Способ управления двигателем, содержащим турбокомпрессор, и система двигателя (варианты)
Изобретение относится к эксплуатации двигателя, включающего в себя турбонагнетатель. Предложен способ управления перепускным клапаном турбонагнетателя. В одном примере перепускной клапан турбонагнетателя открывают в условиях запуска двигателя из холодного состояния с целью снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя. Этим может ослабляться шум, производимый турбонагнетателем в процессе запуска и прогрева двигателя. Техническим результатом является снижение уровня шума, вибрации и низкочастотных колебаний. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к эксплуатации двигателя, включающего в себя турбонагнетатель. Точнее, настоящее изобретение относится к эксплуатации турбонагнетателя таким образом, что в некоторых условиях ослабляется шум, производимый работающим турбонагнетателем.
Уровень техники
Турбонаддув двигателя позволяет двигателю развивать мощность, сравнимую с двигателем большего рабочего объема, при том что трение в двигателе сохраняется вблизи уровня нормального двигателя с тем же рабочим объемом, но без наддува. Таким образом, турбонаддув может расширить рабочий диапазон двигателя. Тем не менее, в условиях высоких расходов через компрессор турбонагнетателя, за счет частоты вращения компрессора могут повышаться уровни шумности, вибрации и низкочастотных колебаний (NVH) и возникать иные нежелательные реакции. Такие уровни шума могут быть особенно заметными в условиях, когда двигатель работает на относительно небольшой частоте вращения и производит относительно слабый шум.
Например, в условиях запуска из холодного состояния режим работы двигателя может регулироваться в сторону повышения объемного кпд с целью достижения максимальной подачи подогретого отработавшего газа через устройство предварительной очистки отработавших газов для подогрева упомянутого устройства до необходимой рабочей температуры. За счет подачи отработавшего газа и/или свежего воздуха частота вращения ротора турбонагнетателя увеличивается, и при этом несбалансированность вращающихся деталей внутри турбонагнетателя вводит в возбуждение двигатель и конструкцию системы выпуска отработавших газов, что приводит к усилению шума. С другой стороны, несмотря на то, что расход увеличивается, частота вращения двигателя остается относительно низкой с относительно невысоким уровнем шума. Вследствие чего, в этих условиях турбонагнетатель воспринимается работающим чрезмерно громко по сравнению с другими узлами двигателя.
Раскрытие изобретения
В целях устранения вышеупомянутых проблем был разработан способ ослабления шума, производимого турбонагнетателем, в котором открывают перепускной клапан турбонагнетателя для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на наличие условий запуска из холодного состояния.
В одном примере за счет открытия перепускного клапана турбонагнетателя поток воздуха/газов повторно пропускается в обход компрессора, поглощая больше механической работы, снижая тем самым частоту вращения ротора турбонагнетателя. В ходе этого события расход отработавших газов не изменяется, и двигатель продолжает производить повышенный уровень высокотемпературного выхлопа в устройство предварительной очистки отработавших газов. Снижение частоты вращения ротора турбонагнетателя приводит к ослаблению шума турбонагнетателя до приемлемого уровня, который более сопоставим с уровнем шума двигателя, работающего на холостом ходу.
В другом примере при открытии перепускного клапана турбонагнетателя энергия потока отработавших газов не попадает в турбину и не может произвести работу, требуемую для достижения высокой частоты вращения ротора турбонагнетателя. Снижение частоты вращения ротора турбонагнетателя имеет результатом снижение уровней NVH.
Кроме того, в условиях запуска из холодного состояния низка вероятность значительного запроса на ускорение (например, резкого нажатия педали акселератора). Соответственно, маловероятна реализация снижения приемистости из-за турбоямы в результате уменьшения частоты вращения ротора турбонагнетателя. Более того, в некоторых вариантах осуществления способ может включать в себя закрытие перепускного клапана турбонагнетателя в ответ на превышения запросом ускорения порогового значения ускорения. Перепускной клапан турбонагнетателя закрывается с целью увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя для уменьшения турбоямы и лучшей готовности автомобиля к началу движения. После того как автомобиль тронулся с места и ускорился, частота вращения двигателя увеличивается и, в то же время, шум от двигателя становится достаточно громким, поглощая или заглушая шум, исходящий от турбонагнетателя. Другими словами, в таких условиях шум, исходящий от турбонагнетателя, уже не воспринимается как чрезмерно громкий по сравнению с шумом, исходящим от других деталей и узлов двигателя.
