СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОМПАЖА Российский патент 2020 года по МПК F02B39/16 F02B37/16 F02D23/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам для управления двигателя автомобиля, чтобы улучшить обнаружение и эффективность действий по уменьшению помпажа компрессора.

Уровень техники/Сущность изобретения

Турбонагнетатель может быть использован для увеличения выходной мощности двигателя внутреннего сгорания. Турбонагнетатель увеличивает выходную мощность двигателя посредством сжатия впускного воздуха, тем самым увеличивая массу воздуха, подаваемого в каждую из камер сгорания двигателя во время такта впуска. Увеличенная масса воздуха поддерживает сгорание соответственно увеличенного количества топлива, подаваемого в каждую из камер сгорания, что обеспечивает увеличенную мощность по сравнению с двигателем без наддува с аналогичным рабочим объемом. В автомобиле двигатель с турбонагнетателем может обеспечивать улучшенную экономию топлива посредством поддержания более высокой удельной мощности двигателя на единицу массы по сравнению с двигателем без наддува с аналогичной производительностью и рекуперацию внутренней энергии отработавших газов, используемой для приведения в действие компрессора турбонагнетателя. Кроме того, использование турбонагнетателя позволяет достичь заданной выходной мощности с использованием двигателя меньших размеров. Таким образом, сочетание двигателя меньших размеров, турбонаддува и подачи топлива через систему непосредственного впрыска привело к значительным улучшениям экономии топлива при частичной нагрузке в случае с бензиновыми двигателями, при этом сохраняя или увеличивая выходную мощность по сравнению с традиционными двигателями без наддува.

Однако компрессор турбонагнетателя подвержен помпажу. Помпаж возникает, когда степень сжатия в компрессоре турбонагнетателя (т.е. соотношение давления на выпуске к давлению на впуске) слишком высокая относительно расхода воздуха, проходящего через компрессор турбонагнетателя. Помпаж компрессора турбонагнетателя (ПКТ) - это режим динамической нестабильности, который может создавать колебания расхода воздуха и самовозбуждающиеся колебания давления большой амплитуды воздушного потока. Помпаж может привести к нежелательному шуму и проблемам, связанным с шумом, вибрацией и резкостью (ШВР). Кроме того, помпаж может ограничить крутящий момент двигателя и даже может повлиять на долговечность механических частей компрессора. Например, помпаж может вызвать нежелательные напряжения в турбонагнетателе и на впуске, включая чрезмерную торсионную нагрузку на вал турбонагнетателя. Следовательно, длительный или чрезмерный ПКТ может уменьшить долговечность турбонагнетателя и/или двигателя, с которым он соединен.

Различные попытки были предприняты в целях раннего обнаружения помпажа, чтобы своевременно принять необходимые меры. Один из примерных подходов для ускорения обнаружения помпажа продемонстрирован Шу и соавт. в патенте США 8,516,815. В нем переходный помпаж, вызванный условиями переходного крутящего момента, такими как отпускание педали акселератора и т.д., обнаружен посредством работы (например, фильтрация нижних частот) с давлением в коллекторе, рассчитываемым датчиком давления и/или массовым расходом воздуха, рассчитанным датчиком массового расхода воздуха в коллекторе в диапазоне частот. Обработанные выходные данные сравнены с пороговым значением, чтобы обеспечить более быстрое и более точное обнаружение помпажа, тем самым улучшая эффективность действий по уменьшению помпажа.

Однако, авторы настоящего изобретения распознали возможные проблемы, связанные с подобным подходом. В одном из примеров в обработке сигнала не учтена термодинамика волн давления. Таким образом, термодинамика и химические условия двигателя могут влиять на значения давления и расхода, выдаваемые датчиком, тем самым искажая результаты обнаружения помпажа. В частности, такие параметры, как абсолютное давление, температура, влажность и состав нагнетаемой среды (включая количество рециркулируемых отработавших газов или РОГ) могут влиять на обработанные выходные данные и приводить к неправильному обнаружению помпажа (например, необнаружение возникшего помпажа или ложное обнаружение помпажа). С другой стороны, калибровка каждого двигателя для компенсации изменчивых термодинамических условий может оказаться сложной и требующей большого объема вычислений. В результате, линия помпажа на карте характеристик компрессора может быть откалибрована более консервативно, чтобы удовлетворять требования безопасной и надежной работы целого парка автомобилей. Далее, в зависимости от рабочих условий могут быть задействованы приводы двигателя с частотой, совпадающей с частотой помпажа. Например, такие приводы, как впускной дроссель или клапан РОГ могут вызывать отклик на давление в том же самом частотном диапазоне, что и помпаж, и создать сложность в разграничении их воздействия на давление двигателя и воздействия, создаваемого помпажом. Далее, обнаружение помпажа в ответ на расчет давления может меняться с изменением потребности водителя из-за нелинейно-фазовых (НЛФ) свойств. НЛФ-свойства давления могут быть ошибочно отмечены как помпаж во время выбранных переходных условий, таких как нажатие на педаль акселератора.

В одном из примеров некоторые из вышеуказанных недостатков могут быть, по меньшей мере, частично решены посредством способа для обнаружения помпажа в двигателе с наддувом, содержащего: объединение одного или более из таких параметров, как давление в коллекторе и расход в коллекторе с давлением на впуске дросселя в совокупное давление на впуске; и корректировку рабочего параметра двигателя в ответ на помпаж компрессора, причем помпаж определяют на основе совокупного давления на впуске и дополнительно на основе температуры на впуске. Таким образом, помпаж компрессора может быть идентифицирован на более раннем этапе и более надежным способом, улучшая эффективность действий по уменьшению помпажа.

В одном из примеров совокупное давление на впуске может быть вычислено посредством объединения, по меньшей мере, двух измерений давления и/или расхода до и после впускного дросселя с целью обнаружения помпажа. В частности, совокупное давление затем проходит полосовую частотную фильтрацию в соответствии с частотным диапазоном помпажа. В других случаях отфильтрованные (например, посредством полосового фильтра или фильтра нижних частот) значения давления во впускном коллекторе (ДВК) или расхода воздуха во впускном коллекторе (РВК) могут быть объединены с давлением воздуха на впуске дросселя в совокупное давление на впуске. Частоту среза (или полосу пропускаемых частот) фильтра регулируют на основе рабочих условий двигателя, таких как температура, чтобы учесть изменение частотного диапазона помпажа, когда могут возникнуть колебания помпажа. Затем интенсивность помпажа рассчитывают из совокупного давления на впуске с использованием классической теории волн с учетом температуры впускного коллектора (в момент измерения ДВК) и/или температуры наддува (в момент измерения ДВД). Например, определена амплитуда колебаний пикового давления. Если интенсивность помпажа выше, чем пороговое значение помпажа, дополнительно определяют, возникали ли события, связанные с работой приводов, которые могли бы повлиять на отклик ДВД в том же самом частотном диапазоне, что и помпаж. Если такие события возникали, воздействие приводов на отклик ДВД отделяют от помпажа, и интенсивность проходит повторную оценку относительно порогового значения. Затем действие для уменьшения помпажа, такое как временное открытие рециркуляционного клапана компрессора, инициируют на основе интенсивности помпажа с поправкой на приводы, превышающей пороговое значение помпажа.

Технический результат корреляции интенсивности волн давления во впускном коллекторе с одним или более из других параметров доступных параметров двигателя состоит в более точном обнаружении помпажа, что обеспечивает более быстрое уменьшение помпажа. В частности, посредством сравнения отфильтрованных выходных данных датчика давления на впуске дросселя с базовым значением, отрегулированным на основе термодинамических и химических условий двигателя, НЛФ-эффект на сигнал давления на впуске дросселя уменьшают, позволяя более точно определить начало помпажа. Вклад шума от приводов, создающих отклик ДВД в частотном диапазоне помпажа, также может быть уменьшен. Далее, более активная линия помпажа может быть откалибрована на карте характеристик компрессора.

Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 показана примерная конфигурация системы двигателя с наддувом.

На ФИГ. 2 показана высокоуровневая блок-схема примерного алгоритма для обнаружения помпажа, при этом уменьшая вклад шума от приводов и НЛФ-эффекты на давление.

