Область применения
Настоящая заявка относится к способам и системам для улучшения наддува, производимого системой двигателя, оснащенной турбонагнетателем с электроподдержкой компрессора, особенно в условиях повышенной высоты над уровнем моря.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Системы двигателей могут быть оснащены устройствами наддува, такими как турбонагнетатели или воздушные нагнетатели, для обеспечения наддувочного воздуха и повышения максимальной выходной мощности. Применение компрессора позволяет использовать малолитражный двигатель для обеспечения такой же мощности, как у крупнолитражного двигателя, но с дополнительными преимуществами топливной экономичности. Турбонагнетатели, как правило, включают в себя компрессор впускного воздуха, присоединенный с возможностью вращения к турбине, работающей на отработавших газах, при этом турбина обеспечивает тягу для компрессора путем извлечения энергии из потока отработавших газов.
Авторы настоящего изобретения выявили потенциальную проблему, связанную с двигателями с турбонаддувом. Работа наддувного двигателя в регионах с повышенной высотой над уровнем моря может быть замедленной. Конкретно, меньшие двигатели с турбонаддувом могут терять мощность, в частности, при низких частотах вращения двигателя, таких как обороты холостого хода двигателя, вследствие пониженной плотности атмосферного воздуха. Потери воздуха и соответствующие потери мощности могут также быть понесены при переключениях коробки передач. Кроме того, замедленная реакция турбины может также приводить к провалу тяги на низких оборотах («турбояме») и ухудшению эксплуатационных характеристик наддувного двигателя. В некоторых системах двигателей перепускная заслонка, подключенная параллельно турбине, может применяться для увеличения расхода воздуха через двигатель при холостом ходе с целью улучшения управления частотой вращения двигателя. Например, перепускная заслонка может удерживаться в закрытом состоянии для повышения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Однако если применять перепускную заслонку для увеличения расхода воздуха через двигатель при холостом ходе в условиях повышенной высоты над уровнем моря, двигатель может требовать работы с наддувом по существу все время, включая режим холостого хода. В связи с этим топливная экономичность двигателя может понизиться, а шум/вибрация/резкость (ШВР) могут возрасти.
Ввиду вышеизложенного, авторы изобретения пришли к выводу, что устройства электроподдержки компрессора могут успешно применяться, чтобы способствовать управлению частотой вращения наддувного двигателя при холостом ходе в условиях повышенной высоты над уровнем моря. Например, электродвигатель с питанием от аккумулятора, присоединенный к компрессору турбонагнетателя, может применяться для обеспечения достаточного наддува с целью поддержания оборотов холостого хода двигателя без необязательного увеличения частоты вращения двигателя для создания большего крутящего момента. В одном примере вышеизложенная проблема может быть решена при помощи способа для наддувного двигателя, содержащего электродвигатель с питанием от аккумуляторного блока для поддержки работы компрессора в условиях повышенной высоты над уровнем моря.
В качестве примера система двигателя может быть оснащена турбонагнетателем, имеющим компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством турбины, при этом компрессор дополнительно получает избирательно электроподдержку (например, путем приложения положительного или отрицательного крутящего момента к валу турбонагнетателя или компонентам турбонагнетателя для ускорения или замедления компрессора) от электродвигателя с питанием от аккумулятора. В другом примере система двигателя (внутреннего сгорания) может быть включена в гибридный электромобиль, и электродвигатель может приводиться в действие аккумулятором электромобиля. При работе транспортного средства в условиях повышенной высоты над уровнем моря отношение поддержки, обеспечиваемой компрессору электродвигателем, к поддержке, обеспечиваемой турбине со стороны перепускной заслонки отработавших газов, может изменяться в зависимости от уровня заряженности (УЗ) аккумулятора транспортного средства для увеличения давления впускного воздуха двигателя и улучшения управления оборотами вращения двигателя на холостом ходу. Например, при более высоком УЗ аккумулятора может быть предоставлена большая электроподдержка компрессора, в то время как перепускная заслонка может оставаться более открытой. Для сравнения, при более низком УЗ аккумулятора может быть предоставлена меньшая электроподдержка компрессора, в то время как перепускная заслонка может оставаться более закрытой. Помимо этого, при управлении оборотами вращения двигателя на холостом ходу в условиях повышенной высоты над уровнем моря электродвигатель может работать только периодически, например, когда требуется повысить частоту вращения двигателя до числа оборотов холостого хода, и может после этого быть деактивирован. Это позволяет успешно использовать поддержку компрессора для поддержания оборотов холостого хода двигателя на большой высоте над уровнем моря даже перед тем, как произойдет событие нажатия на педаль акселератора (например, увеличение сигнала положения педали акселератора). После этого, при событии нажатия на педаль акселератора, электроподдержка компрессора может быть дополнительно увеличена по мере возрастания потребности в наддуве для уменьшения турбоямы. Величина поддержки от электродвигателя, обеспечиваемая компрессору на больших высотах над уровнем моря, может аналогичным образом изменяться при переключении коробки передач, чтобы обеспечить возможность регулирования наддува двигателя при переключении передач. Например, меньшая электроподдержка (электроусиление) компрессора может обеспечиваться при понижении передачи на больших высотах над уровнем моря по сравнению с повышением передачи на больших высотах над уровнем моря. Поддержка компрессора от турбины, обеспечиваемая при помощи перепускной заслонки, может быть соответственно уменьшена. В любом случае величину электроподдержки, обеспечиваемой компрессору, можно регулировать (например, увеличивать) при превышении высотой над уровнем моря, на которой работает транспортное средство, порогового значения, чтобы компенсировать соответствующее падение плотности атмосферного воздуха.
Таким путем можно улучшить эксплуатационные характеристики наддувного двигателя на больших высотах над уровнем моря без снижения топливной экономичности или возрастания проблем ШВР. Благодаря увеличению доли электроподдержки, обеспечиваемой компрессору турбонагнетателя на больших высотах, можно достичь улучшенного управления частотой вращения двигателя, когда двигатель находится в режиме холостого хода и прежде получения требования об увеличении давления наддува (например, вследствие нажатия на педаль акселератора). Аналогичным образом, электроподдержка компрессора может использоваться для улучшения управления частотой вращения двигателя при повышении и понижении передачи на больших высотах над уровнем моря. Благодаря улучшению управления частотой вращения двигателя замедленная работа двигателя на больших высотах над уровнем моря может быть предотвращена. Координируя регулировки перепускной заслонки с электроподдержкой компрессора, можно уменьшить использование зарядки системного аккумулятора при обеспечении электроподдержки компрессора, тем самым улучшая общие эксплуатационные характеристики гибридного транспортного средства.
Приведенное выше описание включает в себя выводы, сделанные авторами изобретения, и не принимается в качестве общеизвестного. Таким образом, 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 показана структурная схема наддувного двигателя с электродвигателем, присоединенным к компрессору.
На ФИГ. 2 показана блок-схема, демонстрирующая пример способа избирательной работы электродвигателя, представленного на ФИГ. 1, для изменения величины электроподдержки, обеспечиваемой компрессору в различных условиях работы.
На ФИГ. 3 показана диаграмма, изображающая использование электроподдержки компрессора от электродвигателя для управления оборотами холостого хода двигателя при работе транспортного средства на большой высоте над уровнем моря.
На ФИГ. 4 показана диаграмма, изображающая ускорение транспортного средства и частоту вращения компрессора для компрессора без обеспечиваемой электроподдержки и компрессора с обеспечиваемой электроподдержкой.
Осуществление изобретения
Настоящее описание относится к улучшению управления оборотами холостого хода в наддувном двигателе, таком как система двигателя на ФИГ. 1, при работе двигателя на больших высотах над уровнем моря. При этом эксплуатационные характеристики наддувного двигателя могут быть улучшены. Контроллер гибридного транспортного средства может быть выполнен с возможностью реализации управляющей программы, такой как программа на ФИГ. 2, для подачи электроподдержки компрессора от электродвигателя, присоединенного к впускному компрессору, независимо или в сочетании с системой поддержки компрессора от перепускной заслонки газовой турбины. Поддержка компрессора может использоваться для поддержания частоты вращения двигателя и крутящего момента в режиме холостого хода двигателя и/или при переключении коробки передач во время работы гибридного транспортного средства на больших высотах над уровнем моря. Изменяя соотношение между электроподдержкой компрессора и поддержкой компрессора на основе перепускной заслонки, обеспечиваемыми при работе на высоте над уровнем моря, можно устранить замедленную работу двигателя на больших высотах над уровнем моря вследствие низкого содержания кислорода в воздухе. Пример использования электроподдержки компрессора для управления оборотами холостого хода двигателя показан на ФИГ. 3.
На ФИГ. 1 изображена структурная схема, показывающая типовой двигатель 10, который может входить в состав системы обеспечения движения автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами или камерами 30 сгорания. Однако в соответствии с настоящим раскрытием изобретения может использоваться и другое количество цилиндров. Управление двигателем 10 может по меньшей мере частично осуществляться с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также входных данных от водителя 132 транспортного средства, подаваемых с помощью устройства 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Каждая камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с поршнем (не показан), расположенным в ней. Поршни 36 могут быть соединены с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала.
Камеры 30 сгорания могут принимать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы, выделяющиеся при горении, через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых примерах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или больше впускных клапанов и/или два или больше выпускных клапанов. Свечи зажигания 52 могут выдаваться внутрь камер 30 сгорания для обеспечения источника зажигания для сгорания.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыскивания в нее топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ (FPW), принятого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует понимать, что распределенный впрыск также возможен. Топливо можно подводить к топливной форсунке 50 при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22 для регулирования потока воздуха к впускному коллектору. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 22 (ПДЗ) может изменяться контроллером 12 для обеспечения электронной системы управления положением дроссельной заслонки (ЭСУПДЗ). Таким образом, дроссель 21 может приводиться в действие для изменения параметров впускного воздуха, подаваемого к камере 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя.
Кроме того, в раскрытых примерах система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 по каналу 140 РОГ. Величина РОГ, обеспечиваемая для впускного канала 42, может изменяться контроллером 12 с помощью клапана 142 РОГ. При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания. На ФИГ. 1 показана система РОГ высокого давления, где РОГ проходит от участка выше по потоку от турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. Двигатель может быть дополнительно обеспечен РОГ при помощи канала 156 РОГ низкого давления и клапана 154 РОГ низкого давления. РОГ низкого давления проходит от участка ниже по потоку от турбины 62 к участку выше по потоку от компрессора 60.
