Способ управления механизмом перепускной заслонки (варианты)
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ управления механизмом (200) перепускной заслонки (218) заключается в определении рабочих условий двигателя и регулировании привода (202) вблизи концевого упора, соответствующего полностью закрытому положению механизма перепускной заслонки (218), на основе информации о найденной области (226) неопределенности положения концевого упора. Область (226) неопределенности положения концевого упора зависит от рабочих условий двигателя. Регулирование привода (202) предусматривает постепенное перемещение заслонки (218) системы привода заслонки, оснащенного механической передачей (204), в направлении концевого упора после достижения границы найденной области (226) неопределенности положения концевого упора и уменьшение величины найденной области (226) неопределенности положения концевого упора на основании указанного перемещения. Система привода (202) заслонки (218) оснащена механической передачей (204) и содержит сервопривод, соединенный с перепускной заслонкой (218) с помощью четырехзвенной механической передачи (204). Раскрыты варианты способа управления механизмом перепускной заслонки. Технический результат заключается в повышении точности установки заслонки в заданное положение. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к управлению перепускной заслонкой турбонагнетателя.
Уровень техники
В различных компонентах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) используются заслонки для управления движением различных текучих сред (например, сжатого воздуха, топлива, смазочного материала и т.п.). Чтобы увеличить точность установки заслонки в заданное положение (точность позиционирования), и таким образом, точность управления течением сред, можно приводить заслонку в действие посредством сервопривода, в котором используется электрический мотор и обеспечивается обратная связь по положению (например, через редуктор). Клапаны, которые используют в ДВС, часто подвержены действию высоких температур и механических сил, причем оба эти фактора значительным образом изменяются в ходе работы двигателя. Одним из примеров такой заслонки является перепускная заслонка, положение которой изменяют для управления количеством отработавшего газа, попадающего в турбину турбонагнетателя. Поскольку турбина может быть механически связана с компрессором, выполненным с возможностью сжатия всасываемого воздуха, управление течением отработавшего газа через перепускную заслонку облегчает управление уровнем сжатия, которое обеспечивает компрессор, и, в свою очередь, управление давлением наддува, создаваемым в двигателе, с которым компрессор связан. Перепускные заслонки часто подвержены действию высоких температур и механических сил по меньшей мере частично из-за близости течения отработавшего газа. Вследствие этого может происходить механическая деформация перепускной заслонки - например, в силу термического расширения может увеличиваться длина тяги, связывающей привод перепускной заслонки с самой перепускной заслонкой. Несмотря на наличие обратной связи по положению, которая обеспечивается благодаря применению сервопривода для привода перепускной заслонки, позиционирование перепускной заслонки в силу указанных тепловых и механических факторов может стать существенно неточным. Это может приводить к неточному управлению наддувом, а в некоторых случаях к непреднамеренному столкновению перепускной заслонки с концевым упором (например, седлом) в силу неопределенности положения концевого упора, что может привести к ухудшению работы перепускной заслонки.
В патентной заявке Германии 20121006532 раскрыт способ адаптации позиционирования перепускной заслонки к тепловым и механическим факторам, которые вызывают деформацию перепускной заслонки. В частности, перед запуском двигателя производится определение полностью закрытого положения перепускной заслонки (т.е. положения концевого упора заслонки) и сохранение этих данных в памяти в качестве данных полностью закрытого положения при холодном двигателе. Во время последующей работы двигателя случаи, при которых перепускная заслонка становится в полностью закрытое положение, используют для получения информации о полностью закрытом положении при различных тепловых условиях - а именно, при высоких температурах. Данные по такому полностью закрытому положению сохраняют в памяти в качестве данных полностью закрытого положения при горячем двигателе. Затем позиционирование перепускной заслонки можно производить в соответствии с данными полностью закрытого положения, которые были определены для холодных и горячих условий, чтобы тем самым уменьшить ошибку, которую вносит тепловая деформация.
Установлено, что вышеописанному способу свойственна проблема. Для многих транспортных средств, после запуска двигателя редко возникают такие случаи, когда можно определить положение концевого упора перепускной заслонки. Для некоторых транспортных средств число таких случаев может быть крайне ограниченным даже на протяжении всего времени эксплуатации. Более того, задаваемые подъемы перепускной заслонки, которые не соответствуют концевому упору, обычно нельзя изменить так, чтобы они соответствовали концевому упору, чтобы принудительно получить данные о концевом упоре - например, потому что может возникнуть помпаж.
Раскрытие изобретения
Таким образом предлагаются способы управления перепускной заслонкой.
Согласно одному примеру способ управления системой привода заслонки, оснащенного механической передачей, содержит регулирование привода вблизи концевого упора на основе информации о найденной области неопределенности положения концевого упора, причем указанная область зависит от рабочих условий.
Более конкретно, регулирование привода включает в себя постепенное перемещение заслонки в направлении концевого упора после достижения границы найденной области неопределенности положения концевого упора.
Согласно другому аспекту, рабочие условия включают в себя требуемую величину наддува, при этом постепенное перемещение заслонки ограничивают так, чтобы не было недопустимого отклонения от требуемой величины наддува.
Согласно еще одному аспекту, рабочие условия включают в себя условие возникновения помпажа, при этом постепенное перемещение заслонки ограничивают в соответствием с условием возникновения помпажа, так чтобы помпаж в компрессоре турбонагнетателя не возникал.
Согласно еще одному аспекту, найденную область неопределенности положения концевого упора получают на основе данных одной или более ранее найденных областей неопределенности положения концевого упора.