На ФИГ. 3 показана примерная блок-схема алгоритма интенсивности помпажа, используемого для обнаружения помпажа.

На ФИГ. 4 показана примерная обработка интенсивности волны во время события помпажа.

На ФИГ. 5 показан пример НЛФ-свойств в ДВД.

На ФИГ. 6 показана примерная скорректированная интенсивность помпажа после учета НЛФ-свойств в ДВД во время событий нажатия на педаль акселератора и отпускания педали акселератора.

Осуществление изобретения

Приведенное ниже описание касается систем и способов предотвращения помпажа в системе двигателя с наддувом, такой как система, изображенная на ФИГ. 1. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющих алгоритмов, таких как примерный алгоритм на ФИГ. 2, для объединения множества давлений выше по потоку и ниже потоку от впускного дросселя, чтобы определить совокупное давление и определить интенсивность помпажа на основе совокупного давления после поправки на НЛФ-свойства давления и вклад шума от приводов двигателя. Блок-схема определения интенсивности помпажа и оценки показана на ФИГ. 3. Примерная работа с ДВД и ДВК для обнаружения помпажа раскрыта со ссылкой на ФИГ. 4-6. Таким образом, улучшено обнаружение помпажа, обеспечивающее его более раннее уменьшение.

На ФИГ. 1 схематически показаны аспекты примерной системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В изображенном варианте осуществления изобретения двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, включающим в себя компрессор 114, приводимый в действие турбиной 116. В частности, свежий воздух поступает по впускному каналу 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 112 и поступает в компрессор 114. Компрессор может представлять собой любой соответствующий компрессор впускного воздуха, такой, как компрессор нагнетателя с приводом от мотора или приводного вала. В системе 10 двигателя компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 через вал 19, турбина 116 приведена в действие расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном из вариантов осуществления изобретения турбонагнетатель может быть устройством с двойной улиткой. В другом варианте осуществления изобретения турбонагнетателем может быть турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), при котором геометрию турбины активно меняют в функциональной зависимости от условий работы двигателя.

Как показано на ФИГ. 1, компрессор 114 соединен через охладитель 18 заряда воздуха (ОЗВ) (далее - «промежуточный охладитель») с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 22 двигателя. Заряд воздуха из компрессора проходит через охладитель 18 заряда воздуха и дроссельную заслонку во впускной коллектор. Охладитель заряда воздуха может представлять собой, например, воздухо-воздушный или водо-воздушный теплообменник. В варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 1, давление заряда воздуха во впускном коллекторе определяют датчиком 124 давления воздуха в коллекторе ДВК. В некоторых вариантах осуществления впускной коллектор может дополнительно содержать датчик расхода воздуха в коллекторе (РВК) для вычисления расхода заряда воздуха, подаваемого во впускной коллектор.

Один или более из датчиков могут быть соединены со впуском компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть соединен со впуском для расчета температуры на впуске компрессора. В другом примере датчик 57 давления на впуске компрессора может быть соединен со впуском для расчета давления заряда воздуха, поступающего в компрессор. Другие датчики могут содержать, например, датчики воздушно-топливного отношения, датчики влажности, датчики расхода и т.д. В других примерах одно или более из условий на впуске компрессора (таких как влажность, температура, давление и т.д.) могут быть получены на основе рабочих условий двигателя.

Другие датчики могут быть соединены с системой воздухозаборника, выше и ниже по потоку от компрессора, и выше и ниже по потоку от впускного дросселя 20. Например, датчик 58 давления на впуске дросселя может быть установлен ниже по потоку от компрессора 114 и выше по потоку от дросселя 20 для обеспечения расчета давления наддува, подаваемого в двигатель.

При выбранных условиях, например, при нажатии на педаль акселератора, при переходе от эксплуатации двигателя с наддувом к эксплуатации двигателя без наддува, возможен помпаж компрессора. Это связано со сниженным потоком через компрессор при закрытии дроссельной заслонки во время отпускания педали акселератора. Ограниченный прямой поток через компрессор может вызывать помпаж и снижение производительности турбонагнетателя. Дополнительно, помпаж может привести к проблемам с шумом, вибрацией и резкостью (ШВР), например, нежелательным шумам из впускной системы двигателя. Для снижения помпажа компрессора, по меньшей мере, часть заряда воздуха, сжатого компрессором 114, может быть рециркулирована на впуск компрессора. Это позволяет, по существу, немедленно сбросить избыточное давление наддува и увеличить расход среды, проходящей через компрессор. В результате получено требуемое снижение степени сжатия на компрессоре. Рециркуляционная система компрессора может содержать рециркуляционный канал 60 (далее - «байпас компрессора») для рециркуляции сжатого воздуха от выпуска компрессора, ниже по потоку от охладителя 18 заряда воздуха к впуску компрессора. В других примерах рециркуляционная система компрессора может в качестве альтернативы или дополнения содержать рециркуляционный канал для рециркуляции сжатого воздуха от выпуска компрессора, выше по потоку от охладителя заряда воздуха к впуску компрессора. Таким образом, рециркуляционный поток компрессора, подаваемый на впуск компрессора от участка ниже по потоку от ОЗВ 18, может быть более холодным рециркуляционным потоком (например, с более низкой температурой), чем рециркуляционный поток, подаваемый от участка выше по потоку от ОЗВ 18.

Рециркуляционный канал 60 может включать в себя рециркуляционный клапан компрессора (РКК) 62 (далее также называемый «перепускным клапаном компрессора») для регулировки величины рециркуляционного потока, рециркулируемого на впуск компрессора от участка ниже по потоку от компрессора. В одном из примеров рециркуляционный клапан 62 может быть двухпозиционным пуско-отсечным клапаном. В других случаях РКК 62 может быть клапаном с бесступенчатой регулировкой, в котором положение клапана может быть полностью закрытым положением, полностью открытым положением и одним из множества положений между полностью закрытым положением и полностью закрытым положением. В некоторых вариантах осуществления РКК 62 может обычно быть частично открытым в условиях работы двигателя с наддувом для обеспечения запаса по помпажу. В данном случае положение частичного открытия может быть положением клапана по умолчанию. Тогда, в ответ на указание на помпаж величина открытия клапана может быть увеличена. Например, клапан может быть перемещен из положения по умолчанию, частично открытого положения, в направлении полностью открытого положения приводов, получающим сигналы от контроллера 12 двигателя. Степень открытия клапанов в этих условиях может быть основана на указании на помпаж (например, степень сжатия, степень расхода компрессора, перепад давления на компрессоре и т.д.). В других примерах РКК 62 может быть удержан в закрытом положении во время работы двигателя с наддувом (например, в условиях пиковой производительности), чтобы улучшить отклик на наддув и пиковую производительность. Затем клапан может быть открыт (например, частично открыт или полностью открыт) в ответ на указание на помпаж.

В дополнение к открытию РКК 62 или вместо открытия РКК 62, во время отпускания педали акселератора, запас по помпажу может быть улучшен посредством привода 92 регулятора давления наддува. В частности, привод 92 регулятора давления наддува может быть приведен в действие для открытия на основе сигнала от контроллера 12 двигателя для сброса, по меньшей мере, части давления отработавших газов, поступающих от участка выше по потоку от турбины, на участок ниже по потоку от турбины, через регулятор 90 давления наддува. Посредством уменьшения давления отработавших газов выше по потоку относительно турбины частота вращения турбины может быть уменьшена.

Впускной коллектор 22 соединен с системой камер 30 сгорания рядом впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания в свою очередь соединены с выпускным коллектором 36 рядом выпускных клапанов (не показаны). В изображенном варианте осуществления изобретения показан единственный выпускной коллектор 36. В то же время в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора могут обеспечивать направление стока из разных камер сгорания в разные участки системы двигателя.

В одном из вариантов осуществления изобретения каждый из выпускных и впускных клапанов может быть приведен в действие электронно или может быть осуществлено электронное управление их работой. В другом варианте осуществления изобретения каждый из выпускных и впускных клапанов может быть приведен в действие кулачками или может быть осуществлено управление их работой посредством кулачков. Независимо от того, осуществлен ли электронный привод или привод от кулачков, синхронизация открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов может быть отрегулирована по мере необходимости для требуемых характеристик сгорания и контроля токсичности.

