Способ управления вентилятором охлаждения двигателя
Изобретение относится к охладителям надувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания. Представлен способ снижения коррозии охладителя наддувочного воздуха и предотвращения пропусков зажигания из-за образования конденсата. При образовании конденсата в охладителе наддувочного воздуха выполняют регулировку вентилятора охлаждения двигателя транспортного средства, перемещая область образования конденсата в другое место в охладителе наддувочного воздуха. Работой вентилятора также можно управлять в зависимости от рабочих условий транспортного средства и погодных условий, способствующих образованию конденсата. Изобретение обеспечивает улучшение охлаждения двигателя и оптимизацию потребления топлива. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к охладителям наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Известно использование для двигателей с турбонаддувом охладителей наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС), предназначенных для охлаждения сжатого воздуха, поступающего от турбонагнетателя, до его поступления в двигатель. Воздух окружающей среды, поступающий снаружи транспортного средства, проходит через САС, охлаждая впускной воздух, проходящий через внутреннюю часть САС. При понижении температуры воздуха окружающей среды, в условиях повышенной влажности или при дождливой погоде, когда температура впускного воздуха становится ниже точки росы, в САС может образоваться конденсат. Когда впускной воздух содержит рециркулирующие выхлопные газы, конденсат может стать кислотным и начать разъедать корпус САС. Коррозия может привести к утечке наддувочного воздуха, воздуха окружающей среды и, возможно, хладагента (при использовании воздушно-водяных охладителей). Конденсат может накапливаться в нижней части САС, а потом попадать в двигатель во время ускорения (увеличения нагрузки на двигатель), что приведет к увеличению вероятности возникновения пропусков зажигания.
Предложенные ранее варианты решения проблемы образования конденсата относились к ограничению потока впускного воздуха, проходящего через САС, или ограничению потока воздуха окружающей среды, поступающего в САС. Один пример описан в US 6,408,831, где раскрыто управление температурой впускного воздуха, которое осуществляется системой ограничения потока воздуха окружающей среды и системой ограничения потока впускного воздуха. Контроллер определяет положение этих ограничительных устройств и соединен с рядом датчиков, которые измеряют различные параметры, например температуру воздуха окружающей среды и впускного воздуха.
Однако авторы изобретения выявили потенциальные проблемы подобных систем. В частности, описанный выше способ управления ограничителями в зависимости от температуры впускного воздуха или воздуха окружающей среды может уменьшать общий уровень конденсата, одновременно потенциально увеличивая концентрацию кислоты в образующемся конденсате. Поддержание температур на таком уровне, чтобы образование конденсата оставалось низким, может привести к ограничению потока в течение определенного периода времени. Это поддерживает эффективность САС на одном уровне, что приводит к установлению точки росы в одном месте в САС. Это может вызвать увеличение концентрации кислоты в одном месте, что фактически создает повышенный риск коррозии. Это вызвано тем, что риск коррозии увеличивается в том месте в САС, где температура воздуха турбонаддува падает ниже точки росы, и вода начинает конденсироваться, что приводит к образованию высококонцентрированного водно-кислотного раствора, особенно если уровень конденсата остается низким.
Раскрытие изобретения
В одном примере описанные выше проблемы могут быть решены с помощью регулирования вентилятора охлаждения двигателя транспортного средства: когда конденсат размещается в охладителе наддувочного воздуха в пределах одной и той же области дольше порогового периода времени, регулируют скорость или направление вращения вентилятора. При первом наборе условий параметры работы вентилятора могут быть отрегулированы таким образом, чтобы обеспечить перемещение места скопления конденсата в сторону впускного отверстия охладителя наддувочного воздуха (например, с помощью увеличения скорости вращения). При выполнении второго (другого) набора условий вентилятор может быть отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить перемещение конденсата в сторону выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха (например, с помощью уменьшения скорости вращения вентилятора или его выключения). Таким образом, в одном примере с помощью перемещения места скопления конденсата в охладителе наддувочного воздуха, например, назад и вперед, если оно стало устойчивым, можно уменьшить риск коррозии в любом месте от впускного отверстия до выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха.
В дополнение к образованию конденсата вентилятор охлаждения двигателя может быть отрегулирован в зависимости от параметров охлаждения двигателя, внешних погодных условий и режима эксплуатации транспортного средства с выключенным сцеплением, например замедления. Регулировка вентилятора охлаждения двигателя может быть согласована с работой заслонок решетки для оптимизации управления конденсатом, а также более эффективного охлаждения двигателя и сокращения потребления топлива. Например, было обнаружено, что с помощью регулировки параметров работы вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки радиатора можно сократить потребление топлива (путем сокращения лобового сопротивления), а также поддерживать температуру охлаждающей жидкости двигателя, чтобы избежать ее превышения, и уменьшить образование конденсата.
В частности, во время замедления возможно заранее охладить охлаждающую жидкость двигателя с помощью открывания пластин решетки и включения вентилятора охлаждения двигателя таким образом, чтобы при последующем ускорении пластины решетки могли быть оставлены закрытыми на более долгий период, и это не привело бы к превышению температуры охлаждающей жидкости. Однако такое предварительное охлаждение может также увеличить вероятность образования конденсата, поскольку охладитель наддувочного воздуха может охладиться в большей степени. Следовательно, в одном примере осуществления изобретения скорость или направление вращения вентилятора охлаждения двигателя может быть изменена в зависимости от характеристик образования конденсата при замедлении.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано схематическое изображение системы пластин решетки, вентилятора охлаждения двигателя, двигателя и связанных с ними компонентов транспортного средства.
На Фиг.2 приведен пример расположения САС, радиатора, вентилятора охлаждения двигателя и двигателя внутри транспортного средства относительно пластин решетки и проходящий через нее поток воздуха окружающей среды.
На Фиг.3 приведено схематическое место точки росы и ее смещение внутри САС.
На Фиг.4 изображена высокоуровневая блок-схема способа регулировки положения пластин решетки и вентилятора охлаждения двигателя на основании условий отсутствия приводного усилия транспортного средства, образования конденсата в САС, внешних погодных условий и температуры двигателя.
На Фиг.5 изображена блок-схема способа регулировки вентилятора охлаждения двигателя и положения пластин решетки на основании образования конденсата внутри САС.
На Фиг.6 изображена блок-схема способа регулировки положения пластин решетки на основании условий образования конденсата, определенных по внешним погодным условиям.
На Фиг.7А приведены графики, иллюстрирующие сравнение функционирования вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя и скорости транспортного средства, независимо от образования конденсата.
На Фиг.7B приведены графики, иллюстрирующие сравнение функционирования вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий.
На Фиг.8 показаны четыре режима работы вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам регулировки вентилятора охлаждения двигателя транспортного средства в зависимости от показателей охлаждения двигателя, образования конденсата в САС и условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства. Использование вентилятора охлаждения двигателя может быть согласовано с использованием пластин решетки для системы двигателя транспортного средства, например для системы двигателя, изображенной на Фиг.1, что может усилить охлаждение двигателя, уменьшить образование конденсата в САС и снизить расход топлива транспортным средством. Открывание пластин решетки, как показано на Фиг.2, увеличивает поток воздуха, проходящий через переднюю часть транспортного средства, обеспечивая подачу охлаждающего потока воздуха в радиатор и САС. Регулировка вентилятора охлаждения двигателя дополнительно меняет поток воздуха, поступающего к САС. Изменение скорости или направления вращения вентилятора охлаждения двигателя может привести к изменению эффективности САС путем смещения точки росы (как показано на Фиг.3), тем самым уменьшая коррозию. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, проиллюстрированную на Фиг.4-6, для того, чтобы регулировать положение вентилятора охлаждения двигателя на основании условия отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, образования конденсата в САС, внешних погодных условий и температуры двигателя. Таким образом, вероятность образования конденсата, коррозии САС и пропусков зажигания в двигателе может быть уменьшена. Пример использования вентилятора охлаждения двигателя в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий показан на Фиг.7.
На Фиг.1 схематически изображен вариант компоновки системы 110 пластин решетки и системы 100 двигателя в транспортном средстве 102. Система 100 двигателя может входить в состав транспортного средства, например дорожного транспортного средства или любого другого типа транспортных средств. Хотя примеры использования системы 100 двигателя будут описаны применительно к транспортному средству, необходимо понимать, что она может быть использована в различных типах двигателей и двигательных систем транспортных средств, включая легковые автомобили, грузовики и т.д.
