СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F02D21/08 F02D41/00 F02D9/08 F02M26/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к регулированию потока воздуха в цилиндр.

Уровень техники

Во время условий установившегося режима поток воздуха во впускной коллектор двигателя через дроссель и EGR может распределяться, чтобы подавать требуемую величину потока воздуха цилиндра наряду с обеспечением требуемой EGR в цилиндре. Однако во время переходных условий впускной коллектор действует в качестве буфера воздуха, и, таким образом, поток воздуха, достигающий цилиндра, может опережать или опаздывать от требуемых величин потока воздуха, поступающих в коллектор. Это может приводить к плохой характеристике крутящего момента и/или переходным возмущениям EGR.

В патенте США 5,273,019 описана модель для прогнозирования массового расхода воздуха в двигатель как с, так и без EGR во время одного и того же события переходного состояния. На основании разницы между моделями может определяться доля массового расхода, которая выводится из EGR. Несмотря на то что раскрытые модели позволяют определить концентрации EGR во время событий переходного процесса, они не предусматривают поддерживания требуемой величины EGR в цилиндре, они также не преодолевают задержку, зачастую связанную с достижением требуемой величины потока воздуха цилиндра во время события переходного процесса.

Раскрытие изобретения

Авторы осознали проблемы с вышеприведенным подходом и предложили способ для по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на них.

В одном аспекте способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя включает, если предыдущий поток воздуха цилиндра отличается от требуемого потока воздуха цилиндра, распределение потока во впускной коллектор между дросселем и клапаном EGR для выдачи требуемого потока воздуха цилиндра при поддержании требуемой величины EGR в цилиндре.

Предыдущий поток воздуха цилиндра предпочтительно определяется во время постоянного коэффициента наполнения впускного коллектора.

Предыдущий поток воздуха цилиндра предпочтительно определяется на основании модели наполнения впускного коллектора.

Модель наполнения впускного коллектора предпочтительно основана на объеме впускного коллектора, давлении дросселя на дросселе, давлении EGR на клапане EGR, массе всасываемого воздуха, массе EGR и температуре двигателя.

Распределение потока воздуха во впускной коллектор предпочтительно дополнительно включает распределение потока воздуха во впускном коллекторе на основании возмущений потока воздуха.

Возмущения потока воздуха предпочтительно содержат одно или более из изменения положения распределительного вала, изменения противодавления отработавших газов и изменения положения клапана управления движением заряда.

В другом аспекте способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя включает во время увеличения требуемого потока воздуха цилиндра переходное открывание дросселя в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха при регулировании клапана EGR для поддержания величины EGR цилиндра даже во время переходного открывания дросселя.

Способ предпочтительно дополнительно включает во время условий установившегося режима прогнозирование величины потока воздуха цилиндра на основании величин втекающего потока коллектора.

Переходное открывание дросселя и регулирование клапана EGR предпочтительно дополнительно включает открывание дросселя и клапана EGR для того, чтобы допускать величину втекающего потока коллектора, который создает требуемый поток воздуха цилиндра.

Прогнозирование величин воздуха цилиндра на основании величин втекающего потока коллектора предпочтительно дополнительно включает прогнозирование величин потока воздуха цилиндра на основании объема впускного коллектора, давления дросселя на дросселе, давления EGR на клапане EGR, массы всасываемого воздуха, массы EGR и температуры двигателя.

Регулирование клапана EGR предпочтительно включает открывание клапана EGR в большей степени, чем необходимо во время переходного открывания дросселя.

Регулирование клапана EGR предпочтительно включает открывание клапана EGR в соответствии с переходным открыванием дросселя.

Переходное открывание дросселя предпочтительно включает открывание дросселя на величину, соответствующую регулированию клапана EGR.

Способ предпочтительно дополнительно включает во время уменьшения требуемого потока воздуха переходное закрывание дросселя в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха при регулировании клапана EGR для поддержания величины EGR цилиндра даже во время переходного закрывания дросселя.

В еще одном аспекте способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя включает прогнозирование требуемого потока воздуха цилиндра на основании предыдущего потока воздуха цилиндра и запроса крутящего момента, если требуемый поток воздуха цилиндра является большим, чем предыдущий поток воздуха цилиндра, выдачу дополнительного потока воздуха во впускной коллектор, присоединенный к цилиндру, и распределение дополнительного потока воздуха во впускной коллектор между дросселем и клапаном EGR для поддержания требуемой доли EGR в потоке воздуха из впускного коллектора.

