Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для управления давлением наддува двигателя в ступенчатых системах наддува двигателя.
Уровень техники/Краткое изложение
Двигателями можно управлять с помощью устройств наддува, таких как турбонагнетатели или нагнетатели, для увеличения массового потока воздуха в камеру сгорания. Турбонагнетатели и нагнетатели могут сжимать впускной воздух, поступающий в двигатель с помощью впускного компрессора. Кроме того, одно или несколько впускных нагнетательных устройств могут быть скомпонованы последовательно или параллельно для улучшения динамики наддува двигателя.
Один пример двигателя с многоступенчатым наддувом предложен Стюартом и др. в патенте США 7958730. В нем агрегат с многоступенчатым последовательным турбонагнетателем содержит турбонагнетатель низкого давления и турбонагнетатель высокого давления, согласованные для поддержания по меньшей мере одного рабочего параметра посредством регулировки частот вращения турбонагнетателей. Турбонагнетатель низкого давления обеспечивает быстрое ускорение для компенсации медленного ускорения турбонагнетателя высокого давления, также известного как турбояма. Частотой вращения компрессора любого из турбонагнетателей могут управлять за счет открытия и закрытия соответствующего регулятора давления наддува.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таких системах. Например, регулирование давления наддува в турбонагнетателе и частоты вращения турбонагнетателя за счет использования регулятора давления наддува может происходить медленно, что приводит к ошибкам наддува. Например, если частота вращения компрессора турбонагнетателя превышает требуемое значение, то регулятор давления наддува, соединенный с соответствующей турбиной, может быть открыт для уменьшения потока отработавших газов через турбину. Однако из-за относительно низкой динамики регулятора давления наддува в турбонагнетателе, требуемое значение давления наддува может уменьшиться быстрее, чем может быть замедлен компрессор. Следовательно, в то время как турбина замедляется, давление наддува ниже по потоку от компрессора может превысить требуемое впускное давление на дросселе, что может привести к избыточной выработке крутящего момента двигателя. В некоторых примерах дроссель двигателя может использоваться для регулирования давления наддува, так как управление дросселем оказывает почти непосредственное влияние на давление наддува. Однако более быстрая динамика дросселя может помешать работе петли управления регулятором давления наддува.
Авторы настоящего изобретения выяснили, что электрическая система наддува с использованием компрессора электрического нагнетателя с приводом от электромотора, может обеспечивать, по существу, немедленное воздействие на давление наддува в многоступенчатой системе двигателя. В частности, при использовании небольших потоков воздуха в двигатель, например, потоках воздуха, существующих при работе на холостом ходу, переходное положительное давление наддува может быть создано посредством вращения компрессора электрического нагнетателя от электромотора. Это позволяет уменьшить эффект турбоямы для компрессора турбонагнетателя, то есть компрессора, расположенного ниже по потоку. Кроме того, при использовании больших потоков воздуха в двигатель, например, когда впускной заряд воздуха обеспечивают за счет наддува при помощи компрессора турбонагнетателя, расположенного ниже по потоку, поток воздуха в компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку, может ограничиваться или дросселироваться в результате вращения компрессора электрического нагнетателя с приводом от электромотора, причем величина дросселируемого потока определяется частотой вращения компрессора электрического нагнетателя. Таким образом, в одном примере, указанные выше проблемы, могут быть решены при помощи способа для двигателя с наддувом, содержащего следующие шаги: обход первого компрессора, расположенного выше по потоку, и обеспечение потока сжатого воздуха для поршневого двигателя через второй компрессор, расположенный ниже по потоку, и, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, регулировка частоты вращения первого компрессора. Таким образом, перерегулирование давления наддува, которое может возникнуть в компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку, может быть уменьшено за счет работы компрессора электрического нагнетателя, расположенного выше по потоку, в качестве ограничителя потока.
Например, электрический нагнетатель, содержащий компрессор с приводом от электромотора может быть расположен выше по потоку от турбонагнетателя, содержащего компрессор с приводом от выпускной турбины. Для уменьшения эффекта турбоямы, во время разгона компрессора турбонагнетателя, электрический нагнетатель можно кратковременно включать для обеспечения положительного давления. Затем, во время вращения компрессора турбонагнетателя и обеспечения наддувочного заряда воздуха, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, электрический нагнетатель могут ускорить для дросселирования потока воздуха в компрессоре турбонагнетателя и, таким образом, для регулирования потока воздуха, поступающего в двигатель. Также, для заданной частоты вращения компрессора электрического нагнетателя может существовать соответствующая эффективная линия дросселирования, для обеспечения точного количества потока воздуха. Таким образом, контроллер двигателя может управлять электрическим нагнетателем на частоте вращения, обеспечивающей поток воздуха в турбонагнетатель ниже по потоку, что позволяет уменьшить перерегулирование давления наддува.
Таким образом, поток воздуха в компрессоре турбонагнетателя могут, по существу, немедленно ограничить, что позволяет ускорить управление перерегулированием наддува. Технический эффект от регулирования впускного потока воздуха к турбонагнетателю ниже по потоку с использованием электрического нагнетателя выше по потоку состоит в том, что поток воздуха в турбонагнетатель могут более точно отрегулировать до требуемого уровня, на основе требования водителя. Это позволяет более быстро отрегулировать давление наддувочного воздуха, и уменьшить избыточную выработку крутящего момента двигателя. Кроме того, регулируемый посредством электрического нагнетателя поток воздуха могут обеспечить совместно с управлением дросселем и в дополнительном диапазоне частот для корректировки регулятора давления наддува, что обеспечивает более быстрое и более точное регулирование давления наддува. Кроме того, петлю управления регулятора давления наддува могут настроить для более агрессивного режима, поскольку быстрая динамика электрического нагнетателя имеет возможность демпфировать любые колебания и уменьшить перерегулирование давления наддува.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показан пример варианта реализации системы двигателя с наддувом, имеющей многоступенчатые наддувочные устройства.
На фиг. 2 показана блок-схема высокого уровня, иллюстрирующая программу, которая может быть использована для регулирования давления наддува двигателя в системе двигателя, содержащей электрический нагнетатель и турбонагнетатель.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая программу, которая может быть использована для коррекции перерегулирования наддува для электрического нагнетателя или турбонагнетателя.
На фиг. 4 показана диаграмма компрессора, иллюстрирующая коэффициент давления в компрессоре относительно массового потока воздуха.
На фиг. 5 показана диаграмма типовых корректировок, которые могут использоваться для уменьшения перерегулирования в электрическом нагнетателе ЭН (ES) и перерегулирования в турбонагнетателе ТН (ТС).
Подробное описание
Следующее раскрытие относится к системам и способам для улучшения управления наддувом в системе двигателя, имеющей многоступенчатые наддувочные устройства, например, как в системе двигателя с наддувом, показанной на фиг. 1, где турбонагнетатель расположен ниже по потоку относительно электрического нагнетателя. Контроллер может выполнять программу, например, программу, изображенную в качестве примера на фиг. 2-3, для использования электрического нагнетателя, с целью уменьшения эффекта турбоямы при корректировке перерегулирования давления наддува, с помощью корректировок частоты вращения мотора электрического нагнетателя и открытия обходного клапана, присоединенного параллельно электрическому нагнетателю. Эти корректировки могут использовать на дополнительной частоте для корректировки давления наддува при управлении клапаном регулятора давления наддува. Во время условий перерегулирования давления наддува ниже по потоку от турбонагнетателя, частотой вращения компрессора электрического нагнетателя могут управлять для дросселирования потока воздуха через турбонагнетатель, причем частоту вращения электрического нагнетателя корректируют на основе диаграммы компрессора, такой как диаграмма на фиг. 4. Пример корректировки для координирования работы системы наддува на нагнетателе и турбонагнетателе показан на фиг. 5. Таким образом, можно более эффективно управлять перерегулированием давления наддува.
На фиг. 1 показана схема примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В изображенной реализации двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, содержащий многоступенчатые наддувочные устройства. В частности, двигатель 10 содержит первое наддувочное устройство 15, расположенное выше по потоку относительно второго наддувочного устройства 13. В данном варианте реализации используется второй компрессор 114 (второго наддувочного устройства), расположенный во впускном патрубке 42 двигателя, ниже по потоку от первого компрессора 110. В этом примере второе наддувочное устройство представляет собой турбонагнетатель 13, в то время как первое наддувочное устройство представляет собой электрический нагнетатель 15. Турбонагнетатель 13, расположенный ниже по потоку, может создавать более высокое давление наддува, по сравнению с нагнетателем 15. Здесь компрессор, расположенный ниже по потоку, больше компрессора, расположенного выше по потоку (например, компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку, может иметь большее значение инерции, большее значение площади потока, и т.д.), и поэтому может быть в состоянии обеспечить большее давление наддува на более длительный период времени по сравнению с компрессором электрического нагнетателя, расположенным выше по потоку.
Электрический нагнетатель 15 содержит первый компрессор 110 с приводом от электромотора 108. Электромотором 108 управляют посредством выбора частоты вращения мотора на основе требуемого давления наддува. Первый компрессор 110 могут замедлить за счет уменьшения частоты вращения электромотора 108. Электромотор 108 имеет возможность приводиться в движение бортовым устройством аккумулирования энергии, таким как системный аккумулятор 106. Выпускная турбина 116 имеет возможность приводить в движение второй компрессор 114. Наружный воздух подают по впускному патрубку 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 112 и, следовательно, подают к первому компрессору 110. Воздух, сжатый первым компрессором 110, затем подают ко второму компрессору 114. Во время выбранных условий, как раскрыто ниже, воздух имеет возможность обхода нагнетателя 15 и может быть направлен к турбонагнетателю 13 через обходной патрубок 60 первого компрессора в результате управления открытием обходного клапана 62 электрического нагнетателя ОКЭН (ESBPV).
Турбонагнетатель 13 содержит второй компрессор 114 с приводом от выпускной турбины 116. Второй компрессор 114 показан как компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 через вал 19, где турбина 116 имеет возможность приводиться в движение за счет расширения отработавших газов двигателя. В одном варианте реализации турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с двойной улиткой. В другом варианте реализации турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией ТИГ (VGT), где геометрию турбины могут изменять активным образом как функцию условий работы двигателя. Наружный воздух, подаваемый на воздухозаборник компрессора во втором компрессоре 114, может поступать в двигатель 10. Воздух, сжатый турбонагнетателем 13, имеет возможность рециркулировать от выпускного отверстия компрессора 114 к воздухозаборнику компрессора 114 через второй обходной патрубок 70 компрессора в результате управления открытием обходного клапана 72 компрессора ОКК (CRV). ОКК 72 может представлять собой пропорциональный клапан, где увеличение степени открытия обходного клапана может содержать приведение в действие электромагнита клапана (или подачу питания на указанный электромагнит).
