Область техники
Раскрытое в настоящей заявке изобретение в целом относится к способам и системам для системы рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
В системах двигателей можно применять процесс рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) из выпускной системы двигателя во впускную систему двигателя (впускной канал) для снижения регулируемых выбросов и более рационального использования топлива. Система РОГ, например, система РОГ низкого давления, может содержать различные датчики для измерения и (или) регулирования РОГ. В качестве примера, впускная система двигателя может содержать датчик состава всасываемых газов, например, датчик кислорода с возможностью его использования в режимах без РОГ для определения содержания кислорода в свежем всасываемом воздухе. В режимах с РОГ указанный датчик можно использовать для косвенного определения наличия отработавших газов рециркуляции по изменению концентрации кислорода из-за добавления РОГ, уменьшающих его концентрацию. Один пример такого датчика кислорода на впуске приведен Мацубара с соавторами (Matsubara et al.) в US 6,742,379. Однако достоверность определения параметров РОГ с помощью датчика кислорода на впуске может снижаться в режимах с наддувом и продувкой, когда через впускную систему проходит поток углеводородов. В таких условиях расход РОГ можно определять с помощью других датчиков. Например, система РОГ может также содержать датчик перепада давления ПД (DP) на клапане, измеряющий давление до клапана РОГ и за ним для расчета расхода РОГ по разности давлений перед клапаном РОГ и за ним и проходному сечению клапана РОГ. Полученные значения расхода РОГ можно использовать для регулирования положения клапана РОГ и, следовательно, объема подачи РОГ в двигатель.
В качестве примера, проходное сечение клапана РОГ может измениться из-за нарастания сажи или других отложений на клапане РОГ. Изменение проходного сечения клапана РОГ может отрицательно сказаться на достоверности результатов измерения расхода РОГ и, соответственно, его регулировании по показаниям системы измерения перепада давления на клапане ИПДК (DPOV), содержащей датчик ПД. Авторы настоящего изобретения выявили, что во время закрытия клапана РОГ его кромка врезается в седло клапана, в результате чего невозможно выявить изменения высоты подъема клапана, вызванные отложением сажи. Таким образом, невозможно ввести поправку на изменения проходного сечения клапана РОГ, влияющие на расход РОГ, по результатам определения конечного положения с помощью датчика положения в составе системы ИПДК, в результате чего значения расхода РОГ, полученные при использовании системы измерения перепада давления на клапане (ИПДК), оказываются недостоверными.
В одном примере вышеуказанные недостатки можно устранить, используя способ индицирования нарастания сажи на клапане рециркуляции отработавших газов (РОГ) по разности значений расхода РОГ, рассчитанных в первом режиме без наддува двигателя с помощью датчика кислорода на впуске и датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Так можно выявить изменения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи и скорректировать полученные значения расхода РОГ с учетом нарастания сажи, повысив достоверность результатов определения расхода РОГ и, как следствие, эффективность управления двигателем.
В качестве примера, первое значение расхода РОГ можно определить с помощью датчика кислорода на впуске, когда отсутствуют наддув двигателя, и продувочный поток отключен. Второе значение расхода РОГ можно определить с помощью датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, например, датчика перепада давления (ПД) на клапане. Разницу между первым и вторым значениями расхода РОГ можно использовать для определения изменения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. А именно, второе значение расхода РОГ можно определить по выходному сигналу датчика ПД и значению проходного сечения клапана РОГ, при этом значение проходного сечения клапана РОГ рассчитывают на основе известного поперечного сечения клапана РОГ и положения клапана РОГ согласно показанию датчика положения клапана РОГ. Изменение проходного сечения клапана РОГ (из-за отложения сажи) можно определить на основе разницы между первым и вторым значениями расхода РОГ, расчетного проходного сечения клапана РОГ и первого значения расхода РОГ, полученного с помощью датчика кислорода на впуске. Расчетное проходное сечение клапана РОГ можно получить, используя показание датчика положения клапана РОГ и поправку к высоте подъема клапана РОГ, причем поправку к высоте подъема клапана РОГ получают при выполнении алгоритма определения конечного положения и тепловой компенсации клапана. В одном примере алгоритм определения конечного положения и тепловой компенсации клапана РОГ может определить изменение проходного сечения клапана РОГ из-за перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ. Таким путем можно определить изменения проходного сечения клапана РОГ, влияющие на определение расхода РОГ по раскрытому выше способу ИПДК, и использовать их для коррекции расчетных значений расхода РОГ. Более корректные полученные значения расхода РОГ можно использовать для управления двигателем.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 схематически изображен пример системы двигателя, содержащей датчик кислорода на впуске и систему рециркуляции отработавших газов.
ФИГ. 2 представляет собой блок-схему способа для определения расхода РОГ с помощью датчика кислорода на впуске или датчика перепада давления в зависимости от параметров работы двигателя.
ФИГ. 3 представляет собой блок-схему способа индицирования нарастания сажи на клапане РОГ и определения проходного сечения клапана РОГ с поправкой на нарастание сажи.
ФИГ. 4 представляет собой диаграмму изменения результатов определения расхода РОГ, полученных с помощью датчика кислорода на впуске и датчика перепада давления, в зависимости от изменения параметров работы двигателя.
ФИГ. 5 представляет собой блок-схему способа для определения изменения проходного сечения клапана РОГ из-за изменений перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ.
ФИГ. 6 представляет собой блок-схему способа для определения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана РОГ.
Осуществление изобретения
Ниже раскрыты системы и способы (варианты) для определения изменений проходного сечения клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) для расчета расхода РОГ. В одном примере изменения проходного сечения клапана РОГ могут происходить из-за нарастания сажи на клапане РОГ и (или) изменения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ. Двигатель с турбонаддувом, показанный на ФИГ. 1, может содержать датчик кислорода на впуске, расположенный в впускном канале двигателя, и датчик перепада давления (ПД) на клапане, расположенный в канале РОГ. Датчик ПД и датчик кислорода на впуске каждый по отдельности можно использовать для расчета расхода РОГ через систему РОГ низкого давления. Расход РОГ может регулировать клапан РОГ, в открытом положении могущий пропускать поток отработавших газов рециркуляции в впускной канал из области за турбиной в область выше по потоку от компрессора. Как показано на ФИГ. 4, расход РОГ можно определять с помощью датчика кислорода на впуске и (или) датчика ПД в зависимости от параметров работы двигателя. Когда клапан РОГ открыт, и отработавшие газы рециркуляции текут по канала РОГ, значения перепада давления на клапане РОГ и величину проходного сечения клапана РОГ можно использовать для расчета расхода РОГ. Датчик положения выполнен с возможностью определения высоты подъема клапана РОГ, которую можно использовать для определения проходного сечения клапана РОГ, а датчик ПД выполнен с возможностью измерять перепад давления на клапане РОГ. Как показано на ФИГ. 5 и 6, достоверность определения проходного сечения клапана РОГ можно повысить, если учитывать тепловое расширение клапана РОГ из-за высоких температур отработавших газов рециркуляции. Итак, взятые вместе показания датчика положения клапана РОГ и датчика ПД можно использовать для расчета массового расхода РОГ. Однако со временем на клапане РОГ может нарастать сажа, уменьшая полезную площадь проходного сечения клапана РОГ. При отсутствии способа определения размера нарастания сажи, недостоверность результатов определения расхода РОГ может повышаться по мере нарастания сажи на клапане РОГ.
Как показано на ФИГ. 2, решение о том, какие результаты измерения использовать - от датчика кислорода на впуске или ИПДК (системы измерения перепада давления на клапане, содержащей датчик ПД, подключенный параллельно клапану РОГ) - для определения значений расхода РОГ, может зависеть от таких параметров работы двигателя, как продувка, наддув и массовый расход всасываемого воздуха. Способ, раскрытый на ФИГ. 3, предлагает методику расчета нарастания сажи на клапане РОГ и, следовательно, повышения достоверности определения расхода РОГ. При использовании датчика кислорода на впуске расход РОГ можно определять путем сравнения содержания кислорода во всасываемом воздухе при открытом клапане РОГ, с опорным уровнем при закрытом клапане РОГ. По мере нарастания сажи, результат расчета расхода РОГ с помощью датчика кислорода на впуске можно сравнить с результатом расчета расхода РОГ с помощью датчиков ПД и датчиков положения (в настоящем описании также обозначаемых термином «система ИПДК»), На ФИГ. 3 также показано, как можно использовать разницу между значениями расхода РОГ, полученными с помощью датчика кислорода и датчиков ПД и положения, чтобы с достаточной достоверностью определить расчетную величину нарастания сажи на клапане РОГ. Учитывая изменения полезной площади проходного сечения клапана из-за нарастания сажи, можно корректировать последующие результаты расчета расхода РОГ, полученные с помощью датчика ПД и датчика положения, с поправкой на установленную величину нарастания сажи.
На ФИГ. 1 схематически изображен пример системы 100 двигателя с турбонаддувом, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и два турбокомпрессора 120 и 130, которые могут быть идентичны. В качестве неограничивающего примера, система 100 двигателя может входить в состав силовой установки пассажирского транспортного средства. Хотя это и не показано на фигуре, возможно использование других комплектаций двигателя, например, двигателя с одним турбокомпрессором, без отступления от объема раскрытого в настоящей заявке изобретения.
Системой 100 двигателя можно, как минимум частично, управлять с помощью контроллера 12 и управляющих воздействий водителя 190 транспортного средства через устройство 192 ввода. В данном примере устройство 192 ввода содержит педаль акселератора и датчик 194 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений (например, однокристальное постоянное запоминающее устройство), оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. В носитель информации - постоянное запоминающее устройство - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой постоянные команды, исполняемые микропроцессором для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью принимать данные от нескольких датчиков 165 и направлять сигналы управления нескольким исполнительным механизмам 175 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). Прочие исполнительные механизмы, например, приводы различных дополнительных клапанов и дросселей, можно установить в различных точках системы 100 двигателя. Контроллер 12 выполнен с возможностью получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать эти данные и приводить в действие исполнительные механизмы по результатам обработки входных данных и в соответствии с командой или кодом, введенным в контроллер и относящимся к одному или нескольким алгоритмам. Примеры алгоритмов управления раскрыты в настоящем описании со ссылками на ФИГ. 2-3 и 5-6.
Всасываемый воздух может поступать в систему 100 двигателя по впускному каналу 140. Как показано на ФИГ. 1, впускной канал 140 может содержать воздушный фильтр 156 и дроссель 115 воздухозаборной системы ВЗС (AIS). Положение дросселя 115 ВЗС можно регулировать с помощью системы управления посредством привода 117 дросселя, соединенного с контроллером 12 с возможностью связи.
Как минимум часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 122 турбокомпрессора 120 по первой линии впускного канала 140, показанной в виде позиции 142, и как минимум часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 132 турбокомпрессора 130 по второй линии впускного канала 140, показанной в виде позиции 144. Соответственно, система 100 двигателя содержит ВЗС 191 низкого давления ВЗС НД (LP AIS) выше по потоку от компрессоров 122 и 132 и ВЗС 193 высокого давления ВЗС ВД (HP AIS) ниже по потоку от компрессоров 122 и 132.
Канал 198 принудительной вентиляции картера ПВК (PCV) (например, труба на напорной стороне) может соединять картер (не показан) со второй линией 144 впускного канала для контролируемого удаления из картера содержащихся в нем газов. Кроме того, можно удалять топливные пары из канистры улавливания топливных паров (не показана) во впускной канал по линии 195 удаления топливных паров, соединяющей канистру улавливания топливных паров со второй линией 144 впускного канала.
Первую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 122 и далее подавать во впускной коллектор 160 по воздухозаборному каналу 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 образуют первую ветвь воздухозаборной системы двигателя. Схожим образом, вторую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 132 и далее подавать во впускной коллектор 160 по воздухозаборному каналу 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 образуют вторую ветвь воздухозаборной системы двигателя. Как показано на ФИГ. 1, всасываемый воздух из впускных каналов 146 и 148 может соединяться в общем впускном канале 149 перед поступлением во впускной коллектор 160, откуда всасываемый воздух можно подавать в двигатель. В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может содержать датчик 182 давления во впускном коллекторе для определения давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) и (или) датчик 183 температуры во впускном коллекторе для определения температуры воздуха в коллекторе ТВК (МСТ), каждый из которых выполнен с возможностью связи с контроллером 12. В раскрытом примере впускной канал 149 также содержит охладитель 154 всасываемого воздуха ОВВ (САС) и дроссель 158. Положение дросселя 158 может регулировать система управления через привод 157 дросселя, соединенный с возможностью связи с контроллером 12. Как показано, дроссель 158 можно установить во впускном канале 149 ниже по потоку от ОВВ 154 и выполнить с возможностью изменения его положения для регулирования расхода потока всасываемых газов в двигатель 10.
Как показано на ФИГ. 1, перепускной клапан 152 компрессора ПКК (CBV) можно расположить в канале 150 ПКК, а ПКК 155 - в канале 151 ПКК. В одном примере ПКК 152 и 155 могут представлять собой электронно-пневматические ПКК (ЭППКК (EPCBV)). Положение ПКК 152 и 155 можно регулировать для сброса давления впускной системы, когда двигатель работает с наддувом. Передний по ходу конец канала 150 ПКК можно соединить с впускным каналом 148 ниже по потоку от компрессора 132, а задний по ходу конец канала 150 ПКК можно соединить с впускным каналом 144 выше по потоку от компрессора 132. Схожим образом, передний по ходу конец канала 151 ПКК можно соединить с впускным каналом 146 ниже по потоку от компрессора 122, а задний по ходу конец канала 151 ПКК можно соединить с впускным каналом 142 выше по потоку от компрессора 122. В зависимости от положения каждого из ПКК, сжатый воздух из соответствующего компрессора можно возвращать во впускной канал в точке выше по потоку от компрессора (например, во впускной канал 144 для компрессора 132 и впускной канал 142 для компрессора 122). Например, ПКК 152 можно открывать для перенаправления сжатого воздуха в область выше по потоку от компрессора 132, и (или) ПКК 155 можно открывать для перенаправления сжатого воздуха в область выше по потоку от компрессора 122 для сброса давления во впускной системе при выбранных режимах для снижения помпажа в компрессоре. ПКК 155 и 152 можно активно или пассивно управлять с помощью системы управления.
