Способ и система управления рециркуляцией отработавших газов
Изобретение может быть использовано в системе управления рециркуляцией отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ эксплуатации осуществляется в двигателе (10), снабженном магистралью (73) рециркуляции отработавших газов (EGR), клапаном (39) EGR и кислородным датчиком (92). Способ заключается в том, что регулируют клапан (39) EGR и первую впускную дроссельную заслонку (82) в ответ на выходной сигнал кислородного датчика (92) для обеспечения требуемого количества EGR. Регулируют вторую впускную дроссельную заслонку (62) в ответ на выходной сигнал кислородного датчика (92) для поддержания требуемого крутящего момента. Раскрыт вариант способа эксплуатации двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в обеспечении требуемого потока EGR с сохранением крутящего момента двигателя. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам и системам управления рециркуляцией отработавших газов в системе двигателя.
Уровень техники
Для обеспечения соответствия строгим стандартам федерального правительства для выбросов отработавших газов, системы двигателей могут оснащаться системами рециркуляции отработавших газов (EGR), где, по меньшей мере, часть отработавшего газа рециркулирует к впуску двигателя. Системы EGR позволяют снизить выбросы отработавших газов и, в то же время, увеличить экономию топлива. В систему двигателя могут быть включены различные датчики, предназначенные для оценки потока EGR и управления количеством EGR, доставляемой к впуску двигателя.
Один пример такой системы EGR проиллюстрирован Tonetti и др. в патенте US 7,267,117. Здесь в воздухозаборник двигателя включается кислородный датчик, и, в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика, контроллер настраивается для регулировки положения клапана EGR таким образом, чтобы он обеспечивал требуемое количество EGR.
Однако авторы настоящего изобретения выяснили потенциальные проблемы, связанные с подобной системой. По причине распределенного положения клапанов EGR и дроссельных заслонок в таких системах двигателей, как система двигателя Tonetti, регулировки клапана EGR, осуществляемые в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, могут происходить относительно медленно и приводить к задержке при обеспечении требуемого потока EGR. Регулировки клапана EGR также могут становиться причиной кратковременных изменений крутящего момента, и может возникать необходимость в их компенсации. Задержки и недостатки потока EGR могут приводить к ухудшению эксплуатационных характеристик и увеличению вредных выбросов двигателя.
Раскрытие изобретения
Таким образом, в одном примере, некоторые из описанных выше проблем, по меньшей мере, частично могут быть решены способом эксплуатации двигателя, включающего магистраль EGR и кислородный датчик. В одном варианте осуществления способ может предполагать регулировку клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения требуемого количества EGR. Способ может дополнительно предусматривать регулировку второй впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для поддержания требуемого крутящего момента.
В одном примере, автомобильный двигатель может представлять собой форсированный двигатель, включающий турбокомпрессор, установленный между впуском двигателя и выпуском двигателя. Кроме того, форсированный двигатель может включать магистраль EGR, позволяющую осуществлять рециркуляцию отработавших газов (EGR). В одном примере магистраль EGR может представлять собой магистраль низкого давления (LP-EGR), сконфигурированную для отвода части отработавшего газа из выпускной системы двигателя ниже по потоку от турбины турбокомпрессора к впуску двигателя выше по потоку от компрессора турбокомпрессора. Клапан EGR может быть включен в магистраль EGR выше по потоку от компрессора для регулировки величины потока EGR, перенаправляемого через магистраль EGR к впуску двигателя. Первая впускная воздушная дроссельная заслонка, расположенная в магистрали впуска воздуха двигателя выше по потоку от компрессора, может регулироваться во взаимодействии с клапаном EGR с целью регулировки количества приточного (свежего) воздуха, который используется для разбавления отработавшего газа из магистрали EGR. Посредством регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки приточный воздух может смешиваться с отработавшим газом из магистрали EGR в точке смешивания во впускной магистрали, расположенной выше по потоку от компрессора, для обеспечения требуемого разбавления EGR и требуемого потока EGR.
Процентное разбавление потока EGR в точке смешивания и ниже по потоку от нее может быть выполнено на основе выходного сигнала кислородного датчика, расположенного в газовом потоке впуска двигателя ниже по потоку от точки смешивания клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки, и выше по потоку от второй, главной впускной дроссельной заслонки. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью оценивать процентное разбавление на основе обратной связи из выходного сигнала кислородного датчика с использованием модели, которая учитывает задержки в распространении разбавления потока EGR от точки смешивания к точке впуска двигателя. Например, модель может компенсировать относительно длительные задержки между приведением в действие клапана EGR (и первой дроссельной заслонки) и наблюдаемыми кислородным датчиком изменениями в концентрации разбавления.
Таким образом, основываясь на выходном напряжении кислородного датчика, можно определить количество доступной EGR (скорость потока, количество, разбавление и т.д.). Количество требуемой EGR также может быть определено на основе условий эксплуатации двигателя. Тогда для того, чтобы обеспечить требуемое количество EGR, контроллер двигателя может регулировать клапан EGR и первую впускную воздушную дроссельную заслонку в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, например, на основе информации обратной связи о доступном количестве EGR, выведенной из выходного сигнала кислородного датчика, и упреждающей информации о положении клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки. В одном примере регулировка может включать в себя, в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, указывающий на то, что разбавление EGR выше порогового значения, закрывание клапана EGR, чтобы обеспечить меньшее количество отработавших выхлопных газов в EGR, и, в то же время, открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки для увеличения количества подачи приточного воздуха, разбавляющего EGR. Регулировки клапана EGR могут быть скоординированы, например одновременно или последовательно, с регулировками первой впускной воздушной дроссельной заслонки. В одном примере, когда клапан EGR открывается, первая впускная дроссельная заслонка может одновременно пропорционально закрываться. В другом примере первая впускная воздушная дроссельная заслонка может начать закрываться только после того, как клапан EGR пройдет пороговое положение. В других примерах регулировки могут быть модифицированы на основе позиционных ограничений клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки. Например, когда клапан EGR ограничен или находится в нелинейной рабочей области, требуемый поток EGR может в значительной степени контролироваться первой впускной воздушной дроссельной заслонкой, а когда первая впускная воздушная дроссельная заслонка ограничена или находится в нелинейной рабочей области, требуемый поток EGR может в значительной степени контролироваться клапаном EGR. Таким образом, корректируя клапан EGR и первую впускную воздушную дроссельную заслонку в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, можно добиться более быстрого и точного управления потоком EGR.
Более того, регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки могут быть скоординированы с регулировками второй главной впускной дроссельной заслонки, расположенной ниже по потоку от первой впускной воздушной дроссельной заслонки, для уменьшения кратковременных нарушений крутящего момента, возникающих в результате регулировок клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки. В частности, вторая главная впускная дроссельная заслонка может регулироваться в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для поддержания требуемого крутящего момента. В одном примере регулировка второй главной впускной дроссельной заслонки может следовать за регулировкой клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки с временной задержкой, компенсирующей задержки распространения.
