Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания (варианты)
Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит высокотемпературный промежуточный охладитель (промежуточный охладитель ВТ) с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором. Промежуточный охладитель содержит промежуточный охладитель ВТ, в который вводится охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров, и низкотемпературный промежуточный охладитель (промежуточный охладитель НТ), в который поступает охлаждающая вода НТ с меньшей температурой, чем у охлаждающей воды ВТ, при этом низкотемпературный промежуточный охладитель соединен впритык с впускной стороной высокотемпературного промежуточного охладителя ВТ. Целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для высокотемпературной стороны в случае, когда температура охлаждающей воды ВТ, поступающей в промежуточный охладитель ВТ, ниже, чем целевая температура ВТ, связанная с завершением прогрева, при этом целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны в случае, когда температура охлаждающей воды ВТ равна или выше, чем целевая температура ВТ. Изобретение обеспечивает сокращение промежутка времени, необходимого для прогрева двигателя внутреннего сгорания. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
[0002] В опубликованной японской патентной заявке No. 2001-248448 описано устройство охлаждения всасываемого воздуха, которое охлаждает поступающий воздух в два этапа за счет использования двух охлаждающих сердечников, через которые пропускают охлаждающую воду. В этом устройстве первый охлаждающий сердечник установлен со стороны впуска всасываемого воздуха и на него поступает охлаждающая вода с высокой температурой, а второй охлаждающий сердечник установлен на стороне выпуска всасываемого воздуха, и на него поступает охлаждающая вода с низкой температурой, образуя единую комбинацию, встроенную в коллектор подачи воздуха. Согласно такой конфигурации охлаждающую воду в блоке цилиндров используют в качестве воды с высокой температурой для первого охлаждающего сердечника, и, таким образом, коэффициент использования вторичного тепла увеличивается и результирующий КПД повышается. Кроме того, второй охлаждающий сердечник, который устанавливают вблизи воздушного питающего отверстия, может охлаждать прорыв газов из камеры сгорания и, таким образом, предотвращать возникновение детонации.
[0003] В охлаждающем устройстве высокотемпературный промежуточный охладитель (именуемый далее «промежуточный охладитель ВТ»), через который поступает охлаждающая вода с высокой температурой, проходящая через блок цилиндров, и низкотемпературный промежуточный охладитель (именуемый далее «промежуточный охладитель НТ»), через который поступает охлаждающая вода, отрегулированная на низкую температуру посредством теплового излучения, конструктивно упираются друг в друга, как описано в предшествующем уровне техники, при этом тепло передается от промежуточного охладителя ВТ в промежуточный охладитель НТ.
Соответственно, коэффициент передаваемого тепла от промежуточного охладителя ВТ в промежуточный охладитель НТ может возрастать, и промежуток времени, требуемый для прогрева двигателя, может увеличиваться, когда во время прогрева двигателя внутреннего сгорания, например, тепло от охлаждающей воды, циркулирующей через промежуточный охладитель НТ, уходит в атмосферу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Задачей настоящего изобретения является создание устройства управления, которое способно сократить промежуток времени, требуемый для прогрева двигателя внутреннего сгорания, который содержит промежуточный охладитель с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором.
[0005] Согласно первому аспекту изобретения предлагается устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащего промежуточный охладитель с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, при этом промежуточный охладитель включает в себя высокотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает высокотемпературная охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, и низкотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает охлаждающая вода с температурой, меньшей, чем у высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, при этом низкотемпературный промежуточный охладитель соединен впритык с впускной стороной высокотемпературного промежуточного охладителя; при этом устройство управления включает в себя участок регулировки температуры, выполненный с возможностью регулирования температуры низкотемпературной охлаждающей воды за счет теплового излучения, а также контроллер, выполненный с возможностью управления участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, могла стать выше, чем первая нижняя целевая температура в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, и температура низкотемпературной охлаждающей воды достигла первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды равна или выше, чем верхняя целевая температура.
[0006] В описанном выше первом аспекте верхняя целевая температура может представлять собой температуру высокотемпературной охлаждающей воды в случае, когда прогрев двигателя внутреннего сгорания завершен.
[0007] В описанном выше первом аспекте контроллер может устанавливать нижнюю целевую температуру для низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель. Упомянутый контроллер может управлять участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды достигала нижней целевой температуры. Упомянутый контроллер может устанавливать нижнюю целевую температуру на вторую нижнюю целевую температуру, которая выше, чем первая нижняя целевая температура, в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, и может устанавливать нижнюю целевую температуру на первую нижнюю целевую температуру в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды равна или выше, чем верхняя целевая температура.
[0008] В описанном выше первом аспекте, участок регулировки температуры может иметь контур циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды, предназначенный для циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды между низкотемпературным промежуточным охладителем и радиатором, байпасный канал, предназначенный для перепуска низкотемпературной охлаждающей воды из контура циркуляции в обход радиатора, и участок регулировки скорости потока, предназначенный для регулирования скорости потока низкотемпературной охлаждающей воды, перетекающей из контура циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды по байпасному каналу.
