Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для использования электрического нагнетателя в качестве бортового воздушного насоса или вакуумного насоса.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели могут быть выполнены с устройствами наддува, например, с турбонагнетателями или нагнетателями, позволяющими увеличить массовый расход воздуха в камеру сгорания. Турбонагнетатели и нагнетатели сжимают впускной воздух, поступающий в двигатель, используя впускной компрессор. В то время как турбонагнетатели содержат компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетатель содержит компрессор, приводимый в движение двигателем или мотором. В некоторых системах двигателя одно или более впускных устройств наддува могут быть скомпонованы последовательно или параллельно для улучшения реакции наддува двигателя.
Один пример многоступенчатого двигателя с наддувом предложен Кавамурой и др. в патентном документе US 6938420. В этом случае электрический нагнетатель, приводимый в движение электромотором, и перепускной клапан электрического нагнетателя (ПКЭН) расположены ниже по потоку от турбонагнетателя. Во время условий, когда компрессор турбонагнетателя не раскручен, ПКЭН могут закрыть, и электрический нагнетатель может вращаться для обеспечения переходного положительного давления наддува, что позволяет уменьшить эффект турбоямы. Затем, когда компрессор турбонагнетателя достаточно раскручен, ПКЭН могут открыть, и могут отключить электрический нагнетатель, что позволяет турбонагнетателю обеспечивать требуемое давление наддува.
В дополнение к впускным устройствам наддува, транспортные средства могут быть выполнены с бортовым воздушным и/или вакуумным насосом. Например, бортовые воздушные насосы могут использоваться в различных целях, для накачивания шин, накачивания пневматической подвески и т.д. Аналогичным образом, бортовые вакуумные насосы могут использоваться в качестве источника вакуума для различных вакуумных исполнительных механизмов двигателя, например, при продувке бачка для топливных паров или для обеспечения работы усилителя тормозов. В то время как дополнительные насосы могут обеспечить надежный источник воздуха или вакуума, их использование может быть ограничено стоимостью и размерами таких устройств. В других подходах, например, как предложено Инфантини в патентном документе US 20160059643, часть сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя внедорожного транспортного средства (например, транспортного средства с плугом), может использоваться для накачивания шин. Часть отобранного сжатого воздуха может зависеть от давления воздуха в шинах. Однако отбор сжатого воздуха от двигателя приводит к уменьшению мощности двигателя, что влияет на производительность транспортного средства.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что электрический нагнетатель многоступенчатой системы двигателя может быть объединен с отводом сжатого воздуха, позволяющим улучшить функциональность бортового воздушного насоса и/или вакуумного насоса. В одном примере способ для двигателя содержит: во время работы двигателя на холостом ходу и в то время, когда транспортное средство не приводят в движение, изоляцию части впускного канала, посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем; работу нагнетателя для создания сжатого воздуха в изолированной части; и вытягивание сжатого воздуха из изолированной части в некоторое устройство. Таким образом, можно создать надежный источник сжатого воздуха и/или вакуума на борту транспортного средства с использованием существующих компонентов без влияния на производительность транспортного средства.
Например, электрический нагнетатель (ЭН) содержащий компрессор, приводимый в движение электромотором, может быть расположен выше по потоку от турбонагнетателя (ТН), содержащего компрессор, приводимый в движение выпускной турбиной. Перепускной клапан электрического нагнетателя (ПКЭН) может быть присоединен параллельно ЭН для его обхода. Во время условий, когда требуется давление наддува, эффект турбоямы можно уменьшить посредством закрытия ПКЭН и обеспечения работы компрессора ЭН для удовлетворения требования по наддуву во время раскручивания турбины. Как только турбина раскрутится, могут открыть ПКЭН и отключить компрессор ЭН в то время, когда используется компрессор ТН для удовлетворения требования по наддуву. Во время условий, когда двигатель не работает и транспортное средство остановлено, компрессор ЭН может, в случае подходящей ситуации, работать в качестве воздушного насоса или вакуумного насоса, и сжатый воздух или вакуум можно запасать для более позднего использования или использоваться на борту транспортного средства, например, для накачивания шин транспортного средства или для обеспечения работы вакуумного исполнительного механизма. В этом случае ПКЭН могут полностью закрыть, и степень открытия впускного дросселя могут уменьшить таким образом, чтобы обеспечить достаточное количество воздуха для работы двигателя на холостом ходу (без его остановки). В результате регулирования работы клапана, объем впускного канала между этими двумя клапанами может быть эффективно изолирован. Затем мотор компрессора ЭН может работать с полным рабочим циклом, чтобы обеспечить накопление сжатого воздуха в изолированном объеме. Отводной клапан, соединяющий отвод сжатого воздуха с изолированным объемом, могут открыть для обеспечения хранения или немедленного использования сжатого воздуха. Когда требуется вакуум, сжатый воздух могут направить через эжектор, соединенный с отводом сжатого воздуха, что позволяет создать вакуум в эжекторе. Созданный вакуум могут сохранить или немедленно использовать. Когда требование водителя по крутящему моменту увеличивается, или если требуется движение транспортного средства, отводной клапан, впускной дроссель и ПКЭН могут открыть, и компрессор ЭН может возобновить работу в соответствии с требованием, для обеспечения временного требования по наддуву.
Таким образом, существующее впускное устройство наддува может эффективно использоваться в качестве бортового воздушного насоса и/или вакуумного насоса. За счет уменьшения потребности в специальном бортовом воздушном насосе и вакуумном насосе, на борту транспортного средства может быть обеспечен надежный источник воздуха и вакуума, с преимуществами снижения стоимости и уменьшения количества компонентов. Технический эффект от изолирования части впускного канала и от работы компрессора электрического нагнетателя состоит в том, что сжатый воздух может быть произведен и подан в изолированную область, из которой сжатый воздух может быть легко отведен. За счет закрытия впускного дросселя во время работы электрического нагнетателя в качестве воздушного или вакуумного насоса предотвращается влияние на мощность двигателя во время работы насоса. За счет соединения эжектора с отводом сжатого воздуха тот же самый сжатый воздух, созданный нагнетателем, может использоваться в качестве источника воздуха или источника вакуума по мере необходимости. За счет работы нагнетателя в качестве воздушного или вакуумного насоса во время работы двигателя на холостом ходу, можно создать сжатый воздух и/или вакуум с использованием подходящей ситуации, без влияния на двигатель или производительность транспортного средства.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пример варианта осуществления системы двигателя с наддувом, имеющей многоступенчатые устройства наддува.
На фиг. 2 показана блок-схема алгоритма высокого уровня, иллюстрирующая программу, которая может быть использована для обеспечения работы системы двигателя с наддувом, содержащей электрический нагнетатель и турбонагнетатель.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая программу, которая может быть использована для обеспечения работы электрического нагнетателя в качестве бортового воздушного насоса или вакуумного насоса.
На фиг. 4А-4В показан пример работы электрического нагнетателя для управления наддувом, создания сжатого воздуха и создания вакуума, в соответствии с настоящим раскрытием.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для системы двигателя, имеющей многоступенчатые устройства наддува, например, к системе двигателя с наддувом, показанной на фиг. 1, в которой турбонагнетатель расположен ниже по потоку от электрического нагнетателя (то есть, нагнетателя с электрическим приводом). Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения программ, например, программ, показанных в качестве примера на фиг. 2-3 и позволяющих, при наличии подходящих условий, использовать электрический нагнетатель в качестве бортового воздушного насоса или вакуумного насоса. Пример работы электрического нагнетателя показан на фиг. 4А-4В. Таким образом, сжатый воздух может быть обеспечен на борту транспортного средства для таких целей, как накачивание шин. В дополнение, вакуум может быть обеспечен на борту транспортного средства для таких целей, как продувка бачка для топливных паров.
На фиг. 1 схематично показаны аспекты примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. Система двигателя 100 может входить в состав движительной системы, например, дорожного транспортного средства. В одном примере дорожное транспортное средство может представлять собой гибридный электромобиль. В изображенном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, содержащий несколько расположенных одно за другим устройств наддува. В частности, двигатель 10 содержит первое устройство 15 наддува, расположенное выше по потоку от второго устройства 13 наддува. При такой компоновке первый компрессор 110 (первого устройства наддува) расположен во впускном канале 42 двигателя выше по потоку от второго компрессора 114 (второго устройства наддува). В существующем примере первое устройство наддува представляет собой электрический нагнетатель 15, в то время как второе устройство наддува представляет собой турбонагнетатель 13.
Крутящий момент двигателя от двигателя 10 может быть передан колесам 47 транспортного средства через вал 84 силового агрегата. В частности, крутящий момент двигателя может быть передан от коленчатого вала 40 к трансмиссии 48, и затем к колесам 47. Трансмиссия 48 может представлять собой трансмиссию с фиксированным передаточным отношением, содержащую множество передаточных отношений для обеспечения различных частот вращения двигателя 10, которые отличаются от частот вращения колес 47. Муфта сцепления (не показана на схеме) может быть расположена между коленчатым валом 40 двигателя и трансмиссией 48. Количество крутящего момента двигателя, передаваемого колесам через вал силового агрегата, можно изменять посредством изменения способности муфты сцепления передавать крутящий момент (например, за счет проскальзывания муфты сцепления).
Атмосферный воздух подают по впускному каналу 42 в двигатель 10 через воздушный фильтр 44, содержащий воздухоочиститель 112. Затем атмосферный воздух может проходить в электрический нагнетатель 15. Электрический нагнетатель 15 содержит первый компрессор 110, приводимый в движение электромотором 108. В частности, вентилятор компрессора может быть приведен в движение за счет мощности, полученной от электромотора, расположенного на валу 80 компрессора этого нагнетателя. Мотор 108 может быть приведен в действие с использованием бортового устройства аккумулирования энергии, например, системного аккумулятора 106. Затем воздух, сжатый первым компрессором 110, может быть подан на второй компрессор 114. Затем атмосферный воздух, поступающий в вход второго компрессора 114, может быть направлен в двигатель 10. Во время выбранных условий, как раскрыто ниже, воздух может обходить нагнетатель 15 и может быть направлен через первый обвод 70 компрессора посредством регулирования степени открытия перепускного клапана 72 электрического нагнетателя (ПКЭН). Во время этих условий сжатый воздух могут подавать к двигателю 10 только через второй компрессор 114 турбонагнетателя. Первый компрессор 110 нагнетателя 15 может дополнительно приводиться в движение посредством коленчатого вала двигателя, с помощью муфты и зубчатой передачи.