Согласно еще одному аспекту, величина найденной области неопределенности положения концевого упора уменьшается, когда число ранее найденных областей неопределенности положения концевого упора возрастает.
В приведенных выше примерах осуществления изобретения позиционирование перепускной заслонки может учитывать тепловые и механические факторы, которые изменяют местоположение концевого упора перепускной заслонки. Столкновения заслонки с концевым упором, которые могут ухудшать работу перепускной заслонки, могут быть исключены. Более того, благоприятствующие рабочие условия можно эффективно использовать для уменьшения неопределенности местоположения концевого упора. Таким образом, благодаря указанным действиям достигается технический эффект.
Вышеуказанные и иные преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, взятого в отдельности или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает блок-схему двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащего перепускную заслонку.
Фиг. 2 изображает пример устройства перепускной заслонки фиг. 1.
Фиг. 3А-С изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую способ управления перепускной заслонкой.
Фиг. 4 изображает пример графика, иллюстрирующего подъем перепускной заслонки для примерного ездового цикла.
Фиг. 5 изображает пример диаграммы, иллюстрирующей, как найденные области неопределенности могут быть сохранены в памяти для последующего извлечения, и привязаны к различным рабочим условиям.
Фиг. 6 изображает графики, иллюстрирующие пример зависимости величины области неопределенности от различных рабочих параметров.
Осуществление изобретения
В двигателях внутреннего сгорания используют множество заслонок для управления движением различных текучих сред, включая, помимо других возможных, всасываемый воздух, отработавший газ, топливо, смазочный материал и т.п. Все чаще заслонки в двигателе приводят в действие посредством сервоприводов, чтобы увеличить точность позиционирования заслонки, и таким образом - точность управления движением текучей среды. В таких сервоприводах могут использоваться электрические моторы, и может быть обеспечена обратная связь по положению, например, через редуктор. Несмотря на увеличение точности позиционирования, которую получает пользователь сервопривода, высокие окружающие температуры и механические силы часто вносят неопределенность в позиционирование заслонки. Например, перепускная заслонка, применяемая для регулирования количества отработавшего газа, попадающего на турбину турбонагнетателя, и, в свою очередь, для регулирования величины давления наддуваемого воздуха, который доставляется в двигатель, часто подвергается действию высоких температур и сил, которые механически деформируют части узла турбонагнетателя. Такая механическая деформация часто приводит к изменению ожидаемого положения концевого упора (например, седла заслонки), с которой заслонка входит в контакт, когда заслонку переводят в полностью закрытое положение. Как таковое, истинное положение концевого упора может быть неизвестно, что может приводить к неточному управлению наддувом и непреднамеренным столкновениям заслонки с концевым упором, которые ухудшают работу перепускной заслонки. Хотя, согласно некоторым способам, истинное положение концевого упора определяют в ходе работы двигателя, возможности для осуществления этого часто ограничены, например, условиями работы двигателя; для некоторых автомобилей такие возможности крайне ограниченны даже в течение всего срока их эксплуатации.
Таким образом, предлагаются различные способы работы с перепускной заслонкой. На фиг. 1 изображена блок-схема ДВС с турбонаддувом, содержащего перепускную заслонку. На фиг. 2 изображен пример устройства перепускной заслонки, показанной на фиг. 1. На фиг. 3А-3С приведены блок-схемы алгоритма, иллюстрирующие способ управления перепускной заслонкой. Фиг. 4 изображает пример графика, иллюстрирующего подъем перепускной заслонки для примерного ездового цикла. Фиг. 5 изображает пример диаграммы, иллюстрирующей, как данные по найденным областям неопределенности могут быть сохранены в памяти для последующего извлечения, и как они могут быть связаны с различными условиями работы. Фиг. 6 изображает график, иллюстрирующий примерную зависимость величины найденной области неопределенности от различных рабочих параметров. Двигатель по фиг. 1 также содержит контроллер, выполненный с возможностью осуществления способа, представленного на фиг. 3А-С.
На фиг. 1 схематически изображен пример двигателя 10, который может быть включен в состав двигательной установки автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30. Однако в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано и другое число цилиндров. Управление двигателем 10, по меньшей мере частично может быть осуществлено посредством управляющей системы, в которую входит контроллер 12, а также посредством команды от оператора 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала положения педали (ПП), пропорционального положению педали. Каждая камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания и расположенный внутри поршень (не показан). Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, через маховик с коленчатым валом может быть связан мотор стартера, чтобы дать возможность производить запуск двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и могут высвобождать отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Показано, что топливные форсунки 50 связаны непосредственно с камерами 30 сгорания так, чтобы производить ввод топлива непосредственно в камеры сгорания пропорционально длительности импульса сигнала впрыска топлива (ИВТ), поступающего из контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 осуществляет так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на боковой стороне камеры сгорания, или, например, на верхней стороне камеры сгорания. Топливо могут доставлять к топливной форсунке 50 при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых примерах камеры 30 сгорания могут альтернативно или дополнительно содержать топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 44, согласно конструкции обеспечивающей, так называемый, «впрыск во впускной канал», при котором ввод топлива производится во впускной канал, расположенный выше по потоку от каждой камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может быть оснащен дросселями 21 и 23, у которых имеются дроссельные заслонки, соответственно, 22 и 24. В данном конкретном примере положение дроссельных заслонок 22 и 24 можно изменять при помощи контроллера 12 посредством сигналов, подаваемых на исполнительные органы, входящие в состав дросселей 21 и 23. Согласно одному примеру, указанные исполнительные органы могут представлять собой электрические приводы (например, электрические моторы), то есть может быть реализована так называемая система электронного дроссельного управления (ЭДУ). При таком способе дроссели 21 и 23 можно приводить в действие, чтобы изменять поток всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя 10. Положение дроссельных заслонок 22 и 24 контроллер 12 может быть передано на контроллер посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может дополнительно содержать датчик 120 массового расхода воздуха, датчик 122 давления воздуха в коллекторе и датчик 123 давления на входе дросселя для формирования и подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов массового расхода воздуха (МРВ) и давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Выпускной канал 48 может принимать отработавшие газы из цилиндров 30. Bsit по потоку от турбины 62 и устройством 78 снижения токсичности отработавших газов с выпускным каналом 48 может быть соединен датчик 128 отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из ряда подходящих датчиков, указывающих воздушно-топливное отношение исходя из состава отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (ШКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями (КОГ), датчик оксидов азота, углеводорода или оксида углерода. Устройство 78 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный катализатор (ТКК), уловитель оксидов азота, иное устройство снижения токсичности или комбинацию упомянутых устройств.