Выдача дополнительного потока воздуха во впускной коллектор предпочтительно дополнительно включает определение величины компенсации воздуха на основании требуемого потока воздуха цилиндра и предыдущего потока воздуха цилиндра и открывание дросселя и клапана EGR для того, чтобы допускать требуемый поток воздуха и величину компенсации воздуха.

Распределение дополнительного потока воздуха между дросселем и клапаном EGR предпочтительно дополнительно включает переходное открывание дросселя и клапана EGR в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха цилиндра.

Способ предпочтительно дополнительно включает, если требуемый поток воздуха цилиндра является меньшим, чем предыдущий поток воздуха цилиндра, уменьшение потока воздуха во впускной коллектор.

Уменьшение потока воздуха во впускной коллектор предпочтительно дополнительно включает переходное закрывание дросселя и клапана EGR в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха цилиндра.

Требуемый поток воздуха цилиндра предпочтительно дополнительно прогнозируется на основании объема впускного коллектора, давления дросселя на дросселе, давления EGR на клапане EGR, массы всасываемого воздуха, массы EGR и температуры двигателя.

Таким образом, как дроссель, так и клапан EGR могут управляться с использованием компенсации переходного потока воздуха для достижения быстрого наполнения или опорожнения впускного коллектора. Кроме того, посредством распределения потока между дросселем и клапаном EGR может поддерживаться требуемая величина EGR в цилиндре. В одном из примеров требуемый поток воздуха цилиндра может быть прогнозированием, основанным на предыдущем потоке воздуха цилиндра, модели наполнения коллектора и водительском запросе крутящего момента. Модель наполнения коллектора может определять величину потока воздуха компенсации, поступающего в коллектор, которая быстро доводит поток воздуха, выходящий из коллектора, от предыдущей величины потока воздуха цилиндра до требуемой величины потока воздуха цилиндра. Эта величина потока воздуха компенсации может быть распределена между дросселем и клапаном EGR, чтобы выдавать требуемый поток воздуха цилиндра наряду с сохранением требуемой величины EGR цилиндра.

Настоящее изобретение может обеспечивать несколько преимуществ. Прежде всего переходные условия часто вызывают колебания крутящего момента, которые могут быть неудовлетворительными для водителя транспортного средства. Посредством быстрой реакции на запрошенное изменение крутящего момента настоящее изобретение может улучшать приемистость транспортного средства и удовлетворенность водителя. Кроме того, возмущения EGR во время переходных условий могут ухудшать события сгорания, приводя к пониженной экономии топлива и повышенным выбросам. Посредством поддержания требуемых величин EGR даже во время событий переходных процессов могут быть улучшены экономия топлива и выбросы.

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

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

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для управления потоком во впускной коллектор.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для определения величины втекающего потока коллектора с использованием модели потока наполнения коллектора.

Фиг. 4 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для определения величины потока цилиндра с использованием модели прогнозирования наполнения коллектора.

Фиг. 5 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для регулирования дросселя и клапана EGR в ответ на запрос потока воздуха.

Фиг. 6 представляет собой многомерную регулировочную характеристику, иллюстрирующую примерные регулировки дросселя и клапана EGR во время работы двигателя.

Подробное описание изобретения

Во время изменения потока цилиндра из впускного коллектора, например, в ответ на событие резкого нажатия педали, возмущения потока воздуха могут происходить вследствие задержки, связанной с наполнением или опустошением коллектора. Таким образом, во время переходных условий подаваемый поток воздуха цилиндра может не соответствовать требуемому или указанному командой потоку воздуха. Управление с замкнутой обратной связью с использованием датчиков в двигателе, таких как датчики давления в коллекторе и/или массового расхода воздуха, может смягчать некоторые из проблем при подаче требуемого потока цилиндра во время переходных условий, но обратная связь по датчику также связана с задержкой реакции.

Посредством использования модели наполнения коллектора, которая прогнозирует изменение величины потока цилиндра на основании величины предыдущего потока цилиндра и состояния постоянного коэффициента наполнения коллектора, точное определение требуемого потока цилиндра может выдаваться без зависимости от использования датчиков. Кроме того, так как модель может прогнозируть величину втекающего потока коллектора, которая приводит предыдущий поток цилиндра к требуемому потоку цилиндра без задержки, могут быть уменьшены возмущения от переходных процессов. Эта величина втекающего потока коллектора может распределяться между дросселем и клапаном EGR независимо от требуемой величины EGR цилиндра, из условия, чтобы требуемые величины EGR цилиндра поддерживались даже во время переходного открывания или закрывания дросселя.