[0009] Описанный выше первый аспект может дополнительно включать в себя устройство рециркуляции выхлопных газов (РВГ), предназначенное для направления выхлопных газов в поток всасывания на входной стороне турбокомпрессора, и контроллер, управляющий скоростью рециркуляции выхлопных газов через устройство РВГ таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже первой нижней целевой температуры.
[0010] В описанном выше аспекте упомянутый контроллер может управлять участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, стала ниже, чем верхняя целевая температура, при этом рабочее состояние, определяемое исходя из нагрузки двигателя и числа оборотов двигателя внутреннего сгорания, относится к заданной области высокой нагрузки.
[0011] В описанном выше первом аспекте контроллер управляет участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, стала ниже, чем верхняя целевая температура, при этом коэффициент эксплуатации в области детонации выше заданного коэффициента.
[0012] Согласно второму аспекту изобретения предлагается устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащего
промежуточный охладитель с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, при этом промежуточный охладитель включает в себя высокотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает высокотемпературная охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, и низкотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает охлаждающая вода с температурой, меньшей, чем у высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, причем низкотемпературный промежуточный охладитель, при этом низкотемпературный промежуточный охладитель соединен впритык с расположенной ниже по потоку впускной стороной высокотемпературного промежуточного охладителя, при этом устройство управления включает в себя контур циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды, предназначенный для циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды между низкотемпературным промежуточным охладителем и радиатором, байпасный канал, предназначенный для перепуска низкотемпературной охлаждающей воды из контура циркуляции в обход радиатора, участок регулировки, предназначенный для регулирования скорости потока низкотемпературной охлаждающей воды, перетекающей из контура циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды по байпасному каналу, а также контроллер, выполненный с возможностью управления участком регулировки таким образом, чтобы скорость потока была максимальной в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, стала ниже, чем верхняя целевая температура.
[0013] В описанном выше втором аспекте контроллер может управлять участком регулировки таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, стала равной или выше верхней целевой температуры.
[0014] В описанном выше втором аспекте верхняя целевая температура может быть температурой охлаждающей воды в случае, когда прогрев двигателя внутреннего сгорания завершен.
[0015] Второй описанный выше аспект может дополнительно содержать устройство рециркуляции выхлопных газов, предназначенное для направления выхлопных газов в поток всасывания на входной стороне турбокомпрессора, при этом упомянутый контроллер управляет скоростью рециркуляции выхлопных газов через устройство РВГ таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже нижней целевой температуры.
[0016] Согласно первому аспекту суммарное тепловое излучение от низкотемпературной охлаждающей воды может быть уменьшено в момент, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды станет ниже, чем верхняя целевая температура, и, таким образом, количество тепла, передаваемого от низкотемпературного промежуточного охладителя к высокотемпературному промежуточному охладителю за этот период, может быть меньше. Соответственно, период времени, требуемый для того, чтобы температура высокотемпературной охлаждающей воды достигла высокой расчетной температуры, может быть сокращен согласно настоящему изобретению.
[0017] Согласно второму аспекту суммарное тепловое излучение от низкотемпературной охлаждающей воды может быть уменьшено до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, и, таким образом, количество тепла, передаваемого от низкотемпературного промежуточного охладителя к высокотемпературному промежуточному охладителю до прогрева, может быть меньше согласно изобретению. Соответственно, период времени, требуемый для завершения прогрева, может быть сокращен.
[0018] Согласно третьему аспекту температуру низкотемпературной охлаждающей воды регулируют по первой нижней целевой температуре в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды ниже, чем верхняя целевая температура, и температуру низкотемпературной охлаждающей воды регулируют по второй нижней целевой температуре, более высокой, чем первая нижняя целевая температура, в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды равна или выше, чем верхняя целевая температура. Соответственно, суммарное тепловое излучение от низкотемпературной охлаждающей воды может быть уменьшено в момент, пока температура высокотемпературной охлаждающей воды не достигнет верхней целевой температуры, согласно изобретению и, таким образом, количество тепла, передаваемого от низкотемпературного промежуточного охладителя к высокотемпературному промежуточному охладителю в этот период, может быть меньше. Соответственно, период времени, требуемый для того, чтобы температура высокотемпературной охлаждающей воды достигла высокой расчетной температуры, может быть сокращен.
[0019] Согласно четвертому аспекту скорость потока низкотемпературной охлаждающей воды, перетекающей в обход радиатора, можно регулировать за счет регулирования скорости потока на участке регулировки. Соответственно, температуру низкотемпературной охлаждающей воды можно эффективно контролировать.
[0020] Согласно пятому аспекту скорость рециркуляции выхлопных газов регулируют так, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже нижней целевой температуры. Соответственно, может быть предотвращено всасывание конденсата росы в двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.