Таким образом, регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки могут быть быстро и точно скоординированы для обеспечения требуемого количества EGR, в то время как регулировки главной впускной дроссельной заслонки могут использоваться для обеспечения требуемого крутящего момента даже в ходе регулировок клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки. Кроме того, может быть усовершенствовано управление и координация распределенных клапанов и дроссельных заслонок. При использовании регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки для обеспечения требуемого потока EGR, регулировки потока EGR становятся возможны даже тогда, когда один из исполнительных механизмов ограничен или находится в нелинейной рабочей области. Кроме того, используя выходной сигнал единственного кислородного датчика для выполнения всех регулировок, можно снизить потребность в использовании множества датчиков (таких как расходомеры воздуха, датчики соотношения отработанного воздуха и топлива, датчики давления и т.д.) при определении разбавления EGR, что, таким образом, обеспечивает выгоды, связанные со снижением количества компонентов и снижением издержек, без ухудшения точности системы.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание предусмотрено для представления в упрощенной форме выборки концепций, которые описаны ниже в подробном описании. Оно не подразумевается как идентифицирующее ключевые или существенные признаки заявленного объекта изобретения, объем которого определяется единственно формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается реализациями, которые преодолевают любые недостатки, отмеченные выше или в любой из частей данного раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 приведено схематическое изображение двигателя и связанной с ним системы рециркуляции отработавших газов.
На Фиг. 2 представлена высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая алгоритм, который может быть реализован для выполнения регулировок клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал впускного кислородного датчика, согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 3-4 представлены иллюстративные подходы к управлению разбавлением EGR.
На Фиг. 5 представлена высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая алгоритм выбора регулировки клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки для обеспечения требуемого уровня полномочий управления EGR.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам управления разбавлением отработавших газов с целью рециркуляции отработавших газов на основе выходного сигнала впускного кислородного датчика. Как показано на Фиг. 1, форсированный двигатель может оснащаться системой рециркуляции отработавших газов (EGR) низкого давления, которая может включать клапан EGR, предназначенный для регулировки количества отработавшего газа, рециркулирующего во впуск двигателя. Двигатель дополнительно может включать несколько впускных дроссельных заслонок, включающих, по меньшей мере, первую и вторую впускные дроссельные заслонки, связанные с впуском двигателя, при этом дроссельные заслонки сконфигурированы для регулировки количества приточного воздуха, направляемого во впуск двигателя. В частности, первая входная воздушная дроссельная заслонка может регулировать количество приточного воздуха, разбавляемого отработавшим газом в потоке EGR, в то время как вторая главная впускная дроссельная заслонка, расположенная ниже по потоку от первой впускной воздушной дроссельной заслонки и клапана EGR, может регулировать течение газового потока, входящего во впуск двигателя. Кислородный датчик, связанный с впуском двигателя, может быть сконфигурирован для оценки содержания кислорода в потоке впускаемого газа и для вывода о величине потока EGR. Как показано на Фиг. 2, контроллер двигателя может делать вывод о процентном разбавлении потока EGR на основе выходного сигнала кислородного датчика с использованием модели, которая учитывает распространение разбавления EGR от точки смешивания, расположенной ниже по потоку от клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки. Затем контроллер, для обеспечения требуемого потока EGR, может выполнять регулировки клапана и первой впускной дроссельной заслонки. Как показано на Фиг. 3, 4, для обеспечения требуемого разбавления EGR в двигателе могут быть использованы различные подходы. Как показано на Фиг. 5, система управления двигателем может осуществлять выбор подхода из имеющихся вариантов на основе требуемого уровня полномочий управления EGR. Контроллер двигателя также может регулировать вторую главную впускную дроссельную заслонку на основе выходного сигнала кислородного датчика с целью компенсации возмущений крутящего момента, возникающих в результате регулировок клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки. Таким образом, регулировки клапана EGR и дроссельной заслонки могут быть лучше скоординированы для более быстрого и точного обеспечения требуемого количества EGR с сохранением требуемого крутящего момента. Кроме того, используя выходной сигнал единственного кислородного датчика для вывода о разбавлении EGR и выполнения регулировок, могут достигаться выгоды, связанные со снижением количества компонентов без влияния на точность системы.
На Фиг. 1 приведено схематическое изображение системы автомобиля 6. Система автомобиля 6 включает систему двигателя 8, включающую двигатель 10, связанный с системой снижения токсичности отработавших газов 22. Двигатель 10 включает несколько цилиндров 30. Двигатель 10 дополнительно включает впуск 23 и выпуск 25. Впуск 23 может получать приточный воздух из атмосферы через впускную магистраль 42. Впускная магистраль 42 может включать первую впускную воздушную дроссельную заслонку 82, сконфигурированную для регулировки количества приточного воздуха, получаемого через впускную магистраль 42. Впуск 23 также может включать вторую главную впускную дроссельную заслонку 62, связанную с возможностью переноса текучих сред с впускным коллектором двигателя 44 посредством впускной магистрали 42. Вторая впускная дроссельная заслонка 62 может располагаться ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки 82 и выполнена с возможностью регулировки течения впускного газового потока, входящего во впускной коллектор двигателя 44. Выпуск 25 включает выпускной коллектор 48, ведущий к выпускной магистрали 45, которая направляет отработавший газ в атмосферу через выхлопную трубу 35.
Двигатель 10 может представлять собой форсированный двигатель, включающий устройство нагнетания воздуха, такое как турбокомпрессор 50. Турбокомпрессор 50 может включать компрессор 52, расположенный во впускной магистрали 42, и турбину 54, расположенную в выпускной магистрали 45. Компрессор 52 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие турбиной 54 через вал 56. Количество нагнетаемого воздуха, обеспечиваемого турбокомпрессором, может изменяться контроллером двигателя. Ниже по потоку от компрессора 52 во впускную магистраль может быть включен необязательный последующий охладитель нагнетаемого воздуха 84, предназначенный для снижения температуры впускного воздуха, сжатого турбокомпрессором. В частности, последующий охладитель 84 может быть расположен ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки 82 и выше по потоку от второй впускной дроссельной заслонки 62 или может быть встроен во впускной коллектор 44.
Система снижения токсичности отработавших газов 22, связанная с выпускной магистралью 45, может включать в себя одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов 70, установленных в тесно связанных положениях в выпуске. Одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов могут представлять собой сажевый фильтр, катализатор избирательного каталитического восстановления (SCR), трехкомпонентный нейтрализатор, уловитель, снижающий содержание NOx в отработавшем газе, окислительный нейтрализатор и т.д. Устройства снижения токсичности отработавших газов могут располагаться выше по потоку и/или ниже по потоку (как изображено) от турбины 54 в выпускной магистрали 45.