В изображенном варианте двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, включающим в себя компрессор 14, приводимый в действие турбиной 16. В частности, свежий воздух попадает в двигатель 10 по впускному каналу 42 через очиститель 11 воздуха и поступает на компрессор 14. Компрессор может представлять собой любой подходящий компрессор впускного воздуха, например компрессор с приводом от двигателя или компрессор нагнетателя с приводом от карданного вала. В системе 100 двигателя компрессор изображен в виде компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 16 через вал 19, турбина 16 приводится в действие расширяющимися выхлопными газами двигателя. В одном варианте компрессор и турбина могут быть установлены в турбонагнетателе с двойной улиткой. В другом варианте воплощения турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT), где геометрия турбины активно изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя и других рабочих параметров.
Как показано на Фиг.1, компрессор 14 соединен через охладитель (САС) 18 наддувочного воздуха с дроссельным клапаном 20. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора заряд сжатого воздуха проходит через охладитель наддувочного воздуха и дроссельный клапан, а затем попадает во впускной коллектор. Охладитель наддувочного воздуха может представлять собой, например, теплообменник «воздух-воздух» или «воздух-вода». В варианте, показанном на Фиг.1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора измеряют с помощью датчика 24 давления воздуха в коллекторе (MAP). Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть последовательно соединен с впускным и выпускным отверстиями компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой обычно закрытый клапан, выполненный с возможностью открываться при выбранных рабочих условиях для понижения избыточного давления наддува. Например, перепускной клапан компрессора может быть открыт при понижении частоты вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 31 сгорания с помощью нескольких впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 с помощью нескольких выпускных клапанов (не показаны). В изображенном варианте показан один выпускной коллектор 36, однако в других вариантах выпускной коллектор может включать в себя несколько секций. Конфигурация, имеющая несколько секций выпускного коллектора, позволяет направлять продукты сгорания из различных камер сгорания в различные участки системы двигателя.
Как показано на Фиг.1, выхлопные газы из одного или более выпускных коллекторов направляются в турбину 16, обеспечивая ее вращение. При необходимости уменьшения крутящего момента турбины некоторые выхлопные газы могут быть направлены через перепускную заслонку (не показана) в обход турбины. Затем смешанный поток из турбины и от перепускной заслонки проходит через устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов. Как правило, одно или более устройств 70 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов доочистки выхлопных газов, способных каталитически очистить поток выхлопных газов и, таким образом, уменьшить количество одного или более веществ в потоке выхлопных газов.
Все или часть очищенных выхлопных газов из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов может быть выпущена в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако в зависимости от рабочих условий часть выхлопных газов может вместо этого быть направлена в канал 51 рециркуляции выхлопных газов (EGR), через охладитель 50 EGR и клапан 52 EGR к впускному отверстию компрессора 14. Следовательно, компрессор выполнен с возможностью впускать отводимые выхлопные газы из участка ниже по потоку относительно турбины 16. Клапан EGR может быть открыт, впуская регулируемое количество охлажденных выхлопных газов во впускное отверстие компрессора, обеспечивая необходимый уровень сгорания и требуемые характеристики выбросов. Следовательно, система 100 двигателя может быть использована как внешняя система для системы EGR низкого давления. Вращение компрессора наряду с относительно длинным путем движения потока EGR низкого давления в системе 100 двигателя позволяет достичь превосходной гомогенизации выхлопных газов в заряде впускного воздуха. Кроме того, расположение точек забора и смешивания EGR обеспечивает эффективное охлаждение выхлопных газов, позволяя увеличить массу EGR и повысить эффективность.
Транспортное средство 102 также включает в себя систему 104 охлаждения, в которой циркулирует охлаждающая жидкость, проходящая через двигатель 10 внутреннего сгорания и поглощающая избыточное тепло, и которая распределяет охлаждающую жидкость между радиатором 80 и/или сердцевиной 90 обогревателя через трубопроводы 82 и 84 охлаждающей жидкости соответственно. В частности, на Фиг.1 показана система 104 охлаждения, соединенная с двигателем 10, и траектория движения циркулирующей охлаждающей жидкости двигателя из двигателя 10 к радиатору 80 через водяной насос 86 с приводом от двигателя, и обратно в двигатель 10 по трубопроводу 82 охлаждающей жидкости. Водяной насос 86 может быть соединен с двигателем через привод навесного оборудования переднего расположения (FEAD) 88 и может вращаться пропорционально скорости вращения двигателя с помощью приводного ремня, цепи и т.д. В частности, в водяном насосе 86 циркулирует охлаждающая жидкость, проходящая через каналы в блоке цилиндров двигателя, головке двигателя и т.д., для поглощения тепла двигателя, которое потом передается через радиатор 80 в воздух окружающей среды. В примере, где водяной насос 86 представляет собой центробежный насос, созданное давление (и итоговый поток) может быть пропорционально скорости вращения коленчатого вала, как показано в примере на Фиг.1, и прямо пропорционально скорости вращения двигателя. В другом примере насос может быть использован для регулировки, не зависящей от скорости вращения двигателя. Температура охлаждающей жидкости может быть отрегулирована с помощью клапана 38 термостата, расположенного в трубопроводе 82 охлаждающей жидкости, который может оставаться закрытым до тех пор, пока охлаждающая жидкость не достигнет пороговой температуры.
Для поддержания расхода воздуха, проходящего через радиатор 80, когда транспортное средство 102 двигается медленно или не двигается при работающем двигателе, с радиатором 80 может быть соединен вентилятор 92 охлаждения двигателя. Скоростью и направлением вращения вентилятора можно управлять с помощью контроллера 12, рассмотренного ниже более подробно. В ином случае вентилятор 92 охлаждения двигателя может быть соединен со вспомогательной системой привода двигателя, приводимой в движение коленчатым валом двигателя.
Охлаждающая жидкость может проходить через трубопровод 82 охлаждающей жидкости, как рассмотрено выше, и/или через трубопровод 84 охлаждающей жидкости к сердцевине 90 обогревателя, откуда тепло может быть направлено в салон 106 транспортного средства, после чего поток охлаждающей жидкости возвращается в двигатель 10. В некоторых примерах для циркуляции охлаждающей жидкости через трубопроводы 82 и 84 охлаждающей жидкости может использоваться водяной насос 86 с приводом от двигателя.
На Фиг.1 также показана система 28 управления. Система 28 управления может быть подключена к различным компонентам системы 100 двигателя для выполнения описываемых управляющих процедур и действий. Например, как показано на Фиг.1, система 28 управления может включать в себя электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, оперативную память, оперативную энергонезависимую память и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от ряда датчиков 30, которые могут включать в себя средства и/или датчики входного сигнала от водителя (например, датчики положения передаточного механизма, нажатия педали газа, нажатия педали тормоза, положения рычага переключения передач, скорости транспортного средства, скорости вращения двигателя, массового расхода воздуха, проходящего через двигатель, температуры окружающей среды, влажности окружающей среды, температуры впускного воздуха, скорости вращения вентилятора и т.д.), датчики охлаждающей системы (например, датчики охлаждающей жидкости, скорости вращения вентилятора, температуры в салоне транспортного средства, влажности окружающей среды и т.д.), датчики САС 18 (например, датчики температуры и давления воздуха на впуске в САС, температуры и давления воздуха на выпуске из САС и т.д.) и другие. Кроме того, контроллер 12 может получать данные от GPS 34 и/или встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26 транспортного средства 102.
Встроенная коммуникационно-развлекательная система 26 может быть подключена к устройству 40 беспроводной связи через различные протоколы беспроводной связи, например сети беспроводной связи, вышки-ретрансляторы сотовой связи и/или их комбинации. Данные, получаемые от встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26, могут включать в себя текущие или прогнозируемые погодные условия. Информация о таких погодных условиях, как температура, осадки (например, дождь, снег, град и т.д.) и влажность, может быть получена через различные приложения устройства беспроводной связи и сайты с прогнозом погоды. Данные, полученные от встроенной коммуникационно-развлекательной системы, могут включать в себя текущие или прогнозируемые погодные условия для текущего местоположения, а также для всего планируемого маршрута. В одном варианте воплощения, в котором встроенная коммуникационно-развлекательная система включает в себя GPS, данные о текущих и прогнозируемых погодных условиях могут быть согласованы с текущим и будущим маршрутами движения, показанными на дисплее GPS. В альтернативном варианте воплощения, в котором система транспортного средства включает в себя специализированную GPS 34, каждая GPS и встроенная коммуникационно-развлекательная система может быть подключена к устройству 40 беспроводной связи, а также они могут быть соединены друг с другом для сопоставления данных о текущих и прогнозируемых погодных условиях с текущим и будущим маршрутами. В одном примере развлекательная система может иметь доступ к различным синоптическим картам, хранящимся в Интернете или в других «облачных» вычислительных системах. Данные синоптические карты могут содержать информацию о дожде, влажности, осадках и/или температуре, приведенных, например, в виде контурных карт. В одном примере устройство 40 беспроводной связи может передавать данные о влажности в режиме реального времени встроенной коммуникационно-развлекательной системе 26 и/или GPS 34, которые затем передаются на контроллер 12. Контроллер 12 сравнивает полученные данные о влажности с пороговыми значениями и определяет необходимую скорость вентилятора охлаждения двигателя и положение пластин решетки. Например, если влажность выше установленного порогового значения, одна или несколько пластин решетки могут быть закрыты, а вентилятор охлаждения двигателя может быть выключен.