В камеры 30 сгорания может быть подан один или более видов топлива, таких как бензин, спиртовые смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо может быть подано в камеры сгорания с использованием непосредственного впрыска, распределенного впрыска, впрыска в корпусе дроссельных заслонок или любого их сочетания. В камерах сгорания сгорание может быть инициировано посредством искры зажигания и/или сжатия.

Как показано на ФИГ. 1, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляют в турбину 116 для ее вращения. Если требуется меньший крутящий момент турбины, часть отработавших газов могут направлять вместо этого через регулятор 90 давления воздуха в обход турбины. Затем объединенный поток с турбины и регулятора давления наддува проходит через устройство 170 контроля выбросов. Обычно одно или несколько устройств 170 контроля выбросов может содержать один или несколько катализаторов дополнительной очистки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и соответствующего снижения концентрации одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, катализатор системы дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания окислов азота из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов бедный, и уменьшения улавливаемых окислов азота, когда поток отработавших газов богатый. В других примерах катализатор системы дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью диспропорционирования окислов азота или избирательного уменьшения количества окислов азота с помощью восстанавливающего агента. В других примерах каталитический нейтрализатор системы дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или моноксида углерода в потоке отработавших газов. Различные катализаторы системы дополнительной очистки отработавших газов, обладающие каким-либо из такого функционала, могут быть установлены в покрытиях из пористого оксида или в других местах на ступенях дополнительной очистки отработавших газов, раздельно или вместе. В некоторых вариантах осуществления ступени дополнительной очистки отработавших газов могут включать в себя регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.

Все или часть обработанных отработавших газов могут быть выделены из устройства 170 контроля токсичности в атмосферу через выхлопной тракт 35. В зависимости от рабочих условия некоторое количество отработавших газов может быть отведено во впускной коллектор двигателя, чтобы обеспечить рециркуляцию отработавших газов (РОГ). В частности, отработавшие газы могут быть рециркулированы из выпускного коллектора в канал 50 РОГ через охладитель 51 РОГ и клапан 52 РОГ, на впуск компрессора 114. Клапан РОГ может быть приведен в действие для открытия на основе сигнала, полученного от контроллера 12 двигателя, чтобы пропустить контролируемое количество охлажденных отработавших газов на впуск компрессора для обеспечения требуемых характеристик сгорания и контроля токсичности. Таким образом, система 10 двигателя адаптирована, чтобы обеспечить внешнюю РОГ низкого давления (НД) посредством рециркуляции отработавших газов от участка ниже по потоку от турбины 116 на участок выше по потоку от компрессора 114. Вращение компрессора, в дополнение к относительно длинной проточной части РОГ НД в системе 10 двигателя, обеспечивает улучшенную однородность содержания отработавших газов во впускном заряде воздухе. Кроме того, расположение участков вывода и точек смешения РОГ обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для повышенной имеющейся массы РОГ и лучшей производительности. В дальнейших вариантах осуществления изобретения система двигателя может дополнительно содержать проточную часть РОГ высокого давления, в которой отработавшие газы отобраны на участке выше по потоку от турбины 116 и рециркулированы во впускной коллектор двигателя, ниже по потоку от компрессора 114.

Охладитель 51 РОГ может быть соединен с каналом 50 РОГ для охлаждения РОГ, подаваемых в компрессор. Кроме того, один или более датчиков могут быть соединены с каналом 50 РОГ для предоставления информации о составе и состоянии РОГ. Например, датчик температуры может быть предусмотрен для определения температуры РОГ, датчик давления может быть предусмотрен для определения давления РОГ, датчик влажности может быть предусмотрен для определения содержания влаги в РОГ, датчик 54 воздушно-топливного отношения может быть предусмотрен для определения воздушно-топливного отношения РОГ. Величина открытия клапана РОГ может быть отрегулирована на основе рабочих условий двигателя и условий РОГ для обеспечения требуемой степени разбавления в двигателе.

На изображенном варианте осуществления изобретения канал 50 РОГ показан в качестве канала, отделенного от рециркуляционного канала 60 компрессора. Однако в других примерах канал 50 РОГ и рециркуляционный канал 60 компрессора могут соединяться на участке выше по потоку от впуска компрессора.

В соответствии с ФИГ. 3-4, посредством объединения измерений давления до и после дросселя (т.е. ДВД и ДВК соответственно) для получения совокупного давления на впуске может быть улучшен расчет интенсивности помпажа. В частности, НЛФ-свойства ДВД могут быть идентифицированы более надежно, что уменьшает вероятность ложного обнаружения помпажа из-за НЛФ-свойств ДВД. Кроме того, вносимый шум приводов двигателя, таких как клапан РОГ, который создает отклики ДВД в том же самом частотном диапазоне, что и помпаж, может быть устранен более эффективно. В целом идентификация помпажа осуществлена более точно и более надежно, обеспечивая раннее обнаружение помпажа и уменьшение помпажа.

Система 100 двигателя может дополнительно содержать управляющую систему 14. Управляющая система 14 содержит контроллер 12 и показана с возможностью получения информации от различных датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе) и передачи управляющих команд на различные приводы 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов выше по потоку от устройства контроля токсичности, датчик 124 ДВК, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на впуске компрессора, датчик 57 давления на впуске компрессора, датчик 58 ДВД и датчик 54 РОГ. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава, могут быть подсоединены в различных местах в системе 100 двигателя. Приводы 81 могут содержать, например, дроссель 20, клапан 52 РОГ, рециркуляционный клапан 62 компрессора привод 92 регулятора давления наддува и топливную форсунку 66. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков на ФИГ. 1, обрабатывать входные данные и задействовать различные приводы на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Примерные алгоритмы управления раскрываются в настоящей заявке в соответствии с ФИГ. 2-3. Например, контроллер может отправлять сигнал на привод РКК 62 для приведения в действие клапана и перемещения его в положение большего открытия в ответ на указание на помпаж.

Что касается ФИГ. 2, примерный способ 200 показан для обнаружения помпажа компрессора. Способ основан на физических критериях, использующих интенсивность волны для определения мощности помпажного колебания, позволяя на раннем этапе уменьшить помпаж, или автономную калибровку линии помпажа на этапе калибровки. Амплитуда колебания определена из измерений давления или массового расхода. Способ улучшает калибровку линии помпажа и адаптацию, а также обеспечивает более легкое обнаружение помпажа в режиме реального времени или в автономном режиме. Инструкции по осуществлению способа 200 и остальных способов, предусматриваемых данным раскрытием, могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше, применительно к ФИГ. 1. Контроллер может задействовать приводы системы двигателя, такие как датчики, раскрытые выше со ссылкой на ФИГ. 1, для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми далее.

На шаге 202 способ содержит расчет и/или измерение рабочих условий двигателя, таких как частота вращения двигателя, требуемый водителем крутящий момент, температура окружающей среды, влажность, давление, барометрическое давление, температура двигателя, РОГ т.д. Также могут быть определены и другие параметры, такие как параметры, основанные на выходных данных соответствующих датчиков. Они могут включать в себя, например, давление в коллекторе (ДВК), расход воздуха в коллекторе (РВК), давление на впуске компрессора (ДнВК), температуру на впуске компрессора (ТВК), давление на впуске дросселя (ДВД) или давление наддува, температура заряда на дросселе (ТЗД), температура заряда воздуха (ТЗВ), температура впускного воздуха (ТВВ).

На шаге 204 может быть определено, активировано ли обнаружение помпажа. В настоящем примере обнаружение помпажа может быть активировано во время широко диапазона рабочих условий двигателя, включая события нажатия на педаль акселератора и отпускания педали акселератора водителем. Другими словами, помпаж может быть оценен на основе такого критерия как давления (и/или расход воздуха) как во время увеличения требуемого водителем крутящего момента после нажатия водителем на педаль акселератора, так и во время уменьшения требуемого водителем крутящего момента после отпускания водителем педали акселератора.

