ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА КОЛЛЕКТОРА НА ОСНОВЕ ЧАСТОТЫ ПОМПАЖА Российский патент 2019 года по МПК F02D23/00 F02D41/18 F02B37/12 F02M35/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам для оценки заряда воздуха цилиндра двигателя с турбонаддувом.

Уровень техники/Краткое изложение

Определение количества воздуха, поступающего в двигатель, и, в особенности, количество воздуха в цилиндрах двигателя, может быть полезно для различных аспектов управления двигателем. Например, управление подачей топлива и распределение топлива могут быть скоординированы на основе заряда воздуха цилиндра, для поддержания желаемого воздушно-топливного отношения ВТО (AFR). Системы двигателя могут комплектовать устройствами наддува, такими как турбонагнетатели или механические нагнетатели, для увеличения заряда воздуха цилиндра и улучшения пиковых выходных мощностей. Заряд воздуха цилиндра зависит от объема коллектора наддува в системе двигателя. При увеличении объема коллектора наддува впускному воздуху наддува, находящемуся в коллекторе наддува, требуется больше времени для прохождения в цилиндр. С другой стороны, при уменьшении объема коллектора наддува впускной воздух наддува может проходить в цилиндр быстрее. Таким образом, точная оценка объема коллектора наддува может повлиять на определение заряда воздуха цилиндра, и соответственно, на систему впрыска топлива.

Другие попытки усовершенствовать оценку заряда воздуха цилиндра в двигателе содержат вычисление заряда воздуха цилиндра, основанное на модели заполнения коллектора. Один подход в качестве примера приведен Месси и др. в патенте США 5331936 А. В этом случае заряд воздуха цилиндра предсказывают на основе параметров, содержащих предыдущий заряд воздуха цилиндра, объем коллектора, частоту вращения двигателя, давление в коллекторе и рабочий объем двигателя.

Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы в таких способах. Например, Месси и др. предполагают, что объем коллектора постоянный. Однако дополнительные, установленные пользователем, неоригинальные компоненты коллектора наддува могут изменить объем коллектора наддува. Без надлежащей стратегии, позволяющей компенсировать изменения объема коллектора наддува, нельзя точно оценить заряд воздуха цилиндра, что может привести к ухудшению характеристик двигателя. Кроме того, другие причины могут повлиять на объем коллектора.

Например, проблемы, описанные выше, могут быть решены при помощи способа для двигателя, содержащего: обновление значения объема коллектора наддува в соответствии с разницей между ожидаемой частотой помпажа и измеренной частотой помпажа; и регулирование параметров работы двигателя на основе обновленного значения объема коллектора наддува. Таким образом, значение объема коллектора наддува двигателя может быть обновлено во время управления двигателем.

Например, во время события помпажа двигателя, способ вычисляет ожидаемую частоту помпажа, основанную на известном или оперативно оцениваемом объеме коллектора наддува. Способ также использует выходной сигнал датчика и определяет фактическую частоту помпажа. Сравнивая ожидаемую частоту помпажа и фактическую частоту помпажа, способ может определить, существует ли изменение объема коллектора наддува, и может при необходимости обновить значение объема коллектора наддува. На основе обновленного значения объема коллектора наддува могут более точно оценить заряд воздуха цилиндра. Параметры работы двигателя, такие как количество впрыскиваемого топлива, которыми управляют посредством топливных инжекторов двигателя, имеющих электронный привод, могут быть вычислены на основе оценки заряда воздуха цилиндра. Технический эффект от обновления значения объема коллектора наддува во время помпажа компрессора состоит в том, что калибровка при отключенном двигателе в случае изменения объема коллектора наддува требуется в меньшей степени, а также в том, что система управления может автоматически учитывать такие изменения и обеспечивать их компенсацию в режиме реального времени. Технический эффект от обновления параметров работы двигателя, в случае обновления значения объема коллектора наддува, состоит в том, что могут уменьшить ухудшение характеристик двигателя, возникающее из-за изменения объема коллектора наддува. Кроме того, в некоторых примерах, настоящий способ не требует никакого специального оборудования, предназначенного для оценки объема коллектора наддува.

Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

Краткое описание иллюстраций

На фиг. 1 показан пример системы двигателя с турбонаддувом.

На фиг. 2 показан пример способа определения объема коллектора наддува на основе частоты помпажа компрессора.

На фиг. 3 показан пример управления приводами двигателя в соответствии с раскрытым способом и изменением параметров двигателя в результате его эксплуатации.

Подробное описание

Следующее описание относится к системам и способам для определения объема коллектора наддува в системе двигателя с турбонаддувом, показанном на фиг. 1, и изменение параметров работы двигателя посредством определения значения объема коллектора наддува. Пример способа, показанный на фиг. 2, основан на вычислении ожидаемой частоты помпажа и измерении фактической частоты помпажа при возникновении события помпажа двигателя. В случае обнаружения различия между ожидаемой частотой помпажа и фактической частотой помпажа, в контроллере может быть реализована возможность оценить фактический объем коллектора наддува и обновить значение заряда воздуха цилиндра. Таким образом, могут обновить параметры работы двигателя для улучшения производительности. На фиг. 3 показан процесс работы приводов двигателя в соответствии со способом, показанным на фиг. 2, и изменение параметров двигателя во времени, в результате эксплуатации двигателя.

На фиг. 1 показана схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть частью силовой установки автомобиля. Управление двигателем 10 могут осуществлять, по крайней мере, частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также при помощи сигналов управления от водителя 132 автомобиля, поступающих от устройства 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали акселератора - для генерации пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Показано, что камера 30 сгорания (которую так же можно назвать цилиндром) сообщается с впускным коллектором 144 и выпускным коллектором 148 через соответствующий впускной клапан 152 и выпускной клапан 154. Каждым впускным и выпускным клапаном могут управлять при помощи впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. В качестве альтернативы, одним или несколькими впускными и выпускными клапанами могут управлять при помощи электромеханически управляемого узла клапана, содержащего обмотку и якорь. Положение впускного кулачка 51 могут определить при помощи датчика 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 могут определить при помощи датчика 57 выпускного кулачка.

Показано, что топливный инжектор 66 установлен с возможностью впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск. В качестве альтернативы, топливо могут впрыскивать во впускной патрубок, что известно специалистам как впрыск топлива во впускные каналы. Топливный инжектор 66 доставляет жидкое топливо пропорционально ширине импульса впрыска ШИВ (FPW), получаемого от контроллера 12. Топливо подают к топливному инжектору 66 при помощи топливной системы, содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. На топливный инжектор 66 подают рабочий ток от электронного преобразователя 68, которым управляет контроллер 12. Кроме того, показано, что впускной коллектор 144 сообщается с электронным дросселем 62, управляющим положением дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха, поступающего в цилиндр 30 двигателя. Этот процесс может содержать регулирование потока воздуха наддува, поступающего из впускной камеры 146 наддува. Датчик 119 температуры и датчик давления 122 могут соединить с впускной камерой наддува для измерения температуры и давления воздуха наддува. Дросселем 62 могут управлять электрическим способом и его положение могут регулировать на основе опционального датчика 58 положения. Объем коллектора наддува могут определить как объем впускной камеры 146 наддува между дросселем 62 и компрессором 162. Единственный дроссель 82 системы впускного воздуха (дроссель СВВ (AIS)) соединен с каналом 142 воздухозаборника и находится выше по потоку относительно впускной камеры 146 наддува. Дроссельная заслонка 84 управляет давлением воздуха на входе в компрессор 162. Дросселем СВВ могут управлять электрическим способом, и его положение могут выбирать на основе опционального датчика 88 положения.