Как показано на фиг. 1, второй компрессор 114 соединен через охладитель 18 воздуха наддува ОВН (САС) (здесь также называемый промежуточным охладителем) с дроссельным клапаном 20. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Заряд сжатого воздуха имеет возможность проходить от второго компрессора через охладитель 18 воздуха наддува и дроссельный клапан к впускному коллектору. Охладитель воздуха наддува может представлять собой, например, теплообменник типа воздух-воздух или теплообменник типа вода-воздух. В варианте реализации, показанном на фиг. 1, давление заряда воздуха во впускном коллекторе могут измерить датчиком давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) датчик 124.
Следует учитывать, что в соответствии с раскрытым здесь, первый компрессор представляет собой компрессор, расположенный выше по потоку в числе ступенчатых компрессоров, а второй компрессор представляет собой компрессор, расположенный ниже по потоку в числе ступенчатых компрессоров. В одном примере, который не следует рассматривать в ограничивающем смысле, как изображено, второй компрессор, расположенный ниже по потоку, представляет собой компрессор турбонагнетателя, в то время как первый компрессор, расположенный выше по потоку, представляет собой компрессор нагнетателя. Однако возможны и другие комбинации и конфигурации наддувочных устройств.
Во время выбранных условий, например, при нажатии педали акселератора, при переходе от работы двигателя без наддува к работе двигателя с наддувом, может возникнуть турбояма. Этот эффект происходит в результате задержек при раскрутке турбины второго компрессора 114. Для сокращения эффекта турбоямы во время выбранных условий, могут включить и нагнетатель 15, и турбонагнетатель 13. В частности, в период, когда турбина 116 раскручивается, давление наддува может быть обеспечено компрессором 110 нагнетателя выше по потоку. Включение нагнетателя содержит подачу энергии от аккумулятора 106 для вращения электромотора 108, что позволяет ускорить первый компрессор 110. Кроме того, обходной клапан 62 могут закрыть, чтобы сжать большее количество воздуха при помощи первого компрессора 110. Из-за его меньшего размера и ограниченного заряда системного аккумулятора, первый компрессор 110 можно быстро раскрутить и вращать в течение короткого периода времени, обеспечив переходное положительное давление наддува в качестве реакции на внезапное увеличение требования наддува. Затем, когда турбина достаточно раскрутилась и стала способна приводить в движение второй компрессор 114, первый компрессор могут замедлить посредством выключения электромотора 108. Кроме того, обходной клапан 62 могут открыть, чтобы позволить большему количеству воздуха обойти первый компрессор 110. Как раскрыто здесь, посредством согласования открытия ОКЭН 62 с корректировкой частоты вращения мотора могут предотвратить перерегулирование электрической системы наддува ниже по потоку относительно первого компрессора, и выше по потоку относительно второго компрессора.
Во время выбранных условий, например, при нажатии педали акселератора, при переходе от работы двигателя с наддувом к работе двигателя с более сильным наддувом, может произойти перерегулирование давления наддува ниже по потоку относительно компрессора турбонагнетателя (здесь также называемое «перерегулирование турбонагнетателя»). Перерегулирование турбонагнетателя содержит более высокое, чем требуемое, давление на входе дросселя из-за того, что вращение компрессора 114 турбонагнетателя происходит быстрее требуемого, что может привести к выработке избыточного крутящего момента двигателя. Как раскрыто здесь, для уменьшения перерегулирования турбонагнетателя первый компрессор 110 могут ускорить до частоты вращения, соответствующей требуемому дросселируемому потоку заряда воздуха через второй компрессор, как определено на основе диаграммы компрессора (фиг. 4). Кроме того, ОКЭН 62 могут закрыть. Это позволяет, по существу, немедленно уменьшить давление на входе дросселя до требуемой величины.
Второй компрессор 114 могут также замедлить за счет увеличения степени открытия регулятора 90 давления наддува посредством открытия клапана 92 регулятора давления наддува при помощи привода регулятора давления наддува, чтобы дать возможность отработавшим газам обходить турбину 116. Во время работы первого компрессора 110 регулятор 90 давления наддува турбонагнетателя могут привести в действие с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию. Более быстрые корректировки частоты вращения электрического нагнетателя могут уменьшить ошибку наддува в турбонагнетателе 13 более быстро, чем приведение в действие регулятора 90 давления наддува турбонагнетателя, и, таким образом, регулятор 90 давления наддува может быть настроен на более агрессивный режим работы во время работы электрического нагнетателя 15.
В некоторых вариантах реализации ОКЭН 62 могут обычно частично открыть во время работы первого компрессора 110. В качестве реакции на перерегулирование электрического нагнетателя, степень открытия ОКЭН 62 могут увеличить, что приводит, по существу, к немедленному уменьшению давления наддува, создаваемого электрическим нагнетателем. Например, положение клапана могут изменить от положения по умолчанию, то есть частично открытого положения, до полностью открытого положения. Степень открытия клапана во время этих условий могут основывать на ошибке давления наддува в электрическом нагнетателе. ОКЭН 62 могут держать закрытым, в то время как электрический нагнетатель отключают.
Один или оба клапана 62 и 72 могут представлять собой пропорциональные клапаны, где положение клапана может плавно изменяться от полностью закрытого положения до полностью открытого положения. Также обходной клапан 72 компрессора может быть пропорциональным клапаном, в то время как обходной клапан 62 компрессора представляет собой релейный клапан.
Один или несколько датчиков могут быть соединены с воздухозаборником второго компрессора 114 (как показано на схеме) и/или с первым компрессором 110 (не показано на схеме). Например, температурный датчик 55 может быть соединен с воздухозаборником для оценки температуры на воздухозаборнике компрессора. В качестве другого примера, датчик 56 давления может быть соединен с воздухозаборником для оценки давления заряда воздуха, поступающего в компрессор. Могут также использоваться другие датчики, например, датчики воздушно-топливного отношения, датчики влажности и т.д. В других примерах, одно или несколько условий на воздухозаборнике компрессора (например, влажность, температуру и т.д.) могут вычислить на основе условий работы двигателя. Датчики могут оценивать состояние впускного воздуха, подаваемого на воздухозаборник компрессора из впускного патрубка, а также состояние заряда воздуха, ре циркулирующего от ОВН выше по потоку. Один или несколько датчиков могут также быть соединены с впускным патрубком 42, выше по потоку от компрессора 114 и компрессора 110, для определения состава и состояния заряда воздуха, поступающего в компрессор. Эти датчики могут содержать, например, датчик 57 массового расхода воздуха в коллекторе.
Впускной коллектор 22 последовательно соединен с камерой 30 сгорания через набор впускных клапанов (не показанных на схеме). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 через набор выпускных клапанов (не показанных на схеме). В изображенном варианте реализации показан единственный выпускной коллектор 36. Однако в других вариантах реализации выпускной коллектор может содержать несколько секций выпускного коллектора. Варианты реализации, имеющие несколько секций выпускного коллектора, могут обеспечивать направление отработавших газов из различных камер сгорания в различные места в системе двигателя.
В одном варианте реализации каждый выпускной и впускной клапан могут приводить в действие или управлять им электронным способом. В другой реализации каждый выпускной и впускной клапан могут приводить в действие или управлять им при помощи кулачков. Вне зависимости от того, как приводят в действие клапан - электронным способом или при помощи кулачков, - время открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут скорректировать по мере необходимости для требуемого процесса сгорания и обеспечения производительности системы управления выбросами вредных веществ.
В камеры 30 сгорания могут подавать один или несколько видов топлива, например, бензин, смеси спиртового топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо могут подавать в камеры сгорания посредством прямого впрыска, впрыска во впускные каналы, инжекцию в корпусе дроссельного клапана или любой комбинации этих вариантов. В камерах сгорания процесс сгорания может начинаться за счет воспламенения от искры и/или воспламенения от сжатия.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора могут проходить к турбине 116 для приведения в действие турбины. Когда требуется уменьшение крутящего момента турбины, часть отработавших газов могут направить через регулятор 90 давления наддува, в обход турбины. Клапан 92 регулятора давления наддува могут открыть для сброса по меньшей мере части отработавших газов из места выше по потоку от турбины к месту ниже по потоку от турбины через регулятор 90 давления наддува. Частоту вращения турбины также могут уменьшить за счет уменьшения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Аналогичным образом, при возникновении эффекта турбоямы, частоту вращения турбины могут увеличить за счет увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины, посредством включения электрического нагнетателя выше по потоку при одновременном поддержании в закрытом состоянии регулятора давления наддува турбонагнетателя. Поэтому при возникновении эффекта турбоямы электрический нагнетатель могут использовать для обеспечения требуемого давления наддува, поскольку турбонагнетатель ускоряется, с одновременным увеличением массового расхода, при котором турбонагнетатель ускоряется за счет увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины.
Объединенный поток газов имеет возможность выходить из турбины и регулятора давления наддува и затем проходить в устройство 170 управления выбросами вредных веществ. В целом одно или несколько устройств 170 снижения токсичности отработавших газов могут содержать один или несколько катализаторов отработавших газов, выполненных с возможностью каталитически очищать поток выпускных газов, и, таким образом, уменьшать количество одного или нескольких веществ в потоке выпускных газов. Например, один из катализаторов отработавших газов может быть выполнен для улавливания NOx в обедненном выпускном потоке и уменьшения улавливания NOx в обогащенном выпускном потоке. В других примерах катализатор отработавших газов могут выполнить с возможностью изменять соотношение NOx или выборочно уменьшать количество NOx при помощи реагента-восстановителя. В других примерах катализатор отработавших газов могут выполнить с возможностью окислять остаточные углеводороды и/или окись углерода в потоке отработавших газов. Различные катализаторы отработавших газов, реализующие любые из указанных функций, могут сформировать в покрытиях из пористого оксида или где-либо другом месте на ступенях каталитической обработки отработавших газов по отдельности или совместно. В некоторых вариантах реализации ступени каталитической обработки отработавших газов могут содержать восстанавливаемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливать и окислять частицы сажи в выпускном потоке.
Все отработавшие газы или их часть могут направить из устройства 170 снижения токсичности отработавших газов в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако, в зависимости от условий работы, часть остатков отработавших газов могут направить вместо этого во впускной патрубок через патрубок рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) (не показанный на схеме), содержащий охладитель РОГ и клапан РОГ. Рециркулирующие отработавшие газы имеют возможность проходить к воздухозаборнику первого компрессора 110, ко второму компрессору 114 или обоим компрессорам.