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку транспортного средства. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы обеспечивать операцию запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания в качестве альтернативы или дополнительно может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 42, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 62, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC или CO. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически перерегулироваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливовоздушного соотношения.

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (EGR) может направлять требуемую порцию отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 EGR. Количество EGR, выдаваемой во впускной коллектор 44, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 EGR. Кроме того, датчик 144 EGR может быть скомпонован внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации отработавших газов. В некоторых примерах датчик 144 является дифференциальным первичным преобразователем давления, выявляющим падение давления на отверстии регулирования расхода, размещенном выше по потоку или ниже по потоку от клапана EGR, который также будет давать указание величины EGR. Датчик 144 также может быть датчиком положения, который может выявлять изменения площади потока клапана EGR на основании команд из контроллера 12. Кроме того, во время некоторых условий часть отработавших газов может удерживаться или улавливаться в камере сгорания посредством регулирования установки фаз распределения выпускных клапанов, к примеру посредством управления механизмом регулируемой установки фаз клапанного распределения.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включая воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже на фиг. 2-4, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.

Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т.д.

Фиг. 2 иллюстрирует способ 200 для управления потоком во впускной коллектор двигателя. Способ 200 может выполняться командами, хранимыми в памяти контроллера, такого как контроллер 12. Способ 200 включает в себя, на 202, определение рабочих параметров двигателя, в том числе требуемой величины EGR цилиндра и предыдущей величины потока воздуха цилиндра. Рабочие параметры также могут включать в себя число оборотов и нагрузку двигателя, барометрическое давление, MAP и MAF, температуру двигателя и/или коллектора, запрошенный водителем крутящий момент и т. д. Предыдущая величина потока воздуха цилиндра может указывать ссылкой на рассчитанную ранее величину потока воздуха цилиндра в самой последней предыдущей выборке в контексте цифровой системы управления, выполняющей интерактивные определения посредством алгоритмов на дискретной выборке/событиях расчета.

На 204, требуемый водителем потока воздуха цилиндра определяется на основании запрошенного водителем крутящего момента. Таким образом, требуемый поток воздуха цилиндра может быть изменением потока воздуха цилиндра, обусловленным запросом крутящего момента.

На 206, способ 200 включает в себя применение предыдущего и требуемого потоков воздуха цилиндра в модель, такую как модель наполнения коллектора, для определения величины втекающего потока коллектора. Предыдущая величина потока воздуха цилиндра может определяться на основании модели наполнения коллектора, как подробнее описано со ссылкой на фиг. 3 и 4, приведенные ниже, или может определяться на основании сигналов датчиков с датчика MAP, датчика MAF и т.д. Модель может использовать предыдущие и требуемые величины потока цилиндра для определения величина втекающего потока коллектора, которая приводит предыдущий поток воздуха цилиндра к требуемому потоку воздуха цилиндра без задержки. Дополнительная детализация касательно модели будет описана ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4. На 208, определяется, запущена ли в работу EGR. Если EGR запущена в работу, на 210, величина втекающего потока коллектора, определенная по модели, может распределяться между дросселем и клапаном EGR, чтобы поддерживать требуемую величину EGR цилиндра. Таким образом, величина втекающего потока коллектора, указанная по модели, которая будет приводить к требуемому потоку цилиндра, может выдаваться посредством потока из дросселя, клапана EGR или обоих. Относительная доля втекающего потока, которая получается из потока дросселя и из потока EGR, может определяться посредством требуемой величины EGR цилиндра, из условия чтобы требуемый поток цилиндра мог выдаваться наряду с поддержкой требуемой величины EGR цилиндра. Если EGR не запущена в работу, способ 200 переходит на 212, чтобы выдавать величину втекающего потока только через дроссель.

Оба, 210 и 212, переходят на 214, оба положения, дросселя и/или клапана EGR, планируются на основании распределенного потока и MAP, которое может прогнозироваться на основании модели (описанной на фиг. 4) или может определяться на основании датчика MAP. Положения дросселя и клапана EGR могут определяться с использованием уравнения течения через эталонное отверстие. После выдачи втекающего потока в коллектор способ 200 заканчивается.