Двигатель 10 может дополнительно содержать компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, расположенный вдоль впускного канала 42, обеспечивая сжатый воздух для канала 32 наддува. В случае турбонагнетателя компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62, при помощи, например, вала или другого соединительного устройства. Турбина 62 может располагаться вдоль выпускного канала 48. Для приведения в действие компрессора могут предусматриваться различные устройства. В случае воздушного нагнетателя компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не включать в себя турбину. В качестве примера, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие электродвигателем 58. Электродвигатель 58 может использоваться независимо или в сочетании с турбиной 62 для управления работой компрессора 60. Таким образом, сжатый наддувочный воздух, обеспечиваемый для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или воздушного нагнетателя, может изменяться контроллером 12, тем самым, изменяя выходной крутящий момент наддувного двигателя. Электродвигатель 58 может получать питание от аккумуляторного блока 59.
В одном примере двигатель 10 на ФИГ. 1 может быть включен в состав гибридного транспортного средства, а электродвигатель может представлять собой двигатель, используемый для электроподдержки компрессора. Уровень заряженности аккумуляторного блока может возрастать при торможении, во время которого электродвигатель может действовать в качестве генератора и восстанавливать электрический заряд аккумуляторного блока. В альтернативном варианте осуществления аккумуляторный блок может перезаряжаться отдельным генератором, приводимым в действие двигателем, что позволяет аккумуляторному блоку перезаряжаться в ситуациях, не связанных с торможением.
Выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отвода отработавших газов от турбины 62. Аналогично, впускной канал 42 может включать в себя рециркуляционный клапан 27 компрессора (РКК), выполненный с возможностью отведения части наддувочного впускного воздуха от участка ниже по потоку от компрессора к участку выше по потоку от компрессора. Управление перепускной заслонкой 26 и/или РКК 27 может осуществляться контроллером 12 исходя из потребности в давлении наддува. Например, при отпускании педали акселератора (например, уменьшение сигнала положения педали акселератора), когда требуется меньшее давление наддува, одно или более из РКК и перепускной заслонки могут быть открыты. Аналогично, перепускная заслонка 26 может быть закрыта для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины, например, в ответ на нажатие на педаль акселератора, тем самым, способствуя раскрутке турбины и обеспечению наддува при помощи компрессора. Таким путем давление наддува может быть повышено посредством увеличения поддержки, обеспечиваемой компрессору при помощи газовой турбины путем регулирования перепускной заслонки. Поддержка компрессора может быть введена в действие посредством уменьшения степени открытия (или увеличения степени закрытия) перепускной заслонки для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Таким образом, поддержка компрессора позволяет уменьшать задержку при увеличении выходной мощности двигателя в ответ на изменение положения дросселя, в настоящем документе называемую также турбоямой. Как указано выше, задержка мощности двигателя может быть вызвана задержкой при формировании давления отработавших газов и раскрутке турбины, необходимой для обеспечения требуемого наддува.
Электродвигателем 58, присоединенным к компрессору, можно также управлять для обеспечения электроподдержки компрессора для компрессора наддувного двигателя в ответ на нажатие на педаль акселератора. Электроподдержка компрессора может обеспечиваться в дополнение или вместо поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки. Например, при возникновении потребности в повышенном давлении наддува (например, при нажатии на педаль акселератора до полностью открытой дроссельной заслонки (ПОДЗ)), может быть обеспечена каждая из электроподдержки компрессора и поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки, тем самым, уменьшая турбояму и улучшая время отклика наддува. Благодаря вводу электрического компонента (например, электродвигателя 58) для обеспечения электроподдержки компрессора в сочетании с поддержкой компрессора при помощи перепускной заслонки, частота вращения компрессора может быть увеличена с большей скоростью по сравнению с компрессором, приводимым в действие только турбиной. Соответственно, турбояма может быть дополнительно уменьшена при помощи электроподдержки компрессора, и двигатель может обеспечивать необходимый наддув по требованию.
Как описано в настоящей заявке, электроподдержка компрессора может также применяться при других условиях, отличных от события нажатия на педаль акселератора на холостом ходу двигателя или переключения коробки передач, происходящего на больших высотах над уровнем моря. Электроподдержка компрессора на холостом ходу двигателя или переключение передач может способствовать разгону частоты вращения двигателя до требуемой величины.
Коленчатый вал 40 может быть присоединен по меньшей мере к одному приводному колесу транспортного средства с помощью системы 150 промежуточной трансмиссии. Система 150 трансмиссии может включать в себя автоматическую коробку передач с несколькими фиксированными передачами, имеющую множество дискретных передаточных чисел, муфт и т.д. В одном примере трансмиссия может иметь только 8 дискретных передач переднего хода и 1 передачу заднего хода. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 с помощью маховика, позволяя осуществлять операцию запуска двигателя 10.
Выходной крутящий момент двигателя может передаваться гидротрансформатору (конвертеру крутящего момента) (не показан) для приведения в действие автоматической системы 150 силовой передачи. Кроме того, одна или более муфт могут быть приведены в состояние сцепления, включая муфту 154 переднего хода, для продвижения транспортного средства вперед. В одном примере гидротрансформатор может называться компонентом системы 150 силовой передачи. Кроме того, система 150 силовой передачи может включать в себя множество муфт 152 передач, которые могут приводиться в состояние сцепления по мере необходимости для активации множества передаточных числе ступенчатой коробки передач. Конкретно, посредством регулирования сцепления множества муфт 152 передач, коробка передач может переключаться между более высокой передачей (т.е. передачей с более низким передаточным числом) и более низкой передачей (т.е. передачей с более высоким передаточным числом). В связи с этим разность передаточных чисел обеспечивает возможность меньшего увеличения крутящего момента через коробку передач при более высокой передаче, обеспечивая возможность большего увеличения крутящего момента через коробку передач при более низкой передаче. Транспортное средство может иметь шесть доступных передач, где шестая передача коробки передачи представляет собой высшую доступную передачу, а первая передача коробки передач представляет собой низшую доступную передачу. В других примерах транспортное средство может иметь больше или меньше, чем шесть доступных передач.
Как подробно изложено в настоящей заявке, контроллер может изменять передачу коробки передач (например, повышение или понижение передачи) для регулирования величины крутящего момента, передаваемого через коробку передач и гидротрансформатор к колесам 156 транспортного средства (т.е. выходного крутящего момента вала двигателя). Контроллер может инициировать переключение коробки передач в ответ на изменения сигнала положения педали (ПП) и скорости транспортного средства. Например, при повышении скорости транспортного средства контроллер может вызвать повышение передачи (например, с первой передачи коробки передач на вторую передачу коробки передач). Альтернативно, при уменьшении ПП контроллер может вызвать понижение передачи (например, с третьей передачи коробки передач на вторую или первую передачу коробки передач). Передача может быть повышена или понижена на одну или более передач коробки передач исходя из разности между первоначальным передаточным числом и требуемым передаточным числом. Кроме того, выбор передачи может быть основан на конечной требуемой частоте вращения двигателя. Так, когда ПП возрастает на большую величину, например, при полном нажатии педали до положения максимально открытой педали (МОП), контроллер может повысить передачу на несколько передач коробки передач для увеличения мощности двигателя, передаваемой колесам.
В связи с этим частота вращения двигателя может изменяться в зависимости от выбора передачи коробки передач. Например, при повышении передачи, когда скорость транспортного средства поддерживается постоянной, степень открытия дросселя увеличивается, что приводит к возросшему массовому расходу воздуха, поступающего к двигателю, и соответствующему увеличению частоты вращения двигателя. Аналогично, при понижении передачи степень открытия дросселя уменьшается, что приводит к сниженному массовому расходу воздуха, поступающего к двигателю, и соответствующему уменьшению частоты вращения двигателя. При манипуляциях, связанных с переключением на более высокую передачу, электроподдержка турбонагнетателя помогает держать величину наддува под контролем в течение переходного процесса, который длится с начала до окончания события переключения передачи. Поскольку более высокая передача понизит частоту вращения двигателя в момент включения коробки передач без поддержки, частота вращения турбонагнетателя упадет вместе с частотой вращения двигателя. Это может привести к потере наддува. Потери наддува можно по меньшей частично избежать при помощи электродвигателя, поддерживающего частоту вращения компрессора во время события переключения для поддержания давления наддува и улучшения управляемости транспортного средства по окончании события переключения. В случае переключений на более низкую передачу, перепускная заслонка открывается постепенно, помогая держать частоту вращения турбонагнетателя под контролем.
В дополнение к управлению частотой вращения двигателя при переключении передачи, управление частотой вращения двигателя может также потребоваться в режиме холостого хода двигателя для поддержания крутящего момента холостого хода двигателя. По существу, холостые обороты двигателя представляют собой число оборотов в единицу времени, с которым работает двигатель, когда двигатель отсоединен от приводного механизма, а педаль акселератора не нажата, или когда транспортное средство остановлено при включенной передаче коробки передачи и не нажатой педали акселератора. На холостом ходу двигатель генерирует достаточный крутящий момент и мощность для бесперебойной работы вспомогательных агрегатов двигателя, таких как усилитель рулевого управления, генератор переменного тока и т.д., и для продвижения транспортного средства на первой передаче со скоростью, меньшей пороговой. В качестве примера, в режиме холостого хода двигателя параметры управления и исполнительные механизмы двигателя можно регулировать для поддержания частоты вращения двигателя равной приблизительно 700-900 об/мин.
Поддержание частоты вращения двигателя (в настоящей заявке также именуемой управлением частотой вращения двигателя) может быть менее эффективным при работе двигателя транспортного средства на высоте над уровнем моря, превышающей пороговую высоту окружающей среды над уровнем моря (например, выше 2000 м). Например, при работе гибридного транспортного средства с наддувным двигателем на больших высотах над уровнем моря, на управление оборотами холостого хода двигателя и на управление частотой вращения двигателя при переключении передачи может воздействовать уменьшение плотности воздуха. Конкретно, частота вращения двигателя может быть ниже требуемой вследствие меньшей доступности воздуха в атмосфере на большей высоте над уровнем моря. В результате этого падения плотности воздуха и соответствующего падения частоты вращения двигателя относительно требуемой величины эксплуатационные характеристики двигателя могут снизиться, и работа двигателя может являться замедленной. Замедленная работа двигателя может сказываться на дорожных качествах транспортного средства при работе транспортного средства в зонах с более высокой средней высотой над уровнем моря.