Если обнаружение помпажа не активировано, как, например, во время работы в устойчивом режиме, то на шаге 206 способ содержит сохранение положения одного или более приводов двигателя, таких как рециркуляционный клапан компрессора (РКК), соединенный с байпасом компрессора, привод регулятора давления наддува и клапан РОГ. После чего способ завершен и происходит выход из способа.

Если обнаружение помпажа активировано, то на шаге 208 способ содержит объединение давления на впуске дросселя (ДВД) и давление воздуха в коллекторе (ДВК) в совокупное давление на впуске. Другими словами, два измерения давления до и после дросселя объединены с целью обнаружения помпажа. Объединение давления на впуске дросселя (ДВД) и давления воздуха в коллекторе (ДВК) в совокупное давление на впуске может включать в себя объединение взвешенного значения давления на впуске дросселя (ДВД) с взвешенным значением давления воздуха в коллекторе (ДВК) в совокупное давление на впуске. Взвешивание может быть основано на соответствующих значениях температуры объединенных потоков. Например, весомость ДВК может быть основана на температуре заряда воздуха в коллекторе, а весомость ДВД может быть основана на температуре заряда воздуха на дросселе (или температуре наддува). В другом примере контроллер может объединять ДВК и ДВД в совокупное давление на впуске, и затем корректировать совокупное давление на основе температуры, т.е. на основе каждого из таких параметров как взвешенная температура и взвешенная температура наддува. Следует понимать, что в других примерах расчетный расход воздуха в коллекторе (РВК) может быть объединен с давлением на впуске дросселя (или расходом) для определения совокупного давления на впуске или совокупного расхода воздуха на впуске, обнаружение помпажа основано на совокупном давлении на впуске на основе расхода или совокупном расходе воздуха на впуске.

Авторы настоящего изобретения установили, что расчет только на давление на впуске дросселя (или только на ДВК) с целью обнаружения помпажа хорошо работает для некоторых конфигураций двигателей, но при этом не работает на других конфигурациях. Например, подход может обеспечить более точные результаты с рядным двигателем по сравнению с V-образным двигателем. Сложность возникает из-за нелинейно-фазового (НЛФ) отклика ДВД на изменения требуемых водителем параметров. НЛФ-эффект, являющийся обычным в сложных системах, как правило, возникает, когда два конкурирующих процесса с различными временными шкалами воздействуют на данное измерение. В воздуховодной системе двигателя НЛФ-свойства возникают в связи со следующей причиной: во время события нажатия на педаль акселератора происходит открытие дросселя, которое приводит к тому, что ДВД сначала падает, а давление в коллекторе (ДВК) резко возрастает. Увеличение ДВК приводит к тому, что поток расход в двигатель и, следовательно, мощность турбонагнетателя возрастает, что приводит к увеличению ДВД. Следовательно, как показано на карте 500 на ФИГ. 5, ДВД (непрерывная линия) сначала быстро падает, а затем медленно возрастает, при этом ДВК (пунктирная линия) возрастает постепенно. Первоначальное падение ДВД указывает на НЛФ-свойства. В терминах физики процесса это вызвано конкурирующей динамикой заполнения коллектора (быстрая динамика) и раскручиванием турбонагнетателя (медленная динамика). Аналогичная ситуация возникает во время события отпускания педали акселератора. Когда водитель отпускает педаль газа, ДВД сначала возрастает, а затем падает, указывая на НЛФ-свойства.

Авторы настоящего изобретения установили, что НЛФ-свойства ДВД могут включать в себя энергию в частотном диапазоне помпажа (например, около 8 Гц), в зависимости от давления наддува и объема впуска двигателя (как, например, в случае с двигателем V6 с рабочим объемом 3,5 л). В такой системе способ обнаружения помпажа, основанный на обработке сигнала ДВД, может ошибочно отметить НЛФ-проявления как помпаж. Как показано на ФИГ. 6, подход может правильно идентифицировать помпаж при отпускании педали акселератора. Однако НМФ-свойства при нажатии на педаль акселератора могут быть ошибочно отмечены как помпаж.

Чтобы решить эту проблему, настоящий способ уменьшает НЛФ-эффект от сигнала посредством объединения ДВД и ДВК (или РВК) в совокупное давление на впуске. В частности, совокупное давление на впуске определено как взвешенная сумма измеренного ДВД и ДВК (или РВК).

Чтобы определить совокупное давление на впуске, давление в объединенных объемах наддува и впуска определено следующим образом:

где m - это масса, V - это объем, и T - это температура. Нижний индекс i обозначает впуск, нижний индекс b обозначает наддув, и нижний индекс Т обозначает совокупные значения. Эти уравнения указывают на то, что объем гипотетического совокупного пространства приемной трубы - это сумма двух объемов, масса газа в новом объеме - это общая масса газов, и новая температура - это средневзвешенное значение температур при адиабатическом смешении.

Используя закон идеального газа (PV = mRT), новое совокупное давление на впуске, P_T, может быть определено следующим образом:

Это совокупное давление указывает давление, которое было бы получено, если бы оба объема впуска и наддува были бы объединены, и газы были бы доведены до температуры T_T. Посредством исполнения алгоритма обнаружения помпажа в соответствии с настоящим алгоритмом по совокупному давлению на впуске, НЛФ-эффект может быть значительно уменьшен во время как нажатия на педаль акселератора, так и во время отпускания педали акселератора. Далее, неправильное определение нажатий на педаль акселератора как помпажа может быть уменьшено. Другими словами, посредством обнаружения помпажа с использованием значений совокупного давления P_T на впуске и температуры T_T вместо использования только значения температуры и давления выше по потоку от дросселя, обнаружение помпажа может быть улучшено.

Следует понимать, что в использовании закона идеального газа выше, подразумевается, что R - это константа. Однако в действительности R может быть переменной и зависеть от, например, влажности и РОГ (например, процентная доля РОГ, разбавление или расход). Поэтому в других примерах уравнение для определения совокупного давления P_T на впуске может быть изменено соответствующим образом, чтобы учесть эти факторы.

Пример уменьшения ложного обнаружения помпажа посредством учета НЛФ-эффекта показан со ссылкой на карту 600 на ФИГ. 6. На графике 602 изображено ДВД, на графике 604 изображена интенсивность помпажа, рассчитанная только с использованием ДВД, на графике 606 изображена скорректированная интенсивность помпажа, рассчитанная с использованием ДВД, ДВК и температуры, что учесть НЛФ-эффект. Интенсивности помпажа сравнивают с пороговым значением 605 помпажа. На карте изображено два события отпускания педали акселератора во время t1 и t3, и одно событие нажатия на педаль акселератора во время t2.

На графике 604, когда нескорректированная интенсивность помпажа сравнена с пороговым значением помпажа, помпаж при событиях отпускания педали акселератора идентифицирован правильно. Однако НЛФ-эффект ДВД во время события нажатия на педаль акселератора ошибочно отмечен как помпаж. Для сравнения, на графике 606, когда скорректированная интенсивность помпажа сравнена с пороговым значением помпажа, помпаж при событиях отпускания педали акселератора идентифицирован правильно, и НЛФ-свойства ДВД во время события нажатия на педаль акселератора не отмечено как помпаж. Другими словами, идентификация помпажа стала более надежной.

Возвращаясь к ФИГ. 2, на шаге 210 способ содержит обработку совокупного давления на впуске с использованием одного или более фильтров. Один или более фильтров могут быть, например, фильтром нижних частот и полосовым фильтром. Далее, диапазон пропускания (или частота среза, или полоса пропускаемых частот) одного или более фильтров может быть скорректирована на основе рабочих условий двигателя. Т.е., фильтр может быть выполнен с возможностью пропускания выбранных частот (совокупного давления на впуске), указывающих на помпаж, при этом уменьшать пропускание (или блокировать) частоты (совокупного давления на впуске), находящиеся за пределами диапазона помпажа. Выбранные частоты, проходящие через фильтр, включают в себя диапазон частот, являющийся переменным и меняющимся в зависимости от рабочих условий двигателя, таких как температура. Температура для корректировки частоты среза может включать в себя одно или более из таких значений как температура заряда воздуха во впускном коллекторе и температура на впуске компрессора. Далее, температура для корректировки частоты среза может включать в себя одно средневзвешенное значение температуры заряда воздуха во впускном коллекторе и температуры на впуске компрессора.