[0021] Согласно шестому аспекту запрещается, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды превышала первую нижнюю целевую температуру в случае, когда рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания относится к заданному значению высокой нагрузки. Соответственно, можно эффективно предотвратить возникновение детонации.
[0022] Согласно седьмому аспекту запрещается, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды превышала первую нижнюю целевую температуру в случае, когда коэффициент эксплуатации в области детонации, выше заданного коэффициента. Соответственно, можно эффективно предотвратить возникновение детонации.
[0023] Согласно второму аспекту скорость потока, обходящего радиатор, при перетоке в контуре циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды регулируют на максимум в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды ниже, чем верхняя целевая температура. Соответственно, суммарное тепловое излучение от низкотемпературной охлаждающей воды может быть минимизировано в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды ниже, чем верхняя целевая температура, согласно изобретению, и, таким образом, количество тепла, передаваемого от низкотемпературного промежуточного охладителя к высокотемпературному промежуточному охладителю, может быть уменьшено. Соответственно, период времени, требуемый для того, чтобы температура высокотемпературной охлаждающей воды достигла верхней целевой температуры, может быть сокращен.
[0024] Согласно девятому аспекту управление температурой низкотемпературной охлаждающей воды возможно при нижней целевой температуре в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды достигает верхней целевой температуры.
[0025] Согласно десятому аспекту суммарное тепловое излучение от низкотемпературной охлаждающей воды может быть уменьшено до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, и, таким образом, количество тепла, передаваемого от низкотемпературного промежуточного охладителя к высокотемпературному промежуточному охладителю до прогрева, может быть меньше, согласно изобретению. Соответственно, период времени, требуемый для завершения прогрева, может быть сокращен.
[0026] Согласно одиннадцатому аспекту скорость рециркуляции выхлопных газов регулируют так, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже нижней целевой температуры. Соответственно, может быть предотвращено всасывание конденсата росы в двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0027] Особенности, преимущества, техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы, и где:
Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию системы устройства управления согласно данному варианту осуществления;
Фиг. 2А представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2B представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2С представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 3А представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 3B представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 3C представляет собой одну из временных диаграмм, иллюстрирующих изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 4 представляет собой карту рабочих диапазонов, иллюстрирующую область детонации; и
на Фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру управления, которая выполняется согласно первому варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Первый вариант осуществления изобретения
Первый вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на сопроводительные чертежи.
[0029] Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию системы устройства управления согласно данному варианту осуществления. Устройство управления согласно данному варианту осуществления предназначено для двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель внутреннего сгорания 10 представляет собой четырехтактный поршневой двигатель, который оснащен турбокомпрессором. Канал всасывания 12 и выхлопной канал 14 сообщаются с каждым цилиндром двигателя внутреннего сгорания 10. В канале всасывания 12 после воздухоочистителя 16 расположен нагнетатель 18 турбокомпрессора. Турбокомпрессор оснащен турбиной (не показана), которая приводится в движение энергией выхлопных газов, в выхлопном канале 14. Нагнетатель 18 интегрально соединен с турбиной через соединительный вал и приводится во вращение энергией выхлопных газов, подаваемых на турбину.
[0030] В канале всасывания 12 после нагнетателя 18 размещен дроссель 20. После дросселя 20 размещен промежуточный охладитель с водяным охлаждением 22 для охлаждения воздуха, нагнетаемого нагнетателем 18 турбокомпрессора. Промежуточный охладитель с водяным охлаждением 22 выполнен как блок, который имеет сдвоенную конфигурацию системы охлаждения двигателя, одна из которых относится к высокотемпературному (ВТ) промежуточному охладителю 24 (далее, промежуточный охладитель ВТ), а другая относится к низкотемпературному промежуточному охладителю 26 (далее, промежуточный охладитель НТ). Высокотемпературная охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания 10 (именуемая далее как « охлаждающая вода ВТ»), поступает в промежуточный охладитель ВТ 24, а низкотемпературная охлаждающая вода (именуемая далее как «охлаждающая вода НТ») с температурой, меньше, чем охлаждающая вода ВТ, поступает в промежуточный охладитель НТ 26. Промежуточный охладитель НТ 26 расположен по потоку после промежуточного охладителя ВТ 24. Промежуточный охладитель ВТ 24 и промежуточный охладитель НТ 26 соединены между собой впритык друг к другу.
[0031] Промежуточный охладитель ВТ 24 соединен с контуром циркуляции 28 охлаждающей воды ВТ. Охлаждающая вода ВТ из блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания 10 поступает в контур циркуляции 28 охлаждающей воды ВТ. Участок регулировки температуры охлаждающей воды ВТ (не показан) для регулировки за счет теплового излучения, температуры воды ВТ (именуемая далее «температура воды ВТ»), которая поступает в промежуточный охладитель ВТ 24, расположен в контуре циркуляции 28 охлаждающей воды ВТ.