Как показано, датчик 196 давления на входе компрессора ДВхК (CIP) установлен во впускном канале 142, а датчик 169 ВЗС ВД установлен во впускном канале 149. Однако в других предполагаемых вариантах осуществления датчики 196 и 169 можно установить в других точках ВЗС НД и ВЗС ВД соответственно. Помимо прочих функций, датчик 196 ДВхК выполнен с возможностью измерять давление ниже по потоку от клапана 121 РОГ.
Двигатель 10 может содержать несколько цилиндров 14. В раскрытом примере двигатель 10 содержит шесть V-образно расположенных цилиндров. А именно, шесть цилиндров расположены в два ряда 13 и 15, по три цилиндра в каждом ряду. В других примерах двигатель 10 может содержать два и более цилиндров: 3, 4, 5, 8, 10 или более. Цилиндры в разных количествах можно поровну распределять и устанавливать по различным схемам, например: V-образной, однорядной, оппозитной и т.п. Любой цилиндр 14 может быть выполнен с топливной форсункой 166. В раскрытом примере топливная форсунка 166 представляет собой форсунку непосредственного впрыска. Однако в других примерах топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде топливной форсунки впрыска во впускной канал.
Всасываемый воздух, подаваемый в любой из цилиндров 14 (в настоящем описании также именуемых «камера 14 сгорания») по общему впускному каналу 149, можно использовать для сжигания топлива, продукты сгорания которого можно удалять по выпускным каналам, отдельным для каждого ряда цилиндров. В раскрытом примере продукты сгорания из первого ряда 13 цилиндров двигателя 10 можно удалять по общему выпускному каналу 17, а из второго ряда 15 цилиндров - по общему выпускному каналу 19.
Положение впускных и выпускных клапанов любого из цилиндров 14 можно регулировать с помощью гидравлических толкателей, связанных со штангами толкателей клапанов, или с помощью механического кулачкового привода. В данном примере как минимум впускными клапанами любого из цилиндров 14 можно управлять с помощью системы кулачкового привода. А именно, система 25 кулачкового привода впускных клапанов может содержать один или несколько кулачков и может быть выполнена с возможностью изменения фаз кулачкового распределения или высоты подъема впускных и (или) выпускных клапанов. В модифицированных вариантах впускные клапаны могут быть электроприводными. Схожим образом, выпускные клапаны могут иметь кулачковый привод или быть электроприводными. В других вариантах кулачки могут быть нерегулируемыми.
Продукты сгорания, удаляемые из двигателя 10 по выпускному каналу 17, можно направлять через турбину 124 с приводом от отработавших газов в составе турбокомпрессора 120, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 122 через вал 126 для сжатия всасываемого воздуха. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 17 можно направить в обход турбины 124 по перепускному каналу 123 турбины, регулируя его с помощью перепускного клапана 128. Положение перепускного клапана 128 можно регулировать через привод (не показан) по командам контроллера 12. В качестве неограничивающего примера, контроллер 12 может регулировать положение перепускного клапана 128 через пневматический привод, управляемый электромагнитным клапаном. Например, электромагнитный клапан может принимать сигнал для обеспечения срабатывания перепускного клапана 128 через пневматический привод в зависимости от разности давлений воздуха между впускным каналом 142 выше по потоку от компрессора 122 и впускным каналом 149 ниже по потоку от компрессора 122. В других примерах вместо электромагнитного клапана можно использовать другие подходящие решения для приведения в действие перепускного клапана 128.
Схожим образом, продукты сгорания, удаляемые из двигателя 10 по выпускному каналу 19, можно направлять через турбину 134 с приводом от отработавших газов в составе турбокомпрессора 130, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 132 через вал 136 для сжатия всасываемого воздуха, протекающего через второе ответвление впускной системы двигателя. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 19 можно направить в обход турбины 134 по перепускному каналу 133 турбины, регулируя его с помощью перепускного клапана 138. Положение перепускного клапана 138 можно регулировать через привод (не показан) по командам контроллера 12. В качестве неограничивающего примера, контроллер 12 может регулировать положение перепускного клапана 138 через пневматический привод, управляемый электромагнитным клапаном. Например, электромагнитный клапан может принимать сигнал для обеспечения срабатывания перепускного клапана 138 через пневматический привод в зависимости от разности давлений воздуха между впускным каналом 144 выше по потоку от компрессора 132 и впускным каналом 149 ниже по потоку от компрессора 132. В других примерах вместо электромагнитного клапана можно использовать другие подходящие решения для приведения в действие перепускного клапана 138.
В некоторых примерах турбины 124 и 134 с приводом от отработавших газов могут быть выполнены с изменяемой геометрией, причем контроллер 12 может изменять положение лопаток рабочего колеса турбины (или направляющих лопаток) для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Вместо этого, турбины 124 и 134 с приводом от отработавших газов могут быть выполнены с сопловым аппаратом переменного сечения, причем контроллер 12 может изменять положение соплового аппарата турбины для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Например, система управления может быть выполнена с возможностью по отдельности изменять положение направляющего или соплового аппарата турбин 124 и 134 с приводом от отработавших газов через соответствующие исполнительные механизмы.
Продукты сгорания, удаляемые из цилиндров по выпускному каналу 19, можно направить в атмосферу по выпускному каналу 180 ниже по потоку от турбины 134, а продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 17, можно направить в атмосферу по выпускному каналу 170 ниже по потоку от турбины 124. Выпускные каналы 170 и 180 могут содержать один или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор, и один или несколько датчиков отработавших газов. Например, как показано на ФИГ. 1, выпускной канал 170 может содержать устройство 129 снижения токсичности отработавших газов, установленное ниже по потоку от турбины 124, а выпускной канал 180 может содержать устройство 127 снижения токсичности отработавших газов, установленное ниже по потоку от турбины 134. Устройства 127 и 129 снижения токсичности отработавших газов могут представлять собой устройства избирательного каталитического восстановления ИКВ (SCR), трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы ТКН (TWC), накопители оксидов азота, устройства снижения токсичности отработавших газов других типов или их комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах устройства снижения токсичности отработавших газов 127 и 129 можно периодически регенерировать во время работы двигателя 10, например, путем подачи в как минимум один из цилиндров двигателя смеси с определенным воздушно-топливным отношением.
Система 100 двигателя может также содержать одну или несколько систем рециркуляции отработавших газов (РОГ) для перенаправления как минимум части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. В их число может входить одна или несколько систем РОГ высокого давления для РОГ под высоким давлением (РОГ ВД) и один или несколько контуров РОГ низкого давления для РОГ под низким давлением (РОГ НД). В одном примере РОГ ВД можно осуществлять при отсутствии наддува, создаваемого турбокомпрессорами 120, 130, а РОГ НД - при наличии наддува, создаваемого турбокомпрессором, и (или) когда температура отработавших газов превышает пороговую. В других примерах РОГ ВД и РОГ НД можно осуществлять одновременно.
В раскрытом примере система 100 двигателя может содержать систему 108 РОГ низкого давления (НД). Система 108 РОГ НД направляет необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 170 во впускной канал 142. В раскрытом варианте рециркулируемые отработавшие газы направляют по каналу 197 РОГ из области ниже по потоку от турбины 124 во впускной канал 142 в точку смешивания выше по потоку от компрессора 122. Количество РОГ, подаваемых во впускной канал 142, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 121 РОГ, установленного в системе 108 РОГ НД. В примере осуществления на ФИГ. 1 система 108 РОГ НД содержит охладитель 113 РОГ выше по потоку от клапана 121 РОГ. Охладитель 113 РОГ может отводить тепло рециркулируемых отработавших газов, например, на хладагент двигателя. Система РОГ НД может содержать датчик 125 перепада давления на клапане (дифференциального давления, или разности давлений, или ПД). В одном примере расход РОГ можно определять с помощью системы измерения перепада давления на клапане, содержащей датчик ПД 125, определяющий разность давлений перед клапаном 121 РОГ и за клапаном 121 РОГ. Система измерения перепада давления на клапане может также определять расход РОГ (например, величину расхода РОГ НД) на основе температуры РОГ, определяемой датчиком 135 температуры РОГ, расположенным ниже по потоку от клапана 121 РОГ, и проходного сечения клапана РОГ, определяемого датчиком 131 высоты подъема клапана РОГ. В другом примере расход РОГ можно оценить по показаниям системы измерения РОГ, содержащей датчик 168 кислорода на впуске (в настоящем описании именуемом «датчик O2 во всасываемом воздухе (O2ВВ)» (IAO2)), датчик массового расхода воздуха (не показан), датчик 182 абсолютного давления в коллекторе (ДВК) и датчик 138 температуры в коллекторе. В некоторых примерах обе системы измерения РОГ (то есть систему измерения перепада давления на клапане, содержащую датчик 125 перепада давления, и систему измерения РОГ, содержащую датчик 168 кислорода на впуске) можно использовать для определения, контроля и регулирования расхода РОГ.
В альтернативном варианте осуществления система двигателя может содержать вторую систему РОГ НД (не показана), направляющую необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 180 во впускной канал 144. В другом модифицированном варианте система двигателя может содержать обе системы РОГ НД (одну, направляющую отработавшие газы из выпускного канала 180 во впускной канал 144, и вторую, направляющую отработавшие газы из выпускного канала 170 во впускной канал 142), раскрытые выше.
В дополнительном варианте осуществления, не показанном на ФИГ. 1, система 100 двигателя может также содержать систему РОГ высокого давления, могущую направлять необходимую часть отработавших газов из общего выпускного канала 17 выше по потоку от турбины 124 во впускной коллектор 160 ниже по потоку от впускного дросселя 158.
Клапан 121 РОГ может содержать корпус и стержень (не показан), причем указанный стержень выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса клапана 121 РОГ таким образом, чтобы можно было регулировать степень открытия клапана 121 РОГ в зависимости от положения стержня и корпуса относительно друг друга. Клапан 121 РОГ может быть выполнен с возможностью изменять количество и (или) расход отработавших газов, отводимых по каналу РОГ, для достижения необходимого процента разбавления отработавшими газами заряда, поступающего в двигатель, причем заряд с высоким процентом разбавления отработавшими газами содержит большую долю рециркулируемых отработавших газов, чем заряд с низким процентом разбавления отработавшими газами. Следует понимать, что, кроме положения клапана РОГ, процент разбавления отработавшими газами всасываемого заряда также зависит от положения дросселя 115 ВЗС и других исполнительных механизмов. В качестве примера, определенное положение дросселя ВЗС может усилить падение давления в системе РОГ НД, в связи с чем возрастет поток РОГ НД во впускную систему. В результате может вырасти процент разбавления отработавшими газами, а снижение расхода РОГ НД во впускную систему может уменьшить процент разбавления отработавшими газами (например, процентное содержание РОГ). Соответственно, содержание РОГ во всасываемом заряде можно регулировать либо путем изменения положения клапана РОГ, либо изменения положения дросселя ВЗС, либо путем изменения положения обоих клапанов, помимо регулирования прочих параметров. Таким образом, изменяя положения клапана 121 РОГ и (или) дросселя 115 ВЗС можно регулировать количество (или расход) РОГ и, следовательно, процентное содержание РОГ в массовом расходе воздуха (например, в заряде воздуха, поступающем во впускной коллектор).
Двигатель 10 может также содержать один или несколько датчиков кислорода в общем впускном канале 149. Указанные один или несколько датчиков кислорода могут именоваться «датчики кислорода на впуске». В раскрытом варианте датчик 168 кислорода на впуске расположен выше по потоку от дросселя 158 и ниже по потоку от ОВВ 154. Однако в других вариантах датчик 168 кислорода на впуске можно установить в других местах по ходу впускного канала 149, например, выше по потоку от ОВВ 154. Датчик 168 кислорода на впуске (O2ВВ) может представлять собой датчик кислорода, управляемый переменным напряжением ПН (VVs), или иной подходящий датчик для получения значений концентрации кислорода и концентрации РОГ в заряде воздуха (например, в воздухе, текущем по общему впускному каналу 149). В одном примере датчики 168 кислорода на впуске могут содержать нагревательный элемент в качестве измерительного элемента. Во время работы ток накачки датчика кислорода на впуске может служить показателем содержания кислорода в потоке газа.
Датчик 172 давления можно расположить рядом с датчиком кислорода для определения давления на входе, при котором принимается выходной сигнал датчика кислорода. Поскольку на выходной сигнал датчика кислорода влияет давление на входе, можно получить опорный выходной сигнал датчика кислорода при опорном давлении на входе. В одном примере опорным давлением на входе является давление на входе дросселя ДВД (TIP), при этом датчик 172 давления является датчиком ДВД. В других примерах опорным давлением на входе является давление в коллекторе (ДВК) согласно показаниям датчика 182 ДВК.
Система 100 двигателя может содержать различные датчики 165 в дополнение к указанным выше. Как показано на ФИГ. 1, общий впускной канал 149 может содержать датчик 173 температуры на входе дросселя для измерения температуры воздуха на дросселе ТВД (ТСТ). Кроме того, хотя это и не показано, любой из впускных каналов 142 и 144 может содержать датчик массового расхода воздуха, либо датчик массового расхода воздуха можно расположить в общем канале 140.
Датчик 189 влажности можно установить только в одном из параллельных впускных каналов. Как показано на ФИГ. 1, датчик 189 влажности расположен в впускном канале 142 (например, в впускном канале, по которому не проходят поток ПВК и продувочный поток), выше по потоку от ОВВ 154 и на выходе канала 197 РОГ НД в впускной канал 142 (например, с месте соединения между каналом 197 РОГ НД и впускным каналом 142, где РОГ НД поступают во впускной канал 142). Датчик 189 влажности может быть выполнен с возможностью определения относительной влажности всасываемого воздуха. В одном варианте датчик 189 влажности представляет собой универсальный датчик кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO), выполненный с возможностью определения относительной влажности всасываемого воздуха по выходному сигналу датчика при одном или нескольких значениях напряжения. Поскольку продувочный воздух и воздух ПВК могут исказить результаты измерения датчика влажности, продувочное отверстие и отверстие ПВК расположены во впускном канале, отличном от того, где расположен датчик влажности.
