СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2018 года по МПК F02D9/02 F02D23/00 F02D41/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к управлению дросселями отверстия двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Производительность и эффективность двигателя могут быть улучшены посредством комбинирования центрального дросселя с дросселями отверстия. Центральный дроссель регулирует поток воздуха в множество цилиндров, при этом каждый дроссель отверстия регулирует поток воздуха в отдельный цилиндр. В одном из примеров, центральный дроссель может быть расположен в системе впуска воздуха двигателя выше по потоку от воздушного впускного коллектора двигателя, который направляет воздух из центрального дросселя в цилиндры двигателя. Направляющие впускного коллектора направляют воздух из впускного коллектора во впускные отверстия цилиндров. Дроссель отверстия, расположенный в пределах каждого впускного отверстия цилиндра или, в качестве альтернативы, в пределах каждой направляющей впускного коллектора, регулирует поток воздуха в отдельный цилиндр двигателя. Однако нарушение распределения заряда цилиндров между цилиндрами двигателя может происходить на более низких нагрузках двигателя, когда центральный дроссель комбинируется с дросселями отверстия.

Центральный дроссель и дроссели отверстия также могут комбинироваться с турбонагнетателем, чтобы улучшать выходной крутящий момент двигателя. Однако, запаздывание турбонагнетателя (например, задержанное время реакции) может возникать в системах с центральным дросселем и дросселями отверстия вследствие увеличенного времени наполнения впускного коллектора и/или установки в требуемое положение дросселя, которое может улучшать работу двигателя в установившемся состоянии, но которое также может снижать кратковременную производительность двигателя.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретатели в материалах настоящей заявки выявили вышеупомянутые ограничения и разработали способ эксплуатации двигателя, содержащего центральный дроссель, множество дросселей отверстия, датчик воздушного потока и соответственно функционально соединенный с ними контроллер, причем способ включает в себя этапы, на которых:

измеряют поток воздуха, доставляемого к двигателю, посредством датчика воздушного потока;

определяют, является ли разность распределения потока между множеством дросселей отверстия большей, чем пороговая разность распределения потока, и если измеренный поток воздуха двигателя меньше, чем пороговый поток воздуха через контроллер; то

повышают величину открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия при снижении величины открывания центрального дросселя, в ответ на определение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством скорости вращения двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством датчика кислорода выхлопных газов.

В одном из вариантов предложен способ, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством давления во впускном коллекторе и положения дросселя отверстия.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых обеспечивают работу двигателя с падением давления на одном из множества дросселей отверстия, которое является большим, чем падение давления на центральном дросселе, в ответ на разность распределения потока между множеством дросселей отверстия, меньшую, чем пороговая разность распределения потока.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых не повышают величину открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия и не снижают величину открывания центрального дросселя для заданного числа событий сгорания после останова двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством давления во впускном коллекторе и положения по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия.

В одном из дополнительных аспектов предложен способ эксплуатации двигателя, содержащего центральный дроссель, множество дросселей отверстия, турбины со скоростью вращения турбины и соответственно функционально соединенный с ними контроллер, причем способ включает в себя этапы, на которых:

в первом режиме, при первой скорости вращения двигателя и первом запросе крутящего момента, регулируют положение центрального дросселя и регулируют положение по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, в ответ на скорость вращения турбины, меньшую, чем пороговое значение, определяемое контроллером;

во втором режиме, при первой скорости вращения двигателя и первом запросе крутящего момента, регулируют положение центрального дросселя и положение по меньшей мере одного- из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины, большую, чем пороговое значение, определяемое контроллером.

В одном из вариантов предложен способ, в котором первая скорость вращения двигателя и первый запрос крутящего момента являются меньшими, чем пороговая скорость вращения двигателя и пороговый запрос крутящего момента.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором повышают величину открывания по меньшей мере одного из дросселей отверстия и снижают величину открывания центрального дросселя в ответ на определение контроллером разности распределения потока между множеством дросселей отверстия, большей, чем пороговая разность распределения потока, и измеренный поток воздуха двигателя, меньший, чем пороговый поток воздуха.

В одном из вариантов предложен способ, в котором большее падение давления на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, возникает во время такта впуска цилиндра двигателя, питаемого воздухом через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия.

В одном из вариантов предложен способ, в котором большее падение давления на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, возникает во время такта впуска цилиндра двигателя, питаемого воздухом через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия.