Турбонагнетатель 13 содержит второй компрессор 114, приводимый в действие турбиной 116. Второй компрессор 114 показан как компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 посредством вала 19, где турбина 116 выполнена с возможностью вращения за счет расширяющихся отработавших газов двигателя. В одном варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), где геометрию турбины можно изменять активным образом как функцию условий работы двигателя. Во время выбранных условий, как раскрыто ниже, воздух, сжатый турбонагнетателем 13, может быть повторно направлен от выпускного отверстия ко входу компрессора 114 через второй обвод 60 компрессора посредством регулирования степени открытия клапана рециркуляции компрессора (КРК) 62. КРК 62 может представлять собой бесступенчато-регулируемый клапан, в котором увеличение степени открытия клапана рециркуляции может содержать включение электромагнита (или подачу питания на электромагнит) этого клапана.
Второй компрессор 114 соединен через охладитель 18 воздуха наддува (ОВН) (называемый в настоящем документе также промежуточным охладителем) с впускным дроссельным клапаном 20. Впускной дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Воздух может поступать на второй компрессор 114 от первого компрессора 110. От второго компрессора 114, сжатый заряд воздуха может проходить через охладитель 18 воздуха наддува и впускной дроссельный клапан во впускной коллектор. Охладитель воздуха наддува может представлять собой, например, воздухо-воздушный теплообменник или водо-воздушный теплообменник. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора может быть измерено посредством датчика 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Следует учитывать, что, как указано здесь, первый компрессор расположен выше по потоку относительно последовательно расположенных компрессоров, а второй компрессор расположен ниже по потоку относительно последовательно расположенных компрессоров. В одном неограничивающем примере, как изображено, первый компрессор, расположенный выше по потоку, представляет собой компрессор нагнетателя, в то время как второй компрессор, расположенный ниже по потоку, представляет собой компрессор турбонагнетателя. Однако могут использоваться другие комбинации и конфигурации устройств наддува.
Во время условий, когда существует увеличение требования водителя по крутящему моменту, например, во время нажатия педали акселератора, когда двигатель переходит от работы без наддува к работе с наддувом, может возникнуть эффект турбоямы. Это происходит в результате задержек при раскручивании турбины и уменьшения потока через второй компрессор 114, когда дроссель открывается во время нажатия педали акселератора. Для уменьшения эффекта турбоямы, во время таких выбранных условий, могут разрешить работу и нагнетателя 15, и турбонагнетателя 13. В частности, в то время, когда турбина 116 раскручивается, давление наддува может быть обеспечено расположенным выше по потоку компрессором 110 нагнетателя. Использование нагнетателя содержит получение энергии от аккумулятора 106 для раскручивания мотора 108, чтобы ускорить первый компрессор 110. В дополнение, ПКЭН 72 может быть закрыт для того, чтобы большее количество воздуха могло быть сжато в первом компрессоре 110. Затем, когда турбина достаточно раскрутилась и получила способность к приведению в действие второго компрессора 114, второй компрессор могут замедлить посредством отключения мотора 108. В дополнение, ПКЭН 72 могут открыть (например, полностью открыть) для того, чтобы большее количество воздуха могло обходить первый компрессор 110. Кроме того, во время условий, когда увеличение требования водителя небольшое или переходное, все требование по наддуву может быть обеспечено за счет работы электрического нагнетателя. За счет раскручивания первого компрессора 110 посредством электромотора 108 можно обеспечить по существу немедленное быстрое увеличение давления наддува.
Во время условий, когда существует уменьшение требования водителя по крутящему моменту, например, при отпускании педали акселератора, когда двигатель переходит от работы с наддувом к работе без наддува или с уменьшенным наддувом, может произойти помпаж компрессора. Это происходит в результате уменьшения потока через второй компрессор 114, когда впускной дроссельный клапан 20 закрывают при отпускании педали акселератора. Уменьшение прямого потока через второй компрессор может вызвать помпаж и ухудшить производительность турбонагнетателя. В дополнение, помпаж может привести к проблемам шума, вибрации и резкости (ШВР), например, к нежелательному шуму от впускной системы двигателя. Для уменьшения помпажа компрессора по меньшей мере часть заряда воздуха, сжатого вторым компрессором 114, могут повторно направить на вход компрессора через КРК 62. Это позволяет по существу немедленно уменьшить избыточное давление наддува. Изображенный пример показывает канал 60 рециркуляции с перепускным клапаном 62 компрессора для обеспечения рециркуляции (теплого) сжатого воздуха от выпускного отверстия второго компрессора 114, выше по потоку от охладителя 18 воздуха наддува, к входу второго компрессора 114. В некоторых вариантах осуществления система рециркуляции компрессора может, в качестве альтернативы или дополнительно, содержать канал рециркуляции для обеспечения рециркуляции (охлажденного) сжатого воздуха от выпускного отверстия компрессора, ниже по потоку от охладителя воздуха наддува к входу компрессора.
Один или оба клапана 62 и 72 могут представлять собой бесступенчато-регулируемые клапаны, положение которых могут изменять непрерывно в диапазоне от полностью закрытого положения до полностью открытого положения. В качестве альтернативы перепускной клапан 62 компрессора может представлять собой бесступенчато-регулируемый клапан, в то время как клапан 72 ПКЭН может представлять собой двухпозиционный клапан. В некоторых вариантах осуществления КРК 62 может представлять собой клапан, который обычно частично открыт во время работы двигателя с наддувом, для обеспечения некоторого запаса по помпажу. В данном случае частично открытое положение может представлять собой положение клапана по умолчанию. Затем, в качестве реакции на признак помпажа, могут увеличить степень открытия КРК 62. Например, клапан (клапаны) могут перевести из положения по умолчанию, то есть, частично открытого положения, в полностью открытое положение. Степень открытия клапана (клапанов) во время этих условий может быть основана на признаке помпажа (например, на степени сжатия компрессора, расходе через компрессор, разности давлений на компрессоре и т.д.). В дополнительных примерах КРК 62 могут поддерживать в закрытом положении во время работы двигателя с наддувом (например, в условиях пиковой производительности) для улучшения отклика по наддуву и обеспечения пиковой производительности.
Один или более датчиков могут быть соединены с входом второго компрессора 114 (как показано на схеме) и/или с входом первого компрессора 110 (не показано на схеме). Например, температурный датчик 55 может быть соединен с входом компрессора для оценки температуры на входе компрессора. В другом примере датчик 56 давления может быть соединен с входом компрессора для оценки давления заряда воздуха, поступающего в компрессор. Тем не менее, другие датчики могут содержать, например, датчики воздушно-топливного отношения, датчики влажности и т.д. В других примерах, один или более параметров на входе компрессора (например, влажность, температура и т.д.) могут быть выведены на основе условий работы двигателя. С помощью датчиков можно оценить состояние впускного воздуха, подаваемого на вход компрессора из впускного канала, а также заряда воздуха, повторно подаваемого из области выше по потоку от ОВН. Один или более датчиков могут также быть соединены с впускным каналом 42, выше по потоку от компрессора 114 и компрессора 110, для определения состава и состояния заряда воздуха, поступающего в компрессор. Эти датчики могут содержать, например, датчик 57 воздушного потока в коллекторе.
Впускной коллектор 22 соединен с набором камер 30 сгорания посредством набора впускных клапанов (не показанных на схеме). Далее камеры сгорания соединены с выпускным коллектором 36 посредством набора выпускных клапанов (не показанных на схеме). В изображенном варианте осуществления показан единственный выпускной коллектор 36. Однако в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Варианты осуществления, имеющие множество секций выпускного коллектора, могут обеспечить направление вытекающих газов из различных камер сгорания в различные области в системе двигателя.
В одном варианте осуществления каждым из выпускных и впускных клапанов можно управлять или приводить их в действие электронным способом. В другом варианте осуществления каждым из выпускных и впускных клапанов можно управлять или приводить их в действие посредством соответствующего кулачка. Вне зависимости от способа приведения в действие (посредством электронного привода или кулачка), моменты открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут регулировать на основе требуемого процесса сгорания и управления выбросами вредных веществ.
В камеры 30 сгорания могут подавать один или более видов топлива, таких как бензин, смеси спиртового топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо могут подавать в камеры сгорания посредством непосредственного впрыска, впрыска во впускные каналы, впрыска в корпус дроссельного клапана, или любой их комбинации. В камерах сгорания процесс сгорания могут инициировать посредством воспламенения от искры и/или посредством воспламенения от сжатия.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора могут быть направлены к турбине 116 для приведения этой турбины в движение. Когда от турбины требуется уменьшенный крутящий момент, часть отработавших газов могут направить не в турбину, а через перепускную заслонку 90, в обход турбины. Исполнительный механизм 92 перепускной заслонки может быть приведен в действие для открытия этой заслонки, чтобы обеспечить сброс по меньшей мере части находящихся под давлением отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область ниже по потоку от турбины через перепускную заслонку 90. За счет уменьшения давления отработавших газов выше по потоку от турбины можно уменьшить частоту вращения турбины.
В изображенном примере перепускная заслонка 90 представляет собой вакуумный исполнительный механизм, то есть, ее можно привести в действие посредством вакуума. Перепускная заслонка 90 может быть соединена с источником 98 вакуума. В одном примере источник 98 вакуума представляет собой вакуумный резервуар (или другое вакуумный аккумулятор). В частности, приведение в действие перепускной заслонки может достигаться посредством вакуума из источника 98 вакуума. Таким образом, двигатель может содержать один или более дополнительных вакуумных исполнительных механизмов 96, которые могут быть приведены в действие посредством вакуума из источника 98 вакуума. Один или более дополнительных вакуумных исполнительных механизмов 96 могут содержать, например, усилитель тормозов для торможения колес транспортного средства, клапан продувки бачка для очистки бачка от топливных паров в топливной системе, клапан вентиляции картера, вспомогательные системы и т.д. Вакуумный датчик 148 может быть соединен с источником 98 вакуума для оценки количества вакуума, доступного для приведения в действие различных вакуумных исполнительных механизмов и перепускной заслонки. В качестве альтернативы уровень вакуума могут вывести на основе условий работы двигателя и использования исполнительных механизмов.
