УПРАВЛЕНИЕ ДЕКОМПРЕССИОННЫМ ТОРМОЗОМ Российский патент 2018 года по МПК F02B37/22 F02B37/24 F02D9/06 F02D41/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к управлению декомпрессионным торможением в двигателе и, в частности, хотя не исключительно, к способу и системе для управления декомпрессионным тормозом в двигателе внутреннего сгорания, содержащем турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины, устройству управления декомпрессионным тормозом для использования в такой системе и компьютерному программному продукту, использующему такой способ.

Уровень техники

В двигателе внутреннего сгорания (internal combustion (IC)), имеющем тип турбокомпрессора с изменяемой геометрией турбины (variable turbine geometry (VTG)), сопротивлением турбины и энергией; подаваемой турбиной к компрессору, можно управлять с помощью регулирования проходного сечения на впуске турбины. При использовании турбины с изменяемой геометрией регулировка проходного сечения может быть достигнута за счет поворота турбинных лопаток в определенное положение или перемещения подвижной стенки в турбине в определенное положение. Регулирование турбины с изменяемой геометрией оказывает прямое влияние на давление во впускном и выпускном коллекторах. Мощность торможения декомпрессионного тормоза в двигателе внутреннего сгорания зависит от давления газа во впускном и выпускном коллекторах, так что регулирование проходного сечения турбины с изменяемой геометрией обеспечивает возможность управления мощностью торможения. В частности, изменение проходного сечения турбины с изменяемой геометрией обеспечивает регулирование мощности торможения.

Однако во время работы декомпрессионного тормоза соотношение между, например, положением лопаток турбины с изменяемой геометрией и давлением газа во впускном и выпускном коллекторах не является постоянным. Это может быть связано с тем, что температура газа в двигателе не остается постоянной, и детали аппаратуры расширяются или сжимаются в зависимости от температуры, что может привести к изменениям в потоке утечки и функционировании этой аппаратуры (например, изменению фактического положения турбины с изменяемой геометрией вследствие изменений коэффициента расширения соединительных рычагов). Кроме того, изменения среди деталей турбокомпрессора приводят к разбросу в массовом расходе и фактическом положении турбины с изменяемой геометрией, что в конечном итоге приведет к разбросу давления газа во впускном и выпускном коллекторах.

Изменения в положении турбины с изменяемой геометрией могут представлять собой особенную проблему, когда проходное сечение впуска турбины малое. В таких ситуациях давление газа в выпускном коллекторе весьма чувствительно к положению турбины с изменяемой геометрией. Незначительная ошибка в положении турбины с изменяемой геометрией может привести к большому отклонению давления газа в выпускном коллекторе.

Такое поведение системы делает невозможным или по меньшей мере весьма затруднительным получение быстрого отклика с устойчивыми и достоверными выходными данными мощности торможения на основании предварительно выбранных положений турбины с изменяемой геометрией. Этот эффект оказывает сильное влияние на удобство использования декомпрессионного тормоза. В аспекте надежности может существовать опасность для различных элементов двигателя, которые могут разрушаться в случае возникновения слишком сильного давления газа в выпускном коллекторе и/или слишком большого тормозного момента двигателя. Для ручного торможения двигателя, а также для торможения двигателя, запрашиваемого функциями транспортного средства, такими как круиз-контроль, изменения в мощности торможения двигателя могут неблагоприятно сказаться на комфорте или даже повлиять на безопасность.

Поэтому при использовании турбокомпрессора, оборудованного турбиной с изменяемой геометрией, важно управлять ее положением на основе управления с обратной связью давлением газа на впускном и/или выпускном коллекторах, чтобы обеспечить постоянную и достоверную мощность торможения с быстрой реакцией. Управление с обратной связью регулирует положение лопаток или подвижной стенки турбины таким образом, что для отдельного набора параметров двигателя может быть достигнута максимальная мощность торможения.

Однако определенные параметры турбины, такие как частота вращения турбины, не могут превышать заранее заданного максимума. Таким образом, при повышенных частотах вращения двигателя регулирование проходного сечения турбины с изменяемой геометрией на малые значения существенно повышает опасность того, что частота вращения турбины превысит максимально допустимую частоту вращения турбины. Этот эффект может существенно уменьшать рабочий диапазон тормоза двигателя. Таким образом, для известных систем управления тормозом двигателя невозможно или по меньшей мере весьма затруднительно поддерживать максимальную мощность торможения при высоких частотах вращения двигателя и/или на больших высотах.