Датчик 168 кислорода на впуске выполнен с возможностью определения концентрации кислорода на впуске и определения расхода РОГ через двигатель по изменению концентрации кислорода во всасываемом воздухе после открытия клапана 121 РОГ. А именно, изменение в показании датчика после открытия клапана 121 РОГ сравнивают с опорным значением при работе датчика в отсутствии РОГ (нулем). На основе изменения (например, уменьшения) содержания кислорода относительно периода работы без РОГ, можно рассчитать расход РОГ, поступающих в двигатель на момент получения показания. Например, после подачи опорного напряжения (Vs) на датчик, датчик выдает выходной сигнал тока накачки (Ip). Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению выходного сигнала тока накачки (дельта Ip) в присутствии РОГ относительно выходного сигнала датчика в отсутствии РОГ (нуля). На основании отклонения полученного значения расхода РОГ от ожидаемого (или заданного) значения расхода РОГ можно осуществлять дальнейшее регулирование РОГ.
Нуль датчика 168 кислорода на впуске можно определить во время режима холостого хода, когда колебания давления на впуске минимальны, и когда во впускную систему низкого давления не поступает воздух ПВК или продувочный воздух. Кроме того, можно периодически выполнять подстройку в режиме холостого хода, например, при первом же случае работы на холостом ходу после запуска двигателя, для компенсации эффекта старения датчика и непостоянства выходных сигналов разных экземпляров датчиков.
В другом варианте, нуль датчика кислорода на впуске можно определить во время нахождения двигателя в режиме без подачи топлива, например во время отсечки топлива в режиме замедления ОТРЗ (DFSO). При выполнении подстройки в режиме ОТРЗ, помимо снижения шума, которое также достигается при подстройке в режиме холостого хода, можно снизить вариацию показаний датчика, вызванную нарушением герметичности клапана РОГ.
Итак, на ФИГ. 1 предложена система для двигателя, содержащая: турбокомпрессор с компрессором впускной системы и турбиной с приводом от отработавших газов, канал рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления между выпускным каналом ниже по потоку от турбины и впускным каналом выше по потоку от компрессора впускной системы, при этом канал РОГ низкого давления содержит клапан РОГ и систему измерения перепада давления на клапане для измерения расхода РОГ, датчик кислорода на впуске, расположенный во впускной системе двигателя ниже по потоку от канала РОГ низкого давления, и контроллер с машиночитаемыми командами для индицирования уменьшения проходного сечения клапана РОГ по разнице между первым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика ПД и вторым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика кислорода на впуске во время работы двигателя без продувки, без наддува и с массовым расходом воздуха ниже порогового уровня. Датчик кислорода на впуске также может быть расположен во впускном коллекторе двигателя, при этом машиночитаемые команды также могут включать в себя команды для корректировки третьего значения расхода РОГ, причем третье значение расхода РОГ определяют по выходному сигналу датчика ПД во время работы двигателя с наличием одного или нескольких из следующих условий: продувка включена, наддув включен, и массовый расход воздуха выше порогового уровня, по разнице между первым значением расхода РОГ и вторым значением расхода РОГ.
На ФИГ. 2 представлена блок-схема способа 200 для расчета расхода РОГ в системе РОГ низкого давления с помощью датчика кислорода на впуске (например, O2BB 168 на ФИГ. 1) и (или) датчика ПД (например, датчика 125 ПД на ФИГ. 1) системы измерения перепада давления на клапане в зависимости от режима работы двигателя. Команды для реализации способа 200 можно хранить в запоминающем устройстве контроллера двигателя, например, контроллера 12 на ФИГ. 1. Кроме того, способ 200 также может выполнять контроллер. Контроллер может определять массовый расход РОГ с помощью датчика ПД, измеряющего перепад давления на клапане РОГ, и датчика положения клапана (например, датчика 131 высоты подъема клапана РОГ). Однако, как разъяснялось выше, по мере нарастания сажи на клапане РОГ, значения массового расхода РОГ, полученные раскрытым выше способом ИПДК, могут становиться все более недостоверными. В связи с этим, при определенных условиях можно использовать датчик O2BB для расчета массового расхода РОГ, чтобы получить значение расхода РОГ с повышенной достоверностью. Датчик O2BB также выполнен с возможностью определения нарастания сажи на клапане РОГ. Учитывая возможность существенной погрешности в показаниях датчика O2BB в определенных режимах работы двигателя (например, при работе двигателя с наддувом, или когда массовый расход всасываемого воздуха превышает пороговый), датчик O2BB нельзя использовать постоянно. Поэтому способ 200 также включает в себя определение того, когда можно использовать датчик O2BB для расчета массового расхода РОГ. Способ 200 также включает в себя сравнение результата расчета расхода РОГ с помощью датчика O2BB с результатом расчета с помощью системы измерения перепада давления на клапане. Так можно получить достоверный результат расчета расхода РОГ от системы измерения перепада давления на клапане за счет повышения достоверности входного значения проходного сечения клапана РОГ, поступающего в систему измерения перепада давления на клапане. Реализацию способа 200 начинают на шаге 202, где контроллер (например, контроллер 12) оценивает и (или) измеряет параметры работы двигателя по сигналам от нескольких датчиков. Параметры работы двигателя могут включать в себя температуру двигателя, частоту вращения и нагрузку двигателя, массовый расход всасываемого воздуха, давление в коллекторе, положение клапана РОГ, положение продувочного клапана и т.п.
Способ 200 переходит на шаг 204, где контроллер определяет, включена ли РОГ, по сигналу обратной связи от датчика положения (например, датчика 131 высоты подъема клапана РОГ) о положении клапана РОГ. В другом примере контроллер может определить, что РОГ включена, на основании того, что расход РОГ превышает нулевое значение. Таким образом, РОГ может осуществляться, если рециркулируемые отработавшие газы (РОГ) протекают по канала РОГ низкого давления (например, канала 197 РОГ) из выпускного канала во впускной канал. Если контроллер установит, что клапан РОГ закрыт, и РОГ не включена, то способ 200 переходит на шаг 206, где контроллер задействует датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе (O2BB) (например, датчик O2BB 168 на ФИГ. 1) для измерения содержания кислорода во всасываемом воздухе. Датчик O2BB выполнен с возможностью подачи базового опорного напряжения (V0) на закачивающий элемент, представляющий собой электрохимическую пару, который выкачивает кислород из внутреннего зазора или закачивает в него кислород, и создает ток накачки, который можно использовать для определения содержания кислорода (то есть парциального давления O2) в потоке всасываемого воздуха. В одном варианте датчик O2BB может представлять собой датчик кислорода переменного напряжения (VVs). Если на шаге 204 контроллер установит, что РОГ включена, то контроллер переходит на шаг 208, чтобы проверить, отключены ли режимы продувки и наддува.
На шагах 208 и 214 контроллер проверяет, отключены ли режимы продувки и наддува, а также находится ли массовый расход всасываемого воздух ниже порогового значения, чтобы определить, использовать ли выходные сигналы O2BB или выходные сигналы датчика ПД и датчика положения клапана РОГ для расчета расхода РОГ. На шаге 208 контроллер проверяет, выключены ли режимы продувки и наддува. Когда двигатель работает без наддува, датчик O2BB может более достоверно определять величину расхода РОГ, чем датчик ПД, использующий способ измерения перепада давления на клапане. Однако, если величину расхода РОГ определяют по выходным сигналам O2BB в условиях, когда включены режимы продувки канистры улавливания топливных паров и (или) вентиляции картера (например, при наличии потока ПВК), выходной сигнал датчика O2BB может быть искажен из-за наличия дополнительных углеводородов в потоке на датчик. В связи с этим, в режиме наддува двигателя датчик ПД может обеспечить более достоверную оценку расхода РОГ. Выходной сигнал датчика O2BB может быть искажен, главным образом, в режиме с наддувом, из-за попадания углеводородов, вступающих в реакцию с кислородом воздуха на чувствительном элементе датчика кислорода во всасываемом воздухе. Из-за этого снижается концентрация (локальная) кислорода, воспринимаемая датчиком. Поскольку выходной сигнал датчика и изменение концентрации кислорода используют для определения содержания РОГ в заряде всасываемого воздуха, сниженная концентрация кислорода, воспринимаемая датчиком кислорода на впуске при наличии воздуха с удаляемыми топливными парами и (или) ПВК, может быть ошибочно интерпретирована как результат наличия дополнительного разбавителя. Поэтому, если контроллер на шаге 208 установит, что включен либо режим продувки, либо режим наддува, то способ 200 переходит на шаг 210, и контроллер оценивает массовый расход РОГ с помощью системы измерения перепада давления на клапане, содержащей датчик перепада давления (ПД) (например, датчик 125 перепада давления) и датчик положения (например, датчик 131 высоты подъема клапана РОГ). Массовый расход РОГ может находиться в пропорциональной зависимости от площади проходного сечения клапана РОГ и перепада давления на клапане РОГ (определяемого датчиком ПД). Значение площади поперечного сечения (например, проходного сечения) прохода клапана РОГ можно определить по величине изменения положения клапана РОГ (например, высоты подъема клапана), полученной от датчика положения, известному значению поперечного проходного сечения клапана РОГ и поправочному коэффициенту к высоте подъема клапана. Известное поперечное проходное сечение клапана РОГ представляет собой стандартную площадь поперечного сечения клапана, перпендикулярного направлению потока РОГ через клапан. Поправочный коэффициент к высоте подъема клапана может повысить точность определения проходного сечения за счет учета температурного воздействия на расширение клапана РОГ. Например, данный способ тепловой компенсации может включать в себя использование полученного значения разности температур между стержнем клапана РОГ и его корпусом для определения изменения известного (или ожидаемого) проходного сечения клапана РОГ, как будет более подробно раскрыто ниже со ссылками на ФИГ. 5 и 6. Полученное значение поперечного проходного сечения клапана РОГ (например, проходного сечения клапана РОГ, перпендикулярного направлению потока через клапан) вместе со значением перепада давления на клапане РОГ, определенным датчиком ПД, можно использовать для расчета массового расхода РОГ (данный способ в настоящем описании именуется «ИПДК»). После получения результата расчета массового расхода РОГ, на шаге 212 контроллер регулирует параметры работы двигателя в зависимости от результата расчета массового расхода РОГ. В качестве примера, если результат расчета массового расхода РОГ меньше необходимого, контроллер может дать команду удерживать клапан РОГ в открытом положении для пропуска большего количества рециркулируемых отработавших газов во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Необходимый расход РОГ можно определить с помощью контроллера в зависимости от параметров работы двигателя, например, нагрузки и частоты вращения двигателя.
Если на шаге 208 контроллер установит, что продувка и наддув не осуществляются, то на шаге 214 контроллер проверяет, превышает ли массовый расход всасываемого воздуха пороговое значение, по сигналу обратной связи от датчика массового расхода воздуха в воздухозаборном канале двигателя. Определение расхода РОГ по выходному сигналу O2BB может включать в себя умножение показания датчика на коэффициент, учитывающий массовый расход воздуха, для пересчета показания датчика в величину расхода РОГ или его процентную долю в общем расходе. Так, в одном примере в основе порогового значения массового расхода воздуха может лежать массовый расход воздуха, при котором погрешность определения величины расхода РОГ с помощью датчика O2BB превышает приемлемый уровень (или превышает погрешность определения расхода РОГ способом ИПДК). При расчете значения массы РОГ с использованием показания датчика O2BB и значения массового расхода воздуха, на достоверность определения массы РОГ влияет точность измерения массового расхода воздуха. Степень влияния погрешности измерения расхода воздуха на расчет массового расхода РОГ может быть ниже при низких величинах массового расхода воздуха. Пороговую величину массового расхода воздуха можно выбирать таким образом, чтобы погрешность величины массового расхода воздуха была мала по сравнению с рассчитываемой величиной массового расхода РОГ.
Если на шаге 214 массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового, то датчик O2BB может обеспечить более достоверную оценку массового расхода РОГ, чем система измерения перепада давления на клапане. В связи с этим, контроллер может перейти на шаг 216 и определить величину расхода РОГ с помощью датчика O2BB. Как раскрыто на ФИГ. 1, датчик кислорода на впуске может применять опорное напряжение для формирования выходного сигнала в форме тока накачки (Ip), который можно использовать для определения концентрации кислорода в окружающем газе в общем впускном канале 149. Далее контроллер может определить концентрацию РОГ во всасываемом воздухе по разнице между концентрацией кислорода во всасываемом воздухе, когда клапан РОГ открыт и РОГ включена (например, клапан 121 РОГ открыт), и опорным значением, когда клапан РОГ закрыт, и РОГ отключена. Иначе говоря, по изменению (например, снижению) концентрации кислорода во время осуществления РОГ относительно концентрации во время, когда РОГ отключена, контроллер может определить расход РОГ. Далее контроллер может отрегулировать параметры работы двигателя в зависимости от полученного значения массового расхода РОГ на шаге 218. В качестве примера, если полученное значение массового расхода РОГ ниже необходимого, контроллер может дать команду удерживать клапан РОГ в открытом положении для пропуска большего количества отработавших газов рециркуляции во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Кроме того, контроллер может направить дополнительное количество отработавших газов по каналу 197 РОГ. Необходимый расход РОГ можно определить с помощью контроллера в зависимости от параметров работы двигателя, например, нагрузки и частоты вращения двигателя.