Двигатель 10 также может включать в себя одну или несколько магистралей рециркуляции отработавших газов (EGR), предназначенных для рециркуляции, по меньшей мере, части отработавшего газа из выпускной магистрали 45 во впускную магистраль 42. Например, двигатель может включать в себя систему EGR низкого давления 72 (LP-EGR) с магистралью LP-EGR 73, связывающей выпуск двигателя ниже по потоку от турбины 54 с впуском двигателя выше по потоку от компрессора 52. Система LP-EGR 72 может эксплуатироваться в таких условиях, как присутствие нагнетания воздуха турбокомпрессором и/или тогда, когда температура отработавших газов превышает пороговое значение. Кроме того, путем регулировки первой впускной дроссельной заслонки 82, система LP-EGR 72 может эксплуатироваться в таких условиях, как отсутствие нагнетания воздуха турбокомпрессором или присутствие низких уровней нагнетания воздуха. Клапан EGR 39, расположенный в магистрали LP-EGR 73 выше по потоку от компрессора, может быть сконфигурирован для регулировки количества и/или расхода отработавшего газа, отводимого через магистраль EGR. Магистраль LP-EGR 73 также может содержать охладитель LP-EGR 74, расположенный выше по потоку или ниже по потоку от клапана EGR 39 (здесь изображен ниже по потоку от клапана EGR 39), и предназначенный для понижения температуры отработавшего газа, который рециркулирует во впуск двигателя. В данной конфигурации магистраль EGR может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивать EGR низкого давления, и клапан EGR 39 может представлять собой клапан LP-EGR. В альтернативные варианты осуществления изобретения также может быть включена система EGR высокого давления (HP-EGR, не показана), в которой магистраль НР-EGR может конфигурироваться для отвода, по меньшей мере, части отработавшего газа из выпуска двигателя выше по потоку от турбины во впуск двигателя ниже по потоку от компрессора.
В некоторых вариантах осуществления внутри магистрали LP-EGR 73 могут располагаться один или несколько датчиков, обеспечивающих индикацию одного или более из давления, температуры и соотношения воздух-топливо отработавшего газа, рециркулирующего через магистраль LP-EGR. Отработавший газ, отводимый через магистраль LP-EGR 73, может разбавляться впускным приточным воздухом в точке смешивания 90, расположенной на стыке магистрали LP-EGR 73 и впускной магистрали 42. В частности, корректируя клапан EGR 39 согласованно с первой впускной воздушной дроссельной заслонкой 82 (расположенной в магистрали впуска воздуха впуска двигателя выше по потоку от компрессора), можно регулировать разбавление потока EGR.
Процентное разбавление потока EGR в точке смешивания 90 и ниже по потоку от нее может быть выполнено на основании выходного сигнала кислородного датчика 92, расположенного ниже по потоку от точки смешивания в газовом потоке впуска двигателя. В частности, кислородный датчик 92 может располагаться ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки 82, ниже по потоку от клапана EGR 39 и выше по потоку от второй главной впускной дроссельной заслонки 62 так, чтобы можно было точно определять разбавление EGR возле главной впускной дроссельной заслонки или поблизости от нее. Кислородный датчик 92 может представлять собой, например, датчик UEGO. Как детально показано на Фиг. 2, контроллер двигателя может оценивать процентное разбавление потока EGR на основе отклика кислородного датчика 92 с использованием модели, которая учитывает задержки при распространении разбавления потока EGR от точки смешивания 90 к впускному коллектору 44. Например, модель может компенсировать относительно длительные задержки между приведением в действие клапана EGR и изменениями в концентрации разбавления, наблюдаемыми возле кислородного датчика 92. Контроллер может затем регулировать клапан EGR 39 и первую впускную воздушную дроссельную заслонку 82, обеспечивая требуемое разбавление EGR, как детально показано на основании Фиг. 3 и 4. При использовании модели компенсации задержек чувствительность системы к выходному сигналу кислородного датчика может быть значительно увеличена. В одном примере компенсация задержек может позволить ускорить отклик системы в 2-5 раз.
Двигатель 10 может, по меньшей мере, частично управляться системой управления 14, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от оператора транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система управления 14 сконфигурирована для приема информации от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых здесь описаны) и отправки управляющих сигналов нескольким исполнительным механизмам 81. В качестве примера, датчики 16 могут представлять собой датчик кислорода в отработавших газах 126, связанный с выпускным коллектором 48, датчик температуры отработавшего газа 128 и датчик давления отработавшего газа 129, расположенные ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов 70 в выхлопной трубе 35, кислородный датчик 92, подключенный выше по потоку от основного впускного дросселя 62, и различные датчики (не показаны) в магистрали LP-EGR 73. Различные датчики отработавших газов, такие как датчики твердых частиц (РМ), датчики оксидов азота (NOx), кислородные датчики, датчики аммиака, датчики углеводородов и т.д., также могут быть установлены в выпускной магистрали 45 ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов 70. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, соотношения воздух/топливо и состава, могут устанавливаться в различных местах системы двигателя 6. В качестве другого примера, исполнительные механизмы 81 могут включать в себя топливный инжектор 66, клапан EGR 39, первую впускную воздушную дроссельную заслонку 82 и главную впускную дроссельную заслонку 62. Другие исполнительные механизмы, такие как различные дополнительные клапаны и дроссельные заслонки, могут устанавливаться в различных местах системы двигателя 6. Контроллер 12 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, основываясь на командах или кодах, запрограммированных в нем и соответствующих одному или нескольким алгоритмам. Пример алгоритма управления приведен здесь в отношении Фиг. 2.
Теперь обратимся к Фиг. 2, на которой показан иллюстративный алгоритм 200 выполнения регулировок клапана EGR, первой впускной воздушной дроссельной заслонки и главной впускной дроссельной заслонки для обеспечения требуемого разбавления и потока EGR с сохранением требуемого крутящего момента.
На этапе 202 оцениваются и/или измеряются условия эксплуатации двигателя. Эти условия могут включать в себя, например, скорость вращения двигателя, требуемый водителем крутящий момент, температуру охлаждающей жидкости двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, положение изменяемой синхронизации кулачка VCT, абсолютное давление воздуха в коллекторе (MAP), барометрическое давление (BP), температуру воздуха в коллекторе (МАТ) и т.д. На этапе 204, на основе оценки условий эксплуатации и требуемого крутящего момента, определяется требуемое количество EGR (EGR_ref). Этот этап может включать в себя определение требуемого процентного разбавления EGR на основании скорости, нагрузки, температуры двигателя и других условий эксплуатации двигателя. На этапе 206 может быть получен сигнал впускного кислородного датчика. На этапе 208 на основе выходного сигнала кислородного датчика может быть определено доступное разбавление EGR (EGR_%). В одном примере, выходной сигнал датчика может быть получен в виде напряжения датчика. Напряжение датчика может являться мерой концентрации кислорода в потоке газа на впуске. Тогда, основываясь на концентрации кислорода, может быть определено процентное разбавление EGR в потоке газа на впуске, то есть соотношение приточного воздуха и рециркулирующего отработавшего газа в потоке газа на впуске.