Кроме того, контроллер 12 может быть подключен к различным исполнительным механизмам 32, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя (например, топливные форсунки, дроссельные заслонки для впускного воздуха с электронным управлением, свечи зажигания и т.д.), исполнительные механизмы охлаждающей системы (например, вентили подачи воздуха и/или клапаны дозирования в системе кондиционирования воздуха салона транспортного средства и т.д.) и другие. В некоторых примерах для выполнения способов, описанных ниже, запоминающее устройство может быть запрограммировано при помощи машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые процессором, а также с помощью других подразумеваемых, но не указанных конкретно вариантов.
Количество тепла выхлопных газов, передаваемое охлаждающей жидкости от двигателя, может варьироваться в зависимости от рабочих условий, влияя, таким образом, на количество тепла, передаваемое потокам воздуха. Например, количество выделяемого тепла выхлопных газов может понижаться пропорционально уменьшению крутящего момента на выходном валу двигателя или расходу топлива.
Транспортное средство 102 также имеет решетку 112, имеющую отверстия (например, отверстия между пластинами решетки, отверстие в бампере и т.д.) для прохождения воздушного потока 116 через или рядом с передней частью транспортного средства и в отсек двигателя. Такой воздушный поток 116 может затем быть использован радиатором 80, вентилятором 92 охлаждения двигателя и другими компонентами для поддержания охлаждения двигателя и/или коробки передач. Кроме того, поток 116 воздуха может выводить тепло из системы кондиционирования воздуха транспортного средства и повышать производительность двигателей с нагнетателем/турбонагнетателем, которые оборудованы САС 18, снижающим температуру воздуха, поступающего во впускной коллектор/двигатель. Вентилятор 92 охлаждения двигателя может быть также отрегулирован таким образом, чтобы увеличивать или уменьшать поток воздуха в компонентах двигателя. Кроме того, в систему двигателя может быть включен специальный вентилятор САС, используемый для увеличения или уменьшения потока воздуха, поступающего в САС.
На Фиг.2 приведен пример расположения САС 18, радиатора 80, вентилятора 92 охлаждения двигателя и системы 100 двигателя внутри транспортного средства 102 относительно пластин решетки и проходящего через нее воздушного потока 116 окружающей среды. Другие компоненты, расположенные под капотом (топливная система, аккумуляторы и т.д.), могут работать эффективнее, благодаря потоку охлаждающего воздуха. Таким образом, система 110 пластин решетки и вентилятор 92 охлаждения двигателя могут помочь охлаждающей системе 104 охлаждать двигатель 10 внутреннего сгорания. Система 110 пластин решетки включает в себя одну или более пластин 114 решетки, выполненных с возможностью регулировать количество воздуха, проходящего через решетку 112.
Например, пластины 114 решетки могут закрывать переднюю часть транспортного средства от нижней части капота до нижней части бампера. При закрывании впуска САС понижается аэродинамическое сопротивление и количество наружного охлаждающего воздуха, попадающего в САС. В некоторых вариантах воплощения все пластины решетки могут быть передвинуты в соответствии с командой контроллера. В других вариантах воплощения пластины решетки могут быть разделены на подгруппы, а контроллер может независимо регулировать открывание/закрывание каждой группы. Например, первая группа может включать в себя пластины решетки, которые сильно влияют на аэродинамическое сопротивление, а другая группа - пластины решетки, которые сильно влияют на впуск воздуха в САС. В одном примере первая подгруппа может находиться между нижней частью капота и верхней частью бампера, а вторая подгруппа может находиться между верхней частью бампера и нижней частью бампера. Каждая подгруппа может включать в себя одну или более пластин решетки. В некоторых примерах каждая группа может включать в себя одинаковое количество пластин решетки, при этом в других примерах одна подгруппа содержит больше пластин, чем другая. В одном варианте воплощения первая подгруппа может содержать несколько пластин решетки, а вторая подгруппа - только одну заслонку решетки. В альтернативном варианте воплощения первая подгруппа может содержать одну заслонку решетки, а вторая подгруппа - несколько пластин решетки.
Пластины 114 решетки могут перемещаться между открытым и закрытым положениями, также они могут удерживаться в одном из этих положений или в промежуточных положениях. Другими словами, степень открытия пластин 114 решетки может быть отрегулирована таким образом, чтобы пластины 114 решетки были частично открыты, частично закрыты или циклически перемещались между открытым и закрытым положениями, обеспечивая подачу потока воздуха для охлаждения компонентов отсека двигателя с минимальным увеличением расхода топлива. Это вызвано тем, что закрывание и/или частичное закрывание пластин 114 решетки снижает количество воздуха, проходящего через решетку 112, уменьшая, таким образом, аэродинамическое сопротивление транспортного средства. Удерживание пластин решетки в открытом положении обеспечивает достаточное охлаждение двигателя; однако это может также увеличить аэродинамическое сопротивление транспортного средства и увеличить расход топлива. С другой стороны, закрывание пластин решетки снижает аэродинамическое сопротивление и снижает расход топлива; однако это может помешать достаточному охлаждению двигателя. Таким образом, управление пластинами решеток может быть основано на нескольких рабочих условиях транспортного средства, описанных ниже. В некоторых вариантах воплощения пластины решетки могут быть использованы только для управления образованием конденсата в САС. В этом случае функционирование пластин решетки может обеспечить небольшой выигрыш с точки зрения аэродинамики.
При открытых пластинах решетки вентилятор 92 охлаждения двигателя может быть применен для увеличения или уменьшения охлаждающего потока 116 окружающего воздуха в компоненты двигателя. Например, при повышении скорости вращения вентилятора охлаждения двигателя объем и скорость потока воздуха, поступающего в двигатель, возрастают. И наоборот, при понижении скорости вращения вентилятора скорость потока воздуха, поступающего в двигатель, будет уменьшаться. Скорость потока окружающего воздуха непосредственно влияет на эффективность работы САС. Таким образом, путем изменения скорости вращения вентилятора можно изменить эффективность работы охладителя наддувочного воздуха. В некоторых вариантах осуществления изобретения вентилятор охлаждения двигателя может быть специальным вентилятором САС. В других вариантах могут быть применены как вентилятор охлаждения двигателя, так и специальный вентилятор САС. При закрытых пластинах в решетку поступает малый охлаждающий поток окружающего воздуха. Однако вентилятор охлаждения двигателя может продолжать работу для обеспечения подачи воздуха. В дополнение к управлению скоростью вращения также может быть изменено направление его вращения. Лопасти вентилятора могут быть выполнены таким образом, чтобы вращение в первом направлении направляло поток воздуха к компонентам двигателя. Далее такое направление будет обозначено как нормальное или основное направление вращения вентилятора. Вращение лопастей вентилятора во втором направлении, противоположном первому направлению, может направлять поток воздуха от компонентов двигателя. Таким образом, направление вращения вентилятора может быть также использовано для изменения направления потока охлаждающего воздуха по отношению к компонентам двигателя и, следовательно, для изменения эффективности работы САС.
В некоторых вариантах система 28 управления может быть выполнена с возможностью регулировать размер отверстия между пластинами 114 решетки в зависимости от рабочих условий транспортного средства. Регулировка размера отверстия между пластинами 114 решетки может включать в себя открывание одной или более пластин решетки, закрывание одной или более пластин решетки, частичное открывание одной или более пластин решетки, частичное закрывание одной или более пластин решетки, регулировку моментов открывания и закрывания и т.д. В качестве примера контроллер 12 может быть подключен к системе 110 пластин решетки и может содержать команды по регулировке отверстия между пластинами 114 решетки.