В одном из вариантов предложен способ, в котором центральный дроссель расположен в воздушном впускном тракте воздуха двигателя выше по потоку от множества дросселей отверстия.

В одном из дополнительных аспектов предложена система управления двигателем, содержащая:

двигатель, турбонагнетатель, центральный дроссель и множество дросселей отверстия; и

контроллер, содержащий исполняемые команды, хранимые в постоянной памяти, для приведения в действие центрального дросселя и множества дросселей отверстия в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для регулирования центрального дросселя и по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, во время первого такта впуска цилиндра двигателя, принимающего воздух через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя, являющуюся меньшей, чем пороговое значение.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для приведения в действие центрального дросселя и по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, во время второго такта впуска цилиндра, принимающего воздух через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя, большую, чем пороговое значение.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для увеличения величины открывания центрального дросселя и увеличения величины открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия в ответ на определение посредством контроллера разности распределения потока между множеством дросселей отверстия, большей, чем пороговое значение.

В одном из вариантов предложена система, в которой дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, повышают величину открывания каждого из множества дросселей отверстия в ответ на разность распределения потока, большую, чем пороговое значение.

В одном из вариантов предложена система, в которой дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, повышают величину закрывания каждого из множества дросселей отверстия в ответ на разность распределения потока, меньшую, чем пороговое значение.

Посредством повышения величины открывания дросселя отверстия и снижения величины открывания центрального дросселя, может быть возможным улучшать распределение заряда между цилиндрами двигателя. В частности, использование дросселей отверстия для регулирования потока воздуха цилиндра может уменьшаться при условиях, когда небольшие изменения угла дросселя отверстия могут обладать большим влиянием на заряд цилиндра. Взамен, поток в цилиндр может регулироваться посредством центрального дросселя. Таким образом, вероятность нарушения распределения цилиндров может быть уменьшена. Дополнительно, величина открывания центрального дросселя может повышаться при снижении величины открывания дросселя отверстия, чтобы предоставлять впускному коллектору возможность наполняться воздухом, чтобы турбонагнетатель, присоединенный к двигателю, раскручивался быстрее, когда дроссели отверстия открываются в ответ на повышенное требование акселератора.

Настоящее изобретение может давать несколько преимуществ. Более точно, подход может давать улучшенное время кратковременной реакции крутящего момента. Кроме того, подход может обеспечивать улучшенное управление топливно-воздушной смесью цилиндра на более низких нагрузках двигателя, тем самым, улучшая выбросы двигателя. Кроме того еще, отчасти подход может применяться к безнаддувным двигателям.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего изобретения будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать 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 исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя;

Фиг. 2 показывает примерную графическую схему рабочих режимов двигателя;

Фиг. 3 показывает моделированный пример рабочей последовательности двигателя; и

Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций примерного способа работы двигателя.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение имеет отношение к управлению дросселями отверстия двигателя, как показанного в примере по фиг. 1. В одном из примеров, центральный дроссель и дроссели отверстия регулируются совместно, чтобы обеспечивать улучшенную работу двигателя на низких нагрузках двигателя и улучшенный отклик крутящего момента двигателя. Центральный дроссель и дроссели отверстия могут управляться согласно способу по фиг. 4 и графической схеме двигателя по фиг. 2, чтобы обеспечивать рабочую последовательность, проиллюстрированную на фиг. 3.

Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Топливная форсунка 66 выдает жидкое топливо пропорционально длительности импульса, выдаваемой контроллером 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), содержащий топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана).

Впускной коллектор 44 подвергается подаче воздуха компрессором 162. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая присоединена к валу 161, тем самым, приводя в движение компрессор 162. В некоторых примерах, перепускной канал включен в состав, так что выхлопные газы могут обходить турбину 164 при выбранных условиях работы. Кроме того, перепускной канал компрессора может быть предусмотрен в некоторых примерах, чтобы ограничивать давление, выдаваемое компрессором 162.

В дополнение, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с центральным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха из воздухозаборника 42 двигателя. Центральный дроссель 62 может быть с электроприводом. Дроссель 83 отверстия управляет потоком воздуха в цилиндр 30 посредством сужения или открывания впускного отверстия 81. В двигателях с множеством цилиндров, множество управляемых по отдельности дросселей отверстия может быть предусмотрено, чтобы дроссель отверстия первого цилиндра мог устанавливаться иным образом от дросселей отверстия другого цилиндра.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 выхлопных газов. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Нейтрализатор 70 выхлопных газов, в одном из примеров, включает в себя многочисленные брикеты катализатора. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Нейтрализатор 70 выхлопных газов, в одном из примеров, может быть катализатором трехкомпонентного типа.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых примерах, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время работы, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, показана примерная графическая схема рабочих режимов двигателя. Графическая схема включает в себя отмеченную по оси X скорость вращения двигателя и отмеченное по оси Y среднее эффективное давление торможения (BMEP). BMEP возрастает в направлении стрелки оси Y. Скорость вращения двигателя возрастает в направлении стрелки оси X.