Приведенные выше преимущества, равно как иные преимущества и особенности настоящего изобретения, будут явным образом представлены в нижеследующем подробном описании, которое может рассматриваться либо отдельно, либо совместно с сопутствующими чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном кратком обзоре сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, объем которого единственным образом определен пунктами формулы изобретения, приведенной после подробного описания. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Объект изобретения, раскрываемый в настоящем описании, станет более понятным после прочтения нижеследующего подробного описания неограничивающих осуществлений со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематически изображает двигатель и турбонагнетатель;
Фиг.2А и Фиг.2В изображают высокоуровневую блок-схему способа управления двигателем, включающим в себя турбонагнетатель;
Фиг.3 изображает график частоты вращения ротора турбонагнетателя в зависимости от различных состояний разных перепускных клапанов турбонагнетателя.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показан пример двигателя, включающего в себя турбонагнетатель и перепускные клапаны турбонагнетателя. Перепускной клапан турбонагнетателя может включать в себя подходящий клапан, направляющий свежий воздух в обход компрессора турбонагнетателя или отработавший газ в обход турбины турбонагнетателя. На Фиг.2А и Фиг.2В показана высокоуровневая блок-схема управления двигателем, включающим в себя турбонагнетатель. На Фиг.3 показан график частоты вращения ротора турбонагнетателя в зависимости от различных состояний разных перепускных клапанов турбонагнетателя. Конкретнее, график иллюстрирует то, как уменьшается частота вращения ротора турбонагнетателя и, соответственно, шум, производимый работающим турбонагнетателем, путем открытия разных перепускных клапанов турбонагнетателя.
Как показано на Фиг.1, двигатель внутреннего сгорания 10, содержащий некоторое число цилиндров, один из которых показан на Фиг.1, работает под управлением контроллера 12 электронного управления двигателем. Двигатель 10 включает в себя камеру сгорания 30 и стенки 32 цилиндра с установленным внутри них поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным каналом 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в движение впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может определяться датчиком впускного кулачка 55. Положение выпускного кулачка 53 может определяться датчиком выпускного кулачка 57.
Топливная форсунка 66 показана в положении для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что специалистам в данной области техники известно как прямой впрыск топлива. В ином варианте топливо может впрыскиваться во впускной канал, что специалистам в данной области техники известно как впрыск во впускные каналы. Топливная форсунка 66 доставляет жидкое топливо в количестве, пропорциональном ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Топливо к топливной форсунке 66 доставляется топливной системой (не показана), включающей топливный бак, топливный насос и топливную рейку (не показано). К топливной форсунке 66 рабочий ток подается от привода 68, работающего по командам контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с корпусом дросселя 78, содержащим дроссельную заслонку 62 с электроприводом, регулирующую положение дроссельной шайбы 64 для регулировки подачи воздуха из камеры 46 наддува. В других примерах дроссельная заслонка может приводиться в действие водителем автомобиля механическим способом.
Компрессор 162 засасывает воздух через воздушный фильтр 82 и впускной воздуховод в камеру 46 наддува. Охладитель 123 наддувочного воздуха служит для повышения плотности наддувочного воздуха после компрессора. Отработавшие газы раскручивают турбину 164, соединенную с компрессором 162 ротором 161 турбонагнетателя 160. Перепускной клапан 165 турбины (также называемый регулятором давления наддува - Waste Gate Actuator) может приводиться в действие электрически контроллером 12 для направления отработавших газов через воздуховод 166 в обход турбины 164 с целью управления давлением наддува и/или частотой вращения ротора турбонагнетателя в изменяющихся условиях работы. В некоторых вариантах осуществления изобретения перепускной клапан 165 турбины может приводиться в действие приводами, работающими от вакуума, давления или электричества. В некоторых вариантах осуществления перепускной клапан турбины может отсутствовать на двигателе 10. Перепускной клапан 77 компрессора (CBV) может иметь электронный или электро-пневматический привод с управлением от контроллера 12 для направления воздуха с выхода компрессора 162 на вход компрессора 162 через воздуховод 76. Давление наддува в камере 46 наддува и/или частота вращения ротора турбонагнетателя могут уменьшаться при открытии перепускного клапана 77 в результате возврата воздуха с выхода компрессора 162 на вход компрессора 172, что повышает массовый расход компрессора, снижает частоту вращения ротора турбокомпрессора и снижает давление наддува в камере 46 наддува. Перепускной клапан компрессора может также называться рециркуляционным клапаном компрессора (CRV). Необходимо отметить, что перепускной клапан 77 компрессора и перепускной клапан 165 турбины оба могут называться «перепускными клапанами турбонагнетателя», так как каждый из этих клапанов направляет поток в обход компонента турбонагнетателя 160. Перепускной клапан турбины специалистами в данной области техники может также называться регулятором давления наддува. Перепускными клапанами турбонагнетателя можно управлять для изменения частоты вращения ротора турбонагнетателя в различных условиях работы.
Следует понимать, что клапан CBV и/или клапан CRV могут быть различных видов. К примеру, каждый из клапанов может быть электрическим или пневматическим. Кроме того, сигналы, управляющие работой таких электрических клапанов, могут быть цифровыми или пропорциональными. В некоторых вариантах осуществления клапан может располагаться удаленно в системе впуска воздуха или в трубах системы выпуска отработавших газов.