Альтернативно, если массовый расход всасываемого воздуха выше порогового, значения массового расхода РОГ, полученные с помощью датчика O2BB, могут оказаться недостоверными. Как раскрыто выше, для определения массового расхода РОГ контроллер может перевести концентрацию РОГ, определенную датчиком O2BB, в массовый расход РОГ путем умножения значения массового расхода всасываемого воздуха на отношение концентраций РОГ и всасываемого воздуха. Иначе говоря, погрешности значения расхода РОГ могут возрастать с увеличением значений массового расхода воздуха, на которые производится умножение. Таким образом, недостоверность результатов определения расхода РОГ может повышаться при повышенных уровнях расхода воздуха. Если уровень массового расхода всасываемого воздуха превышает пороговую на шаге 214, то расчет массового расхода РОГ может быть более достоверным при использовании способа ИПДК, чем при использовании датчика O2BB. Итак, если на шаге 214 контроллер установит, что массовый расход всасываемого воздуха превышает пороговый, то на шаге 210 контроллер может определять массовый расход РОГ с помощью системы измерения перепада давления на клапане. Далее, на шаге 212, контроллер может отрегулировать параметры работы двигателя в зависимости от результата расчета массового расхода РОГ. В качестве примера, если результат расчета массового расхода РОГ ниже необходимого, контроллер может дать команду удерживать клапан РОГ в открытом положении для пропуска большего количества отработавших газов рециркуляции во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Необходимый расход РОГ можно определить в зависимости от параметров работы двигателя, например, нагрузки двигателя, температуры двигателя и т.п., как более подробно раскрыто на ФИГ. 1.
Как раскрыто выше, контроллер может определять массовый расход РОГ с помощью датчика O2BB при условии, что продувка и наддув выключены, а массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового. В противном случае можно использовать систему измерения перепада давления на клапане для расчета массового расхода РОГ. Итак, в одном примере, при отсутствии наддува двигателя, с помощью датчика O2BB можно определить массовый расход РОГ достовернее, чем с помощью системы измерения перепада давления на клапане. Определив массовый расход РОГ с помощью либо датчика O2BB, либо системы измерения перепада давления на клапане, контроллер регулирует параметры работы двигателя в зависимости от величины расхода РОГ, определенной на шаге 218 и 212 соответственно. В одном варианте контроллер может регулировать параметры работы двигателя, увеличивая или уменьшая расход РОГ путем открытия или закрытия клапана РОГ для достижения необходимой величины расхода РОГ. Если результат расчета массового расхода РОГ меньше необходимого, то контроллер может дать команду удерживать клапан РОГ в открытом положении для пропуска большего количества РОГ. В противном случае, если результат расчета расхода РОГ выше необходимого, контроллер может дать команду закрыть клапан РОГ для снижения расхода РОГ.
Вернемся к способу 200: отрегулировав параметры работы двигателя в зависимости от величины расхода РОГ, полученной с помощью датчика O2BB на шаге 218, контроллер переходит на шаг 220 и проверяет, наступило ли время для определения площади проходного сечения клапана РОГ. Определение площади проходного сечения клапан РОГ может быть способом повышения достоверности определения массового расхода РОГ, когда использование датчика O2BB нежелательно, например, во время работы двигателя с наддувом, когда вместо него можно использовать систему ИПДК. Как более подробно раскрыто на ФИГ. 3, определение площади проходного сечения клапана может включать в себя корректировку рассчитанного проходного сечения клапана РОГ путем сравнения двух значений расхода РОГ - одного, полученного по выходным сигналам датчика O2BB, и другого, полученного по выходным сигналам системы ИПДК. Поскольку для определения проходного сечения клапана необходимо показание датчика O2BB, его можно выполнять только тогда, когда отсутствуют наддув двигателя и продувка, и когда массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового. Контроллер может определять, наступило ли время определения проходного сечения клапана, по заданным временным интервалам между операциями определения проходного сечения клапана. В одном варианте в основе временного интервала между операциями определения проходного сечения клапана может лежать количество циклов работы двигателя. То есть, по прошествии заданного количества циклов работы двигателя после последней по времени операции определения проходного сечения клапана РОГ, контроллер может установить, что настало время для запуска очередной последовательности определения проходного сечения клапана. Однако, как сказано выше, площадь проходного сечения клапана можно определять только тогда, когда двигатель работает без наддува, и массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового. В другом варианте в основе временного интервала между операциями определения проходного сечения клапана может лежать продолжительность эксплуатации двигателя. В еще одном варианте временной интервал может представлять собой какой-либо период времени. В связи с этим, важно отметить, что во время работы двигателя определение проходного сечения клапана РОГ может происходить многократно, при этом в каждом случае получают поправочный коэффициент для определения полезной площади проходного сечения клапана РОГ, причем каждая поправка для компенсации погрешности определения проходного сечения может заменять поправку, определенную при предыдущей операции определения проходного сечения клапана.
Если контроллер установит, что настало время для определения площади сечения клапана РОГ (например, проходного сечения клапана РОГ), то способ 200 переходит на шаг 224, и контроллер определяет массовый расход РОГ с помощью системы ИПДК (по раскрытому выше способу ИПДК) и сравнивает его с о значением расхода РОГ, полученным с помощью датчика O2BB. Разницу между этими двумя значениями можно использовать для корректировки расчетных значений проходного сечения клапана РОГ (основанных на показаниях датчика высоты подъема клапана РОГ и любых других поправках к высоте подъема) и индицирования величины нарастания сажи на клапане РОГ, как более подробно раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 3. А именно, значения расхода РОГ, полученные с помощью датчика O2BB, могут быть ниже значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК из-за нарастания сажи на клапане РОГ. Сажа может частично блокировать открытие клапана РОГ и уменьшать полезную площадь проходного сечения клапана. Уменьшение проходного сечения может привести к снижению массового расхода РОГ в общем впускном канале 149, где может быть расположен датчик кислорода. Контроллер может использовать разность между этими двумя значениями массового расхода РОГ для определения скорректированного значения проходного сечения клапана РОГ. Порядок определения контроллером скорректированного значения проходного сечения клапана РОГ более подробно раскрыт на ФИГ. 3. Если разность этих двух значений массового расхода РОГ превышает пороговую, то контроллер может индицировать, что на клапане РОГ наросла сажа.
Если на шаге 220 контроллер установит, что заданный временной интервал после предыдущего определения проходного сечения клапана не истек, то контроллер продолжает работу двигателя без определения поправочного коэффициента для клапана РОГ на шаге 222. Вместо этого, при использовании способа ИПДК для расчета расхода РОГ с целью регулирования параметров работы двигателя можно использовать поправочный коэффициент для проходного сечения клапана РОГ, определенный в предыдущем случае.
Способ 200 может также включать в себя способ для двигателя, содержащий индицирование нарастания сажи на клапане рециркуляции отработавших газов (РОГ) по разности значений расхода РОГ, полученных в первом режиме без наддува двигателя с помощью датчика кислорода на впуске и датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Разность расхода РОГ - это разница между первым значением расхода РОГ, определенным по выходному сигналу датчика кислорода на впуске в первом режиме, и вторым значением расхода РОГ, определенным с помощью датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, в первом режиме, причем датчик давления представляет собой датчик перепада давления на клапане (датчик ПД). Способ может также содержать определение второго значения расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД и проходному сечению клапана РОГ, причем проходное сечение клапана РОГ рассчитывают на основе известного поперечного сечения клапана РОГ и положения клапана РОГ согласно показанию датчика положения клапана РОГ. Первый режим также включает в себя отсутствие продувки и массовый расход воздуха в двигатель ниже порогового уровня. Таким образом, способ 200 также включает в себя регулирование параметров работы двигателя в зависимости от значения расхода РОГ, определенного с помощью датчика кислорода на впуске, а не датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, когда наддув двигателя не осуществляется, продувка отключена, и массовый расход воздуха в двигатель ниже порогового уровня. Способ 200 также включает в себя определение изменения проходного сечения клапана РОГ по разности значений расхода РОГ, расчетному проходному сечению клапана РОГ и первому значению расхода РОГ, полученному с помощью датчика кислорода на впуске в первом режиме, при этом расчетное проходное сечение клапана РОГ определяют по выходному сигналу датчика положения клапана РОГ и поправке к высоте подъема клапана РОГ, при этом поправку к высоте подъема клапана РОГ определяют с помощью алгоритма определения конечного положения клапана РОГ и тепловой компенсации.
Нарастание сажи на клапане РОГ можно индицировать по изменению полезной площади проходного сечения клапана РОГ. Способ 200 может содержать индицирование нарастания сажи на клапане РОГ, если изменение проходного сечения клапана РОГ превышает пороговый уровень. В другом примере способ может также содержать индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по степени изменения проходного сечения клапана РОГ, превышающей пороговую степень.
Способ 200 может также включать в себя определение скорректированного проходного сечения клапана РОГ на основании полученного значения изменения проходного сечения клапана РОГ и расчетного проходного сечения клапана РОГ, и определение расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД и скорректированному проходному сечению клапана РОГ во втором режиме, когда расход РОГ определяют с помощью датчика ПД. Второй режим включает в себя одно или несколько из следующих условий: наддув двигателя осуществляется, продувка включена, и массовый расход воздуха в двигатель превышает пороговый уровень.
На ФИГ. 3 представлен способ 300 для индицирования нарастания сажи на клапане РОГ и определения скорректированного проходного сечения клапана РОГ. Команды для реализации способа 300 можно хранить в запоминающем устройстве контроллера двигателя, например контроллере 12, показанном на ФИГ. 1. Кроме того, способ 300 может выполнять контроллер.
Выполнение способа 300 можно начать с шага 224 способа 200. Как таковое, выполнение способа 300 начинают с шага 302, где контроллер определяет массовый расход РОГ с помощью датчика O2BB и системы измерения перепада давления на клапане РОГ. Как было раскрыто выше для ФИГ. 2, контроллер может вычислить массовый расход РОГ (например, величину расхода РОГ или его процентную долю в общем расходе) путем сравнения концентраций кислорода во всасываемом воздухе, определенных датчиком кислорода, когда клапан РОГ (например, клапан 121 РОГ) открыт и РОГ включена, с опорным значением, имеющим место, когда клапан РОГ закрыт, и РОГ отключена. Контроллер может определять массовый расход РОГ, используя систему ИПДК, по значениям перепада давления на клапане РОГ и проходного сечения клапана. С помощью датчика ПД можно получить значение перепада давления на клапане РОГ. С помощью датчика положения, связанного с клапаном РОГ, можно получить значение изменения положения (например, высоты подъема) клапана РОГ. Затем можно рассчитать проходное сечение клапана РОГ на основе положения клапана РОГ, известного поперечного проходного сечения клапана и коэффициента компенсации (например, поправки), учитывающего расширение и (или) сжатие клапана РОГ под воздействием температуры (например, из-за разности температур между стержнем и корпусом клапана РОГ), как более подробно раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 5 и 6.
После того, как контроллер определит массовый расход РОГ с помощью датчика O2BB и системы ИПДК на шаге 302, на шаге 304 он корректирует значение расхода РОГ, полученное с помощью ИПДК, с учетом задержки из-за расположения датчика O2BB. Иными словами, указанная задержка может представлять собой задержку измерения из-за разного местоположения датчика O2BB и клапана РОГ относительно друг друга. Как раскрыто на ФИГ. 2, значение расхода РОГ, полученное способом ИПДК, может отличаться от значения расхода РОГ, полученного с помощью датчика O2BB. Эта разница может быть как минимум частично обусловлена тем, что датчик O2BB и система ИПДК измеряют разные отработавшие газы, либо быть результатом систематической погрешности в одной из указанных измерительных систем. Если нарастание сажи на клапане РОГ уменьшает полезную площадь проходного сечения клапана РОГ, система ИПДК может систематически завышать значение расхода РОГ. Цель способа 300 заключается в определении систематической погрешности измерительной системы ИПДК и определении поправочного коэффициента для проходного сечения клапана, который можно использовать для получения более достоверных значений проходного сечения клапана РОГ и, следовательно, значений расхода РОГ. Таким образом, для расчета погрешности системы ИПДК путем сравнения ее показания массового расхода РОГ со значением от датчика O2BB, важно, чтобы датчик O2BB и система измерения перепада давления на клапане измеряли одни и те же отработавшие газы в один и тот же момент времени. Как можно видеть на ФИГ. 1, отработавшие газы должны пройти некоторое расстояние от канала 197 РОГ до общего впускного канала 149. Следовательно, отработавшим газам, выходящим из клапана РОГ в канал РОГ, требуется время, чтобы добраться до датчика O2BB в общем впускном канале. Для измерения тех же отработавших газов на клапане РОГ и датчике O2BB может потребоваться корректировка значений, полученных с помощью ИПДК и (или) O2BB РОГ, с учетом задержки по времени. Так, контроллер может задержать измерение расхода с помощью ИПДК относительно измерения расхода РОГ с помощью O2BB с учетом времени, необходимого, чтобы отработавшие газы прошли расстояние от клапана РОГ до датчика кислорода на впуске. Значения расхода РОГ, полученные таким образом с помощью датчика ПД (системы ИПДК) и датчика O2BB, могут отражать величину расхода РОГ для одних и тех же отработавших газов.
В качестве примера, контроллер может одновременно принимать показания от системы ИПДК и от датчика O2BB. В одном варианте контроллер может затем применить коэффициент поправки на заданную задержку по времени к значению от датчика O2BB. В основе коэффициента поправки на задержку может лежать время, необходимое для прохождения отработавшими газами расстояния от клапана РОГ до общего впускного канала, которое может быть рассчитано на основе значений скорости потока воздуха. В другом варианте контроллер может применить коэффициент поправки на заданную задержку по времени к значению от системы ИПДК. В основе коэффициента поправки на задержку может лежать время, необходимое для прохождения отработавшими газами расстояния от клапана РОГ до общего впускного канала, которое может быть рассчитано на основе значений скорости потока воздуха. Например, при работе в неустановившемся режиме, положение клапана РОГ и перепад давления (ПД) на клапане РОГ меняются. Значение массового расхода РОГ, рассчитанное в тот или иной момент, необходимо сравнить со значением массового расхода РОГ, измеренным датчиком O2BB. Чтобы можно было сравнить значения расхода одних и тех же РОГ, измерение расхода РОГ с помощью ИПДК задерживают на время, необходимое для достижения измеряемыми отработавшими газами датчика O2BB.