Затем объединенный поток из турбины и перепускной заслонки может проходить через устройство 170 снижения токсичности отработавших газов. В целом, одно или более устройств 170 снижения токсичности отработавших газов могут содержать один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов, и, таким образом, с возможностью уменьшения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота (OA) из потока отработавших газов, когда отработавшие газы обеднены, и с возможностью уменьшения количества уловленных OA, когда отработавшие газы обогащены. В других примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью изменения пропорций OA или выборочного уменьшения количества OA посредством восстановителя. В других примерах каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или моноксида углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы отработавших газов, имеющие любую подобную функциональность, могут быть внедрены в покрытия катализатора или в противном случае могут быть расположены на блоках выпускного каталитического нейтрализатора, по-отдельности или совместно. В некоторых вариантах осуществления блоки выпускного каталитического нейтрализатора могут содержать регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройства 170 снижения токсичности отработавших газов могут быть выпущены в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако в зависимости от условий работы, часть отработавших газов вместо этого могут перенаправить во впускной канал через канал РОГ (не показанный на схеме), содержащий охладитель РОГ и клапан РОГ. Текучая среда РОГ может быть повторно направлена на вход первого компрессора 110, на вход второго компрессор 114 или на оба эти входа.
В дополнение к использованию электрического нагнетателя 15 для обеспечения переходного давления наддува, этот нагнетатель может с выгодой использоваться в качестве бортового воздушного насоса и/или вакуумного насоса. В результате, такой нагнетатель может обеспечить надежный бортовой источник сжатого воздуха для одного или более компонентов транспортного средства, в том числе, для компонентов, внешних по отношению к двигателю 10. Например, сжатый воздух может использоваться для накачивания шин колес 47 или для подачи воздуха к системе пневматической подвески транспортного средства. В другом примере вакуум, созданный нагнетателем, может использоваться для пополнения источника 98 вакуума. Во время условий, когда двигатель 10 работает на холостом ходу и транспортное средство остановлено (не использует движущую силу), ПКЭН 72 и дроссель 20 могут закрыть, изолировав часть впускного канала 42 от расположенного непосредственно выше по потоку первого компрессора 110 до расположенного непосредственно ниже по потоку второго компрессора 114. Дроссель 20 могут полностью закрыть во время условий, когда двигатель выключен. В качестве альтернативы, когда двигатель работает на холостом ходу, впускной дроссель могут открыть только в той степени, которая позволяет обеспечить работу двигателя. В других примерах, например, если двигатель содержит распределительный клапан холостого хода, впускной дроссель могут полностью закрыть и открыть распределительный клапан холостого хода таким образом, чтобы в двигатель могло быто подано достаточное количество воздуха для поддержания работы двигателя на холостом ходу. Таким образом, во время работы двигателя на холостом ходу первый компрессор 110 и второй компрессор 114 могут не вращаться. Контроллер может выборочно управлять электрическим нагнетателем 15 для подачи сжатого воздуха в изолированную часть впускного канала. Изолированная часть может быть соединена с линией 130 отвода сжатого воздуха посредством отводного клапана 132. Отводной клапан 132 могут открыть для накопления сжатого воздуха в аккумуляторе 136 давления для более позднего использования. В дополнение, отводной клапан 132 позволяет закрыть отводной канал, что предотвращает утечку сжатого воздуха во время обычной работы электрического нагнетателя. В качестве альтернативы сжатый воздух может непосредственно использоваться одним или более устройствами 140, для работы которых необходим сжатый воздух, например, для накачивания шин колес 47. Датчик 138 давления может быть соединен с аккумулятором 136 давления для оценки количества положительного давления, доступного для работы различных устройств 140, выполненных с возможностью потребления сжатого воздуха. В качестве альтернативы уровень давления могут вывести на основе условий работы двигателя и использования исполнительного механизма. Обратный клапан 134 также может быть расположен в линии 130 отвода сжатого воздуха для предотвращения противотока, когда давление в изолированной части впускного канала недостаточно высокое по сравнению с устройствами 140, для работы которых используется сжатый воздух.
Если требуется вакуум, например, когда требуется пополнить источник 98 вакуума, по меньшей мере часть сжатого воздуха, отводимого из изолированной части впускного канала, могут направить через эжектор 142. За счет эффекта Бернулли в области сопла эжектора образуется вакуум в результате движения потока воздуха через эжектор. Затем вакуум, образованный в области сопла эжектора 142, могут направить в источник 98 вакуума, и опционально в вакуумные исполнительные механизмы 96, через вакуумную линию 144. Обратный клапан 146 также может располагаться в вакуумной линии 144 для предотвращения противотока.
Система 100 двигателя может дополнительно содержать управляющую систему 14. Показано, что управляющая система 14 может получать информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке) и отправлять управляющие сигналы на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке). Согласно одному примеру, датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов, датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК), датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 массового расхода воздуха (МРВ), датчик 138 давления и датчик 148 вакуума. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и датчики состава, могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя. Исполнительные механизмы 81 могут содержать, например, дроссель 20, клапан 62 рециркуляции компрессора, электромотор 108, исполнительный механизм 92 перепускной заслонки, ПКЭН 72, отводной клапан 132 и топливный инжектор 66. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и использовать различные исполнительные механизмы на основе полученных сигналов и инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Контроллер может использовать исполнительные механизмы в качестве реакции на обработанные входные данные на основе хранящихся в нем инструкций или программного кода, соответствующего одной или более программам, таким как примеры управляющих программ, раскрытых в настоящем документе со ссылкой на фиг. 2-3. Согласно одному примеру, контроллер может посылать сигнал, соответствующий рабочему циклу, в электромотор для раскручивания первого компрессора электрического нагнетателя до частоты вращения, которая обеспечивает требуемое давление наддува. В другом примере контроллер может посылать сигнал на исполнительный механизм клапана перепускной заслонки для увеличения или уменьшения степени открытия клапана перепускной заслонки, чтобы соответственно уменьшить или увеличить частоту вращения выпускной турбины, выполненной с возможностью приведения в действие второго компрессора турбонагнетателя.
На фиг. 2 показан пример программы 200 для управления работой компрессора устройства наддува, расположенного выше по потоку (например, электрического нагнетателя), во время выбранных условий для обеспечения реакции по наддуву во время переходного периода и по время других условий для обеспечения надежного бортового источника сжатого воздуха и/или вакуума. Инструкции для выполнения способа 200 и других раскрытых в настоящем документе способов могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера и совместно с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, от датчиков, раскрытых выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 202 способ содержит оценку условий работы двигателя, например, частоты вращения двигателя, положения педали, требования водителя по крутящему моменту, внешних условий (температуры, давления, влажности окружающей среды), температуры двигателя и т.д. На шаге 204 способ содержит определение того, требуется ли наддув. В одном примере наддув может требоваться для средних и высоких нагрузок двигателя. В другом примере наддув может требоваться в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора или на увеличение требования водителя по крутящему моменту. Если наддув не требуется, например, когда нагрузка двигателя низкая, или когда требование водителя по крутящему моменту низкое, то способ переходит к шагу 206, на котором двигатель работает без наддува.
Если требуется наддув, то на шаге 208 способ содержит закрытие перепускного клапана, соединенного с первым компрессором, расположенным выше по потоку, электрического нагнетателя, и работу первого компрессора в то время, когда раскручивается турбина, соединенная со вторым компрессором, расположенным ниже по потоку. Перепускной клапан, в настоящем документе также называемый перепускным клапаном электрического нагнетателя (ПКЭН), может быть соединен с перепускным каналом, подключенным параллельно нагнетателю. За счет открытия ПКЭН большую часть воздуха, поступающего во впускной канал, могут направить через первый компрессор электрического нагнетателя. В одном примере контроллер может послать сигнал на исполнительный механизм ПКЭН для перевода ПКЭН в полностью открытое положение. В качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту, увеличивают частоту вращения первого компрессора, и, тем самым, увеличивают поток сжатого воздуха к двигателю от первого компрессора. Как раскрыто в настоящем документе, первый компрессор расположен последовательно и выше по потоку относительно второго компрессора по ходу воздушного впускного канала. Кроме того, первый компрессор имеет привод от электромотора, в то время как второй компрессор имеет привод от выпускной турбины. Как раскрыто в настоящем документе, работа первого компрессора содержит вращение первого компрессора посредством электромотора, с использованием энергии, получаемой от аккумулятора. Например, контроллер может послать сигнал, соответствующий рабочему циклу, на электрический исполнительный механизм, соединенный с электромотором нагнетателя, для вращения мотора с более высокой частотой и, тем самым, для раскручивания первого компрессора посредством электромотора. Сигнал, соответствующий рабочему циклу и посланный на электромотор, могут определить как функцию требуемого наддува. Например, когда требуемое давление наддува увеличивается, заданный командой рабочий цикл для электромотора могут увеличить для увеличения частоты вращения электромотора и, следовательно, первого компрессора. Таким образом, в этот период времени сжатый воздух подают в двигатель только через первый компрессор. Таким образом, электрические нагнетатели могут иметь время отклика (то есть, время перехода от простоя к рабочему циклу 100%) 130-200 мс, и поэтому могут намного быстрее обеспечить наддув по сравнению с типичным временем отклика турбонагнетателя (1-2 секунды). Следовательно, первый компрессор электрического нагнетателя может значительно быстрее скомпенсировать эффект турбоямы.
В одном примере контроллер регулирует производительность первого компрессора электрического нагнетателя на основе требования по наддуву. Например, контроллер может определить управляющий сигнал для отправки его на исполнительный механизм электромотора, например, сигнал, соответствующий рабочему циклу или частоте вращения, где сигнал определяют на основе определения требования по наддуву. Рабочий цикл может соответствовать частоте вращения электромотора, которая обеспечивает целевое давление наддува на выпускном отверстии первого компрессора. Требование по наддуву могут основывать на требовании водителя по крутящему моменту. Контроллер может определить сигнал, соответствующий рабочему циклу, посредством определения с непосредственным учетом требования по наддуву, например, может увеличить рабочий цикл, если увеличивается требование по наддуву. В качестве альтернативы контроллер может определить рабочий цикл на основе вычисления, используя справочную таблицу с требованием по наддуву в качестве исходных данных и с сигналом, соответствующим рабочему циклу, в качестве выходных данных, которые представляют собой команду для электромотора. В другом примере контроллер может выполнить логическое определение (например, относительно частоты вращения электромотора) на основе логических правил, представляющих собой функцию требования по наддуву. Затем контроллер может сгенерировать управляющий сигнал, который подают на электромотор.