Компрессор 162 засасывает воздух из канала 142 воздухозаборника для подачи воздуха в камеру 146 наддува. В некоторых примерах канал 142 воздухозаборника может содержать воздушный резервуар (не показанный на схеме) с фильтром. Отработавшие газы раскручивают турбину 164, соединенную с компрессором 162 при помощи вала 161. Датчик 122 давления соединен с впускной камерой 146 наддува для измерения давления наддува. Вакуумный привод перепускной заслонки 72 позволяет отработавшим газам обходить турбину 164 таким образом, что давлением наддува могут управлять при изменении условий работы. В альтернативных конструкциях привод перепускной заслонки может иметь пневматический или электрический тип. Перепускную заслонку 72 могут закрыть (или уменьшить величину ее открытия) при увеличении требуемого наддува, например, при нажатии педали водителем. Закрытие перепускной заслонки позволяет увеличить давление отработавших газов выше по потоку от турбины, что увеличивает частоту вращения турбины и пиковую выходную мощность. Это позволяет увеличить давление наддува. В другом примере перепускную заслонку 72 могут открыть (или увеличить величину ее открытия) в качестве реакции на уменьшение требуемого наддува, например, при отпускании педали водителем. Открытие перепускной заслонки позволяет уменьшить давление отработавших газов, что уменьшает частоту вращения турбины и мощность. Это позволяет уменьшить давление наддува.

Перепускной клапан 158 компрессора ПКК (CRV) обеспечивает обходной путь вокруг компрессора 162 таким образом, что воздух может проходить от выпускного отверстия компрессора к впускному отверстию компрессора, что позволяет уменьшить давление, развиваемое компрессором 162. ПКК 158 могут открывать и закрывать при помощи электрического сигнала от контроллера 12. В некоторых конструкциях ПКК 158 может представлять собой клапан, находящийся в одном из двух положений: полностью открытом или полностью закрытом. В других конструкциях ПКК 158 могут выполнить в виде дросселя таким образом, что он может находиться в различных промежуточных положениях между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Управляя ПКК 158 (одним или во взаимодействии с перепускной заслонкой 72), можно быстро управлять давлением наддува. Например, ПКК 158 могут закрыть (или уменьшить величину открытия) в качестве реакции на увеличение требуемого наддува, например, при нажатии педали водителем. При закрытии ПКК к впускному коллектору двигателя поступает увеличенная доля воздуха наддува, что увеличивает пиковую выходную мощность двигателя с турбонаддувом. Это позволяет увеличить уровни наддува. В другом примере ПКК 158 могут открыть (или увеличить величину открытия) в качестве реакции на уменьшение требуемого наддува, например, при отпускании педали водителем. При открытии ПКК давление наддува может быть уменьшено выше по потоку от компрессора, что уменьшает давление наддува и уровни наддува. Кроме того, при открытии ПКК может быть уменьшен помпаж компрессора. Например, когда водитель отпускает педаль акселератора и дроссель 82 СВВ закрывают, чтобы уменьшить поток воздуха, может увеличиться разность давлений на входе и выходе компрессора. Это приводит к уменьшению потока воздуха через компрессор (помпаж компрессора), что ухудшает производительность турбонагнетателя. В то же время, открытие ПКК 158 позволяет уменьшить разницу давлений на входе и выходе компрессора, что смещает значение степени сжатия компрессора (или значение потока через компрессор) в сторону от границы помпажа или области помпажа.

Система 90 зажигания обеспечивает искру зажигания в камере 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания, по сигналу контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 148 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, бистабильный датчик кислорода в отработавших газах могут заменить датчиком 126 УДКОГ.

Каталитический нейтрализатор 70 может содержать, к примеру, несколько блоков катализатора. В другом примере могут использовать несколько устройств для уменьшения вредных выбросов, каждое из которых может иметь несколько блоков катализатора. Каталитический нейтрализатор 70 может быть, к примеру, трехрежимным катализатором.

Контроллер 12, показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и калибровочных значений, показанный в данном конкретном примере в виде микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: данные измерения поступающего массового расхода воздуха МРВ (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; значение температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, присоединенного к охлаждающей рубашке 114; сигнал профиля зажигания СПЗ (PIP) от датчика 118 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя от датчиков 58 и 88 положения дросселя; сигнал давления во впускном коллекторе от датчика 121; сигнал давления наддува от датчика 122; сигнал температуры воздуха наддува от датчика 119. Сигнал частоты вращения двигателя ЧВД (RPM) может быть сгенерирован контроллером 12 по сигналу СПЗ. Контроллер 12 использует различные приводы, показанные на фиг. 1, для управления работой двигателя на основе полученных сигналов и хранящихся в памяти контроллера.