Таким образом, в данной области существует необходимость в улучшении способа и систем для управления торможением двигателя, содержащего турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является уменьшение или устранение по меньшей мере одного из недостатков, известных в предшествующем уровне техники. В первом аспекте настоящее изобретение может относиться к способу управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбокомпрессором, оборудованным турбиной с изменяемой геометрией турбины, при этом указанная турбина дополнительно соединена с обратным клапаном для регулирования перепада давления в указанной турбине, при этом способ может включать: управление указанным обратным клапаном на основе измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; определение необходимого давления газа выпускного коллектора на основе по меньшей мере указанной измеряемой частоты вращения двигателя и указанной необходимой мощности торможения; и управление указанной изменяемой геометрией турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным определенным необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму. Способ обеспечивает управление давлением газа выпускного коллектора на основании комбинированного управления турбиной с изменяемой геометрией и обратным клапаном. Такое комбинированное управление обеспечивает значительное улучшение полученной мощности торможения, в частности при повышенных частотах вращения двигателя и/или на больших высотах.

В варианте осуществления указанное необходимое давление газа выпускного коллектора может быть определено на основе функции давления газа выпускного коллектора p_exh=f(n, P_s), которая может быть зависимой от измеряемой частоты вращения двигателя n и необходимой мощности торможения P_s. В другом варианте осуществления указанная заранее заданная функция давления газа выпускного коллектора может быть реализована в виде справочной таблицы в запоминающем устройстве, содержащем по меньшей мере значения давления газа выпускного коллектора, сохраненные в виде функции по меньшей мере частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения. Еще в одном варианте осуществления указанная необходимая функция давления газа выпускного коллектора может зависеть от частоты вращения двигателя, давления атмосферного воздуха и необходимой мощности торможения p_exh=f(n, р_а, P_s) или зависеть от частоты вращения двигателя, давления воздуха впускного коллектора и необходимой мощности торможения p_exh=f(n, p_i, P_s). В варианте осуществления указанная функция противодавления может зависеть от частоты вращения двигателя, давления атмосферного воздуха и необходимой мощности торможения: Y_BPV=f(n, р_а, P_s); или может зависеть от частоты вращения двигателя, давления воздуха коллектора воздухозаборника и необходимой мощности торможения: Y_BPV=f(n, p_i, P_s). Таким образом, в этих вариантах осуществления одна или больше предварительно сконфигурированных функций могут использоваться для управления положением турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана, в зависимости от различных параметров двигателя. Предпочтительно положение турбины с изменяемой геометрией, Y_BPV регулируется в цепи управления с обратной связью, при этом разность между измеряемым и необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму, и при этом частота вращения двигателя, необходимая мощность торможения и давление атмосферного воздуха или давление газа коллектора воздухозаборника могут использоваться в качестве параметров двигателя для определения необходимого давления газа выпускного коллектора. Положение обратного клапана регулируется в открытом устройстве числового программного управления в зависимости от частоты вращения двигателя, необходимой мощности торможения и, как вариант, давления атмосферного воздуха или давления газа коллектора воздухозаборника. Комбинированное использование замкнутой и разомкнутой цепи управления обеспечивает устойчивую систему управления для регулирования турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана, так что может быть получена максимальная мощность торможения при высоких частотах вращения двигателя и низких давлениях атмосферного воздуха (например, при больших высотах).

Еще в одном варианте осуществления управление указанной изменяемой геометрией может включать: получение необходимого давления газа выпускного коллектора; определение необходимой изменяемой геометрии турбины, используя указанное необходимое давление газа выпускного коллектора и указанное измеряемое давление газа коллектора; отправку управляющего сигнала, связанного с указанной необходимой изменяемой геометрией турбины, к одному или большему количеству приводных механизмов для конфигурирования указанной турбины с получением указанной необходимой изменяемой геометрии турбины.

В варианте осуществления управление указанным обратным клапаном может включать в себя: определение положения обратного клапана; отправку управляющего сигнала, связанного с указанным положением обратного клапана, по меньшей мере к одному приводному механизму для конфигурирования указанного обратного клапана с получением указанного положения обратного клапана.

В варианте осуществления указанная изменяемая геометрия турбины и указанный обратный клапан могут регулироваться, так что максимальное давление газа выпускного коллектора достигается при одновременном поддержании частоты вращения турбины ниже заранее заданного максимального значения. В одном варианте осуществления выше заранее заданного порогового значения частоты вращения двигателя n_T, обратный клапан может закрываться в зависимости от частоты вращения двигателя, чтобы поддерживать частоту вращения турбины ниже максимально допустимой частоты вращения, при одновременном обеспечении максимальной мощности торможения. В другом варианте осуществления выше заранее заданного порогового значения частоты вращения двигателя n_T, положение обратного клапана можно регулировать между 100% открытого положения и 40% открытого положения, тогда как положение турбины с изменяемой геометрией можно регулировать между 10% открытого положения и 30% открытого положения, чтобы поддерживать частоту вращения турбины ниже максимально допустимой частоты вращения, в то же время обеспечивая максимальную мощность торможения. Таким образом, с помощью (частичного) закрывания обратного клапана, частота вращения турбины может поддерживаться ниже определенной максимальной, так что можно избегнуть отрицательных эффектов, связанных со слишком высокими частотами вращения турбины, и может быть достигнута максимальная мощность торможения при высоких частотах вращения двигателя и/или заранее заданных давлениях окружающего газа и/или давлениях газа коллектора воздухозаборника.