На этапе 210 на основе фактического и требуемого воздушного потока, EGR_ref, и условий эксплуатации двигателя, таких как температура воздуха, барометрическое давление, оценочная температура EGR, давление ниже по потоку от охладителя EGR и др., может быть определено упреждающее положение первой воздушной дроссельной заслонки и клапана EGR. На этапе 212 может быть вычислена регулировка обратной связи, требуемая для осуществления совпадения имеющегося разбавления EGR (EGR_%) с требуемым EGR (EGR_ref). Как подробно описано на основании Фиг. 3, 4, регулировка обратной связи может быть определена на основе выходного сигнала кислородного датчика с использованием пропорционально-интегрального (ПИ) регулирования и компенсации задержек, что, таким образом, позволяет контроллеру двигателя быстрее давать отклик на выходной сигнал кислородного датчика, несмотря на относительно длительные задержки подачи и распространения EGR. Модель компенсации задержек может основываться на поведении концентраций кислорода при переходном режиме в потоке EGR вдоль магистрали впуска воздуха между точкой смешивания и кислородным датчиком в ответ на изменения в действиях клапана EGR и/или первой впускной воздушной дроссельной заслонки. В одном примере модель компенсации задержек может представлять собой модифицированную версию предиктора Смита. Сами по себе предикторы Смита могут использоваться для линейных каналов типа один датчик/один исполнительный механизм. Модификации, внесенные в данном описании в предиктор Смита для определения разбавления и подачи EGR, могут учитывать работу с двумя нелинейными исполнительными механизмами (в данном случае, с клапаном EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонкой), а также предотвращать двойной учет регулировки, необходимой для отклика на изменение в разбавлении EGR через каналы обратной связи и упреждения.
На этапе 214 на основе выходного сигнала ПИ-контроллера могут быть определены регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки. В частности, на основе выходного сигнала (y) ПИ-контроллера и типа необходимого управляющего действия (как, например, должна регулировка представлять собой последовательное, одновременное или попеременное управляющее действие) могут быть определены регулировка первой впускной воздушной дроссельной заслонки (u1) и регулировка клапана EGR (u2).
На Фиг. 3 показан иллюстративный подход 300 к управлению разбавлением и подачей EGR. Используя управление посредством обратной связи от кислородного датчика наряду с компенсацией задержек, смоделированной на распространении разбавления, можно определить процентное разбавление газового потока на впуске, и, основываясь на разности между процентным разбавлением и необходимым упреждающим количеством EGR, можно выполнить регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки для обеспечения требуемого потока EGR.
Как подробно описывалось ранее, требуемое разбавление EGR, EGR_ref 302, может определяться на основе условий эксплуатации двигателя и требований водителя и обрабатываться путем фильтрации. Упреждающее положение клапана EGR, EGR_valve_feedfwd 312, и упреждающее положение первой впускной воздушной дроссельной заслонки, AIT_feedfwd 310, также могут определяться на основе воздушного потока (фактического или требуемого), EGR_ref, и условий эксплуатации двигателя, таких как температура воздуха, барометрическое давление, оценочная температура EGR, давление ниже по потоку от охладителя EGR и т.д.
Доступное разбавление EGR (EGR_%) 304 может определяться на основе выходного сигнала кислородного датчика с компенсацией задержек 306, учитывающей распространение разбавления. В одном примере может быть использована относительно простая модель, основанная на транспортной (временной) задержке и низкочастотном фильтре первого порядка, описывающего динамику смешивания. Задержка и постоянная времени фильтра как таковые могут зависеть от условий эксплуатации двигателя. В одном примере, когда скорость вращения двигателя составляет 2500 об/мин, и нагрузка двигателя составляет 7 бар ВМЕР, задержка составляет 0,34 с, а постоянная времени составляет 0,25 с.
Затем на этапе ПИ-регулирования 308 ПИ-контроллером на основе сравнения EGR_ref 302 и EGR_% 304 вычисляется регулировка обратной связи y. В частности, регулировка обратной связи y может быть вычислена для обеспечения соответствия фактического разбавления EGR на главной впускной дроссельной заслонке требуемому разбавлению EGR. После сравнения регулировка обратной связи у может быть преобразована в команды u1 и u2, представляющие действия двух исполнительных механизмов, а именно клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки соответственно. Например, в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, указывающий на то, что разбавление EGR превышает пороговое значение, регулировка исполнительных органов может включать в себя закрывание клапана EGR и открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки.
В одном примере модель компенсации задержек, используемая ПИ-контроллером, может представлять собой модифицированную версию предиктора Смита, где модификации, введенные в предиктор Смита с целью определения разбавления и подачи EGR, могут учитывать работу с двумя нелинейными исполнительными механизмами (в данном случае, с клапаном EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонкой), а также предотвращать двойной учет регулировки, необходимой для отклика на изменение разбавления EGR через каналы обратной связи и упреждения. Таким образом, модель компенсации задержек может учитывать изменения в разбавлении и распространении EGR от количества, оцененного в точке смешивания приточного воздуха и рециркулирующего отработавшего газа (точка смешивания 90, изображенная на Фиг. 1), до количества, полученного на впуске двигателя (оцениваемого впускным кислородным датчиком).
Возвращаясь к Фиг. 2, на этапе 214 для преобразования выходного сигнала ПИ-контроллера (y) в действия двух исполнительных механизмов, клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки, могут использоваться различные подходы. В одном примере регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки могут быть одновременными. В этом случае регулировки могут включать в себя пропорциональное открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки по мере закрывания клапана EGR, или пропорциональное открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки по мере закрывания клапана EGR. В одном примере команда первой впускной воздушной дроссельной заслонки u1 и команда клапана EGR u2 могут быть определены как:
u1=f1(desired_air, desired_egr, BP)-KAITy
u2=f2(desired_air, desired_egr, BP)+KEGRy
где BP - барометрическое давление. Здесь члены, содержащие y, могут иметь различные знаки для того, чтобы обеспечить перемещение клапана EGR в противоположном направлении относительно первой впускной воздушной дроссельной заслонки. Т.е. один из органов закрывается по мере открывания второго или vice versa. Коэффициенты KAIT и KEGR могут быть заданы вместе с требуемым EGR, однако также могут использоваться и другие параметры, указывающие на условия эксплуатации, такие как воздушный поток или скорость вращения двигателя. Обе команды обратной связи как таковые могут быть усечены или подвергнуты фильтрации для того, чтобы они оставались в пределах требуемого интервала. Например, команды обратной связи для исполнительных механизмов могут ограничиваться первым нижним пороговым значением и вторым верхним пороговым значением.