В другом примере контроллер может задержать определение значения расхода РОГ с помощью датчика O2BB относительно измерения значения расхода РОГ с помощью системы ИПДК. Иначе говоря, измерение расхода РОГ на датчике O2BB может произойти немного позже, чем измерение с помощью датчиков ПД и положения на клапане РОГ. Измерение величины расхода РОГ датчиком O2BB может быть несколько отсрочено с учетом времени, необходимого отработавшим газам, чтобы дойти от клапана РОГ до датчика отработавших газов на впуске. Таким образом, контроллер может определить два результата измерения массового расхода РОГ, разнесенные по времени, но полученные при измерении одних и тех же отработавших газов. Точный промежуток времени между этими двумя измерениями может определить контроллер, исходя из скорости потока всасываемого воздуха, давления (давления наддува) и температуры. Так, для больших скоростей потока продолжительность задержки между двумя измерениями может быть меньше, чем для меньших скоростей потока.
В другом примере контроллер может зарегистрировать несколько результатов измерения как от системы измерения перепада давления на клапане, так и от датчика O2BB за период осуществления РОГ в режиме работы двигателя без наддува. Затем контроллер может определить количество времени, необходимое для поступления отработавших газов на датчик кислорода на впуске от клапана РОГ, исходя из полученного значения скорости потока воздуха. Далее контроллер может определить, какие результаты измерений, полученные от системы ИПДК и датчика O2BB, относятся к одним и тем же отработавшим газам. Для того или иного результата измерения с помощью ИПДК контроллер может сначала определить время, когда производилось измерение, добавить к нему время, затраченное отработавшими газами на путь до датчика кислорода на впуске, а затем определить значение, измеренное на датчик O2BB в момент времени с соответствующей задержкой. Затем контроллер может использовать эти два результата измерений для получения двух значений массового расхода РОГ.
Перейдя на шаг 306, контроллер может определить погрешность расхода РОГ на основании разницы между значениями расхода РОГ, полученными с помощью O2BB и ИПДК. На шаге 306 можно предположить, что значение расхода РОГ, полученное с помощью датчика O2BB, более достоверно, чем полученное с помощью системы ИПДК. То есть значение расхода РОГ, полученное с помощью O2BB, принимают как фактическую величину расхода РОГ. Как разъяснялось выше, данное предположение обосновано для режима работы двигателя без наддува, когда расход потока всасываемого воздуха ниже порогового. Достоверность значения расхода РОГ, полученного от системы ИПДК, может быть снижена из-за нарастания сажи на клапане РОГ. В этом случае, значение расхода РОГ, полученное от датчика O2BB, может быть меньше полученного от системы ИПДК. Погрешность расхода РОГ будет равняться результату вычитания значения расхода РОГ, полученного с помощью O2BB, из значения расхода РОГ, полученного способом ИПДК. Вычислив погрешность расхода РОГ, контроллер определяет изменение проходного сечения клапана РОГ с учетом погрешности значения расхода РОГ на шаге 310. Контроллер может разделить погрешность расхода РОГ на значение расхода РОГ, полученное с помощью O2BB, чтобы определить процентную погрешность расхода РОГ, полученного способом ИПДК. Затем, умножив процентную погрешность расхода РОГ, полученного способом ИПДК, на значение проходного сечения клапана РОГ (например, ожидаемого или известного проходного сечения клапана РОГ) можно получить значение изменения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. Значение проходного сечения клапана РОГ может быть тем же, что используют для вычисления значения расхода РОГ с помощью ИПДК. В другом варианте контроллер может определить проходное сечение клапана РОГ после определения значения расхода РОГ. Исходя из значения изменения проходного сечения клапана РОГ, контроллер может определить скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ на шаге 312. Скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ может представлять собой разность между рассчитанным значением проходного сечения, полученным с помощью датчика положения клапана РОГ (например, датчика высоты подъема клапана РОГ), и рассчитанным значением изменения проходного сечения клапана. Как раскрыто на ФИГ. 2, нарастание сажи на клапане РОГ может уменьшить проходное сечение клапана и привести к тому, что значение расхода РОГ, определяемое с помощью датчика O2BB, будет меньше определяемого системой ИПДК. Следовательно, значение изменения проходного сечения клапана может быть непосредственно связано с величиной нарастания сажи на клапане РОГ и может использоваться для индицирования количества сажи на клапане РОГ.
Определив проходное сечение клапана РОГ на шаге 312, способ 300 переходит на шаг 314, где контроллер использует скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ для корректировки значения расхода РОГ, полученного способом ИПДК, и регулирует поток РОГ в зависимости от скорректированного значения расхода РОГ. Если контроллер использует скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ для определения значения расхода РОГ, и определенный таким образом расход РОГ отличается от необходимого, то контроллер может изменить параметры работы двигателя для достижения необходимой величины расхода РОГ. В одном примере, если значение расхода РОГ меньше необходимого, контроллер может дать команду удерживать клапан РОГ в открытом положении и перенаправлять дополнительное количество отработавших газов во впускной канал. Контроллер может дополнительно увеличить подачу отработавших газов в канал 197 РОГ. Необходимое значение расхода может зависеть от таких параметров работы двигателя, как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя, температура отработавших газов, и т.п., измеряемых несколькими датчиками двигателя. То есть, когда контроллер использует показания системы измерения перепада давления на клапане для определения значения расхода РОГ, он может использовать скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ. Как указано на ФИГ. 2, контроллер может постоянно актуализировать скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ при поступлении новых значений расхода РОГ, основанных на показаниях датчика O2BB. По мере продолжения работы двигателя, может продолжаться нарастание сажи на клапане РОГ. Если нарастание сажи достигнет достаточно высокого уровня, достоверность значений расхода РОГ от системы ИПДК может понизиться еще больше. Разность между необходимым и фактическим значениями расхода РОГ также может увеличиться при увеличении уровня нарастания сажи из-за недостоверных значений расхода РОГ. На шаге 316 контроллер определяет, превышает ли погрешность проходного сечения клапана РОГ пороговую. В одном примере погрешность проходного сечения клапана РОГ может представлять собой разность между фактическим значением проходного сечения клапана РОГ (согласно выходному сигналу датчика положения на клапане РОГ) и скорректированным значением проходного сечения клапана РОГ. В другом примере в основе погрешности значения проходного сечения клапана РОГ может лежать погрешность расхода РОГ. Если контроллер установит, что погрешность для клапана РОГ превышает пороговую, он переходит на шаг 320, чтобы индицировать, что клапан РОГ неисправен, и (или) запустить алгоритм очистки клапана.
В одном варианте в основе пороговой погрешности для клапана РОГ может лежать разность между погрешностью проходного сечения клапана РОГ и самой последней из определенных погрешностей проходного сечения клапана РОГ. Как раскрыто на ФИГ. 2, контроллер может постоянно актуализировать погрешность проходного сечения клапана РОГ при получении новых значений расхода РОГ от датчика O2BB. Если погрешность проходного сечения клапана РОГ превышает самую последнюю из определенных погрешностей проходного сечения клапана РОГ на величину, превышающую пороговую, контроллер может индицировать, что клапан РОГ неисправен, и (или) запустить алгоритм очистки клапана. В другом варианте в основе пороговой погрешности для клапана РОГ может лежать разность между погрешностью проходного сечения клапана РОГ и исходным значением проходного сечения клапана РОГ, основанном только на положении клапана РОГ и известном проходном сечении, без использования поправки для компенсации погрешности проходного сечения клапана РОГ. Исходным значением проходного сечения клапана РОГ может быть первое значение проходного сечения клапана, измеренное до начала нарастания сажи и использования алгоритма определения проходного сечения клапана. Контроллер может хранить в архиве указанное исходное значение в течение всего срока эксплуатации двигателя. Исходное значение также можно получать при каждом использовании системы ИПДК для определения проходного сечения клапана, после чего можно применять поправку для компенсации погрешности определения проходного сечения клапана РОГ. Иначе говоря, первое значение проходного сечения можно определить по положению клапана РОГ и известному сечению клапана. Затем можно применить погрешность для клапана РОГ для корректировки значения проходного сечения. Контроллер может сравнить значение проходного сечения клапана РОГ до коррекции со значением проходного сечения клапана РОГ после коррекции. Если разность между этими двумя значениями проходного сечения клапана превышает пороговую, то контроллер может перейти на шаг 320. Под пороговой разностью можно также понимать пороговую величину нарастания сажи на клапане РОГ, так как изменение проходного сечения клапана РОГ может быть напрямую связано с нарастанием сажи на клапане РОГ. В другом варианте в основе пороговой разности может лежать степень изменения проходного сечения клапана РОГ. Если степень изменения проходного сечения клапана, определенная с учетом погрешности для РОГ, превышает пороговую, то контроллер может перейти на шаг 320.
На шаге 320 контроллер может индицировать, что клапан РОГ неисправен. Соответствующий сигнал можно направить водителю через устройство вывода сигналов обратной связи для водителя, например, переключатель с подсветкой на приборной панели. Дополнительно или вместо этого, контроллер может включить алгоритм очистки клапана, который можно использовать для уменьшения количества сажи на клапане РОГ. В еще одном примере индицирование неисправности клапана может включать в себя установление диагностического кода.
Если на шаге 316 контроллер установит, что погрешность проходного сечения клапана РОГ не превышает пороговую, то контроллер переходит на шаг 318 и продолжает управление клапаном РОГ без индицирования неисправности клапана РОГ и (или) запуска алгоритма очистки клапана.
Способ 300 включает в себя определение изменения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. В одном примере полученное значение изменения проходного сечения клапана РОГ можно использовать для корректировки значения расхода РОГ, определенного с помощью способа ИПДК. Способ может также содержать индицирование неисправности клапана РОГ и (или) запуск алгоритма очистки клапана РОГ, если нарастание сажи достигло порогового уровня, определенного на основании погрешности проходного сечения клапана РОГ, изменения проходного сечения клапана РОГ, и (или) степени изменения проходного сечения клапана РОГ и (или) погрешности значения расхода РОГ.
На ФИГ. 3 представлен способ для двигателя, содержащий: при наличии выбранных условий, сравнение первого значения расхода рециркуляции отработавших газов (РОГ), рассчитанного по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, со вторым значением расхода РОГ, рассчитанным по перепаду давления на клапане РОГ, и индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по результатам такого сравнения. Сравнение первого и второго значений расхода РОГ включает в себя определение погрешности проходного сечения клапана РОГ по разности между первым и вторым значениями расхода РОГ. Индицирование нарастания сажи на клапане РОГ включает в себя индицирование неисправности клапана РОГ, вызванной сажей, на основании того, что полученная погрешность проходного сечения превысила пороговый уровень. Способ может также содержать, во время последующей работы двигателя, когда расход РОГ рассчитывают по перепаду давления на клапане РОГ, корректировку значения расхода РОГ с учетом полученной погрешности проходного сечения. Перепад давления на клапане РОГ можно измерить с помощью датчика перепада давления (ПД) на клапане, установленному параллельно клапану РОГ. Индицирование нарастания сажи на клапане РОГ включает в себя одно или несколько из следующих действий: установление диагностического кода, запуск алгоритма очистки клапана РОГ и уведомление водителя транспортного средства о том, что клапан РОГ неисправен и требует технического обслуживания. Выбранные условия могут включать в себя следующие: наддув двигателя не осуществляется, продувка отключена, и массовый расход воздуха ниже порогового. Индицирование нарастания включает в себя одно или несколько из следующих действий: запуск алгоритма очистки, уведомление водителя транспортного средства о том, что клапан РОГ неисправен, и установление диагностического когда.
Для определения скорректированного значения проходного сечения клапана также используют второе значение изменения проходного сечения из-за нарастания сажи на клапане РОГ. Способ может включать в себя определение второго значения изменения проходного сечения по разности значений расхода РОГ, полученных в первом режиме без наддува двигателя с помощью датчика кислорода на впуске и датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Кроме того, для определения второго значения изменения проходного сечения также используют расчетное проходное сечение клапана РОГ и первое значение расхода РОГ, полученное с помощью датчика кислорода на впуске в первом режиме, при этом расчетное проходное сечение клапана РОГ определяют по выходному сигналу датчика положения клапана РОГ с поправкой к высоте подъема клапана РОГ, при этом значение поправки к высоте подъема клапана РОГ рассчитывают при выполнении алгоритма определения конечного положения и тепловой компенсации клапана РОГ. Способ может также содержать индицирование нарастания сажи на клапане РОГ на основании превышения порогового уровня вторым значением изменения проходного сечения.
На ФИГ. 4 представлена диаграмма определения расхода РОГ при различных режимах работы двигателя. А именно, на диаграмме 400 показаны изменения значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК, на графике 402, и значений, полученных с помощью датчика O2BB, на графике 404. На диаграмме 400 также представлены: погрешность расхода через клапан РОГ на графике 406, расчетная величина нарастания сажи на клапане РОГ на 408, массовый расход всасываемого воздуха на графике 410, режим работы двигателя с наддувом на графике 412 и режим продувки на графике 414. Погрешность расхода через клапан РОГ по существу представляет собой разность между значениями расхода РОГ, полученными от системы ИПДК и датчика O2BB, как более подробно раскрыто выше в описании способа на ФИГ. 3. Таким образом, погрешность расхода через клапан РОГ - это ошибка в значении расхода РОГ, полученном способом ИПДК, определенная по разности между значениями расхода РОГ от датчика O2BB и системы ИПДК. Величину нарастания сажи можно вывести из погрешности значения расхода РОГ, используя способ, раскрытый на ФИГ. 3. А именно, погрешность расхода РОГ можно использовать для определения погрешности проходного сечения клапана РОГ, так как погрешность расхода РОГ может быть обусловлена изменением проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. Полученное значение погрешности проходного сечения клапана РОГ можно использовать для определения величины нарастания сажи. Массовый расход всасываемого воздуха можно измерить с помощью датчика массового расхода воздуха. Состояние операций наддува и продувки может регулировать контроллер (например, контроллер 12). Так, контроллер может определить интенсивность продувки по положению продувочного клапана в продувочном канале (например, в линии 195 удаления топливных паров). Контроллер может определить интенсивность наддува по текущему состоянию турбин, компрессоров или по командам, направляемым на турбокомпрессор.