Область A показана в качестве заштрихованной зоны, которая лежит ниже кривой 206. Область A является областью низких нагрузок двигателя, при которых нарушение распределения потока воздуха между цилиндрами двигателя может происходить, когда дроссели отверстия открыты на малую величину, чтобы ограничивать заряд воздуха цилиндра. Нарушение распределения может происходить вследствие расхождений зазоров между дросселями отверстия и впускными отверстиями или другими допусками, такими как небольшие различия угла дросселя отверстия. Поэтому, в области A, дроссели отверстия открыты до степени, в которой большее падение давления происходит на центральном дросселе, чем на дросселе отверстия, во время такта впуска цилиндра, принимающего воздух через дроссель отверстия.

Область B - незаштрихованная зона, которая лежит над кривой 206 и между кривыми 202 и 204. Область B является областью средних скоростей вращения и нагрузки двигателя, которая продолжается до более высоких нагрузок двигателя и более низких скоростей вращения двигателя. В области B, дроссели отверстия открыты до степени, где меньшее падение давления происходит на центральном дросселе, чем дросселе отверстия, во время такта впуска цилиндра, принимающего воздух через дроссель отверстия. Такое регулирование дросселя предусматривает более низкую работу накачки двигателя и улучшенный кратковременный отклик двигателя, поскольку давление во впускном коллекторе повышается до или выше атмосферного давления. Область B может увеличиваться или уменьшаться по размеру посредством регулирования кривой 204, чтобы расширялась до местоположений кривых 204a или 204b в ответ на скорость вращения турбины компрессора. В частности, кривая 204 может расширяться до положения кривой 204b при условиях, в которых скорость вращения турбины является более высокой, так что давление во впускном коллекторе может снижаться, и/или чтобы падение давления на дросселе отверстия уменьшалось относительно падения давления на центральном дросселе во время такта впуска цилиндра, принимающего воздух через дроссель отверстия. Кривая 204 может расширяться до положения кривой 204a при условиях, в которых скорость вращения турбины находится ниже, чем скорость вращения турбины, которая является основанием для кривой 204b. Когда скорость вращения турбины находится ниже, чем скорости вращения турбины для кривых 204a и 204b, область B расширяется до кривой 204, на которой падение давление на дросселях отверстия уменьшено относительно падения давления на центральном дросселе во время такта впуска цилиндра, принимающего воздух через дроссель отверстия, по сравнению с кривыми 204a и 204b. Таким образом, может быть обеспечена работа двигателя на более высоком давлении во впускном коллекторе в области B посредством увеличения падения давления на дросселях отверстия, так что количество воздуха, вводимого в цилиндр, может увеличиваться за короткий период времени. Давление воздуха в цилиндре может повышаться быстрее, так как меньшее наполнение впускного коллектора необходимо для повышения давления в цилиндре.

Область C показана в качестве заштрихованной зоны, которая лежит ниже кривой 202 и выше кривой 204. Область C является областью высоких скоростей вращения и нагрузки двигателя, при которых дроссели отверстия открыты на большую величину, чтобы предоставлять возможность повышенного потока воздуха в цилиндры. Поток воздуха в цилиндры двигателя управляется посредством центрального дросселя. В частности, дроссель отверстия открывается до степени, в которой большее падение давления происходит на центральном дросселе, чем на дросселе отверстия.

Далее, со ссылкой на фиг. 3, показаны моделированные примерные временные зависимости работы двигателя. Зависимость по фиг. 3 может быть обеспечена системой по фиг. 1, исполняющей способ по фиг. 4.

Первый график сверху по фиг. 3 представляет собой скорость вращения двигателя в зависимости от времени. Ось Y представляет скорость вращения двигателя, и скорость вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Второй график сверху по фиг. 3 представляет скорость вращения турбины турбонагнетателя в зависимости от времени. Ось Y представляет скорость вращения турбины турбонагнетателя, и скорость вращения турбины турбонагнетателя возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 302 представляет пороговую скорость вращения турбины, на которой может делаться вывод, что турбина раскручена до уровня, на котором воздух может быть обеспечен в двигатель с требуемым расходом, чтобы было малое время запаздывания турбонагнетателя.