В другом примере регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки могут взвешиваться. Например, регулировка клапана EGR может иметь первый, больший вес, в то время как регулировка первой впускной воздушной дроссельной заслонки может иметь второй, меньший вес. В одном примере для того, чтобы придать клапану EGR доминирующую роль (больший вес) в обеспечении требуемого разбавления или концентрации кислорода, при вычислении команды первой впускной воздушной дроссельной заслонки u1 может использоваться низкочастотная фильтрация выходного сигнала ПИ-контроллера y. В особенности, это может также помочь уменьшить возмущения, вносимые первой впускной воздушной дроссельной заслонкой в управление главной впускной дроссельной заслонкой. В настоящем документе команду первой впускной воздушной дроссельной заслонки u1 можно определить как:
В другом примере регулировки могут быть последовательными, когда первая впускная воздушная дроссельная заслонка приводится в действие только после того, как клапан EGR достигнет заранее заданного положения, выйдет за пределы полномочий управления или войдет в нелинейную область вблизи завершения его перемещения. Т.е. регулировка первой впускной воздушной дроссельной заслонки может следовать за регулировкой клапана EGR, а также может быть основана на положении клапана EGR в ходе регулировки клапана EGR. Например, открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки может включать в себя открывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки после того, как клапан EGR пересечет пороговое положение. Стратегию запуска можно определить как:
если u2>α ИЛИ u2<β, тогда
u1=f1{desired_air, desired_egr, BP)-KAITy
иначе
u1=f1(desired_air, desired_egr, BP),
где α - нахождение в открытом положении или рядом с открытым положением, β - нахождение в закрытом положении или рядом с закрытым положением.
Так, в одном примере регулировка первой впускной дроссельной заслонки может включать в себя упреждающую (заблаговременную) регулировку первой впускной дроссельной заслонки до того, как клапан EGR войдет в пороговое положение или будет находиться в пределах линейной рабочей области, и регулировку первой впускной дроссельной заслонки посредством обратной связи после того, как клапан EGR пройдет пороговое положение или выйдет за пределы линейной рабочей области (т.е. когда клапан EGR будет находиться в нелинейной рабочей области). Кроме того, регулировка первой впускной дроссельной заслонки посредством обратной связи может быть ограничена направлением, которое дополняет полномочия клапана EGR. По существу, перед пороговым положением и/или в пределах линейной рабочей области клапан EGR может иметь большие полномочия управления потоком EGR. Для сравнения, после прохождения порогового положения и/или за пределами линейной рабочей области (т.е. в нелинейной рабочей области) клапан EGR может иметь менее высокие полномочия управления потоком EGR. В этих условиях первая впускная дроссельная заслонка может регулироваться так, чтобы она имела большие полномочия управления потоком EGR.
Если обратная связь с первой впускной воздушной дроссельной заслонкой приведена в действие, она может быть отключена тогда, когда команда клапана EGR дальше от ее конечных точек (чем α и β) во избежание циклического включения и выключения цепей обратной связи и для того, чтобы подтолкнуть функционирование клапана EGR к середине его рабочего интервала. Стратегия отключения может быть определена как:
если u2<(α-а) И u2>(β+b), тогда
u1=f1(desired_air, desired_egr, BP).
Так, в одном примере регулировка может включать в себя запуск первой впускной дроссельной заслонки тогда, когда клапан EGR располагается перед пороговым положением (или в пределах первой, линейной рабочей области), и выключение первой впускной дроссельной заслонки тогда, когда клапан EGR располагается в пороговом положении или находится за пороговым положением (или в пределах второй, нелинейной рабочей области).
Еще в одном примере, как подробно описано на Фиг. 4, регулировки первой впускной воздушной дроссельной заслонки и клапана EGR могут выполняться так, чтобы доставлялось требуемое значение давления. Значение давления может представлять собой, например, требуемое давление на впуске компрессора или требуемое разрежение, т.е. перепад давления на первой впускной дроссельной заслонке, в системе впуска воздуха низкого давления, в магистрали EGR низкого давления или на клапане EGR. По существу, система впуска воздуха низкого давления относится к части системы впуска воздуха выше по потоку от компрессора, включая первую впускную воздушную дроссельную заслонку и любые впускные воздушные фильтры. Таким образом, в одном примере регулировка первой впускной дроссельной заслонки может включать в себя регулировку первой впускной дроссельной заслонки так, чтобы поддерживался пороговый перепад давления на клапане EGR или в магистрали EGR низкого давления. В другом примере регулировка первой впускной дроссельной заслонки может включать в себя регулировку первой впускной дроссельной заслонки так, чтобы поддерживалось пороговое значение давления на компрессоре турбокомпрессора. Подобная стратегия децентрализованного управления может использоваться для регулировок первой впускной воздушной дроссельной заслонки, которые будут всегда обеспечивать присутствие на клапане EGR достаточного перепада давления (например, превышающего пороговое значение), и, таким образом, для предоставления клапану EGR полномочий для обеспечения требуемого EGR.
Обратимся к Фиг. 4, на которой показан пример подхода 400 к управлению разбавлением и обеспечением EGR, основанный на требуемом значении давления. Здесь требуемое давление на впуске компрессора, или перепад давления, pressure_ref 402, может определяться на основе требуемого воздушного потока (air flow_ref) и требуемого разбавления EGR, EGR_ref. ПИ-контроллер может выполнять ПИ-регулирование 406 путем сравнения требуемого значения давления, pressure_ref 402, с измеренным или оценочным давлением, pressure_meas 404, с целью определения команды первой впускной воздушной дроссельной заслонки u1. Для определения команды первой впускной дроссельной заслонки u1 и команды клапана EGR и2 могут использоваться данные об упреждающем положении первой впускной воздушной дроссельной заслонки и положении клапана EGR.
Следует понимать, что, несмотря на то, что вышеприведенные примеры иллюстрируют команды, основанные на ПИ-регулировании обратной связи, в альтернативных вариантах осуществления изобретения вместо или наряду с ПИ-регулированием для выполнения команды обратной связи могут использоваться и другие способы управления.
Возвращаясь к Фиг. 2, еще в одном примере регулировки, определяемые на этапе 214, могут включать в себя регулировку первой впускной воздушной дроссельной заслонки только упреждающей командой с адаптацией, учитывающей медленные изменения давления, такие как медленно изменяющиеся падения давления, в системах впуска воздуха или выпуска отработавших газов. В одном примере такие изменения давления могут возникнуть из-за засорившегося или загрязненного воздушного фильтра в системе впуска воздуха. Адаптации упреждающей команды могут основываться, например, на разности между ожидаемой или смоделированной командой клапана EGR и фактической командой клапана EGR в установившемся режиме. В альтернативном варианте адаптация может основываться на разности между долговременными средними для ожидаемой и фактической команд клапана EGR при применении клапана EGR. Этот подход позволяет клапану EGR находиться в линейном рабочем диапазоне в течение срока службы транспортного средства и, в то же время, позволяет минимизировать возмущения, вносимые первой впускной воздушной дроссельной заслонкой в управление главной впускной дроссельной заслонкой, а также обеспечение крутящего момента.