Как раскрыто выше в отношении ФИГ. 2 и 3, для расчета массового расхода РОГ в двигателе с турбонаддувом можно использовать и систему ИПДК, и датчик O2BB. Как систему ИПДК, так и датчик O2BB можно использовать только в некоторых режимах работы двигателя для получения значений массового расхода РОГ из-за искажения показаний датчика в таких режимах, как наддув, продувка и т.п., как более подробно раскрыто на ФИГ. 2. В связи с этим, степень достоверности значений расхода РОГ от системы ИПДК и датчика O2BB может различаться в зависимости от параметров работы двигателя. Например, когда массовый расход всасываемого воздуха превышает пороговый, система ИПДК может обеспечить более достоверные значения расхода РОГ, чем датчик O2BB. Однако в режиме работы двигателя без наддува, когда продувка выключена, и когда массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового, по показаниям датчика O2BB можно получить более достоверные значения массового расхода РОГ, чем по показаниям системы ИПДК. Контроллер может определить, какие значения расхода РОГ - от системы ИПДК или от датчика O2BB - являются более достоверными, в зависимости от режима работы двигателя. В другом варианте контроллер может использовать комбинацию результатов определения расхода РОГ для определения расхода РОГ. Так, если контроллер установит, что продувка и наддув не осуществляются, и массовый расход всасываемого воздух ниже порогового, то контроллер может использовать значения расхода РОГ от датчика O2BB для корректирования и повышения достоверности значения расхода РОГ от системы ИПДК. Таким образом, используя результаты измерения от датчика O2BB, когда двигатель работает в определенных режимах (например, без наддува, продувки и с низким массовым расходом всасываемого воздуха), можно повысить достоверность значений массового расхода РОГ, получаемых при всех режимах работы транспортного средства. Это особенно ценно потому, что по мере нарастания сажи на клапане РОГ достоверность значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК, может все более снижаться из-за уменьшения проходного сечения клапана в результате нарастания сажи. Таким образом, используя значение, полученное с помощью датчика O2BB, в качестве опорного, можно корректировать значения расхода РОГ, полученные с помощью системы ИПДК, с учетом уменьшения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. Если нарастание сажи достигает критической пороговой величины, то можно запустить алгоритм очистки клапана или направить водителю транспортного средства сигнал о нарастании сажи.
До момента t1 наддув включен (график 412) (например, двигатель работает в режиме наддува), продувка выключена (график 414), и массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового T1 (график 410). Поскольку наддув включен, расход РОГ с помощью датчика O2BB (график 404) не измеряют, как следует из отсутствия графика 404 до момента t1. Погрешность расхода через клапан РОГ может находиться на первом уровне E1 (график 406). Первый уровень E1 может представлять собой погрешность расхода через клапан РОГ, рассчитанную при предыдущей операции определения проходного сечения клапана. Величина нарастания сажи может находиться на первом уровне S1, соответствующем уровню E1 погрешности значения проходного сечения клапана РОГ. В момент t1 наддув отключают, но массовый расход всасываемого воздуха резко подскакивает выше порога T1. В связи с этим, контроллер продолжает использовать систему ИПДК для определения массового расхода РОГ, не принимая во внимание выходные сигналы датчика O2BB. Так как измерения с помощью датчика O2BB не производят, невозможно определить новое значение проходного сечения клапана, в связи с чем невозможно получить новые значения погрешности расхода РОГ через клапан или нарастания сажи. Поэтому погрешность проходного сечения клапана РОГ и величина нарастания сажи остаются теми же до и после t1 на уровнях E1 и S1 соответственно.
В момент t2 включают режим продувки, и массовый расход всасываемого воздуха опять опускается ниже порогового T1. Контроллер продолжает игнорировать показания датчика O2BB, поэтому значения погрешности расхода через клапан РОГ и нарастания сажи остаются без изменений. В момент t3 массовый расход всасываемого воздуха поднимается выше порогового T1, и включают режим наддува. Продувку также продолжают. Контроллер продолжает игнорировать показания датчика O2BB, и значение нарастания сажи остается на уровне S1, а значение погрешности проходного сечения клапана РОГ остается на E1. Важно отметить, что все три параметра работы двигателя (массовый расход всасываемого воздуха, наддув и продувка) могут находиться на пороговом уровне или превышать его в любой комбинации. До тех пор, пока включен наддув или продувка, или массовый расход всасываемого воздуха превышает T1, контроллер продолжит игнорировать показания датчика O2BB, и значения нарастания сажи и погрешности расхода через клапан РОГ останутся без изменений.
В момент t4 массовый расход всасываемого воздуха падает ниже порогового T1, и оба режима - продувки и наддува - отключают. Поэтому в момент t4 контроллер может рассчитывать расход РОГ по выходному сигналу датчика O2BB (на графике 404). На этом этапе значения массового расхода РОГ получают как от датчика O2BB, так и от системы ИПДК. Контроллер может сравнить эти два значения расхода РОГ и определить погрешность расхода через клапан РОГ, как раскрыто в способе на ФИГ. 3. Так как невозможно было использовать датчик O2BB для расчета расхода РОГ до момента t4, величина нарастания сажи на клапане РОГ могла увеличиться, как следует из резкого скачка на графике 408 с первого уровня S1 до более высокого уровня S2. Нарастание сажи может привести к недостоверности значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК, а именно - при определении проходного сечения клапана РОГ. Соответственно, на графике 406 в момент t4 погрешность расхода через клапан РОГ увеличивается с первого значения E1 до более высокого второго значения E2.
С момента t4 до момента t5 наддув и продувка все так же не осуществляются, и массовый расход всасываемого воздуха остается ниже T1. В этот период продолжают определять значения массового расхода РОГ по выходному сигналу датчика O2BB, однако они могут отличаться от значений массового расхода РОГ, полученных с помощью ИПДК. Это может быть обусловлено увеличением нарастания сажи на клапане РОГ с момента t4 до момента t5. По мере роста отложений сажи на клапане РОГ, разность между значениями массового расхода РОГ, полученными с помощью системы ИПДК и датчика O2BB может увеличиваться. Как следует из графиков 406 и 408, с момента t4 до момента t5 нарастание сажи постоянно увеличивается, а с ним и погрешность расхода через клапан РОГ. Тогда в момент t5 контроллер корректирует значение проходного сечения клапана РОГ, как раскрыто в описании способа на ФИГ. 3. Благодаря такой коррекции, значение массового расхода РОГ, полученного с помощью системы ИПДК, становится более достоверным и более схожим со значением, полученным с помощью датчика O2BB. Поэтому в момент t5 погрешность расхода через клапан РОГ снижается с повышенного уровня E4 до более низкого уровня, приближенного к E1. Между тем, величина нарастания сажи продолжает увеличиваться. В момент t5, несмотря на продолжающееся увеличение нарастания сажи, контроллер использует показания датчика O2BB в качестве опорных значение для корректировки значений расхода РОГ через клапан, полученных с помощью системы ИПДК. А именно, контроллер может использовать разность значений расхода РОГ, полученных с помощью датчика O2BB и системы ИПДК, для определения погрешности расчетов проходного сечения клапана РОГ. Поскольку значение проходного сечения клапана РОГ используют в системе ИПДК для расчета расхода РОГ, погрешности значений проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи могут привести к погрешности значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК. Поэтому расхождения между значениями расхода РОГ, полученными с помощью датчика O2BB и системы ИПДК, могут быть обусловлены погрешностями определения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи на клапане РОГ. Соответственно, значение погрешности расхода через клапан РОГ можно использовать для определения погрешности проходного сечения клапана РОГ. Если учитывают изменение проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи на клапане РОГ, достоверность значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК, повышается.
Далее, в период до момента t6 массовый расход всасываемого воздуха возрастает и превышает пороговый уровень T1. Как следует из графика 404, контроллер прекращает использовать выходные сигналы датчика O2BB для определения значения расхода РОГ в момент t6. Система ИПДК продолжает измерения (график 402), и контроллер использует скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ, рассчитанное на основе погрешности расхода РОГ в момент t5, для определения массового расхода РОГ. Погрешность расхода через клапан РОГ остается постоянной после момента t6, поскольку никакие новые показания датчика O2BB не используют для сравнения со значениями, полученными с помощью системы ИПДК. Схожим образом, после момента t6 может продолжиться нарастание сажи на клапане РОГ, но без достоверных показаний датчика O2BB контроллер не может измерить и (или) рассчитать величину нарастания сажи. Поэтому, как следует из графика 408, величины нарастания сажи, определяемые контроллером, остаются постоянными после момента t6.
В момент t7 массовый расход всасываемого воздуха падает ниже порогового T1, при этом режимы наддува и продувки остаются отключенными. Поэтому контроллер может рассчитать расход РОГ по выходным сигналам датчика O2BB в момент t7. Значения массового расхода РОГ, полученные с помощью датчика O2BB, могут быть ниже, чем полученные с помощью системы ИПДК. Соответственно, погрешность расхода через клапан РОГ увеличивается с уровня, приближенного к E1, до более высокого уровня Е3 из-за расхождения между этими двумя рассчитанными значениями массового расхода РОГ. Величина нарастания сажи, рассчитываемая контроллером, увеличивается с более низкого уровня S3 до более высокого уровня S4, из-за разности между значениями расхода РОГ, полученными с помощью датчика O2BB и системы ИПДК. С момента t7 до момента t8 значения массового расхода РОГ, полученные с помощью системы ИПДК и датчика O2BB, расходятся из-за увеличения нарастания сажи на клапане РОГ, в связи с чем увеличивается погрешность значения проходного сечения клапана РОГ, полученного с помощью системы ИПДК. Погрешность расхода через клапан РОГ неуклонно растет до тех пор, пока в момент t8 контроллер не скорректирует значение проходного сечения клапана РОГ как раскрыто в способе на ФИГ. 3, также как он сделал это в момент t5. При наличии скорректированного значения проходного сечения клапана РОГ, значение массового расхода РОГ, полученное с помощью системы ИПДК, становится более приближенным к значению согласно показаниям датчика O2BB. Погрешность расхода через клапан РОГ снижается до уровня, приближенного к E1. Между тем, величина нарастания сажи продолжает увеличиваться. Поэтому в момент t5 и момент t8 контроллер запускает алгоритм определения проходного сечения клапана и корректирует значение проходного сечения клапана РОГ от системы ИПДК, чтобы приблизить значение массового расхода РОГ, полученного с помощью системы ИПДК, к значению согласно показаниям датчика O2BB.
Далее, в момент t9 величина нарастания сажи достигает пороговой T2. Как раскрыто в способе на ФИГ. 3, контроллер может направить водителю транспортного средства сигнал о неисправности клапана РОГ в момент t9, или запустить алгоритм очистки клапана в ответ на достижение пороговой величины нарастания сажи T2. Если контроллер направляет сигнал неисправности клапана РОГ водителю транспортного средства, нарастание сажи может продолжить увеличиваться после момента t9. Но, если контроллер запускает алгоритм очистки клапана, сажу можно удалить с клапана РОГ, и величина ее нарастания может снизиться до уровня S5, приближенного к S1. После момента t9 массовый расход всасываемого воздуха остается ниже порогового T1, а режимы наддува и продувки остаются отключенными. Поэтому показания датчика O2BB продолжают использовать для определения массового расхода РОГ, и сажа нарастает на клапане РОГ. Соответственно, погрешность значения расхода через клапан РОГ растет, и значения массового расхода РОГ, полученные с помощью системы ИПДК и датчика O2BB, могут отличаться друг от друга.
На диаграмме 400 показано, как контроллер может определить значения массового расхода РОГ в разных режимах работы двигателя. В одном варианте контроллер может определить массовый расход РОГ, используя только показания системы ИПДК, при наличии одного или нескольких из следующих условий: массовый расход всасываемого воздуха превышает пороговый, наддув включен, или продувка включена. В условиях, когда массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового, наддув отключен, и продувка отключена, контроллер может использовать показания датчика O2BB для определения значения массового расхода РОГ из-за более высокой достоверности показаний датчика O2BB в этих условиях. В других вариантах контроллер может определять значения расхода РОГ, используя как показания датчика O2BB, так и системы ИПДК; однако в этом случае контроллер может выбирать, какое значение использовать, в зависимости от их относительной достоверности при тех или иных параметрах работы двигателя, например, уровне наддува, интенсивности продувки и (или) массового расхода воздуха. Контроллер может сравнивать значения массового расхода РОГ, полученные с помощью системы, и те, что определены по выходным сигналам датчика O2BB, чтобы определить величину погрешности значений расхода РОГ, полученных с помощью системы ИПДК. Затем контроллер может скорректировать значения расхода РОГ, полученные с помощью системы ИПДК, с учетом значений, полученных с помощью датчика O2BB. Погрешность значения массового расхода РОГ по показаниям системы ИПДК может увеличиваться во время работы двигателя, так как сажа может нарастать на клапане РОГ. Нарастание сажи может отразиться на достоверности результатов определения проходного сечения клапана РОГ и, следовательно, значений расхода РОГ. Используя значения от датчика O2BB в качестве опорного значения для сравнения, можно скорректировать значения массового расхода РОГ от системы ИПДК с учетом уменьшения проходного сечения клапана РОГ из-за нарастания сажи. Далее, когда нарастание сажи достигнет порогового уровня, контроллер может направить сигнал о неисправности клапана РОГ и (или) запустить алгоритм очистки клапана для удаления сажи с клапана РОГ.