По команде контроллера 12 свеча 92 зажигания бесконтактной системы 88 зажигания подает искру зажигания в камеру сгорания 30. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen) показан подсоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. В ином варианте вместо датчика 126 UEGO может применяться датчик содержания кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
Отработавшие газы двигателя направляются в каталитический нейтрализатор 70. В одном варианте, каталитический нейтрализатор 70 может включать несколько блоков носителя. В другом варианте могут использоваться несколько устройств предварительной очистки или снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками носителя. В одном варианте каталитический нейтрализатор 70 может быть трехкомпонентным нейтрализатором.
Контроллер 12 на Фиг.1 показан в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая сигнал температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для определения положения акселератора, изменяемого ногой 132; причем дополнительно или взамен, датчик положения соединен с ведущей шестерней коробки передач для определения заданного положения коробки передач по положению шестерни (которое может задаваться или не задаваться водителем автомобиля), датчика (не показан) детонации для определения возгорания остаточных газов; показания давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика 121 давления, связанного с впускным коллектором 44; показания давления наддува от датчика 122 давления, связанного с камерой 46 наддува; сигнал положения коленчатого вала от датчика 118 на эффекте Холла, связанного с коленчатым валом 40; показания массы воздуха, входящего в двигатель от датчика 120 (например, термоанемометра); датчика 116 температуры отработавших газов для определения температуры отработавших газов, приводящих в действие каталитический нейтрализатор 70 и соответственно, температуры, катализатора 70; и показания положения дроссельной заслонки от датчика 58. Для обработки контроллером 12 может также измеряться барометрическое давление (датчик не показан). В предпочтительном варианте настоящего изобретения датчик 118 положения коленчатого вала подает заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала, но которому рассчитывается частота вращения двигателя (RPM).
В некоторых вариантах осуществления, на автомобилях с гибридным приводом двигатель может быть совмещен с системой электромотора/аккумуляторной батареи. Привод гибридного автомобиля может быть устроен параллельно, последовательно или в вариантах сочетания этих конфигураций. Кроме того, в некоторых осуществлениях двигатель может быть и иным, например дизельным.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, включающий: такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. В цилиндр 30 поступает воздух по впускному коллектору 44 и поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится внизу цилиндра в конце своего хода (то есть когда объем камеры сгорания 30 максимален), специалистами в данной области техники характерно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия закрываются впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Поршень перемещается к головке цилиндра, сжимая при этом воздух внутри камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится в конце своего хода вверху цилиндра (то есть когда объем камеры сгорания 30 минимален), специалистами в данной области техники характерно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания вводится топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыснутое топливо поджигается известными средствами и способами, такими как свеча 92 зажигания, в результате чего происходит воспламенение. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в момент вращения вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 54, открывая отработавшей топливовоздушной смеси путь в выпускной канал 48, а поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что описание выше по тексту приведено только в качестве примера и что моменты открытия или закрытия клапанов могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или по-другому.
Система, показанная на Фиг.1, в некоторых условиях обеспечивает управление турбонагнетателем для снижения шума, производимого турбонагнетателем в процессе его работы. Система содержит: турбонагнетатель, соединенный с двигателем; перепускной клапан компрессора, размещенный вдоль по пути потока между входов и выходом компрессора турбонагнетателя; и контроллер, выполненный с возможностью открытия перепускного клапана компрессора для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя в условиях запуска из холодного состояния. В условия запуска из холодного состояния может включаться нахождение двигателя при температуре ниже порогового значения температуры. В одном примере температурой двигателя является температура хладагента двигателя, а пороговое значение составляет двадцать пять градусов по шкале Цельсия. В условиях запуска из холодного состояния двигатель входит в режим позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси для того, чтобы быстрее прогреть двигатель и каталитический нейтрализатор до нужной рабочей температуры. В частности, для увеличения количества производимого подогретого отработанного газа, который проходит через каталитический нейтрализатор, повышается объемный кпд и обогащается продукт горения. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси устанавливать более поздний момент зажигания свечей двигателя относительно установок момента зажигания на холостом ходу двигателя, в котором двигатель не прогрелся до температуры окружающего воздуха (например, при перезапуске из горячего состояния после стоп-старта на холостом ходу), после прокручивания и разгона двигателя до достижения стабильной частоты вращения, регулировать дроссельную заслонку для увеличения подачи воздуха к одному или нескольким цилиндрам двигателя относительно того положения дросселя, в котором он был в холостом режиме; и увеличивать количество топлива, впрыскиваемого в один или несколько цилиндров двигателя относительно количества топлива, которое впрыскивалось в холостом режиме двигателя. Следует понимать, что в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси контроллер может регулировать иные или дополнительные рабочие параметры без выхода за границы охвата настоящего изобретения.