Третий график сверху по фиг. 3 представляет среднее эффективное давление торможения (BMEP) цилиндра в зависимости от времени. Ось Y представляет BMEP, и BMEP возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 304 представляет пороговое BMEP или нагрузку цилиндра, на которой может делаться вывод, что требуется иметь большее падение давления на центральном дросселе, чем на дросселе отверстия для уменьшения нарушения распределения цилиндров.

Четвертый график сверху по фиг. 3 представляет нарушение распределения потока цилиндров двигателя между двумя цилиндрами двигателя. Ось Y представляет нарушение распределения потока цилиндров двигателя, и нарушение распределения потока цилиндров двигателя возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 306 представляет предельное значение порогового нарушения распределения потока цилиндров.

Пятый график сверху по фиг. 3 представляет положение центрального дросселя в зависимости от времени. Ось Y представляет положение центрального дросселя, и величина открывания центрального дросселя возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Шестой график сверху по фиг. 3 представляет положение дросселя отверстия в зависимости от времени. Ось Y представляет положение дросселя отверстия, и величина открывания дросселя отверстия возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

В момент T₀ времени, скорость вращения двигателя находится на среднем уровне, и скорость вращения турбины является большей, чем скорость вращения, которая дает требуемый крутящий момент двигателя в ответ на повышенный запрос крутящего момента двигателя. BMEP цилиндра также находится на среднем уровне, и нарушение распределения потока цилиндров находится на низком уровне. Центральный дроссель открывается на относительно большую величину, а дроссель отверстия открывается до среднего уровня.

В момент T₁ времени, нагрузка двигателя начинает возрастать, как указано повышением BMEP цилиндра. Скорость вращения двигателя также возрастает по мере того, как увеличивается нагрузка двигателя. Скорость вращения турбины также возрастает по мере того, как возрастает скорость потока выхлопных газов двигателя. Положение центрального дросселя начинает закрываться, а дроссель отверстия начинает открываться. Открывание дросселя отверстия увеличивает поток воздуха цилиндра, а закрывание центрального дросселя уменьшает давление во впускном коллекторе, так что цилиндр может по меньшей мере частично осуществлять дросселирование посредством центрального дросселя.

Между моментом T₁ времени и моментом T₂ времени, нагрузка двигателя продолжает возрастать, и величина открывания дросселя отверстия продолжает увеличиваться с увеличением нагрузки двигателя. Величина открывания центрального дросселя уменьшается до уровня, на котором поток через центральный дроссель и дроссель отверстия дает требуемый уровень крутящего момента двигателя, когда топливо объединяется с воздухом, поступающим в цилиндр. Скорость вращения двигателя и скорость вращения турбины также возрастают наряду с тем, что нарушение распределения потока цилиндров остается на низком уровне.

В момент T₂ времени, нагрузка двигателя уменьшается, как указано снижением BMEP. Скорость вращения двигателя также убывает, и нарушение распределения цилиндров находится на более низком уровне. Скорость вращения турбины остается на высоком уровне, но она начинает убывать по мере того, как убывает поток выхлопных газов, с более низкими скоростью вращения и нагрузкой двигателя. Дроссели отверстия закрываются для снижения потока воздуха цилиндра в ответ на более низкую нагрузку двигателя, и величина открывания центрального дросселя повышается.

Между моментом T₂ времени и моментом T₃ времени, нагрузка двигателя повышается, и BMEP цилиндра и скорость вращения двигателя увеличиваются в ответ на возрастание нагрузки двигателя. Скорость вращения турбины также повышается, и нарушение потока цилиндров находится на более низком уровне. Центральный дроссель частично закрывается, а величина открывания дросселя отверстия возрастает.

В момент T₃ времени, есть более существенное снижение нагрузки двигателя. BMEP цилиндра падает с повышенной скоростью, и скорость вращения двигателя уменьшается со снижением BMEP. Скорость вращения турбины начинает замедляться с понижением BMEP. Дроссель отверстия частично закрывается для уменьшения потока воздуха цилиндра, и величина открывания центрального дросселя повышается на небольшую величину.