На высотах над уровнем моря, превышающих пороговую высоту окружающей среды над уровнем моря, закрытие перепускной заслонки 26 может не обеспечивать достаточное давление выше по потоку от турбины при низких нагрузках двигателя (например, на холостом ходу двигателя) вследствие низкого содержания кислорода на больших высотах над уровнем моря. Как подробно показано на ФИГ. 2-3, управлению частотой вращения двигателя (на холостом ходу или при переключении передачи) можно способствовать за счет увеличенной электроподдержки компрессора от электродвигателя, присоединенного к впускному компрессору наддувного двигателя, и уменьшенной поддержки компрессора от перепускной заслонки. Конкретно, электродвигатель может приводиться в действие избирательно (например, приводиться в действие периодически) для повышения впускного давления двигателя, тем самым, повышая крутящий момент и частоту вращения двигателя до требуемых оборотов холостого хода (или частоты вращения на основе выбора передачи коробки передач). Благодаря увеличению электроподдержки компрессора за счет электродвигателя компрессор может приводиться в действие даже в условиях, когда для улучшения подачи заряда воздуха к двигателю не требуется наддув. В результате двигатель может получать достаточное количество наддувочного воздуха для поддержания требуемого управления частотой вращения двигателя на холостом ходу двигателя или при переключении передачи коробки передач. Благодаря увеличению электроподдержки компрессора зависимость от работы турбонагнетателя наддувного двигателя для поддержания холостых оборотов и крутящего момента двигателя может быть уменьшена.
Конкретно, комбинация поддержки компрессора за счет перепускной заслонки 26 и электроподдержки компрессора за счет электродвигателя 58 может применяться для приведения в действие компрессора 60 с целью обеспечения достаточного заряда воздуха для поддержания частоты вращения двигателя на холостом ходу двигателя и при переключении передачи во время работы двигателя на больших высотах над уровнем моря. Для операций, включающих в себя комбинацию перепускной заслонки и электродвигателя, регулировки перепускной заслонки могут координироваться как для обеспечения требуемой величины наддува, так и для уменьшения снижения уровня заряженности (УЗ) аккумуляторного блока (например, ниже порогового УЗ). Например, электроподдержка компрессора может увеличиваться пропорционально уменьшению поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки, а поддержка компрессора при помощи перепускной заслонки может увеличиваться пропорционально уменьшению электроподдержки компрессора. Поддержка компрессора при помощи перепускной заслонки включает в себя закрытие перепускной заслонки для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Работу перепускной заслонки и электродвигателя можно регулировать исходя из высоты окружающей среды над уровнем моря с целью уменьшения потенциальной турбоямы. Как упоминалось выше, поддержание оборотов холостого хода и/или крутящего момента может быть затруднено вследствие уменьшенного содержания кислорода. В таких условиях, даже перед тем, как потребуется осуществление наддува, соотношение поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки и электроподдержки компрессора может быть успешно отрегулировано для транспортного средства на большой высоте окружающей среды над уровнем моря с целью поддержания оборотов холостого хода и/или крутящего момента наддувного двигателя, например, путем увеличения электроподдержки компрессора по сравнению с поддержкой компрессора при помощи перепускной заслонки.
В некоторых примерах перепускная заслонка 26 может быть полностью закрыта для обеспечения максимального наддува от турбины 60 на холостом ходу двигателя. Разность между требуемым наддувом и максимальным наддувом может быть компенсирована путем электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем 58. Таким путем потребность в требуемом наддуве удовлетворяется на холостом ходу двигателя, а электрический ток используется в меньшей степени, как подробнее описано ниже.
Способы работы компрессора 60 за счет поддержки одного или более из перепускной заслонки 26 и электродвигателя 58 будут подробнее описаны ниже. Конкретнее, работа будет касаться случаев диапазонов низких частот вращения двигателя (например, холостой ход или переключение передачи коробки передач), когда транспортное средство находится на пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря или выше (например, 2000 м).
Контроллер 12 представлен на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10 для выполнения различных функций управления двигателем 10, среди которых можно назвать: показание массового расхода всасываемого воздуха от датчика 120 массового расхода воздуха (МРВ); показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, схематически показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, как было указано выше; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122, как было указано выше. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления во впускном коллекторе можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут применяться различные комбинации указанных выше датчиков, такие как датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. При работе в стехиометрическом режиме датчик ДВК может обеспечивать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с регистрируемой частотой вращения двигателя, может обеспечивать оценку заряда (в том числе заряда воздуха), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118 на эффекте Холла, который также применяется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может формировать заданное число равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
Контроллер 12 может дополнительно принимать информацию, касающуюся местоположения транспортного средства, от бортовой системы 180 глобального позиционирования (GPS). Информация, принятая от GPS 180, может включать в себя скорость транспортного средства, высоту транспортного средства, местоположение транспортного средства. Эта информация может быть использована для получения вывода о рабочих параметрах двигателя, таких как локальное барометрическое давление (БД). Контроллер 12 может дополнительно быть выполнен с возможностью приема информации по сети Интернет или другим сетям передачи данных. Информация, принятая от GPS 180, может иметь перекрестные ссылки на информацию, доступную по сети Интернет, для определения местных погодных условий, местных правил, регулирующих использование транспортных средств, местных условий дорожного движения и т.д. Контроллер 12 может использовать сеть Интернет для получения обновленных программных модулей, которые могут храниться в его долговременной памяти. Дополнительно или альтернативно, датчик 180 может представлять собой барометрический датчик.
Другие датчики, которые могут передавать сигналы контроллеру 12, включают в себя датчик 124 температуры на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Могут присутствовать также другие датчики, не показанные на чертеже, такие как датчик для определения скорости впускного воздуха на входе охладителя наддувочного воздуха, и другие датчики.
На ФИГ. 2 показан пример алгоритма 200 для определения высоты транспортного средства над уровнем моря и регулирования соотношения поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов, в зависимости от высоты транспортного средства над уровнем моря в режиме холостого хода двигателя. Регулирование соотношения может дополнительно включать в себя регулирование соотношения в зависимости от переключения передачи коробки передач и нажатия оператором на педаль акселератора. Алгоритм 200 может начаться на шаге 202 путем оценки, определения и/или измерения текущих условий эксплуатации транспортного средства. Условия эксплуатации транспортного средства могут включать в себя, без ограничений, уровень заряженности (УЗ) аккумулятора, скорость транспортного средства, высоту транспортного средства над уровнем моря, частоту вращения двигателя, положение педали акселератора и/или положение дросселя.
На шаге 204 алгоритм 200 включает в себя прием входных сигналов высоты транспортного средства над уровнем моря. Входной сигнал может быть принят от датчика барометрического давления окружающей среды или от навигационной системы, присоединенной к системе GPS. Барометр измеряет атмосферное давление, причем в настоящем документе атмосферное давление будет называться барометрическим давлением. По мере возрастания высоты транспортного средства над уровнем моря барометрическое давление снижается вследствие уменьшенного давления окружающего воздуха (например, плотность воздуха уменьшается вследствие силы тяжести, вызывающей снижение барометрического давления). Дополнительно или альтернативно, высота транспортного средства над уровнем моря может быть определена при помощи системы навигации/GPS. Система GPS может определять, больше ли высота транспортного средства над уровнем моря, или равна пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря (например, 2000 м). Кроме того, система GPS может обладать возможностью прогнозирования, будет ли высота транспортного средства над уровнем моря больше или равна пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря, исходя из данных, вводимых водителем. Входные данные, вводимые водителем, могут означать маршрут, которому водитель планирует следовать с наведением по системе GPS. Исходя из маршрута, система GPS может обладать возможностью прогнозирования случаев, когда высота транспортного средства над уровнем моря будет больше или равна пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря.
На шаге 206 алгоритм 200 включает в себя определение того, больше ли высота транспортного средства над уровнем моря, чем пороговая высота транспортного средства над уровнем моря. Определение может включать в себя сравнение одного или более сигналов, полученных от барометров и системы GPS. Если высота транспортного средства над уровнем моря меньше, чем пороговая высота транспортного средства над уровнем моря, алгоритм переходит к шагу 208 для контроля нажатия на педаль акселератора. Если происходит нажатие на педаль акселератора, алгоритм 200 переходит к шагу 210 для управления электродвигателем с целью обеспечения электроподдержки компрессора при нажатии на педаль акселератора. Выходная мощность и частота вращения электродвигателя могут быть увеличены по мере возрастания потребности в наддуве при нажатии на педаль акселератора. Это может быть обусловлено недостаточным наддувом при нажатии на педаль акселератора транспортного средства, вызванным задержкой раскрутки турбины. Альтернативно, низкий наддув может быть обусловлен недостатком противодавления выше по потоку от турбины, например, вследствие заклинивания перепускной заслонки в открытом положении, ухудшения параметров топливной форсунки и ухудшения параметров свечи зажигания. После этого может быть выполнен выход из алгоритма. В дополнение к обеспечению электроподдержки компрессора при нажатии на педаль акселератора может также быть обеспечена поддержка от турбины, например, путем уменьшения степени открытия перепускной заслонки.
Если нажатия на педаль акселератора не происходит, то алгоритм не может потребовать электроподдержки компрессора, и электродвигатель не работает. После этого может быть выполнен выход из алгоритма.
Возвращаясь к шагу 206, отметим, что если высота транспортного средства над уровнем моря больше, чем пороговая высота транспортного средства над уровнем моря, то алгоритм 200 переходит к шагу 212 для контроля режима холостого хода двигателя. Режим холостого хода двигателя может включать в себя скорость транспортного средства меньшую, чем пороговая скорость транспортного средства, и неполное нажатие/активацию педали акселератора. Если условия режима холостого хода не выполнены, алгоритм 200 переходит к шагу 214, чтобы проверить и подтвердить, запрошено ли или завершено переключение передачи коробки передач. Завершение переключения передачи коробки передач может быть подтверждено на основе мониторинга отношения частоты вращения колес к частоте вращения двигателя, положению дросселя и/или скорости транспортного средства. Запрос на переключение передачи может быть подтвержден при помощи изменяющегося состояния запроса на переключение передачи. Если переключение передачи не подтверждено, электроподдержка компрессора для управления частотой вращения двигателя может не потребоваться, и может быть выполнен выход из алгоритма 200.
При высоте транспортного средства над уровнем моря, большей или равной пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря (например, на большой высоте над уровнем моря), работа двигателя может быть замедленной вследствие низкого содержания кислорода во впускном наддувочном воздухе, подаваемом к цилиндрам двигателя. Вследствие этого, конечная достигнутая частота вращения двигателя может быть ниже, чем целевая частота вращения двигателя, такая как требуемое число холостых оборотов двигателя.