Работа в условиях запуска из холодного состояния и в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси приводит к увеличению частоты вращения двигателя и расхода воздуха, что, в свою очередь приводит к увеличению частоты вращения ротора турбонагнетателя. Естественная разбалансировка вращающихся деталей и узлов возбуждает конструкцию двигателя и системы вывода отработавших газов, результатом чего является чрезмерное усиление шума. Для того, чтобы снизить уровень шума в условиях запуска из холодного состояния, контроллер открывает перепускной клапан компрессора. При открытом перепускном клапане турбонагнетатель вынужден накачивать больше воздуха, но с турбины снимается фиксированное количество работы, и частота вращения ротора турбонагнетателя снижается. Уменьшение частоты вращения ротора турбонагнетателя дает соответствующее ослабление шума.
В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью закрытия перепускного клапана компрессора для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на повышение температуры двигателя выше порогового значения. В одном примере пороговое значение температуры устанавливают примерно на температуру начала реакции каталитического нейтрализатора. После прогрева двигателя и каталитического нейтрализатора до приемлемой рабочей температуры, контроллер переходит из режима прогрева двигателя в режим готовности к началу движения. В режиме готовности к началу движения перепускной клапан компрессора закрывается для повышения частоты вращения ротора турбонагнетателя для подготовки к началу движения автомобиля в ответ на поступление запроса на ускорение. За счет увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя уменьшается турбояма турбонагнетателя при нажатии педали акселератора и трогание с места осуществляется быстрее. В режиме прогрева двигателя снижение шума от турбонагнетателя может быть более важным, так как автомобиль в холостом режиме работает относительно тихо. Кроме того, низка вероятность внезапного ускорения автомобиля, поэтому не столь важна высокая приемистость. С другой стороны, в режиме готовности к началу движения высокая приемистость может быть более важной по сравнению с малошумностью турбонагнетателя, так как более вероятно поступление запроса на ускорение, когда будет желательно быстро ускориться в ответ.
В некоторых осуществлениях контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан турбонагнетателя в ответ на запрос ускорения, превышающий пороговое значение ускорения. В одном примере пороговое значение ускорения установлено на существенно малое ускорение или на отсутствие ускорения. Как было указано выше, контроллер закрывает перепускной клапан компрессора в режиме подготовки к началу движения для обеспечения более высокой приемистости.
В некоторых осуществлениях контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан турбонагнетателя в ответ на получение входного сигнала переключения коробки передач на требуемое положение. Изменение уровня передачи может указывать на то, что автомобиль готовят к началу движения.
В некоторых вариантах осуществления компрессор открывает перепускной клапан компрессора, когда двигатель работает в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси, и закрывает перепускной клапан компрессора, когда двигатель переключается на другой режим работы. В других случаях, в течение работы двигателя в других режимах, алгоритм управления перепускным клапаном компрессора работает на выравнивание давления во впускной камере наддува в некоторых условиях, таких как резкое отпускание педали акселератора, когда дроссельная заслонка закрывается, а компрессор продолжает вращаться.
В некоторых осуществлениях система также включает в себя перепускной клапан турбины, расположенный вдоль по пути потока от входа до выхода турбины турбонагнетателя; и контроллер выполнен с возможностью открывать перепускной клапан компрессора и перепускной клапан турбины для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на существование условий запуска из холодного состояния. Кроме того, контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан компрессора и перепускной клапан турбины для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение температурой порогового значения. Контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан компрессора и перепускной клапан турбины для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на запрос ускорения, превышающий пороговое значение ускорения.
Плюс ко всему, система, показанная на Фиг.1, обеспечивает управление работой турбонагнетателя для ослабления шума, производимого работающим турбонагнетателем в некоторых условиях. Система включает в себя: турбонагнетатель, соединенный с двигателем, включающим в себя один или несколько цилиндров; перепускной клапан турбонагнетателя, расположенный вдоль по пути потока между входом и выходом компрессора турбонагнетателя или пути потока между входом и выходом турбины турбонагнетателя; дроссельную заслонку, расположенную ниже по потоку от выхода компрессора и перепускного клапана компрессора; а также включает в себя контроллер.
В некоторых вариантах осуществления, перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан компрессора, который расположен вдоль пути потока между входом и выходом компрессора. В некоторых вариантах осуществления, перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан турбины, который расположен вдоль по пути потока между входом и выходом турбины.
Контроллер выполнен с возможностью в первом режиме устанавливать более поздний момент зажигания двигателя, изменять положение дроссельной заслонки для увеличения подачи воздуха в один или несколько цилиндров, увеличивать количество топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров и открывать перепускной клапан турбонагнетателя для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя. Частота вращения ротора турбонагнетателя снижается для ослабления шума, производимого турбонагнетателем при его работе. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью, в первом режиме, срабатывать в ответ на понижение температуры ниже порогового значения температуры и на поступление запроса ускорения, который ниже порогового значения ускорения.