Следует понимать, что в некоторых примерах во время события нажатия на педаль акселератора выходные данные фильтра могут быть проигнорированы, в том числе частоты, указывающие на помпаж, для снижения вероятности ложного определения помпажа.

На шаге 212 способ содержит вычисление интенсивности помпажа. Вычисленная интенсивность помпажа затем использована для обнаружения помпажа. Вычисление интенсивности помпажа содержит на шаге 214 применение рекурсивного расчета с использованием отфильтрованного совокупного давления на впуске в качестве входных данных. Этот подход основан на системной идентификации, в которой модель системы адаптивно идентифицирована в режиме реального времени и не требуется никакой изначальной информации о системе. Полученная модель сигнала давления использована для обнаружения помпажа и может также быть использована для прогнозирования будущих значений давления.

Вычисление интенсивности помпажа может, в качестве дополнения или альтернативы, включать в себя на шаге 216 расчет амплитуды и/или интенсивности колебаний пикового давления для совокупного давления на впуске после прохождения через фильтры. Этот подход основан на интенсивности волн колебаний давления и рассмотрен ниже. Интенсивность помпажа, определенная в этом подходе, захватывает энергию, передаваемую волной давления (потенциальной волной помпажа), и поэтому напрямую измеряет мощность помпажа. В подходе учтена термодинамика волн давления, в том числе термодинамические и химические условия. Благодаря тому, что обнаружение помпажа основано на интенсивности помпажа, способ может быть применен к разным типам двигателей и упрощает калибровку.

Таким образом, чтобы выразить помпаж компрессора количественно, выражение для мощности, передаваемой колебаниями давления, получено с использованием классической теории волн. Рассмотрим, например, одномерную волну сжатия, такую как волна во впускном тракте двигателя. Волна вызывает смещение воздушных молекул, представленное как ξ (х, t), где х - это координата, и t - это время. Массовый элемент между положением х и х+δх, таким образом, смещен ξ (х, t) и растянут δξ. Получаемое изменение объема составляет δV = Аδξ, где А - это площадь поперечного сечения. Масса элемента составляет δm = ρА δх, где ρ - это плотность. Предположив небольшие смещения (такие как смещения, когда δξ/δх << 1), идеальный газ, и что процесс изоэнтропический (где PV^γ - константа), изменение давления 6Р выглядит следующим образом:

где γ - это показатель адиабаты для газа, и - это среднее давление. Напряжение - это , и суммарная сила на массовый элемент - это .

Второй закон Ньютона для массового элемента затем приводит к уравнению волны:

Где

- это скорость волны (скорость звука). Мощность, передаваемая волной, вычислена с помощью уравнения (4):

Установлено, что колебания давления во время помпажа компрессора, охватывают узкий частотный диапазон. Наблюдения привели к изучению одной гармонической волны, описанной уравнением (5):

где ξ₀ - это амплитуда, и k - это волновое число. Для этой гармоники изменение (1) давления имеет следующую амплитуду:

и по ур. (4), средняя мощность составляет:

Интенсивность I волны, определенная как передаваемая мощность на единицу площади:

Другое выражение интенсивности на основе массового расхода получено с учетом того, что изменение массового расхода составляет:

Для гармоники (5) амплитуда потока, таким образом, вычислена по формуле:

И, посредством сравнения (6) и (7), получена интенсивность:

В итоге, если скорость звука с и плотность ρ известны, то интенсивность гармонической волны сжатия может быть рассчитана с помощью ур. (8) на основе данных для амплитуды колебания или давления, или расхода.

Алгоритм для расчета (например, в режиме реального времени или в автономном режиме, бортовой или небортовой) интенсивности помпажа компрессора на основе ур. (8), таким образом, сформулирован далее и описан со ссылкой на ФИГ. 3. Как показано на ФИГ. 3, посредством использования ДВК и ДВД, а также раскрытых выше уравнений, интенсивность помпажа помпажной волны сжатия может быть определена и использована для надежного обнаружения помпажа. Таким образом, блок-схема 300, иллюстрирующая алгоритм определения интенсивности помпажа, показана на ФИГ. 3. Уравнения и параметры, связанные с каждым блоком блок-схемы 300 и рассмотренные выше (такие как уравнения (1)-(8) и параметры, раскрытые выше и далее, такие как Р, W, с, ρ, γ, R, Т, I, A, f₁, f₂, , , и т д.) указаны в скобках.

Давление во время помпажа, таким образом, аппроксимировано как одна (единственная) гармоника:

с амплитудой Р₀ вокруг среднего давления . Цель состоит в том, чтобы рассчитать интенсивность для колебаний в частотном диапазоне, в котором возникает помпаж.

Амплитуда колебания, Р₀ или W₀, вычислена через полосовую фильтрацию и логику обнаружения пика. Частоты среза для фильтра (f₁, f₂) выбраны так, что f₁<1/Т₀<f₂, где 1/Т₀ - это рассматриваемая частота помпажа в конкретной конфигурации двигателя (например, на основе количества цилиндров в двигателе, рядной или V-образной конфигурации и т.д.) Выходные данные фильтра поданы на логику обнаружения пика, которая вычисляет максимальную и минимальную амплитуду в скользящем окне длиной T_w, берет минимальные их этих значений на каждом образце и применяет фильтр нижних частот с временной константной т для сглаживания. Логика разработана так, чтобы обнаруживать пики, при этом приглушая асимметричные сигналы, такие как апериодические динамические характеристики двигателя в полосе пропускаемых частот. Длина окна выбрана так, что T_w≥T₀.

Скорость звука с из ур. (3), и плотность ρ из закона идеального газа,

рассчитаны из измеренных или расчетных термодинамических условий и свойств.

Например, для воздуха и . Среднее давление получено посредством фильтрации нижних частот с частотой среза f₀<f₁.

Интенсивность рассчитана по ур. (8). Если использовать амплитуду массового расхода, площадь А может быть рассчитана на основе диаметра трубы. Для обнаружения помпажа интенсивность проходит через логику обнаружения с гистерезисом, с использованием порогов (L, U).

На блок-схеме 300 ФИГ. 3 изображен алгоритм, иллюстрация алгоритма помпажа с указанием данных приведена на карте 400 ФИГ. 4. Входные данные для алгоритма - это измеренное или расчетное давление Р, температура Т, свойства газа (γ, R), и факультативно - массовый расход W для определения W₀. Параметры (f₀, f₁, f₂, T_w, т, L, U) и, если использованы измерения массового расхода, А.

Из ур. (8) становится ясно, что порог по интенсивности для обнаружения помпажа эквивалентен приведенному порогу для квадрата амплитуды давления или массового расхода, где приведение выполнено с использованием термодинамических условий, захваченных плотностью ρ и скоростью звука с. Приведение может быть существенным с учетом того, что, например, плотность ниже по потоку от компрессора и автомобильном двигателе варьируется более, чем в 2 раза во время нормальной работы. Использование интенсивности помпажа, таким образом, предлагает способ, позволяющий с преимуществом применять задействованные физические процессы, упростить выбор пороговых значений и адаптировать к изменчивым рабочим условиям и различным конфигурациям двигателя.

Следует понимать, что в других примерах расчет массового расхода воздуха, такой как расчет посредством датчиков массового расхода воздуха, может быть использован для обнаружения помпажа. Это может обеспечить различные преимущества, поскольку РВК не характеризуется НЛФ-эффектом, которое отмечено в случае с ДВД. Таким образом, как указано выше со ссылкой на ФИГ. 3, левая ветвь алгоритма обнаружения помпажа может быть начата с давления Р или расхода W. Таким образом, расчет давления может все равно потребоваться для правой ветви алгоритма обнаружения помпажа, чтобы осуществить динамическое приведение порогового значения помпажа.

Возвращаясь к ФИГ. 2, на шаге 218 способ содержит обновление порогового значения помпажа двигателя на основе термодинамических и химических условий двигателя. В частности, пороговое значение помпажа скорректировано, чтобы учесть изменения абсолютного давления, температуры и состава газа. Например, пороговое значение помпажа скорректировано на основе РОГ (например, количество РОГ, расход РОГ или процентное содержание РОГ). Пороговое значение помпажа может быть дополнительно скорректировано на основе влажности окружающей среды.