Если условия режима холостого хода выполнены или переключение передачи коробки передач подтверждено, алгоритм 200 переходит к шагу 216 для управления электродвигателем (например, электродвигателем 58), присоединенным к компрессору, с целью увеличения доли электроподдержки компрессора, предоставляемой двигателю в условиях повышенной высоты над уровнем моря. Электроподдержка компрессора, обеспечиваемая за счет электродвигателя, включает в себя вращение компрессора при помощи электродвигателя с питанием от аккумуляторного блока для увеличения количества наддувочного воздуха, подаваемого к двигателю. Контроллер двигателя транспортного средства (например, контроллер 12) может посылать сигнал для активации электродвигателя в ответ на переход двигателя в режим холостого хода или инициирование (или завершение) переключения передачи коробки передач, когда транспортное средство находится на высоте над уровнем моря, большей пороговой. Электродвигатель может принимать электрический заряд от аккумуляторного блока.
Конкретно, электродвигатель может использоваться для обеспечения электроподдержки компрессора на холостом ходу двигателя прежде, чем будет подтверждено событие нажатия на педаль акселератора. Альтернативно, поддержка может быть обеспечена после завершения переключения передачи коробки передач. На холостом ходу электроподдержка компрессора от электродвигателя может использоваться для поддержания оборотов холостого хода двигателя. Соотношение электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов, регулируется, таким образом, в зависимости от высоты над уровнем моря. При возрастании высоты окружающей среды над уровнем моря сверх пороговой высоты над уровнем моря величина электроподдержки компрессора может увеличиваться, в то время как величина поддержки компрессора на базе перепускной заслонки соответственно снижается. Конкретно, выходная мощность электродвигателя может увеличиваться в соответствии с частотой вращения двигателя по сравнению с оборотами холостого хода, в то время как степень открытия перепускной заслонки возрастает при увеличении электроподдержки компрессора.
При переключении передачи коробки передач величина электроподдержки компрессора, обеспечиваемая компрессору электродвигателем, может быть обусловлена высотой окружающей среды над уровнем моря и переключением передачи коробки передач. По мере возрастания разности между высотой окружающей среды над уровнем моря и пороговой высотой окружающей среды (например, при повышении высоты транспортного средства над уровне моря) обеспечиваемая электроподдержка компрессора может возрастать, в то время как поддержка от турбины уменьшается. Конкретно, степень открытия перепускной заслонки может быть увеличена. Дополнительно или альтернативно, электроподдержка компрессора от электродвигателя может возрастать при переключении через большее количество передач коробки передач (например, поддержка больше при переходе от третьей передачи к первой передаче по сравнению с переходом от второй передачи к первой передаче). Кроме того, электроподдержка компрессора может быть основана на передаче, при которой было запрошено переключение. Например, большая поддержка может потребоваться при переключении с третьей передачи на четвертую передачу по сравнению с переключением со второй передачи на первую передачу. В некоторых примерах обеспечиваемая величина электроподдержки компрессора может быть больше при понижении передачи коробки передач, чем при повышении, чтобы создать поддержку горного тормоза. В этом случае электродвигатель может замедлить турбину для увеличения противодавления отработавших газов, что может увеличить потери двигателя при прокачке и уменьшить частоту вращения турбины.
В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, при работе турбонагнетателя на больших высотах над уровнем моря, более низкое внешнее давление может вызвать перепад давления на компоненте турбины для повышения требуемого рабочего порога. Это может привести к превышению частотой вращения турбины пороговой частоты вращения турбины, что может обусловить кратковременное увеличение давления наддува или состояние избыточного давления в компрессоре и, в конечном счете, привести к ухудшению параметров двигателя. Чтобы воспрепятствовать ухудшению параметров, электродвигатель можно использовать для измерения частоты вращения вала турбонагнетателя. Если значение этого измерения превышает предварительно заданный порог на высоте над уровнем моря, большей, чем пороговая высота над уровнем моря, сам электродвигатель может применяться в качестве тормоза для торможения вала и защиты устройства от превышения требуемых эксплуатационных пределов. Это можно также использовать для торможения турбины при понижениях передачи, упомянутых ранее, например, при переключении с пятой передачи на третью. Кроме того, благодаря возможности непрерывного наращивания частоты вращения турбонагнетателя путем использования электродвигателя вместо применяемых, как правило, обычных датчиков, система управления двигателем внутреннего сгорания может принимать более точное и надежное решение о приведении в действие перепускной заслонки с целью управления давлением на входе турбины и потоками газа.
В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, условия для обеспечения электроподдержки компрессора электродвигателем могут дополнительно включать в себя нажатие на муфту сцепления, меньшее нажатие на педаль акселератора, и уменьшение необходимого крутящего момента (например, переключение передачи). При этих условиях транспортное средство может естественным путем снизить частоту вращения компрессора вследствие уменьшенного необходимого крутящего момента. Однако, чтобы обеспечить возможность повышения передачи транспортного средства с требуемой величиной наддува, может оказаться предпочтительным поддерживать частоту вращения компрессора за счет электроподдержки компрессора при уменьшенном необходимом крутящем моменте. Таким путем компрессор может быстро обеспечить наддув при последующем повышении передачи, если потребуется.
Алгоритм 200 может после этого перейти к шагу 218 для регулирования перепускной заслонки с целью уменьшения поддержки компрессора в зависимости от определяемого увеличения электроподдержки компрессора. Конкретно, степень открытия перепускной заслонки увеличивается при увеличении обеспечиваемой электроподдержки компрессора. Регулирование перепускной заслонки может включать в себя открытие перепускной заслонки для уменьшения поддержки компрессора в ответ на увеличение электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, в то время, когда транспортное средство находится на пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря или выше. Перемещение в направлении полностью открытой перепускной заслонки может дополнительно включать в себя определение частоты вращения турбины, при которой степень открытия обусловлена комбинацией частоты вращения турбины и частоты вращения компрессора, соответствующей потребности в наддуве. Таким путем контроллер может регулировать соотношение электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой.
Это соотношение может дополнительно регулироваться в зависимости от УЗ блока аккумуляторов. В частности, электроподдержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, может увеличиваться по мере возрастания разности между УЗ аккумуляторного блока и пороговым УЗ. Таким образом, при управлении оборотами холостого хода в первом состоянии на данной большой высоте над уровнем моря, выполняемом в то время, как аккумуляторный блок имеет первый уровень заряженности, более далекий от порогового УЗ, электроподдержка компрессора и поддержка компрессора, обеспечиваемая при помощи перепускной заслонки, могут обеспечиваться при первом соотношении. Для сравнения, при управлении оборотами холостого хода во втором состоянии на данной большой высоте над уровнем моря, выполняемом в то время, как аккумуляторный блок имеет второй уровень заряженности, более близкий к пороговому УЗ, электроподдержка компрессора и поддержка компрессора, обеспечиваемая при помощи перепускной заслонки, могут обеспечиваться при втором соотношении, причем второе соотношение имеет более высокую долю поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки и меньшую долю электроподдержки компрессора по сравнению с первым соотношением. Таким образом, когда УЗ блока аккумуляторов начинает падать, управление оборотами холостого хода на больших высотах над уровнем моря начинает переход к меньшей зависимости от электроподдержки компрессора и большей зависимости от поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки. Соответственно, требуемая частота вращения двигателя может быть получена при помощи комбинации электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой.
Алгоритм 200 затем переходит к шагу 220 для мониторинга нажатия на педаль акселератора. Если нажатия на педаль акселератора не происходит, алгоритм 200 продолжает избирательно (и периодически) обеспечивать поддержку от электродвигателя и/или перепускной заслонки турбины для поддержания регулирования частоты вращения двигателя. После этого может быть выполнен выход из алгоритма.
Если нажатие на педаль акселератора происходит, алгоритм 200 переходит к шагу 220 для дальнейшего регулирования соотношения электроподдержки компрессора и поддержки с помощью турбины в зависимости от потребности в крутящем моменте (или наддуве) при нажатии на педаль акселератора. Потребность при нажатии на педаль акселератора может быть определена на основе одного или более из положения педали и положения дросселя. Нажатие на педаль может возрасти и/или положение дросселя может стать более открытым по мере увеличения потребности при нажатии на педаль акселератора. По мере увеличения потребности в крутящем моменте или наддуве электроподдержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, может дополнительно возрасти при условии, что аккумуляторный банк обладает достаточным УЗ. В дополнение к этому, поддержка при помощи перепускной заслонки также может быть увеличена. Конкретно, контроллер может увеличить каждую из электроподдержки компрессора и поддержки при помощи турбины по мере увеличения потребности при нажатии на педаль акселератора. После этого может быть выполнен выход из алгоритма.
Таким путем, в первом состоянии, когда двигатель находится на холостом ходу на высоте над уровнем моря большей, чем пороговая, управление частотой вращения двигателя достигается посредством увеличения электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, при уменьшении поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов. Для сравнения, во втором состоянии, в ответ на нажатие на педаль акселератора в то время, когда двигатель находиться на высоте над уровнем моря большей, чем пороговая, имеет место увеличение электроподдержки компрессора и увеличение поддержки компрессора при помощи перепускной заслонки.
Алгоритм 200, таким образом, обеспечивает управляющую программу для определения высоты транспортного средства над уровнем моря и обеспечения электроподдержки компрессора на высотах над уровнем моря, превышающих пороговые. Алгоритм может включать в себя регулирование соотношения поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов, в зависимости от высоты окружающей среды над уровнем моря. Электроподдержка компрессора может обеспечиваться в ответ на управление оборотами холостого хода двигателя и/или запрос на переключение передачи коробки передач. Соотношение может дополнительно регулироваться в зависимости от уровня заряженности аккумуляторного блока, присоединенного к электродвигателю. Кроме того, электроподдержка компрессора и поддержка от турбины могут обеспечиваться на высотах транспортного средства над уровнем моря ниже пороговой высоты транспортного средства над уровнем моря в ответ на нажатие на педаль акселератора транспортного средства.
На ФИГ. 3 показана диаграмма 300 различных состояний двигателя, воздействующих на частоту вращения компрессора и работу электродвигателя для транспортного средства, находящегося выше пороговой высоты транспортного средства над уровнем моря. Следует понимать, что примеры, представленные на ФИГ. 3, имеют иллюстративный характер, и возможны другие результаты. Например, на электродвигатель могут воздействовать дополнительные или альтернативные параметры двигателя (напр., перепускная заслонка).