В момент T₄ времени, величина открывания дросселя отверстия была уменьшена до уровня, на котором распределение потока между цилиндрами может повышаться до уровня, большего, чем пороговое значение 306 распределения потока цилиндров, как показано кривой нарушения распределения потока цилиндров. Кроме того, падение давления на дросселе отверстия является большим, чем падение давления на центральном дросселе, во время такта впуска цилиндра, принимающего воздух через дроссель отверстия. Уровень нарушения распределения потока цилиндра может логически выводиться на основании давления во впускном коллекторе и положения дросселя отверстия. В одном из примеров, нарушение потока цилиндров, большее, чем пороговый уровень, логически выводится, когда давление во впускном коллекторе является большим, чем пороговое давление, когда дроссель отверстия открыт на менее, чем пороговый уровень. Дроссель отверстия открывается, а центральный дроссель закрывается в ответ на нарушение распределения цилиндров, превышающее пороговый уровень, на котором уровень нарушения распределения оценивается посредством положения дросселя отверстия и давления во впускном коллекторе.

В момент T₅ времени, двигатель достигает скоростей вращения холостого хода, и BMEP цилиндра возрастает на небольшую величину. Кроме того, нарушение распределения потока цилиндров уменьшается по мере того, как величина открывания дросселя отверстия повышается, а величина открывания центрального дросселя снижается. Повышение величины открывания дросселя отверстия уменьшает падение давления на дросселе отверстия до уровня, меньшего, чем падение давления на центральном дросселе. Скорость вращения турбины продолжает убывать, но остается выше пороговой скорости 302 вращения турбины, на которой может ожидаться требуемый отклик крутящего момента двигателя.

В момент T₆ времени, двигатель находится на скорости вращения холостого хода, и скорость вращения турбины падает ниже пороговой скорости 302 вращения турбины. Величина открывания центрального дросселя повышается, а величина открывания дросселя отверстия снижается. Открывание центрального дросселя и частичное закрывание дросселя отверстия увеличивают падение давления на дросселе отверстия до уровня, большего, чем падение давления на центральном дросселе. Давление во впускном коллекторе также повышается, так что воздух имеется в распоряжении, если запрошено увеличение крутящего момента двигателя. Нарушение распределения потока цилиндров остается на более низком уровне, в то время как дроссель отверстия частично закрыт, а величина открывания центрального дросселя повышается.

В момент T₇ времени, нагрузка двигателя увеличивается, и BMEP цилиндра повышается с требуемой скоростью, поскольку воздух имеется в распоряжении у цилиндров двигателя без вынуждения наполнять впускной коллектор. Скорость вращения двигателя и скорость вращения турбины возрастают с повышением BMEP. Величина открывания дросселя отверстия повышается для увеличения потока воздуха цилиндра, а положение центрального дросселя снижается до некоторой степени, чтобы обеспечивалась требуемая нагрузка двигателя.

Между моментом T₇ времени и концом графика, скорость вращения турбины возрастает до уровня выше пороговой скорости 302 вращения турбины, и нарушение распределения потока цилиндров остается на более низком уровне. Величина открывания центрального дросселя также возрастает, чтобы выдавать требуемый уровень крутящего момента двигателя.

Таким образом, центральный дроссель и дроссели отверстия могут регулироваться, чтобы обеспечивать улучшенные отклики крутящего момента и уменьшать задержку турбонагнетателя. Кроме того, дроссели отверстия могут регулироваться в ответ на нарушение распределения цилиндров для улучшения управления топливно-воздушным соотношением двигателя и для обеспечения более равномерной выработки крутящего момента на более низких скоростях вращения двигателя.

Далее, со ссылкой на фиг. 4, показана блок-схема последовательности операций примерного способа работы двигателя. Способ по фиг. 4 может храниться в качестве выполняемых команд в постоянной памяти контроллера 12 в системе по фиг. 1. В некоторых примерах, способ по фиг. 4 может не выполняться в течение заданного количества событий сгорания или времени после останова двигателя, так что положения дросселя не реагируют на начальные условия.

На этапе 402 способа 400 определяют условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут представлять собой, но не в качестве ограничения, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, запрос крутящего момента двигателя, давление во впускном коллекторе, скорость вращения турбины и нарушение распределения потока цилиндров. Способ 400 переходит на этап 404 после того, как определены условия работы двигателя.