В одном варианте осуществления управление указанной изменяемой геометрией турбины может включать в себя: приведение в действие одной или большего количества вращающихся лопаток турбины с изменяемой геометрией турбины и/или подвижной стенки в турбине.

В другом варианте осуществления указанный способ может дополнительно включать: получение запроса на необходимую мощность торможения.

В другом аспекте настоящее изобретение может относиться к устройству управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбиной с изменяемой геометрией турбины, при этом указанная турбина дополнительно соединена с обратным клапаном для управления перепадом давления в указанной турбине, при этом указанное устройство управления может быть выполнено с возможностью управления указанным обратным клапаном на основе измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; определения необходимого давления газа выпускного коллектора на основе по меньшей мере указанной измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; и управления указанной изменяемой геометрией турбины, таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным расчетным необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму.

Еще в одном аспекте изобретение может относиться к системе управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбиной с изменяемой геометрией турбины, при этом указанная система может включать в себя: датчик частоты вращения двигателя; датчик давления газа выпускного коллектора; обратный клапан, соединенный с выходом указанной турбины для регулирования перепада давления в указанной турбине; и устройство управления тормозом двигателя, настроенное для приема запроса на необходимую мощность торможения; для управления указанным обратным клапаном на основе частоты вращения двигателя, измеряемой указанным датчиком частоты вращения двигателя, и указанной необходимой мощности торможения; для расчета необходимого давления газа выпускного коллектора на основе указанной измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; и для управления указанной изменяемой геометрией турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным расчетным необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму.

Изобретение может, кроме того, относиться к компьютерному программному продукту, реализованному на машиночитаемом энергонезависимом носителе информации, при этом компьютерный программный продукт может быть конфигурирован для того, чтобы при выполнении на компьютере выполнялись любые из этапов способа, описанного выше.

Изобретение будет дополнительно иллюстрировано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематически изображены варианты осуществления согласно настоящему изобретению. Должно быть понятно, что изобретение никоим образом не ограничено этими конкретными вариантами осуществления.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически изображает по меньшей мере часть двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 изображает выходные данные мощности торможения в зависимости от давления газа выпускного коллектора для различных значений частоты вращения двигателя.

Фиг. 3 изображает схему системы декомпрессионного торможения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 изображает максимально достижимую мощность торможения как функцию двигателя с использованием или без использования управления обратного клапана согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Фиг. 1 схематически изображает по меньшей мере часть двигателя внутреннего сгорания, содержащего систему декомпрессионного тормоза согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, фиг. 1 изображает по меньшей мере часть двигателя 102 внутреннего сгорания транспортного средства, содержащего цилиндры 104, например шесть цилиндров, снабженных поршнями, которые снабжены впускным коллектором 106 и выпускным коллектором 108. Двигатель дополнительно снабжен турбокомпрессором 112, содержащим компрессор 113 для создания сжатого воздуха, который проходит через охладитель 110 воздуха турбонаддува, так что он охлаждается перед тем, как сжатый воздух направляется во впускной коллектор.

Сжатый воздух подается в цилиндры через впускной коллектор за счет открывания смежных воздушных клапанов. Сжатый воздух подается в цилиндры через впускной коллектор за счет открывания смежных воздушных клапанов. В конце хода сжатия выпускные клапаны, расположенные в цилиндрах, открываются, так что сжатый воздух в цилиндрах подается через выпускной коллектор в турбину 115, перед тем как поршень в цилиндре достигает верхней мертвой точки. Жесткий вал 114, соединяющий турбину и компрессор, выполнен с возможностью передачи энергии вращения отработавшего газа, приводящего в действие турбину, к компрессору, так что постоянный поток сжатого воздуха, исходящего из воздухозаборника 109, подается во впускной коллектор.

Турбина может быть выполнена в виде турбины с изменяемой геометрией (variable turbine geometry (VTG)). В турбине с изменяемой геометрией проходное сечение впуска турбины может быть регулируемым. В одном варианте осуществления проходное сечение может быть увеличено или уменьшено путем перемещения подвижной стенки, окружающей турбинное колесо, к пластине экрана турбины или от нее. Скользящая стенка в турбине с изменяемой геометрией турбины может быть соединена с механизмом, который приводится в действие с помощью приводного механизма 116 с позиционным управлением. Приводной механизм соединен с блоком управления (control unit (ECU)) 118 двигателя, который выполнен с возможностью управления приводным механизмом турбины с изменяемой геометрией и для приема сигнала обратной связи от приводного механизма турбины с изменяемой геометрией.