Графики на ФИГ. 3 представляют различные рабочие параметры и обобщенные сигналы управления двигателем для приведения в действие электродвигателя. Горизонтальные оси представляют время, а вертикальные оси представляют соответствующее демонстрируемое состояние двигателя. На диаграмме 300 график 302 представляет частоту вращения двигателя, график 304 представляет положение педали акселератора (ПП), график 306 представляет барометрическое давление, график 308 представляет переключение передачи коробки передач, график 310 представляет уровень заряженности (УЗ) аккумуляторного блока и график 311 представляет пороговый УЗ, график 312 представляет электроподдержку компрессора от электродвигателя, а график 314 представляет частоту вращения компрессора.
Диаграмма 300 будет раскрыта в настоящей заявке со ссылкой на компоненты и системы, представленные на ФИГ. 1, конкретно, электродвигатель 58, аккумуляторный блок 59, компрессор 60, турбину 62, перепускную заслонку 26, педаль 130 акселератора и двигатель 10. Диаграмма 300 может быть измерена контроллером (например, контроллером 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях.
До момента времени Т1 частота вращения двигателя и положение педали являются относительно постоянными, как показано графиками 302 и 304 соответственно. Барометрическое давление является относительно высоким (например, транспортное средство на высоте окружающей среды над уровнем моря ниже пороговой высоты транспортного средства над уровнем моря), как показано графиком 306. Частота вращения компрессора является относительно высокой и показана графиком 314. Для транспортного средства, находящегося ниже пороговой высоты транспортного средства над уровнем моря, перепускная заслонка может обеспечить достаточное противодавление выше по потоку от турбины для приведения в действия компрессора и обеспечения соответствия потребности в наддуве. Передача коробки передач фиксирована (например, первая передача) и представлена графиком 308. УЗ выше, чем пороговый УЗ, как показано графиком 310 и прямой 311 соответственно. Кроме того, электродвигатель заблокирован, как показано графиком 312.
В момент времени Т1 барометрическое давление начинает снижаться по мере того, как высота транспортного средства над уровнем моря возрастает, превышая пороговую высоту транспортного средства над уровнем моря. Это может быть обусловлено уменьшением давления воздуха при увеличении высоты окружающей среды над уровнем моря. В результате частота вращения компрессора также начинает уменьшаться, поскольку противодавление отработавших газов, создаваемое перепускной заслонкой, не может больше обеспечивать достаточно быстрое вращение турбины для обеспечения требуемой поддержки компрессора от турбины. Электродвигатель остается заблокированным вследствие того, что потребность в наддуве удовлетворена. После момента времени Т1 и перед моментом Т2 барометрическое давление и частота вращения компрессора продолжают уменьшаться до относительно низких значений. Электродвигатель остается заблокированным. Частота вращения двигателя, положение педали и передача коробки передач остаются относительно постоянными. УЗ остается выше порогового УЗ.
В момент времени Т2 сигнал положения педали уменьшается (например, педаль освобождается) и, в результате этого, частота вращения двигателя начинает уменьшаться и входить в режим холостого хода двигателя. Барометрическое давление остается относительно низким (например, высота транспортного средства/окружающей среды над уровнем моря равна или превышает пороговую высоту транспортного средства). Частота вращения компрессора остается относительно низкой вследствие низкого барометрического давления. Электродвигатель запускается для поддержания управления оборотами холостого хода двигателя. Вследствие этого УЗ начинает уменьшаться, но остается выше порогового УЗ. Передача коробки передачи остается постоянной (например, первая передача). После момента времени 12 и перед моментом ТЗ электроподдержка компрессора, получаемая компрессором от электродвигателя, возрастает и, в результате, частота вращения компрессора начинает увеличиваться до относительно высокого уровня. УЗ аккумуляторного блока начинается уменьшаться, поскольку аккумуляторный блок передает электрическую энергию электродвигателю. Сигнал положения педали возрастает в ответ на нажатие на педаль акселератора с выходом из режима холостого хода. Соответственно, электроподдержка компрессора от электродвигателя увеличивается, и УЗ начинает уменьшаться быстрее по сравнению с режимом холостого хода. Иными словами, при возрастании потребности в наддуве (например, от холостого хода до нажатия на педаль акселератора), электроподдержка компрессора, получаемая компрессором от электродвигателя, возрастает и УЗ уменьшается с возросшей скоростью по сравнению с электроподдержкой компрессора в режиме холостого хода. Возрастание величины электроподдержки компрессора при нажатии на педаль акселератора может включать в себя дальнейшее увеличение отношения электроподдержки компрессора к поддержке компрессора, обеспечиваемой турбонагнетателю при помощи перепускной заслонки, в ответ на нажатие на педаль акселератора по сравнению с управлением оборотами холостого хода. Например, перепускная заслонка может удерживаться менее открытой в ответ на нажатие на педаль акселератора по сравнению с режимом холостого хода. Поэтому по мере возрастания степени электроподдержки компрессора возрастает степень падения УЗ. Барометрическое давление продолжает оставаться низким.
В некоторых примерах турбина по-прежнему может быть способна приводить в действие компрессор, даже при высотах окружающей среды над уровнем моря, равных пороговой высоте транспортного средства над уровнем моря или выше. В таком примере электродвигатель может использоваться в зависимости от разности между потребностью в наддуве и поддержкой компрессора при помощи перепускной заслонки. По мере возрастания этой разности электроподдержка компрессора возрастает до тех пор, пока имеется достаточный УЗ. Иными словами, электродвигатель может использоваться отдельно или согласованно с турбиной для приведения в действие компрессора.
В момент времени Т3 электродвигатель блокируется, а частота вращения компрессора остается относительно высокой. Частота вращения компрессора может оставаться относительно высокой вследствие того, что частота вращения двигателя больше не является низкой. Соответственно, двигатель может производить достаточное количество отработавших газов при закрытой или частично закрытой перепускной заслонке для приведения в действие турбины с целью обеспечения поддержки компрессора для подведения мощности к компрессору и обеспечения требуемого наддува. Передача коробки передач остается постоянной, а барометрическое давление остается относительно низким. УЗ начинает восстанавливаться, что может быть отнесено за счет генератора, приводимого в действие электродвигателем. Частота вращения компрессора остается высокой вследствие остаточной мощности, подводимой к компрессору при помощи электродвигателя. После момента времени Т3 и перед моментом Т4 частота вращения компрессора начинает уменьшаться вследствие того, что электродвигатель заблокирован, а противодавление является низким. УЗ продолжает возрастать. Передача коробки передач остается постоянной. ПП начинает уменьшаться. После того, как ПП прекращает уменьшаться, он остается на постоянном уровне. Частота вращения двигателя продолжает увеличиваться до тех пор, пока не достигает относительно высокого значения и остается постоянной.
В момент времени Т4 происходит повышение передачи коробки передач и, в результате, происходит активация электродвигателя. При операции повышения передачи частота вращения двигателя уменьшается после повторного включения коробки передач, вызывающего уменьшение частоты вращения компрессора турбонагнетателя, что уменьшает выходную мощность, приводящую в движение автомобиль. Чтобы компенсировать задержку потери мощности на больших высотах над уровнем моря, электродвигатель используется для поддержания частоты вращения компрессора турбонагнетателя и работы турбонагнетателя до тех пор, пока не будет включена следующая передача. Это также позволяет избежать заглохания двигателя на больших высотах над уровнем моря при повышении передачи. Соответственно, УЗ начинает уменьшаться, и частота вращения компрессора начинает возрастать, так как электродвигатель активирован.
Барометрическое давление остается низким (например, высота транспортного средства над уровнем моря равна или превышает пороговую высоту транспортного средства над уровнем моря). Положение педали и частота вращения двигателя остаются относительно постоянными. После момента времени Т4 и перед моментом Т5 электроподдержка компрессора, получаемая компрессором от электродвигателя, возрастает и поэтому частота вращения компрессора продолжает увеличиваться. Обеспечиваемая электроподдержка компрессора помогает уменьшить потенциальную турбояму. УЗ продолжает уменьшаться в направлении порогового УЗ. Повышение передачи коробки передач по-прежнему продолжается. Частота вращения двигателя и положение педали являются относительно постоянными. Барометрическое давление остается низким.
В момент времени Т5 УЗ достигает порогового УЗ, поэтому электродвигатель деактивируется. Соответственно, частота вращения компрессора начинает уменьшаться. Повышение передачи коробки передач прекращается. Положение педали и частота вращения двигателя остаются относительно постоянными. После момента времени Т5 частота вращения компрессора продолжает уменьшаться. Электродвигатель остается деактивированным. УЗ начинает возрастать, поскольку генератор, приводимый в действие двигателем, перезаряжает аккумуляторный блок. Положение педали и частота вращения двигателя остаются относительно постоянными. Передача коробки передач остается неизменной.
В некоторых примерах электродвигатель может продолжать обеспечивать электроподдержку компрессора, если после переключения передачи коробки передач двигатель переходит в режим холостого хода. Переход от переключения передачи коробки передач к режиму холостого хода может включать в себя уменьшение электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем. Дополнительно или альтернативно, электроподдержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, может уменьшаться, а поддержка, обеспечиваемая турбиной, может увеличиваться после завершения переключения передачи коробки передач, при этом двигатель не переходит в режим холостого хода.
В дополнительных вариантах представления управление оборотами холостого хода двигателя на больших высотах над уровнем моря может достигаться путем изменения одной из электроподдержки компрессора и поддержки со стороны турбины при сохранении другой поддержки на постоянном уровне. Например, в первом состоянии, когда гибридное транспортное средство с наддувным двигателем работает на первой, более низкой высоте над уровнем моря, и при данной частоте вращения/нагрузке двигателя, двигатель может работать при первом положении перепускной заслонки и первом общем уровне поддержки крутящего момента электродвигателя компрессора. Для сравнения, во втором состоянии, когда гибридное транспортное средство работает на второй, большей высоте над уровнем моря, для данной (такой же) частоты вращения/нагрузки двигателя, двигатель может работать при втором положении перепускной заслонки и втором общем уровне поддержки крутящего момента электродвигателя компрессора. Второе положение перепускной заслонки можно регулировать таким образом, чтобы оно было более закрытым, чем первое положение перепускной заслонки. Кроме того, второй общий уровень крутящего момента электродвигателя компрессора можно регулировать таким образом, чтобы он был выше первого уровня.