При увеличении количества тепла и давления отработавших газов в результате сгорания в цилиндрах, увеличивается частота вращения выпускной турбины, приводящей в движение второй компрессор. На шаге 210 определяют, больше ли частота вращения турбины, чем пороговая частота вращения, например, больше пороговой частоты вращения, при которой турбонагнетатель может обеспечивать требование по наддуву. Если ответ «нет», то на шаге 212 продолжают работу первого компрессора (нагнетателя).
Если частота вращения турбины больше пороговой частоты вращения, то на шаге 214 способ содержит замедление первого компрессора посредством отключения электромотора, например, на основе сигнала, посланного контроллером на электрический исполнительный механизм мотора, для уменьшения частоты вращения мотора. Кроме того, могут открыть ПКЭН для прохождения воздуха, поступающего во впускной канал, к двигателю через расположенный ниже по потоку компрессор турбонагнетателя, с обходом расположенного выше по потоку компрессора нагнетателя. В частности, работу электрического исполнительного механизма, соединенного с перепускным клапаном в обводе первого компрессора, могут регулировать для перевода перепускного клапана в более открытое положение на основе управляющего сигнала контроллера к исполнительному механизму. Таким образом, после достаточного раскручивания турбины, способ содержит использование обвода первого компрессора и подачу потока сжатого воздуха к поршневому двигателю через второй компрессор. В этот период времени сжатый воздух не подают в двигатель через первый компрессор. Таким образом, кратковременная работа первого компрессора электрического нагнетателя то тех пор, пока турбина турбонагнетателя не будет раскручена, позволяет уменьшить эффект турбоямы, возникающий в результате задержек вращения второго компрессора.
На шаге 216 способ содержит подтверждение, что двигатель транспортного средства работает на холостом ходу, и транспортное средство остановлено. В одном примере транспортное средство может быть остановлено с работающим на холостом ходу двигателем у светофора или в гараже. Если двигатель транспортного средства не работает на холостом ходу, или транспортное средство не остановлено, то на шаге 218 способ содержит продолжение работы компрессора турбонагнетателя для выполнения требования по наддуву, с возможностью работы компрессора нагнетателя при необходимости удовлетворения требования по наддуву в переходный период. В альтернативном примере могут подтвердить, что двигатель выключен.
После подтверждения, что двигатель транспортного средства работает на холостом ходу (или выключен), и транспортное средство остановлено, на шаге 220 способ содержит увеличение степени открытия клапана выпускной перепускной заслонки для замедления турбонагнетателя. В одном примере клапан выпускной перепускной заслонки могут полностью открыть для увеличения доли отработавших газов, обходящих турбину, что позволяет замедлить турбину.
На шаге 222 способ содержит определение, требуется ли выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства. В одном примере выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства может потребоваться, если количество сжатого воздуха в бортовом устройстве хранения сжатого воздуха ниже порогового количества. Количество сжатого воздуха в бортовом устройстве хранения сжатого воздуха могут определить на основе показаний датчика давления, соединенного с устройством хранения сжатого воздуха. В качестве альтернативы количество сжатого воздуха в бортовом устройстве хранения сжатого воздуха могут вывести на основе условий работы двигателя и уровня потребления сжатого воздуха устройствами, выполненными с возможностью использования сжатого воздуха. В одном примере выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства требуется, если давление воздуха в шинах (в колесах транспортного средства) ниже целевого давления. В другом примере выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства требуется, если давление воздуха в системе пневматической подвески транспортного средства ниже целевого давления.
Если требуется выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства, то на шаге 224 способ содержит работу первого компрессора электрического нагнетателя в качестве бортового воздушного насоса. Как раскрыто со ссылкой на фиг. 3, этот шаг содержит закрытие ПКЭН и впускного дросселя для изоляции части впускного канала, и выборочную работу первого компрессора электрического нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части. Затем сжатый воздух могут отвести из изолированной части через линию отвода сжатого воздуха и подать к одному или более устройствам, выполненным с возможностью потребления сжатого воздуха, в том числе, к устройствам, внешним по отношению к двигателю транспортного средства.
Если выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства не требуется, то на шаге 226 могут определить, требуется ли выработка вакуума на борту транспортного средства. В одном примере может потребоваться выработка вакуума на борту транспортного средства, если уровень вакуума в бортовом вакуумном аккумуляторе или в источнике вакуума ниже порогового уровня. Уровень вакуума в бортовом источнике вакуума и/или в вакуумном аккумуляторе могут определить на основе показаний датчика вакуума, соединенного с вакуумным аккумулятором. В качестве альтернативы уровень вакуума в бортовом вакуумном аккумуляторе могут вывести на основе условий работы двигателя и уровня потребления вакуумных исполнительных механизмов. В одном примере выработка вакуума на борту транспортного средства требуется, если уровень вакуума, доступного для главного цилиндра вакуумного усилителя тормозов, ниже целевого давления. В другом примере требуется выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства, если недостаточно доступного вакуума для продувки бачка топливных паров или для вентиляции картера.
Если на борту транспортного средства не требуется выработка вакуума и не требуется выработка сжатого воздуха, то способ возвращается к шагу 230 для поддержания нагнетателя в отключенном состоянии.
Если на борту транспортного средства требуется выработка вакуума, то на шаге 228 способ содержит работу первого компрессора электрического нагнетателя в качестве бортового воздушного насоса. Как раскрыто со ссылкой на фиг. 3, этот шаг содержит закрытие ПКЭН и впускного дросселя для изоляции части впускного канала, и выборочную работу первого компрессора электрического нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части. Затем сжатый воздух могут отвести из изолированной части через линию отвода сжатого воздуха и направить через эжектор. Затем вакуум, созданный в эжекторе, подают к одному или более устройствам, выполненным с возможностью потребления вакуума, в том числе, к вакуумным исполнительным механизмам двигателя.
Следует учитывать, что, в то время как вышеизложенный пример предполагает работу нагнетателя в качестве бортового воздушного насоса, когда требуется выработка сжатого воздуха, или в качестве вакуумного насоса, когда требуется выработка вакуума, в других примерах нагнетатель может работать в качестве воздушного насоса или вакуумного насоса во время подходящих условий, каждый раз, когда двигатель работает на холостом ходу и транспортное средство не перемещается. Этот альтернативный вариант работы обеспечивает регулярное пополнение источников вакуума и сжатого воздуха на борту транспортного средства с использованием подходящих условий. I
На фиг. 3 показан пример способа 300 работы компрессора устройства наддува, расположенного выше по потоку (например, электрического нагнетателя) во время выбранных условий в качестве бортового воздушного насоса и/или вакуумного насоса. В одном примере способ 300 может быть выполнен как часть способа, показанного на фиг. 2, например, на шагах 224 и 228. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя в системе двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 302 способ содержит подтверждение, был ли выбран режим воздушного насоса для работы электрического нагнетателя. В одном примере режим воздушного насоса могут выбрать, когда требуется выработка сжатого воздуха на борту транспортного средства, например, для накачивания шин транспортного средства. Если режим воздушного насоса выбран, то на шаге 306 могут подтвердить, что транспортное средство остановлено, и далее могут подтвердить, что двигатель выключен или работает на холостом ходу. Если транспортное средство не остановлено, то на шаге 310 способ содержит полное открытие перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем для направления потока воздуха в обход нагнетателя. В дополнение, могут отключить электромотор, соединенный с компрессором электрического нагнетателя, что позволяет отключить режимы вакуумного насоса и воздушного насоса. Кроме того, отводной клапан, соединяющий впускной канал с линией отвода сжатого воздуха, поддерживают в закрытом положении для уменьшения утечки сжатого воздуха наддува через отводной канал.
Если режим воздушного насоса не подтвержден на шаге 302, то на шаге 304 способ содержит подтверждение, был ли выбран режим вакуумного насоса для работы электрического нагнетателя. В одном примере режим вакуумного насоса могут выбрать, когда на борту требуется выработка вакуума, например, для обеспечения работы вакуумных исполнительных механизмов. Если режим вакуумного насоса выбран, то на шаге 308 могут подтвердить, что транспортное средство остановлено, и далее могут подтвердить, что двигатель работает на холостом ходу или выключен. Если транспортное средство не остановлено, то на шаге 310 способ содержит полное открытие перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем, для направления потока воздуха в обход нагнетателя. В дополнение, могут отключить электромотор, соединенный с компрессором электрического нагнетателя, что позволяет отключить режимы вакуумного насоса и воздушного насоса. Если режим вакуумного насоса не выбран, способ также переходит к шагу 310 для отключения режима вакуумного насоса и режима воздушного насоса.
Если выбран режим воздушного насоса, и условия для работы в режиме воздушного насоса подтверждены (то есть, во время работы двигателя на холостом ходу и во время остановки транспортного средства), то на шаге 312 способ содержит изоляцию части впускного канала посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем (ПКЭН). Например, контроллер может послать управляющий сигнал на исполнительный механизм впускного дросселя для перевода дросселя в полностью закрытое положение. Аналогичным образом, контроллер может послать управляющий сигнал на исполнительный механизм ПКЭН для перевода перепускного клапана в полностью закрытое положение. Следует учитывать, что впускной дроссель могут полностью закрыть, если двигатель выключен. Если двигатель работает на холостом ходу, то впускной дроссель могут почти полностью закрыть, но открыть только в той степени, которая необходима для обеспечения работы двигателя на холостом ходу. В качестве альтернативы, если двигатель содержит распределительный клапан холостого хода, выполненный с обходом впускного дросселя, то, когда двигатель работает на холостом ходу, впускной дроссель могут полностью закрыть, в то время как распределительный клапан холостого хода могут открыть для обеспечения работы двигателя на холостом ходу (что позволяет избежать остановки двигателя).
На шаге 314 способ содержит открытие отводного клапана, соединяющего изолированную часть впускного канала с линией отвода сжатого воздуха. Контроллер может послать сигнал для переключения отводного клапана в полностью открытое положение. На шаге 316 способ содержит работу электрического нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части впускного канала. Электрический нагнетатель может быть соединен с расположенным выше по потоку турбонагнетателем, причем электрический нагнетатель содержит первый компрессор, приводимый в движение электромотором, а турбонагнетатель содержит второй компрессор, приводимый в движение выпускной турбиной, причем второй компрессор расположен во впускном канале ниже по потоку от первого компрессора. Впускной дроссель может быть расположен во впускном канале ниже по потоку от второго компрессора. Работа нагнетателя может содержать раскручивание первого компрессора посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом в то время, когда клапан перепускной заслонки, присоединенный параллельно выпускной турбине, поддерживают открытым. Например, контроллер может послать сигнал, соответствующий полному рабочему циклу, на электромотор для раскручивания электромотора с полным рабочим циклом, что позволяет раскручивать первый компрессор электрического нагнетателя с самой высокой уставкой частоты вращения.