В одном примере указанный подход, заключающийся в использовании упреждающей регулировки первой впускной воздушной дроссельной заслонки, может использоваться в сочетании с последовательной регулировкой первой впускной воздушной дроссельной заслонки и клапана EGR, где упреждающая регулировка первой впускной воздушной дроссельной заслонки запускается только тогда, когда клапан EGR выходит за пределы полномочий управления или входит в нелинейную область. Указанный комбинированный подход может позволить системе компенсировать относительно быстрые изменения условий, например связанные с попаданием снега.
Еще в одном примере клапан EGR может регулироваться только упреждающей командой или устанавливаться в фиксированное положение, в то время как первая впускная воздушная дроссельная заслонка для обеспечения требуемого количества EGR управляется командой обратной связи, основывающейся на выходном сигнале ПИ-контроллера (y). Следовательно, регулировка может включать в себя упреждающую регулировку клапана EGR и, в то же время, обеспечивающую требуемое количество EGR регулировку первой впускной дроссельной заслонки посредством обратной связи.
Еще в одном примере регулировки могут модифицироваться в случае, если первичный исполнительный механизм ограничен. В одном примере первичным исполнительным механизмом может являться клапан EGR, который может оказаться неспособен доставить требуемое количество EGR из-за насыщения. В этом случае, управление EGR и требуемый поток EGR могут быть достигнуты путем использования другого исполнительного механизма, в данном случае, первой впускной воздушной дроссельной заслонки. Команды исполнительного механизма можно определить как:
если u2>α, тогда
u1=f1(desired_air, desired_egr, BP)-KAITy
u2=min(α,f2(desired_air, desired_egr, BP)+KEGRy)
иначе
u1=f1(desired_air, desired_egr, BP)
u2=f2(desired_air, desired_egr, BP)+KEGRy),
где α - нахождение в открытом положении или рядом с открытым положением.
В одном примере при первом условии, когда клапан EGR ограничен, для обеспечения требуемого количества EGR регулировка может включать в себя удерживание клапана EGR в первом положении при регулировке первой впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал кислородного датчика. При втором условии, когда ограничена первая впускная дроссельная заслонка, для обеспечения требуемого количества EGR регулировка также может включать в себя удерживание первой впускной дроссельной заслонки во втором положении при регулировке клапана EGR в ответ на выходной сигнал кислородного датчика.
В еще одном примере, как показано на Фиг. 3, процентное разбавление EGR, доставляемой в точку смешивания приточного воздуха и рециркулирующего отработавшего газа (точка смешивания 90, изображенная на Фиг. 1), может оцениваться на основе команд, подаваемых исполнительным механизмам (u1 и и2), и/или измеренных положений наряду с другими переменными, а выходной сигнал может включаться в модель компенсации задержек для того, чтобы способствовать последующим регулировкам команд исполнительного механизма.
Как подробно описано согласно Фиг. 5, контроллер может выбирать подход из различных вариантов, подробно описанных выше, основываясь на требуемом уровне полномочий управления EGR. Например, при условиях, где требуется больший уровень полномочий управления EGR, например, когда температуры отработавших газов ниже порогового значения, может быть выбран подход, позволяющий полномочиям управления EGR (и необязательно клапана EGR) быть выше. В другом примере при условиях, когда требуется менее высокий уровень полномочий управления EGR, как, например, тогда, когда температуры отработавших газов превышают пороговое значение, может быть выбран подход, позволяющий полномочиям управления EGR (и необязательно клапана EGR), по меньшей мере, временно, быть ниже. Посредством выбора подхода к регулировке клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки на основе требуемого уровня полномочий управления EGR может обеспечиваться улучшенное управление требуемой EGR.
На этапе 216 на основе выходного сигнала кислородного датчика определяется регулировка второй главной впускной дроссельной заслонки с целью поддержания требуемого крутящего момента в ходе регулировок клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки. В одном примере в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, указывающий на то, что разбавление EGR превышает пороговое значение, клапан EGR закрывается, в то время как первая впускная воздушная дроссельная заслонка открывается, обеспечивая требуемый поток EGR. В этом случае вторая главная впускная дроссельная заслонка также может регулироваться в ответ на указанное разбавление EGR на основе выходного сигнала кислородного датчика с целью уменьшения переходных крутящих моментов, возникающих в ходе регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки. Например, вторая главная впускная дроссельная может перемещаться в направлении открывания, когда разбавление EGR увеличивается, и в направлении закрывания - когда разбавление EGR уменьшается. На этапе 218 клапан EGR, первая впускная воздушная дроссельная заслонка и вторая главная дроссельная заслонка корректируются в соответствии с определенными регулировками. В одном примере регулировка второй впускной дроссельной заслонки может следовать за регулировкой клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки через определенное время задержки для того, чтобы учесть изменения в потоке EGR и задержки при распространении потока EGR от момента времени и положения первой впускной воздушной дроссельной заслонки и регулировки клапана EGR до момента времени и положения потока, передаваемого кислородным датчиком. Например, время задержки может быть подвергнуто фильтрации для аппроксимации эффектов смешивания концентрации EGR и эффекта запаздывания первого порядка, связанного с аксиальной диффузией. В другом примере время задержки может быть основано на расстоянии между дроссельными заслонками, скорости потока EGR, условиях эксплуатации двигателя и т.д. Сходным образом, регулировка второй впускной дроссельной заслонки также может подвергаться фильтрации для аппроксимации эффектов смешивания концентрации EGR и эффекта запаздывания первого порядка, связанного с аксиальной диффузией. По существу, требуемый поток EGR, основанный на условиях эксплуатации двигателя, может обеспечиваться путем приведения в действие как клапана EGR, так и первой впускной воздушной дроссельной заслонки, или путем приведения в действие только клапана EGR. Таким образом, при первом условии, например, когда первая впускная дроссельная заслонка находится в пределах линейной рабочей области (т.е. первая впускная дроссельная заслонка не близка к тому, чтобы быть полностью закрытой или полностью открытой), клапан EGR и первая впускная дроссельная заслонка могут регулироваться в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, обеспечивая требуемый поток EGR. Для сравнения, при втором условии, т.е. когда первая впускная дроссельная заслонка находится в нелинейной рабочей области, например, первая впускная дроссельная заслонка близка к закрытому положению, первая впускная дроссельная заслонка в ответ на выходной сигнал кислородного датчика может регулироваться для перемещения в направлении большей линейности, обеспечивая требуемый поток EGR. Например, первая впускная дроссельная заслонка может перемещаться к менее закрытому, т.е. более открытому, положению. Необязательно, клапан EGR также может регулироваться в ответ на выходной сигнал кислородного датчика, обеспечивая требуемый поток EGR. В одном примере первое условие может представлять собой меньший перепад давления на клапане EGR, а второе условие может представлять собой больший перепад давления на клапане EGR. В случае, когда перепад давлений на клапане EGR меньше, для обеспечения требуемого потока EGR преимущественно используются регулировки первой впускной дроссельной заслонки в сочетании с регулировками клапана EGR. Для сравнения, когда перепад давления на клапане EGR больше, становится возможным больший интервал регулировок клапана EGR, и тогда дополнительные регулировки первой впускной воздушной дроссельной заслонки могут не требоваться. По существу, при первом или втором условии находящаяся ниже по потоку вторая впускная дроссельная заслонка для поддержания требуемого крутящего момента может регулироваться в ответ на выходной сигнал кислородного датчика.