Система 100 двигателя может, кроме того, содержать управляющую систему 14. Показано, что управляющая система 14 получает информацию от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты здесь) и отправляет управляющие сигналы к нескольким приводам 81 (различные примеры которых раскрыты здесь). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов, датчик 124 давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP), датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры в воздухозаборнике компрессора, датчик 56 давления в воздухозаборнике компрессора, датчик 57 влажности в воздухозаборнике компрессора и датчик 57 массового расхода воздуха МРВ (MAF). Другие датчики, такие как дополнительные датчики для измерения давления, температуры, воздушно-топливного отношения и датчики для определения химического состава, могут размещаться в различных местах в системе 100 двигателя. Приводы 81 могут содержать, например, приводы дросселя 20, обходного клапана 72 компрессора, ОКЭН 62, электромотор 108, клапан 92 регулятора давления наддува и топливный инжектор 66. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер может получить входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и использовать различные приводы на основе полученных сигналов и инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Контроллер может использовать приводы в качестве реакции на обработанные входные данные на основе инструкций или кода, запрограммированного в нем и соответствующего одной или нескольким программам, таким как примеры управляющих программ, раскрытые здесь с использованием фиг. 2-3.
Например, контроллер 12 может содержать машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти и используемые, в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, для направления сжатого воздуха к двигателю за счет работы первого компрессора 110, причем как обходной клапан 62, так и клапан 92 регулятора давления наддува закрывают, пока частота вращения турбины 116 не поднимется выше пороговой частоты вращения турбины и, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува при работе первого компрессора 110, периодически открывают обходной клапан 62, поддерживая закрытым клапан 92 регулятора давления наддува. Контроллер 12 может также содержать машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти и используемые, в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, во время работы двигателя с наддувом и во время раскрутки второго компрессора 114, для закрытия клапана 92 регулятора давления наддува, чтобы скорректировать частоту вращения второго компрессора 114 и скорректировать частоту вращения первого компрессора 110, для ограничения потока воздуха во второй компрессор 114.
Таким образом, компоненты, показанные на фиг. 1, позволяют создать систему двигателя, содержащую, в качестве примера, двигатель, имеющий впускную систему; первый впускной компрессор, приводимый в движение электромотором, электромотор, приводимый в движение аккумулятором; второй впускной компрессор, приводимый в движение выпускной турбиной, где второй компрессор расположен ниже по потоку относительно первого компрессора во впускной системе; обходной патрубок, содержащий обходной клапан, присоединенный параллельно первому компрессору; регулятор давления наддува, содержащий клапан регулятора давления наддува, присоединенный параллельно выпускной турбине; обходной клапан компрессора, присоединенный параллельно компрессору ниже по потоку и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для следующего: в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, направление сжатого воздуха к двигателю за счет работы первого компрессора, причем и обходной клапан, и клапан регулятора давления наддува закрывают (и закрывают клапан рециркуляции), пока частота вращения турбины не поднимется выше пороговой частоты вращения турбины; и в качестве реакции на перерегулирование давления наддува при работе первого компрессора, периодическое открытие обходного клапана при поддержании клапана регулятора давления наддува (и клапана рециркуляции) в закрытом состоянии. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для следующего: направление сжатого воздуха к двигателю за счет работы второго компрессора при обходе второго компрессора с закрытым обходным клапаном и частично открытым клапаном регулятора давления наддува после того, как частота вращения турбины превысила пороговую частоту вращения турбины; и в качестве реакции на перерегулирование давления наддува при работе второго компрессора, периодическое увеличение степени открытия клапана регулятора давления наддува (и/или клапана рециркуляции) при поддержании обходного клапана в закрытом состоянии. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для приведения в действие клапана регулятора давления наддува с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, когда обходной клапан исправен, и в качестве реакции на указание неисправности обходного клапана, приведение в действие клапана регулятора давления наддува с настройкой усиления по умолчанию.
Компоненты, показанные на фиг. 1, могут также позволить создать другую систему двигателя в качестве примера, отличающуюся тем, что контроллер выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для следующего: в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, во время раскрутки второго компрессора, закрытие клапана регулятора давления наддува для корректировки частоты вращения второго компрессора; и одновременная корректировка частоты вращения первого компрессора, для ограничения потока воздуха во второй компрессор. Степень закрытия клапана регулятора давления наддува и частоту вращения первого компрессора могут скорректировать для обеспечения целевого отношения давлений во втором компрессоре, где целевое отношение давлений основано на требовании водителя. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для следующего: после того, как целевое отношение давлений достигнуто, замедление первого компрессора при увеличении степени открытия клапана регулятора давления наддува (и/или клапана рециркуляции). Контроллер может содержать дополнительные инструкции для следующего: в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, в то время как второй компрессор не раскручивается, закрытие клапана регулятора давления наддува (и/или клапана рециркуляции) для увеличения частоты вращения второго компрессора; и одновременное увеличение частоты вращения первого компрессора, для увеличения потока воздуха через второй компрессор при увеличении степени открытия обходного клапана на основе ошибки наддува.
На фиг. 2 показан пример программы 200 для обеспечения работы компрессора наддувочного устройства, расположенного выше по потоку (например, нагнетателя) и наддувочного устройства, расположенного ниже по потоку (например, турбонагнетателя), в качестве реакции на изменения требований по наддуву двигателя. Инструкции для выполнения способа 200 и остальных способов, раскрытых здесь, могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше с использованием фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для корректировки работы двигателя, согласно раскрытым ниже способам. Здесь система двигателя содержит первый компрессор, расположенный выше по потоку относительно второго компрессора в воздушном впускном патрубке. Кроме того, электромотор имеет возможность приводить в движение первый компрессор, а выпускная турбина имеет возможность приводить в движение второй компрессор. Например, как показано на фиг. 1, первый компрессор представляет собой компрессор нагнетателя, а второй компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя.
На шаге 202 способ содержит определение условий работы двигателя, таких как частота вращения двигателя, положение педали, требование водителем крутящего момента, условия окружающей среды (температура окружающей среды, давление, влажность), температура двигателя и т.д. На шаге 204 определяют параметры работы на основе условий работы двигателя. Они могут содержать, например, уровни РОГ, требуемое давление наддува, синхронизацию искрового зажигания, степень открытия регулятора давления наддува, степень открытия дросселя и т.д. На шаге 206 способ содержит определение, требуется ли наддув. Например, наддув может потребоваться при средне-высоких нагрузках двигателя. В другом примере наддув может потребоваться в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора или увеличение водителем требования по крутящему моменту.
Если наддув не требуется, например, когда нагрузка двигателя низкая или требование водителя по крутящему моменту низкое, то способ переходит к шагу 208, где двигатель имеет возможность работать с естественным всасыванием, и способ завершается.
Если требуется наддув, то на шаге 210 способ содержит включение первого компрессора, расположенного выше по потоку, и закрытие обходного клапана (обходного клапана электрического нагнетателя или ОКЭН), установленного в обходном патрубке и присоединенного параллельно первому, расположенному выше по потоку, компрессору. Электрический нагнетатель используют для обеспечения переходного давления наддува при нажатии педали акселератора, для уменьшения эффекта турбоямы, вызванного медленным ускорением компрессора турбонагнетателя. Благодаря своему меньшему размеру, электрический нагнетатель имеет возможность быстро ускориться для обеспечения требуемого давления наддува в период, когда турбонагнетатель еще не в состоянии обеспечить требуемое давление наддува. Использование электрического нагнетателя может быть ограничено мощностью аккумулятора, используемого для вращения электромотора электрического нагнетателя. Поэтому электрический нагнетатель могут использовать для обеспечения быстрого, но переходного обеспечения положительного давления наддува в тот период, когда турбина турбонагнетателя раскручивается с целью привести в движение более крупный компрессор турбонагнетателя.
Таким образом, в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту, первый компрессор имеет возможность ускориться и увеличить поток сжатого воздуха к двигателю. Здесь ускорение первого компрессора содержит вращение первого компрессора посредством электромотора за счет мощности, полученной от аккумулятора. Например, первый компрессор могут вращать посредством регулирования электромеханического привода, соединенного с электромотором электрического нагнетателя, для вращения электромотора с более высокой частотой вращения, за счет отправки управляющего сигнала от контроллера к приводу. Первый компрессор имеет возможность ускориться до частоты вращения, обеспечивающей быструю реакцию на увеличение требования наддува, и ОКЭН, присоединенный параллельно электрическому нагнетателю, оставляют закрытым, чтобы направить весь поток впускного воздуха через первый компрессор. Таким образом, сжатый воздух подают к двигателю через первый компрессор. В это время требование наддува может обеспечиваться работой только компрессора электрического нагнетателя.
На шаге 212 определяют, существует ли перерегулирование наддува для электрического нагнетателя. То есть, определяют, превышает ли давление наддува, существующее ниже по потоку от электрического нагнетателя и выше по потоку от компрессора турбонагнетателя, требуемое давление наддува. Если перерегулирования нет, при осуществлении наддува посредством электрического нагнетателя, то регулятор давления наддува, присоединенный параллельно выпускной турбине турбонагнетателя, закрывают (или уменьшают степень его открытия) для направления большей части отработавших газов через турбину турбонагнетателя на шаге 216, что позволяет ускорить вращение турбины.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что агрессивный режим работы электрического нагнетателя можно эффективно использовать для уменьшения времени достижения крутящего момента и снижения эффекта турбоямы. Однако тот же самый агрессивный режим может привести к перерегулированию фактического давления наддува относительно требуемого давления наддува. Это перерегулирование могут устранить с помощью корректировок степени открытия ОКЭН. Если давление наддува на электрическом нагнетателе больше требуемого давления, и существует перерегулирование наддува электрического нагнетателя, то давлением наддува электрического нагнетателя управляют посредством корректировки частоты вращения (например, замедления) электрического нагнетателя и одновременного увеличения степени открытия ОКЭН на шаге 214 и как раскрыто ниже на фиг. 3. Например, ОКЭН кратковременно поддерживают в полностью открытом положении для уменьшения перерегулирования наддува. В альтернативном примере ОКЭН открывают только частично. Также, из-за ограничений аппаратных средств, может отсутствовать возможность торможения электромотора, соединенного с электрическим нагнетателем. Поэтому за счет увеличения степени открытия ОКЭН в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, можно быстро уменьшить поток воздуха через компрессор электрического нагнетателя, что обеспечивает, по существу, немедленное уменьшение давления наддува, создаваемого электрическим нагнетателем. В период, когда ОКЭН открыт с целью уменьшения давления наддува электрического нагнетателя до требуемого давления наддува, могут также замедлить электрический нагнетатель, например до частоты вращения компрессора, обеспечивающей требуемое давление наддува без перерегулирования. Таким образом, с помощью комбинации корректировок частоты вращения компрессора электрического нагнетателя и степени открытия ОКЭН, могут быстрее обеспечить целевое давление наддува и с меньшим количеством ошибок наддува.