После того как отработавший газ прошел через турбину, он подается через клапан 120, например дроссельный клапан, расположенный в конкретной точке, в выпускной канал ниже по потоку. Этот клапан может упоминаться как обратный клапан (backpressure valve (BPV)). Отработавший газ может направляться через систему последующей обработки перед поступлением отработавшего газа в атмосферу. Обратный клапан может приводиться в действие от приводного механизма 122 с позиционным управлением, который управляется посредством блока управления двигателя. При закрывании обратного клапана перепад давления в турбине может быть уменьшен, что приводит к уменьшению частоты вращения турбокомпрессора и (как следствие) к уменьшению давления газа на впуске.

Блок управления двигателя может содержать управляющую программу, чтобы задавать режим торможения двигателя, в частности блок управления двигателя может быть настроен для регулирования давления в различных частях двигателя путем регулирования значений, в частности турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана, на основе параметров двигателя, таким образом, что необходимый уровень торможения двигателя достигается без превышения заранее заданных пределов системы, таких как температура, давление и/или частота вращения турбины. С этой целью блок управления двигателя может принимать информацию, связанную с различными параметрами двигателя. Например, блок управления двигателя может принимать давление газа выпускного коллектора, измеряемое датчиком 124 давления выпускного коллектора, расположенным в выпускном коллекторе, и частоту вращения двигателя, измеряемую датчиком 126 частоты вращения двигателя. Блок управления двигателя может дополнительно принимать давление газа воздухозаборника, измеряемое датчиком 125 давления коллектора воздухозаборника, давление атмосферного воздуха, измеряемое датчиком 128 давления, который расположен снаружи двигателя, и/или запрос необходимой 130 мощности торможения.

Блок управления двигателя может содержать обрабатывающее устройство для выполнения алгоритма управления торможением двигателя для электронного управления наддувом цилиндров в контуре обратной связи. В начале хода сжатия цилиндры наполняются воздухом, поступающим из коллектора воздухозаборника, и отработавшим газом, поступающим из выпускного коллектора. Таким образом, мощность торможения на уровне моря P_s может быть определена как функция различных параметров двигателя: P_s=f(n, p_i, p_exh), где n представляет частоту вращения двигателя; p_i представляет давление газа во впускном коллекторе и p_exh - давление газа в выпускном коллекторе.

Фиг. 2 изображает выходные данные мощности торможения в зависимости от давления газа выпускного коллектора для различных значений частоты вращения двигателя, P_s=f(n, p_exh). Во время работы проходное сечение турбины с изменяемой геометрией может быть уменьшено, так что отработавший газ будет иметь повышенное количество кинетической энергии, которое будет передаваться турбинному колесу, таким образом увеличивая частоту вращения турбины. Следовательно, уменьшение проходного сечения турбины с изменяемой геометрией будет увеличивать как давление газа во впускном коллекторе, так и в выпускном коллекторе, имея следствием заранее заданную мощность торможения.

Результаты испытаний на фиг. 2 показывают, что может быть определен нормальный рабочий диапазон, в котором выходные данные мощности торможения показывают по существу линейную зависимость от давления отработавшего газа в выпускном коллекторе при постоянной частоте вращения двигателя. Таким образом, в данном рабочем диапазоне скользящая стенка и/или вращающиеся лопатки в турбине с изменяемой геометрией могут действовать подобно заслонке и обеспечивают возможность увеличения давления газа в выпускном коллекторе за счет уменьшения проходного сечения впуска турбины с изменяемой геометрией. Поэтому управление турбиной с изменяемой геометрией путем регулирования положения подвижной стенки и/или одной или более вращающихся лопаток обеспечивает возможность управления выходным значением мощности торможения двигателя.

Фиг. 3 изображает схему системы декомпрессионного торможения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, фиг. 3 изображает систему декомпрессии, содержащую блок 302 управления двигателя, выполненный с возможностью определения и отправки управляющих сигналов к двигателю 304 и для приема сигналов обратной связи, в частности сигналов обратной связи, связанных с измеряемыми параметрами двигателя, поступающими от двигателя. В одном варианте осуществления блок управления двигателя может включать функцию 306 давления газа выпускного коллектора, которая используется для управления турбиной 308 с изменяемой геометрией в двигателе. Блок управления двигателя может, кроме того, включать функцию 310 положения обратного клапана для управления положением обратного клапана 312 в двигателе. В одном варианте осуществления турбина с изменяемой геометрией и обратный клапан могут быть расположены в соответствии с системой, описанной со ссылкой на фиг. 1.

Функция 306 давления газа выпускного коллектора определяется и реализуется в блоке управления двигателя на основе измеряемых данных на фиг. 2. Это обеспечивает определение (необходимого) давления газа выпускного коллектора в зависимости от частоты вращения двигателя и мощности торможения: p_exh=f(n, P_s). Функция может быть реализована в блоке управления двигателя любым подходящим способом. В одном варианте осуществления значения давления газа выпускного коллектора могут сохраняться в виде справочной таблицы (LUT) давления газа выпускного коллектора в запоминающем устройстве, связанном с блоком управления двигателя (не показано).