[0032] Контур циркуляции 30 охлаждающей воды НТ для циркуляции охлаждающей воды НТ соединен с промежуточным охладителем НТ 26. Радиатор НТ 32 для теплового излучения от охлаждающей воды НТ расположен в середине контура циркуляции 30 охлаждающей воды НТ. В контуре циркуляции 30 охлаждающей воды НТ в обход радиатора НТ 32 размещен байпасный канал 34, а на участке слияния байпасного канала 34 и контура циркуляции 30 охлаждающей воды НТ размещен смесительный клапан 36. Смесительный клапан 36 выполнен с возможностью регулирования скорости потока охлаждающей воды НТ, проходящей через байпасный канал (именуемая далее «скорость потока байпасного канала») и скорости потока охлаждающей воды НТ, проходящей через радиатор НТ 32 (именуемая далее «скорость потока канала радиатора НТ»). В контуре циркуляции 30 охлаждающей воды НТ вниз по потоку от смесительного клапана 36 размещен электрический водяной насос (ЭВН) 38. После электрического водяного насоса (ЭВН) 38 размещен температурный датчик 42 для определения температуры охлаждающей воды НТ (именуемой далее «температура воды НТ»), поступающей в промежуточный охладитель НТ 26.
[0033] Кроме того, система согласно данному варианту осуществления снабжена устройством 44 рециркуляции выхлопных газов (РВГ). Устройство 44 рециркуляции выхлопных газов (РВГ) включает в себя канал 46 РВГ, который соединяет канал всасывания 12 перед нагнетателем 18 с выхлопным каналом 14 после турбины, и клапан РВГ 48 для регулировки степени открытия канала РВГ 46.
[0034] Кроме того, согласно данному варианту осуществления система оснащена электронным блоком управления (ЭБУ) 40 в виде контроллера. Блок ЭБУ 40 состоит из, по меньшей мере, интерфейса ввода/вывода, памяти и центрального процессора (ЦП). Интерфейс ввода/вывода предназначен для получения сигналов от различных датчиков, подсоединенных к двигателю внутреннего сгорания 10 или транспортному средству, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания 10, и направления командных сигналов на различные приводы двигателя внутреннего сгорания 10. В дополнение к датчику температуры 42, описанному выше, примеры датчиков, которые посылают сигналы в ЭБУ 40, включают в себя различные датчики для получения характеристик работы двигателя, такие как датчик угла поворота коленчатого вала для получения данных об угловом положении коленчатого вала и количестве оборотов двигателя. В дополнение к смесительному клапану 36 и клапану РВГ 48, описанным выше, примеры приводов к качестве мест назначения командных сигналов от ЭБУ 40 включают в себя различные приводы для управления работой двигателя, например клапан впрыска топлива для подачи топлива в камеру сгорания каждого цилиндра, устройство зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси в каждой камере сгорания. Различные программы управления, карты и т.д. для управления двигателем внутреннего сгорания 10 хранятся в памяти. ЦП исполняет управляющие программы и т.д. после считывания программы управления и т.д. из памяти и генерирует командные сигналы для различных исполнительных механизмов на основе принятых от датчиков сигналов.
[0035] Функционирование согласно первому варианту осуществления
Здесь приводится описание первого варианта осуществления. В предлагаемой системе согласно данному варианту осуществления ЭБУ 40 выполняет управление температурой всасываемого воздуха с помощью промежуточного охладителя 22. Более конкретно, ЭБУ 40 регулирует степень открытия смесительного клапана 36 таким образом, чтобы температура воды НТ, определяемая датчиком температуры 42, достигала нижней целевой температуры (именуемой далее целевой температурой НТ, примеры которой включают в себя 35°C), как целевого значения. Кроме того, участок регулировки температуры воды ВТ регулирует температуру воды ВТ таким образом, что температура ВТ воды достигает верхней целевой температуры (именуемой далее целевой температурой ВТ) как целевого значения. Целевая температура ВТ является температурой, при которой прогрев двигателя завершен. Целевая температура ВТ устанавливается, например, в 80°C.
[0036] Всасываемый воздух, нагнетаемый нагнетателем 18, охлаждают, используя промежуточный охладитель ВТ 24 до целевой температуры ВТ. После прохождения через промежуточный охладитель 24 ВТ всасываемый воздух поступает в промежуточный охладитель НТ 26. Блок ЭБУ 40 управляет выходной мощностью ЭВН 38 таким образом, что всасываемый воздух, проходя через промежуточный охладитель НТ 26, охлаждается до целевой температуры НТ. Как описано выше, нагнетаемый высокотемпературный всасываемый воздух может быть эффективно охлажден до целевой температуры НТ с помощью управления температурой всасываемого воздуха.