На шаге 220 способ содержит сравнение вычисленной интенсивности помпажа с обновленным пороговым значением помпажа. Если интенсивность помпажа не превышает пороговое значение, алгоритм переходит к шагу 226, на котором указано, что помпаж отсутствует. Кроме того, в ответ на указание на отсутствие помпажа положение одного или более приводов двигателя остается неизменным. Например, положение клапана РОГ, РКК и регулятора давления наддува не изменено.

Если интенсивность помпажа превышает пороговое значение, то на шаге 222, перед подтверждением помпажа, способ содержит применение поправки, чтобы учесть работу приводов, которые создают отклик в частотном диапазоне помпажа. В частности, способ содержит, в ответ на работу привода двигателя на выбранных частотах, указывающих на помпаж, дальнейшую обработку отфильтрованного совокупного давления на впуске на основе изменения давления на впуске дросселя, получаемого в результате работы привода двигателя. Приводом двигателя может быть один или более из следующего: впускной дроссель, рециркуляционный клапан отработавших газов, рециркуляционный клапан компрессора и педаль акселератора водителя.

Способ обнаружения помпажа в соответствии с настоящим раскрытием направлен на частотный диапазон, в наибольшей степени соответствующий помпажу. Однако авторы настоящего изобретения установили, что и другие возмущения могут присутствовать в том же самом частотном диапазоне. Они могут исказить результаты способа обнаружения помпажа и могут потребовать дополнительного внимания, чтобы обеспечить надежное обнаружение помпажа. Например, объединение с замкнутым контуром дросселя и рециркуляции отработавших газов (РОГ) может вызвать отклик ДВД в том же самом частотном диапазоне, что и частотный диапазон помпажа. Чтобы решить эту проблему, способ обнаружение помпажа обновлен, чтобы учесть параметры управления двигателем для возможности отделения эффекта отклика ДВД от помпажа. Примерные приводы, которые могут коррелировать с частотой помпажа, включают в себя дроссель, клапан РОГ, рециркуляционный клапан компрессора (РКК) и движения педали акселератора. Несмотря на то, что привод регулятора давления наддува также может вызывать отклик ДВД, частотный диапазон отклика регулятора давления наддува значительно ниже, чем типовые частоты помпажа. В результате, привод регулятора давления наддува может быть исключен из рассмотрения как шумовой фактор для обнаружения помпажа. Дополнительные (не связанные с приводами) факторы, которые могут повлиять на систему с замкнутым контуром в выбранном частотном диапазоне помпажа, могут включать в себя несоответствующую калибровку двигателя, вызывающую неустойчивую работу и неустойчивые численные решения, связанные с нелинейными справочными таблицами и переходами. В частности, в нелинейных справочных таблицах с такими параметрами как частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, положения впускного и выпускного кулачка может быть осуществлен переход от одного индекса к другому в пределах того же самого частотного диапазона, что и частотный диапазон помпажа, тем самым влияя на отклик ДВД через колебания массового расхода воздуха двигателя.

Когда расчет интенсивности волны на основе измерений ДВД позволяет предположить возникновение помпажа (на шаге 220), поправка на шаге 222 сначала устраняет эффект любых приводов, которые могут вызвать отклик ДВД в том же самом частотном диапазоне. Таким образом, надежность обнаружения помпажа увеличена, обеспечивая более быстрое восстановление после событий помпажа, а также обеспечивая более активную калибровку линии помпажа на карте характеристик компрессора.

Чтобы устранить эффект приводов, который может коррелировать с частотой помпажа, виртуальное значение давления (или датчик) может быть использован в алгоритме обнаружения помпажа. Например, в случае с потоком, проходящим через дроссель, и потоком РОГ сигнал р давления определен следующим образом:

где m, V и Т - это масса, объем и температура соответственно, a R - это универсальная газовая постоянная. Масса - сочетание масс на компрессоре m_c, дросселе m_thr и РОГ m_egr. С использованием показаний виртуального датчика давления или значения давления

которое может быть рассчитано из измеренных и/или расчетных значений, находящихся в контроллере двигателя, эффекты дросселя и РОГ могут быть устранены. В частности, поскольку m = m_c + m_thr + m_egr, получаем:

где использовано только массовое количество, связанное с компрессором. Работа с другими приводами, которые могут коррелировать с частотой помпажа (РКК и др.) может быть осуществлена аналогичным образом.

Чтобы устранить эффекты факторов, не связанных с приводами, которые могут коррелировать с частотой помпажа, частоты, при которых чувствительные нелинейные справочные таблицы контроллера двигателя переходят от индекса к индексу, подвергнуты мониторингу и сравнены с рассматриваемым частотным диапазоном для обнаружения помпажа. В случае перекрытия двух частот пороговый уровень обнаружения помпажа может быть временно увеличен, чтобы уменьшить вероятность ложного обнаружения события помпажа.

Примерное изображение обработки сигналов давления для расчета интенсивности помпажа и последующего обнаружения помпажа показано со ссылкой на карту 400 ФИГ. 4. На верхнем графике изображено ДВД (Р), измеренное во время события отпускания педали акселератора на кривой 402 (непрерывная линия). Номинальное давление (такое как давление, прошедшее через фильтр нижних частот), основанное на измеренном ДВД, показано на кривой 403 (пунктирная линия), . На втором графике изображено значение давления прошедшее полосовую фильтрацию, на кривой 404 (непрерывная линия),. Амплитуда отфильтрованного значения давления (Р0) показана на кривой 405 (пунктирная линия). На нижнем графике изображена интенсивность связанной волны давления («интенсивность помпажа) на кривой 406.

На шаге 224 способ содержит подтверждение действительного события помпажа. В частности, интенсивность помпажа сравнена с пороговым значением помпажа после устранения эффектов, вызванных помехами от приводов (таких как клапан РОГ и дроссель). Если после устранения эффекта помех приводов интенсивность помпажа не выше, чем пороговое значение, то на шаге 226 указано, что помпаж отсутствует. Кроме того, в ответ на указание на отсутствие помпажа положение одного или более приводов двигателя остается неизменным. Например, положение клапана РОГ, РКК и регулятора давления наддува не изменено.

Если после устранения эффекта помех приводов интенсивность помпажа выше, чем пороговое значение, то на шаге 228 указано, что действительно произошел помпаж. Кроме того, способ содержит регулировку рабочего параметра двигателя в ответ на указание на помпаж компрессора, помпаж определен в данном случае на основе совокупного давления на впуске и температуры на впуске. Например, положение одного или более приводов двигателя отрегулировано, чтобы скорректировать рабочий параметр. Например, положение клапана РОГ, РКК и регулятора давления наддува изменено. Например, степень открытия РКК увеличена приводом на основе сигналов, полученных от контроллера. В другом примере степень открытия регулятора давления наддува увеличена приводом на основе сигналов, полученных от контроллера. В другом примере степень открытия регулятора давления наддува увеличена приводом на основе сигналов, полученных от контроллера.

Следует понимать, что способ, рассматриваемый в данном случае, обеспечивает обнаружение помпажа на основе обработки сигналов измеренного давления воздуха (таких как ДВК и ДВД), при этом следует понимать, что в других примерах обнаружение помпажа может быть основано на сигналах измеренного расхода воздуха, таких как РВК.

В результате подхода для обнаружения помпажа, показанного на ФИГ. 2, интенсивность помпажа, очевидно, возрастает, когда сигнал давления указывает на помпажные колебания, улучшая корреляцию с помпажом. Кроме того, интенсивность помпажа может быть выше нуля во время событий нажатия на педаль акселератора, когда отсутствует видимых признаков помпажа. Обнаружение основано на фильтре (например, полосовой фильтр) для отделения актуального сигнала, который будет изменен, если присутствует энергия в указанной полосе пропускаемых частот от динамических характеристик двигателя, не относящихся к помпажу. Благодаря использованию порогового значения по интенсивности для обнаружения помпажа события, не относящиеся к помпажу, могут быть правильно классифицированы и отделены от событий помпажа. Кроме того, пороговые значения помпажа могут быть откалиброваны более активно (т.е. пороговые значения могут быть снижены). Низкие пороговые значения позволяют контроллеру обнаруживать краткие помпажные колебания во время отпускания педали акселератора, при этом избегая ложные обнаружения во время нажатия на педаль акселератора.