Температуру на выпуске можно измерять одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 48. В качестве альтернативы температуру отработавших газов можно получать путем вычисления исходя из условий работы двигателя, таких как частота вращения двигателя, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания, и т.п.
На фиг. 1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода (ВВОД/ВЫВОД), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства 108 (ОЗУ), энергонезависимого запоминающего устройства 110 (ЭЗУ) и шины данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы и информацию от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, схематически показанного в определенном месте в двигателе 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дроссельной заслонки, о котором шла речь выше; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) генерирует контроллер 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе указывает разрежение или давление во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные комбинации указанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК и наоборот. При работе двигателя со стехиометрическим отношении датчик ДВК может указывать крутящий момент двигателя. Кроме того, сигнал данного датчика, наряду с измеренной частотой вращения двигателя, может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. Согласно одному примеру, датчик 118 на эффекте Холла, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала 40 формировать заданное число равноотстоящих импульсов. Согласно некоторым примерам среда хранения в виде постоянного запоминающего устройства 106 может быть заполнена данными, которые может считывать компьютер, и которые представляют инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления рассматриваемых ниже способов, а также их вариантов, возможность которых предполагается, но которые конкретно не рассматриваются.
Двигатель 10 может также иметь в своем составе устройство сжатия воздуха, такое как компрессор наддува или турбонагнетатель, содержащий по меньшей мере компрессор 60, расположенный в тракте впускного коллектора 44. В случае турбонагнетателя привод компрессора 60 по меньшей мере частично может быть осуществлен посредством турбины 62, например, через вал или иное связующее устройство. Турбина 62 может быть расположена по ходу выпускного канала 48, и может сообщаться с отработавшими газами, проходящими через выпускной канал. Для привода компрессора могут быть предусмотрены различные устройства. В случае компрессора наддува привод компрессора 60 по меньшей мере частично может быть осуществлен посредством двигателя и/или электрической машины, и может не содержать турбину. Таким образом, величину сжатия, обеспечиваемую в одном или более цилиндрах двигателя посредством турбонагнетателя или компрессора наддува, можно изменять посредством контроллера 12. В некоторых случаях турбина 62 может приводить в движение, например, электрический генератор 64, чтобы через электронное устройство - турбодрайвер 68 обеспечивать электрической энергией батарею 66. Затем электрическая энергия от батареи 66 может быть использована для привода компрессора 60 посредством мотора 70. Кроме того, во впускном коллекторе 44 может быть размещен датчик 123 для формирования сигнала наддува (НАДДУВ) для контроллера 12.
Далее, выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отведения отработавшего газа от турбины 62. Согласно некоторым вариантам осуществления, перепускная заслонка 26 может быть многоступенчатой, например, двухступенчатой, при этом первая ступень может быть предназначена управления давлением наддува, а вторая ступень - для увеличения теплового потока в устройство 78 снижения токсичности выбросов. Перепускную заслонку 26 можно приводить в действие посредством привода 150, который может представлять собой электрический привод, например, электрический мотор, хотя можно также предположить возможность применения пневматического привода. Впускной канал 42 может содержать перепускной клапан 27 компрессора, предназначенный для отведения всасываемого воздуха в обход компрессора 60. Перепускной заслонкой 26 и/или перепускным клапаном 27 компрессора можно управлять при помощи контроллера 12 посредством приводов (например, привода 150), чтобы открывать указанные устройства, когда, например, требуется более низкое давление наддува.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (т.е. промежуточный охладитель или интеркулер), предназначенный для снижения температуры газов впускного тракта, сжимаемых компрессором наддува или турбонагнетателем. Согласно некоторым вариантам осуществления, охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. Согласно другим вариантам, ОНВ 80 может представлять собой воздухо-жидкостной теплообменник.