Система 28 управления может также управлять вентилятором 92 охлаждения двигателя в зависимости от условий работы транспортного средства. Управление работой вентилятора 92 охлаждения двигателя может включать в себя увеличение скорости его вращения, уменьшение скорости вращения, остановку, изменение направления вращения на обратное, регулировку времени включения/выключения вращения и т.д. В качестве примера контроллер 12 может иметь соединение с вентилятором 92 охлаждения двигателя и может иметь сохраненные инструкции по регулировке его вращения.
Вентилятор охлаждения двигателя может быть отрегулирован в соответствии с несколькими переменными значениями системы, включая температуру двигателя, условия движения транспортного средства, образование конденсата в САС и внешние погодные условия. В некоторых вариантах, открывание одной или более пластин решетки может быть выполнено в зависимости от всех или нескольких из описанных выше переменных. Регулировка вентилятора охлаждения двигателя может быть согласована с работой пластин решетки таким образом, чтобы оптимизировать управление конденсатом в САС, а также охлаждение двигателя и экономию топлива. Например, контроллер 12 может иметь соединение как с вентилятором 92 охлаждения двигателя, так и с системой 110 пластин решетки. Контроллер 12 может содержать сохраненные инструкции для регулировки работы вентилятора 92 охлаждения двигателя и системы 110 пластин решетки на основании текущего состояния других компонентов и вышеуказанных переменных системы. Работа вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки может быть осуществлена в зависимости от изменения только одной из данных переменных, даже если остальные переменные будут оставаться в допустимых пределах. Таким образом, для определения оптимальной скорости и направления вращения вентилятора охлаждения двигателя, размера отверстия между пластинами решетки для охлаждения транспортного средства, предотвращения коррозии САС, пропусков зажигания и снижения расхода топлива можно оценивать значения всех переменных. Дополнительные примеры и пояснение параметров работы вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки представлены на Фиг.8 и описаны далее.
При некоторых условиях вентилятор 92 охлаждения двигателя и система 110 пластин решетки могут быть отрегулированы под влиянием условий движения транспортного средства, например наличия или отсутствия передаваемого приводного усилия. Условие наличия передаваемого приводного усилия транспортного средства может включать в себя приложение колесами положительной силы, обеспечивающей движение транспортного средства вперед. Условие отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства может включать в себя ситуацию, когда колеса поглощают инерцию транспортного средства и создают отрицательную силу, направленную против движения транспортного средства вперед. В одном варианте условия отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства могут включать в себя замедление, торможение, уменьшение нагрузки на двигатель при постоянных оборотах, их комбинацию или другой тип состояния, свидетельствующий об отсутствии или о скором прекращении передачи приводного усилия транспортного средства. Например, также может быть использован сигнал торможения от системы круиз-контроля. Кроме того, могут быть использованы сигналы глобальной системы позиционирования, чтобы указывать на приближение к участку с более медленным движением, к спуску и т.д.
В некоторых случаях во время замедления двигатель транспортного средства может быть заглушен, а коробка передач отсоединена от двигателя для снижения расхода топлива. В такой ситуации необходимо дополнительное охлаждение двигателя. В данном случае открывание пластин решетки и увеличение скорости вращения вентилятора охлаждения двигателя в начале замедления может обеспечить предварительное охлаждение двигателя, поддерживая низкую температуру двигателя. За счет этого можно также оставить пластины решетки в закрытом положении в течение более длительного времени при последующих условиях движения, снижая аэродинамическое сопротивление транспортного средства и расход топлива.
Кроме того, вентилятор 92 охлаждения двигателя и система 110 пластин решетки могут быть отрегулированы таким образом, чтобы изменять условия образования конденсата внутри САС 18. Несколько датчиков 30 могут получать данные САС, такие как значения температуры и давления на впуске и выпуске. Контроллер 12 может использовать эти данные, а также данные об окружающем воздухе (например, температура и относительная и удельная влажность) и данные о транспортном средстве (например, его скорость) для определения скорости образования и количества конденсата в САС. В некоторых случаях относительная влажность окружающего воздуха может быть рассчитана или принята равной 100% при любой температуре окружающего воздуха. Это устраняет необходимость в датчике влажности. Тем не менее при наличии датчика влажности могут быть также использованы и данные о фактической влажности (например, в реальном времени).
Контроллер 12 может использовать указанные данные от датчиков вместе с алгоритмом для расчета количества конденсата в САС. Расчет конденсата может быть начат с расчета давления насыщенного пара на выпуске САС в зависимости от температуры и давления на выпуске САС. Далее алгоритм рассчитывает массу воды при этом давлении насыщенного пара. Далее на основании параметров окружающего воздуха может быть определена масса воды в воздухе. Наконец, скорость конденсации на выпуске САС может быть определена путем вычитания массы воды в условиях давления насыщенного пара на выпуске САС из массы воды в окружающем воздухе. Зная период времени между измерениями конденсата, контроллер 12 может определить количество конденсата в САС с момента последнего измерения. Текущее количество конденсата в САС может быть вычислено путем сложения указанного значения с предыдущим значением количества конденсата и затем вычитания потерь конденсата с момента проведения последнего вычисления (количество удаленного конденсата). Потери конденсата могут быть приняты равными нулю, если температура на выпуске САС выше точки конденсации.
Контроллер 12 может также отслеживать положение точки конденсации внутри САС 18, а также другие факторы риска коррозии (например, время, в течение которого точка конденсации находилась в одном месте внутри САС). В одном примере, скорость конденсации может быть рассчитана и использована для управления вентилятором охлаждения двигателя и пластинами решетки таким образом, чтобы свести конденсацию к минимуму. В другом примере, работа вентилятора охлаждения двигателя одной или более пластин решетки может быть отрегулирована, когда точка конденсации находится в определенном месте в течение достаточно длительного времени. С помощью такой регулировки вентилятора и пластин решетки можно сместить точку конденсации в другое место внутри САС 18, обеспечивая снижение степени коррозии. Например, если точка конденсации находится в одном месте внутри САС в течение времени, превышающего предварительно определенный период, можно изменить положение пластин 114 решетки для изменения эффективности САС 18. В качестве альтернативы, скорость или направление вращения вентилятора охлаждения двигателя могут быть изменены, чтобы повлиять на эффективность работы САС 18. В еще одном примере, могут быть изменены как положение пластин решетки, так и скорость или направление вращения вентилятора охлаждения двигателя, чтобы повлиять на эффективность работы САС. В каждом случае изменение эффективности работы САС смещает местоположение точки конденсации. В некоторых примерах вентилятор охлаждения двигателя и пластины решетки могут быть отрегулированы, когда точка конденсации расположена на выпускном отверстии САС. В данном случае температура выходящего из САС воздуха может упасть ниже температуры точки конденсации. Образование конденсата может произойти на выпуске САС, что в некоторых случаях приводит к появлению капель воды в воздухе, подаваемом в двигатель. Это может привести к проблемам при сгорании, таким как пропуск зажигания или медленное горение. В других случаях, если двигатель отключен и подвержен воздействию низких температур, конденсат в САС может замерзнуть, что может привести к повреждению САС. Управление вентилятором охлаждения двигателя и пластинами решетки в зависимости от параметров образования конденсата описано далее со ссылкой на Фиг.3.
Положение пластин 114 решетки может быть также изменено с учетом текущих или прогнозируемых погодных условий. Например, одну или более пластин 114 решетки можно закрывать при наличии погодных условий, способствующих образованию конденсата. К погодным условиям, способствующим образованию конденсата, можно отнести дождь, влажность, низкие температуры, или их комбинации. Погодные условия могут быть получены с помощью встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26 или GPS 34. Аналогичным образом работа вентилятора 92 охлаждения двигателя может быть отрегулирована с учетом текущих или спрогнозированных погодных условий. Например, вращение вентилятора может быть замедлено или остановлено, когда имеют место погодные условия, способствующие образованию конденсата.
Также в некоторых вариантах регулировка вентилятора охлаждения двигателя и пластин 114 решетки может зависеть от степени влияния таких условий, как отсутствие передаваемого приводного усилия транспортного средства, положение точки конденсации, погодных условий, способствующих образованию конденсата, а также их комбинаций. Например, во время сильного торможения, размер отверстия между пластинами 114 решетки может быть увеличен, и/или пластины 114 решетки могут быть открыты раньше, что позволит увеличить поток воздуха для обеспечения охлаждения двигателя таким образом, чтобы продлить последующее ускорение при закрытых заслонках решетки. В данном примере скорость вращения вентилятора 92 охлаждения двигателя может быть увеличена в большей степени, или его вращение начато раньше, что обеспечит дополнительное охлаждение двигателя. В другом примере, если GPS 34 или встроенная коммуникационно-развлекательная система 26 прогнозирует погоду с небольшим количеством осадков в виде дождя и средним уровнем влажности, размер отверстия между пластинами 114 решетки может быть уменьшен. В таком случае вращение вентилятора может быть замедлено в определенной степени, остановлено или, возможно, начато в обратном направлении.