Фиг. 3 иллюстрирует способ 300 для определения величины втекающего потока коллектора с использованием модели потока наполнения коллектора. Способ 300 может выполняться посредством команд, хранимых в памяти контроллера 12, и может выполнятся в ответ на переходное изменение потока воздуха цилиндра. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, модель потока основана на уравнении фильтра, таком как фильтр Калмана, которое выводит величину втекающего потока коллектора на основании предыдущего потока воздуха цилиндра и требуемого потока воздуха цилиндра. Модуль изначально предполагает постоянное физическое состояние, из условия чтобы объем, температура и т.д. коллектора оставались постоянными и, таким образом, изменение потока цилиндра могло быть приписано только изменению втекающего потока коллектора. Дополнительные детали модели будут представлены ниже со ссылкой на фиг. 4.

На 302, способ 300 включает в себя прием запроса требуемого водителем потока цилиндра, такого как водительский поток цилиндра по фиг. 2. На 304, требуемый водителем поток цилиндра может фильтроваться для определения общего требуемого потока цилиндра. В некоторых вариантах осуществления требуемый водителем поток и общий требуемый поток цилиндра могут быть равными. Однако в некоторых примерах требуемый водителем поток может регулироваться или фильтроваться, например, чтобы обеспечивать более медленный переход к запрошенному потоку цилиндра, или на основании рабочих параметров двигателя, чтобы улучшать приемистость транспортного средства и удовлетворенность водителя.

На 306, способ 300 включает в себя прием запланированной и переходной доли EGR. Запланированная и будущая доля EGR могут быть основаны на условиях эксплуатации, в том числе числе оборотов, нагрузке, стабильности сгорания и т.д. На 308, на основании запланированной доли EGR и общего требуемого потока воздуха цилиндра, доля EGR преобразуется в целевой поток EGR для использования при распределении потока между дросселем и клапаном EGR, как пояснено со ссылкой на фиг. 2.

Кроме того, требуемый поток воздуха цилиндра и целевой поток EGR могут использоваться для обновления модели и прогнозирования определенных параметров, как описано со ссылкой на фиг. 4.

На 310, требуемый и предыдущий потоки воздуха цилиндра вводятся в уравнение обратного фильтра модели потока. Как пояснено выше со ссылкой на фиг. 2, предыдущий поток воздуха цилиндра может определяться из предыдущего расчета модели (поясненной со ссылкой на фиг. 4) или, если такового нет в распоряжении, на основании входного сигнала MAP и MAF. Величина дополнительного втекающего потока (I_(x)) коллектора для получения требуемого втекающего потока (CF_(x)) воздуха цилиндра из предыдущего потока (CF_(x-1)) воздуха цилиндра может определяться с использованием текущей постоянной (Fk_(x)) фильтра и определенной ранее постоянной фильтра (Fk_(x-1)) согласно уравнению:

Постоянная (Fk) фильтра может быть постоянной задержки наполнения коллектора, основанной на текущих условиях эксплуатации, и будет подробнее описана ниже со ссылкой на фиг. 4. В этом примере x представляет текущий экземпляр выборки. Модель предполагает, что постоянная фильтра не изменяется, то есть что коллектор сохраняет постоянный коэффициент наполнения. Например, в некоторых вариантах осуществления величина потока воздуха может изменяться вследствие одного или более возмущений потока воздуха в двигателе. Эти возмущения могут изменять объем, температуру и т.д. коллектора и могут включать в себя изменение положения клапана управления движением заряда на впуске или изменение противодавления отработавших газов вследствие переключения в регуляторе давления наддува турбонагнетателя или вследствие установки фаз распределения выпускных клапанов и т.д. Таким образом, на 312, способ 300 включает в себя регулирование величины втекающего потока для одного или более возмущений воздуха. Эти возмущения могут моделироваться на основании давления на входе дросселя (TIP), давления на выходе дросселя (TOP) и MAP при текущих и предыдущих регулированиях двигателя и будут подробнее пояснены ниже со ссылкой на фиг. 4. Кроме того, на 314, один или более коэффициентов передачи могут применяться к величине втекающего потока, если требуется. Например, величина втекающего потока для достижения требуемого потока воздуха цилиндра может вызывать резкое изменение крутящего момента, которое было бы заметным водителю. Таким образом, коэффициент передачи может применяться для «смягчения» изменения потока воздуха. В еще одном примере величина втекающего потока может иметь коэффициент передачи, применяемый к ней в условиях высокого числа оборотов, но не в условиях низкого числа оборотов, или основанный на других рабочих параметрах. На 316, суммарная величина втекающего потока коллектора, необходимая для создания требуемого потока воздуха цилиндра, выдается из модели, а затем способ 300 заканчивается.