Далее, согласно раскрываемому варианту осуществления изобретения, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую долю отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Количество газов РОГ, подаваемых во впускной канал 42, можно изменять при помощи контроллера 12 посредством клапана 142 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть установлен датчик РОГ (не показан), который может обеспечивать индикацию одного или более из следующих параметров: давления, температуры и концентрации отработавшего газа. Альтернативно количеством газа РОГ можно управлять посредством расчетной величины, полученной на основе сигналов от датчика МРВ (выше по потоку), датчика ДВК (во впускном коллекторе), датчика температуры газа в коллекторе (ТГК), и датчика частоты вращения коленчатого вала. Помимо этого, количеством газа РОГ можно управлять на основе сигнала датчика содержания O2 в отработавших газах и/или сигнала кислородного датчика впускной системы (во впускном коллекторе). При определенных условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 изображена система РОГ высокого давления, в которой газ РОГ передают из точки выше по потоку от турбины турбонагнетателя в точку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления двигатель может вместо системы РОГ высокого давления или дополнительно к ней содержать систему РОГ низкого давления, в которой газ РОГ передают из точки ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в точку выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
На фиг. 2 изображен пример механизма 200 перепускной заслонки. Перепускная заслонка механизма 200 может соответствовать, например, перепускной заслонке 26 на фиг. 1. Механизм 200 перепускной заслонки могут приводить в действие приводом 202, который может соответствовать приводу 150 на фиг. 1. Согласно некоторым примерам, привод 202 может представлять собой сервопривод, содержащий электрический мотор. Согласно некоторым примерам привод 202 может представлять собой в частности привод вращения, содержащий элемент, который совершает вращение, чтобы, тем самым, изменять положение привода. Выходная ось 201 привода 202 связана с механической передачей 204, и в частности с первым звеном 206 указанной передачи. Как показано, механическая передача 204 в рассматриваемом варианте осуществления является четырехзвенным механизмом, хотя возможны и другие передачи, например, типа линейного звена. Механическая передача 204 совершает движение вокруг двух шарниров - первого шарнира 208, вокруг которого совершает вращение первое звено 296 и второе звено 210, и второго шарнира 212, вокруг которого совершает вращение третье звено 214 и четвертое звено 216. Первое, второе, третье и четвертое звенья 206, 210, 214 и 216 обычно связаны друг с другом так, чтобы образовалась механическая передача 204 в виде непрерывной цепи. На конце противоположном приводу 202 передача 204 связана посредством четвертого звена 216 с перепускной заслонкой 218, которую можно устанавливать в полностью открытое положение, полностью закрытое положение или в любое промежуточное положение относительно седла 220 заслонки. Показано, что седло 220 заслонки расположено на участке выпускного канала 222, который может соответствовать, например, выпускному каналу 48 двигателя 10 на фиг. 1. Непрерывно изменяя положение перепускной заслонки 218, можно управлять количеством отработавшего газа, которое достигает турбины (например, турбины 62 на фиг. 1) турбонагнетателя. Таким образом, давлением наддува, создаваемым в двигателе (например, в двигателе 10 по фиг. 1) можно управлять в соответствии с требуемой величиной наддува и другими условиями работы. Положением перепускной заслонки 218 механизма 200 можно в частности управлять путем включения привода 202 и установки в нужное положение выходной оси 201, движение которой может быть передано перепускной заслонке посредством механической передачи 204.
Как показано, механизм 200 перепускной заслонки дополнительно содержит датчик 224 положения, который может быть выполнен с возможностью измерения изменений угла выходной оси 201, и, тем самым, измерения положения перепускной заслонки 218. Согласно некоторым примерам, может быть использован кодовый датчик углового положения, выполненный с возможностью обнаружения вращения вращающегося элемента привода 202, при этом импульсы, формируемые кодовым датчиком, передаются на контроллер 12 по фиг. 1. Датчик 224 положения может быть приспособлен для работы в конструкциях, в которых используется линейное звено вместо четырехзвенного механизма, изображенного на фиг. 2. Что касается вариантов осуществления, в которых привод 202 представляет собой сервопривод, то датчик 224 может являться механизмом обратной связи по положению, который, например, встроен в сервопривод. В любом случае, результат измерения положения датчиком 224 можно использовать для определения положения перепускной заслонки 218, а именно - расстояния от верхней поверхности седла 220 до нижней поверхности перепускной заслонки 218. Однако, согласно другим вариантам осуществления, положение перепускной заслонки 218 можно определять на основе программной модели, в которой используются один или более сигналов (например, BOOST), о которых шла речь выше согласно фиг. 1, и которые передают в контроллер 12.
Следует понимать, что в механизм 200 перепускной заслонки и различные его компоненты могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема настоящего изобретения. Например, в состав привода 202 может быть включен датчик тока и/или датчик силы вместо датчика 224 положения или дополнительно к последнему. Измерение тока может быть реализовано посредством датчика или зонда, или же в иных примерах величина тока может быть вычислена по закону Ома (или из другого соотношения) в виде отношения напряжения на приводе (например, напряжения на клеммах) к сопротивлению привода (например, сопротивлению обмотки), если эти две величины известны или могут быть измерены или выведены из других данных. Кроме того, как говорилось выше, для связи привода 202 с перепускной заслонкой 218 могут быть предусмотрены другие типы механических передач, включая, помимо других возможных, линейное звено. К тому же, с перепускной заслонкой 218 может быть связан механизм смещения (не показан), чтобы устанавливать перепускную заслонку 218 в некоторое начальное положение, когда на заслонку не поступает воздействие со стороны привода 202.