Более того, в некоторых вариантах вентилятор 92 охлаждения двигателя и система 110 пластин решетки могут быть отрегулированы на основании температуры двигателя, условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства и образования конденсата внутри САС 18. В одном примере контролер 12 может быть выполнен с возможностью контролировать температуру двигателя, например температуру охлаждающей жидкости, и сравнивать ее с пороговыми значениями. В данном примере вентилятор охлаждения двигателя может быть включен, если значения температуры охлаждающей жидкости двигателя превышают пороговое значение. Тем не менее в некоторых вариантах вентилятор охлаждения двигателя может быть включен при образовании конденсата в САС, даже если значения температуры охлаждающей жидкости двигателя не превысили заданное пороговое значение. Таким образом, вентилятор охлаждения двигателя может быть включен или выключен при образовании конденсата в САС, если нормальная работа вентилятора в зависимости только от значений температуры двигателя обусловила противоположное управление вентилятором. Дополнительные способы регулировки вентилятора 92охлаждения двигателя и системы 110 пластин решетки описаны более подробно со ссылкой на Фиг.4-6. Такая регулировка вентилятора и пластин решетки позволяет выполнить эффективное охлаждение двигателя при снижении аэродинамического сопротивления транспортного средства и образования конденсата, а также предотвращении длительного нахождения точки конденсации в одном месте в САС. Это может помочь уменьшить расход топлива и предотвратить коррозию САС и пропуски зажигания.
На Фиг.3 приведено схематическое расположение точки конденсации и ее смещение внутри САС. На изображении 300 приведено два примера САС (302, 304) при различном количестве конденсата. В первом САС 302 горячий наддувочный воздух от компрессора 306 поступает в САС, охлаждается по мере прохождения через САС, а затем выходит из выпускного отверстия 310 САС, чтобы пройти через дроссельный клапан 20 во впускной коллектор 22 двигателя. Поток 308 воздуха окружающей среды входит через отверстия между пластинами решетки и проходит через САС в боковом направлении для участия в охлаждении наддувочного воздуха. Скорость данного потока воздуха может зависеть от транспортного средства и скорости вентилятора 92 охлаждения двигателя. Точка конденсации находится в месте 312 у ближнего конца САС. В данной точке может образоваться высококонцентрированный раствор воды и кислоты, что приведет к возникновению большого риска коррозии. Ниже по потоку относительно места 312 расположения точки конденсации в САС 302 образуется достаточно большое количество конденсата 314. Путем регулировки положения пластин 114 решетки и скорости вращения вентилятора 92 охлаждения двигателя можно изменить поток 308 воздуха окружающей среды, тем самым изменив эффективность САС и место расположения точки конденсации. Для САС 302 закрывание одной или более пластин решетки приводит к уменьшению потока 308 воздуха окружающей среды, снижая эффективность охлаждения САС 302 и перемещая точку конденсации вниз по потоку в горизонтальном направлении к выпуску САС и двигателю. Снижение скорости вращения, остановка или обратное вращение (таким образом, чтобы вентилятор направлял охлаждающий воздух из САС) вентилятора 92 охлаждения двигателя может также ослабить поток 308 окружающего воздуха, вызвав смещение точки конденсации вниз по потоку, к выпуску САС и двигателю. Новое место 316 расположения точки конденсации показано для САС 304. Температуры наддувочного воздуха в данном случае выше, за счет чего количество конденсата 318 в САС 304 меньше.
Для управления вентилятором охлаждения двигателя и пластинами решетки могут быть использованы различные подходы. Как описано со ссылкой на Фиг.3, вентилятор и пластины решетки могут быть отрегулированы на основании места образования конденсата в САС. Например, если место расположения точки конденсации в САС остается в заданных пределах по горизонтальной оси в течение периода, превышающего пороговое значение, вентилятор охлаждения двигателя и положение пластин решетки могут быть отрегулированы таким образом, чтобы сместить место образования конденсата в зависимости от различных факторов, как описано в данном документе. Указанный диапазон может быть отрегулирован на основании рабочих условий. Например, если температуры двигателя высоки и требуется большой поток наружного воздуха, то диапазон может быть расширен, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение двигателя. С другой стороны, при низкой температуре воздуха окружающей среды или во время дождя указанный диапазон может быть уменьшен, чтобы избежать коррозии в САС. Указанное выше пороговое значение периода может представлять собой период времени, количество миль, количество оборотов двигателя или другой измеряемый параметр.
Со ссылкой на Фиг.3 система 28 управления может вычислять место расположения точки конденсации, определять, в каком направлении по горизонтальной оси его лучше смещать, и соответствующим образом регулировать вентилятор охлаждения двигателя и положение пластин решетки. Например, если точка росы находится слева (выше по потоку, ближе к впуску САС и компрессору от центральной точки относительно потока через САС) от обозначенного среднего положения, можно отрегулировать работу вентилятора охлаждения двигателя или закрыть пластины решетки, или и то, и другое, чтобы уменьшить охлаждение, за счет чего точка конденсации сместится в направлении стрелки 322 вправо (ниже по потоку относительно потока через САС, ближе к выпуску САС и двигателю). В этом случае регулирование может включать в себя уменьшение скорости вращения, прекращение вращения или изменение направления вращения на обратное, чтобы охлаждающий воздух был направлен от САС. В противном случае, если точка конденсации находится справа от обозначенного среднего положения, можно увеличить скорость вентилятора, или открыть пластины решетки, или и то, и другое, чтобы увеличить охлаждение, за счет чего точка конденсации сместится в направлении стрелки 320 влево (выше по потоку относительно потока через САС, ближе к впуску САС и компрессору). Таким образом, с помощью смещения точки росы вправо, последующего открывания пластин решетки и увеличения скорости вентилятора, также можно обеспечить улучшение охлаждения двигателя. С помощью перемещения точки росы влево, последующего закрывания пластин решетки и уменьшения скорости вентилятора сопротивление транспортного средства снижается, уменьшая расход топлива. Таким образом, подобное управление вентилятором и пластинами решетки может замедлить износ САС при снижении расхода топлива и улучшении охлаждения двигателя.
Определение того, что необходимо подвергнуть регулировке: работу вентилятора, положение пластин решетки или оба устройства, для изменения эффективности работы САС, может зависеть от других режимов эксплуатации транспортного средства или внешних условий. Например, если транспортное средство едет на большой скорости, то для изменения эффективности работы САС может быть необходимо только открыть пластины решетки. Однако, если скорость движения транспортного средства мала, то может быть необходимо как открыть пластины решетки, так и увеличить скорость вращения вентилятора для обеспечения достаточного потока охлаждающего воздуха, чтобы изменить эффективность работы САС. В другом примере может быть необходимо смещение точки конденсации вправо, если температура двигателя высока. В данном случае охлаждение в САС может быть уменьшено путем отключения вентилятора. Однако пластины решетки могут быть оставлены открытыми, чтобы обеспечить охлаждение двигателя.
В некоторых вариантах количество конденсата или скорость образования конденсата может привести к необходимости регулировки работы вентилятора охлаждения двигателя и/или пластин решетки. Например, как показано на Фиг.3, температура воздуха, выходящего из выпускного отверстия 310 САС, может опуститься ниже температуры точки конденсации. В некоторых примерах это может привести к снижению скорости вращения вентилятора и/или закрыванию пластин решетки, что ослабит поток воздуха, поступающего в САС, тем самым уменьшая эффективность работы САС и увеличивая температуру выходящего из САС воздуха. В других примерах скорость вращения вентилятора может быть снижена и/или пластины решетки могут быть закрыты после того, как температура на выпускном отверстии 310 САС находится ниже точки конденсации дольше, чем пороговый период времени. Пороговый период может быть отрегулирован на основании режимов эксплуатации транспортного средства. Например, если скорость движения транспортного средства высока, то скорость образования конденсата может быть увеличена, что потребует более короткого периода. Если же скорость образования конденсата мала, то пороговый период может быть увеличен.