В одном варианте осуществления давление газа впускного коллектора p_i считается величиной, зависимой от положения турбины с изменяемой геометрией и p_exh, так что при проектировании функции давления газа выпускного коллектора колебания p_i не принимаются во внимание. В другом варианте осуществления при проектировании функции давления газа коллектора p_i также может учитываться: p_exh=f(n, p_i, P_s). В этом случае также учитывается влияние, например, сопротивления потоку на стороне воздухозаборника.

Следовательно, блок управления двигателя может определять заранее заданное давление p_exh газа выпускного коллектора на основе измеряемой частоты вращения двигателя n и необходимой мощности торможения P в предварительно выполненной справочной таблице давления газа выпускного коллектора. Таким образом, эффективное проходное сечение турбины с изменяемой геометрией может быть установлено в определенное положение, так что достигается необходимая мощность торможения.

Уменьшение проходного сечения турбины с изменяемой геометрией увеличивает частоту вращения турбины. Однако поскольку частота вращения турбины ограничена до определенного максимума, допустимое проходное сечение турбины с изменяемой геометрией не может уменьшаться беспредельно. Следовательно, для определенных рабочих областей двигателя, особенно рабочих областей, связанных с высокими частотами вращения двигателя, максимальная необходимая мощность торможения не может быть достигнута из-за недостатка давления газа, накапливающегося в выпускном коллекторе. Для решения этой проблемы блок управления двигателя выполнен с возможностью управления давлением газа выпускного коллектора на основе турбины с изменяемой геометрией в сочетании с обратным клапаном, как изображено на фиг. 3. Таким образом, чтобы предотвратить попадание частоты вращения турбины в область недопустимых значений частоты вращения турбины, обратный клапан может регулироваться для уменьшения перепада давления в турбине. Таким образом, давление отработавшего газа и, следовательно, мощность торможения может поддерживаться высокой, при этом поддерживая частоту вращения турбины в пределах рабочего диапазона.

Чтобы регулировать обратный клапан в сочетании с турбиной с изменяемой геометрией, может быть определена функция 310 положения обратного клапана, которая позволяет определять положения клапана Y_BPV для обратного клапана в зависимости от параметров двигателя. В одном варианте осуществления функция положения обратного клапана может быть определена в зависимости от частоты вращения двигателя и мощности торможения Y_BPV=f(n, P_s). Положения обратного клапана в зависимости от этих параметров могут быть сохранены в запоминающем устройстве блока управления двигателя в виде справочной таблицы положения обратного клапана. Блок управления двигателя может использовать справочную таблицу давления газа выпускного коллектора и справочную таблицу положения обратного клапана, чтобы регулировать давление газа выпускного коллектора как функцию регулировок турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана. Таким образом, получена система декомпрессионного тормоза, выполненная с возможностью создания высокой максимальной мощности торможения в расширенном диапазоне частот вращения двигателя.

Процесс, выполняемый блоком управления двигателя, может запускаться с помощью внешнего сигнала 314 запроса мощности торможения для создания необходимой мощности торможения двигателя Р. Сигнал запроса может создаваться с помощью ручной системы торможения или заранее заданной функции транспортного средства, такой как система круиз-контроля. Блок управления двигателя может, кроме того, принимать параметры двигателя, такие как частота вращения двигателя n 316 и давление газа выпускного коллектора p_exh 324. Блок управления двигателя может использовать справочную таблицу газа выпускного коллектора для расчета необходимого давления газа выпускного коллектора p_exh на основе входных переменных n и P.

Блок управления двигателя может, кроме того, включать функцию 320 коррекции давления окружающей среды турбины с изменяемой геометрией, C_VTG=(n, p_a) для расчета величин коррекции турбины с изменяемой геометрией, C_VTG. Коррекция турбины с изменяемой геометрией может потребоваться в виде отношения между положением турбины с изменяемой геометрией, p_exh и p_i может изменяться в соответствии с колебаниями давления атмосферного воздуха (следует отметить, что воздухозаборник компрессора соединен с атмосферным воздухом). Таким образом, блок управления двигателя может быть выполнен с возможностью приема значения давления атмосферного воздуха р_а от датчика 322 давления атмосферного воздуха для расчета величины коррекции турбины с изменяемой геометрией, которая впоследствии используется для расчета необходимого давления p_{exh, d} газа выпускного коллектора (которое корректируется для атмосферного давления), используя заранее заданное отношение между величиной коррекции турбины с изменяемой геометрией и давлением на выпуске на уровне моря: p_{exh, d}=(p_exh, C_VTG). В другом варианте осуществления вместо отдельной функции коррекции атмосферного давления турбины с изменяемой геометрией может определяться необходимая функция давления газа выпускного коллектора p_{exh, d}=f(n, р_а, P_s).