[0037] Однако период времени, требуемый для прогрева двигателя, может увеличиться, когда управление температурой всасываемого воздуха, описанное выше, выполняется во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания 10. На фиг. 2 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 2А показаны изменения температуры воды НТ и температуры воды ВТ, на фиг. 2B показаны изменения в соотношении скоростей потока между скоростью потока в байпасном канале и скоростью потока в канале радиатора НТ, и на фиг. 2С показано изменение суммарного теплового излучения от радиатора НТ 32.
[0038] Как показано на чертеже, температура воды ВТ постепенно повышается из-за тепла, выделяемого в двигателе внутреннего сгорания 10 при запуске, когда температура воды ВТ и температура воды НТ равны температуре наружного воздуха. Температура воды НТ поднимается более плавно, чем температура воды ВТ, за счет того, что тепло поступает из промежуточного охладителя ВТ 24, который плотно примыкает (соединен впритык) к промежуточному охладителю НТ 26. В случае когда температура воды НТ ниже, чем целевая температура НТ, тепловое излучение от радиатора НТ 32 не происходит, поскольку скорость потока байпасного канала регулируется на 100%.
[0039] Момент времени А на временных диаграммах на фиг. 2А, 2B, и 2С представляет собой момент времени, когда температура воды НТ достигает целевой температуры НТ. После момента времени А скорость потока в байпасном канале уменьшается за счет управления температурой всасываемого воздуха таким образом, что температура воды НТ достигает целевой температуры НТ, что приводит к увеличению скорости потока через радиатор НТ. Другими словами, после момента времени А часть тепла охлаждающей воды НТ постоянно сбрасывается из радиатора НТ 32 таким образом, что температура воды НТ не превышает целевой температуры НТ.
[0040] Пунктирными линиями за моментом времени А на фиг. 2А, 2B, и 2С показаны изменения температуры воды НТ и температуры воды ВТ, относящиеся к случаю, когда тепловое излучение от радиатора НТ 32 отсутствует. Как показано пунктирными линиями на чертеже, темп повышения температуры воды ВТ возрастает, когда температура воды НТ поднимается выше целевой температуры НТ. Количество тепла, передаваемого от промежуточного охладителя ВТ 24 к промежуточному охладителю НТ 26 увеличивается, когда увеличивается разница температур между температурой воды ВТ и температурой воды НТ. Соответственно, когда тепловое излучение от радиатора НТ 32 происходит в период до завершения прогрева двигателя, количество тепла, которое передается от охлаждающей воды ВТ к охлаждающей воде НТ, в результате увеличивается. Это приводит к задержке завершения прогрева двигателя.
[0041] В системе согласно данному варианту осуществления период до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания 10 управляется таким образом, чтобы тепловое излучение от радиатора НТ 32 было ограничено. На фиг. 3А, 3B, и 3C представлены временные диаграммы, иллюстрирующие изменения количественных значений различных характеристик во время холодного запуска двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 3А показаны изменения температуры воды НТ и температуры воды ВТ, на фиг. 3B показано изменение соотношения скорости потока между скоростью потока в байпасном канале и скоростью потока в канале радиатора НТ, и на фиг. 3C показано изменение суммарного теплового излучения от радиатора НТ 32.
[0042] В системе согласно данному варианту осуществления два целевых значения, одно из которых является целевым значением для низкотемпературной стороны, а другое является целевым значением для высокотемпературной стороны, используются при переключении как целевая температура НТ в качестве целевого значения температуры воды НТ, как показано на фиг. 3А, 3B, и 3C. Целевое значение для низкотемпературной стороны является целевым значением температуры воды НТ в состоянии, когда прогрев двигателя завершен, а целевое значение для высокотемпературной стороны является целевым значением, температура которой выше, чем целевое значение для низкотемпературной стороны. Целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для высокотемпературной стороны в период до момента времени В, когда прогрев двигателя завершен, а целевую температуру НТ переключают с целевого значения для высокотемпературной стороны на целевое значение для низкотемпературной стороны в момент времени В. Согласно такому управлению температуру НТ можно поднять выше целевого значения для низкотемпературной стороны в период до момента времени В, когда прогрева двигателя завершен. Соответственно, период времени, который требуется для прогрева двигателя, может быть эффективно сокращен.
[0043] Целевое значение для низкотемпературной стороны температуры воды НТ устанавливают на температуру, при которой удовлетворяется требование выходных характеристик (например, 35°C). Целевое значение для высокотемпературной стороны устанавливают на верхнюю предельную величину температуры всасываемого воздуха (например, 60°C), что является допустимым в состоянии перед прогревом двигателя с учетом характеристик детонации. До завершения прогрева двигателя температура каждой части двигателя остается низкой. В такой ситуации детонация менее вероятна, чем после прогрева двигателя. Кроме того, возникновение детонации относительно менее вероятно в ситуации, при которой, например, температура охлаждающей воды двигателя снижается после прогрева двигателя. Тем не менее нельзя игнорировать влияние мер противодействия детонации на топливную эффективность в зависимости от степени повышения температуры всасываемого воздуха и рабочего состояния. В случае повышенной нагрузки во время прогрева двигателя, охлаждение всасываемого воздуха может быть более важным, чем топливная эффективность, которая может быть достигнута за счет ускорения прогрева двигателя с учетом топливной эффективности.