Теперь обратимся к Фиг. 5, на которой показан пример алгоритма 500 для выбора подхода к координированию регулировок клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки на основе требуемых полномочий управления EGR.
На этапе 502 оценивают и/или измеряют условия эксплуатации двигателя. Они могут включать в себя, например, скорость вращения двигателя, нагрузку, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора. На этапе 504 можно определить, требуются ли полномочия управления EGR. В одном примере более высокий уровень полномочий управления EGR может требоваться, когда температуры отработавших газов снижены, например, ниже порогового значения. В таких условиях управление EGR может преимущественно использоваться для улучшения экономии топлива или эксплуатационных показателей путем уменьшения склонности двигателя к детонации. В другом примере, когда температуры отработавших газов повышены, например, выше порогового значения, может потребоваться менее высокий уровень полномочий управления EGR. В этом случае контроллер двигателя может предоставить большие полномочия управления регулировкам, которые способствуют лучшему контролю над переходными крутящими моментами и возмущениями крутящего момента, а управлению EGR могут, по меньшей мере, временно, предоставляться меньшие полномочия.
Если требуются большие полномочия управления EGR, тогда на этапе 506 контроллер может выбрать из различных доступных вариантов подход, который предоставляет большие полномочия управления EGR. В одном примере, как показано, подходы, которые предоставляют клапану EGR более высокие полномочия управления (чем первой впускной воздушной дроссельной заслонке), также могут предоставлять более высокие полномочия управления EGR. Так, контроллер может выбирать регулировки, которые позволяют клапану EGR иметь большие полномочия управления регулировками EGR. Например, на этапе 510 контроллер может выбрать подход, где первая впускная воздушная дроссельная заслонка и клапан EGR корректируются одновременно в противоположных направлениях. Как подробно описывалось выше, этот подход может включать в себя пропорциональное закрывание первой впускной воздушной дроссельной заслонки при открывании клапана EGR. В одном примере подобный подход одновременной регулировки может использоваться в тех случаях, когда требуется более широкий интервал управления EGR. В альтернативном варианте, на этапе 511 контроллер может выбрать подход, где первая впускная воздушная дроссельная заслонка и клапан EGR корректируются последовательно. Как подробно описывалось выше, этот подход может включать в себя сначала оперирование клапаном EGR, а затем оперирование или задействование первой впускной воздушной дроссельной заслонки только после того, как клапан EGR достигнет заранее определенного положения (или пересечет пороговое положение). В одном примере сначала задействуют клапан EGR, находящийся в пределах линейной рабочей области. Затем, когда клапан EGR приближается к концу линейной области или выходит за ее пределы, задействуют первую впускную воздушную дроссельную заслонку. Подобный последовательный подход к регулировке может использоваться тогда, когда, например, требуется более узкий интервал управления EGR.
Альтернативно, на этапе 512 для сохранения полномочий управления клапана EGR контроллер может выбрать подход, где для поддержания требуемого давления или перепада давления на клапане EGR, корректируется первая впускная воздушная дроссельная заслонка. Благодаря расположению клапана EGR и турбокомпрессора друг против друга, в одном примере для поддержания требуемого впускного давления компрессора или требуемого перепада давления в компрессоре, или требуемого перепада давления в системе впуска воздуха низкого давления, требуемый перепад давления на клапане EGR может быть обеспечен путем регулировки первой впускной воздушной дроссельной заслонки. В одном примере указанный подход на основе давления может быть выбран в ходе эксплуатации форсированного двигателя.
Альтернативно, на этапе 513 контроллер может выбрать подход, где первая впускная воздушная дроссельная заслонка корректируется только посредством упреждающих регулировок, в то время как клапан EGR корректируется посредством упреждающих регулировок и регулировок посредством обратной связи. Как подробно описано выше, такой подход может предусматривать упреждающее приведение в действие первой впускной воздушной дроссельной заслонки, если клапан EGR находится в линейной рабочей области, и приведение первой впускной воздушной дроссельной заслонки в действие посредством обратной связи, если клапан EGR находится за пределами линейной рабочей области.
Если более высокие полномочия управления EGR не требуются, тогда на этапе 508 контроллер может выбрать из различных доступных вариантов подход, который предоставляет менее высокие полномочия управления EGR. В одном примере, как показано, подходы, которые предоставляют клапану EGR менее высокие полномочия управления (чем первой впускной воздушной дроссельной заслонке), также могут предоставлять менее высокие полномочия управления EGR. В другом примере подходы, которые передают полномочия управления первой впускной воздушной дроссельной заслонке, также могут предоставлять менее высокие полномочия управления EGR. Так, контроллер может выбирать регулировки, которые позволяют клапану EGR иметь менее высокие полномочия управления регулировками EGR. По существу, менее высокие полномочия управления EGR могут потребоваться для того, чтобы лучше управлять кратковременными возмущениями крутящего момента. Например, на этапе 514 контроллер может выбирать подход, где клапан EGR корректируется посредством только упреждающих регулировок, в то время как первая впускная воздушная дроссельная заслонка корректируется упреждающими регулировками и регулировками посредством обратной связи. В одном примере упреждающее задействование клапана EGR может включать в себя установку клапана EGR в заранее определенное положение, которое основывается на условиях эксплуатации двигателя. Альтернативно, на этапе 515 контроллер может выбрать подход, где требуемый поток EGR в значительной степени обеспечивается первой впускной воздушной дроссельной заслонкой.
Таким образом, клапан EGR и первая впускная дроссельная заслонка могут регулироваться для обеспечения более высоких полномочий управления EGR, если температура отработавших газов не превышает пороговое значение, и обеспечения менее высоких полномочий управления EGR, если температура отработавших газов превышает пороговое значение. Путем регулировки порядка регулировок на основе требуемых полномочий управления EGR, управление EGR может быть усовершенствовано. Путем регулировки клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки координируемым образом в ответ на выходной сигнал кислородного датчика легче достигается контроль над распределенными клапанами и дроссельными заслонками и, таким образом, улучшается управление потоком EGR. Путем использования клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки для обеспечения потока EGR, управление EGR может быть достигнуто даже в том случае, когда один из исполнительных механизмов ограничен или находится в пределах нелинейной рабочей области. Кроме того, используя выходной сигнал кислородного датчика для регулировки потока EGR, снижается потребность в большом количестве датчиков, предназначенных для оценки EGR. Путем регулировки главной впускной дроссельной заслонки в координации с клапаном EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонкой может быть обеспечен требуемый крутящий момент при условии, что поток EGR срегулирован. За счет усовершенствования операций EGR двигателя могут быть улучшены его эксплуатационные характеристики.