На Фигуре 5 предложен способ 500 для определения изменения проходного сечения клапана РОГ из-за изменений перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ. При увеличении разности температур между корпусом и стержнем клапана РОГ поперечное проходное сечение клапана РОГ может измениться из-за теплового расширения или сжатия, в связи с чем растет погрешность значений проходного сечения клапана РОГ, и, следовательно, значений расхода РОГ, получаемых по способу ИПДК. Более достоверные значения проходного сечения клапана РОГ могут повысить достоверность значений расхода РОГ, получаемых с помощью системы ИПДК. Таким образом, способ 500 может обеспечить средство для более достоверного определения расхода РОГ при использовании системы ИПДК. Как было раскрыто выше на ФИГ. 2 и 3, система ИПДК может рассчитать значение расхода РОГ по перепаду давления на клапане РОГ (например, клапане 121 РОГ), и проходному сечению клапана РОГ. Проходное сечение клапана РОГ можно оценить по положению клапана РОГ (определяемому датчиком высоты подъема) и известному поперечному проходному сечению клапана. Способ 500 предлагает поправочный коэффициент для определения проходного сечения клапана РОГ, в основе которого лежит тепловое расширение клапана РОГ. Команды для реализации способа 500 можно хранить в запоминающем устройстве контроллера двигателя, например, контроллере 12, показанном на ФИГ. 1. Способ 500 также может выполняться контроллером.
Способ 500 начинается на шаге 502, где контроллер определяет и (или) измеряет параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя можно определить по сигналам обратной связи от нескольких датчиков, и они могут включать в себя: температуру двигателя, частоту вращения и нагрузку двигателя, массовый расход всасываемого воздуха, давление в коллекторе и т.п.
Затем контроллер переходит на шаг 504 и проверяет, настало ли время для определения тепловой компенсации клапана РОГ. Определение тепловой компенсации клапана может включать в себя расчет изменения проходного сечения клапана РОГ по изменению перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ, как будет более подробно раскрыто ниже. Контроллер может установить, настало ли время для определения тепловой компенсации по тому, сколько времени прошло с момента последней на текущий момент операции определения тепловой компенсации. Так, контроллер может инициировать определение тепловой компенсации клапана по прошествии заданного временного интервала с момента последней на текущий момент операции определения тепловой компенсации. Под заданным временным интервалом можно понимать количество циклов работы двигателя, продолжительность эксплуатации двигателя или некий период времени. Если заданный временной интервал с момента последней на текущей момент операции определения тепловой компенсации не истек, то контроллер может установить, что определять поправку на тепловое расширение не нужно, и может перейти на шаг 506. На шаге 506 контроллер может использовать поправку к проходному сечению клапана РОГ, определенную при предыдущем определении тепловой компенсации для расчетов расхода РОГ с помощью ИПДК. Данную ранее определенную поправку к проходному сечению клапана РОГ можно использовать в способах на ФИГ. 2-3 для более достоверной расчета расхода РОГ по способу ИПДК.
Если заданный временной интервал с момента последней на текущей момент операции определения тепловой компенсации истек, то контроллер может установить, что настало время для определения тепловой компенсации, и перейти на шаг 508. На шаге 508 контроллер определяет перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ по температуре РОГ. А именно, значение перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ можно хранить в запоминающем устройстве контроллера в виде зависимости от температуры РОГ. Зависимость перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ от температуры РОГ можно заранее задать по результатам заводских испытаний. Температуру РОГ может измерять датчик температуры (например, датчик 135 температуры РОГ), расположенный либо выше, либо ниже по потоку от клапана РОГ. Температуру, зарегистрированную датчиком температуры, можно корректировать в зависимости от расположения датчика температуры относительно клапана РОГ. Температура отработавших газов может снижаться по мере их прохождения по выпускному каналу (например, канала 197 РОГ), поэтому, температура, зарегистрированная датчиком, расположенным ниже по потоку от клапана РОГ, может быть ниже фактической температуры отработавших газов при их прохождении через клапан РОГ. И наоборот, расположенный выше по потоку датчик температуры может зарегистрировать температуру отработавших газов, которая будет выше, чем на клапане РОГ. Величина разности температур отработавших газов, зависящей от взаимного расположения клапана РОГ и датчика температуры, может быть определена во время заводских испытаний, и может зависеть от расхода РОГ. Таким образом, значение температуры отработавших газов, зарегистрированное датчиком температуры, можно корректировать, чтобы оно отражало температуру отработавших газов на клапане РОГ. При наличии значений температуры РОГ, контроллер может определить перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ, используя известную зависимость между температурой РОГ и перепадом температур между стержнем и корпусом клапана РОГ. Полученный в результате расчета перепад температур можно скорректировать в зависимости от расхода РОГ. Таким образом, перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ может зависеть от температуры и расхода РОГ.
Затем, на шаге 510, контроллер может определить перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана РОГ (ΔTESL), соответствующий по существу тому же значению температуры РОГ, что используют для определения ΔTviv на шаге 508. А именно, на шаге 508 перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ определяют при текущей температуре РОГ. При каждом закрытии клапана РОГ (например, при полном закрытии с полным блокированием потока РОГ по каналу РОГ), контроллер может сохранить перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в виде зависимости от температуры РОГ, как будет более подробно раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 6. Следовательно, контроллер может найти (например, таблице зависимостей) значение разности температур между корпусом и стержнем, соответствующее температуре РОГ, при которой была рассчитана ΔTviv, на шаге 508.
Затем способ 500 может перейти на шаг 512, где контроллер может определить изменение проходного сечения клапана РОГ по разности между ΔTviv и ΔTESL и коэффициенту теплового расширения. А именно, контроллер может умножить значение разности между ΔTviv и ΔTESL на коэффициент теплового расширения для получения расчетного значения изменения проходного сечения клапана РОГ. В одном примере коэффициент теплового расширения можно задать в зависимости от типа материала, из которого выполнен клапан РОГ.
Определив изменение проходного сечения клапана РОГ, контроллер может перейти далее на шаг 514 и определить скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ для последующего использования в оценке расхода РОГ по показаниям системы ИПДК. Итак, скорректированное значение проходного сечения клапана РОГ можно определить по изменению проходного сечения клапана РОГ. А именно, как раскрыто выше на ФИГ. 2, проходное сечение клапана РОГ можно определить по положению клапана РОГ (определяемому датчиком высоты подъема клапана РОГ) и известному значению поперечного проходного сечения клапана РОГ. Однако, из-за теплового расширения клапана РОГ, значение проходного сечения клапана РОГ может отличаться от значения, определенного по положению и известному проходному сечению клапана РОГ. Поэтому, используя значение изменения проходного сечения клапана из-за теплового расширения клапана РОГ, можно повысить достоверность определения значений проходного сечения клапана РОГ, приблизив их к фактической величине проходного сечения клапана РОГ, и, следовательно, достоверность определения фактической величины расхода РОГ через клапан. В связи с этим, определяя значение проходного сечения клапана РОГ, контроллер учитывает как эффекты теплового расширения клапана, так и величину нарастания сажи на клапане. Таким образом, контроллер может рассчитать первый коэффициент тепловой компенсации клапана РОГ для проходного сечения клапана РОГ. Контроллер также может определить второй коэффициент поправки на отложение сажи на клапане РОГ для поперечного сечения клапана РОГ. Объединив оба поправочных коэффициента для проходного сечения клапана РОГ, контроллер может определить совокупный поправочный коэффициент для проходного сечения клапана РОГ. Так можно повысить достоверность расчетных значений проходного сечения клапана РОГ и впоследствии использовать их для получения более достоверных значений расхода РОГ по методу ИПДК, как было раскрыто ранее на ФИГ. 2. А именно, значения проходного сечения клапана РОГ и перепада давления на клапане РОГ, измеряемые датчиком ПД, можно использовать для расчета расхода РОГ.
Итак, способ для двигателя может содержать регулирование положения клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) в зависимости от рассчитанного значения расхода РОГ, при этом значения расхода РОГ рассчитывают по перепаду давления на клапане РОГ и скорректированному значению проходного сечения клапана, при этом в основе скорректированного значения проходного сечения клапана лежит первое значение разности температур между стержнем и корпусом клапана РОГ. Перепад давления на клапане РОГ можно определить с помощью датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, при этом датчик давления представляет собой датчик перепада давления (ПД) на клапане, и скорректированное значение проходного сечения клапана также определяют по известному значению поперечного сечения клапана РОГ и положению клапана РОГ, при этом положение клапана РОГ определяет датчик положения клапана РОГ (например, датчик высоты подъема). Скорректированное значение проходного сечения клапана рассчитывают, исходя из значения известного поперечного проходного сечения клапана РОГ и выходного сигнала датчика положения клапана РОГ. Способ может также содержать определение скорректированного значения проходного сечения клапана на основе первого значения изменения проходного сечения, определенного по первому значению перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ и коэффициенту теплового расширения клапана РОГ. Способ может также содержать: определение, при каждом закрытии клапана РОГ, второго значения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана РОГ и сохранение полученного второго значения перепада температуры на клапане РОГ при его закрытии в запоминающем устройстве контроллера. Для определения первого значения изменения проходного сечения также используют разность между первым значением перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ и вторым значением перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана РОГ. Способ может также содержать расчет первого значения перепада температуры по температуре и расходу РОГ, протекающих через клапан РОГ.
В другом примере способ для двигателя может также содержать определение поправки к высоте подъема клапана РОГ по разнице между перепадами температур между стержнем и корпусом клапана РОГ в открытом и закрытом положениях клапана, причем перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ рассчитывают по температуре РОГ, измеренной в непосредственной близости от клапана РОГ, и расходу РОГ.
В другом примере способ для двигателя содержит: определение расхода рециркуляции отработавших газов (РОГ) по перепаду давления на клапане РОГ и совокупному поправочному коэффициенту для проходного сечения клапана, при этом первый поправочный коэффициент для проходного сечения клапана определяют по первому значению перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ и используют полученный поправочный коэффициент для проходного сечения клапана для корректировки совокупного значения проходного сечения клапана. Определение первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана включает в себя сохранение полученного значения первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана в запоминающем устройстве контроллера и повторное определение первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана по прошествии некоего интервала, при этом такой интервал представляет собой один или несколько из следующих периодов: продолжительность эксплуатации двигателя и количество циклов работы двигателя. Определение первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана содержит расчет первого значения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ по расходу РОГ и температуре отработавших газов, проходящих через клапан РОГ. Определение первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана содержит расчет первого значения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ по расходу РОГ и температуре отработавших газов, проходящих через клапан РОГ. Определение первого поправочного коэффициента для проходного сечения клапана содержит умножение значения разности между первым значением перепада температуры и вторым значением перепада температуры на коэффициент теплового расширения клапана РОГ, при этом коэффициент теплового расширения представляет собой коэффициент изменения подъема клапана из-за теплового расширения на градус перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ. Способ для двигателя также содержит определение второго поправочного коэффициента для проходного сечения клапана по разнице между первым значением расхода РОГ, рассчитанным по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, и вторым значением расхода РОГ, рассчитанным по перепаду давления на клапане РОГ во время работы двигателя без продувки, наддува и с массовым расходом воздуха ниже порогового уровня, и корректировку совокупного значения проходного сечения клапана, используя полученные первый поправочный коэффициент для проходного сечения клапана и второй поправочный коэффициент для проходного сечения клапана. Расчет значений расхода РОГ включает в себя расчет значения расхода РОГ по перепаду давления на клапане РОГ и совокупному значению проходного сечения клапана в первом режиме, когда имеют место одно или несколько из следующих условий: продувка и наддув двигателя осуществляются, и массовый расход всасываемого воздуха превышает пороговый. Способ также содержит расчет значения расхода РОГ по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, но не по перепаду давления на клапане РОГ, во втором режиме, в котором продувка и наддув двигателя не осуществляются, и массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового.
В другом примере система для двигателя содержит: турбокомпрессор с компрессором впускной системы и турбиной с приводом от отработавших газов канал рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления между выпускным каналом ниже по потоку от турбины и впускным каналом выше по потоку от компрессора впускной системы, при этом канал РОГ низкого давления содержит клапан РОГ и датчик ПД для расчета расхода РОГ, датчик кислорода на впуске, расположенный во впускной системе двигателя ниже по потоку от канала РОГ низкого давления, и контроллер с машиночитаемыми командами для регулирования положения клапана РОГ в зависимости от значений расхода РОГ, рассчитанных выходному сигналу датчика ПД и скорректированному значению проходного сечения клапана, при этом скорректированное значение проходного сечения клапана рассчитывают по первому значению перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ и второму значению перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана РОГ. Датчик кислорода на впуске также расположен во впускном коллекторе двигателя, причем скорректированное значение проходного сечения клапана также рассчитывают по разнице между первым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика ПД и вторым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика кислорода на впуске во время работы двигателя в отсутствии наддува и продувки и с массовым расходом воздуха ниже порогового уровня. Система двигателя может также содержать датчик температуры, установленный в непосредственной близости от клапана РОГ в канале РОГ низкого давления, при этом первое и второе значения перепада температур определяют по выходному сигналу датчика температуры и расходу РОГ.
На Фигуре 6 представлен способ 600 для определения значений перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом положении клапана (например, в настоящем описании данный процесс именуется «определение значения в конце хода»). Способ 600 предлагает средство определения значения перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ, когда клапан РОГ закрыт (ΔTESL). Как было раскрыто выше для способа на ФИГ. 5, значение (ΔTESL) можно использовать для повышения достоверности расчета значений изменения проходного сечения клапана РОГ из-за теплового расширения клапана РОГ.
Выполнение способа 600 начинают на шаге 602, где контроллер определяет и (или) измеряет параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя можно определить по сигналам обратной связи от нескольких датчиков, при этом параметры работы двигателя могут включать в себя: температуру двигателя, частоту вращения и нагрузку двигателя, массовый расход всасываемого воздуха, давление в коллекторе, положение клапана РОГ и т.п.