Сравнивающее устройство 326, которое может быть выполнено с возможностью приема измеряемых значений давления газа выпускного коллектора p_{exh, m}, может впоследствии определять разность между фактическим, измеряемым давлением 324 газа выпускного коллектора p_{exh, m} и необходимым давлением газа выпускного коллектора p_{exh, d} и определять новое необходимое положение турбины с изменяемой геометрией, Y_VTG=f(p_{exh, m}, P_{exh, d}) так, чтобы разность между необходимым и измеряемым давлением газа выпускного коллектора сводилась к минимуму. Расчетное положение Y_VTG, связанное с турбиной с изменяемой геометрией, затем передается в виде сигнала к приводному механизму 328 турбины с изменяемой геометрией, который устанавливает турбину с изменяемой геометрией в соответствии с этим сигналом.

В другом варианте осуществления, в дополнение к величинам коррекции турбины с изменяемой геометрией, блок управления двигателя может дополнительно включать функцию коррекции атмосферного давления обратного клапана C_BPV=f(n, р_а) 330 для расчета величин коррекции положения обратного клапана, C_BPV. Эта величина коррекции может потребоваться в виде отношения между положением обратного клапана, p_exh и p_i может также изменяться в соответствии с колебаниями давления атмосферного воздуха. Таким образом, на основе атмосферного давления и измеряемой частоты вращения двигателя может быть определена величина коррекции положения обратного клапана, впоследствии используемая в расчете скорректированного значения положения обратного клапана, Y'_BPV, которое впоследствии отправляется к приводному механизму 332 обратного клапана, устанавливающему обратного клапана в соответствии с данным сигналом. В другом варианте осуществления вместо отдельной функции коррекции атмосферного давления обратного клапана может определяться функция скорректированного положения обратного клапана, Y'_BPV=f(n, р_а, Р_а). Вместо атмосферного давления в каком-нибудь варианте осуществления может использоваться измеряемое давление p_i 325 коллектора воздухозаборника для определения необходимой функции давления газа выпускного коллектора p_{exh, d}=f(n, p_i, P_s) и/или скорректированной функции положения обратного клапана, Y'_BPV=f(n, p_i, P_s). В данном случае также должны учитываться влияния на мощность торможения, связанные с сопротивлением потоку воздухозаборника.

Фиг. 4 изображает максимально достижимую мощность торможения как функцию частоты вращения двигателя с использованием или без использования управления обратным клапаном согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4, кроме того, изображает управление положениями турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана в зависимости от частоты вращения двигателя, чтобы достичь необходимого улучшенного управления мощностью торможения. Как явно вытекает из графиков, для частот вращения двигателя вплоть до определенного значения (в данной конкретной конфигурации, около 1600-1700 об/мин), мощность торможения увеличивается примерно линейно с частотами вращения двигателя. В данной области положение обратного клапана является полностью открытым, и давление на выпуске может регулироваться исключительно за счет открывания проходного сечения турбины с изменяемой геометрией при увеличении частоты вращения двигателя. Для частот вращения двигателя, больших, чем заранее заданное пороговое значение n_T, в данном примере примерно 1700 об/мин, начинают проявляться влияния, связанные с физическими ограничениями турбокомпрессора, в частности, ограничениями, связанными с частотой вращения турбины. Измеренная кривая мощности торможения без управления обратным клапаном показывает, что при частотах вращения двигателя, больших, чем пороговое значение частоты вращения двигателя n_T, ограничения, связанные с частотой вращения турбины, могут приводить к заметному понижению полученной мощности торможения, когда управление обратным клапаном не используется. Очевидно, пороговое значение частоты вращения двигателя n_T зависит от конкретного воплощения двигателя и особенно турбокомпрессора.

Таким образом, для частот вращения, больших, чем пороговое значение частоты вращения двигателя n_T, блок управления двигателя будет начинать закрывание обратного клапана в зависимости от частоты вращения двигателя, чтобы поддерживать частоту вращения турбины ниже максимально допустимой частоты вращения, в то же время обеспечивая максимальную мощность торможения. Как показано на фиг. 4, положение обратного клапана является нелинейной функцией частоты вращения двигателя. В сравнительно коротком промежутке после порогового значения, в данном случае, между примерно 1700 и 1900 об/мин, блок управления двигателя регулирует положение обратного клапана до примерно 60-50% открытого положения. Затем в промежутке между 1900 и 2300 об/мин положение обратного клапана регулируется до примерно 45-40% открытого положения. Во время закрывания обратного клапана турбина с изменяемой геометрией медленно открывается для увеличения частот вращения. Однако скорость, с которой открывается турбина с изменяемой геометрией, намного меньше в сравнении со случаем, когда управление обратным клапаном отсутствует. Это обусловлено тем, что турбина с изменяемой геометрией должна поддерживаться более закрытой, чтобы компенсировать уменьшение массового расхода из-за снижения перепада давления в турбине.