В постоянное запоминающее устройство 106 могут записать машиночитаемые данные, представляющие собой постоянно хранимые команды, выполняемые процессором 102 для осуществления раскрытых здесь способов, а также выполнения других действий, которые подразумеваются, но здесь не перечислены. Например, управление количеством впрыскиваемого топлива может содержать управление приводом топливного инжектора. Управление потоком впускного воздуха или давлением наддува может содержать управление одним или несколькими приводами для перепускной заслонки или ПКК.

Как указано выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.

На фиг. 2 показан пример способа 200 для оценки заряда воздуха цилиндра системы двигателя, показанной на фиг. 1. Способ содержит определение, есть ли изменение объема коллектора наддува, на основе сравнения фактической частоты помпажа с ожидаемой частотой помпажа. Событие помпажа компрессора может быть вызвано пассивно, например, во время отпускания водителем педали акселератора. В качестве альтернативы, событие помпажа компрессора могут вызвать активным образом, в результате управления перепускной заслонкой и/или ПКК. Если фактическая частота помпажа отличается от ожидаемой частоты помпажа, способ обновляет значение объема указанного коллектора и корректирует требуемое заряд воздуха цилиндра. Затем способ может регулировать параметры работы двигателя на основе скорректированного заряда воздуха цилиндра, чтобы улучшить производительность автомобиля. Команды для выполнения способа 200 и остальных способов, раскрытых здесь, могут быть выполнены контроллером на основе команд, сохраненных в памяти контроллера, и сигналов, полученных от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше в отношении фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.

На шаге 201 способ содержит оценку и/или измерение условий работы двигателя, таких как давление наддува, температура воздуха наддува и массовый расход воздуха. Давление наддува могут измерить датчиком давления, соединенным с камерой наддува, находящейся ниже по потоку от компрессора (например, таким как датчик 122 давления, показанный на фиг. 1). Температуру воздуха наддува могут измерить температурным датчиком, соединенным с камерой наддува, находящейся ниже по потоку от компрессора (например, таким как датчик 119 температуры, показанный на фиг. 1). Массовый расход воздуха через компрессор могут измерить датчиком, установленным выше по потоку от компрессора (например, таким как датчик 120, показанный на фиг. 1). Кроме того, могут определить и другие параметры, на основе сигналов соответствующих датчиков. Эти сигналы могут содержать, например, такую информацию как частота вращения двигателя, воздушно-топливное отношение, давление во впускном коллекторе, поток воздуха в коллекторе, впускное давление компрессора, температура на входе в компрессор, температура воздуха наддува в дросселе, температура впускного воздуха, температура двигателя и т.д. Указанный способ может, кроме того, оценить текущую и будущую неровность дороги, на основании вибрации автомобиля и/или известных дорожных условий. Условия работы двигателя могут непрерывно наблюдать и сохранять в памяти контроллера.

На шаге 202 способ определяет, существует ли помпаж в компрессоре. В течение выбранных условий, таких как отпускание педали водителем, из-за уменьшенного потока через компрессор, при закрытом дросселе, может возникнуть помпаж компрессора, когда двигатель переходит от режима работы с наддувом на режим работы без наддува. Например, событие помпажа компрессора могут обнаружить в случае возникновения колебаний значения массового расхода воздуха, подаваемого к компрессору, или колебаний давления наддува. В другом примере интенсивность помпажа может быть вычислена на основе давления наддува. Если в компрессоре существует помпаж, способ 200 переходит к шагу 205. Если какой-либо помпаж компрессора не обнаружен, способ 200 переходит к шагу 203.

На шаге 203 способ 200 определяет, существует ли потребность обновить значение объема коллектора наддува. Объем коллектора наддува определяют как объем впускной камеры наддува (такой как впускная камера 146 наддува, показанная на фиг. 1). Значение объема коллектора наддува может отличаться от известного значения объема коллектора наддува вследствие установки неоригинальных компонентов коллектора наддува. Если контроллер двигателя определяет, что существует возможность изменения объема коллектора наддува, он может начать процесс обновления значения объема коллектора наддува. В другом примере контроллер может обновить значение объема коллектора наддува после определенного периода времени. Если способ 200 принимает решение обновить значение объема коллектора наддува, способ переходит к шагу 204. Если способ 200 принимает решение не обновлять значение объема коллектора наддува, способ переходит к шагу 211.