На ФИГ. 4 показана диаграмма 400 сравнения частот вращения компрессора для компрессора без электроподдержки и компрессора с электроподдержкой при увеличении скорости транспортного средства для транспортных средств на высоте над уровнем моря большей, чем пороговая высота над уровнем моря, при работе двух компрессоров в одинаковых условиях. Следует понимать, что примеры, представленные на ФИГ. 4, имеют иллюстративный характер, и возможны другие результаты.
Графики на ФИГ. 4 представляют различные рабочие параметры и обобщенные сигналы управления двигателем для поддержания частоты вращения компрессора. Горизонтальные оси представляют время, а вертикальные оси представляют соответствующее демонстрируемое состояние двигателя. На диаграмме 400 график 402 представляет первую частоту вращения компрессора турбонагнетателя для компрессора, присоединенного к электродвигателю в первом транспортном средстве, график 404 представляет вторую частоту вращения компрессора турбонагнетателя для компрессора, который не присоединен к электродвигателю во втором транспортном средстве, график 406 представляет положение передачи коробки передач, график 408 представляет скорость транспортного средства, и график 410 представляет электроподдержку компрессора. Диаграмма 400 будет раскрыта в настоящей заявке со ссылкой на компоненты и системы, представленные на ФИГ. 1, конкретно, электродвигатель 58, аккумуляторный блок 59, компрессор 60, турбину 62, перепускную заслонку 26, педаль 130 акселератора и двигатель 10. Диаграмма 400 может быть измерена контроллером (например, контроллером 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях.
До момента времени Т1 скорость транспортного средства является низкой, а передача коробки передач находится в нейтральном положении, как показано графиками 408 и 406 соответственно. Поэтому, вследствие отсутствия изменения крутящего момента, потребность в наддуве двигателя может быть низкой. Электроподдержка компрессора заблокирована, как показано графиком 410. Частота вращения первого компрессора, присоединенного к электродвигателю, является относительно низкой, как показано графиком 402. Частота вращения второго компрессора, не присоединенного к электродвигателю, является относительно высокой, как показано графиком 404. Частота вращения первого компрессора может быть относительно низкой вследствие способности электродвигателя обеспечивать электроподдержку компрессора при возрастании потребности в наддуве. Частота вращения второго компрессора может быть относительно высокой в связи с упомянутыми выше трудностями (например, низкое содержание кислорода в воздухе на больших высотах над уровнем моря затрудняет увеличение частоты вращения компрессора) с целью обеспечения соответствия потребности в наддуве и уменьшения турбоямы. Поддержание частоты вращения второго компрессора на относительно высоком уровне позволяет преодолеть эти трудности, при этом второй компрессор может обеспечивать требуемый наддув. Однако при этом второй компрессор может также обеспечивать избыточный наддув во время работы двигателя, как обстоит дело при текущем состоянии двигателя. Кроме того, поддержание частоты вращения второго компрессора на относительно высоком уровне снижает топливную экономичность вследствие подачи на второй компрессор избыточной мощности. Более высокая частота вращения второго компрессора может быть обеспечена за счет закрытия перепускной заслонки второго турбонагнетателя.
В момент времени Т1 происходит нажатие на педаль акселератора, и скорость транспортного средства начинает возрастать. Начинается переключение коробки передачи из нейтрального положения на первую передачу с целью ускорения транспортного средства в зависимости от необходимого крутящего момента в соответствии с нажатием на педаль акселератора. Электродвигатель запускается и обеспечивает относительно высокую электроподдержку для первого компрессора так, что частота вращения компрессора может увеличиваться для обеспечения потребности в наддуве в соответствии с возросшим необходимым крутящим моментом. Величина электроподдержки, обеспечиваемой для первого компрессора, может изменяться в зависимости от переключения передачи коробки передач. Например, величина электроподдержки компрессора, обеспечиваемая для переключения коробки передач из нейтрального положения на первую передачу, может быть больше, чем величина электроподдержки компрессора, обеспечиваемая для переключения передач с первой передачи на вторую. Дополнительно или альтернативно, величина обеспечиваемой электроподдержки компрессора может быть основана на разности между частотой вращения компрессора, соответствующей потребности в наддуве, и текущей частотой вращения компрессора, при которой, по мере возрастания разности, электроподдержка компрессора также возрастает. Частота вращения второго компрессора также начинает возрастать, хотя и без поддержки электродвигателя, с целью обеспечения требуемого наддува. Для сравнения, частота вращения второго компрессора возрастает с более низкой скоростью, чем скорость возрастания частоты вращения для первого компрессора, что может быть обусловлено электроподдержкой, предоставляемой первому компрессору. Частота вращения второго компрессора может возрастать с более низкой скоростью также вследствие условий повышенной высоты над уровнем моря, обусловливающих уменьшение выходной мощности двигателя, как описано выше.
После момента времени Т1 и перед моментом Т2 частоты вращения первого и второго компрессоров продолжают возрастать до тех пор, пока в обоих случаях не будет удовлетворена потребность в наддуве. Потребность в наддуве может быть определена на основе одного или более из нажатия на педаль акселератора и переключения передач. Например, потребность в наддуве для переключения передач с первой передачи на вторую может быть больше, чем потребность в наддуве для переключения передач с третьей передачи на следующую. Дополнительно или альтернативно, потребность в наддуве для переключения передач может быть больше, чем потребность в наддуве для нажатия на педаль акселератора независимо от переключения передач (например, в состоянии полного зацепления передачи). Потребность в наддуве может возрастать при увеличении нажатия на педаль акселератора (например, при большей степени нажатия на педаль). После того, как потребность в наддуве удовлетворена, частоты вращения обоих компрессоров начинают уменьшаться до меньшего значения. Однако частота вращения второго компрессора остается более высокой, чем у первого компрессора, вследствие ожидаемого падения частоты вращения компрессора в момент времени Т2, как будет описано ниже. Частота вращения второго компрессора может уменьшиться в момент времени Т2 вследствие уменьшенного необходимого крутящего момента при переключении передач. Как показано на диаграмме, частота вращения первого компрессора возрастает с большей скоростью, чем частота вращения второго компрессора вследствие электроподдержки компрессора. Электроподдержка компрессора прекращается после достижения первым компрессором относительно постоянной частоты вращения компрессора, соответствующей необходимому крутящему моменту двигателя при штатной работе транспортного средства (например, без нажатия на педаль акселератора и/или переключения передачи). После порогового времени, следующего за переключением передачи коробки передач, частота вращения первого компрессора может снизиться и достичь относительно постоянной частоты вращения компрессора. Пороговое время может изменяться в зависимости от передачи коробки передач (например, пороговое время для первой передачи может быть больше, чем пороговое время для второй передачи). Второй компрессор обеспечивает требуемый наддув позднее, чем первый компрессор (например, турбояма), что может привести к замедленной работе транспортного средства (например, ухудшенным дорожным качествам). В коробке передач остается включенной первая передача, и скорость транспортного средства начинает возрастать с более медленным темпом.
В момент времени 12 скорость транспортного средства начинает возрастать, и получающийся необходимый крутящий момент находится за пределами диапазона крутящих моментов первой передачи. В результате происходит переключение передачи коробки передачи с первой передачи на вторую. При повышении передачи транспортного средства двигатель отсоединяется от колес, и во время этого отсоединения необходимый крутящий момент понижается почти до нуля. Пониженный необходимый крутящий момент уменьшает частоту вращения второго компрессора, что приводит к обеспечению вторым компрессором необходимого крутящего момента после времени задержки. Электроподдержка активируется в ответ на пониженный необходимый крутящий момент вместе с одним или более из нажатия на муфту сцепления и меньшего нажатия на педаль для поддержания частоты вращения первого компрессора такой, чтобы потребность в наддуве была удовлетворена при турбояме в диапазоне от минимальной до нулевой. Вследствие этого дорожные качества, связанные с первым компрессором, могут не ухудшаться. Необходимый крутящий момент возрастает после восстановления соединения двигателя с коробкой передач.
После момента времени T2 и перед моментом Т3 скорость транспортного средства продолжает возрастать. В коробке передачи остается включенной вторая передача. Частота вращения первого компрессора быстро возрастает, чтобы удовлетворить потребность в наддуве, соответствующую возросшему необходимому крутящему моменту (не показан). Первый компрессор достигает необходимого наддува быстрее, чем второй компрессор вследствие электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, и уменьшения скорости вращения, испытываемого вторым компрессором, вследствие отсоединения (например, уменьшения необходимого крутящего момента), описанного выше. Электроподдержка для первого компрессора остается активной до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое время (например, время, требующееся для достижения необходимого наддува, соответствующего штатной работе двигателя при второй передаче). Кроме того, величина электроподдержки, обеспечиваемой первому компрессору при переключении передачи с первой передачи на вторую, может быть меньше, чем величина электроподдержки компрессора, обеспечиваемой при переключении передачи с нейтральной на первую, как описано выше. В некоторых примерах электроподдержка компрессора может быть по существу равной (например, 5%-е увеличение количества воздуха в двигателе после завершения переключения передачи) для всех переключений передач.
Частота вращения второго компрессора уменьшается перед восстановлением соединения двигателя с коробкой передач при второй передаче. После восстановления соединения частота вращения второго компрессора начинает возрастать, чтобы удовлетворить потребность в наддуве. Частота вращения второго компрессора возрастает с меньшей скоростью, чем у первого компрессора, вследствие одного или более из неполучения электроподдержки компрессора и пониженной концентрации кислорода на большой высоте над уровнем моря, приводящей к пониженной выходной мощности двигателя. В результате второй компрессор обеспечивает необходимый наддув после задержки (например, турбоямы), приводящей к более замедленной работе транспортного средства. Частота вращения первого компрессора уменьшается. Однако частота вращения второго компрессора остается более высокой, чем у первого компрессора вследствие ожидаемого уменьшения частоты вращения компрессора при последующем повышении передачи, как описано выше. В результате этого топливная экономичность снижается из-за избыточной мощности, потребляемой вторым компрессором для поддержания частоты вращения компрессора.
В момент времени Т3 скорость транспортного средства возрастает. Коробка передач переключается со второй передачи на третью. Электроподдержка компрессора активируется для увеличения частоты вращения первого компрессора с целью удовлетворения потребности в наддуве, соответствующей повышающему переключению передачи со второй на третью. Электроподдержка компрессора при повышающем переключении передачи со второй на третью может быть меньше, чем электроподдержка компрессора, обеспечиваемая при повышающем переключении с первой передачи на вторую. Это может иметь место вследствие того, что частота вращения первого компрессора уже является высокой при повышающем переключении со второй передачи на третью, что приводит к уменьшению потребности в электроподдержке компрессора.