В альтернативном примере, где электрический нагнетатель содержит аппаратные средства для торможения, первый компрессор могут замедлить в качестве реакции на перерегулирование наддува, посредством приложения отрицательного крутящего момента электромотора, например, при помощи магнитных тормозов. От шага 214 способ переходит к шагу 216, где регулятор давления наддува турбонагнетателя поддерживают закрытым, и турбина турбонагнетателя имеет возможность ускориться.
На шаге 218 определяют, больше ли частота вращения турбины турбонагнетателя, чем пороговая частота вращения, то есть, больше пороговой частоты вращения, на которой турбонагнетатель имеет возможность поддерживать требуемый наддув. В противном случае, в период, когда турбина продолжает раскручиваться, работу первого компрессора (механического нагнетателя) продолжают на шаге 220 таким образом, чтобы компрессор электрического нагнетателя продолжал поддерживать требуемый наддув. Кроме того, ОКЭН закрывают (например, полностью закрывают), и программа заканчивает свою работу.
Если частота вращения турбины турбонагнетателя выше пороговой частоты вращения, то на шаге 222 электрический нагнетатель замедляют, а степень открытия ОКЭН увеличивают. Например, ОКЭН переводят в полностью открытое положение таким образом, чтобы впускной поток воздуха мог быть направлен к компрессору турбонагнетателя при одновременном обходе компрессора электрического нагнетателя. Поскольку турбонагнетатель может поддерживать требуемый наддув, электрический нагнетатель могут отключить, чтобы избежать разряда аккумулятора электрического нагнетателя. За счет открытия ОКЭН можно обеспечить обход электрического нагнетателя, что позволяет электрическому нагнетателю замедлиться, без ограничения потока воздуха во впускной системе.
На шаге 224 способ содержит направление впускного воздуха, сжатого вторым, расположенным ниже по потоку, компрессором (компрессором турбонагнетателя) в двигатель, при одновременном обходе первого, расположенного выше по потоку, компрессора (компрессора электрического нагнетателя). В этот период требуемый наддув могут обеспечивать только за счет работы компрессора турбонагнетателя.
На шаге 226 определяют, выше ли давление наддува, обеспечиваемое турбонагнетателем, чем требуемое давление наддува (то есть, существует ли перерегулирование наддува турбонагнетателя). Если перерегулирования нет, то на шаге 228 сохраняют настройки привода наддува, и способ завершается. Если существует перерегулирование давления наддува ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя, то работу одного или нескольких приводов системы наддува могут скорректировать на шаге 230, в соответствии со способами, раскрытыми ниже на фиг. 3. Приводы системы наддува могут содержать: выпускной регулятор 232 давления наддува, электрический нагнетатель 234, обходной клапан 236 компрессора и обходной клапан 238 электрического нагнетателя. Как показано на фиг. 3, давление наддува могут уменьшить посредством корректировки работы одного или более из следующего: клапан регулятора давления наддува (присоединенный параллельно выпускной турбине) и обходной клапан компрессора (присоединенный параллельно компрессору турбонагнетателя). Кроме того, перерегулирование давления наддува могут устранить посредством уменьшения потока через компрессор турбонагнетателя за счет корректировок ОКЭН, присоединенного параллельно компрессору нагнетателя, и частоты вращения компрессора электрического нагнетателя (за счет корректировки работы соответствующего электромотора).
На фиг. 3 показан пример программы 300 для устранения перерегулирования давления наддува в многоступенчатой системе наддува двигателя. Способ использует корректировки работы компрессора, расположенного выше по потоку, для уменьшения перерегулирования давления наддува как для компрессора, расположенного выше по потоку, так и для компрессора, расположенного ниже по потоку. Например, программа, показанная на фиг. 3, может выполняться как часть программы, показанной на фиг. 2, например, на шаге 214 и/или на шаге 230.
На шаге 302 подтверждают условия перерегулирования наддува для электрической части системы наддува. Здесь могут определить, превышает ли давление наддува, обеспеченное компрессором электрического нагнетателя, расположенным выше по потоку, требуемое давление наддува. Также, электрический нагнетатель могут использовать для обеспечения требуемого давления наддува в период, когда раскручивается турбина турбонагнетателя, расположенного ниже по потоку. Например, перерегулирование давления наддува в электрическом нагнетателе могут определить на основе оценки давления наддува ниже по потоку относительно первого компрессора и выше по потоку относительно второго компрессора и сравнения со значением требуемого давления наддува.
Если перерегулирование давления наддува в электрическом нагнетателе подтверждено, то на шаге 304 замедляют электрический нагнетатель и одновременно увеличивают степень открытия ОКЭН, и программа завершается. Увеличение степени открытия ОКЭН содержит изменение положения ОКЭН от текущего положения обходного клапана, на основе требуемого давления наддува (то есть, клапан могут полностью открыть). Кроме того, каждое значение степени открытия и продолжительность увеличения степени открытия обходного клапана могут основывать на ошибке наддува. В этом случае, если ошибка наддува (значение перерегулирования относительно требуемого давления наддува) увеличивается, то степень открытия указанного клапана могут увеличить и/или, могут увеличить продолжительность открытия. Например, ОКЭН могут немедленно перевести в полностью открытое положение (от полностью закрытого положения). Увеличение степени открытия ОКЭН может позволить потоку воздуха обходить первый компрессор, что приводит, по существу, к немедленному уменьшению давления наддува. Кроме того, могут замедлить электрический нагнетатель, например, до скорректированной частоты вращения компрессора, на основе требуемого давления наддува. Электрический нагнетатель могут замедлить посредством корректировки частоты вращения электромотора от первой частоты вращения, на основе требуемого давления наддува, до второй частоты вращения, на основе ошибки наддува. Когда перерегулирование пропадает, то степень открытия ОКЭН могут уменьшить (например, ОКЭН могут снова перевести в полностью закрытое положение), и, при необходимости, могут увеличить частоту вращения компрессора нагнетателя.
Кроме того, если бы перерегулирование давления наддува было устранено только посредством замедления или отключения электромотора, соединенного с электрическим нагнетателем, то частота вращения электрического нагнетателя была бы уменьшена за счет естественного торможения, то есть, за счет эффектов трения и за счет сопротивления воздуха. Однако в это время продолжалось бы перерегулирование для фактического давления наддува, в результате избыточной выработки крутящего момента двигателя. В это время впускной дроссель двигателя может не обладать достаточной полосой пропускания для реагирования на быстрое увеличение давления. Следовательно, любые корректировки дросселя привели бы к перерегулированию фактического давления в коллекторе, относительно требуемого давления в коллекторе, то есть создавали бы дополнительные причины для перерегулирования наддува. Для эффективного обеспечения естественного торможения электрического нагнетателя, с целью устранения перерегулирования наддува, контроллер, возможно, должен отключить электрический нагнетатель даже до достижения требуемого давления наддува или целевого крутящего момента. Однако это увеличило бы время достижения крутящего момента и привело бы к эффекту турбоямы, даже при работе электрического нагнетателя. Другими словами, если бы ОКЭН не был открыт, и только бы замедлялся компрессор электрического нагнетателя (за счет замедления соответствующего мотора), то результирующее снижение давления наддува не было бы достигнуто достаточно быстро, и был бы продлен период перерегулирования наддува. Таким образом, регулирование степени открытия ОКЭН в качестве реакции на ошибку наддува может обеспечивать более точное управление давлением наддува в электрическом нагнетателе.
Дополнительно или опционально, при открытии ОКЭН, угол положения дросселя двигателя могут уменьшить для уменьшения давления на входе дросселя. Однако в других примерах, впускной дроссель могут поддерживать полностью открытым во время управления наддувом, чтобы избежать сбоя в петле управления регулятором давления наддува. Также во время перерегулирования наддува в электрической части системы наддува, клапан регулятора давления наддува и/или ОКК могут поддерживать в закрытом или частично открытом положении.
Таким образом, в то время как компрессор, расположенный ниже по потоку, раскручивается, контроллер может ускорить компрессор, расположенный выше по потоку, посредством закрытия обходного клапана, присоединенного параллельно первому компрессору, для обеспечения потока сжатого воздуха к поршневому двигателю; и в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, открытия обходного клапана. Здесь, компрессор, расположенный ниже по потоку, больше компрессора, расположенного выше по потоку (например, компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку, может иметь большее значение инерции, большее значение площади потока и т.д. (авторы изобретения: пожалуйста, подтвердите/отредактируйте). Ускорение компрессора, расположенного выше по потоку, содержит работу электромотора с частотой вращения на основе требуемого давления наддува. Открытие обходного клапана в качестве реакции на перерегулирование давления наддува может содержать кратковременное открытие обходного клапана от полностью закрытого положения, причем степень открытия обходного клапана и продолжительность открытия обходного клапана выбирают на основе перерегулирования давления наддува, причем перерегулирование давления наддува создается ниже по потоку от компрессора, расположенного ниже по потоку, причем перерегулирование давления наддува содержит фактическое давление наддува, превышающее требуемое давление наддува. Кроме того, впускной дроссель поддерживают открытым, в то время как ОКЭН открыт.Степень открытия обходного клапана и/или продолжительность открытия обходного клапана увеличивают, поскольку фактическое давление наддува превышает требуемое давление наддува, причем обходной клапан закрывают, когда фактическое давление наддува равно требуемому давлению наддува. В качестве реакции на перерегулирование давления наддува, при прохождении сжатого воздуха через компрессор, расположенный выше по потоку, и в то время когда компрессор, расположенный ниже по потоку раскручивается, контроллер может замедлить компрессор, расположенный выше по потоку, посредством уменьшения частоты вращения электромотора. В качестве реакции на частоту вращения выпускной турбины, превышающую пороговую частоту вращения, могут замедлить компрессор, расположенный выше по потоку, и открыть обходной клапан, чтобы сжатый воздух имел возможность проходить к поршневому двигателю через компрессор, расположенный ниже по потоку, обходя компрессор, расположенный выше по потоку. На фиг. 3 показано, что если перерегулирование давления наддува в электрическом нагнетателе не подтверждено, то программа на шаге 306 определяет, существует ли перерегулирование давления наддува в турбонагнетателе, расположенном ниже по потоку. Также следует учитывать, что перерегулирование давления наддува, возникающее на компрессоре электрического нагнетателя, расположенном выше по потоку, и компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку, может возникать в различные, несовпадающие периоды времени, во время работы двигателя с наддувом. В частности, перерегулирование давления наддува в электрическом нагнетателе может существовать при более низких значениях потока воздуха, когда электрический нагнетатель используют для реагирования на требование водителя, и когда компрессор турбонагнетателя не осуществляет сжатие впускного воздуха. Для сравнения, перерегулирование давления наддува в турбонагнетателе может существовать при более высоких значениях потока воздуха, когда турбонагнетатель используют для реагирования на требование водителя и когда компрессор электрического нагнетателя не осуществляет сжатие впускного воздуха.