Работа вентилятора 92 охлаждения двигателя и системы 110 пластин решетки может быть основана на текущих режимах работы других компонентов, а также на значениях температуры двигателя, режимах эксплуатации транспортного средства, количестве и скорости образования конденсата в САС, местоположения точки конденсации в САС и внешних погодных условиях. Таким образом, можно считать, что все переменные определяют оптимальные сочетание работы вентилятора охлаждения двигателя и положения пластин решетки для охлаждения транспортного средства, предотвращения образования коррозии в САС, предотвращения пропуска зажигания и снижения потребления топлива. Примеры такой эксплуатации компонентов системы описаны ниже со ссылкой на Фиг.4-7.
На Фиг.4 показан пример способа 400 регулировки вентилятора охлаждения двигателя и положения пластин решетки на основании таких условий, как отсутствие передаваемого приводного усилия транспортного средства, образование конденсата в САС, внешние погодные условия и температура двигателя. На этапе 402 процедура предусматривает оценку и/или измерение рабочих параметров двигателя. К таким параметрам относятся, например, скорость вращения и нагрузка двигателя, запрашиваемый крутящий момент, наддув, давление в коллекторе (MAP), температура воздуха турбонаддува в коллекторе (МСТ), воздушно-топливное соотношение (лямбда), содержание топливного спирта, барометрическое давление, условия окружающей среды (например, температура, давление, влажность воздуха окружающей среды и т.д.), история раннего зажигания и т.д. На этапе 404 на основании оцененных условий может быть определено, имеется ли передаваемое приводное усилие транспортного средства. Такое определение может включать в себя обнаружение таких характеристик отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, как замедление, торможение, уменьшение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, темп изменения скорости вращения двигателя ниже предварительно определенного значения, подача сигнала на торможение от системы адаптивного управления круиз-контролем (которая определяет расстояние до транспортного средства, едущего непосредственно перед транспортным средством, о котором идет речь, и автоматически включает тормоза транспортного средства для поддержания порогового расстояния до транспортного средства, едущего впереди) или иной тип условий, свидетельствующих об отсутствии передаваемого приводного усилия транспортного средства. В качестве примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда степень нажатия водителем педали тормоза превышает пороговое значение. В качестве другого примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда усилие торможения, примененного водителем (усилие, прилагаемое к педали тормоза), превышает пороговое значение. В качестве еще одного примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда давление в тормозной системе превышает пороговое значение. В качестве другого примера к условиям отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства можно отнести ситуации, когда степень задействования тормозов (например, тормоза с электрическим приводом) превышает пороговое значение.
Если условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства не обнаружено (например, происходит передача приводного усилия), то способ 400 переходит к этапу 406 и 434, где контроллер устанавливает закрытое положение в качестве основного положения пластин решетки и выключенное состояние в качестве базового состояния вентилятора. При обнаружении условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства способ 400 переходит к этапу 408 и 436, где контроллер устанавливает открытое положение в качестве основного положения пластин решетки и включенное состояние в качестве базового состояния вентилятора. Здесь также может быть отрегулирована скорость вентилятора в зависимости от условия отсутствия приводного усилия. Например, скорость вентилятора может быть выше при больших скоростях замедления. После выполнения этапов 434 и 436 способ 400 переходит к этапу 410, где оценивают образование конденсата в САС. Методика оценки более подробно рассмотрена применительно к Фиг.5, как описано ниже. Если на этапе 410 будет определено, что конденсат не образуется, то способ 400 переходит к этапу 412, где пластины решетки и работу вентилятора сохраняют в основном положении. Однако, если на этапе 410 определено, что происходит образование конденсата, способ 400 переходит к этапу 414, где определяют степень регулировки пластин решетки и/или вентилятора, необходимой для снижения или изменения образования конденсата. На этапе 416 выполняют такую регулировку и устанавливают новые условия в качестве базовых условий пластин решетки и вентилятора.
На этапе 418 определяют вероятность того, что на основании условий окружающей среды в САС образуется конденсат. Методика такого определения более подробно рассмотрена в отношении Фиг.6, как описано ниже. Если на основании погодных условий вероятность образования конденсата в САС мала, пластины решетки и вентилятор сохраняют в ранее отрегулированном основном положении. Однако при наличии вероятности образования конденсата пластины решетки закрывают, изменяя прежнее основное положение. Базовое положение вентилятора может быть сохранено. Способ 400 переходит к этапу 424, где сравнивают температуру двигателя с пороговыми значениями. Например, если температура охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) превышает максимальное значение, необходимо обеспечить дополнительное охлаждение двигателя. Если температура не превышает порогового значения Т1, то сохраняют основное положение пластин решетки и вентилятора, после чего процедура завершается. Однако если температура превышает пороговое значение Т1, вентилятор включают. На этапе 430 снова проверяют температуры двигателя. Если температуры выше второго порогового значения Т2, то заслонки решетки открывают, после чего процедура завершается. В противном случае вентилятор оставляют включенным и сохраняют основное положение пластин решетки. В некоторых примерах второе пороговое значение больше первого порогового значения. В других примерах они могут быть равны.
На Фиг.5 показан пример способа 500, где проиллюстрирован процесс регулирования работы вентилятора охлаждения двигателя и положения пластин решетки на основании образования конденсата внутри САС. На этапе 502 определяют условия в САС. Такими условиями могут быть данные, получаемые от нескольких датчиков 30, например температура воздуха окружающей среды, влажность воздуха окружающей среды, температура наддувочного воздуха на впуске и выпуске, а также давление наддувочного воздуха на впуске и выпуске. На этапе 504 эти переменные используют для определения, образовался ли в САС конденсат. Если конденсат не образовался, способ предусматривает на этапе 506 сохранение текущей работы вентилятора и положения пластин решетки, после чего завершается. Однако если конденсат образуется, способ переходит к этапу 508, где определяют место расположения точки конденсации внутри САС. Контроллер 12 может определить место расположения точки конденсации с помощью анализа условий в САС, как было описано выше, а также на основании других переменных значений (например, скорости транспортного средства, скорости вращения вентилятора, положения пластин решетки и т.д.). Контроллер может использовать алгоритмы для анализа данных и определить место расположения точки конденсации, время, в течение которого точка конденсации находилась в данном месте (например, продолжительность пребывания), количество конденсата внутри САС и другие значения. Если на этапе 510 определено, что время, в течение которого точка конденсации находилась в данном месте, не превышает установленное предельное значение, то на этапе 512 способ предполагает поддержание текущих настроек вентилятора и положения пластин решетки, а затем завершается. Однако если на этапе 510 определено, что время, в течение которого точка конденсации находилась в данном месте, превышает установленное предельное значение, то на этапе 514 способ определяет направление смещения точки конденсации и желаемое ее новое размещение (как было описано выше и показано в отношении Фиг.3). На этапе 516 контроллер 12 и исполнительные механизмы 32 регулируют работу вентилятора и ориентацию пластин решетки для смещения точки конденсации в нужное место. После регулировки вентилятора и пластин решетки процедура завершается.
На Фиг.6 изображен пример способа 600 регулировки положения пластин решетки на основании условий образования конденсата, определяемых внешними погодными условиями. На этапе 602 контроллер 12 принимает данные от множества датчиков 30, GPS 34 и встроенной коммуникационно-развлекательной системы 26. К получаемым данным можно отнести температуру и влажность воздуха окружающей среды, прогнозируемые погодные условия на дороге и по маршруту следования транспортного средства. Затем на этапе 604 контроллер 12 анализирует данные об условиях образования конденсата в САС. К подобным погодным условиям можно отнести дождь, высокую влажность, низкую температуру воздуха или их комбинации. Если на этапе 606 будет определено, что условия образования конденсата превышают пороговые значения, то на этапе 610 пластины будут закрыты. В противном случае способ на этапе 608 предусматривает сохранение пластин решетки в текущем положении. Пороговые значения могут включать в себя пороговые температуру, процент влажности или количество осадков, при которых вероятно образование конденсата внутри САС. После этапов 610 и 608 процедура завершается. Если значения температуры двигателя превышают пороговые значения при погодных условиях, способствующих образованию конденсата, то вентилятор охлаждения двигателя может быть включен для обеспечения охлаждения двигателя и предотвращения при этом образования конденсата в САС.