На шаге 318 способ содержит пропускание (или вытягивание) сжатого воздуха из изолированной части в некоторое устройство. Например, сжатый воздух могут подать в один или более исполнительных механизмов и компонентов транспортного средства, выполненных с возможностью использования сжатого воздуха, например, для накачивания шин транспортного средства и для системы пневматической подвески транспортного средства. В одном примере сжатый воздух могут подать для накачивания шин транспортного средства. В другом примере сжатый воздух могут подать для пополнения воздуха в подвеске транспортного средства. Сжатый воздух могут использовать посредством линии отвода сжатого воздуха. Кроме того, сжатый воздух могут сохранить в источнике сжатого воздуха для более позднего использования.
Следует учитывать, что, если воздушный поток из компрессора, работающего в качестве воздушного насоса, меньше порогового потока, то контроллер может увеличивать (например, периодически) степень открытия перепускного клапана для обеспечения рециркуляции по меньшей мере части потока таким образом, чтобы компрессор нагнетателя не переходил в состояние помпажа.
Если выбран режим вакуумного насоса, и условия для работы в режиме вакуумного насоса подтверждены (то есть, во время работы двигателя на холостом ходу и во время остановки транспортного средства), то на шаге 322 способ содержит изоляцию части впускного канала посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем (ПКЭН). Например, контроллер может послать управляющий сигнал на исполнительный механизм впускного дросселя для перевода дросселя в полностью закрытое положение. Аналогичным образом, контроллер может послать управляющий сигнал на исполнительный механизм ПКЭН для перевода перепускного клапана в полностью закрытое положение. Следует учитывать, что впускной дроссель могут полностью закрыть, если двигатель выключен. Если двигатель работает на холостом ходу, то впускной дроссель могут почти полностью закрыть, но открыть только в той степени, которая необходима для обеспечения работы двигателя на холостом ходу. В качестве альтернативы, если двигатель содержит распределительный клапан холостого хода, выполненный с обходом впускного дросселя, то, когда двигатель работает на холостом ходу, впускной дроссель могут полностью закрыть, в то время как распределительный клапан холостого хода могут открыть для обеспечения работы двигателя на холостом ходу (что позволяет избежать остановки двигателя).
На шаге 324 способ содержит открытие отводного клапана, соединяющего изолированную часть впускного канала с линией отвода сжатого воздуха. Контроллер может послать сигнал для переключения отводного клапана в полностью открытое положение. На шаге 326 способ содержит работу электрического нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части впускного канала. Электрический нагнетатель может быть соединен с расположенным выше по потоку турбонагнетателем, причем электрический нагнетатель содержит первый компрессор, приводимый в движение электромотором, а турбонагнетатель содержит второй компрессор, приводимый в движение выпускной турбиной, причем второй компрессор расположен во впускном канале ниже по потоку от первого компрессора. Впускной дроссель может быть расположен во впускном канале ниже по потоку от второго компрессора. Работа нагнетателя может содержать раскручивание первого компрессора посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом в то время, когда клапан перепускной заслонки, присоединенный параллельно выпускной турбине, поддерживают открытым. Например, контроллер может послать сигнал, соответствующий полному рабочему циклу, на электромотор для раскручивания электромотора с полным рабочим циклом, что позволяет раскручивать первый компрессор электрического нагнетателя с самой высокой уставкой частоты вращения.
На шаге 328 способ содержит пропускание (или вытягивание) сжатого воздуха из изолированной части в некоторое устройство через линию отвода сжатого воздуха через эжектор, соединенный с устройством, что обеспечивает выработку вакуума. Движение сжатого воздуха через эжектор, расположенный в линии отвода сжатого воздуха, может произвести вакуум в области сопла эжектора. На шаге 330 способ содержит использование выработанного вакуума в вакуумном исполнительном механизме двигателя. Например, вакуум могут подавать в одно или более устройств из следующих: клапан перепускной заслонки, клапан продувки бачка для топливных паров и клапан вентиляции картера. Кроме того, вакуум могут сохранить в источнике вакуума для более позднего использования.
Следует учитывать, что во время работы нагнетателя в режиме воздушного насоса или в режиме вакуумного насоса, в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на увеличение требования по движению транспортного средства, контроллер может прервать режим воздушного насоса или режим вакуумного насоса и продолжить работу нагнетателя в соответствии с полученным требованием, для быстрого кратковременного обеспечения давления наддува. Например, в качестве реакции на внезапное требование по наддуву, контроллер может послать сигнал для открытия дросселя, поддерживая перепускной клапан в закрытом положении. В дополнение, контроллер может послать сигнал на исполнительный механизм перепускной заслонки, для закрытия клапана перепускной заслонки. Затем контроллер может обеспечить работу нагнетателя для направления воздуха, сжатого первым компрессором, к двигателю, пока частота вращения турбины не превышает пороговую частоту вращения. Работа нагнетателя в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на требование по движению транспортного средства может содержать регулирование рабочего цикла для электромотора на основе полученного требования, причем рабочий цикл могут увеличить в направлении или до полного рабочего цикла, если полученное требование увеличивается. Затем после того, как частота вращения турбины превысит пороговую частоту вращения, контроллер может послать сигнал для полного открытия перепускного клапана и направления воздуха, сжатого вторым компрессором (турбонагнетателя), к двигателю, в обход первого компрессора.
Таким образом, в качестве реакции на работу двигателя на холостом ходу в то время, когда транспортное средство остановлено, контроллер может закрыть впускной дроссель и перепускной клапан для изолирования части корпуса впускного канала выше по потоку от компрессора и ниже по потоку от компрессора и может выборочно управлять только компрессором, расположенным выше по потоку. Во время первого условия, контроллер может вытянуть сжатый воздух из изолированной части, в обход эжектора, и направить сжатый воздух к первому исполнительному механизму транспортного средства. Для сравнения, во время второго условия контроллер может вытянуть сжатый воздух из изолированной части через эжектор и направить вакуум, выработанный в эжекторе, к второму, отличному от первого, исполнительному механизму транспортного средства. В одном примере, во время первого условия, уровень давления в аккумуляторе давления, соединенном с первым исполнительным механизмом транспортного средства, может быть меньше порогового давления, в то время как во время второго условия, уровень вакуума в вакуумном аккумуляторе, соединенном со вторым исполнительным механизмом транспортного средства, может быть меньше порогового уровня вакуума. Первый исполнительный механизм транспортного средства и/или второй исполнительный механизм транспортного средства могут быть внешними по отношению к двигателю. Например, первый исполнительный механизм транспортного средства может содержать шины транспортного средства или пневматическую подвеску транспортного средства. Компрессор, расположенный выше по потоку, может представлять собой компрессор электрического нагнетателя, в то время как компрессор, расположенный ниже по потоку, может представлять собой компрессор турбонагнетателя. Выборочное управление только компрессором, расположенного выше по потоку, может содержать раскручивание компрессора, расположенного выше по потоку, посредством электромотора, когда электромотор работает с полным рабочим циклом.
На фиг. 4А-4В показан пример временной диаграммы, иллюстрирующей работу электрического нагнетателя, для управления наддувом с обеспечением выработки сжатого воздуха и вакуума на борту транспортного средства, как показано примерами диаграмм 400 и 450. Горизонтальная ось (ось X) обозначает время, а вертикальные маркеры t1-t9 определяют значимые моменты времени в работе нагнетателя. График 402 иллюстрирует изменения положения педали (ПП) акселератора в зависимости от времени. График 404 иллюстрирует изменения давления наддува в зависимости от времени. График 406 иллюстрирует изменения частоты вращения турбины турбонагнетателя в зависимости от времени. График 408 иллюстрирует изменения положения перепускного клапана электрического нагнетателя (ПКЭН), подключенного параллельно электрическому нагнетателю. ПКЭН открывают для того, чтобы впускной воздух мог обходить электрический нагнетатель, или закрывают для того, чтобы направить воздух через электрический нагнетатель. График 410 иллюстрирует изменения частоты вращения компрессора электрического нагнетателя (Компрессор ЭН). График 412 иллюстрирует изменения частоты вращения компрессора турбонагнетателя (Компрессор ТН). График 414 иллюстрирует изменения частоты вращения двигателя (ЧВД). График 416 иллюстрирует изменения степени открытия впускного дросселя. График 418 иллюстрирует изменения положения отводного клапана, соединяющего впускной канал (ниже по потоку от компрессора нагнетателя и выше по потоку от компрессора турбонагнетателя) и линию отвода сжатого воздуха. Когда отводной клапан открыт, воздух может проходить из впускного канала в линию отвода сжатого воздуха. График 420 иллюстрирует изменения производительности электрического нагнетателя, работающего в качестве бортового воздушного насоса или бортового вакуумного насоса. В данном примере компрессор ЭН расположен во впускном канале выше по потоку от компрессора ТН. Кроме того, ПКЭН расположен во впускном канале выше по потоку от компрессора ЭН, в то время как впускной дроссель установлен во впускном канале ниже по потоку от компрессора ТН. Отводной клапан расположен во впускном канале ниже по потоку от компрессора ЭН и выше по потоку от компрессора ТН.
До момента времени t1 двигатель работает без наддува (график 404) вследствие более низкого требования водителя (график 402). В это время частота вращения двигателя (график 414) находится в диапазоне низких частот вращения (например, несколько выше частоты вращения холостого хода), и степень открытия впускного дросселя (график 416) небольшая, что обеспечивает требуемый профиль частоты вращения и нагрузки двигателя. Выпускную перепускную заслонку поддерживают в открытом положении, поскольку поток отработавших газов через турбину турбонагнетателя не требуется, и поэтому компрессор турбонагнетателя не вращается (график 412). В дополнение, электрический нагнетатель (ЭН) не работает (график 410), и ПКЭН открыт (график 408) для того, чтобы поток впускного воздуха мог обходить ЭН. Отводной клапан закрыт (график 418), поскольку нагнетатель не работает в качестве воздушного насоса или в качестве вакуумного насоса, и поэтому производительность насоса равна нулю (график 420).