Таким образом, из вышеизложенного, следует, что после того как двигатель достигает заранее заданного порогового значения, блок управления двигателя будет начинать управлять положением турбины с изменяемой геометрией в сочетании с положением обратного клапана. В частности блок управления двигателя будет регулировать положение обратного клапана между полностью открытым и частично открытым положением положения открытия (вплоть до 30-10% при высоких частотах вращения двигателя, т.е. частотах вращения, больших чем примерно 2200 об/мин) в зависимости от частоты вращения двигателя. В то же время блок управления двигателя будет регулировать положение турбины с изменяемой геометрией между открытием на 10-30% в зависимости от частоты вращения двигателя. Регулирование давления газа выпускного коллектора на основе комбинированного управления турбины с изменяемой геометрией и обратного клапана существенно улучшает получаемую мощность торможения, в частности при повышенных частотах вращения двигателя и/или на больших высотах.

Один вариант осуществления может быть реализован в виде программного продукта для использования с компьютерной системой. Программа (программы) программного продукта определяет функции вариантов осуществления (включая описанные здесь способы) и может содержаться на различных машиночитаемых носителях информации. Машиночитаемый носитель информации может быть энергонезависимым носителем информации. Иллюстративный машиночитаемый носитель информации включает, помимо прочего: (i) не перезаписываемый носитель информации (например, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) в компьютере, такие как компакт-диски, считываемые с помощью дисковода компакт-дисков, микросхемы ПЗУ или любой тип твердотельного энергонезависимого полупроводникового запоминающего устройства), на котором информация хранится постоянно; и (ii) перезаписываемый носитель информации (например, гибкие диски в дисководе гибких дисков или дисковод жесткого диска, или любой тип твердотельного полупроводникового запоминающего устройства с произвольной выборкой, флэш-память), на которой хранится информация, поддающаяся изменению.

Должно быть понятно, что любой признак, описанный в связи с каким-либо одним вариантом осуществления, может использоваться по отдельности или в сочетании с другими описанными признаками, а также может использоваться в сочетании с одним или большим количеством признаков каких-либо других вариантов осуществления, или какими-либо сочетаниями любых других вариантов осуществления. Кроме того, настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, которые могут быть изменены в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с декомпрессионными тормозами и турбокомпрессорами с изменяемой геометрией турбины. Способ управления декомпрессионным тормозом осуществляется в двигателе (102) с выпускным коллектором (108), соединенным с турбокомпрессором (112). Турбокомпрессор (112) снабжен турбиной, выполненной с изменяемой геометрией. Турбина дополнительно соединена с обратным клапаном (120) для регулирования перепада давления в турбине. Способ заключается в том, что осуществляют регулирование обратного клапана (120) на основе измеряемой частоты вращения двигателя (102) и необходимой мощности торможения. Определяют необходимое давление газа выпускного коллектора (108) на основе по меньшей мере измеряемой частоты вращения двигателя (102) и необходимой мощности торможения. Регулируют изменяемую геометрию турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора (108) и указанным определяемым необходимым давлением газа выпускного коллектора (108) сведена к минимуму. Раскрыты устройство управления декомпрессионным тормозом в двигателе, система для управления декомпрессионным тормозом в двигателе и машиночитаемый энергонезависимый носитель информации. Технический результат заключается в обеспечении возможности поддерживания максимальной мощности торможения при высоких частотах вращения двигателя и/или на больших высотах. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбокомпрессором, снабженным турбиной, выполненной с изменяемой геометрией, в котором указанная турбина дополнительно соединена с обратным клапаном для регулирования перепада давления в указанной турбине, при этом способ включает:

регулирование указанного обратного клапана на основе измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения;

определение необходимого давления газа выпускного коллектора на основе по меньшей мере указанной измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения и

регулирование указанной изменяемой геометрии турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным определяемым необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму.

2. Способ по п. 1, в котором указанное необходимое давление газа выпускного коллектора определяют на основе функции давления газа выпускного коллектора p_exh=f(n, P_s), где p_exh представляет собой давление отработавшего газа в выпускном коллекторе, n представляет собой частоту вращения двигателя и P_s представляет собой мощность торможения на уровне моря; предпочтительно указанная заранее заданная функция давления газа выпускного коллектора реализована в виде справочной таблицы в запоминающем устройстве, содержащей значения давления газа выпускного коллектора, сохраненные в виде функции по меньшей мере частоты вращения двигателя и мощности торможения.

3. Способ по п. 2, в котором указанная функция необходимого давления газа выпускного коллектора зависит от давления атмосферного воздуха p_exh=f(n, р_а, P_s), где р_а представляет собой давление атмосферного воздуха, или давления воздуха впускного коллектора p_exh=f(n, p_i, P_s), где p_i представляет собой давление газа во входном коллекторе.