Кроме того, контроллер выполнен с возможностью, во втором режиме, закрывать перепускной клапан турбонагнетателя для повышения частоты вращения ротора турбонагнетателя. В некоторых вариантах осуществления, контроллер выполнен с возможностью устанавливать более ранний момент зажигания, изменять положение дроссельной заслонки для уменьшения подачи воздуха в один или несколько цилиндров, и уменьшать количество топлива, впрыскиваемого в один или несколько цилиндров относительно первого режима во втором режиме. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью переключаться из первого во второй режим работы в ответ на превышение температурой порогового значения температуры или в ответ на превышение запросом ускорения порогового значения ускорения.
На Фиг.2А и 2В показан способ 200 управления двигателем, включающим в себя турбонагнетатель. Точнее, способ 200 выполняется для управления работой перепускного клапана турбонагнетателя с целью ослабления шума, производимого работающим турбонагнетателем в некоторых условиях. В одном примере способ 200 может выполняться посредством инструкций контроллера 12 в системе, которая показана на Фиг.1. Более того, на основе способа 200 может быть осуществлена рабочая последовательность, иллюстрируемая Фиг.2А и 2В.
Согласно Фиг.2А, на этапе 202 способ 200 включает в себя определение условий работы двигателя. Условия работы двигателя, кроме всего прочего, могут включать в себя частоту вращения двигателя, количество воздуха в двигателе, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, требуемое ускорение или запрос ускорения, требуемый крутящий момент двигателя, температуру окружающего воздуха и давление окружающего воздуха.
На этапе 204 способ 200 включает в себя определение существования условий запуска из холодного состояния. В одном примере, условие запуска из холодного состояния может оцениваться по температуре двигателя. Например, условие запуска из холодного состояния может включать в себя температуру двигателя, которая ниже порогового значения температуры. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения условие запуска из холодного состояния оценивается по температуре хладагента двигателя, температуре каталитического нейтрализатора/системы выпуска отработавших газов, температуре окружающего воздуха, или по комбинации перечисленных параметров. В одном частном примере температура двигателя оценивается по температуре хладагента двигателя, а за пороговое значение температуры принято двадцать пять градусов по шкале Цельсия.
В одном примере условие запуска из холодного состояния описывает ситуацию, в которой автомобиль находится в состоянии холостого хода двигателя сразу же после разгона двигателя после прокручивания, причем двигатель работает относительно тихо и отсутствует запрос ускорения для начала движения автомобиля. Если определено, что существует условие запуска из холодного состояния, то способ 200 переходит к этапу 206. В противном случае способ 200 возвращается к выполнению других операций.
На этапе 206 способ 200 работает в первом режиме для прогрева двигателя в ответ на существование условий холодного запуска. В первом режиме работа двигателя перестраивается для более быстрого прогрева двигателя и каталитического катализатора до приемлемых рабочих температур. На этапе 208 способ 200 включает в себя установку более позднего момента зажигания двигателя. В одном примере выставляется более позднее зажигание относительно того, каким оно было в состоянии холостого хода двигателя, в котором двигатель не охладился до температуры окружающего воздуха (например, при перезапуске из горячего состояния после стоп-старта на холостом ходу), после запуска и разгона двигателя, когда стабилизировалась частота вращения двигателя. За счет более позднего зажигания и открытия дроссельной заслонки можно увеличить количество подогретого отработавшего газа, удаляемого через выпускной канал. Увеличенное количество подогретого отработавшего газа может проходить через каталитический катализатор для более быстрого прогрева каталитического катализатора.
На этапе 210 способ 200 включает в себя регулировку некоторого клапана для увеличения подачи воздуха в один или несколько цилиндров двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения для увеличения подачи воздуха в один или несколько цилиндров регулируется дроссельная заслонка. В некоторых вариантах осуществления для увеличения подачи воздуха в один или несколько цилиндров используется регулировка такта/высоты подъема впускного/выпускного клапана. В одном частном примере регулировка такта/высоты подъема впускного/выпускного клапана выполняется для обеспечения максимального потока/заряда воздуха в одном или нескольких цилиндрах для текущих рабочих условий. В одном примере клапан регулируется для увеличения потока воздуха относительно положения клапана и количественного расхода воздуха в условиях холостого хода (например, при перезапуске из горячего состояния после стоп-старта на холостом ходу). Путем регулировки клапанов с целью обеспечения повышенной подачи воздуха можно повысить объемный кпд двигателя с целью увеличения расхода подогретого отработавшего газа через каталитический катализатор для ускоренного прогрева упомянутого катализатора.
На этапе 212 способ включает в себя увеличение количества топлива, впрыскиваемого в один или несколько цилиндров двигателя. В одном примере осуществления количество впрыскиваемого топлива увеличивается относительно количества топлива, впрыскиваемого в условиях холостого хода (например, при перезапуске из горячего состояния после стоп-старта на холостом ходу). За счет увеличения количества впрыскиваемого топлива можно повысить химическую энергию отработавшего газа с целью ускоренного прогрева каталитического нейтрализатора.