Как говорилось выше, высокие температуры и механические силы, действующие внутри или вокруг механизма 200 перепускной заслонки, могут вызывать механические деформации различных элементов перепускной заслонки. Например, горячий отработавший газ, протекающий по выпускному каналу 222, может вызывать тепловое расширение одного или более из следующих элементов: самого канала, седла 220 заслонки, перепускной заслонки 218 и механической передачи 204. Тепловое сокращение может также иметь место, когда температуры в механизме 200 перепускной заслонки падают от сравнительно высоких значений до сравнительно низких значений. Тепловое расширение и сокращение, возникающее, в частности, в механической передаче 204, может снизить точность позиционирования перепускной заслонки 218, поскольку воздействия со стороны привода 202 заслонки будут давать различную высоту подъема перепускной заслонки, так как физические размеры в передаче изменяются при изменении тепловых условий. Тепловое расширение в механической передаче 204 может приводить, например, к тому, что перепускная заслонка 218 будет достигать седла 220 раньше, чем ожидается, что может приводить к ударам заслонки о седло, и что будет ухудшать работу перепускной заслонки. Аналогично, тепловое расширение и сокращение самого седла 220 заслонки может вносить погрешность в позиционирование перепускной заслонки 218, поскольку местонахождение седла может изменяться по отношению к перепускной заслонке. Например, тепловое расширение седла 220 заслонки может сдвигать седло сравнительно ближе к заслонке 218, что увеличивает вероятность непреднамеренного столкновения заслонки с седлом.
Физическая деформация в механической передаче 204, седле 220 заслонки и/или в других элементах механизма 200 перепускной заслонки может возникать и по другим причинам. При высоких нагрузках (например, при механических нагрузках на перепускную заслонку 218), к примеру, при высоких давлениях отработавшего газа, в силу того, что отработавший газ проходит через выпускной канал 222, действуют на нижнюю поверхность перепускной заслонки 218 в направлении по существу совпадающем с направлением Е. Для компенсации таких сил, действующих со стороны отработавшего газа, и для установки перепускной заслонки в положение, отвечающее требуемому уровню наддува, приблизительно равную и противоположно направленную силу со стороны привода передают на верхнюю сторону перепускной заслонки в точку, в которой к заслонке прикреплено четвертое звено 216. Указанную силу передают от привода 202 через механическую передачу 204, и, как показано на фиг. 2, направление силы совпадает с направление А. Являясь реакцией на высокие давления на выпуске и в результате - на значительные силы, приложенные со стороны отработавшего газа, сила, действующая со стороны привода может приводить к изменениям геометрии механической передачи 204 (например, удлинению, сокращению длины, изгибу и т.п.), о чем можно говорить, как об «отклонении» или «деформации».
Физическая деформация, причиной которой являются описанные выше тепловые и механические факторы, снижает точность позиционирования перепускной заслонки 218, а конкретнее - деформация может сделать фактическое положение седла 220 заслонки неизвестным с некоторой степенью неопределенности. В сущности, было бы желательным численно определить и уменьшить данную степень неопределенности до возможного уровня, и в особенности избежать ударов заслонки о седло 220, что потенциально может ухудшать работу перепускной заслонки. В соответствии с этим, способы, которые будут раскрыты в настоящем описании, могут быть применимы для управления позиционированием перепускной заслонки 218 по критерию неопределенности положения седла 220 заслонки. На фиг. 2 показан пример области 226 неопределенности, которая в данном случае представляет собой интервал расстояний, в пределах которого может находиться седло 220 заслонки. Область 226 неопределенности возникает по причине вышеописанных тепловых и/или механических факторов, и имеет величину (ширину), которая может быть определена на основе заранее заданных параметров и/или на основе данных предшествующего перемещения перепускной заслонки 218 (например, ранее найденных положений седла 220 перепускной заслонки, предшествующих нарушений текущей или предыдущей областей неопределенности и т.п.). Как это будет более подробно рассмотрено ниже, величину и положение области 226 неопределенности внутри возможного диапазона величин подъема, который может совершать перепускная заслонка 218 (например, подъема от полностью открытого положения до полностью закрытого положения), можно определять на основе одного или более ранее найденных положений седла 220 заслонки. Положения седла заслонки могут быть измерены, когда условия работы позволяют перепускной заслонке 218 вступать в контакт с седлом 220 заслонки, и могут быть сохранены в подходящей среде хранения данных (например, ПЗУ 106 на фиг. 1), в подходящей структуре данных (например, таблице соответствия, базе данных и т.п.), так чтобы данные впоследствии могли быть извлечены в качестве информации для определения области неопределенности. Согласно некоторым вариантам осуществления, задаваемая величина подъема перепускной заслонки, которая попадает в область 226 неопределенности, может быть усечена до границы области неопределенности, которая находится дальше от седла 220 заслонки и ближе к полностью открытому положению (например, границы 228). Таким образом можно избежать непреднамеренного столкновения перепускной заслонки 218 с ее седлом 220.
Однако, вследствие усечения команды подъема, один или более рабочих параметров, которые по меньшей мере частично зависят от положения перепускной заслонки 218 могут оказаться неспособными достичь требуемых значений; например, в результате усечения задаваемой величины подъема может произойти недостаток давления наддува, создаваемого в двигателе (например, в двигателе 10 фиг. 1). Чтобы компенсировать этот эффект, положение перепускной заслонки 218 после ее достижения границы 228 может быть постепенно сдвинуто в направлении полного закрытия заслонки и истинного положения седла 220 заслонки. Постепенное перемещение перепускной заслонки 218 может заключаться в ее продвижении в сторону последовательного уменьшения величины подъема на пониженной скорости (например, на 80% меньшей) по сравнению со скоростью нормального (непостепенного) перемещения заслонки. Величина, на которую перепускная заслонка 218 может быть подана в направлении полностью закрытого положения в области 226 неопределенности, может быть определена исходя из различных рабочих условий. Согласно некоторым вариантам действий, перепускная заслонка может достичь седла 220 и вступить в контакт с седлом, что можно обнаружить, если, например, контролировать выходной сигнал датчика 224 положения. Это может позволить временно исключить область 226 неопределенности, и измерить истинное положение седла 220 заслонки. Согласно другим сценариям, перепускную заслонку 218 можно подавать в пределах области 226 неопределенности, но так, чтобы она не могла вступить в контакт с седлом 220. Хотя в данном случае нельзя выполнить измерение истинного положения седла 220 заслонки, но можно сократить величину области 226 неопределенности, увеличивая точность, с которой перепускная заслонка 218 может быть установлена в требуемое положение.