На Фиг.7А и 7B приведены схемы 702 и 704, иллюстрирующие сравнение функционирования вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя, скорости транспортного средства, образования конденсата и внешних погодных условий. Пример схем 702 и 704 показывает сравнение регулировок компонентов системы охлаждения при различных комбинациях скорости транспортного средства (VS) и внешних погодных условий (ОС) в зависимости от времени (по оси х). На схеме 702 показан первый пример функционирования вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки вне зависимости от образования (CF) конденсата. Включение и выключение вентилятора охлаждения двигателя, а также открывание и закрывание пластин решетки показано на основании температуры двигателя и условий отсутствия передаваемого приводного усилия транспортного средства, которые представлены на данном чертеже через температуру (ЕСТ) охлаждающей жидкости двигателя и скорость транспортного средства (VS) соответственно. Схема 702 включает в себя состояние вентилятора охлаждения двигателя (вкл. или выкл.), показанное графиком 706, состояние заслонок решетки (отк. или закр.), показанное на графике 708, изменения температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ), показанные на графике 710, изменения скорости движения транспортного средства (VS) на графике 712 и изменения образования конденсата (CF) на графике 714.
На схеме 704 представлен второй пример регулируемой системы вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки, в котором эксплуатация этих систем основана на температуре охлаждающей жидкости двигателя, замедлении двигателя, образовании конденсата и внешних погодных условий. Схема 704 включает в себя состояние вентилятора охлаждения двигателя (вкл. или выкл.) на графике 716, состояние пластин решетки (отк. или закр.) на графике 718, ЕСТ на графике 720, VS на графике 722, CF на графике 724 и внешние погодные условия (ОС) на графике 726. В данном примере может быть выполнено включение/выключение вентилятора охлаждения двигателя и и открывание/закрывание пластин решетки соответственно в зависимости от переменных системы и внешних условий. Тем не менее в некоторых вариантах управление работой вентилятора и пластинами может включать в себя выбор положения, находящегося между положениями включено/выключено и открыто/закрыто соответственно. В данном случае скорость вращения вентилятора охлаждения двигателя и степень открывания пластин решетки могут быть отрегулированы с помощью переменных системы, показанных на схемах 702 и 704. Например, скорость вращения вентилятора охлаждения двигателя может быть увеличена (например, пропорционально), если ЕСТ превышает пороговое значение. В другом примере скорость вращения вентилятора может быть изменена в соответствии с различными степенями замедления или различным количеством образования конденсата в САС.
На схеме 702 до момента времени t1 вентилятор может не работать. В момент времени t1 при достижении ЕСТ порогового значения температуры T1 (кривая 710) происходит включение вентилятора охлаждения двигателя (линия 706). Можно наблюдать за образованием конденсата (CF) в охладителе наддувочного воздуха. Образование конденсата (кривая 714) достигает порогового значения (СТ) незадолго до момента времени t2. Данное пороговое значение СТ соответствует пороговому значению, при превышении которого скапливание конденсата может увеличить риск образования коррозии. Однако в то же самое время температура охлаждающей жидкости (кривая 710) превышает пороговое значение T2 (которое больше, чем пороговое значение T1), что приводит к открыванию пластин решетки (линия 708). Сочетание открытых пластин решетки и вращения вентилятора охлаждения двигателя увеличивает поток окружающего воздуха, что способствует снижению ЕСТ и изменяет эффективность работы охладителя наддувочного воздуха. В частности, это приводит к уменьшению образования конденсата до уровня, не превышающего порогового значения (СТ) до достижения условий риска образования коррозии (кривая 714). Если вентилятор оставлен включенным, а пластины решетки оставлены открытыми, чтобы уменьшить температуру ЕСТ, образование конденсата снова начинает превышать пороговое значение СТ (кривая 714). В момент времени t3 температура охлаждающей жидкости двигателя падает ниже порогового значения Т1 (кривая 710), в результате чего выключается вентилятор и закрываются пластины решетки. В момент времени t4 скорость движения транспортного средства указывает на его замедление или торможение (кривая 712), что приводит к открыванию пластин решетки и включению вентилятора охлаждения двигателя. В данный момент времени температура охлаждающей жидкости двигателя продолжает падать, и образование конденсата снова начинает превышать пороговое значение СТ. В момент времени t5 скорость движения транспортного средства увеличивается, и по причине повышенного образования конденсата в точке 728 происходит пропуск зажигания двигателя. По мере увеличения скорости движения транспортного средства происходит повышение температуры охлаждающей жидкости двигателя вместе с образованием конденсата. При достижении температуры Т1 охлаждающей жидкости двигателя в момент времени t6 может быть включен вентилятор. Вскоре после достижения момента времени t7 пластины решетки могут быть открыты при достижении температуры Т2 охлаждающей жидкости двигателя.
На схеме 704 вентилятор охлаждения двигателя включен в момент времени t1 (линия 716) при достижении ЕСТ значения Т1 (кривая 720). Образование конденсата превышает пороговое значение СТ (кривая 724) незадолго до момента времени t2 на период времени Δt1, который не превышает заданный временной предел. Затем пластины решетки открываются (линия 718), если температура охлаждающей жидкости двигателя превышает пороговое значение T2 в момент времени t2 (кривая 720). С течением времени образование конденсата превышает пороговое значение СТ (кривая 724). До момента времени t2’, если кривая CF превышала СТ в течение заданного временного предела Δt2 (кривая 724), то вентилятор оставлен включенным, а пластины открытыми. В момент времени t2’ вентилятор отключен, а пластины решетки закрыты, что снова обеспечивает уменьшение образования конденсата. Следует заметить, что отключение вентилятора и закрывание пластин решетки происходит в момент времени t2’ из-за образования конденсата, даже если значения температуры охлаждающей жидкости двигателя не превышают Т1. Между моментами времени t2’ и t3 внешние погодные условия изменились на погодные условия, способствующие образованию конденсата (линия 726). Поскольку пластины решетки уже закрыты, они продолжают оставаться закрытыми на участке 730. Пластины решетки открываются снова в момент времени t4 при замедлении транспортного средства (кривая 722) и продолжают оставаться открытыми до момента времени t4’. В этот момент происходит также включение вентилятора. В момент времени t4’ вентилятор отключается (линия 716) и пластины решетки снова закрываются (линия 718) в результате превышения кривой CF порогового значения СТ в течение заданного временного предела Δt3 (кривая 724). В момент времени t5 пластины решетки продолжают оставаться закрытыми, когда транспортное средство начинает ускоряться (кривая 722). Следует заметить, что в данном примере пропуска зажигания двигателя в точке 732 не происходит, поскольку количество конденсата САС остается на низком уровне из-за своевременного изменения параметров работы вентилятора и пластин решетки. Пластины решетки продолжают оставаться закрытыми до момента времени t7’ по причине погодных условий 734, способствующих образованию конденсата. В момент времени t5’ происходит включение вентилятора, когда температура охлаждающей жидкости двигателя превышает значение Т1 (кривая 720). Пластины решетки продолжают оставаться закрытыми до момента времени t7’, если температура охлаждающей жидкости двигателя превышает значение Т2 (кривая 720).
При сравнении схем 702 и 704 можно увидеть различия в образовании конденсата в САС. Кривая CF (714) превышает пороговое значение конденсата четыре раза на схеме 702, причем в трех из этих областей существует значительный риск образования коррозии в САС (736, 738 и 740). При этом на схеме 704 период времени, в течение которого кривая CF (724) превышает пороговое значение конденсата СТ, гораздо меньше (области 742 и 744). Таким образом, управление вентилятором охлаждения двигателя и пластинами решетки при образовании конденсата и в зависимости от внешних погодных условий уменьшает риск образования коррозии и конденсата в САС. Пластины решетки на схеме 704 также находятся в закрытом состоянии большее количество времени (периоды d1, d2 и d3), чем на схеме 702 (периоды d4, d5 и d6). Это уменьшает аэродинамическое сопротивление транспортного средства и снижает потребление топлива.