4. Способ по п. 1, в котором указанный обратный клапан регулируют с использованием заранее заданной функции обратного клапана для определения данных положения указанного обратного клапана в виде функции по меньшей мере указанной частоты вращения двигателя и указанной необходимой мощности торможения Y_BPV=f(n, P_s), где Y_BPV представляет собой необходимую мощность торможения, n представляет собой частоту вращения двигателя, и P_s представляет собой мощность торможения на уровне моря; предпочтительно указанная заранее заданная функция обратного клапана реализована в виде справочной таблицы в запоминающем устройстве, содержащей значения положения обратного клапана, сохраненные как функция по меньшей мере частоты вращения двигателя и мощности торможения.

5. Способ по п. 4, в котором указанная функция обратного клапана дополнительно зависит от давления атмосферного воздуха Y_BPV=f(n, р_а, P_s), где р_а представляет собой давление атмосферного воздуха, или давления коллектора воздухозаборника Y_BPV=f(n, p_i, P_s), где p_i представляет собой давление газа во входном коллекторе.

6. Способ по п. 1, в котором регулирование указанной изменяемой геометрии турбины включает в себя:

получение необходимого давления газа выпускного коллектора;

определение необходимой изменяемой геометрии турбины с использованием указанного необходимого давления газа выпускного коллектора и указанного измеряемого давления газа коллектора;

отправку управляющего сигнала, связанного с указанной необходимой изменяемой геометрией турбины, к одному или более приводным механизмам для конфигурирования указанной турбины с получением указанной необходимой изменяемой геометрии турбины.

7. Способ по п. 1, в котором регулирование указанного обратного клапана включает в себя:

определение положения обратного клапана;

отправку управляющего сигнала, связанного с указанным положением обратного клапана, по меньшей мере к одному приводному механизму для конфигурирования указанного обратного клапана с получением указанного положения обратного клапана.

8. Способ по п. 1, в котором указанную изменяемую геометрию турбины и указанный обратный клапан регулируют таким образом, что максимальное давление газа выпускного коллектора достигается при одновременном поддержании частоты вращения турбины ниже заранее заданного максимального значения.

9. Способ по п. 1, в котором выше заранее заданного порогового значения частоты вращения двигателя n_т обратный клапан закрывают в зависимости от частоты вращения двигателя, чтобы поддерживать частоту вращения турбины ниже максимально допустимой частоты вращения, при одновременном обеспечении максимальной мощности торможения.

10. Способ по п. 1, в котором выше заранее заданного порогового значения частоты вращения двигателя n_т положение обратного клапана регулируют между 100% открытого положения и 40% открытого положения, а положение турбины с изменяемой геометрией регулируют между 10% открытого положения и 30% открытого положения.

11. Способ по п. 1, в котором регулирование указанной изменяемой геометрии турбины включает в себя:

приведение в действие одной или более выполненных с возможностью вращения лопаток турбины с изменяемой геометрией турбины и/или подвижной стенки в турбине.

12. Способ по п. 1, кроме того, включающий в себя:

получение запроса на необходимую мощность торможения.

13. Устройство управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбиной, выполненной с изменяемой геометрией, в котором указанная турбина дополнительно соединена с обратным клапаном для регулирования перепада давления в ней, при этом указанное устройство управления выполнено с возможностью:

регулирования указанного обратного клапана на основе измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения;

определения необходимого давления газа выпускного коллектора на основе по меньшей мере указанной измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; и

регулирования указанной изменяемой геометрии турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным расчетным необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму.

14. Система для управления декомпрессионным тормозом в двигателе, содержащем выпускной коллектор, соединенный с турбиной, выполненной с изменяемой геометрией, причем указанная система содержит:

датчик частоты вращения двигателя;

датчик давления газа выпускного коллектора;

обратный клапан, соединенный с выходом указанной турбины для регулирования перепада давления в указанной турбине и

устройство управления декомпрессионным тормозом, выполненное с возможностью

приема запроса на необходимую мощность торможения;

регулирования указанного обратного клапана на основе частоты вращения двигателя, измеряемой с помощью указанного датчика частоты вращения двигателя, и указанной необходимой мощности торможения;

расчета необходимого давления газа выпускного коллектора на основе указанной измеряемой частоты вращения двигателя и необходимой мощности торможения; и

регулирования указанной изменяемой геометрии турбины таким образом, что разность между измеряемым давлением газа выпускного коллектора и указанным расчетным необходимым давлением газа выпускного коллектора сведена к минимуму.

15. Машиночитаемый энергонезависимый носитель информации, содержащий компьютерный программный продукт, который при его запуске на компьютере выполнен с возможностью осуществления этапов способа в соответствии с любым из пп. 1-12.