Несмотря на то что не изображено на фиг. 3, модель может обновляться выходными данными втекающего потока, для того чтобы сохранять точность модели и прогнозировать определенные рабочие параметры, такие как MAP. Таким образом, модель потока может включать в себя модель прогнозирования. Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 400 для обновления модели прогнозирования, который выдает прогнозированные/предыдущие значения, которые могут вводиться в модель потока по фиг. 3. Способ 400 может выполняться согласно командам, хранимым в памяти контроллера 12.

На 402, способ 400 включает в себя определение параметров фильтра модели прогнозирования. Как пояснено ранее, модель наполнения коллектора с моделью потока включает в себя постоянную (Fk) фильтра. Постоянная фильтра может быть постоянной модели перехода между состояниями и, в качестве применяемой в материалах настоящей заявки, может быть отставанием наполнения коллектора, основанным на текущих условиях. Постоянная фильтра может быть основана на законе идеального газа и может учитывать объем впускного коллектора, давление дросселя на дросселе, давление EGR на клапане EGR, массу всасываемого воздуха, массу EGR и температуру двигателя. По существу, определение параметров фильтра модели может включать в себя определение температуры и объема коллектора на 404, а также массу и парциальные давления всасываемого воздуха через дроссель и EGR через клапан EGR на 406. Парциальные давления и масса притока и EGR могут определяться по выходному сигналу датчика и/или по параметрам из предыдущих оценок модели (как описано ниже). Температура коллектора может оцениваться на основании температуры окружающей среды и температуры двигателя или по датчику температуры.

На 408, принимаются поток дросселя и поток клапана EGR. Поток дросселя и поток клапана EGR могут быть потоками, выдаваемыми из модели потока, как описано со ссылкой на фиг. 2. На 410, поток дросселя преобразуется в угол дросселя (TA), а поток клапана EGR преобразуется в положение клапана EGR. TA и положение клапана EGR могут быть основаны на принятых потоках дросселя и EGR, а также барометрическом давлении, прогнозированном MAP из последних выходных данных модели (описанных ниже) и/или давлении в канале EGR. На 412, TA и положение клапана EGR фильтруются подобно фильтрации, которая была описана со ссылкой на фиг. 3. Фильтрованные TA и положение клапана EGR затем вводятся в две отдельных ветви модели, ветвь без задержки и ветвь с задержкой.

На 414, каждое из TA и положения клапана EGR преобразуется в поток дросселя без задержки и поток EGR без задержки. Потоки дросселя и EGR без задержки затем вводятся в модель наполнения коллектора для потока без задержки на 416. Это включает в себя прием выходных данных предыдущего потока цилиндра (CF) на 418, которые могут вводиться в качестве значения предыдущего потока (CF_(x-1)) цилиндра в модель потока по фиг. 3. Предыдущее значение потока цилиндра может определяться на основании общего втекающего потока коллектора (MF) в качестве входных данных по потокам дросселя и EGR без задержки с использованием уравнения:

По выводу предыдущего потока без задержки цилиндра на 418 способ 400 осуществляет возврат.

Вторая ветвь модели прогнозирования включает в себя преобразование фильтрованных TA и положений клапана EGR с 412 в поток дросселя с задержкой и поток клапана EGR с задержкой на 420. Задержка потока может добавляться, для того чтобы прогнозируть текущее значение потока цилиндра, которое учитывает задержку наполнения коллектора. На 422, задержанные поток дросселя и EGR вводятся в модель наполнения коллектора для текущего потока 416. Это включает в себя прием выходных данных, которые являются прогнозированием текущего потока цилиндра на 423 и могут определяться с использованием уравнения фильтра, описанного выше.

На 424, прогнозированный текущий поток цилиндра, выведенный на 423, может использоваться для расчета MAP, TIP и TOP как при текущих, так и предыдущих установках устройства. Установки устройства могут включать в себя любые изменения в отношении рабочих параметров двигателя, которые вызывают возмущение потока воздуха в коллекторе, такие как изменение положения клапана управления движением заряда, изменение противодавления отработавших газов, резкое изменение числа оборотов двигателя, изменение положения распределительного вала и т.д. Таковые могут оцениваться на основании рабочих параметров, включающих в себя число оборотов двигателя, положение кулачков, положение клапана управления движением заряда, барометрическое давление, поток EGR, температуру заряда, объем коллектора, противодавление отработавших газов и т.д.