На этапе 404 способа 400 оценивают, находятся скорость вращения и нагрузка двигателя в пределах диапазона скоростей вращения и нагрузки или нет. В некоторых вариантах осуществления, нагрузка двигателя может определяться в качестве отношения пропускной способности цилиндра по воздуху к количеству воздуха в цилиндре. В других примерах, BMEP может использоваться в качестве заместителя для нагрузки двигателя. В одном из примеров, скорость вращения и нагрузка двигателя могут находиться в пределах первого диапазона скоростей вращения и нагрузки двигателя, при которых обеспечивают работу двигателя в диапазоне, подобном области A по фиг. 2. Если по способу 400 делают вывод, что скорость вращения и нагрузка двигателя находятся в пределах первого диапазона, и ответом является «да», то способ 400 переходит на этап 420. Иначе, если ответом является «нет», то способ 400 переходит на этап 406.

На этапе 420 способа 400 оценивают, является распределение воздушного потока двигателя между дросселями отверстия (или цилиндрами двигателя) большим, чем пороговый уровень, или нет. Если есть разность потока между цилиндрами, которая является большей, чем пороговый уровень, и ответом является «да», то способ 400 переходит на этап 422. Иначе, если ответом является «нет», то способ 400 переходит на этап 428.

Следует отметить, что распределение потока между цилиндрами двигателя может оцениваться посредством давления во впускном коллекторе и положения дросселя отверстия посредством определенных опытным путем значений потока цилиндра, хранимых в таблице в памяти. Таблица может индексироваться посредством давления во впускном коллекторе и положения дросселя отверстия. В качестве альтернативы, нарушение распределения цилиндров может оцениваться посредством выходного сигнала датчика кислорода посредством считывания расхождений концентраций кислорода выхлопных газов, выбрасываемых из цилиндров двигателя. Чем больше разность кислорода в выхлопных газах, выбрасываемых из цилиндров двигателя, тем больше разность распределения потока. В еще одном другом примере, распределение потока между цилиндрами двигателя может оцениваться посредством скоростей вращения двигателя. В частности, сравнивается перепад скоростей вращения двигателя между цилиндрами после сгорания в цилиндрах. Перепад скоростей вращения двигателя после сгорания является признаком уровня нарушения распределения потока цилиндров. В еще одном другом примере, нарушение распределения потока цилиндров может определяться посредством преобразователя давления в цилиндре. Цилиндры, имеющие избыточное количество воздуха вследствие расхождений распределения потока, могут сжигать обедненную смесь в цилиндре и уменьшать крутящий момент цилиндра. Если перепад давлений между цилиндрами превышает пороговый уровень, может оцениваться, что разность распределения потока между цилиндрами двигателя превысила пороговое значение.

На этапе 422 способа 400 регулируют положение центрального дросселя и положение дросселя отверстия, так что падение давления на дросселе отверстия во время такта впуска цилиндра, вводящего воздух через дроссель отверстия, является меньшим, чем падение давления на центральном дросселе во время такта впуска. Однако, в некоторых примерах, величина открывания дросселя отверстия может повышаться, и величина закрывания центрального дросселя повышаться в ответ на повышение нарушения распределения между цилиндрами двигателя. Таким образом, поток в цилиндры двигателя становится находящимся под меньшим влиянием дросселей отверстия и под большим влиянием центрального дросселя. Комбинация регулировок дросселя отверстия и центрального дросселя также предусматривают требуемый уровень воздуха в цилиндре, который соответствует количеству воздуха для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя. Способ 400 переходит на выход после того, как отрегулированы центральный дроссель и дроссель отверстия.

На этапе 428 способа 400 регулируют положение центрального дросселя и положение дросселя отверстия, так что падение давления на дросселе отверстия во время такта впуска цилиндра, вводящего воздух через дроссель отверстия, является большим, чем падение давления на центральном дросселе во время такта впуска. Однако, в некоторых примерах, величина закрывания дросселя отверстия может повышаться, и величина открывания центрального дросселя повышаться в ответ на снижение нарушения распределения между цилиндрами двигателя. Таким образом, поток в цилиндры двигателя становится находящимся под меньшим влиянием центрального дросселя и под большим влиянием дросселей отверстия. Комбинация регулировок дросселя отверстия и центрального дросселя также предусматривают требуемый уровень воздуха в цилиндре, который соответствует количеству воздуха для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя. Способ 400 переходит на выход после того, как отрегулированы центральный дроссель и дроссель отверстия.

На этапе 406 способа 400 оценивают, находятся скорость вращения и нагрузка двигателя в пределах второго диапазона или нет. В одном из примеров, второй диапазон скоростей вращения и нагрузки двигателя может быть подобным диапазону скоростей вращения и нагрузки, показанному в качестве области В на фиг. 2. Если по способу 4 00 делают вывод, что скорость вращения и нагрузка двигателя находятся в пределах второго диапазона, и ответом является «да», то способ 400 переходит на этап 408. Иначе, если ответом является «нет», то способ 400 переходит на этап 410.