На Фиг.8 в таблице показаны четыре режима согласованной работы вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки системы охлаждения двигателя. Система охлаждения двигателя может работать в четырех основных режимах на основании режима эксплуатации транспортного средства: отсутствие приводного усилия, образование конденсата в САС, внешние погодные условия и значения температуры двигателя. В каждом из режимов работы системы охлаждения вентилятор охлаждения двигателя может быть включен или выключен, и пластины решетки могут быть открыты или закрыты при наличии вышеуказанных условий и значений переменных системы. Например, система охлаждения двигателя может работать в первом режиме (режим 1). Во время работы в первом режиме (режим 1) вентилятор охлаждения двигателя включен и пластины решетки открыты. В одном примере система охлаждения двигателя может работать в режиме 1, когда одно или несколько значений температуры охлаждающей жидкости двигателя превышает более высокое пороговое значение температуры (например, превышает второе пороговое значение температуры Т2, как показано на Фиг.4 и 7), при необходимости смещения точки конденсации в САС по направлению к впуску САС и режиме эксплуатации транспортного средства в отсутствие приводного усилия, например при замедлении. В другом примере система охлаждения двигателя может работать во втором режиме (режим 2). Во время работы во втором режиме (режим 2) вентилятор охлаждения двигателя может быть включен и заслонки решетки могут быть закрыты. В одном примере система охлаждения двигателя может работать в режиме 2, когда одно или несколько значений температуры охлаждающей жидкости двигателя превышает более низкое пороговое значение температуры (например, превышает первое пороговое значение температуры Т1, как показано на Фиг.4 и 7) при увеличении нагрузки на двигатель или ускорении и при внешних условиях, способствующих образованию конденсата, таких как дождь. Например, если идет дождь, но значения температуры охлаждающей жидкости двигателя превышают значение Т1, то вентилятор и заслонки решетки могут работать в режиме 2. В другом примере работа в режиме 2 может быть активирована, если необходимо сместить точку конденсации по направлению к впуску САС, но только на небольшое расстояние (например, на расстояние, не превышающее пороговое значение).
Система охлаждения двигателя также может работать в третьем режиме (режим 3). Во время работы в третьем режиме (режим 3) вентилятор охлаждения двигателя может быть отключен, в то время как пластины решетки могут быть открыты. В одном примере работа в режиме 3 может быть использована, когда транспортное средство эксплуатируется в отсутствие приводного усилия, например при замедлении. В другом примере работа в режиме 3 может быть активирована, если для изменения эффективности работы САС, например смещения точки конденсации по направлению к впуску САС на небольшое расстояние, необходимо меньшее охлаждение. Наконец, система охлаждения двигателя может работать в четвертом режиме (режим 4), в котором вентилятор охлаждения двигателя выключен, а пластины решетки закрыты. В одном примере работа в режиме 4 может быть активирована при увеличении нагрузки на двигатель или ускорении, при условиях, способствующих образованию конденсата, таких как дождь, либо если необходимо сместить точку конденсации по направлению к выпуску САС. Например, вентилятор и пластины решетки могут работать в режиме 4, если значения температуры охлаждающей жидкости двигателя не превышают пороговое значение Т1 и происходит ускорение вращения двигателя. В другом примере вентилятор и пластины решетки могут работать в режиме 4, если значения температуры охлаждающей жидкости двигателя не превышают пороговое значение Т1 и идет дождь. Контроллер (такой как система 28 управления, показанная на Фиг.1) может выбирать режим работы системы охлаждения двигателя, включая настройки для вентилятора охлаждения двигателя и пластин решетки, для оптимизации охлаждения двигателя, аэродинамики транспортного средства и управления образованием конденсата.
Таким образом, управление вентилятором охлаждения двигателя может быть осуществлено в зависимости от температуры двигателя, режима эксплуатации транспортного средства, образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха и внешних погодных условий. Путем регулировки работы вентилятора охлаждения двигателя в согласовании с работой пластин решетки управление накопления конденсата в охладителе наддувочного воздуха может быть осуществлено в лучшей степени, при этом улучшая охлаждение двигателя и снижая потребление топлива. Путем селективного увеличения скорости вращения вентилятора охлаждения двигателя может быть выполнено охлаждение компонентов системы двигателя, в то время как точка конденсации в САС смещается по направлению к впуску САС. Пластины решетки могут быть согласованным образом открыты, способствуя охлаждению путем дополнительного увеличения потока окружающего воздуха. При других условиях пластины решетки могут быть закрыты, что ограничит поступление потока охлаждающего воздуха в САС, обеспечивая смещение точки конденсации в САС по направлению к выпуску САС. Кроме того, работа вентилятора охлаждения двигателя может быть отрегулирована для изменения эффективности работы САС путем смещения точки конденсации в САС. Такое управление вентилятором охлаждения двигателя и пластинами решетки обеспечивает достаточное охлаждение двигателя при оптимизации потребления топлива транспортным средством, предотвращение пропуска зажигания двигателем и предотвращение образования коррозии в охладителе наддувочного воздуха.
Специалистам в данной области техники понятно, что процедуры, описанные в данном документе, могут представлять собой один или несколько этапов регулировки пластин решетки. Таким образом, различные представленные этапы или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом, для обеспечения достижения технического результата порядок этапов сохранять необязательно. Хотя этого явно и не показано, специалистам в данной области техники понятно, что один или более изображенных этапов или функций может быть выполнен несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии.
1. Способ управления вентилятором охлаждения двигателя транспортного средства, в котором регулируют работу вентилятора в зависимости от образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха.
2. Способ по п.1, в котором регулирование работы вентилятора выполняют при образовании определенного количества конденсата.
3. Способ по п.1, в котором регулирование работы вентилятора выполняют при определенной скорости образования конденсата.
4. Способ по п.1, в котором регулирование работы вентилятора выполняют при образовании конденсата в определенном месте охладителя наддувочного воздуха.
5. Способ по п.1, в котором при регулировании работы вентилятора увеличивают или уменьшают скорость вращения вентилятора.
6. Способ по п.1, в котором при регулировании работы вентилятора включают или выключают вентилятор.
7. Способ по п.1, в котором при регулировании работы вентилятора изменяют направление вращения вентилятора.
8. Способ управления вентилятором охлаждения двигателя транспортного средства, в котором регулируют работу вентилятора, когда место образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха остается в определенной области в течение периода времени, превышающего пороговое значение.
9. Способ по п.8, в котором работу вентилятора регулируют таким образом, чтобы при наличии первого набора условий обеспечить перемещение места образования конденсата в сторону впуска охладителя наддувочного воздуха, а при наличии другого набора условий обеспечить его перемещение в сторону выпуска охладителя наддувочного воздуха.
10. Способ по п.9, в котором первый набор условий включает в себя ситуации, когда место образования конденсата расположено ближе к выпуску, чем к впуску охладителя наддувочного воздуха.
11. Способ по п.9, в котором первый набор условий включает в себя ситуации, когда место образования конденсата расположено ближе к впуску, чем к выпуску охладителя наддувочного воздуха.
12. Способ по п.9, в котором первый набор условий включает в себя ситуации, когда температура двигателя выше порогового значения, а второй набор условий включает в себя ситуации, когда температура двигателя ниже порогового значения.
13. Способ по п.9, в котором для перемещения места образования конденсата к впуску охладителя наддувочного воздуха увеличивают скорость вращения вентилятора, а для перемещения места образования конденсата к выпуску охладителя наддувочного воздуха уменьшают скорость вращения вентилятора.
14. Способ по п.9, в котором первый набор условий включает в себя ситуации, когда водитель отпустил педаль акселератора, а второй набор условий включает в себя ускорение транспортного средства с приводом от двигателя.
15. Способ по п.8, в котором работу вентилятора регулируют в зависимости от параметров охлаждения двигателя и отпускания педали акселератора водителем.
16. Способ по п.14, в котором область расположения места образования конденсата увеличивается при увеличении температуры двигателя.
17. Способ по п.14, в котором осуществляют наддув впускного воздуха на участке выше по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха.
18. Способ по п.8, в котором выполняют прямой впрыск топлива в двигатель транспортного средства.
19. Способ управления вентилятором охлаждения двигателя транспортного средства, в котором при локализации конденсата в охладителе наддувочного воздуха при температуре двигателя, превышающей пороговое значение, или при замедлении транспортного средства увеличивают скорость вращения вентилятора, а при локализации конденсата при температуре двигателя ниже порогового значения, или при ускорении транспортного средства уменьшают скорость вращения вентилятора.
20. Способ по п.19, в котором при локализации конденсата дополнительно регулируют положение пластин решетки радиатора.
21. Способ управления вентилятором охлаждения двигателя транспортного средства, в котором при локализации конденсата в охладителе наддувочного воздуха на одном месте в течение периода времени, превышающего пороговое значение, регулируют работу вентилятора, включая увеличение скорости вращения при наличии первого условия и уменьшение скорости вращения при наличии второго условия, отличающегося от первого условия.
22. Способ по п.21, в котором работу вентилятора регулируют таким образом, чтобы обеспечить перемещение места образования конденсата в сторону впуска охладителя наддувочного воздуха при наличии первого условия и в сторону выпуска при наличии второго условия.
23. Способ по п.22, в котором работу вентилятора регулируют в зависимости от параметров охлаждения двигателя, а также нажатия и отпускания водителем педали акселератора, причем при увеличении температуры двигателя область расположения места образования конденсата увеличивается.