Кроме того, после начала высвобождения отключаемой муфты (например, муфты предыдущей передачи) и перед полным сцеплением включаемой муфты (например, муфты новой передачи) необходимый крутящий момент уменьшается, как описано выше. Частота вращения первого компрессора не уменьшается вследствие электроподдержки компрессора, сохраняющей частоту вращения первого компрессора несмотря на уменьшение необходимого крутящего момента. Частота вращения второго компрессора уменьшается в ответ на уменьшенный необходимый крутящий момент и уменьшенный поток отработавших газов. Однако, вследствие поддержания относительно высокой частоты вращения второго компрессора перед повышением передачи, второй компрессор может удовлетворить потребность в наддуве быстрее (например, уменьшение турбоямы) по сравнению с турбоямой при повышающем переключении с первой передачи на вторую, упомянутом выше.
После момента времени Т3 и перед моментом Т4 скорость транспортного средства продолжает возрастать. В коробке передач остается включенной третья передача. Электроподдержка, обеспечиваемая первому компрессору, прекращается после достижения порогового времени. В некоторых примерах пороговое время может изменяться для каждого повышения передачи, при котором пороговое время уменьшается по мере возрастания скорости транспортного средства. В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, пороговое время может быть по существу равным для каждого повышения передачи. Кроме того, в некоторых примерах регулирование по времени электроподдержки компрессора может обеспечиваться до достижения пороговой величины потоков воздуха через двигатель и в системе выпуска отработавших газов, так, чтобы мог быть обеспечен наддув при помощи турбины.
Частота вращения первого компрессора возрастает быстро вследствие электроподдержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем. Первый компрессор способен удовлетворить потребность в наддуве относительно быстро при турбояме от минимальной до нулевой. Частота вращения первого компрессора уменьшается после удовлетворения потребности в наддуве и достигает относительно постоянной частоты вращения компрессора после прохождения порогового времени.
Частота вращения второго компрессора уменьшается перед полным сцеплением включаемой муфты, в то время как отключаемая муфта освобождается вследствие уменьшения необходимого крутящего момента для обеспечения плавного переключения передачи. Второй компрессор обеспечивает потребность в наддуве при уменьшенной турбояме по сравнению с турбоямой при переключении передач с первой передачи на вторую. Это может иметь место вследствие поддержания частоты вращения второго компрессора на относительно высоком уровне и меньшей потребности в наддуве по сравнению с потребностью в наддуве для переключения передач с первой передачи на вторую. Как показано на диаграмме, турбояма уменьшается; однако второй компрессор по-прежнему не в состоянии удовлетворить потребность в наддуве так же быстро, как первый компрессор, по изложенным выше причинам. Частота вращения второго компрессора уменьшается, однако она не уменьшается до такого же низкого значения, как частота вращения первого компрессора, чтобы поддерживать частоту вращения второго компрессора с учетом будущего возрастания необходимого крутящего момента двигателя за счет уменьшения топливной экономичности.
В момент времени Т4 скорость транспортного средства увеличивается вследствие нажатия на педаль акселератора, и в коробке передач остается включенной третья передача. В этом примере диапазон крутящих моментов двигателя, в то время как коробка передач включена на третью передачу, определен в качестве способного обеспечивать увеличение необходимого крутящего момента для колес транспортного средства без переключения передач. Увеличение необходимого крутящего момента приводит к возросшей потребности в наддуве; однако потребность в наддуве для второго компрессора может быть удовлетворена без обеспечения поддержки компрессора, поскольку массовый расход отработавших газов уже находится на повышенном уровне, и перепускная заслонка частично закрыта для обеспечения более быстрого отклика на крутящий момент. С другой стороны, поскольку электроподдержка для первого компрессора перед нажатием на педаль акселератора низка, и поскольку поддержка при помощи перепускной заслонки для первого компрессора уменьшена, электроподдержка компрессора инициируется и обеспечивается для первого компрессора так, чтобы частота его вращения могла возрасти.
После момента времени Т4 и перед моментом Т5 электроподдержка компрессора продолжается до тех пор, пока не будет пройдено пороговое время нажатия на педаль акселератора. Пороговое время для нажатия на педаль акселератора может быть меньше, чем пороговое время для переключения передачи, что может быть обусловлено сравнительно меньшей потребностью в наддуве для нажатия на педаль акселератора. Электроподдержка компрессора блокируется по достижении порогового времени для нажатия на педаль акселератора или порогового массового расхода отработавших газов. Первый компрессор получает электроподдержку, и частота вращения первого компрессора возрастает для удовлетворения потребности в наддуве. Частота вращения первого компрессора начинает уменьшаться после удовлетворения потребности в наддуве.
Как показано на диаграмме, частота вращения второго компрессора относительно высока и может не возрастать после нажатия на педаль акселератора. Это может быть обусловлено тем, что второй компрессор уже способен обеспечивать требуемый наддув вследствие поддержания относительно высоких частот вращения компрессора в штатном режиме работы двигателя (например, без нажатия на педаль акселератора и/или переключения передачи). Частоты вращения первого и второго компрессоров остаются относительно постоянными после удовлетворения потребности в наддуве.
В момент времени Т5 скорость транспортного средства остается постоянной, в коробке передачи остается включенной третья передача, частота вращения первого компрессора и частота вращения второго компрессора являются относительно постоянными, и электроподдержка компрессора остается заблокированной. После момента времени Т5 скорость транспортного средства остается постоянной, в коробке передачи остается включенной третья передача, частота вращения первого компрессора и частота вращения второго компрессора являются относительно постоянными, и электроподдержка компрессора остается деактивированной.
Благодаря по меньшей частичному подведению мощности к компрессору при помощи электроподдержки компрессора от электродвигателя можно уменьшить турбояму для транспортного средства при высоте окружающей среды над уровнем моря, равной или превышающей пороговую высоту транспортного средства. Электродвигатель может запускаться независимо или в сочетании с поддержкой компрессора, получаемой при помощи перепускной заслонки. Кроме того, по мере возрастания высоты транспортного средства над уровнем моря далее за пределы пороговой высоты транспортного средства над уровнем моря, электроподдержка компрессора может возрастать, а поддержка компрессора при помощи перепускной заслонки может снижаться для дальнейшего уменьшения турбоямы.
Технический эффект применения электродвигателя для по меньшей мере частичного приведения в действие компрессора может ограничить замедление работы двигателя для транспортного средства при высотах окружающей среды над уровнем моря, равных или превышающих пороговую высоту транспортного средства. Электродвигатель может обеспечивать электроподдержку компрессора для компенсации низкого содержания кислорода во впускном наддувочном воздухе при высотах окружающей среды над уровнем моря, равных или превышающих пороговую высоту транспортного средства. Электродвигатель может применяться в случаях низких частот вращения двигателя (например, холостой ход двигателя и/или переключение передачи коробки передач) или низкого потока воздуха через двигатель. Именно в условиях низкого потока воздуха через двигатель последний не может производить достаточный поток отработавших газов для питания турбины в количестве, подходящем для обеспечения требуемого наддува. Благодаря введению электродвигателя вышеупомянутая проблема может быть преодолена, и требуемый наддув может быть обеспечен даже при низких частотах вращения двигателя.
Таким образом, способ для наддувного двигателя содержит регулирование соотношения поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов, в зависимости от высоты окружающей среды над уровнем моря в режиме холостого хода двигателя, предшествующем событию нажатия на педаль акселератора оператором. Регулирование может дополнительно включать в себя регулирование в зависимости от высоты над уровнем моря при возрастании высоты над уровнем моря с превышением порога, и увеличение поддержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, при соответствующем уменьшении поддержки со стороны турбины, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов. Способ, дополнительно или альтернативно, может включать в себя поддержку компрессора, обеспечиваемую электродвигателем, в том числе вращение компрессора при помощи электродвигателя, при этом электродвигатель приводится в действие при помощи питания от системного аккумулятора. Способ может дополнительно включать в себя поддержку компрессора, обеспечиваемую при помощи перепускной заслонки отработавших газов, посредством закрытия перепускной заслонки для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины. Дополнительно или альтернативно, способ может также включать в себя дополнительное регулирование соотношения в зависимости от уровня заряженности системного аккумулятора, при этом поддержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, возрастает при превышении уровнем заряженности системного аккумулятора порогового значения.
Способ может также включать в себя включение наддувного двигателя в состав гибридного электромобиля, при этом системный аккумулятор представляет собой системный аккумулятор гибридного электромобиля. Способ, дополнительно или альтернативно, может также включать в себя, в ответ на событие нажатия на педаль акселератора оператором, дополнительное увеличение поддержки компрессора, обеспечиваемое электродвигателем, при уменьшении поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов. Способ может также включать в себя учет высоты окружающей среды над уровнем моря на основе выходного сигнала датчика барометрического давления окружающей среды или навигационной системы. Способ, дополнительно или альтернативно, может также включать в себя увеличение доли поддержки компрессора от электродвигателя до тех пор, пока не будет завершено повышение/понижение передачи, а затем увеличение доли поддержки компрессора от перепускной заслонки в ответ на повышение/понижение передачи коробки передач при работе на высоте окружающей среды над уровнем моря, превышающей пороговую высоту окружающей среды над уровнем моря.
Другой способ для наддувного двигателя может включать в себя регулирование величины поддержки, обеспечиваемой электродвигателем компрессору турбонагнетателя, в зависимости от высоты транспортного средства над уровнем моря, и также в зависимости от передачи коробки передач при переключении передачи. Регулирование может дополнительно включать в себя увеличение величины поддержки при помощи электродвигателя при превышении высотой транспортного средства над уровнем моря порогового значения. Дополнительно или альтернативно, регулирование может также включать в себя обеспечение большей поддержки от электродвигателя в случае понижения передачи по сравнению с повышением передачи при превышении высотой транспортного средства над уровнем моря порогового значения. Регулирование, дополнительно или альтернативно, может также включать в себя обеспечение большей электроподдержки компрессора при переключении коробки передач через большее количество передач, и обеспечение меньшей электроподдержки при переключении коробки передач через меньшее количество передач. Способ, дополнительно или альтернативно, может дополнительно включать в себя электродвигатель, приводимый в действие аккумулятором транспортного средства. Величину обеспечиваемой электроподдержки компрессора можно дополнительно регулировать в зависимости от уровня заряженности аккумулятора транспортного средства, при этом величина поддержки от электродвигателя снижается по мере падения уровня заряженности аккумулятора транспортного средства ниже пороговой заряженности. Способ может дополнительно включать в себя непредоставление электроподдержки компрессора при переключении передачи коробки передач, когда высота транспортного средства над уровнем моря ниже пороговой. Дополнительно или альтернативно, способ может включать в себя продолжение обеспечения поддержки компрессора от электродвигателя в режиме холостого хода двигателя после переключения передачи коробки передач при высоте транспортного средства над уровнем моря большей, чем пороговая.