На шаге 204 способ 200 вызывает событие помпажа компрессора в качестве реакции на требование обновить значение объема коллектора наддува. Помпаж компрессора могут вызвать путем управления ПКК и/или перепускной заслонкой (такими как ПКК 158 и перепускная заслонка 72, показанные на фиг. 1). Например, значение открытия ПКК и/или перепускной заслонки может быть уменьшено для увеличения воздушного потока через компрессор и/или турбину. В качестве другого примера, ПКК и/или перепускную заслонку могут закрыть, чтобы увеличить воздушный поток через компрессор и/или турбину. Помпаж компрессора могут вызвать при определенных условиях работы двигателя. Например, помпаж компрессора могут вызвать при обогащении воздушно-топливной смеси для двигателя. В другом примере помпаж компрессора могут вызвать в то время, когда автомобиль издает высокий шум. Шум от автомобиля может быть высоким, когда автомобиль едет по неровной дороге. В еще одном примере помпаж компрессора могут вызвать во время выпуска паров топлива.

На шаге 205 ожидаемую частоту помпажа могут вычислить на основе давления наддува, температуры воздуха наддува и известного объема коллектора наддува. Давление наддува и температуру воздуха наддува измеряют непосредственно перед обнаруженным событием помпажа на шаге 202 или непосредственно перед тем, как вызвать событие помпажа на шаге 204. Известный объем коллектора наддува - это значение объема коллектора наддува, сохраненное в контроллере.

Например, ожидаемую частоту помпажа могут определить при помощи способа диагностики, основанного на использовании модели. Структуру модели основывают на комбинации динамики заполнения коллектора и модели помпажа. Модель помпажа компрессора может быть выражена на основе модели Мура-Грейтцера:

где - скорректированный массовый расход в компрессоре, A - эквивалентная площадь поперечного сечения системы впускного воздуха (СВВ), L - эквивалентная длина СВВ, P_b - переходное давление наддува и - равновесное давление наддува. Динамика заполнения коллектора может быть выражена на основе закона идеального газа:

где R - газовая постоянная, T_b - равновесная температура воздуха наддува, V_b - объем коллектора наддува, - скорректированный массовый расход в компрессоре и - массовый расход в дросселе. Поток через дроссель между впускной камерой наддува и впускным коллектором может быть выражен уравнением открытия:

где C_D - коэффициент расхода, A(θ) - эффективная площадь открытия дросселя и ϕ(P_b):

где P_i - давление во впускном коллекторе и P_b - давление в коллекторе наддува.

Линеаризуя уравнения (1), (2) и (3), можно получить линеаризованную поведенческую модель второго порядка:

Затем, собственная частота ω_n модели в уравнении (5) может быть получена следующим образом:

где A/L - калиброванный параметр, который может быть получен при помощи идентификации системы. Таким образом, частоту колебаний давления во время помпажа (т.е. частота помпажа) могут определить на основе давления наддува P_b, температуры воздуха наддува T_b, и объема коллектора наддува V_b.

На шаге 206 способ 200 решает, можно ли определить фактическую частоту помпажа. Фактическую частоту помпажа могут вычислить на основе анализа частоты колебаний значения массового расхода воздуха, подаваемого к компрессору, колебаний давления наддува или интенсивности помпажа в течение некоторого периода времени. Например, в качестве реакции на помпаж компрессора, в течение некоторого периода времени наблюдают и регистрируют значения массового расхода воздуха и/или давления наддува. Фактическую частоту помпажа определяют путем вычисления частоты колебаний значения массового расхода воздуха и/или давления наддува. В другом примере интенсивность помпажа могут вначале вычислить на основе давления наддува. Затем частоту помпажа определяют на основе частоты интенсивности помпажа. Если частоту помпажа невозможно достоверно определить, способ 200 переходит к шагу 207, при этом способ 200 непрерывно отслеживает параметры работы двигателя. Если частоту помпажа можно достоверно определить на шаге 206, способ 200 переходит к шагу 208.