[0044] В системе согласно данному варианту осуществления целевую температуру НТ во время прогрева двигателя устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны в случае, когда эффект ухудшения топливной эффективности, связанный с повышением температуры всасываемого воздуха, превосходит влияние улучшения топливной эффективности, которое может быть достигнуто за счет ускорения прогрева двигателя. Более конкретно, выполняются два типа управления, описанные ниже, или им подобные.
[0045] При первом типе управления коэффициент эксплуатации в области детонации, относящийся к работе в зоне режимов, подверженных детонации (именуемая далее «область детонации»), вычисляют с использованием следующего уравнения (1). На фиг. 4 представлена карта рабочих диапазонов, относящихся к области детонации. В случае когда расчетный коэффициент эксплуатации в области детонации превышает заданное соотношение, целевую температуру НТ во время прогрева двигателя устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны. Значение, которое заранее устанавливают экспериментальным путем в качестве нижней предельной величины коэффициента эксплуатации в области детонации, относящееся к случаю, когда снижение топливной эффективности, связанное с управлением для предотвращения детонации, например задержка зажигания и увеличение расхода топлива, превосходит эффект улучшения топливной эффективности, который может быть достигнут путем ускорения прогрева двигателя, может быть использовано в качестве заданного коэффициента. Коэффициент эксплуатации в области детонации = время эксплуатации в области детонации/время движения… (1)
[0046] При втором типе управления, целевую температуру НТ во время прогрева двигателя устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны в случае, когда текущая нагрузка двигателя относится к области высокой нагрузки или выше линии определения заранее заданной высокой нагрузки, проиллюстрированной на фиг. 4. Значение, которое установлено заранее экспериментальным путем в качестве нагрузки двигателя, при которой охлаждение всасываемого воздуха является более существенным, чем повышение топливной эффективности, которое можно достичь за счет ускорения прогрева двигателя с учетом повышения топливной эффективности, может быть использовано в качестве линии определения заданной высокой нагрузки.
[0047] Согласно данному варианту осуществления топливная эффективность может быть улучшена за счет сокращения периода времени, требуемого для прогрева двигателя, как описано выше.
[0048] Блок ЭБУ 40 функционирует как участок управления устройством рециркуляции выхлопных газов 44 (далее рециркуляция РВГ), управляя скоростью рециркуляции выхлопных газов. Блок ЭБУ 40 управляет скоростью рециркуляции РВГ таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, содержащего рециркулирующий выхлопной газ (РВГ), становится равной или меньше целевого значения для низкотемпературной стороны. Таким образом, может быть предотвращено возникновение конденсата росы из всасываемого воздуха, поступающего в промежуточный охладитель НТ 26.
[0049] Далее приводится подробное описание процесса управления, который выполняется в системе согласно данному варианту осуществления. Фиг. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру управления, выполняемую ЭБУ 40 согласно первому варианту осуществления. На первом этапе этой процедуры определяют, является или нет температура воды ВТ, как температура охлаждающей воды двигателя, меньше, чем целевая температура ВТ (этап S1). Значение, которое заранее устанавливают как целевое значение температуры воды ВТ для определения завершения прогрева двигателя, применяют в качестве целевой температуры ВТ. В случае когда установка целевой температуры ВТ выше температуры воды ВТ не подтверждается, делается вывод о том, что прогрев двигателя уже завершен. В этом случае процесс переходит на следующий этап и целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны (этап S2).
[0050] В случае когда установка целевой температуры ВТ выше температуры воды ВТ подтверждена на этапе S1, устанавливают, что прогрев двигателя еще не завершен. В этом случае процесс переходит к следующему этапу, определяют, является ли область детонации, рассчитанной в соответствии с приведенным выше уравнением (1), равной или меньшей величиной, чем заданный коэффициент (этап S3). В случае когда установка коэффициента эксплуатации в области детонации, равного или меньшего заданного коэффициента, по результатам определения не подтверждается, определяют, является ли существенным эффект ухудшения топливной эффективности, связанный с детонацией. Затем процесс переходит на этап S2, при этом целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны.
[0051] В случае когда установка коэффициента эксплуатации в области детонации, равного или меньше заданного коэффициента, подтверждена на этапе S3, определяют, является ли существенным эффект ухудшения топливной эффективности, связанный с детонацией. Затем процесс переходит на следующий этап, определяют, находится ли текущая нагрузка двигателя ниже линии заданной высокой нагрузки в карте рабочих областей, показанной на фиг. 4 (этап S4). В случае если будет установлено, что в результате этого текущая нагрузка двигателя находится на или выше линии заданной высокой нагрузки, определяют, является ли существенным эффект ухудшения топливной эффективности, связанный с высокой нагрузкой при езде. Далее процесс переходит на этап S2, при этом целевую температуру НТ устанавливают на целевое значение для низкотемпературной стороны.