В момент времени t1 водитель нажимает педаль акселератора, переводя двигатель из режима работы без наддува в режим работы двигателя с наддувом. В качестве реакции на нажатие педали акселератора увеличивают степень открытия дросселя для выполнения увеличенного требования по воздушному потоку. Увеличенный воздушный поток и соответствующий расход топлива обеспечивают увеличение частоты вращения двигателя. В качестве реакции на событие нажатия педали акселератора увеличивают давление наддува двигателя посредством включения электромотора, соединенного с компрессором нагнетателя, для увеличения частоты вращения компрессора электрического нагнетателя. Могут увеличить рабочий цикл для электромотора нагнетателя, что позволяет ускорить компрессор нагнетателя. В это же время закрывают ПКЭН для направления большего количества воздуха через компрессор нагнетателя. Также в это же время уменьшают степень открытия перепускной заслонки (не показано) для направления большего количества отработавших газов через турбину турбонагнетателя и ускорения вращения турбины. За счет работы меньшего по размеру компрессора электрического нагнетателя в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора, можно быстро увеличить давление наддува, что позволяет выполнить требование водителя в то время, когда раскручивается турбина турбонагнетателя. Между моментами времени t1 и t2 впускной воздух, сжатый только расположенным выше по потоку компрессором нагнетателя, подают в двигатель для выполнения требования по наддуву.
В момент времени t2 турбина достигает пороговой частоты 407 вращения, после превышения которой турбина может приводить в движение компрессор турбонагнетателя, и компрессор турбонагнетателя (ТН) может обеспечить требование водителя по давлению наддува. Соответственно в момент времени t2 частота вращения компрессора турбонагнетателя начинает увеличиваться. Также в момент времени t2 открывают ПКЭН для направления большего количества воздуха через компрессор турбонагнетателя, с обходом компрессора нагнетателя. В дополнение, могут уменьшить рабочий цикл для электромотора нагнетателя для замедления компрессора нагнетателя. В это время впускной воздух, сжатый только расположенным ниже по потоку компрессором турбонагнетателя, подают в двигатель для выполнения требования по наддуву. Таким образом, если компрессор электрического нагнетателя не был раскручен, в результате задержки раскручивания турбины возможно появление эффекта турбоямы (задержки увеличения фактического давления наддува до значения требуемого давления наддува), как изображено штриховой линией 405. В частности, за счет работы электрического нагнетателя (ЭН), требуемое давление наддува обеспечивают к моменту времени t2, по сравнению со случаем возникновения турбоямы, когда требуемое давление наддува обеспечивают вблизи момента времени t3.
Следует учитывать, что между моментами времени t1 и t3, когда давление наддува обеспечивают посредством ЭН или ТН, отводной клапан поддерживают закрытым для предотвращения утечки сжатого воздуха наддува из впускного канала в линию отвода сжатого воздуха. Кроме того, поскольку нагнетатель не работает в качестве воздушного насоса или в качестве вакуумного насоса, в это время производительность насоса остается равной нулю.
Следует учитывать, что, в то время как ПКЭН изображен как двухпозиционный клапан, выполненный с возможностью перемещения между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, в альтернативном примере ПКЭН может представлять собой регулируемый клапан, который могут устанавливать в любое положение между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, в том числе, в полностью открытое положение и полностью закрытое положение. В этом случае степень открытия ПКЭН могут уменьшить в качестве реакции на требование наддува таким образом, чтобы заданное количество воздуха могло проходить через электрический нагнетатель для того, чтобы результирующее давление наддува было по существу равно требуемому давлению наддува. Могут задать командой рабочий цикл для электромотора, что позволяет обеспечить такую частоту вращения электромотора, которая соответствует частоте вращения компрессора нагнетателя, обеспечивающей давление наддува, которое соответствует требуемому давлению наддува.
В момент времени t3 уменьшается требование водителя. Степень открытия дросселя уменьшают в качестве реакции на уменьшение требования водителя, и двигатель переходит на частоту вращения холостого хода. Для того чтобы уменьшить давление наддува, клапан перепускной заслонки открывают для замедления выпускной турбины, и, следовательно, для замедления компрессора турбонагнетателя. ПКЭН поддерживают в открытом положении, и компрессор ЭН остается отключенным, поскольку нет какого-либо переходного требования по наддуву, которое должно быть выполнено. Между моментами времени t3 и t4 транспортное средство прекращает движение. Например, между моментами времени t3 и t4 транспортное средство с работающим на холостом ходу двигателем может быть остановлен у светофора.
В момент времени t4 выполнены условия для работы ЭН в качестве бортового воздушного насоса или бортового вакуумного насоса. На основе давления воздуха в шинах, могут определить, что для накачивания шин требуется сжатый воздух, и что источник вакуума достаточно полон. Поэтому в момент времени t4 ЭН включают в режиме воздушного насоса (но не в режиме вакуумного насоса). Для того чтобы ЭН мог работать в режиме воздушного насоса, в момент времени t4 полностью закрывают ПКЭН. В то же время впускной дроссель почти полностью закрывают, и степень открытия его клапана оставляют такой, чтобы она была достаточной для обеспечения подачи воздуха, необходимого для поддержания работы двигателя. За счет полного закрытия перепускного клапана и почти полного закрытия впускного клапана, секция впускного канала от расположенного выше по потоку компрессора ЭН до расположенного ниже по потоку компрессора ТН по существу изолирована. Задают командой сигнал, соответствующий полному рабочему циклу, для электромотора, что позволяет ускорить компрессор ЭН с максимально высокой уставкой частоты вращения. В результате увеличения частоты вращения ЭН в изолированной секции образуется сжатый воздух. Увеличение производительности «воздушного насоса» показано на графике 420. Отводной клапан открывают таким образом, чтобы сжатый воздух мог быть подан для накачивания шин, а также к любым другим устройствам, выполненным с возможностью потребления сжатого воздуха.
В настоящем примере вращение ЭН продолжают в соответствии с подходящими условиями до момента времени t5, то есть, в то время, когда двигатель работает на холостом ходу и транспортное средство не движется. Любое положительное давление воздуха, созданное в дополнение к давлению, требуемому для накачивания шин, могут сохранить в устройстве хранения положительного давления. В момент времени t5, в качестве реакции на переходное увеличение требования по крутящему моменту, например, в результате требования запуска транспортного средства и движения, ПКЭН поддерживают в закрытом положении, а в то же время могут открыть впускной дроссель, и могут обеспечивать работу ЭН для сжатия воздуха, чтобы выполнить переходное требование по давлению наддува. В результате, отключают режим воздушного насоса. В данном случае требование по наддуву может представлять собой переходное требование, которое может быть обеспечено только посредством ЭН, и без необходимости включения ТН. Заданный командой рабочий цикл для электромотора в момент времени t5 может отличаться от заданного командой рабочего цикла для электромотора в момент времени t4. Например, более высокий рабочий цикл (например, максимально возможный рабочий цикл) могут задать командой для электромотора в момент времени t4, обеспечивая работу ЭН в качестве воздушного насоса. Для сравнения, в момент времени t5 заданный командой рабочий цикл может представлять собой рабочий цикл, который регулируют как функцию требования по наддуву. После выполнения переходного требования по наддуву, когда требование по крутящему моменту уменьшается, могут открыть ПКЭН и, тем самым, могут замедлить компрессор ЭН. Затем двигатель может возобновить работу без наддува.
Следует учитывать, что в альтернативном примере, во время работы ЭН в режиме воздушного насоса, когда шины достаточно накачаны и требование по сжатому воздуху выполнено (например, между моментами времени t4 и t5), могут открыть ПКЭН (как показано штриховой линией 409) и обеспечить замедление компрессора ЭН (как показано штриховой линией 411). Затем в качестве реакции на переходное требование по наддуву в момент времени t5, могут снова закрыть ПКЭН и могут ускорить вращение компрессора ЭН посредством электромотора для обеспечения требуемого давления наддува.
Между моментами времени t5 и t6 существует уменьшение требование водителя. Степень открытия дросселя уменьшают в качестве реакции на уменьшение требования водителя, и двигатель переходит на частоту вращения холостого хода. Для того чтобы уменьшить давление наддува, клапан перепускной заслонки открывают для замедления выпускной турбины и, тем самым, для замедления компрессора турбонагнетателя. ПКЭН поддерживают в открытом положении, и компрессор ЭН остается отключенным, поскольку не существует какого-либо переходного требования по наддуву, которое должно быть выполнено. Также между моментами времени t5 и t6 транспортное средство прекращает движение. Например, между моментами времени t5 и t6 транспортное средство с работающим на холостом ходу двигателем может быть остановлено у светофора.
В момент времени t6 выполнены условия для работы ЭН в качестве бортового воздушного насоса или бортового вакуумного насоса. На основе давления воздуха в шинах, могут определить, что для накачивания шин сжатый воздух не требуется. На основе предшествующей работы вакуумного исполнительного механизма могут определить, что источник вакуума должен быть пополнен. Поэтому в момент времени t6 обеспечивают работу ЭН в режиме вакуумного насоса (но не в режиме воздушного насоса). Для того чтобы ЭН мог работать в режиме вакуумного насоса, в момент времени t6 полностью закрывают ПКЭН. В то же время впускной дроссель почти полностью закрывают, и степень открытия его клапана оставляют такой, чтобы она была достаточной для обеспечения подачи воздуха, необходимого для поддержания работы двигателя. За счет полного закрытия перепускного клапана и почти полного закрытия впускного клапана, секция впускного канала от расположенного выше по потоку компрессора ЭН до расположенного ниже по потоку компрессора ТН по существу изолирована. Задают командой сигнал, соответствующий полному рабочему циклу, для электромотора, что позволяет ускорить компрессор ЭН с максимально высокой уставкой частоты вращения. В результате увеличения частоты вращения ЭН в изолированной секции образуется сжатый воздух. Отводной клапан открывают и направляют сжатый воздух через эжектор, расположенный в линии отвода сжатого воздуха, что приводит к образованию вакуума в области сопла эжектора. Увеличение производительности «вакуумного насоса» показано на графике 420. Затем созданный вакуум направляют в источник вакуума для пополнения, а также, если это требуется, используют для любых вакуумных исполнительных механизмов двигателя. Например, созданный вакуум могут использовать для приведения в действие перепускной заслонки, для продувки бачка топливных паров и т.д.