На шаге 208 способ 200 прекращает помпаж компрессора. Помпаж компрессора могут прекратить, управляя перепускной заслонкой и/или ПКК. Например, могут увеличить значение открытия перепускной заслонки и/или ПКК, чтобы уменьшить частоту вращения турбины и/или уменьшить давление в компрессоре.

На шаге 209 способ 200 сравнивает ожидаемую частоту помпажа, вычисленную на шаге 205, и фактическую частоту помпажа, вычисленную на шаге 206. Если ожидаемая частота помпажа равна фактической частоте помпажа, способ 200 переходит к шагу 211. Если ожидаемая частота помпажа отличается от фактической частоты помпажа, способ 200 переходит к шагу 210.

На шаге 210 обновляют значение объема коллектора наддува. Например, обновленное значение объема коллектора наддува могут определить на основе разности между ожидаемой частотой помпажа и фактической частотой помпажа. В другом примере обновленное значение объема коллектора наддува могут вычислить на основе фактической частоты помпажа, давления наддува и температуры воздуха наддува при помощи уравнения (4).

На шаге 211 способ 200 определяет заряд воздуха цилиндра, на основе объема коллектора наддува, и регулирует параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя могут регулировать на основе объема коллектора наддува или полученного значения заряда воздуха цилиндра. Параметры работы двигателя могут содержать количество впрыскиваемого топлива, синхронизацию момента зажигания, ВТО, массовый расход впускного воздуха и давление наддува.

На фиг. 3 показан процесс управления приводами двигателя согласно способу и изменениям параметров двигателя в качестве реакции на работу автомобиля. Ось x на фиг. 3 отображает время, значение которого увеличивается в направлении, показанном стрелкой. С момента времени T0 до момента времени T1 двигатель функционирует обычным образом. В момент времени T1 происходит помпаж компрессора. Помпаж компрессора может быть вызван в результате отпускания педали акселератора водителем. В другом примере помпаж компрессора могут вызвать из-за требования обновить значение объема коллектора наддува. Обновление может потребоваться, когда ВТО двигателя сдвинуто в сторону обогащения, как показано кривой 301. Обновление также может потребоваться, когда шум, производимый автомобилем, выше порогового значения. Например, помпаж компрессора могут начать в качестве реакции на движение по неровной дороге или во время выпуска паров топлива. Помпаж компрессора могут вызвать активным образом, уменьшив значение открытия перепускной заслонки и/или ПКК, как показано кривой 302. В качестве реакции на помпаж частоту вращения двигателя уменьшают, как показано кривой 303. Колебания значений массового расхода воздуха (304) и давления наддува (305) могут также наблюдаться вследствие помпажа компрессора. Интенсивность помпажа могут вычислить на основе давления наддува. Как показано кривыми 306-309, интенсивность помпажа периодически достигает максимума. Контроллер может оценить фактическую частоту помпажа, анализируя частоту колебаний значений массового расхода воздуха, давления наддува или интенсивности помпажа.

В момент времени T₂ контроллер решает, что частота помпажа может быть достоверно определена и останавливает помпаж компрессора. Например, помпаж компрессора могут остановить, увеличив значение открытия перепускной заслонки и/или ПКК. Частота вращения двигателя увеличивается в качестве реакции на прекращение помпажа компрессора. Прекращаются колебания значений массового расхода воздуха в компрессоре, давления наддува и интенсивности помпажа.

Таким образом, заряд воздуха цилиндра могут точно оценить, учитывая изменение объема коллектора наддува. Параметры работы двигателя могут регулировать на основе оценки заряда воздуха цилиндра с целью улучшить условия работы двигателя. За счет обновления значения объема коллектора наддува во время помпажа компрессора могут определить изменение объема коллектора наддува во время работы двигателя, причем параметры работы двигателя могут быть автоматически оптимизированы на основе обновленного значения объема коллектора наддува. Кроме того, за счет определения значения объема коллектора наддува во время работы двигателя обеспечивают минимальное вмешательство в процесс работы двигателя.