Следует отметить, что иллюстративные алгоритмы управления и оценки, включенные в настоящее описание, могут быть использованы в различных конфигурациях систем двигателей и/или транспортных средств. Конкретные алгоритмы, описанные в данном раскрытии, могут представлять одну или несколько из любого количества стратегий обработки, таких как событийно-управляемые, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.п. По существу, различные проиллюстрированные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, быть опущены. Аналогично, порядок обработки необязательно должен достигать признаков и преимуществ, описанных в данном раскрытии иллюстративных вариантов осуществления изобретения, но предусматривается для простоты иллюстрации и описания. Одно или несколько проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут представлять в графической форме код, программируемый на машинно-читаемый носитель в системе управления двигателем.
1. Способ эксплуатации двигателя, имеющего магистраль рециркуляции отработавших газов (EGR) и кислородный датчик, в котором:
регулируют клапан EGR и первую впускную дроссельную заслонку в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения требуемого количества EGR; и
регулируют вторую впускную дроссельную заслонку в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для поддержания требуемого крутящего момента.
2. Способ по п. 1, в котором вторая впускная дроссельная заслонка расположена ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки и ниже по потоку от клапана EGR.
3. Способ по п. 2, в котором кислородный датчик расположен ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки, ниже по потоку от клапана EGR и выше по потоку от второй впускной дроссельной заслонки.
4. Способ по п. 3, в котором двигатель имеет турбокомпрессор, а магистраль EGR связывает выпуск двигателя ниже по потоку от турбины с впуском двигателя выше по потоку от компрессора.
5. Способ по п. 4, в котором клапан EGR расположен в магистрали EGR выше по потоку от компрессора, а первая впускная дроссельная заслонка расположена в магистрали впуска воздуха впуска двигателя выше по потоку от компрессора.
6. Способ по п. 5, в котором двигатель дополнительно содержит охладитель EGR выше по потоку от клапана EGR или ниже по потоку от него.
7. Способ по п. 1, в котором при регулировании клапана EGR и первой впускной воздушной дроссельной заслонки, когда выходной сигнал кислородного датчика указывает на то, что разбавление EGR превышает пороговое значение, закрывают клапан EGR и открывают первую впускную воздушную дроссельную заслонку.
8. Способ по п. 7, в котором первую впускную воздушную дроссельную заслонку открывают пропорционально по мере закрывания клапана EGR.
9. Способ по п. 7, в котором первую впускную воздушную дроссельную заслонку открывают после того, как клапан EGR пересечет пороговое положение.
10. Способ по п. 7, в котором при регулировке второй впускной дроссельной заслонки, когда выходной сигнал кислородного датчика указывает на то, что разбавление EGR превышает пороговое значение, открывают вторую впускную дроссельную заслонку.
11. Способ по п. 10, в котором регулировку второй впускной дроссельной заслонки фильтруют для аппроксимации эффектов смешивания концентраций EGR.
12. Способ по п. 1, в котором первым клапаном EGR и первой впускной дроссельной заслонкой оперируют при возникновении модели, представляющей транспортные задержки и эффекты смешивания, возникающие во впуске воздуха двигателя между точкой смешивания и кислородным датчиком.
13. Способ по п. 7, в котором клапан EGR и первую впускную дроссельную заслонку дополнительно регулируют таким образом, чтобы обеспечить более высокие полномочия управления EGR, когда температура отработавших газов ниже порогового значения, и обеспечить менее высокие полномочия управления EGR, когда температура отработавших газов выше порогового значения.
14. Способ эксплуатации двигателя, содержащего кислородный датчик и магистраль EGR, связывающую впуск двигателя и выпуск двигателя, в котором
при первом условии, регулируют клапан EGR и первую впускную дроссельную заслонку в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения требуемого количества EGR;
при втором условии, регулируют только клапан EGR в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения требуемого количества EGR; и
при первом или втором условии, регулируют вторую впускную дроссельную заслонку, расположенную ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки, в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения требуемого крутящего момента.
15. Способ по п. 14, в котором первое условие включает в себя нахождение первой впускной дроссельной заслонки в пределах линейной рабочей области, а второе условие включает в себя нахождение первой впускной дроссельной заслонки в пределах нелинейной рабочей области.
16. Способ по п. 14, в котором при первом условии вторую впускную дроссельную заслонку регулируют после регулировки первой впускной дроссельной заслонки и клапана EGR с временной задержкой, причем временную задержку и регулировку второй впускной дроссельной заслонки фильтруют для аппроксимации эффектов смешивания концентрации EGR.
17. Способ по п. 16, в котором при первом условии первую впускную дроссельную заслонку регулируют таким образом, чтобы поддерживать перепад давления на клапане EGR на пороговом уровне.
18. Способ по п. 16, в котором при первом условии, если клапан EGR находится в пределах линейной рабочей области, первую впускную дроссельную заслонку регулируют заблаговременно, а если клапан EGR находится за пределами линейной рабочей области, регулируют первую впускную дроссельную заслонку по обратной связи.
19. Способ по п. 18, в котором регулировку первой впускной дроссельной заслонки посредством обратной связи прекращают, когда клапан находится в пороговом положении.
20. Система двигателя, которая включает в себя:
впуск двигателя;
выпуск двигателя;
турбокомпрессор, содержащий компрессор и турбину, установленные между впуском двигателя и выпуском двигателя;
магистраль EGR низкого давления, выполненную с возможностью перенаправлять по меньшей мере часть отработавших газов из выпуска двигателя ниже по потоку от турбины к впуску двигателя выше по потоку от компрессора;
первый клапан EGR, расположенный в магистрали EGR выше по потоку от компрессора и выполненный с возможностью регулировать количество отработавших газов, перенаправляемых через магистраль EGR;
первую и вторую впускные дроссельные заслонки, связанные с впуском двигателя и выполненные с возможностью регулировать количество свежего воздуха, направляемого к впуску двигателя, где вторая впускная дроссельная заслонка расположена ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки и первого клапана EGR;
кислородный датчик, связанный с впуском двигателя выше по потоку от второй впускной дроссельной заслонкой и ниже по потоку от первой впускной дроссельной заслонки и клапана EGR;
систему управления с машинно-читаемыми инструкциями для регулирования первого клапана EGR и первой впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для обеспечения подачи на впуск двигателя некоторого количества EGR; и
регулировки второй впускной дроссельной заслонки в ответ на выходной сигнал кислородного датчика для поддержания требуемого крутящего момента, причем регулировка второй впускной дроссельной заслонки следует за регулировкой первой впускной дроссельной заслонки и первого клапана EGR с временной задержкой.
21. Система по п. 20, в которой первая впускная дроссельная заслонка дополнительно регулируется для поддержания порогового значения давления на компрессоре.
22. Система по п. 20, в которой первая впускная дроссельная заслонка дополнительно регулируется для поддержания порогового давления в магистрали EGR низкого давления.
23. Система по п. 20, в которой первая впускная дроссельная заслонка дополнительно регулируется для поддержания порогового давления выше по потоку от компрессора.