На 426, перепад между предыдущим и текущим MAP может определяться для расчета возмущения воздуха для модели. В некоторых вариантах осуществления это может включать в себя деление перепада MAP на (RT/V) и изменение по времени (Δt), при этом R - постоянная идеального газа, T - температура коллектора, а V - объем коллектора. Это создает величину воздуха на входе коллектора, которая необходима для сведения на нет любых изменений в отношении потока коллектора, вызванных возмущениями воздуха. Один или более коэффициентов передачи могут применяться к возмущениям для регулировки модели, и возмущения могут выводиться в модель потока по фиг. 3 на 428. По выводу возмущений в модель потока способ 400 осуществляет возврат.

Таким образом, способ 400 по фиг. 4 предусматривает ответвление прогнозирования модели потока, которая определяет MAP, TOP, TIP и предыдущую оценку потока цилиндра без использования входного сигнала датчика. Эти выходные данные могут использоваться для расчета суммарной величины втекающего потока коллектора для приведения предыдущего потока цилиндра к требуемому потоку цилиндра без задержки, как описано со ссылкой на фиг. 2 и 3.

Фиг. 5 иллюстрирует способ 500 для регулирования дросселя и/или клапана EGR в ответ на запрос потока воздуха цилиндра. Способ 500 может выполняться согласно командам, хранимым в памяти контроллера 12. Способ 500 может выполняться с использованием втекающего потока коллектора, определенного из способа 300 по фиг. 3, во время выполнения способа 200 по фиг. 2, для того чтобы распределять втекающий поток между дросселем и EGR.

Способ 500 содержит, на 502, определение, является ли требуемая величина потока воздуха цилиндра большей, чем предыдущая величина потока воздуха цилиндра. Если да, способ 500 переходит на 504, чтобы увеличивать величину втекающего потока в коллектор. На 506, дроссель подвергается переходному открыванию в большей степени, чем необходимо, чтобы подавать по меньшей мере часть увеличенного втекающего потока в коллектор. Термин «в большей степени, чем необходимо» подразумевается указывающим на величину открывания, которая является большей, чем открывалась бы для обеспечения требуемого потока цилиндра, если бы двигатель был в условиях эксплуатации установившегося режима. То есть дроссель открывается на большую величину во время реакции на переходное увеличение воздуха цилиндра, чем открывается дроссель во время установившегося режима, даже если величин воздуха, подаваемого в цилиндр, является идентичной в обоих случаях. В некоторых вариантах осуществления, если EGR не запущена в работу, дроссель открывается, чтобы обеспечивать весь втекающий поток.

Если EGR запущена в работу, на 508 способ 500 включает в себя соответствующее открывание клапана EGR на величину, пропорциональную величине открывания дросселя. Таким образом, клапан EGR также открывается в большей степени, чем необходимо для того, чтобы отслеживать поток воздуха через дроссель и поддерживать требуемую величину EGR цилиндра. Клапан EGR может не открываться на такую же величину, как дроссель, но может открываться до подобной степени. Установка клапана EGR может быть дополнительно основана на требуемой величине EGR цилиндра.

Возвращаясь к 502, если требуемый поток цилиндра не является большим, чем предыдущий, способ 500 переходит на 510, чтобы определять, является ли требуемый поток цилиндра меньшим, чем предыдущий поток цилиндра.

Если да, способ 500 переходит на 512, чтобы уменьшать величину втекающего потока в коллектор. На 514, дроссель подвергается переходному закрыванию в большей степени, чем необходимо, а на 516, если EGR запущена в работу, клапан EGR закрывается соответствующим образом, на величину, пропорциональную дросселю. По открыванию или закрыванию клапана EGR на 508 или 516 способ 500 осуществляет возврат, чтобы продолжать регулировать дроссель и клапаны EGR на основании требуемого и предыдущего потока воздуха цилиндра.

Возвращаясь к 510, если определено, что требуемый поток воздуха цилиндра является не меньшим, чем предыдущий поток воздуха, то требуемый поток воздуха равен предыдущему потоку воздуха. По существу, способ 500 переходит на 518, чтобы сохранять текущие положения дросселя и клапана EGR, а затем способ 500 заканчивается.

Таким образом, способы, предоставленные на фиг. 2-5, предусматривают определение величины втекающего потока во впускной коллектор на основании модели наполнения коллектора. Модель наполнения коллектора может быть основана на законе идеального газа, адаптированного, чтобы учитывать всасываемый воздух и EGR в коллекторе. Модель наполнения коллектора может использовать предыдущую величину потока воздуха цилиндра и требуемую величину потока воздуха цилиндра для прогнозирования втекающего потока в коллектор, чтобы приводить предыдущий поток цилиндра к требуемому потоку цилиндра без задержки. Втекающий поток может распределяться между дросселем и клапаном EGR, чтобы поддерживать требуемую величину EGR цилиндра.