Система двигателя может содержать двигатель, электродвигатель, соединенный с аккумулятором, колеса транспортного средства, выполненные с возможностью приведения в движение посредством одного или более из двигателя или электродвигателя, коробку передач, присоединенную между двигателем и колесами транспортного средства, турбонагнетатель для обеспечения наддувочного впускного воздуха для двигателя, причем турбонагнетатель включает в себя компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством турбины, при этом компрессор также выполнен с возможностью получения электроподдержки от электродвигателя, перепускную заслонку, подключенную параллельно турбине, навигационную систему и контроллер с машиночитаемыми командами, сохраняемыми в памяти, на прием входных данных о высоте работы транспортного средства над уровнем моря от навигационной системы. При высоте над уровнем моря выше пороговой контроллер может управлять электродвигателем в режиме холостого хода двигателя или до получения запроса оператора посредством нажатия на педаль акселератора для поддержания оборотов холостого хода двигателя за счет обеспечения электроподдержки компрессора, при этом величина электроподдержки, обеспечиваемой компрессору, основана на разности высоты над уровнем моря и порогового значения, и одновременное уменьшение степени открытия перепускной заслонки, при этом уменьшение степени открытия перепускной заслонки основано на величине электроподдержке, обеспечиваемой компрессору. Система, дополнительно или альтернативно, может включать в себя, в то время, как высота над уровнем моря выше пороговой, функционирование электродвигателя для обеспечения электроподдержки компрессора при переключении передачи коробки передач и прерывание функционирования электродвигателя после завершения переключения передачи коробки передач, при этом величина электроподдержки, обеспечиваемой компрессору, основана на том, включает ли в себя запрос на переключение передачи коробки передач запрос на повышение или понижение передачи, и дополнительно основана на величине переключения передачи в ответ на запрос на переключение передачи коробки передач. Контроллер может дополнительно содержать команды на уменьшение электроподдержки, предоставляемой компрессору как при режиме холостого хода двигателя, так и при переключении передачи коробки передач в ответ на падение уровня заряженности аккумулятора ниже пороговой заряженности.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки 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, включающей в себя контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим оборудованием 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 примеров, 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, причем раскрытые действия реализуются путем выполнения команд в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные примеры 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 |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ, СОДЕРЖАЩИМ ТУРБОКОМПРЕССОР, И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2574784C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАДДУВОМ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ) | 2016 |
|
RU2719775C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА | 2017 |
|
RU2684858C2 |
| СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВО ВПУСКНОМ КОЛЛЕКТОРЕ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2693369C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ | 2014 |
|
RU2665091C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С НАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) | 2018 |
|
RU2717190C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ НАДДУВА | 2017 |
|
RU2681396C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2698541C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2692882C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2015 |
|
RU2688071C2 |
Группа изобретений относится к области регулирования двигателей с наддувом. Предлагаются способы и системы для регулирования работы электродвигателя, присоединенного к компрессору, при эксплуатации двигателя на большой высоте над уровнем моря. Техническим результатом является улучшение экономичности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в одном из примеров способ может включать в себя регулирование соотношения электрической подкрутки впускного компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, и подкрутки компрессора от турбины при помощи перепускной заслонки отработавших газов в режиме холостого хода двигателя, а также при переключениях передачи коробки передач. Способ создает возможность поддержания оборотов холостого хода двигателя и крутящего момента на больших высотах с устранением замедленной работы при обеспечении наддува. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Способ для наддувного двигателя, содержащий следующий шаг:
регулируют соотношение поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой электродвигателем, и поддержки компрессора турбонагнетателя, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов, в зависимости от высоты окружающей среды над уровнем моря в режиме холостого хода двигателя, предшествующем событию нажатия на педаль акселератора оператором.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование в зависимости от высоты над уровнем моря включает в себя шаг, на котором, при возрастании высоты над уровнем моря с превышением пороговой высоты окружающей среды над уровнем моря, увеличивают поддержку компрессора, обеспечиваемую электродвигателем, при соответствующем уменьшении поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что поддержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, включает в себя вращение компрессора при помощи электродвигателя, при этом электродвигатель приводят в действие при помощи питания от системного аккумулятора.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержка компрессора, обеспечиваемая при помощи перепускной заслонки отработавших газов, включает в себя закрытие перепускной заслонки для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение дополнительно регулируют в зависимости от уровня заряженности системного аккумулятора, при этом поддержка компрессора, обеспечиваемая электродвигателем, возрастает при превышении уровнем заряженности системного аккумулятора порогового значения.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наддувный двигатель установлен в гибридном электромобиле, при этом системный аккумулятор представляет собой системный аккумулятор гибридного электромобиля.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно, в ответ на событие нажатия на педаль акселератора оператором, увеличивают поддержку компрессора, обеспечиваемую электродвигателем, при уменьшении поддержки компрессора, обеспечиваемой перепускной заслонкой отработавших газов.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют частоту вращения турбины в зависимости от поддержки компрессора, причем поддержка компрессора уменьшает частоту вращения турбины.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для поддержания или увеличения частоты вращения компрессора поддержка компрессора возрастает в ответ на одно или более из следующего: уменьшение необходимого крутящего момента, нажатие на педаль акселератора и переключение передачи коробки передач.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно, в ответ на повышение/понижение передачи коробки передач при работе на высоте над уровнем моря, превышающей пороговую высоту окружающей среды над уровнем моря, увеличивают долю поддержки компрессора от электродвигателя до тех пор, пока не будет завершено повышение/понижение передачи, а затем увеличивают долю поддержки компрессора от перепускной заслонки.
11. Способ для гибридного транспортного средства, имеющего двигатель с турбонаддувом, содержащий следующий шаг:
при переключении передачи коробки передач регулируют величину поддержки, обеспечиваемой электродвигателем компрессору турбонагнетателя, в зависимости от высоты транспортного средства над уровнем моря и также в зависимости от переключения передачи коробки передач.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что регулирование включает в себя шаг, на котором увеличивают величину поддержки при помощи электродвигателя при превышении высотой транспортного средства над уровнем моря порогового значения, при этом способ дополнительно включает в себя шаг, на котором регулируют величину поддержки при помощи электродвигателя в ответ на выжимание муфты сцепления.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что регулирование дополнительно включает в себя шаг, на котором обеспечивают увеличенную поддержку от электродвигателя в случае повышения передачи, по сравнению с понижением передачи, при превышении высотой транспортного средства над уровнем моря порогового значения, при этом высоту транспортного средства над уровнем моря определяют на основе одного или более из навигационной системы и барометрического давления.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что регулирование дополнительно включает в себя шаг, на котором обеспечивают увеличенную поддержку компрессора от электродвигателя при переключении коробки передач через большее количество передач, и обеспечивают меньшую поддержку от электродвигателя при переключении коробки передач через меньшее количество передач.
15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что электродвигатель приводят в действие аккумулятором транспортного средства, причем величину поддержки компрессора, обеспечиваемой электродвигателем, дополнительно регулируют в зависимости от уровня заряженности аккумулятора транспортного средства, при этом величину поддержки от электродвигателя снижают при падении уровня заряженности аккумулятора транспортного средства ниже пороговой заряженности.
16. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно не предоставляют компрессору поддержку от электродвигателя при переключении передачи коробки передач, когда высота транспортного средства над уровнем моря ниже пороговой.
17. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно продолжают обеспечение поддержки компрессора от электродвигателя в режиме холостого хода двигателя после переключения передачи коробки передач при высоте транспортного средства над уровнем моря, большей, чем пороговая.
18. Система транспортного средства, содержащая:
двигатель;
электродвигатель, соединенный с аккумулятором;
колеса транспортного средства, выполненные с возможностью приведения в движение посредством одного или более из двигателя и электродвигателя;
коробку передач, присоединенную между двигателем и колесами транспортного средства;
турбонагнетатель для обеспечения наддувочного впускного воздуха для двигателя, причем турбонагнетатель включает в себя компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством турбины, при этом компрессор также выполнен с возможностью получения электроподдержки от электродвигателя;
перепускную заслонку отработавших газов, выполненную с возможностью избирательного обхода турбины в выпускном канале;
навигационную систему; и
контроллер с машиночитаемыми командами, сохраняемыми в долговременной памяти, для:
приема входных данных о высоте работы транспортного средства над уровнем моря от навигационной системы; и
при высоте над уровнем моря выше пороговой
управления электродвигателем в режиме холостого хода двигателя до получения запроса оператора посредством нажатия на педаль акселератора для поддержания оборотов холостого хода двигателя за счет обеспечения электроподдержки компрессора, при этом величина электроподдержки, обеспечиваемой компрессору, основана на разности высоты над уровнем моря и порогового значения; и
одновременного уменьшения степени открытия перепускной заслонки, при этом уменьшение степени открытия перепускной заслонки основано на величине электроподдержки, обеспечиваемой компрессору.
19. Система транспортного средства по п. 18, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные команды для:
при высоте над уровнем моря выше пороговой,
в ответ на запрос на переключение передачи коробки передач, функционирования электродвигателя для обеспечения электроподдержки компрессора при переключении передачи коробки передач, и прерывания функционирования электродвигателя после завершения переключения передачи коробки передач, при этом величина электроподдержки, обеспечиваемой компрессору, основана на том, какой запрос - на повышение или на понижение передачи - включает в себя запрос на переключение передачи коробки передач, и дополнительно основана на величине переключения передачи.
20. Система транспортного средства по п. 19, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные команды для:
уменьшения электроподдержки, предоставляемой компрессору как при режиме холостого хода двигателя, так и при переключении передачи коробки передач в ответ на падение уровня заряженности аккумулятора ниже пороговой заряженности.
| US 7921944 B2, 12.04.2011 | |||
| US 5956960 A, 28.09.1999 | |||
| US 6415606 B1, 09.07.2002 | |||
| Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания | 1988 |
|
SU1548485A1 |
| US 2008147259 A1, 19.06.2008. | |||