Подтверждение перерегулирования давления наддува в турбонагнетателе содержит определение, превышает ли давление наддува, создаваемое компрессором турбонагнетателя, расположенным ниже по потоку, требуемое давление наддува. Например, перерегулирование давления наддува в электрическом нагнетателе могут определить на основе оцененного давления наддува ниже по потоку относительно второго компрессора, и сравнения с требуемым давлением наддува. Перерегулирование давления наддува может также существовать, если частота вращения турбины турбонагнетателя превышает пороговое значение и массовый расход воздуха через компрессор турбонагнетателя выше порогового значения массового расхода. Если турбонагнетатель не создает чрезмерное давление наддува, то на шаге 308 могут поддерживать существующие настройки привода наддува, и программа завершается.
Если перерегулирование давления наддува в турбонагнетателе подтверждено на шаге 310, то могут увеличить степень открытия выпускного регулятора давления наддува и/или обходного клапана компрессора (ОКК). Например, регулятор давления наддува и/или ОКК могут перевести в полностью открытое положение. За счет открытия выпускного регулятора давления наддува могут уменьшить поток отработавших газов через турбину, что позволяет замедлить выпускную турбину и, следовательно, компрессор турбонагнетателя. За счет открытия ОКК по меньшей мере часть воздуха, сжатого компрессором турбонагнетателя, могут направить для рециркулирования выше по потоку от компрессора, что приводит, по существу, к немедленному уменьшению давления на входе дросселя.
Например, открытие клапана выпускного регулятора давления наддува содержит корректировку степени открытия клапана регулятора давления наддува, в качестве реакции на ошибку наддува с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию. Здесь корректировки электрического нагнетателя (в том числе, степень открытия ОКЭН и использование нагнетателя на основе дросселируемого потока воздуха) могут осуществлять совместно с корректировками дросселя и в дополнительном диапазоне частот в качестве корректировок регулятора давления наддува, обеспечивая более быстрое и более точное регулирование давления наддува. Это позволяет использовать более агрессивный режим для петли управления регулятора давления наддува, так как быстрая динамика электрического нагнетателя позволяет демпфировать любые колебания, возникающие в результате работы регулятора давления наддува, и уменьшить перерегулирование давления наддува.
Регулятор давления наддува может работать с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, во время управления наддувом, и может продолжать работу с настройкой усиления по умолчанию, в качестве реакции на фактическое отслеживание наддува согласно требуемому профилю наддува, или если ошибка наддува меньше порогового значения ошибки (например, при отсутствии ошибки наддува). Также настройку усиления по умолчанию могут восстановить в качестве реакции на системный режим управления характером и последствиями отказов УХПО (FMEM), который могут включить в качестве реакции на неисправность компонента двигателя с наддувом. Например, регулятор давления наддува может возобновить работу с настройкой усиления по умолчанию, в качестве реакции на обнаружение неисправности ОКЭН.
Однако из-за относительно медленной динамики работы регулятора давления наддува, открытие регулятора давления наддува может привести к более медленному понижению фактического давления наддува, что продлевает условие перерегулирования. Кроме того, в то время как корректировка ОКК может привести к быстрому понижению давления на входе дросселя, может также существовать большее понижение производительности системы наддува. Также, если условие перерегулирования наддува существует в результате события отпускания педали акселератора водителем, то использование только корректировки на основе регулятора давления наддува и/или ОКК может привести к замедлению достижения крутящего момента, если водитель вскоре после этого нажмет педаль акселератора (например, изменив свои намерения). Таким образом, как раскрыто ниже, дальнейшее управление наддувом двигателя может быть выполнено с помощью корректировок работы электрического нагнетателя.
На шаге 312 могут определить, требуется ли дросселирование потока посредством электрического нагнетателя. Например, дросселирование потока может потребоваться, если существует большая ошибка перерегулирования наддува. В другом примере, дросселирование потока может потребоваться, если степень открытия регулятора давления наддува ограничивается в результате других факторов. В еще одном примере контроллер может определить, возможно ли обеспечить дросселирование потока, по состоянию заряда аккумулятора, соединенного с электромотором компрессора электрического нагнетателя. В частности, дросселирование потока могут разрешить, только если степень заряда батареи выше, чем пороговое значение заряда. Если дросселирование потока посредством электрического нагнетателя не требуется, то настройки электрического нагнетателя сохраняют, как и на шаге 314, и программа завершается.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что работа электрического нагнетателя при заданной частоте вращения компрессора электрического нагнетателя может влиять на количество воздуха, проходящего через компрессор электрического нагнетателя в компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку. На это количество могут также влиять уровни впускных потоков воздуха. Таким образом, во время существования более низких (например, при работе на холостом ходу) уровней потока воздуха, работа компрессора электрического нагнетателя может привести к увеличению потока воздуха через компрессор электрического нагнетателя и в компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку. Это могут использовать во время условий, когда турбина недостаточно раскручена, для быстрого ускорения компрессора электрического нагнетателя и подачи потока наддувочного воздуха в двигатель. Однако при более высоких уровнях потока воздуха, например, когда турбина раскручена и двигатель получает наддувочный воздух через компрессор турбонагнетателя, работа компрессора электрического нагнетателя может уменьшить поток воздуха через компрессор электрического нагнетателя и в компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку. В результате поток воздуха в компрессоре турбонагнетателя ограничивается или дросселируется, что создает, по существу, немедленное уменьшение давления наддува. За счет корректировки частоты вращения компрессора электрического нагнетателя, посредством корректировки частоты вращения электромотора, могут уменьшить поток воздуха в компрессор турбонагнетателя, что позволяет, таким образом, управлять давлением наддува, создаваемым компрессором турбонагнетателя. Другими словами, компрессор электрического нагнетателя может работать в качестве ограничителя потока для компрессора турбонагнетателя, и дросселируемый поток в компрессор турбонагнетателя можно использовать для управления перерегулированием Давления наддува. Кроме того, это могут использовать совместно с корректировками регулятора давления наддува, в дополнительных диапазонах частот, для достижения более точного управления наддувом.
Если требуется дросселирование потока, то на шаге 316 могут определить количество потока воздуха (дросселируемый поток), необходимое для прохода через компрессор электрического нагнетателя в компрессор турбонагнетателя, на основе ошибки давления наддува. Например, когда ошибка наддува увеличивается (где фактическое давление наддува представляет собой перерегулирование относительно требуемого давления наддува), могут потребовать более низкий уровень потока воздуха в компрессор турбонагнетателя (то есть, более низкий абсолютный уровень потока воздуха, в результате более высокой степени регулирования потока воздуха). В другом примере, количество потока воздуха могут выбрать для обеспечения целевого отношения давлений на компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку.
На шаге 318 могут определить частоту вращения компрессора электрического нагнетателя, соответствующую требуемому значению дросселируемого потока. Также, частоту вращения компрессора электрического нагнетателя, необходимую для требуемого значения дросселируемого потока, могут изменять на основе условий работы, в том числе, положения впускного дросселя и потока впускного воздуха (например, уровней потока воздуха в коллекторе). Например, при заданном уровне потока воздуха в коллекторе, поток воздуха в компрессор турбонагнетателя могут увеличить за счет увеличения частоты вращения компрессора электрического нагнетателя. Также, чем выше частота вращения компрессора электрического нагнетателя, тем выше полученное значение дросселируемого потока. Как изображено на фиг. 4, дросселирование потока при различных частотах вращения компрессора происходит в точке пересечения линии постоянной частоты вращения с осью X (или коэффициент давления, равный 1). Поток воздуха в компрессор турбонагнетателя уменьшен за счет того, что закрыт ОКЭН. Кроме того, чем ниже частота вращения электрического нагнетателя, тем меньше регулируемый поток. В другом примере, для заданной частоты вращения компрессора электрического нагнетателя, меньший поток воздуха могут направить в компрессор турбонагнетателя, расположенный ниже по потоку, поскольку увеличивается уровень потока воздуха во впускном коллекторе. Контроллер может использовать диаграмму компрессора, например, диаграмму, изображенную в качестве примера на фиг. 4, для определения целевой частоты вращения компрессора электрического нагнетателя, соответствующей целевому значению дросселируемого потока.
На шаге 320 электрический нагнетатель могут ускорить до целевой частоты вращения компрессора, определенной на шаге 318, для уменьшения потока воздуха в компрессор, расположенный ниже по потоку, до целевого значения дросселируемого потока. Одновременно могут закрыть ОКЭН (например, полностью закрыть) для того, чтобы направить поток воздуха через компрессор электрического нагнетателя и дросселировать поток воздуха, поступающий в компрессор турбонагнетателя, что позволяет уменьшить давление наддува. Затем программа завершается. Здесь компрессор, расположенный выше по потоку, ускоряют при поддержании впускного дросселя открытым, пока значение потока воздуха, проходящего через компрессор, расположенный ниже по потоку, не опустится ниже порогового значения потока. После этого компрессор, расположенный выше по потоку, могут замедлить (например, до нулевой или минимальной частоты вращения).
Таким образом, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, корректируют частоту вращения первого компрессора, расположенного выше по потоку. Например, коррекция частоты вращения компрессора электрического нагнетателя содержит раскрутку с нулевой частоты вращения (например, когда электрический нагнетатель был выключен, компрессор повторно включают и раскручивают от нулевой частоты вращения до частоты вращения, соответствующей значению дросселируемого потока). В альтернативном примере, корректировка содержит раскрутку с минимальной частоты вращения, где прирост частоты вращения основывают на значении перерегулирования. В любом случае частоту вращения компрессора электрического нагнетателя корректируют для ограничения потока через компрессор, расположенный ниже по потоку, до порогового значения потока воздуха. Здесь, частоту вращения электрического нагнетателя корректируют посредством изменения частоты вращения электромотора, соединенного с компрессором электрического нагнетателя, на основе значения потока воздуха.