На этапе 408 способа 400 оценивают, является скорость вращения турбины турбонагнетателя, меньшей, чем пороговая скорость вращения или нет. Пороговая скорость вращения турбины транспортного средства может меняться в зависимости от применения и условий работы. В одном из примеров, пороговая скорость вращения турбины является скоростью вращения турбины, выше которой может ожидаться, что может быть обеспечен требуемый крутящий момент двигателя. Если сделан вывод, что скорость вращения турбины является меньшей, чем пороговая скорость вращения, и ответом является «да», то способ 400 переходит на этап 416. Иначе, если ответом является «нет», и способ 400 переходит на этап 410.

На этапе 410 способа 400 регулируют положение центрального дросселя и положение дросселя отверстия, так что падение давления на дросселе отверстия во время такта впуска цилиндра, вводящего воздух через дроссель отверстия, является меньшим, чем падение давления на центральном дросселе во время такта впуска. Однако, в некоторых примерах, величина открывания дросселя отверстия может повышаться, и величина закрывания центрального дросселя повышаться в ответ на повышение нарушения распределения между цилиндрами двигателя. Таким образом, давление во впускном коллекторе может понижаться, а требуемый отклик крутящего момента обеспечиваться после того, как скорость вращения турбины находится на более высоком уровне, который дает возможность быстрого отклика крутящего момента. Кроме того, открывание дросселя отверстия может уменьшать работу накачки двигателя на более высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя. Регулировки дросселя отверстия и центрального дросселя также предусматривают требуемый уровень воздуха в цилиндре, который соответствует количеству воздуха для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя. Способ 4 00 переходит на выход после того, как отрегулированы центральный дроссель и дроссель отверстия.

На этапе 416 способа 400 регулируют положение центрального дросселя и положение дросселя отверстия, так что падениедавления на дросселе отверстия во время такта впуска цилиндра, вводящего воздух через дроссель отверстия, является большим, чем падение давления на центральном дросселе во время такта впуска. Однако, в некоторых примерах, величина закрывания дросселя отверстия может повышаться, и величина открывания центрального дросселя повышаться в ответ на скорость вращения турбины. Таким образом, давление во впускном коллекторе может подниматься, чтобы воздух имелся в распоряжении у цилиндров двигателя с более быстрой скоростью, чем если бы давление во впускном коллекторе было на более низком уровне. Комбинация регулировок дросселя отверстия и центрального дросселя также предусматривают требуемый уровень воздуха в цилиндре, который соответствует количеству воздуха для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя. Способ 400 переходит на выход после того, как отрегулированы центральный дроссель и дроссель отверстия.

Таким образом, способ по фиг. 4 предусматривает регулирование центрального дросселя и дросселей отверстия, чтобы обеспечивать улучшенный кратковременный отклик крутящего момента и уменьшенную вероятность нарушения распределения от цилиндра к цилиндру (например, расхождений количества воздуха от цилиндра к цилиндру во время цикла двигателя). Как результат, производительность и выбросы двигателя могут по меньшей мере частично улучшаться.

Следует принимать во внимание рядовым специалистам в данной области техники, способ, описанный на фиг. 4, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовому специалисту в данной области техники следует понимать, что одни или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

На этом описание завершено. Однако, после его прочтения специалистам в данной области техники будут очевидны многие изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее изобретение для получения преимуществ.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации предназначен для двигателя (10), содержащего центральный дроссель (62), множество дросселей (83) отверстия, датчик (122) воздушного потока и функционально соединенный с ними контроллер (12). Способ заключается в том, что измеряют поток воздуха, доставляемого к двигателю (10), посредством датчика (122) воздушного потока. Определяют, является ли разность распределения потока между множеством дросселей (83) отверстия большей, чем пороговая разность распределения потока. Если измеренный поток воздуха двигателя меньше, чем пороговый поток воздуха через контроллер (12), то повышают величину открывания по меньшей мере одного из множества дросселей (83) отверстия при снижении величины открывания центрального дросселя (62) в ответ на определение. Раскрыты способ эксплуатации двигателя и система управления двигателем. Технический результат заключается в снижении времени наполнения впускного коллектора двигателя. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ эксплуатации двигателя, содержащего центральный дроссель, множество дросселей отверстия, датчик воздушного потока и соответственно функционально соединенный с ними контроллер, причем способ включает в себя этапы, на которых:

измеряют поток воздуха, доставляемого к двигателю, посредством датчика воздушного потока;

определяют, является ли разность распределения потока между множеством дросселей отверстия большей, чем пороговая разность распределения потока, и если измеренный поток воздуха двигателя меньше, чем пороговый поток воздуха через контроллер; то

повышают величину открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия при снижении величины открывания центрального дросселя в ответ на определение.