В одном примере, установка более позднего момента зажигания, открытие дроссельной заслонки и увеличение количества впрыскиваемого топлива может относиться к работе в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси. В результате работы в данном режиме повышается частота вращения двигателя (например, до 1250 об/мин) и увеличивается подача воздуха, что приводит к увеличению частоты вращения ротора турбонагнетателя. Для того чтобы ослабить шум, исходящий от турбонагнетателя, работающего в режиме позднего зажигания и обогащения топливовоздушной смеси, на этапе 214 способ 200 включает в себя открытие одного или нескольких перепускных клапанов турбонагнетателя для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на существование условий запуска из холодного состояния.
В некоторых вариантах осуществления способ 200 на этапе 216 включает в себя открытие перепускного клапана компрессора для направления свежего воздуха в обход компрессора. В некоторых вариантах осуществления способ 200 на этапе 218 включает в себя открытие перепускного клапана турбины для направления отработавшего газа в обход турбины. В некоторых вариантах осуществления способ 200 включает в себя открытие перепускного клапана компрессора и перепускного клапана турбины. В некоторых вариантах осуществления первый перепускной клапан может открываться, когда двигатель достигает первого порогового значения частоты вращения, а второй перепускной клапан может открываться на втором пороговом значении частоты вращения двигателя, которое выше первого порогового значения частоты вращения двигателя. Путем открытия одного или нескольких перепускных клапанов турбонагнетателя воздух направляется в обход компрессора и/или отработавший газ направляется в обход турбины, что приводит к уменьшению частоты вращения ротора турбонагнетателя, и, следовательно, к ослаблению шума, производимого работающим турбонагнетателем.
Согласно иллюстрации Фиг.2В на этапе 220 способ 200 включает в себя определение того, превышает ли температура двигателя пороговое значение температуры. Пороговое значение температуры может быть установлено на приемлемую температуру прогрева двигателя. Дополнительно или взамен, способ может определять то, превышает ли температура каталитического нейтрализатора пороговое значение, установленное для упомянутого каталитического нейтрализатора. В одном примере осуществления за пороговую температуру может быть принята температура начала реакции каталитического нейтрализатора. Если определяется, что температура двигателя превышает пороговое значение температуры, то способ 200 переходит к этапу 224. В противном случае способ 200 возвращается на этап 220.
На этапе 222 способ 200 включает в себя определение того, превышает ли запрос ускорения пороговое значение ускорения. Пороговое значение ускорения может быть установлено на приемлемую величину запроса ускорения. В одном примере осуществления пороговое значение ускорения оценивается по положению педали акселератора, а пороговое значение ускорения установлено на положение педали, равное пяти процентам. Дополнительно или взамен, способ может определять то, превышает ли требуемый крутящий момент пороговое значение крутящего момента. Если определяется, что запрос ускорения превышает пороговое значение ускорения, то способ 200 переходит к этапу 224. В противном случае способ 200 возвращается на этап 222.
В некоторых вариантах осуществления способ 200 может выполнять этапы 220 и 222 параллельно. Например, способ 200 прекращает работу в первом режиме, если или температура или запрос ускорения превышают пороговые значения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, способ переключается из работы в первом режиме на работу во втором режиме в ответ на то, что или температура превышает пороговое значение, или запрос ускорения превышает пороговое значение.
Дополнительно или взамен, способ включает в себя определение того, задано ли правильное положение коробки передач. Например, заданное положение коробки передач может изменяться из положения "park" или положения "neutral" в положение "drive" или "reverse". В некоторых случаях команда изменения заданного положения коробки передач может получаться от водителя автомобиля. В случае если получено правильное заданное положение коробки передач, то способ 200 переходит к этапу 224. В противном случае способ возвращается к этапу 222.
На этапе 224 способ 200 включает в себя работу во втором режиме для подготовки к началу движения. Во втором режиме двигатель и каталитический нейтрализатор подогреты до необходимой рабочей температуры и/или быстрота начала движения автомобиля важнее ослабления шумности турбонагнетателя.
На этапе 226 способ 200 включает в себя установку более раннего момента зажигания свечей двигателя. Опережение зажигания может быть увеличено, если двигатель прогрет до приемлемой рабочей температуры.
На этапе 228 способ 200 включает в себя регулировку клапана(-ов) с целью уменьшения подачи воздуха в один или несколько цилиндров двигателя. В некоторых вариантах осуществления клапан(-ны) может включать в себя дроссельную заслонку и/или впускные/выпускные клапаны. Клапан регулируется с целью уменьшения подачи воздуха, если двигатель прогрет до приемлемой рабочей температуры.