В зависимости от параметров работы двигателя, контроллер может определить, закрывается ли клапан РОГ на шаге 604. А именно, контроллер может определить, закрывается ли клапан РОГ, по сигналу положения клапана РОГ от датчика положения (например, датчика 131 высоты подъема клапана РОГ). В одном варианте контроллер может постоянно контролировать клапан РОГ и переходить на шаг 608 каждый раз, когда клапан закрывают. Если контроллер установит, что клапан не закрывают, то контроллер может перейти на шаг 606. В другом варианте контроллер может не переходить на шаг 608 каждый раз, когда клапан закрывают. Вместо этого, контроллер может перейти на шаг 608 только в том случае, если клапан РОГ закрывают, и истек некий интервал. В противном случае, контроллер может перейти на шаг 606. Указанный интервал может представлять собой некое количество закрытий клапана, временной интервал, количество циклов работы двигателя и т.п. Итак, даже если контроллер обнаружит, что клапан закрывают, контроллер может перейти на шаг 606, если указанный интервал не истек. На шаге 606 положение клапана РОГ можно регулировать в зависимости от необходимой величины расхода РОГ, определяемой параметрами работы двигателя (например, температурой двигателя, температурой отработавших газов, массовым расходом всасываемого воздуха и т.п.)
Однако, если на шаге 604 клапан РОГ закрывают и указанный интервал истек, то контроллер может определить перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ по температуре РОГ, измеренной датчиком температуры (например, датчиком 135 температуры РОГ). Например, контроллер может определить значение перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в виде зависимости от температуры РОГ и (или) расхода РОГ и затем сохранить это значение перепада температуры как ΔTESL. Когда клапан РОГ закрывают, вычисленное значение перепада температуры используют как значение, подлежащее хранению в качестве ΔTESL. Определив ΔTESL на шаге 608, контроллер может перейти на шаг 610 и сохранить ΔTESL и значения температуры РОГ, определенные на шаге 608, в запоминающем устройстве контроллера (например, в таблице зависимостей). К значениям ΔTESL, хранимым в контроллере, можно обращаться для сравнения со значениями ΔTVLV, чтобы определить поправку на тепловое расширение для определения значений проходного сечения клапана РОГ, как раскрыто для способа на ФИГ. 5.
Итак, способ может содержать расчет значения расхода РОГ по выходным сигналам системы ИПДК и датчика кислорода на впуске. Можно использовать как систему ИПДК, содержащую датчик перепада давления (ПД) и датчик положения клапана РОГ, так и датчик кислорода на впуске для получения отдельных значений массового расхода РОГ. В режимах работы двигателя, когда продувка отключена, наддув отключен, и массовый расход всасываемого воздуха ниже порогового, датчик кислорода на впуске можно использовать для определения значений массового расхода РОГ. Значение массового расхода РОГ, рассчитанное по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, можно сравнить со значением расхода РОГ, рассчитанным по показаниям системы ИПДК, чтобы определить величину нарастания сажи на клапане РОГ и, следовательно, получить более достоверное значение массового расхода РОГ.
Система ИПДК может определять массовый расход РОГ по перепаду давления на клапане, измеряемому датчиком ПД, и проходному сечению клапана РОГ (для расхода РОГ). Значение проходного сечения клапана РОГ можно определить по значениям положения клапана, определяемым датчиком положения (например, датчиком высоты подъема клапана РОГ), известного поперечного проходного сечения клапана и поправочному коэффициенту на тепловое расширение, учитывающему расширение клапана при текущем значении температуры РОГ. Величина поперечного проходного сечения (например, степени открытия для пропуска РОГ) клапана может меняться в зависимости от перепада температуры между стержнем и корпусом клапана. Следовательно, величина проходного сечения клапана РОГ может быть разной в зависимости от разности перепадов температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в открытом и закрытом положении клапана РОГ, и коэффициента теплового расширения.
Таким образом, технический результат определения значения проходного сечения клапана РОГ с поправкой на величину нарастания сажи на клапане РОГ (определяемую путем сравнения значений расхода РОГ от датчика кислорода на впуске и системы ИПДК) и тепловое расширение или сжатие клапана РОГ (определяемые по перепаду температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ) заключается в повышении достоверности определения значения расхода РОГ для повышения точности регулирования РОГ и управления двигателем. Кроме того, можно определить величину нарастания сажи на клапане РОГ и использовать ее для запуска алгоритма очистки клапана или направления сигнала водителю транспортного средства, если величина нарастания сажи достигает пороговой. Используя значение расхода, полученное с помощью датчика кислорода, в качестве опорного, можно повысить достоверность значений расхода РОГ, полученных с помощью системы измерения перепада давления, благодаря учету уменьшения проходного сечения из-за нарастания сажи на клапане РОГ. Другой технический результат заключается в корректировке значения расхода РОГ по разнице перепадов температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в открытом и закрытом положениях клапана. Проходное сечение клапана может меняться в зависимости от перепада температуры между стержнем и корпусом клапана. Следовательно, значение проходного сечения клапана РОГ можно корректировать в зависимости от разницы перепадов температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в закрытом и открытом положениях клапана РОГ и коэффициента теплового расширения. Затем можно отрегулировать расход РОГ для приближения его к необходимой величине расхода РОГ, чтобы повысить КПД двигателя.
В другом раскрытом варианте способ для двигателя содержит: при наличии выбранных условий, сравнение первого значения расхода рециркуляции отработавших газов (РОГ), рассчитанного по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, со вторым значением расхода РОГ, рассчитанным по перепаду давления на клапане РОГ; и индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по результатам такого сравнения.
В еще одном раскрытом примере, способ для двигателя содержит: при наличии выбранных условий, определение погрешности проходного сечения клапана РОГ по разнице между значениями расхода РОГ, полученными с помощью датчика кислорода на впуске и датчика перепада давления (ПД) на клапане, установленного параллельно клапану РОГ; и индицирование неисправности клапана РОГ из-за нарастания сажи на основании полученного значения проходного сечения. Способ также содержит, во время последующей работы двигателя, когда расход РОГ определяют с помощью датчика ПД, корректировку значения, полученного с помощью системы ИПДК, с учетом полученного значения погрешности проходного сечения.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и расчета могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер, совместно с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и (или) функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и (или) функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и (или) функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, содержащей различные аппаратные компоненты и электронный контроллер.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме 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 схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты 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 или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются 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 |
|---|---|---|---|
| СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР КЛАПАНА | 2016 |
|
RU2702950C2 |
| Способ разомкнутого и замкнутого управления системой рециркуляции отработавших газов (варианты) | 2016 |
|
RU2719200C2 |
| Способ (варианты) и система для регулирования подачи топлива в двигатель и крутящего момента | 2017 |
|
RU2679367C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) РЕГУЛИРОВАНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2702783C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2016 |
|
RU2692871C2 |
| ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОХЛАДИТЕЛЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКА DPOV (ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ НА КЛАПАНЕ) | 2014 |
|
RU2666934C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ДАТЧИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ПРИТОЧНОМ ВОЗДУХЕ ПО ДАВЛЕНИЮ | 2015 |
|
RU2710328C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2016 |
|
RU2719752C2 |
| СПОСОБ НАДДУВА ВПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА ДВИГАТЕЛЯ | 2011 |
|
RU2569410C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2015 |
|
RU2702057C2 |
Группа изобретений относится к системе рециркуляции отработавших газов (РОГ). Предложены способы и системы для определения изменений проходного сечения клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) для расчета значений расхода РОГ с учетом нарастания сажи на клапане РОГ. Техническим результатом является повышение точности определения величины рециркуляции. Сущность изобретений заключается в том, что при реализации способа индицируют нарастания сажи на клапане РОГ по разности значений расхода РОГ, рассчитанных с помощью датчика кислорода на впуске и датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Определение разности значений расхода РОГ возможно, когда наддув двигателя не осуществляют. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ для двигателя, содержащий:
индицирование нарастания сажи на клапане рециркуляции отработавших газов (РОГ) по разности значений расхода РОГ, рассчитанных в первом режиме без наддува двигателя с помощью датчика кислорода на впуске и датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разность значений расхода РОГ представляет собой разницу между первым значением расхода РОГ, рассчитанным по выходному сигналу датчика кислорода на впуске в первом режиме, и вторым значением расхода РОГ, рассчитанным по выходному сигналу датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, в первом режиме, причем датчик давления представляет собой датчик перепада давления (ПД) на клапане, и способ дополнительно содержит расчет второго значения расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД и значению проходного сечения клапана РОГ, причем значение проходного сечения клапана РОГ рассчитывают на основе известного поперечного сечения клапана РОГ и положения клапана РОГ согласно показанию датчика положения клапана РОГ.
3. Способ по п. 2, дополнительно содержащий определение изменения проходного сечения клапана РОГ по разнице значений расхода РОГ, расчетному проходному сечению клапана РОГ и первому значению расхода РОГ, рассчитанному с помощью датчика кислорода на впуске в первом режиме, при этом указанное расчетное проходное сечение клапана РОГ рассчитывают на основе выходного сигнала датчика положения клапана РОГ и поправки к высоте подъема клапана РОГ, причем поправку к высоте подъема клапана РОГ определяют при выполнении алгоритма определения конечного положения и тепловой компенсации клапана РОГ.
4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий определение поправки к высоте подъема клапана РОГ по разнице значений перепада температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ в открытом и закрытом положении клапана, при этом перепад температуры между стержнем и корпусом клапана РОГ определяют на основе температуры РОГ, измеренной в непосредственной близости от клапана РОГ, и расхода РОГ.
5. Способ по п. 3, дополнительно содержащий индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по изменению проходного сечения клапана РОГ, превышающему пороговый уровень.
6. Способ по п. 3, дополнительно содержащий индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по степени изменения проходного сечения клапана РОГ, превышающей пороговую степень.
7. Способ по п. 3, дополнительно содержащий определение скорректированного значения проходного сечения клапана РОГ по полученному значению изменения проходного сечения клапана РОГ и расчетному проходному сечению клапана РОГ.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий, во втором режиме, когда значение расхода РОГ рассчитывают по выходному сигналу датчика ПД, расчет значения расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД и скорректированному значению проходного сечения клапана РОГ.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что второй режим включает в себя одно или несколько из следующих условий: осуществление наддува двигателя, продувка включена и массовый расход воздуха в двигатель превышает пороговый уровень.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый режим также включает в себя следующие условия: продувка отключена и массовый расход воздуха в двигатель ниже порогового уровня.
11. Способ по п. 1, дополнительно содержащий регулирование параметров работы двигателя в зависимости от значения расхода РОГ, рассчитанного с помощью датчика кислорода на впуске, но не по показаниям датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, когда наддув двигателя не осуществляют, продувка отключена и массовый расход воздуха в двигатель ниже порогового уровня.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индицирование нарастания сажи включает в себя одно или несколько из следующих действий: запуск алгоритма очистки, уведомление водителя транспортного средства о том, что клапан РОГ неисправен, и установление диагностического кода.
13. Способ для двигателя, содержащий:
при наличии выбранных условий,
сравнение первого значения расхода рециркуляции отработавших газов (РОГ), рассчитанного по выходному сигналу датчика кислорода на впуске, со вторым значением расхода РОГ, рассчитанным по перепаду давления на клапане РОГ; и
индицирование нарастания сажи на клапане РОГ по результатам такого сравнения.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что сравнение первого и второго значений расхода РОГ включает в себя определение погрешности проходного сечения клапана РОГ по разности между первым и вторым значениями расхода РОГ.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что индицирование нарастания сажи на клапане РОГ включает в себя индицирование неисправности клапана РОГ, вызванной сажей, на основании того, что полученная погрешность проходного сечения превысила пороговый уровень.
16. Способ по п. 14, дополнительно содержащий, во время последующей работы двигателя, когда расход РОГ рассчитывают по перепаду давления на клапане РОГ, корректировку значения расхода РОГ с учетом полученной погрешности проходного сечения.
17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что перепад давления на клапане РОГ измеряют с помощью датчика перепада давления (ПД) на клапане, установленного параллельно клапану РОГ.
18. Способ по п. 13, отличающийся тем, что индицирование нарастания сажи на клапане РОГ включает в себя одно или несколько из следующих действий: установление диагностического кода, запуск алгоритма очистки клапана РОГ и уведомление водителя транспортного средства о том, что клапан РОГ неисправен и требует технического обслуживания, причем выбранные условия включают в себя следующие: наддув двигателя не осуществляют, продувка отключена и массовый расход воздуха ниже порогового уровня.
19. Система для двигателя, содержащая:
турбокомпрессор с компрессором впускной системы и турбиной с приводом от отработавших газов;
канал рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления между выпускным каналом ниже по потоку от турбины с приводом от отработавших газов и впускным каналом выше по потоку от компрессора впускной системы, причем канал РОГ низкого давления содержит клапан РОГ и датчик перепада давления (ПД) для измерения расхода РОГ;
датчик кислорода на впуске, расположенный во впускной системе двигателя ниже по потоку от канала РОГ низкого давления; и
контроллер с машиночитаемыми командами для индицирования уменьшения проходного сечения клапана РОГ по разнице между первым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика ПД и вторым значением расхода РОГ согласно выходному сигналу датчика кислорода на впуске во время работы двигателя без продувки, без наддува и с массовым расходом воздуха ниже порогового уровня.
20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что датчик кислорода на впуске дополнительно расположен во впускном коллекторе двигателя, причем машиночитаемые команды дополнительно содержат команды для корректировки третьего значения расхода РОГ, причем третье значение расхода РОГ основано на выходном сигнале датчика ПД во время работы двигателя с наличием одного или нескольких из следующих условий: продувка включена, наддув включен и массовый расход воздуха выше порогового уровня, по разнице между первым значением расхода РОГ и вторым значением расхода РОГ.
| US 2006272625 A1 07.12.2006 | |||
| US 2006272625 A1 07.12.2006 | |||
| US 2011023847 A1 03.02.2011 | |||
| US 5546915 A 20.08.1996 | |||
| US 2014290239 A1 02.10.2014 | |||
| US 2011005503 A1 13.01.2011 | |||
| RU 2012106332 А1 21.02.2012. |