На фиг. 3А-С изображена блок-схема алгоритма 300 для осуществления способа управления перепускной заслонкой. Алгоритм 300 может быть применен, например, для управления перепускной заслонкой 200 по фиг. 2, и может быть сохранен в памяти и/или исполнен контроллером 12 двигателя по фиг. 1. Согласно одному примеру способ управления турбонагнетателем посредством перепускной заслонки может содержать определение требуемого давления наддува и фактического давления наддува. В соответствии с разницей между требуемым давлением наддува и фактическим давлением наддува может быть осуществлено регулирование перепускной заслонки.
На шаге 302 алгоритма производят определение требуемого давления наддува в соответствии с командой водителя и условиями работы двигателя. Определяемые условия могут быть непосредственно измерены посредством датчиков, например, таких, как датчики 112, 118, 120, 122, 123 и 134 и/или оценка условий может быть произведена исходя из других условий работы двигателя. В число определяемых параметров могут входить: температура хладагента двигателя, температура моторного масла, массовый расход воздуха (МРВ), давление в коллекторе (ДВК), величина наддува (например, давление НАДДУВ от датчика 123), частота вращения двигателя, частота вращения в режиме холостого хода, барометрическое давление, крутящий момент, запрашиваемый водителем (например, от датчика 134 положения педали), температура воздуха, скорость автомобиля и т.п.
Далее, на шаге 304 производят определение фактического давления наддува. Фактическое давление наддува может быть измерено непосредственно датчиком, таким как датчик 123. Результат измерения может быть передан в контроллер 12 в виде сигнала НАДДУВ и сохранен в запоминающей среде, которую может считывать компьютер (например, в ПЗУ 106, ОЗУ 108 и/или ЭЗУ 110 контроллера 12 фиг. 1). Согласно другому варианту осуществления, оценка фактического давления наддува может быть произведена на основе других рабочих параметров, например, таких как ДВК и ЧВД.
Затем на шаге 306 производят определение атмосферного давления. Например, атмосферное давление может быть измерено датчиком ДВК при запуске двигателя и/или может быть произведена его оценка на основе параметров работы двигателя, таких как МРВ, ДВК, TP и т.п. Результат измерения может быть передан в контроллер двигателя и сохранен в памяти, считываемой компьютером. Согласно другому варианту осуществления, оценка атмосферного давления может быть произведена на основе других параметров работы двигателя.
Затем, на шаге 308 производят определение разности фактического и требуемого давлений наддува. Указанная разность может быть определена, например, посредством контроллера двигателя. Согласно некоторым примерам, данная разность может быть определена путем вычитания требуемого давления наддува из фактического давления наддува.
Затем, на шаге 310 производят определение величины подъема перепускной заслонки, чтобы уменьшить разность фактического и требуемого давлений наддува, которая была определена на шаге 308. Согласно некоторым примерам, сигнал разности между фактическим и требуемым давлением наддува, дополнительно к текущей величине подъема перепускной заслонки, подают на подходящий управляющий механизм, выполненный с возможностью определения величины подъема перепускной заслонки, чтобы уменьшить указанную разность. Например, величина подъема перепускной заслонки может быть использована в качестве сигнала, определяющего поведение перепускной заслонки. В некоторых приводах перепускной заслонки величина подъема перепускной заслонки может отображаться в виде цикла работы перепускной заслонки, причем контроллер формирует сигнал цикла работы и передает его на привод перепускной заслонки. Отображение в виде цикла работы перепускной заслонки может заключаться в использовании таблиц соответствия или в вычислении цикла работы заслонки. В некоторых других приводах контроллер перепускной заслонки определяет цикл работы исходя из разности требуемого и фактического положения заслонки. Сигнал управления перепускной заслонкой (УПЗ) может содержать широтно-импульсную модуляцию в цикле работы перепускной заслонки, чтобы осуществлять регулирование перепускной заслонки. Подъем перепускной заслонки можно получить, осуществляя прямое регулирование, регулирование с обратной связью и/или реализуя другие алгоритмы управления.
Компенсационный член может учитывать задержки работы привода перепускной заслонки. Кроме того, компенсационный член может дополнительно заключать в себе регулирование, основанное на перемещении двух независимых распредвалов, которые могут влиять на давление наддува. Например, распредвал впускных клапанов можно перемещать таким образом, чтобы увеличивать давление наддува по отношению к атмосферному давлению, при этом величина компенсационного члена может быть уменьшена. Аналогично, когда распредвал впускных клапанов перемещают таким образом, чтобы уменьшать давление наддува по отношению к атмосферному давлению, величина компенсационного члена может быть увеличена.