На этапе 230 способ 200 включает в себя уменьшение количества топлива, впрыскиваемого в один или несколько цилиндров двигателя. Количество впрыскиваемого топлива может быть уменьшено, если двигатель прогрет до приемлемой рабочей температуры.
На этапе 232 способ 200 включает в себя закрытие перепускного клапана(-ов) турбонагнетателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения способ 200 включает в себя закрытие перепускного клапана компрессора. В некоторых вариантах осуществления изобретения способ 200 включает в себя закрытие перепускного клапана турбины. В вариантах осуществления изобретения, в которых оба клапана открыты в процессе работы в первом режиме, способ включает в себя закрытие обоих клапанов во втором режиме. Перепускные клапаны турбонагнетателя закрываются с целью подготовки автомобиля к началу движения путем увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя. При увеличении частоты вращения ротора турбонагнетателя может быть уменьшена турбояма, и быстрота начала движения автомобиля может быть выше. Более того, обычно после прогрева двигателя до приемлемой рабочей температуры возрастает вероятность запроса на ускорение, и готовность к началу движения становится более важной, чем ослабление шума турбонагнетателя.
Таким образом, способ 200 представляет собой способ управления двигателем с турбонагнетателем, включающий в себя: открытие перепускного клапана турбонагнетателя для уменьшения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на существование условий запуска из холодного состояния. В одном примере осуществления изобретения перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан компрессора. В другом примере перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан турбины. В одном примере условия запуска из холодного состояния включают в себя температуру двигателя, которая ниже порогового значения температуры. Способ также включает в себя: закрытие перепускного клапана турбонагнетателя с целью увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение температурой двигателя порогового значения температуры. Кроме того, условия запуска из холодного состояния включают в себя запрос ускорения, который ниже порогового значения ускорения. Способ также включает в себя: закрытие перепускного клапана турбонагнетателя для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение запросом ускорения пороговой величины ускорения. Способ также включает в себя: в условиях запуска из холодного состояния установку более позднего момента зажигания; регулировку дроссельного клапана на увеличение подачи воздуха в один или несколько цилиндров двигателя;
и увеличение количества топлива, впрыскиваемого в один или несколько цилиндров двигателя.
Лицами, обладающими средними познаниями в данной области техники, будет оценено то, что способы, описанные на Фиг.2А и Фиг.2 В, могут представлять один или любое количество алгоритмов расчета, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что указанные различные этапы или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не важен для выполнения задач, достижения характерных особенностей и преимуществ, описываемых здесь, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это не указано явным образом, но лицам, обладающим средними познаниями в данной области техники, будет очевидно, что один или несколько из иллюстрируемых этапов или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, один или несколько этапов могут быть пропущены без выхода за рамки охвата настоящего изобретения.
На Фиг.3 представлен график 300 изменения частоты вращения ротора турбонагнетателя в зависимости от различных состояний разных перепускных клапанов турбонагнетателя. Как было указано выше, частота вращения ротора турбонагнетателя прямо пропорциональна уровню шума, производимого работающим турбонагнетателем. Например, в определенном рабочем диапазоне, шум, производимый турбонагнетателем, усиливается при увеличении частоты вращения ротора турбонагнетателя. Аналогично, шум, генерируемый турбонагнетателем, ослабляется при уменьшении частоты вращения ротора турбонагнетателя. Линией 302 показана частота вращения ротора турбонагнетателя в ситуации, когда не открыто ни одного перепускного клапана турбонагнетателя. Линией 304 показана частота вращения ротора турбонагнетателя, когда открыт перепускной клапан компрессора. Линией 306 показана частота вращения ротора турбонагнетателя, когда открыт перепускной клапан турбины. Как показывают иллюстрации, частота вращения ротора турбонагнетателя уменьшается, когда открыт любой их двух перепускных клапанов - перепускной клапан компрессора или перепускной клапан турбины. Перепускной клапан компрессора снижает частоту вращения ротора турбонагнетателя до некоторой степени, в то время как регулятор давления наддува снижает частоту вращения ротора турбонагнетателя на значительную величину, которая заметно снижает уровень шума, производимого работающим турбонагнетателем. В некоторых случаях, хотя перепускной клапан турбины и дает большее снижение частоты вращения, вместо него могут открывать перепускной клапан компрессора. К примеру, системы, открывающие перепускной клапан турбины, могут быть дорогими, требующими новых принципов управления и калибровки.