[0052] В случае когда на этапе S4 определяют, что текущая нагрузка двигателя ниже линии заданной высокой нагрузки, процесс переходит на следующий этап, при этом целевую температуру НТ устанавливают по целевому значению для высокотемпературной стороны (этап S5).
[0053] Как описано выше, количество тепла, передаваемое от промежуточного охладителя ВТ 24 к промежуточному охладителю НТ 26 во время прогрева двигателя, может быть уменьшено согласно системе по первому варианту осуществления изобретения. Соответственно, период времени, требуемый для разогрева, может быть сокращен при повышении температуры охлаждающей воды ВТ.
[0054] Согласно вышеприведенному описанию система согласно первому варианту осуществления содержит радиатор НТ 32, байпасный канал 34 и смесительный клапан 36 в качестве участка регулировки температуры, предназначенного для регулировки температуры охлаждающей воды НТ за счет теплового излучения. Тем не менее конфигурация участка регулировки температуры не ограничивается вышеприведенным описанием, и вместо него могут быть заимствованы другие известные конфигурации.
[0055] В системе согласно первому варианту осуществления, описанному выше, определение состояния с учетом влияния топливной эффективности, определенной из коэффициента эксплуатации в области детонации и влияния топливной эффективности, определенной из нагрузки двигателя, выполняется при установке целевой температуры НТ во время прогрева двигателя. Кроме того, как описано выше, во время прогрева двигателя возникновение детонации менее вероятно, так же как менее вероятен и запрос на высокую нагрузку для перемещения. Кроме того, снижение топливной эффективности также может быть сокращено путем установки режимов во время прогрева двигателя, примеры включают установку низкого целевого значения для высокотемпературной стороны и предельного лимита для повышенной нагрузки. Соответственно, описанные выше требования к эксплуатации двигателя во время прогрева являются обязательными.
[0056] В системе согласно первому варианту осуществления, описанному выше, управление переключением целевой температуры НТ от целевого значения для высокотемпературной стороны к целевому значению для низкотемпературной стороны выполняют до и после прогрева двигателя. Тем не менее еще один способ может быть применен, поскольку управление выполняется таким образом, что температура воды НТ может подняться выше целевого значения для низкотемпературной стороны во время прогрева двигателя. Например, смесительным клапаном 36 можно управлять таким образом, чтобы регулируемая скорость потока в байпасном канале поддерживалась на одном уровне или повышалась в период перед прогревом двигателя, а регулируемая скорость в байпасном канале уменьшалась после прогрева двигателя. В период перед прогревом двигателя предпочтительно, чтобы скорость потока в байпасном канале была отрегулирована на максимум (100%).
[0057] В системе согласно первому варианту осуществления, описанному выше, скорость рециркуляции выхлопных газов (РВГ) управляется таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, содержащего выхлопные газы, становится равной или меньше целевого значения для низкотемпературной стороны, в качестве меры противодействия для предотвращения образования конденсата росы из всасываемого воздуха, поступающего в промежуточный охладитель НТ 26. Тем не менее меры противодействия для предотвращения образования конденсата росы не ограничены этим способом. Например, целевое значение для низкотемпературной стороны может быть установлено таким образом, что целевое значение для низкотемпературной стороны становится выше точки росы всасываемого воздуха, содержащего выхлопные газы со скоростью РВГ, зафиксированной на постоянном значении.
[0058] В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, промежуточный охладитель ВТ 24 может соответствовать «высокотемпературному промежуточному охладителю» согласно первому аспекту, промежуточный охладитель НТ 26 может соответствовать «низкотемпературному промежуточному охладителю» согласно первому аспекту, охлаждающая вода ВТ может соответствовать «высокотемпературной охлаждающей воде» согласно первому аспекту, охлаждающая вода НТ может соответствовать «низкотемпературной охлаждающей воде» согласно первому аспекту, целевая температура ВТ может соответствовать «верхней целевой температуре» согласно первому аспекту, и целевая температура НТ может соответствовать «нижней целевой температуре» согласно первому аспекту. В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, целевое значение для низкотемпературной стороны может соответствовать «первой нижней целевой температуре» согласно первому аспекту, а контур циркуляции 30 охлаждающей воды НТ, радиатор НТ 32, байпасный канал 34 и смесительный клапан 36 могут соответствовать «участку регулировки температуры» согласно первому аспекту. В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, «контроллер» согласно первому аспекту реализован как блок ЭБУ 40, выполняющий этапы на блок-схеме, как показано на фиг. 5.
[0059] В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, целевое значение для высокотемпературной стороны может соответствовать «второй нижней целевой температуре» согласно третьему аспекту.
[0060] В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, смесительный клапан 36 соответствует «участку регулировки скорости потока» согласно четвертому аспекту.