Например, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува при прохождении сжатого воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку, контроллер может увеличить степень открытия клапана регулятора давления наддува, присоединенного параллельно выпускной турбине, и/или обходного клапана компрессора, присоединенного параллельно компрессору, расположенному ниже по потоку. Для сравнения, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува при прохождении сжатого воздуха через компрессор, расположенный выше по потоку, контроллер может поддерживать закрытым и клапан регулятора давления наддува, и обходной клапан компрессора. Кроме того, степень открытия клапана регулятора давления наддува и ОКК могут сохранять, например, могут поддерживать в частично открытом положении. Здесь, клапан регулятора давления наддува могут привести в действие с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, при прохождении сжатого воздуха через компрессор, расположенный выше по потоку, и с настройкой усиления по умолчанию при прохождении сжатого воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку.
Таким образом, компрессор с электрическим приводом, расположенный выше по потоку, могут ускорить во время некоторых условий для того, чтобы увеличить поток воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку, но во время других условий компрессор с электрическим приводом могут ускорить для уменьшения потока воздуха через компрессор, расположенный ниже по потоку. За счет корректировок частоты вращения компрессора нагнетателя и обходного клапана, совместно с корректировками регулятора давления наддува, в дополнительных диапазонах частот, могут быстрее и эффективнее управлять перерегулированием давления наддува в компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку. Также, это позволяет управлять давлением наддува без ухудшения временной характеристики для получения крутящего момента.
На фиг. 4 показана диаграмма 400 компрессора в качестве примера для компрессора электрического нагнетателя. Диаграмма 400 компрессора может храниться в памяти контроллера и использоваться для определения частоты вращения компрессора электрического нагнетателя, требуемой для обеспечения дросселируемого потока воздуха в компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку. Вертикальная ось (ось Y) диаграммы 400 показывает коэффициент давления в компрессоре, определяемый как отношение давления воздуха в выпускном отверстии компрессора электрического нагнетателя к давлению окружающего воздуха (атмосферному давлению). Горизонтальная ось (ось X) показывает уровень массового расхода воздуха через электрический нагнетатель, где электрический нагнетатель расположен выше по потоку относительно турбонагнетателя. Линия 402 (сплошная) показывает предел помпажа для компрессора электрического нагнетателя. Работа компрессора нагнетателя при условиях, соответствующих части диаграммы слева от этой линии, может вызвать помпаж компрессора, причем поток через компрессор нагнетателя дросселируют. Сплошные линии 404 (обозначены только две) изображают линии постоянной частоты вращения компрессора нагнетателя. Показано направление увеличения частоты вращения компрессора.
Как раскрыто в отношении фиг. 3, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува в компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку, компрессор электрического нагнетателя, расположенный выше по потоку, могут ускорить до целевой частоты вращения компрессора, для дросселирования потока воздуха через компрессор турбонагнетателя. Это позволяет уменьшить давление на входе дросселя, чтобы, по существу, немедленно уменьшить давление наддува. Работа электрического нагнетателя обеспечивает эффективное дросселирование потока за счет ограничения потока воздуха, который может проходить через компрессор электрического нагнетателя при заданной частоте вращения компрессора и заданном коэффициенте давления. Электрический нагнетатель может управлять ограничением потока, чтобы обеспечить заданный объем воздуха наддува, прокачиваемый турбонагнетателем, что обеспечивает точное и, по существу, немедленное управление давлением наддува.
Например, на основе ошибки наддува контроллер двигателя может определить требуемый поток воздуха в компрессор турбонагнетателя. Затем на основе значения потока воздуха в коллекторе контроллер может определить соответствующий коэффициент давления для компрессора электрического нагнетателя, расположенного выше по потоку. Также, требуемый коэффициент давления на электрическом нагнетателе может соответствовать отношению давления на воздухозаборнике компрессора электрического нагнетателя (которое соответствует потоку воздуха в коллекторе), относительно давления в выпускном отверстии компрессора электрического нагнетателя (которое соответствует требуемому дросселируемому потоку). На основе требуемого отношения давлений и заданного потока воздуха в коллекторе контроллер может определить соответствующую частоту вращения компрессора. Затем контроллер может привести в действие электромотор электрического нагнетателя для вращения компрессора на полученной частоте вращения компрессора. В другом примере диаграмму компрессора можно экстраполировать для коэффициента давления меньше чем 1. Дросселирование потока могут начать, когда поток соответствует линии постоянной частоты вращения, пересекающей ось X (или коэффициенту давления, равному 1). Затем начальную требуемую частоту вращения компрессора могут найти на основе требуемого массового расхода воздуха. Управление с обратной связью могут использовать дополнительно на основе текущего отношения давления (<1) и требуемого массового расхода воздуха. Например, давление в выпускном отверстии компрессора может быть ниже давления окружающей среды (что приводит к значению коэффициента давления вне диапазона коэффициентов давления, изображенного на диаграмме электрического компрессора ЭМК (ECU) на фиг. 4), например, вскоре после закрытия ОКЭН и при вращении электрического нагнетателя. Контроллер может экстраполировать диаграмму компрессора, показанную на фиг. 4, для более низкого коэффициента давления, для оценки требуемой частоты вращения компрессора. Когда частота вращения компрессора увеличивается, и аналогичным образом увеличивается коэффициент давления в компрессоре, управление с обратной связью могут использовать для определения требуемой частоты вращения компрессора.
На фиг. 5 показана управляющая последовательность 500 в качестве примера управления давлением наддува посредством регулятора давления наддува РДН (WG) и приведения в действие ОКЭН согласованно с управлением частотой вращения электрического нагнетателя. Горизонтальная ось (ось X) обозначает время, а вертикальные маркеры t1-t8 определяют значимые моменты времени для управления давлением наддува. Первый график сверху показывает изменение положения педали (линия 502) в течение некоторого времени. Второй график (линия 504) показывает изменение давления наддува в течение некоторого времени. Третий график (линия 508) показывает изменение частоты вращения компрессора электрического нагнетателя. Четвертый график (линия 512) показывает изменение частоты вращения турбины турбонагнетателя в течение некоторого времени. Пятый график (линия 516) показывает изменения степени открытия регулятора давления наддува в течение некоторого времени. Когда регулятор давления наддува открыт, отработавшие газы могут обходить турбину турбонагнетателя, уменьшая частоту вращения турбины турбонагнетателя. Шестой график (линия 518) показывает изменения положения обходного клапана электрического нагнетателя (ОКЭН), присоединенного параллельно электрическому нагнетателю. ОКЭН открывают, чтобы позволить впускному воздуху обходить электрический нагнетатель, или закрывают, чтобы направить впускной воздух через электрический нагнетатель.
До момента времени t1 двигатель работает без наддува, по существу, с постоянной частотой вращения. В момент времени t1 водитель нажимает педаль акселератора, переводя двигатель от работы с естественным всасыванием к работе с наддувом, как видно по подъему линии 502. Давление наддува двигателя может быть увеличено в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора, за счет приведения в действие электромотора для увеличения частоты вращения электрического нагнетателя. Одновременно ОКЭН закрывают для направления большего количества воздуха через компрессор электрического нагнетателя. Одновременно уменьшают степень открытия регулятора давления наддува для направления большего количества отработавших газов через турбину турбонагнетателя и ускорения вращения турбины. За счет работы компрессора электрического нагнетателя, имеющего меньший размер, в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора, давление наддува могут быстро увеличить для соответствия требованию водителя, в то время как турбина раскручивается. Также, если компрессор электрического нагнетателя не раскручен, то вследствие задержки раскрутки турбины возможно появление эффекта турбоямы (то есть, задержки фактического давления наддува, которое должно достигнуть требуемого давления наддува), как изображено штриховой линией на графике 506. В частности, за счет работы электрического нагнетателя, требуемое давление наддува обеспечивают в момент времени t2, по сравнению с возникновением турбоямы, где требуемое давление наддува обеспечивают ближе к моменту времени t4.
В момент времени t2 может существовать перерегулирование давление наддува при прохождении сжатого воздуха к двигателю через электрический нагнетатель. В частности, агрессивный режим работы электрического нагнетателя, уменьшающий эффект турбоямы, может также привести к фактическому давлению наддува, кратковременно превышающему требуемое давление наддува в компрессоре электрического нагнетателя, расположенном ниже по потоку. Для устранения этого перерегулирования давления наддува открывают ОКЭН (в изображенном примере открывают полностью) на время от t2 до t3 для направления потока воздуха к двигателю с обходом электрического нагнетателя. Открытие ОКЭН может уменьшить поток проходящего воздуха, сжимаемого компрессором электрического нагнетателя, и, таким образом, может, по существу, немедленно уменьшить давление наддува, создаваемое электрическим нагнетателем. Одновременно, частоту вращения электрического нагнетателя уменьшают для более точного обеспечения требуемого давления наддува. Поскольку корректировка степени открытия ОКЭН может привести, по существу, к немедленному уменьшению давления наддува во время перерегулирования электрического нагнетателя, ОКЭН может быть приведен в действие с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, поскольку электрический нагнетатель ускоряется (между моментами времени t1 и t2). За счет приведения в действие ОКЭН с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, перерегулирование электрического нагнетателя уменьшается в том размере и продолжительности, как показано линией 508. Также, при отсутствии корректировок ОКЭН может возникнуть большее по значению и более длительное перерегулирование давления наддува, как показано штриховой линией 510. Это большее и более длительное перерегулирование давления наддува может быть причиной выработки избыточного крутящего момента, что приводит к ухудшению дорожных качеств автомобиля.
В момент времени t3 перерегулирование электрического нагнетателя было уменьшено за счет приведения в действие ОКЭН, и, таким образом, ОКЭН закрывается. Кроме того, так как турбина все еще не раскручена в достаточной степени, возобновляется прохождение сжатого воздуха к двигателю через электрический нагнетатель.
Следует учитывать, что хотя ОКЭН изображен как двухпозиционный клапан, способный находиться или в полностью открытом, или в полностью закрытом положении, в альтернативном примере ОКЭН может представлять собой пропорциональный клапан, который могут устанавливать в любое промежуточное положение, в том числе, в полностью открытое или полностью закрытое положение. В таком случае, степень открытия ОКЭН могут увеличить, ускорив реакцию на перерегулирование давления наддува таким образом, чтобы заданное количество потока воздуха могло обойти электрический нагнетатель во время перерегулирования наддува, чтобы результирующее давление наддува было эквивалентно требуемому давлению наддува. Частоту вращения компрессора электрического нагнетателя могут скорректировать до требуемой частоты вращения компрессора, для быстрой реакции на ошибку наддува, а степень открытия ОКЭН могут скорректировать для поддержания результирующего давления наддува на уровне требуемого давления наддува.