В другом варианте осуществления способ управления двигателем включает в себя: для первого запуска двигателя из неподвижного состояния, в котором двигатель охладился до температуры окружающего воздуха, после прокручивания, разгона и стабилизации частоты вращения двигателя на первой повышенной частоте вращения холостого хода, - открытие перепускного клапана компрессора из закрытого состояния параллельно выполнению соответствующей регулировки положения дроссельной заслонки для поддержания повышенного расхода воздуха через двигатель при позднем зажигании и при вращении турбонагнетателя на первой частоте; и для второго запуска двигателя из неподвижного состояния, отличного от первого тем, что двигатель не охладился до температуры окружающего воздуха (например, при перезапуске из горячего состояния после стоп-старта на холостом ходу), после прокручивания, разгона и стабилизации частоты вращения двигателя на второй пониженной частоте холостого хода, -оставлении перепускного клапана компрессора в закрытом положении при параллельном изменении положения дроссельной заслонки с целью сохранения пониженного расхода воздуха (по сравнению с первым запуском двигателя) через двигатель с менее поздним зажиганием (например, с опережением зажигания или с установкой угла зажигания на пиковый крутящий момент) и при вращении турбонагнетателя на второй, более высокой частоте по сравнению с первой частотой вращения.
На этом описательная часть завершена. Ее прочтение специалистами в данной области техники стимулирует внесение многих изменений и модификаций, не выходящих за рамки замысла и охвата настоящего описания. Например, настоящее описание может быть с пользой применено на одноцилиндровых двигателях, а также на двигателях конфигураций I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16, работающих на природном газе, бензине, дизельном или альтернативном топливе.
1. Способ управления оснащенным турбонагнетателем двигателем, в котором открывают перепускной клапан турбонагнетателя для снижения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на наличие условий запуска из холодного состояния и закрывают перепускной клапан турбонагнетателя для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на получение сигнала переключения коробки передач в заданное положение.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан компрессора.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан турбины.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что условие запуска из холодного состояния включает в себя температуру двигателя, которая ниже порогового значения температуры, причем перепускной клапан турбонагнетателя открывают в условиях холостого хода двигателя непосредственно после разгона двигателя после прокручивания, при этом перепускной клапан турбонагнетателя дополнительно регулируют в ответ на положение коробки передач, заданное водителем транспортного средства.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закрывают перепускной клапан турбонагнетателя для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение температурой двигателя порогового значения.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закрывают перепускной клапан турбонагнетателя для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение запросом ускорения порогового значения.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в условиях запуска из холодного состояния устанавливают более поздний момент зажигания, регулируют дроссельную заслонку или такт впускного и/или выпускного клапана для увеличения подачи воздуха в один или более цилиндров двигателя и увеличивают количество топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров двигателя.
8. Система двигателя, содержащая турбонагнетатель, соединенный с двигателем, перепускной клапан компрессора, расположенный по потоку между входом и выходом компрессора турбонагнетателя, и контроллер, выполненный с возможностью открывать перепускной клапан компрессора для уменьшения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на наличие условий запуска из холодного состояния, при этом условие запуска из холодного состояния включает в себя температуру двигателя, которая ниже порогового значения температуры, и контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан компрессора для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на получение сигнала переключения коробки передач в заданное положение.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан компрессора для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение температурой двигателя порогового значения.
10. Система по п. 8, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью закрывать перепускной клапан компрессора для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на превышение запросом ускорения порогового значения.
11. Система по п. 8, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью в условиях запуска из холодного состояния устанавливать более поздний момент зажигания свечей двигателя, регулировать дроссельную заслонку для увеличения подачи воздуха в один или более цилиндров двигателя и увеличивать количество топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров двигателя.
12. Система по п. 8, отличающаяся тем, что содержит перепускной клапан турбины, расположенный по потоку между входом и выходом турбины турбонагнетателя, причем контроллер выполнен с возможностью открывать перепускной клапан компрессора и перепускной клапан турбины для уменьшения частоты вращения ротора турбонагнетателя в ответ на наличие условий запуска из холодного состояния.
13. Система двигателя, содержащая турбонагнетатель, соединенный с двигателем, включающим в себя один или более цилиндров, перепускной клапан турбонагнетателя, расположенный по потоку между входом и выходом компрессора турбонагнетателя или по потоку между входом и выходом турбины турбонагнетателя, дроссельную заслонку, расположенную ниже по потоку от выхода компрессора и перепускного клапана компрессора, контроллер, выполненный с возможностью в первом режиме устанавливать более поздний момент зажигания двигателя, регулировать дроссельную заслонку для увеличения подачи воздуха в один или более цилиндров, увеличивать количество топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров, и открывать перепускной клапан турбонагнетателя для уменьшения частоты вращения ротора турбонагнетателя и выполненный с возможностью во втором режиме закрывать перепускной клапан турбонагнетателя для увеличения частоты вращения ротора турбонагнетателя, причем перепускным клапаном турбонагнетателя является перепускной клапан компрессора, расположенный по потоку между входом и выходом компрессора.
14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью в первом режиме срабатывать в ответ на уменьшение температуры двигателя ниже порогового значения.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью переключаться из работы в первом режиме на работу во втором режиме в ответ на увеличение температуры двигателя выше порогового значения, или превышение запросом ускорения порогового значения, или изменение положения коробки передач на заданное положение.