Далее, с обращением к фиг. 6, многомерная регулировочная характеристика 600 показывает примерную регулировку потока дросселя и EGR, чтобы выдавать требуемый поток воздуха цилиндра. Посредством регулирования потока дросселя согласованно с потоком EGR требуемый поток воздуха цилиндра может выдаваться наряду с поддержанием требуемой величины EGR в цилиндре. Многомерная регулировочная характеристика 600 изображает изменения потока дросселя на графике 602, изменения потока EGR на 604, изменения потока воздуха цилиндра на 606 и изменения величины EGR цилиндра на 608.

До t1, на основании условий эксплуатации двигателя (таких как условия числа оборотов и нагрузки двигателя), может определяться требуемый поток воздуха цилиндра и доля EGR цилиндра. На основании требуемого потока воздуха цилиндра и величины EGR могут определяться поток EGR и поток дросселя. В одном из примеров, на t1, может запрашиваться резкое увеличение потока воздуха цилиндра. Увеличение потока воздуха цилиндра, например, может запрашиваться во время резкого нажатия педали. Соответственно, на t1, может повышаться величина потока дросселя. Дополнительно, может повышаться соответствующая величина потока EGR. Поток EGR может увеличиваться (график 604) посредством приведения в действие клапана EGR в канале EGR. Однако может быть задержка от момента времени, когда приводится в действие клапан EGR, и моментом времени, в который повышенный поток дросселя и EGR достигается и принимается в цилиндре. Более точно, задержка при смешивании газов EGR с всасываемым воздухом для достижения требуемой величины/потока EGR и прибытием смешанного потока EGR в цилиндр может приводить к переходным процессам EGR, которые могут ухудшать коэффициент полезного действия двигателя на время переходного процесса. В материалах настоящей заявки дроссель может подвергаться переходному открыванию в большей, чем необходимо степени, и клапан EGR открываться соответствующим образом пропорционально дросселю, чтобы сохранять требуемую величину EGR в цилиндре. Как пояснено раньше, под переходным открыванием дросселя «в большей, чем необходимо, степени» подразумевается, что дроссель открывается в большей степени во время начальной реакции на запрос потока воздуха цилиндра, чем величина, с которой дроссель открывался бы для выдачи подобной требуемой величины потока цилиндра во время условий установившегося режима. Например, дроссель подвергается переходному открыванию на первую величину для создания первого потока 610 дросселя. Однако дроссель затем начинает закрываться до тех пор, пока не достигнут второй поток 612 дросселя. Второй поток 612 дросселя является потоком дросселя, используемым для создания требуемого потока воздуха цилиндра в условиях установившегося режима. Подобно потоку дросселя поток EGR может иметь первый поток 614 EGR, который пропорционален первому потоку 610 дросселя, и также может снижаться до тех пор, пока не достигнут второй поток 616 EGR. Посредством регулирования и координации потока дросселя и потока EGR требуемый поток воздуха цилиндра может выдаваться незамедлительно.

В t2, в ответ на снижение запрошенного потока воздуха цилиндра, поток EGR и поток дросселя могут уменьшаться. В одном из примеров снижение потока EGR и потока дросселя может запрашиваться во время отпускания педали. В материалах настоящей заявки, во время уменьшения потока EGR, поток дросселя также может немедленно уменьшаться (чтобы предоставлять возможность немедленного падения потока воздуха цилиндра), после чего величина потока дросселя может постепенно увеличиваться. Таким образом, требуемый поток воздуха цилиндра может быстро достигаться наряду с поддержание требуемой величины EGR в цилиндре. В t3, поток дросселя и поток EGR поддерживаются, чтобы выдавать требуемый поток воздуха цилиндра во время условий установившегося режима.

Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе, либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет настоящей изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к регулированию потока воздуха в цилиндр двигателя. Способ управления потоком воздуха в цилиндр (30) двигателя (10) включает распределение потока во впускной коллектор (44) между дросселем (62) и клапаном (142) EGR для выдачи требуемого потока воздуха цилиндра (30) при поддержании требуемой величины EGR в цилиндре (30), если предыдущий поток воздуха цилиндра (30) отличается от требуемого потока воздуха цилиндра (30). Также раскрыты варианты способа управления потоком воздуха в цилиндр двигателя. Технический результат заключается в улучшении приемистости транспортного средства, а также в улучшении экономии топлива и снижении выбросов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя, включающий:

если предыдущий поток воздуха цилиндра отличается от требуемого потока воздуха цилиндра, распределение потока во впускной коллектор между дросселем и клапаном EGR для выдачи требуемого потока воздуха цилиндра при поддержании требуемой величины EGR в цилиндре.