В одной реализации способ для двигателя содержит: обновление значения объема коллектора наддува в соответствии с разностью между ожидаемой частотой помпажа и измеренной частотой помпажа; и регулирование параметров работы двигателя с учетом обновленного значения объема коллектора наддува. В первом примере способа параметры работы двигателя содержат один или несколько из следующих: количество впрыскиваемого топлива, массовый расход впускного воздуха и давление наддува. Второй пример способа опционально содержит первый пример и дополнительно содержит вызывание события помпажа компрессора. Третий пример способа опционально содержит первый и/или второй пример и дополнительно отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда водитель отпускает педаль акселератора. Четвертый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда уровень шума автомобиля превышает пороговое значение. Пятый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и отличается тем, что измеренную частоту помпажа определяют путем оценки частоты колебаний давления наддува, при помощи датчика давления, установленного ниже по потоку относительно компрессора. Шестой пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и отличается тем, что измеренную частоту помпажа определяют путем оценки частоты колебаний значения массового расхода через компрессор, при помощи датчика потока, установленного ниже по потоку относительно компрессора. Седьмой пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по шестой, и отличается тем, что измеренную частоту помпажа определяют путем оценки частотной составляющей амплитуды помпажа. Восьмой пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по седьмой, и отличается тем, что ожидаемую частоту помпажа определяют на основе давления наддува, температуры впускного воздуха и известного объема коллектора наддува. Девятый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по восьмой, и отличается тем, что температуру впускного воздуха измеряют при помощи датчика температуры, установленного во впускной камере наддува двигателя.

В другой реализации заявлен способ для двигателя, содержащий: в течение события помпажа компрессора; определение фактической частоты помпажа; определение объема коллектора наддува на основе фактической частоты помпажа, давления в коллекторе наддува и температуры впускного воздуха; определение заряда воздуха цилиндра на основе объема коллектора наддува; и регулирование параметров работы двигателя на основе заряда воздуха цилиндра. Первый пример способа отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают во время выпуска паров топлива. Второй пример способа опционально содержит первый пример и отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда воздушно-топливное отношение двигателя смещено в сторону обогащения. Третий пример способа опционально содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда автомобиль едет по неровной дороге. Четвертый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что событие помпажа компрессора вызывают, управляя перепускной заслонкой и/или перепускным клапаном компрессора. Пятый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно содержит прекращение события помпажа компрессора в качестве реакции на успешное определение фактической частоты помпажа.

В еще одной реализации заявлена система двигателя, содержащая: турбонагнетатель, содержащий компрессор и турбину; перепускной клапан компрессора для управления частотой вращения компрессора; перепускную заслонку для управления частотой вращения турбины; датчик давления для измерения давления наддува, установленный ниже по потоку относительно компрессора; датчик температуры, установленный во впускной камере наддува в системе двигателя для измерения температуры впускного воздуха; и контроллер, выполненный с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для: вызывания события помпажа компрессора; измерения фактической частоты помпажа; определения ожидаемой частоты помпажа на основе объема коллектора наддува; обновления значения объема коллектора наддува на основе разности между фактической частотой помпажа и ожидаемой частотой помпажа; и регулирования параметров работы двигателя с учетом обновленного значения объема коллектора наддува. Первый пример способа отличается тем, что контроллер выполнен с возможностью определения ожидаемой частоты помпажа также на основе давления наддува и температуры впускного воздуха. Второй пример способа опционально содержит первый пример и отличается тем, что контроллер выполнен с возможностью вызывания события помпажа компрессора при помощи уменьшения значения открытия перепускной заслонки и/или перепускного клапана компрессора. Третий пример способа опционально содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения заряда воздуха цилиндра с учетом обновленного значения объема коллектора наддува.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в системе управления двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов.

Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Способ для двигателя заключается в том, что вычисляют ожидаемую частоту помпажа при помощи диагностики, основанной на использовании модели, с учетом известного объема коллектора наддува. Вычисляют фактическую частоту помпажа на основе выходного сигнала датчика давления. Обновляют значение известного объема коллектора наддува для получения обновленного значения объема коллектора наддува на основе разности между ожидаемой частотой помпажа и фактической частотой помпажа. Регулируют параметры работы двигателя с учетом обновленного значения объема коллектора наддува. Регулирование параметров работы двигателя включает регулирование привода топливного инжектора и/или регулирование положения дросселя. Раскрыты вариант способа для двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в повышении точности определения заряда воздуха в цилиндры. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:

вычисляют ожидаемую частоту помпажа при помощи диагностики, основанной на использовании модели, с учетом известного объема коллектора наддува;

вычисляют фактическую частоту помпажа на основе выходного сигнала датчика давления;

обновляют значение известного объема коллектора наддува для получения обновленного значения объема коллектора наддува на основе разности между ожидаемой частотой помпажа и фактической частотой помпажа; и

регулируют параметры работы двигателя с учетом обновленного значения объема коллектора наддува, причем регулирование параметров работы двигателя включает регулирование привода топливного инжектора и/или регулирование положения дросселя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметры работы двигателя содержат один или несколько из следующих: количество впрыскиваемого топлива, массовый расход впускного воздуха и давление наддува.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно вызывают событие помпажа компрессора.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда водитель отпускает педаль акселератора.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда уровень шума автомобиля превышает пороговое значение.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фактическую частоту помпажа определяют путем оценки частоты колебаний давления наддува на основе выходного сигнала датчика давления, установленного ниже по потоку относительно компрессора.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фактическую частоту помпажа определяют путем оценки частоты колебаний значения массового расхода через компрессор на основе выходного сигнала датчика массового расхода через компрессор, установленного ниже по потоку относительно компрессора.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фактическую частоту помпажа определяют путем оценки частотной составляющей амплитуды помпажа.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в диагностике, основанной на использовании модели, дополнительно учитывают давление наддува и температуру впускного воздуха.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что температуру впускного воздуха измеряют при помощи датчика температуры, установленного во впускной камере наддува двигателя.

11. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:

в течение события помпажа компрессора:

определяют фактическую частоту помпажа на основе выходного сигнала датчика давления;

определяют объем коллектора наддува на основе фактической частоты помпажа, давления в коллекторе наддува и температуры впускного воздуха;

определяют заряд воздуха цилиндра на основе объема коллектора наддува; и

регулируют параметры работы двигателя на основе заряда воздуха цилиндра, причем регулирование параметров работы двигателя включает регулирование привода топливного инжектора и/или положения дроссельной заслонки.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают во время выпуска паров топлива.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда воздушно-топливное отношение двигателя смещено в сторону обогащения.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают, когда автомобиль едет по неровной дороге.

15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что событие помпажа компрессора вызывают, управляя перепускной заслонкой и/или перепускным клапаном компрессора.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно прекращают событие помпажа компрессора в качестве реакции на определение фактической частоты помпажа.

17. Система двигателя, содержащая:

турбонагнетатель, содержащий компрессор и турбину;

перепускной клапан компрессора для управления частотой вращения компрессора;

перепускную заслонку для управления частотой вращения турбины;

датчик давления для измерения давления наддува, установленный ниже по потоку относительно компрессора;

датчик температуры, соединенный с впускной камерой наддува в системе двигателя для измерения температуры впускного воздуха; и

контроллер, выполненный с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для:

вызывания события помпажа компрессора;

вычисления фактической частоты помпажа на основе выходного сигнала датчика давления;

определения ожидаемой частоты помпажа при помощи диагностики, основанной на использовании модели, с учетом известного объема коллектора наддува;

обновления значения известного объема коллектора наддува для получения обновленного значения известного объема коллектора наддува на основе разности между фактической частотой помпажа и ожидаемой частотой помпажа; и

регулирования параметров работы двигателя с учетом обновленного значения объема коллектора наддува, причем регулирование параметров работы двигателя включает регулирование привода топливного инжектора и/или положения дроссельной заслонки.

18. Система двигателя по п. 17, отличающаяся тем, что диагностика, основанная на использовании модели, дополнительно учитывает давление наддува и температуру впускного воздуха.

19. Система двигателя по п. 17, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью вызывания события помпажа компрессора при помощи уменьшения значения открытия перепускной заслонки и/или перепускного клапана компрессора.

20. Система двигателя по п. 17, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения заряда воздуха цилиндра с учетом обновленного значения объема коллектора наддува.