2. Способ по п. 1, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством скорости вращения двигателя.

3. Способ по п. 1, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством датчика кислорода выхлопных газов.

4. Способ по п. 1, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством давления во впускном коллекторе и положения дросселя отверстия.

5. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этапы, на которых обеспечивают работу двигателя с падением давления на одном из множества дросселей отверстия, которое является большим, чем падение давления на центральном дросселе, в ответ на разность распределения потока между множеством дросселей отверстия, меньшую, чем пороговая разность распределения потока.

6. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этапы, на которых не повышают величину открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия и не снижают величину открывания центрального дросселя для заданного числа событий сгорания после останова двигателя.

7. Способ по п. 1, в котором разность распределения потока между множеством дросселей отверстия оценивают посредством давления во впускном коллекторе и положения по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия.

8. Способ эксплуатации двигателя, содержащего центральный дроссель, множество дросселей отверстия, турбины со скоростью вращения турбины и соответственно функционально соединенный с ними контроллер, причем способ включает в себя этапы, на которых:

в первом режиме, при первой скорости вращения двигателя и первом запросе крутящего момента, регулируют положение центрального дросселя и регулируют положение по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, в ответ на скорость вращения турбины, меньшую, чем пороговое значение, определяемое контроллером;

во втором режиме, при первой скорости вращения двигателя и первом запросе крутящего момента, регулируют положение центрального дросселя и положение по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины, большую, чем пороговое значение, определяемое контроллером.

9. Способ по п. 8, в котором первая скорость вращения двигателя и первый запрос крутящего момента являются меньшими, чем пороговая скорость вращения двигателя и пороговый запрос крутящего момента.

10. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя этап, на котором повышают величину открывания по меньшей мере одного из дросселей отверстия и снижают величину открывания центрального дросселя в ответ на определение контроллером разности распределения потока между множеством дросселей отверстия, большей, чем пороговая разность распределения потока, и измеренный поток воздуха двигателя, меньший, чем пороговый поток воздуха.

11. Способ по п. 8, в котором большее падение давления на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, возникает во время такта впуска цилиндра двигателя, питаемого воздухом через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия.

12. Способ по п. 8, в котором большее падение давления на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, возникает во время такта впуска цилиндра двигателя, питаемого воздухом через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия.

13. Способ по п. 8, в котором центральный дроссель расположен в воздушном впускном тракте воздуха двигателя выше по потоку от множества дросселей отверстия.

14. Система управления двигателем, содержащая:

двигатель, турбонагнетатель, центральный дроссель и множество дросселей отверстия; и

контроллер, содержащий исполняемые команды, хранимые в постоянной памяти, для приведения в действие центрального дросселя и множества дросселей отверстия в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя.

15. Система по п. 14, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для регулирования центрального дросселя и по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, чем на центральном дросселе, во время первого такта впуска цилиндра двигателя, принимающего воздух через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя, являющуюся меньшей, чем пороговое значение.

16. Система по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для приведения в действие центрального дросселя и по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия, чтобы большее падение давления возникало на центральном дросселе, чем на по меньшей мере одном из множества дросселей отверстия, во время второго такта впуска цилиндра, принимающего воздух через по меньшей мере один из множества дросселей отверстия, в ответ на скорость вращения турбины турбонагнетателя, большую, чем пороговое значение.

17. Система по п. 14, дополнительно содержащая дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, для увеличения величины открывания центрального дросселя и увеличения величины открывания по меньшей мере одного из множества дросселей отверстия в ответ на определение посредством контроллера разности распределения потока между множеством дросселей отверстия, большей, чем пороговое значение.

18. Система по п. 17, в которой дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, повышают величину открывания каждого из множества дросселей отверстия в ответ на разность распределения потока, большую, чем пороговое значение.

19. Система по п. 18, в которой дополнительные команды, хранимые в постоянной памяти, повышают величину закрывания каждого из множества дросселей отверстия в ответ на разность распределения потока, меньшую, чем пороговое значение.