая увеличение открывания заслонок решетки радиатора и перемещение места образования конденсата в сторону впуска охладителя наддувочного воздуха при наличии первого условия, когда место образования конденсата расположено ближе к выпуску охладителя наддувочного воздуха, чем к впуску охладителя наддувочного воздуха, а также уменьшение открывания заслонок решетки радиатора и перемещение места образования конденсата в сторону выпуска при наличии второго условия, когда место образования конденсата расположено ближе к впуску, чем к выпуску.

19. Способ по п.18, при котором дополнительно определяют место образования конденсата посредством вычисления места расположения точки конденсации внутри охладителя наддувочного воздуха относительно заданного среднего положения охладителя наддувочного воздуха, причем место расположения точки конденсации основано на режимах работы охладителя наддувочного воздуха.

20. Способ по п.18, при котором дополнительно регулируют заслонки решетки радиатора в зависимости от параметров охлаждения двигателя, а также нажатия и отпускания водителем педали акселератора, причем увеличивают область расположения при увеличении температуры двигателя.