[0061] В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, смесительный клапан 36 соответствует «участку регулировки» согласно восьмому аспекту. В системе согласно варианту осуществления, описанному выше, «контроллер» согласно восьмому аспекту реализован как блок ЭБУ 40, выполняющий этапы на блок-схеме, как показано на фиг. 5.
1. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, характеризующееся тем, что содержит
промежуточный охладитель с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, при этом промежуточный охладитель с водяным охлаждением включает в себя высокотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает высокотемпературная охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, и низкотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает охлаждающая вода с температурой, меньшей, чем у высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, при этом низкотемпературный промежуточный охладитель соединен впритык с расположенной ниже по потоку впускной стороной высокотемпературного промежуточного охладителя;
участок регулировки температуры, выполненный с возможностью регулирования температуры низкотемпературной охлаждающей воды за счет теплового излучения; и
контроллер, выполненный с возможностью управления участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, могла стать выше, чем первая нижняя целевая температура в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, и температура низкотемпературной охлаждающей воды достигла первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды равна или выше, чем верхняя целевая температура.
2. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающееся тем, что верхняя целевая температура равна температуре высокотемпературной охлаждающей воды в случае, когда прогрев двигателя внутреннего сгорания завершен.
3. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что контроллер устанавливает нижнюю целевую температуру низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, и управляет участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды достигала нижней целевой температуры, при этом
упомянутый контроллер устанавливает нижнюю целевую температуру на вторую нижнюю целевую температуру, которая выше, чем первая нижняя целевая температура, в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, и устанавливает нижнюю целевую температуру на первую нижнюю целевую температуру в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды равна или выше, чем верхняя целевая температура.
4. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что участок регулировки температуры включает в себя
контур циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды, предназначенный для циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды между низкотемпературным промежуточным охладителем и радиатором;
байпасный канал, предназначенный для перепуска низкотемпературной охлаждающей воды из контура циркуляции в обход радиатора; и
участок регулировки скорости потока, предназначенный для регулирования скорости потока низкотемпературной охлаждающей воды, перетекающей из контура циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды по байпасному каналу.
5. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство управления дополнительно содержит устройство рециркуляции выхлопных газов, предназначенное для направления выхлопных газов в поток всасывания на входной стороне турбокомпрессора, при этом
упомянутый контроллер управляет скоростью рециркуляции выхлопных газов через устройство рециркуляции выхлопных газов таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже, чем первая нижняя целевая температура.
6. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что контроллер управляет участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, при этом рабочее состояние, определяемое исходя из нагрузки и числа оборотов двигателя внутреннего сгорания, относится к заданной зоне высокой нагрузки.
7. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что контроллер управляет участком регулировки температуры таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала первой нижней целевой температуры в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура, при этом коэффициент эксплуатации в области детонации выше заданного коэффициента.
8. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, характеризующееся тем, что содержит
промежуточный охладитель с водяным охлаждением всасываемого воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, при этом промежуточный охладитель с водяным охлаждением включает в себя высокотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает высокотемпературная охлаждающая вода, проходящая через блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а также низкотемпературный промежуточный охладитель, в который поступает охлаждающая вода с температурой, меньшей, чем температура высокотемпературной охлаждающей воды, подаваемой в высокотемпературный промежуточный охладитель, при этом низкотемпературный промежуточный охладитель соединен впритык с расположенной ниже по потоку впускной стороной высокотемпературного промежуточного охладителя;
контур циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды, предназначенный для циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды между низкотемпературным промежуточным охладителем и радиатором;
байпасный канал, предназначенный для перепуска низкотемпературной охлаждающей воды из контура циркуляции в обход радиатора;
участок регулировки, предназначенный для регулирования скорости потока низкотемпературной охлаждающей воды, перетекающей из контура циркуляции низкотемпературной охлаждающей воды по байпасному каналу;
а также контроллер, выполненный с возможностью управления участком регулировки таким образом, чтобы скорость потока была максимальной в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, ниже, чем верхняя целевая температура.
9. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый контроллер управляет участком регулировки таким образом, чтобы температура низкотемпературной охлаждающей воды, поступающей в низкотемпературный промежуточный охладитель, достигала нижнюю целевую температуру в случае, когда температура высокотемпературной охлаждающей воды, поступающей в высокотемпературный промежуточный охладитель, равна или выше верхней целевой температуры.
10. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8 или 9, отличающееся тем, что верхняя целевая температура равна температуре охлаждающей воды в случае, когда прогрев двигателя внутреннего сгорания завершен.
11. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8 или 9, отличающееся тем, что устройство управления дополнительно содержит устройство рециркуляции выхлопных газов, предназначенное для направления выхлопных газов в поток всасывания на входной стороне турбокомпрессора, при этом
упомянутый контроллер управляет скоростью рециркуляции выхлопных газов указанного устройства рециркуляции выхлопных газов таким образом, что точка росы всасываемого воздуха, проходящего через низкотемпературный промежуточный охладитель, становится равной или ниже, чем первая нижняя целевая температура.