В момент времени t4 частота вращения турбины турбонагнетателя достигает требуемой частоты вращения, позволяющей обеспечить требуемое давление наддува без помощи электрического нагнетателя. Как только турбина достаточно раскручена, открытие регулятора давления наддува могут корректировать с более высокой настройкой усиления, чтобы поддерживать давление наддува. Для сохранения электрического заряда аккумулятора электрического нагнетателя во время вращения турбины, ОКЭН открывают, как показано линией 518, а электрический нагнетатель замедляют, как показано линией 508. После этого сжатый воздух может проходить в двигатель через компрессор турбонагнетателя, в соответствии с требованием водителя по наддуву.
В момент времени t5 водитель снова нажимает частично нажатую педаль акселератора, что приводит к переходу от работы двигателя со сравнительно низким наддувом к более высоким условиям наддува. В качестве реакции на увеличение требования наддува, частоту вращения турбины турбонагнетателя увеличивают за счет уменьшения степени открытия регулятора давления наддува, где регулятор давления наддува работает с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, как показано линией 516. Так как турбина уже раскручена, компрессор электрического нагнетателя могут поддерживать отключенным.
В момент времени t6, при прохождении сжатого воздуха к двигателю через турбонагнетатель, может возникнуть перерегулирование давления наддува. В качестве реакции на перерегулирование увеличивают степень открытия регулятора давления наддува (например, регулятор давления наддува полностью открывают) для того, чтобы замедлить турбину и уменьшить производительность турбонагнетателя, как показано линией 516. Для дальнейшего ускорения снижения давления наддува электрический нагнетатель ускоряют до целевой частоты вращения, для дросселирования потока воздуха через компрессор турбонагнетателя. В частности, электрический нагнетатель ускоряют до частоты вращения, обеспечивающей целевой коэффициент давления в компрессоре турбонагнетателя, расположенном ниже по потоку. При ускорении механического нагнетателя ОКЭН закрывают для направления потока воздуха через компрессор электрического нагнетателя, где ОКЭН приводят в действие с настройкой усиления по умолчанию. За счет регулирования потока воздуха к компрессору турбонагнетателя, электрический нагнетатель позволяет более быстро уменьшить давление наддува. Кроме того, при отсутствии дросселирования потока посредством электрического нагнетателя, из-за относительно более низкой динамики регулятора давления наддува, частота вращения турбины и давление наддува, возможно, уменьшались бы более медленно, как показано штриховыми линиями 506 и 514. В результате избыточная выработка крутящего момента привела бы к ухудшению управляемости.
В момент времени t7 ошибка наддува уменьшается. Следовательно, в момент времени t7 ОКЭН открывают, как показано линией 518, а электрический нагнетатель замедляют, как показано линией 508. Частоту вращения компрессора турбонагнетателя сохраняют за счет уменьшения степени открытия регулятора давления наддува, как показано линией 516. После того возобновляется подача сжатого воздуха к двигателю через компрессор турбонагнетателя.
В момент времени t8 водитель отпускает педаль акселератора, как показано линией 502. Давление наддува в турбонагнетателе и частоту вращения турбины уменьшают для обеспечения требуемого давления наддува, как показано линиями 504 и 512, посредством открытия регулятора давления наддува турбонагнетателя, как показано линией 516. Регулятор давления наддува закрывают, когда давление наддува в турбонагнетателе равно требуемому давлению наддува, как показано линией 516.
Таким образом, во время первого условия перерегулирования давления наддува, контроллер может увеличить степень открытия обходного клапана, установленного в обходном патрубке и присоединенного параллельно первому компрессору, расположенному выше по потоку; и во время второго условия перерегулирования давления наддува, контроллер может увеличить степень открытия клапана регулятора давления наддува, установленного в обходном патрубке и присоединенного параллельно выпускной турбине, где турбина предназначена для приведения в движение второго компрессора, расположенного ниже по потоку, причем и во время первого, и во время второго условия, перерегулирование давления наддува может возникать ниже по потоку относительно второго компрессора. Например, в качестве реакции на первое условие перерегулирования давления наддува, поток сжатого воздуха могут подать в двигатель через первый компрессор, с отключенным вторым компрессором, где первый компрессор имеет привод от электромотора, в то время как во время второго условия перерегулирования давления наддува поток сжатого воздуха могут подать в двигатель через второй компрессор, с обходом первого компрессора, где второй компрессор имеет привод от выпускной турбины. Во время первого условия перерегулирования давления наддува частота вращения турбины может быть ниже пороговой частоты вращения, и значение потока воздуха через второй компрессор может быть ниже порогового значения потока, в то время как во время второго условия перерегулирования давления наддува частота вращения турбины может быть выше пороговой частоты вращения, и значение потока воздуха через второй компрессор выше порогового значения потока (например, уровня потока воздуха на холостом ходу). Кроме того, контроллер может сохранять положение клапана выпускного регулятора давления наддува во время первого условия перерегулирования давления наддува, сохранять положение обходного клапана во время второго условия перерегулирования давления наддува и сохранять степень открытия впускного дросселя и во время первого, и во время второго условия перерегулирования давления наддува. Здесь, и первое, и второе условие перерегулирования давления наддува может содержать ошибку наддува между фактическим давлением наддува и требуемым давлением наддува, причем во время первого условия перерегулирования давления наддува положение обходного клапана основывают на требуемом давлении наддува, причем и увеличение степени открытия, и увеличение продолжительности открытия обходного клапана основывают на ошибке наддува, в то время как во время второго условия положение клапана регулятора давления наддува основывают на требуемом давлении наддува, а увеличение степени открытия клапана регулятора давления наддува основывают на ошибке наддува. Контроллер может также уменьшить частоту вращения электромотора во время первого условия перерегулирования давления наддува от первой частоты вращения электромотора, на основе требуемого давления наддува, до второй частоты вращения электромотора, на основе ошибки наддува. Увеличение степени открытия обходного клапана во время первого условия перерегулирования давления наддува содержит увеличение степени открытия обходного клапана до тех пор, пока ошибка наддува не уменьшится, и последующее закрытие обходного клапана, при продолжении увеличения частоты вращения первого компрессора.
Таким образом, давлением наддува управляют более точно и быстро путем координирования корректировок частоты вращения электрического нагнетателя и соответствующего обходного клапана с корректировками клапана регулятора давления наддува.
Технический эффект координирования корректировок электрического нагнетателя, расположенного выше по потоку от турбонагнетателя, с корректировками клапана выпускного регулятора давления наддува и обходного клапана впускного компрессора заключается в том, что давлением наддува можно управлять более точно. За счет использования обходного клапана электрического нагнетателя для уменьшения перерегулирования давления наддува, электрическим нагнетателем можно управлять в более агрессивном режиме с целью уменьшения эффекта турбоямы в то время, когда расположенный ниже по потоку турбонагнетатель раскручивается. При замедлении электрического нагнетателя, когда поток к электрическому нагнетателю направляют в обход через обходной клапан, на давление наддува не могут повлиять задержки, связанные с уменьшением частоты вращения электрического нагнетателя. За счет использования электрического нагнетателя в качестве ограничителя потока во время условий, когда функционирует турбонагнетатель, можно быстро управлять перерегулированием давления наддува, уменьшая проблемы, связанные с управляемостью автомобиля и вызванные избыточной выработкой крутящего момента. За счет улучшения времени достижения крутящего момента, можно улучшить реакцию наддува двигателя, в том числе, во время события внезапного изменения намерений водителя. Кроме того, за счет координирования частоты вращения механического нагнетателя и корректировок обходного клапана с корректировками дросселя и корректировками регулятора давления наддува в дополнительном диапазоне частот, петлю управления регулятором давления наддува можно настроить на более агрессивный режим работы, не ухудшая точность управления наддувом.
Например, способ для двигателя с наддувом содержит обход первого компрессора, расположенного выше по потоку, и направление потока сжатого воздуха к поршневому двигателю через второй компрессор, расположенный ниже по потоку, и, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, регулирование частоты вращения первого компрессора. Предыдущий пример способа может, дополнительно или опционально, содержать ускорение первого компрессора при поддержании впускного дросселя в открытом положении до тех пор, пока значение потока воздуха через второй компрессор не опустится ниже порогового значения потока, и последующее замедление первого компрессора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первый компрессор приводят в движение электромотором, а второй компрессор приводят в движение выпускной турбиной, причем регулирование частоты вращения первого компрессора содержит вращение электромотора с частотой вращения, выбранной на основе значения потока воздуха. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, обход первого компрессора выполняют при частоте вращения турбины выше пороговой частоты вращения. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, перерегулирование давления наддува содержит ошибку наддува между требуемым давлением наддува и фактическим давлением наддува, а ускорение первого компрессора содержит оценку требуемого отношения давлений на входе и выходе второго компрессора на основе ошибки наддува, определение требуемого потока воздуха во второй компрессор на основе требуемого отношения давлений, и последующую работу первого компрессора с частотой вращения, позволяющей уменьшить поток воздуха во второй компрессор до требуемого значения потока воздуха. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, частоту вращения первого компрессора дополнительно корректируют в зависимости от положения впускного дросселя, расположенного выше по потоку относительно первого компрессора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, способ содержит, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, открытие клапана выпускного регулятора давления наддува, расположенного в регуляторе давления наддува, присоединенном параллельно выпускной турбине, и/или клапана рециркуляции для компрессора, причем клапан рециркуляции расположен в патрубке рециркуляции, присоединенном параллельно второму компрессору. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, открытие клапана выпускного регулятора давления наддува содержит регулировку степени открытия клапана регулятора давления наддува в качестве реакции на ошибку наддува, выполняемую с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, и восстановление настройки усиления по умолчанию в качестве реакции на значение ошибки наддува, меньшее, чем пороговое значение ошибки (то есть, на отслеживание значения наддува согласно требуемому профилю), и/или в качестве реакции на неисправность компонента двигателя с наддувом (например, на неисправность ОКЭН).