Согласно фиг. 3В, алгоритм 300 продолжают на шаге 312, на котором производят определение области неопределенности. Как говорилось выше в отношении области 226 неопределенности на фиг. 2, область неопределенности представляет собой интервал расстояний, внутри которого находится концевой упор (например, седло 220 заслонки по фиг. 2), с которым перепускная заслонка вступает в контакт, когда находится в положении полного закрытия. Местоположение концевого упора является неопределенным, поскольку вышеупомянутые тепловые и/или механические факторы могут вызывать механическую деформацию узла перепускной заслонки и изменять местоположение концевого упора. Другие факторы могут вносить свой вклад в неопределенность местоположения концевого упора, такие как собственная неопределенность обратной связи по положению, которую обеспечивает датчик положения перепускной заслонки. Величину и местоположение области неопределенности внутри диапазона возможных величин подъема, которых может достигать перепускная заслонка (например, высот подъема от полностью открытого до полностью закрытого положения), можно определять на основе ряда факторов. Согласно некоторым примерам, это определение может включать в себя извлечение данных одного или более ранее измеренных и сохраненных в памяти местоположений концевого упора. В частности, величину и/или местоположение области неопределенности можно оценивать по времени, которое прошло с тех пор, когда было произведено самое последнее измерение положения концевого упора, так что величина области неопределенности увеличивается с увеличением указанного времени. Величину и/или местоположение области неопределенности можно также оценивать на основе числа ранее измеренных положений концевого упора - например, величина области неопределенности может пропорционально уменьшаться по мере увеличения числа измеренных положений концевого упора. Определение области неопределенности может включать в себя оценивание еще и других факторов. Согласно некоторым вариантам осуществления, найденные положения концевого упора могут быть поставлены в соответствие с одним или более текущими рабочими параметрами, включая, помимо других возможных, температуру внутри или вблизи узла перепускной заслонки и/или силу, действующую на узел перепускной заслонки или ее части (которая может быть оценена, например, исходя из потока отработавших газов). Таким образом, условия работы, которые сопутствовали ранее найденным положениям концевого упора, можно сравнивать с их текущими аналогичными условиями, чтобы получать информацию для определения области неопределенности. Например, первому ранее найденному положению концевого упора, которому соответствовала температура более близкая к текущей температуре, чем температура, соответствовавшая второму ранее найденному положению концевого упора, может быть присвоен больший вес, чем второму ранее найденному положению концевого упора.
Затем, на шаге 314 производят проверку, попадает ли величина подъема перепускной заслонки, полученная на шаге 310, в область неопределенности, которая была найдена на шаге 312. Как будет более подробно рассмотрено ниже, ситуация, когда величины подъема заслонки попадают в область неопределенности, может потребовать других действий, нежели ситуация, когда указанные величины в область неопределенности не попадают, чтобы предотвратить столкновения перепускной заслонки с концевым упором, которые могут ухудшить работу заслонки. Если установлено, что найденная величина подъема заслонки не попадает в область неопределенности (ответ НЕТ), то алгоритм 300 переходит к шагу 332. И напротив, если установлено, что найденная величина подъема заслонки попадает в область неопределенности (ответ ДА), то алгоритм 300 переходит к шагу 316.
На шаге 316 производят усечение найденной величины подъема перепускной заслонки. Усечение может заключаться в изменении величины подъема перепускной заслонки так, чтобы предусмотреть сравнительно большую величину подъема (например, большее разведение заслонки и концевого упора), чем та величина, которая была бы предусмотрена, если бы указанного усечения не производили. Таким образом, усекают участок, на котором перепускная заслонка может достигать концевого упора. Согласно некоторым примерам, найденная величина подъема перепускной заслонки может быть усечена до границы области неопределенности, обращенной от концевого упора в сторону полностью открытого положения (например, границы 228 по фиг. 2). Это может воспрепятствовать жестким столкновениям перепускной заслонки с концевым упором. Согласно другим примерам, найденные величины подъема перепускной заслонки можно усекать не до указанной границы, а до некоторого расстояния за границей ближней к полностью открытому положению, или до некоторого расстояния за границей ближней к полностью закрытому положению, но в пределах области неопределенности. Как говорилось выше, найденные величины подъема заслонки, которые попадают в область неопределенности, могут быть усечены в соответствии с шагом 316. Как вариант или дополнительно, найденные величины подъема заслонки, которые попадают внутрь порогового промежутка, отсчитываемого от ранее найденного положения концевого упора (или подходящего среднего из двух или более ранее найденных положений концевого упора) могут быть подвергнуты усечению, даже если они не попадают в область неопределенности. И еще, усеченную величину подъема перепускной заслонки можно при желании оценивать, чтобы определить, не приведет ли установка перепускной заслонки на усеченную высоту к отрицательному и/или неприемлемому эффекту, например, к неприемлемому недобору требуемого давления наддува. В этом случае может быть допустимым нарушение области неопределенности, чтобы соблюсти требуемую работу двигателя и/или автомобиля.
Затем, на шаге 318 производят определение положения привода, которое требуется, чтобы получить усеченную величину подъема перепускной заслонки. Данные требуемого положения привода могут быть переданы в качестве команды в различные подходящие управляющие механизмы, включая те, что были рассмотрены выше. Согласно некоторым конструкциям, в качестве варианта может быть определена требуемая ориентация привода, например, угловое положение вращающегося элемента привода.
Затем, на шаге 320 в привод подают ток, чтобы получить требуемое положение привода и усеченную величину подъема перепускной заслонки. Подходящее устройство преобразования напряжения в ток может преобразовывать напряжение, создаваемое контроллером двигателя, и генерировать ток. В данном случае, перемещение заслонки в результате подачи тока с целью получения усеченной величины подъема заслонки может происходить на номинальной скорости, которая сравнительно выше пониженной скорости, с которой заслонку можно перемещать, когда последняя находится в области неопределенности, чтобы избежать жестких столкновений с концевым упором.