2. Способ по п. 1, в котором предыдущий поток воздуха цилиндра определяется во время постоянного коэффициента наполнения впускного коллектора.

3. Способ по п. 1, в котором предыдущий поток воздуха цилиндра определяется на основании модели наполнения впускного коллектора.

4. Способ по п. 3, в котором модель наполнения впускного коллектора основана на объеме впускного коллектора, давлении дросселя на дросселе, давлении EGR на клапане EGR, массе всасываемого воздуха, массе EGR и температуре двигателя.

5. Способ по п. 1, в котором распределение потока воздуха во впускной коллектор дополнительно включает распределение потока воздуха во впускном коллекторе на основании возмущений потока воздуха.

6. Способ по п. 5, в котором возмущения потока воздуха содержат одно или более из изменения положения распределительного вала, изменения противодавления отработавших газов и изменения положения клапана управления движением заряда.

7. Способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя, включающий:

во время увеличения требуемого потока воздуха цилиндра переходное открывание дросселя в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха при регулировании клапана EGR для поддержания величины EGR цилиндра даже во время переходного открывания дросселя.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий во время условий установившегося режима прогнозирование величины потока воздуха цилиндра на основании величин втекающего потока коллектора.

9. Способ по п. 8, в котором переходное открывание дросселя и регулирование клапана EGR дополнительно включает открывание дросселя и клапана EGR для того, чтобы допускать величину втекающего потока коллектора, который создает требуемый поток воздуха цилиндра.

10. Способ по п. 8, в котором прогнозирование величин воздуха цилиндра на основании величин втекающего потока коллектора дополнительно включает прогнозирование величин потока воздуха цилиндра на основании объема впускного коллектора, давления дросселя на дросселе, давления EGR на клапане EGR, массы всасываемого воздуха, массы EGR и температуры двигателя.

11. Способ по п. 7, в котором регулирование клапана EGR включает открывание клапана EGR в большей степени, чем необходимо во время переходного открывания дросселя.

12. Способ по п. 7, в котором регулирование клапана EGR включает открывание клапана EGR в соответствии с переходным открыванием дросселя.

13. Способ по п. 7, в котором переходное открывание дросселя включает открывание дросселя на величину, соответствующую регулированию клапана EGR.

14. Способ по п. 7, дополнительно включающий во время уменьшения требуемого потока воздуха переходное закрывание дросселя в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха при регулировании клапана EGR для поддержания величины EGR цилиндра даже во время переходного закрывания дросселя.

15. Способ управления потоком воздуха в цилиндр двигателя, включающий:

прогнозирование требуемого потока воздуха цилиндра на основании предыдущего потока воздуха цилиндра и запроса крутящего момента;

если требуемый поток воздуха цилиндра является большим, чем предыдущий поток воздуха цилиндра, выдачу дополнительного потока воздуха во впускной коллектор, присоединенный к цилиндру; и

распределение дополнительного потока воздуха во впускной коллектор между дросселем и клапаном EGR для поддержания требуемой доли EGR в потоке воздуха из впускного коллектора.

16. Способ по п. 15, в котором выдача дополнительного потока воздуха во впускной коллектор дополнительно включает определение величины компенсации воздуха на основании требуемого потока воздуха цилиндра и предыдущего потока воздуха цилиндра и открывание дросселя и клапана EGR для того, чтобы допускать требуемый поток воздуха и величину компенсации воздуха.

17. Способ по п. 15, в котором распределение дополнительного потока воздуха между дросселем и клапаном EGR дополнительно включает переходное открывание дросселя и клапана EGR в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха цилиндра.

18. Способ по п. 15, дополнительно включающий, если требуемый поток воздуха цилиндра является меньшим, чем предыдущий поток воздуха цилиндра, уменьшение потока воздуха во впускной коллектор.

19. Способ по п. 18, в котором уменьшение потока воздуха во впускной коллектор дополнительно включает переходное закрывание дросселя и клапана EGR в большей степени, чем необходимо для обеспечения требуемого потока воздуха цилиндра.

20. Способ по п. 15, в котором требуемый поток воздуха цилиндра дополнительно прогнозируется на основании объема впускного коллектора, давления дросселя на дросселе, давления EGR на клапане EGR, массы всасываемого воздуха, массы EGR и температуры двигателя.