В настоящем примере вращение ЭН продолжают в соответствии с подходящими условиями до момента времени t7, то есть, в то время, когда двигатель работает на холостом ходу и транспортное средство не движется. В момент времени t7, в качестве реакции на переходное увеличение требования по крутящему моменту, при том, что это требование недостаточно велико для необходимости наддува, могут открыть впускной дроссель. В дополнение, могут открыть ПКЭН для направления потока воздуха к двигателю в обход ЭН. В дополнение, могут замедлить ЭН. В результате, отключают режим вакуумного насоса.
В момент времени t8, в качестве реакции большее увеличение требования по крутящему моменту, могут обеспечить работу ЭН для сжатия воздуха, для выполнения переходного требования по давлению наддува в то время, когда раскручивается турбина. Так же, как и между моментами времени t1 и t3, увеличивают рабочий цикл для электромотора нагнетателя для ускорения вращения компрессора нагнетателя. В это же время закрывают ПКЭН для направления большего количества воздуха через компрессор нагнетателя. Также в это же время уменьшают степень открытия перепускной заслонки (не показано) для направления большего количества отработавших газов через турбину турбонагнетателя и ускорения вращения турбины. За счет работы меньшего по размеру компрессора электрического нагнетателя в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора, можно быстро увеличить давление наддува, что позволяет выполнить требование водителя в то время, когда раскручивается турбина турбонагнетателя. В момент времени t9, когда частота вращения турбины достигает пороговой частоты 407 вращения, компрессор турбонагнетателя (ТН) может обеспечить требование водителя по давлению наддува. Соответственно в момент времени t2, открывают ПКЭН для направления большего количества воздуха через компрессор турбонагнетателя с обходом компрессора нагнетателя. В дополнение, рабочий цикл для электромотора нагнетателя могут уменьшить для замедления компрессора нагнетателя. После момента времени t9 впускной воздух, сжимаемый только расположенным ниже по потоку компрессором турбонагнетателя, подают в двигатель для выполнения требования по наддуву.
Таким образом, во время первого условия движения транспортного средства, контроллер может обеспечивать работу компрессора, расположенного выше по потоку, с открытым впускным дросселем и закрытым перепускным клапаном, соединенным с только компрессором, расположенным выше по потоку, для подачи сжатого воздуха в двигатель в то время, когда раскручивается компрессор, расположенный ниже по потоку. Для сравнения, во время второго условия остановки транспортного средства, контроллер может обеспечивать работу компрессора, расположенного выше по потоку, с закрытым впускным дросселем и закрытым перепускным клапаном, для подачи сжатого воздуха в изолированную часть впускного канала в то время, когда отключен компрессор, расположенный ниже по потоку. Кроме того, во время второго условия, контроллер может вытягивать сжатый воздух из изолированной части впускного канала и подавать сжатый воздух в компонент транспортного средства, являющийся внешним по отношению к двигателю. Кроме того, во время второго условия, контроллер может вытягивать сжатый воздух из изолированной части впускного канала в устройство хранения через эжектор, для создания вакуума в эжекторе и для подачи вакуума, созданного в эжекторе, к вакуумному исполнительному механизму двигателя. В одном примере компрессор, расположенный выше по потоку, соединен с электромотором, и компрессор, расположенный ниже по потоку, соединен с выпускной турбиной, и работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время первого условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, когда мотор работает с частотой вращения, основанной на требовании водителя по крутящему моменту, а работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время второго условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, работающего с максимально возможной частотой вращения. Кроме того, во время первого условия клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, закрыт, а во время второго условия клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, открыт. Кроме того, частота вращения двигателя во время первого условия может быть выше частоты вращения холостого хода, а во время второго условия частота вращения двигателя находится на уровне частоты вращения холостого хода. Кроме того, во время первого условия, после раскручивания компрессора, расположенного ниже по потоку, контроллер может открыть перепускной клапан для подачи сжатого воздуха в двигатель от компрессора, расположенного ниже по потоку, с обходом компрессора, расположенного выше по потоку.
Таким образом, за счет работы электрического нагнетателя, расположенного выше по потоку от турбонагнетателя, в качестве бортового воздушного насоса или бортового вакуумного насоса, обеспечивается надежный источник воздуха и вакуума с преимуществами в виде снижения стоимости. Технический эффект от расположения эжектора в линии отвода сжатого воздуха, соединенной с впускным каналом ниже по потоку от нагнетателя, состоит в том, что те же самые компоненты могут быть использованы для создания вакуума и сжатого воздуха. Выработка сжатого воздуха в изолированной части впускного канала не влияет на производительность двигателя и транспортного средства. За счет соединения изолированной части впускного канала с линией отвода сжатого воздуха посредством клапана, отводной канал может быть закрыт для уменьшения утечки воздуха во время обычной работы двигателя с наддувом. В целом, обеспечено большее разнообразие для управления вакуумными ресурсами и ресурсами сжатого воздуха.
Согласно одному примеру варианта осуществления, способ содержит шаги, на которых: во время работы двигателя на холостом ходу и в то время, когда транспортное средство не приводят в движение, изолируют часть впускного канала посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем; обеспечивают работу нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части; и вытягивают сжатый воздух из изолированной части в некоторое устройство. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых используют сжатый воздух для одного или более исполнительных механизмов и/или компонентов транспортного средства, выполненных с возможностью потребления сжатого воздуха, причем компонент транспортного средства может содержать шины или систему пневматической подвески транспортного средства. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, сжатый воздух подают через линию отвода сжатого воздуха, и причем использование сжатого воздуха включает в себя переключение отводного клапана в открытое положение, причем отводной клапан соединяет линию отвода сжатого воздуха и изолированную часть впускного канала. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых направляют сжатый воздух через эжектор, соединенный с устройством, для создания вакуума и используют созданный вакуум для вакуумного исполнительного механизма двигателя, причем вакуумный исполнительный механизм двигателя представляет собой одно или более из следующего: клапан перепускной заслонки, клапан продувки бачка и клапан вентиляции картера. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, электрический нагнетатель установлен выше по потоку от турбонагнетателя, причем электрический нагнетатель содержит первый компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством электромотора, причем турбонагнетатель содержит второй компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством выпускной турбины, причем второй компрессор расположен во впускном канале ниже по потоку от первого компрессора. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, впускной дроссель установлен во впускном канале ниже по потоку от второго компрессора. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, работа нагнетателя включает в себя раскручивание первого компрессора посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом, в то время, когда открыт клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых, в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на увеличение требования по движению транспортного средства, открывают дроссель и поддерживают перепускной клапан в закрытом положении, закрывают клапан перепускной заслонки и обеспечивают работу нагнетателя для направления воздуха, сжатого первым компрессором, к двигателю, до тех пор, пока частота вращения турбины не превысит пороговое значение частоты вращения. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, работа нагнетателя в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на увеличение требования по движению транспортного средства включает в себя регулирование рабочего цикла для электромотора на основе этого требования, причем рабочий цикл увеличивают до значения полного рабочего цикла или приблизительно до этого значения, если требование увеличивается. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых, после увеличения частоты вращения турбины выше порогового значения частоты вращения, открывают перепускной клапан и направляют воздух, сжатый вторым компрессором, к двигателю, в обход первого компрессора.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: во время первого условия движения транспортного средства, обеспечивают работу компрессора, расположенного выше по потоку, при этом открывают впускной дроссель и закрывают перепускной клапан, соединенный только с компрессором, расположенным выше по потоку, для подачи сжатого воздуха в двигатель в то время, когда раскручивается компрессор, расположенный ниже по потоку; и во время второго условия остановки транспортного средства, обеспечивают работу компрессора, расположенного выше по потоку, закрывают впускной дроссель и перепускной клапан, для подачи сжатого воздуха в изолированную часть впускного канала в то время, когда компрессор, расположенный ниже по потоку, отключен. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых, во время второго условия, вытягивают сжатый воздух из изолированной части впускного канала и подают сжатый воздух во внешний по отношению к двигателю компонент транспортного средства. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых, во время второго условия, вытягивают сжатый воздух из изолированной части впускного канала в устройство хранения через эжектор, для создания вакуума в эжекторе, и подают вакуум, созданный в эжекторе, к вакуумному исполнительному механизму двигателя. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, компрессор, расположенный выше по потоку, соединен с электромотором, и компрессор, расположенный ниже по потоку, соединен с выпускной турбиной, и причем работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время первого условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, частоту вращения которого выбирают на основе требования водителя по крутящему моменту, и работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время второго условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, частота вращения которого представляет собой максимально возможную частоту вращения. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, во время первого условия закрывают клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, и во время второго условия открывают клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, и причем частота вращения двигателя во время первого условия больше частоты вращения на холостом ходу, и во время второго условия частота вращения двигателя соответствует частоте вращения на холостом ходу. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых, во время первого условия, после раскручивания компрессора, расположенного ниже по потоку, открывают перепускной клапан для подачи сжатого воздуха в двигатель от компрессора, расположенного ниже по потоку, с обходом компрессора, расположенного выше по потоку.
Другой пример способа для двигателя транспортного средства содержит шаги, на которых: в качестве реакции на работу двигателя на холостом ходу, в то время, когда транспортное средство остановлено, закрывают впускной дроссель и перепускной клапан для изолирования части корпуса впускного канала, ограниченной компрессором, расположенным выше по потоку, и компрессором, расположенным ниже по потоку; выборочно обеспечивают работу только компрессора, расположенного выше по потоку; во время первого условия вытягивают сжатый воздух из изолированной части, в обход эжектора, и используют сжатый воздух для первого исполнительного механизма транспортного средства; и, во время второго условия, вытягивают сжатый воздух из изолированной части через эжектор, и используют вакуум, созданный в эжекторе, для второго, отличного от первого, исполнительного механизма транспортного средства. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, во время первого условия уровень давления в аккумуляторе давления меньше порогового давления, причем аккумулятор давления соединено с первым исполнительным механизмом транспортного средства, и причем во время второго условия уровень вакуума в вакуумном аккумуляторе меньше порогового значения вакуума, причем вакуумный аккумулятор соединено со вторым исполнительным механизмом транспортного средства. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, первый исполнительный механизм транспортного средства и/или второй исполнительный механизм транспортного средства представляют собой внешние по отношению к двигателю исполнительные механизмы, и причем первый исполнительный механизм транспортного средства содержит шины транспортного средства или пневматическую подвеску транспортного средства. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, компрессор, расположенный выше по потоку, представляет собой компрессор электрического нагнетателя, и компрессор, расположенный ниже по потоку, представляет собой компрессор турбонагнетателя, и причем выборочная работа только компрессора, расположенного выше по потоку, включает в себя вращение компрессора, расположенного выше по потоку, посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом.