В другом примере способ для двигателя с наддувом содержит, в качестве реакции на первое увеличение требования водителя, ускорение первого компрессора, расположенного выше по потоку, с целью увеличения потока сжатого воздуха через второй компрессор, расположенный ниже по потоку, и, в качестве реакции на второе увеличение требования водителя, регулировку частоты вращения первого компрессора, расположенного выше по потоку, с целью уменьшения потока сжатого воздуха через второй компрессор, расположенный ниже по потоку. В предыдущем примере способа, дополнительно или опционально, первое увеличение требования водителя содержит событие нажатия педали акселератора от положения отпущенной педали, и второе увеличение требования водителя содержит событие нажатия педали акселератора от положения частично нажатой педали. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, во время первого увеличения требования водителя, поток воздуха через второй компрессор меньше порогового значения потока, и во время второго увеличения требования водителя, поток воздуха через второй компрессор больше порогового значения потока. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, во время первого увеличения требования водителя, ускорение первого компрессора содержит вращение первого компрессора на первой частоте вращения, на основе первого увеличения требования водителя, и, во время второго увеличения требования водителя, ускорение первого компрессора содержит вращение первого компрессора на второй частоте вращения, на основе текущего значения потока воздуха во второй компрессор относительно требуемого коэффициента давления компрессора, причем требуемый коэффициент давления компрессора выбирают на основе второго увеличения требования водителя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первый компрессор представляет собой компрессор электрического нагнетателя с приводом от электромотора, а второй компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя с приводом от выпускной турбины. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, во время первого увеличения требования водителя, частота вращения турбины меньше пороговой частоты вращения, и первый компрессор не вращается, и, во время второго увеличения требования водителя, частота вращения турбины больше пороговой частоты вращения, и первый компрессор вращается. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, способ содержит, во время первого увеличения требования водителя, увеличение степени открытия обходного клапана, установленного в обходном патрубке и присоединенного параллельно первому компрессору, и, во время второго увеличения требования водителя, увеличение степени открытия одного или более из следующего: клапан регулятора давления наддува, установленный в патрубке регулятора давления наддува и присоединенный параллельно выпускной турбине, и клапан рециркуляции, установленный в патрубке рециркуляции и присоединенный параллельно второму компрессору. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, способ содержит, во время первого увеличения требования водителя, управление обходным клапаном с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, и управление клапаном регулятора давления наддува с настройкой усиления по умолчанию, и, во время второго увеличения требования водителя, управление обходным клапаном с настройкой усиления по умолчанию и управление клапаном регулятора давления наддува с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию.
В еще одном примере, система двигателя содержит двигатель, имеющий впускной патрубок, первый впускной компрессор с приводом от электромотора, электромотор, приводимый в действие аккумулятором, второй впускной компрессор с приводом от выпускной турбины, причем второй компрессор расположен ниже по потоку относительно первого компрессора во впускном патрубке, обходной патрубок, содержащий обходной клапан, присоединенный параллельно первому компрессору, регулятор давления наддува, содержащий клапан регулятора давления наддува, присоединенный параллельно выпускной турбине, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для следующего: в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, во время вращения второго компрессора, закрытие клапана регулятора давления наддува для регулирования частоты вращения второго компрессора и одновременное регулирование частоты вращения первого компрессора с целью ограничения потока воздуха во второй компрессор. Предыдущая система в качестве примера может, дополнительно или опционально, содержать контроллер с инструкциями для регулирования степени закрытия клапана регулятора давления наддува и частоты вращения первого компрессора с целью обеспечения целевого отношения давлений на втором компрессоре, причем целевое отношение давлений основано на требовании водителя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные инструкции для следующего: после достижения целевого отношения давлений, замедление первого компрессора при одновременном увеличении степени открытия клапана регулятора давления наддува. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, контроллер содержит инструкции для следующего: в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора в то время, когда второй компрессор не вращается, закрытие клапана регулятора давления наддува с целью увеличения частоты вращения второго компрессора, и одновременное увеличение частоты вращения первого компрессора с целью увеличения потока воздуха через второй компрессор при одновременном увеличении степени открытия обходного клапана на основе ошибки наддува.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п.Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С НАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) | 2018 |
|
RU2717190C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАДДУВОМ | 2016 |
|
RU2689656C1 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА | 2017 |
|
RU2684858C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ НАДДУВА | 2017 |
|
RU2681396C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2013 |
|
RU2576564C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2706099C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2017 |
|
RU2695238C2 |
| СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2705489C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2719758C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2706893C2 |
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с наддувом. Способ для двигателя (10) с наддувом заключается в том, что осуществляют обход первого компрессора (110), расположенного выше по потоку, и направляют поток сжатого воздуха к поршневому двигателю (10) через второй компрессор (114), расположенный ниже по потоку. В качестве реакции на перерегулирование давления наддува, регулируют частоту вращения первого компрессора (110). Раскрыты вариант способа для двигателя с наддувом и система двигателя. Технический результат заключается в ускорении регулирования давления наддувочного воздуха и в уменьшении избыточной выработки крутящего момента двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ для двигателя с наддувом, содержащий шаги, на которых:
осуществляют обход первого компрессора, расположенного выше по потоку, и направляют поток сжатого воздуха к поршневому двигателю через второй компрессор, расположенный ниже по потоку; и
в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, регулируют частоту вращения первого компрессора.
2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых ускоряют первый компрессор и одновременно поддерживают впускной дроссель в открытом положении до тех пор, пока значение потока воздуха через второй компрессор не опустится ниже порогового значения потока, и затем замедляют первый компрессор.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что первый компрессор приводят в движение электромотором, а второй компрессор приводят в движение выпускной турбиной, причем частоту вращения первого компрессора регулируют посредством вращения электромотора с частотой вращения, выбранной на основе значения потока воздуха.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что обход первого компрессора выполняют при частоте вращения турбины выше пороговой частоты вращения.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перерегулирование давления наддува содержит ошибку наддува между требуемым давлением наддува и фактическим давлением наддува, причем ускорение первого компрессора включает в себя оценку требуемого отношения давлений на входе и выходе второго компрессора на основе ошибки наддува, определение значения требуемого потока воздуха во второй компрессор на основе требуемого отношения давлений, и затем работу первого компрессора с частотой вращения, позволяющей уменьшить поток воздуха во второй компрессор до требуемого значения потока воздуха.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что частоту вращения первого компрессора дополнительно корректируют в зависимости от положения впускного дросселя, расположенного выше по потоку относительно первого компрессора.
7. Способ по п. 5, дополнительно содержащий шаги, на которых, в качестве реакции на перерегулирование давления наддува, открывают клапан выпускного регулятора давления наддува, расположенный в регуляторе давления наддува, присоединенном параллельно выпускной турбине, и/или открывают клапан рециркуляции компрессора, расположенный в патрубке рециркуляции, присоединенном параллельно второму компрессору.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что открытие клапана выпускного регулятора давления наддува содержит регулировку степени открытия клапана регулятора давления наддува в качестве реакции на ошибку наддува, с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, и восстанавливают настройку усиления по умолчанию, если значение ошибки наддува меньше порогового значения и/или если существует неисправность компонента двигателя с наддувом.
9. Способ для двигателя с наддувом, содержащий шаги, на которых:
в качестве реакции на первое увеличение требования водителя, ускоряют первый компрессор, расположенный выше по потоку, с целью увеличения потока сжатого воздуха через второй компрессор, расположенный ниже по потоку; и
в качестве реакции на второе увеличение требования водителя, регулируют частоту вращения первого компрессора, расположенного выше по потоку, с целью уменьшения потока сжатого воздуха через второй компрессор, расположенный ниже по потоку.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что первое увеличение требования водителя содержит событие нажатия педали акселератора от положения отпущенной педали, и причем второе увеличение требования водителя содержит событие нажатия педали акселератора от положения частично нажатой педали.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что во время первого увеличения требования водителя, поток воздуха через второй компрессор меньше порогового значения потока, и причем во время второго увеличения требования водителя, поток воздуха через второй компрессор больше порогового значения потока.
12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что во время первого увеличения требования водителя при ускорении первого компрессора вращают первый компрессор с первой частотой вращения, на основе первого увеличения требования водителя, и причем во время второго увеличения требования водителя, при ускорении первого компрессора вращают первый компрессор со второй частотой вращения, на основе текущего значения потока воздуха во второй компрессор относительно требуемого коэффициента давления компрессора, причем требуемый коэффициент давления компрессора выбирают на основе второго увеличения требования водителя.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что первый компрессор представляет собой компрессор нагнетателя с приводом от электромотора, а второй компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя с приводом от выпускной турбины.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что во время первого увеличения требования водителя частота вращения турбины меньше пороговой частоты вращения, и первый компрессор не вращают, и, во время второго увеличения требования водителя частота вращения турбины больше пороговой частоты вращения, и первый компрессор вращают.
15. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаги, на которых, во время первого увеличения требования водителя, увеличивают степень открытия обходного клапана, установленного в обходном патрубке и присоединенного параллельно первому компрессору, и, во время второго увеличения требования водителя, увеличивают степень открытия одного или более из следующего: клапан регулятора давления наддува, установленный в патрубке регулятора давления наддува и присоединенный параллельно выпускной турбине, и клапан рециркуляции, установленный в патрубке рециркуляции и присоединенный параллельно второму компрессору.
16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий шаги, на которых, во время первого увеличения требования водителя, управляют обходным клапаном с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию, и управляют клапаном регулятора давления наддува с настройкой усиления по умолчанию, и, во время второго увеличения требования водителя, управляют обходным клапаном с настройкой усиления по умолчанию и управляют клапаном регулятора давления наддува с более высокой настройкой усиления, чем значение по умолчанию.
17. Система двигателя, содержащая:
двигатель, имеющий впускной патрубок;
первый впускной компрессор с приводом от электромотора, причем электромотор выполнен с возможностью приведения в действие посредством аккумулятора;
второй впускной компрессор с приводом от выпускной турбины, причем второй компрессор расположен ниже по потоку относительно первого компрессора во впускном патрубке;
обходной патрубок, содержащий обходной клапан, присоединенный параллельно первому компрессору;
регулятор давления наддува, содержащий клапан регулятора давления наддува, присоединенный параллельно выпускной турбине; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для:
в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора, во время вращения второго компрессора, закрытия клапана регулятора давления наддува для регулирования частоты вращения второго компрессора; и
одновременного регулирования частоты вращения первого компрессора с целью ограничения потока воздуха во второй компрессор.
18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что предусмотрена возможность регулировки степени закрытия клапана регулятора давления наддува и частоты вращения первого компрессора с целью обеспечения целевого отношения давлений на втором компрессоре, причем целевое отношение давлений основано на требовании водителя.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:
после достижения целевого отношения давлений, замедления первого компрессора при одновременном увеличении степени открытия клапана регулятора давления наддува.
20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:
в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора при отсутствии вращения второго компрессора,
закрытия клапана регулятора давления наддува с целью увеличения частоты вращения второго компрессора; и
одновременного увеличения частоты вращения первого компрессора с целью увеличения потока воздуха через второй компрессор при одновременном увеличении степени открытия обходного клапана на основе ошибки наддува.
| US 6938420 B2, 06.09.2005 | |||
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| US 7530229 B2, 12.05.2009 | |||
| Пресс для выдавливания из деревянных дисков заготовок для ниточных катушек | 1923 |
|
SU2007A1 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ | 2011 |
|
RU2543109C2 |