Таким образом, интенсивность волны использована для характеризации помпажа компрессора в двигателях с наддувом, помпаж может быть охарактеризован как в режиме реального времени, так и в автономном режиме. Посредством использования критерия интенсивности, который охватывает мощность, передаваемую колебаниями давления, и использования классической теории волн для характеризации колебаний, помпаж может быть обнаружен более быстро и более надежно. Раннее обнаружение помпажа позволяет на ранних этапах уменьшить помпаж, предупредить снижение долговечности двигателя и проблемы, связанные с динамическими характеристиками, возникающие из-за помпажа. Технический результат корреляции интенсивности волн давления с другими параметрами двигателя состоит в том, что линия помпажа может быть откалибрована более активно на карте характеристик компрессора. Кроме того, по сравнению с подходами обнаружения помпажа, основывающимися на статичных картах характеристик компрессора, которые требуют подстройки консервативным образом для обеспечения надежности, текущий подход, основанный на совокупном давлении, отфильтрованном в диапазоне помпажа, обеспечивает возможность автоматической корректировки пороговых значений обнаружения помпажа в зависимости от рабочих условий. Это позволяет использовать менее консервативные меры по уменьшению помпажа и приводит к повышению коэффициента использования компрессора.

Один из примерных способов для двигателя с наддувом содержит: объединение давления в коллекторе и давления на впуске дросселя в совокупное давление на впуске; корректировку рабочего параметра в ответ на помпаж компрессора, причем помпаж определяют на основе совокупного давления на впуске и температуры на впуске. В другом примере предыдущий примерный способ может в качестве дополнения или при необходимости содержать обработку совокупного давления на впуске с использованием фильтра. В любых из предыдущих примеров фильтр может в качестве дополнения или при необходимости пропускать выбранные частоты, указывающие на помпаж, и уменьшать прохождение частот за пределами помпажа. В любых из предыдущих примеров выбранные частоты, проходящие через фильтр, могут в качестве дополнения или при необходимости содержать диапазон частот, изменяющийся в зависимости от рабочих условий двигателя, в том числе температуры. В любых из предыдущих примеров температура может в качестве дополнения или при необходимости содержать одно или более из таких значений температуры, как температура заряда воздуха во впускном коллекторе и температура на впуске компрессора. В любых из предыдущих примеров температура может в качестве дополнения или при необходимости содержать средневзвешенное значение температуры заряда воздуха во впускном коллекторе и температуры на впуске компрессора. В любых из предыдущих примеров фильтр может в качестве дополнения или при необходимости содержать один или более из таких фильтров, как фильтр нижних частот и полосовой фильтр, и полоса пропускаемых частот фильтра может быть в качестве дополнения или при необходимости скорректирована на основе рабочих условий двигателя. В любых из предыдущих примеров способ может в качестве дополнения или при необходимости дополнительно содержать, во время события нажатия на педаль акселератора, игнорирование выходных данных фильтра, в том числе частот, указывающих на помпаж. В любых из предыдущих примеров способ может в качестве дополнения или при необходимости дополнительно содержать, в ответ на работу привода двигателя на выбранных частотах, указывающих на помпаж, дополнительную обработку отфильтрованного совокупного давления на впуске на основе изменения давления на впуске дросселя, получаемого в результате работы привода двигателя. В любых из предыдущих примеров привод двигателя в качестве дополнения или при необходимости может содержать один или более из таких приводов, как впускной дроссель, рециркуляционный клапан отработавших газов, рециркуляционный клапан компрессора, и педаль акселератора. В любых из предыдущих примеров помпаж компрессора в качестве дополнения или при необходимости может быть определен под одному или более из таких событий, как событие нажатия на педаль акселератора и событие отпускания педали акселератора. В любых из предыдущих примеров корректировка рабочего параметра в качестве дополнения или при необходимости может содержать корректировку посредством привода, причем привод включает в себя один или более из таких приводов, как привод регулятора давления наддува и рециркуляционный клапан компрессора.

Другой примерный способ для двигателя с наддувом содержит: объединение давления в коллекторе и давления на впуске дросселя в совокупное давление; корректировку совокупного давления на основе температуры; обработку скорректированного совокупного давления с использованием одного или более фильтров; и указание на помпаж компрессора на основе выходных данных, полученных в результате обработки. В предыдущем примере корректировка, основанная на температуре, может в качестве дополнения или при необходимости включать в себя корректировку, основанную на каждом из таких параметров как взвешенная температура заряда воздуха и взвешенная температура наддува, причем способ в качестве дополнения или при необходимости дополнительно содержит: в ответ на указание, увеличение степени открытия рециркуляционного клапана компрессора для увеличения рециркуляции сжатого воздуха от участка ниже по потоку от компрессора к участку выше по потоку от компрессора. В любых из предыдущих примеров объединение в качестве дополнения или при необходимости может содержать объединение во время событий нажатия или отпускания педали акселератора водителем. В любых из предыдущих примеров обработка в качестве дополнения или при необходимости может содержать фильтрацию нижних частот или полосовую фильтрацию скорректированного совокупного давления и расчет одного или более из таких параметров как амплитуда и интенсивность обработанных выходных данных, и указание на помпаж компрессора на основе обработанных выходных данных в качестве дополнения или при необходимости может содержать указание на помпаж компрессора на основе амплитуды или интенсивности обработанных выходных данных, превышающих пороговое значение помпажа, пороговое значение основано на одном или более из таких параметров как РОГ и влажность окружающей среды. В любом из предыдущих примеров способ в качестве дополнения или при необходимости дополнительно содержит обновление обработанных выходных данных в ответ на приведение в действие одного или более из таких элементов как клапан РОГ, впускной дроссель, регулятор давления наддува и перепускной клапан компрессора, обновление основано на воздействии приведения в действие на давление на впуске дросселя в частотном диапазоне, указывающем на помпаж.

Другая примерная система двигателя содержит: впускной коллектор двигателя с впускным дросселем; компрессор для подачи наддувочного заряда воздуха во впускной коллектор; байпас компрессора с рециркуляционным клапаном компрессора для отвода сжатого воздуха от участка ниже по потоку от компрессора на участок выше по потоку компрессора; первый датчик давления, присоединенный к участку ниже по потоку от дросселя для расчета давления в коллекторе; первый датчик температуры, присоединенный ниже по потоку от дросселя, для расчета температуры воздуха в коллекторе; второй датчик давления, присоединенный выше по потоку от дросселя, для расчета давления на впуске дросселя; второй датчик температуры, присоединенный выше по потоку от дросселя, для расчета температуры наддува; клапан РОГ в канале РОГ для рециркуляции отработавших газов во впускной коллекторе; и контроллер. Контроллер выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: объединения давления в коллекторе и давления на впуске дросселя в совокупное давление на впуске; фильтрации совокупного давления на впуске для выбора сигналов давления в выбранном частотном диапазоне, указывающем на помпаж; сравнения пиковой интенсивности отфильтрованного совокупного давления на впуске с пороговым значением для указания на помпаж компрессора, пороговое значение скорректировано на основе приведения в действие клапана РОГ в выбранном частотном диапазоне; и, в ответ на указание на помпаж компрессора, увеличения степени открытия рециркуляционного клапана компрессора. В предыдущей примерной системе контроллер в качестве дополнения или при необходимости может содержать дальнейшие инструкции для корректировки выбранного частотного диапазона на основе средневзвешенного значения температуры воздуха в коллекторе и температуры наддува. В любом из предыдущих примеров система двигателя в качестве дополнения или при необходимости дополнительно содержит педаль водителя, причем объединение, фильтрацию и сравнение в качестве дополнения или альтернативы осуществляют во время как событий нажатия на педаль водителя, так и во время отпускания педали водителя.