В дальнейшем представлении система транспортного средства содержит: колеса, имеющие шины; двигатель, имеющий впускной канал; первый впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством электромотора, мотор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством аккумулятора; второй впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в движение посредством выпускной турбины, причем второй компрессор расположен во впускном канале ниже по потоку от первого компрессора; впускной дроссель, расположенный во впускном канале ниже по потоку от второго компрессора; обвод, содержащий перепускной клапан и подключенный параллельно первому компрессору; перепускную заслонку, содержащую клапан перепускной заслонки, выполненный с возможностью приведения в действие посредством вакуума, причем перепускная заслонка подключена параллельно выпускной турбине, причем клапан перепускной заслонки соединен с источником вакуума; линию отвода сжатого воздуха, соединенную с впускным каналом посредством отводного канала в области, расположенной выше по потоку от первого компрессора и ниже по потоку от впускного отверстия перепускного клапана, причем линия отвода содержит отводной клапан и эжектор; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для следующего: в качестве реакции на уменьшение уровня вакуума в источнике вакуума, раскручивание первого компрессора посредством электромотора при закрытом впускном дросселе и закрытом перепускном клапане в то время, когда двигатель работает с частотой вращения холостого хода и транспортное средство не движется; открытие отводного клапана и вытягивание воздуха, сжатого первым компрессором, в линию отвода через эжектор; и пополнение источника вакуума с использованием вакуума, созданного в эжекторе. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, контроллер может содержать дополнительные команды для следующего: в качестве реакции на уменьшение давления воздуха в шинах, вращение первого компрессора посредством электромотора при закрытом впускном дросселе и закрытом перепускном клапане в то время, когда двигатель работает с частотой вращения холостого хода и транспортное средство не движется; открытие отводного клапана и вытягивание воздуха, сжатого первым компрессором, в линию отвода, в обход эжектора; и накачивание шин сжатым воздухом с использованием сжатого воздуха, вытянутого в линию отвода. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, во время вращения первого компрессора при закрытом впускном дросселе и закрытом перепускном клапане, контроллер может полностью открыть клапан перепускной заслонки для отключения второго компрессора.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры управляющих программ и программ оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы управления и управляющие программы, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими средствами двигателя. Конкретные программы, 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. Кроме того, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогичным образом, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств с наддувом. Способ для двигателя транспортного средства с наддувом заключается в том, что во время работы двигателя (10) на холостом ходу и в то время, когда транспортное средство не приводят в движение, изолируют часть впускного канала (42) посредством закрытия впускного дросселя (20) и перепускного клапана (72), соединенного с электрическим нагнетателем (15). Обеспечивают работу нагнетателя (15) для выработки сжатого воздуха в изолированной части и подают сжатый воздух из изолированной части в некоторое устройство. Используют сжатый воздух для исполнительного механизма и/или компонента транспортного средства, потребляющих сжатый воздух. Компонент транспортного средства включает в себя шины транспортного средства или систему пневматической подвески транспортного средства. Раскрыты варианты способа для двигателя транспортного средства с наддувом. Технический результат заключается в повышении надежности источника сжатого воздуха и/или вакуума на борту транспортного средства. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ для двигателя транспортного средства с наддувом, содержащий шаги, на которых:
во время работы двигателя на холостом ходу и в то время, когда транспортное средство не приводят в движение,
изолируют часть впускного канала посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем;
обеспечивают работу нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части;
подают сжатый воздух из изолированной части в некоторое устройство; и
используют сжатый воздух для исполнительного механизма и/или компонента транспортного средства, потребляющих сжатый воздух, причем компонент транспортного средства включает в себя шины транспортного средства или систему пневматической подвески транспортного средства.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжатый воздух подают через линию отвода сжатого воздуха, и причем использование сжатого воздуха включает в себя переключение отводного клапана в открытое положение, причем отводной клапан соединяет линию отвода сжатого воздуха и изолированную часть впускного канала.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический нагнетатель установлен выше по потоку от турбонагнетателя, причем электрический нагнетатель содержит первый компрессор, приводимый в движение посредством электромотора, причем турбонагнетатель содержит второй компрессор, приводимый в движение посредством выпускной турбины, причем второй компрессор расположен во впускном канале ниже по потоку от первого компрессора.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что впускной дроссель установлен во впускном канале ниже по потоку от второго компрессора.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что работа нагнетателя включает в себя раскручивание первого компрессора посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом при открытом клапане перепускной заслонки, подключенном параллельно выпускной турбине.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно, в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на увеличение требования по движению транспортного средства, открывают впускной дроссель при поддержании перепускного клапана закрытым, закрывают клапан перепускной заслонки и обеспечивают работу нагнетателя для направления воздуха, сжатого первым компрессором, к двигателю, до тех пор, пока частота вращения турбины не превысит пороговое значение.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что работа нагнетателя в качестве реакции на увеличение требования водителя по крутящему моменту или на увеличение требования по движению транспортного средства включает в себя регулирование рабочего цикла для электромотора на основе указанного требования, причем рабочий цикл увеличивают до значения полного рабочего цикла или в сторону этого значения, по мере увеличения указанного требования.
8. Способ по п. 6, дополнительно содержащий шаги, на которых, после превышения частотой вращения турбины порогового значения, открывают перепускной клапан и направляют воздух, сжатый вторым компрессором, к двигателю в обход первого компрессора.
9. Способ для двигателя транспортного средства с наддувом, содержащий шаги, на которых:
во время работы двигателя на холостом ходу и в то время, когда транспортное средство не приводят в движение,
изолируют часть впускного канала посредством закрытия впускного дросселя и перепускного клапана, соединенного с электрическим нагнетателем;
обеспечивают работу нагнетателя для выработки сжатого воздуха в изолированной части;
подают сжатый воздух из изолированной части в некоторое устройство и направляют сжатый воздух через эжектор, соединенный с указанным устройством, для создания вакуума и используют созданный вакуум для вакуумного исполнительного механизма двигателя, причем вакуумный исполнительный механизм двигателя включает в себя одно или более из следующего: клапан перепускной заслонки, клапан продувки бачка и клапан вентиляции картера.
10. Способ для двигателя транспортного средства с наддувом, содержащий шаги, на которых:
во время первого условия движения транспортного средства, обеспечивают работу компрессора, расположенного выше по потоку, при этом открывают впускной дроссель и закрывают перепускной клапан, соединенный только с компрессором, расположенным выше по потоку, для подачи сжатого воздуха в двигатель в то время, когда раскручивается компрессор, расположенный ниже по потоку; и
во время второго условия остановки транспортного средства, обеспечивают работу компрессора, расположенного выше по потоку, закрывают впускной дроссель и перепускной клапан, для подачи сжатого воздуха в изолированную часть впускного канала в то время, когда компрессор, расположенный ниже по потоку, отключен.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаги, на которых во время второго условия вытягивают сжатый воздух из изолированной части впускного канала и подают сжатый воздух во внешний по отношению к двигателю компонент транспортного средства.
12. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаги, на которых во время второго условия вытягивают сжатый воздух из изолированной части впускного канала в устройство хранения через эжектор, для создания вакуума в эжекторе, и подают вакуум, созданный в эжекторе, к вакуумному исполнительному механизму двигателя.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что компрессор, расположенный выше по потоку, соединен с электромотором, и компрессор, расположенный ниже по потоку, соединен с выпускной турбиной, и причем работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время первого условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, частоту вращения которого выбирают на основе требования водителя по крутящему моменту, и работа компрессора, расположенного выше по потоку, во время второго условия, включает в себя вращение компрессора посредством мотора, частота вращения которого представляет собой максимально возможную частоту вращения мотора.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что во время первого условия закрывают клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, и во время второго условия открывают клапан перепускной заслонки, подключенный параллельно выпускной турбине, и причем частота вращения двигателя во время первого условия больше частоты вращения на холостом ходу, и во время второго условия частота вращения двигателя соответствует частоте вращения на холостом ходу.
15. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаги, на которых во время первого условия, после раскручивания компрессора, расположенного ниже по потоку, открывают перепускной клапан для подачи сжатого воздуха в двигатель от компрессора, расположенного ниже по потоку, с обходом компрессора, расположенного выше по потоку.
16. Способ для двигателя транспортного средства с наддувом, содержащий шаги, на которых:
в качестве реакции на работу двигателя на холостом ходу, в то время, когда транспортное средство остановлено,
закрывают впускной дроссель и перепускной клапан для изолирования части корпуса впускного канала, содержащей компрессор, расположенный выше по потоку, и компрессор, расположенный ниже по потоку;
выборочно обеспечивают работу только компрессора, расположенного выше по потоку;
во время первого условия вытягивают сжатый воздух из изолированной части, в обход эжектора, и используют сжатый воздух для первого исполнительного механизма транспортного средства; и
во время второго условия вытягивают сжатый воздух из изолированной части через эжектор и используют вакуум, созданный в эжекторе, для второго, отличного от первого, исполнительного механизма транспортного средства.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что во время первого условия уровень давления в аккумуляторе давления меньше порогового давления, причем аккумулятор давления соединен с первым исполнительным механизмом транспортного средства, и причем во время второго условия уровень вакуума в вакуумном аккумуляторе меньше порогового значения вакуума, причем вакуумный аккумулятор соединен со вторым исполнительным механизмом транспортного средства.
18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что первый исполнительный механизм транспортного средства и/или второй исполнительный механизм транспортного средства представляют собой внешние по отношению к двигателю исполнительные механизмы, и причем первый исполнительный механизм транспортного средства содержит шины транспортного средства или пневматическую подвеску транспортного средства.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что компрессор, расположенный выше по потоку, представляет собой компрессор электрического нагнетателя, а компрессор, расположенный ниже по потоку, представляет собой компрессор турбонагнетателя, и причем выборочная работа только компрессора, расположенного выше по потоку, включает в себя вращение компрессора, расположенного выше по потоку, посредством электромотора, работающего с полным рабочим циклом.
| Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор | 1923 |
|
SU2005A1 |
| Автомобиль-сани, движущиеся на полозьях посредством устанавливающихся по высоте колес с шинами | 1924 |
|
SU2017A1 |
| Способ приготовления лака | 1924 |
|
SU2011A1 |
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| 0 |
|
SU145310A1 | |
| RU 2014148572 A, 27.06.2016. | |||