В дальнейшем представлении примерный способ для двигателя с наддувом содержит: полосовую фильтрацию значения давления на впуске дросселя; расчет амплитуды или интенсивности пикового давления на впуске дросселя после полосовой фильтрации; и указание на помпаж компрессора в ответ на расчетную амплитуду/интенсивность относительно порогового значения. Далее, предыдущий примерный способ может в качестве дополнения или при необходимости может содержать корректировку расчетной амплитуды или интенсивности на основе ДВК. Любой из предыдущих примеров может в качестве дополнения или при необходимости может дополнительно содержать корректировку расчетной амплитуды или интенсивности на основе корреляции с приведением в действие впускного дросселя и/или клапана РОГ. В любых из предыдущих примеров пороговое значение может быть в качестве дополнения или при необходимости скорректировано на основе одного или более из таких параметров как РОК и влажность.

В другом представлении примерный способ для двигателя с наддувом может содержать: объединение расхода воздуха в коллекторе с расходом воздуха на впуске дросселя (или давлением) в совокупных расход воздуха на впуске; и корректировку рабочего параметра в ответ на помпаж компрессора, причем помпаж компрессора определяют на основе совокупного расхода воздуха на впуске и дополнительно основан на температуре на впуске. Далее, в другом примере предыдущий примерный способ может в качестве дополнения или при необходимости может содержать обработку совокупного расхода воздуха на впуске фильтром, чтобы пропустить частоты, указывающие на помпаж, и не пропустить частоты за пределами частотного диапазона помпажа.

В еще одном другом представлении примерный способ для двигателя с наддувом может содержать: объединение измеренного расхода воздуха в коллекторе и измеренного расхода воздуха на впуске дросселя в совокупный расчет расхода воздуха; корректировку совокупного расхода воздуха на основе температуры; обработку скорректированного совокупного расчета расхода воздуха одни или более фильтрами; и указание на помпаж компрессора на основе обработанных выходных данных.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п.Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей 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. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании 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 раскрытия изобретения содержит 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 считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько 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 помещенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя с наддувом. Объединяют один или более из таких параметров, как расход воздуха в коллекторе и давление в коллекторе, с давлением на впуске дросселя в совокупное давление на впуске. Корректируют рабочий параметр в ответ на помпаж компрессора. Помпаж компрессора определяют на основе совокупного давления на впуске и дополнительно на основе температуры на впуске. Раскрыты способ для двигателя с наддувом и система двигателя. Технический результат заключается в повышении точности определения помпажа компрессора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

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

объединяют один или более из таких параметров, как расход воздуха в коллекторе и давление в коллекторе, с давлением на впуске дросселя в совокупное давление на впуске; и

корректируют рабочий параметр в ответ на помпаж компрессора, причем помпаж определяют на основе совокупного давления на впуске и дополнительно на основе температуры на впуске.

2. Способ по п. 1, в котором дополнительно обрабатывают совокупное давление на впуске посредством фильтра.

3. Способ по п. 2, в котором фильтр пропускает выбранные частоты, указывающие на помпаж, и не пропускает частоты за пределами помпажа.

4. Способ по п. 3, в котором выбранные частоты, проходящие через фильтр, включают в себя диапазон частот, изменяемых в зависимости от рабочих условий двигателя, в том числе от температуры.

5. Способ по п. 4, в котором температура включает в себя одну или более из таких температур, как температура заряда воздуха во впускном коллекторе и температура на впуске компрессора.

6. Способ по п. 4, в котором температура представляет собой средневзвешенное значение температуры заряда воздуха во впускном коллекторе и температуры на впуске компрессора.

7. Способ по п. 2, в котором фильтр включает в себя один или более из таких фильтров, как фильтр нижних частот и полосовой фильтр, и при этом диапазон пропускаемых частот фильтра корректируют на основе рабочих условий двигателя.

8. Способ по п. 3, в котором дополнительно во время события нажатия на педаль акселератора игнорируют выходные данные фильтра, в том числе частоты, указывающие на помпаж.

9. Способ по п. 3, в котором дополнительно в ответ на работу привода двигателя на выбранных частотах, указывающих на помпаж, дополнительно обрабатывают отфильтрованное совокупное давление на впуске на основе изменения давления на впуске дросселя, получаемого в результате работы привода двигателя.

10. Способ по п. 9, в котором привод двигателя включает в себя один или более из следующего: впускной дроссель, рециркуляционный клапан отработавших газов, рециркуляционный клапан компрессора и педаль акселератора водителя.

11. Способ по п. 1, в котором помпаж компрессора определяют по одному или более из таких событий, как событие нажатия на педаль акселератора водителя и событие отпускания педали акселератора водителя.

12. Способ по п. 1, в котором корректировка рабочего параметра содержит корректировку посредством привода, причем привод содержит один или более из таких приводов, как привод регулятора давления наддува и рециркуляционный клапан компрессора.

13. Способ для двигателя с наддувом, содержащий шаги, на которых:

объединяют давление в коллекторе и давление на впуске дросселя в совокупное давление;

корректируют совокупное давление на основе температуры;

обрабатывают скорректированное совокупное давление посредством одного или более фильтров и

указывают на помпаж компрессора на основе обработанных выходных данных.

14. Способ по п. 13, в котором корректировку на основе температуры осуществляют на основе взвешенной температуры заряда воздуха и взвешенной температуры наддува, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором в ответ на указание на помпаж увеличивают степень открытия рециркуляционного клапана компрессора для увеличения рециркуляции сжатого воздуха от участка ниже по потоку от компрессора к участку выше по потоку от компрессора.

15. Способ по п. 13, в котором объединение осуществляют во время событий нажатия водителем на педаль акселератора и отпускания водителем педали акселератора.

16. Способ по п. 13, в котором обработка содержит фильтрацию нижних частот или полосовую фильтрацию скорректированного совокупного давления и расчет одного или более из таких параметров, как амплитуда и интенсивность обработанных выходных данных, и при этом указание на помпаж компрессора на основе обработанных выходных данных содержит указание на помпаж компрессора на основе амплитуды или интенсивности обработанных выходных данных, превышающих пороговое значение помпажа, причем пороговое значение основано на одном или более из таких параметров, как рециркуляция отработавших газов (РОГ) и влажность окружающей среды.

17. Способ по п. 13, в котором дополнительно обновляют обработанные выходные данные в ответ на приведение в действие одного или более из таких элементов, как клапан РОГ, впускной дроссель, регулятор давления наддува и перепускной клапан компрессора, причем обновление основано на воздействии приведения в действие на давление на впуске дросселя в частотном диапазоне, указывающем на помпаж.

18. Система двигателя, содержащая:

впускной коллектор двигателя с впускным дросселем;

компрессор для подачи наддувочного заряда воздуха во впускной коллектор;

байпас компрессора с рециркуляционным клапаном компрессора для отвода сжатого воздуха от участка ниже по потоку от компрессора на участок выше по потоку компрессора;

первый датчик давления, присоединенный ниже по потоку от дросселя, для расчета давления в коллекторе;

первый датчик температуры, присоединенный ниже по потоку от дросселя, для расчета температуры воздуха в коллекторе;

второй датчик давления, присоединенный выше по потоку от дросселя, для расчета давления на впуске дросселя;

второй датчик температуры, присоединенный выше по потоку от дросселя, для расчета температуры наддува;

клапан РОГ в канале РОГ для рециркуляции отработавших газов во впускной коллектор; и

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

объединения давления в коллекторе и давления на впуске дросселя в совокупное давление на впуске;

фильтрации совокупного давления на впуске для выбора сигналов давления в выбранном частотном диапазоне, указывающем на помпаж;

сравнения пиковой интенсивности отфильтрованного совокупного давления на впуске с пороговым значением для указания на помпаж компрессора, причем пороговое значение скорректировано на основе приведения в действие клапана РОГ в выбранном частотном диапазоне; и

в ответ на указание на помпаж компрессора, увеличения степени открытия рециркуляционного клапана компрессора.

19. Система по п. 18, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для корректировки выбранного частотного диапазона на основе средневзвешенного значения температуры заряда воздуха в коллекторе и температуры наддува.

20. Система по п. 18, дополнительно содержащая педаль водителя, причем объединение, фильтрация и сравнение осуществлены во время событий нажатия на педаль водителя и отпускания педали водителя.