Затем, на шаге 322 производят проверку, можно ли перепускную заслонку поставить на ее концевой упор, не вызывая неприемлемых отклонений от требуемых рабочих параметров. Таким образом, можно эффективно реализовать благоприятные возможности, при которых перепускная заслонка может быть поставлена на упор при величинах подъема иных, нежели та величина, которую определили на шаге 310, т.е. случаи, которые облегчают измерение истинного положения концевого упора, не вызывая при этом недопустимого отклонения от требуемых рабочих параметров. При этом можно производить оценивание многих требуемых рабочих параметров и/или рабочих условий, включая, помимо других возможных, требуемое и фактическое давление наддува, так чтобы не было недопустимого превышения (например, на 5% или более) требуемой величины наддува из-за отклонения от номинальной величины подъема заслонки; производить оценивание помпажа, определяя, может ли из-за такого отклонения возникать помпаж (например, помпаж в компрессоре 60 по фиг. 1); и оценивание величины подъема, которая была найдена на шаге 310 (например, от этой самой величины подъема может быть отклонение на определенную величину). Если установлено, что перепускную заслонку можно поставить на концевой упор, не вызывая недопустимых отклонений от требуемых рабочих параметров (ответ ДА), то алгоритм 300 переходит к шагу 324. И напротив, если установлено, что перепускную заслонку нельзя поставить на концевой упор, не вызывая при этом недопустимых отклонений от требуемых рабочих параметров (ответ НЕТ), то алгоритм 300 переходит к шагу 328.
На шаге 324 производят продвижение перепускной заслонки в направлении концевого упора на пониженной скорости. Перепускную заслонку можно подавать до тех пор, пока не будет достигнут контакт с концевым упором, что может сопровождаться падением выходного сигнала датчика положения перепускной заслонки ниже порогового уровня. Согласно некоторым примерам, за вступлением заслонки в контакт с концевым упором может следовать увеличение силы, прикладываемой к перепускной заслонке со стороны привода, что может подтверждать контакт с концевым упором, и требовать оценивания деформации механической передачи перепускной заслонки, если таковая будет иметь место. Как говорилось выше, пониженной скоростью может служить скорость более низкая, чем номинальная скорость, с которой производят перемещение перепускной заслонки, когда последняя не находится в области неопределенности (например, скорость на 80% ниже номинальной скорости). Постепенное перемещение перепускной заслонки таким способом дает возможность избежать жестких столкновений заслонки с концевым упором, а также изменений в работе двигателя и/или автомобиля, которые мешали бы водителю. Перемещение заслонки в направлении концевого упора дает возможность сократить до нуля величину области неопределенности, и измерить положение концевого упора.
Затем, на шаге 326 после касания концевого упора в результате продвижения перепускной заслонки производят обновление данных местоположения концевого упора. Как будет более подробно рассмотрено ниже, обновление данных положения концевого упора может включать в себя привязку вновь найденного положения концевого упора к одному или более рабочим параметрам (например, текущей температуре внутри или вблизи перепускной заслонки, силе, действующей на перепускную заслонку или внутри ее, моменту времени, в который было найдено положение концевого упора, и т.п.) и сохранение в памяти местоположения вместе с соответствующим рабочим параметром (параметрами) в подходящей структуре данных - например, в таблице соответствия, записанной в ПЗУ 106 по фиг. 1. Таким образом, последующее позиционирование перепускной заслонки может быть обеспечено информацией путем извлечения данных для одного или более ранее найденных положений концевого упора, что дает возможность оценивать текущее положение концевого упора, а его изменения, вызванные тепловыми и/или механическими факторами по меньшей мере частично компенсировать путем сравнения одного или более текущих рабочих параметров с теми параметрами, которые были привязаны к ранее найденному положению (положениям) концевого упора.
Если на шаге 322 было определено, что концевую заслонку нельзя поставить на ее концевой упор, не вызвав при этом недопустимого отклонения от требуемых рабочих параметров, то на шаге 328 (необязательный шаг) перепускную заслонку можно подать насколько возможно в направлении концевого упора на пониженной скорости. Другими словами, производят уменьшение величины подъема перепускной заслонки до возможного значения, которое позволяют рабочие условия. Продвижение заслонки в направлении концевого упора позволяет сократить величину области неопределенности, увеличивая точность последующего позиционирования перепускной заслонки. Как говорилось выше, заслонку можно перемещать сравнительно медленно, чтобы избежать жестких столкновений с концевым упором, а также изменений в работе двигателя и/или автомобиля, которые мешали бы водителю. Продвижение заслонки способствует по меньшей мере компенсации занижения (или иного отклонения от) одного или более требуемых рабочих параметров по причине усечения величины подъема перепускной заслонки. И наоборот, продвижение заслонки можно ограничить так, чтобы не было недопустимого завышения одного или более рабочих параметров, но были получены приемлемые удовлетворительные значения. Таким образом, заслонку можно постепенно подавать в направлении постепенного уменьшения подъема, пока не произойдет недопустимого превышения одного или более требуемых рабочих параметров. Во время продвижения заслонки можно производить оценивание многих рабочих условий, включая, помимо других возможных, требуемое и фактическое давление наддува, так чтобы не было недопустимого превышения (например, на 5% или более) требуемой величины наддува из-за продвижения заслонки; производить оценивание помпажа, определяя, может ли во время такого продвижения возникать помпаж (например, помпаж в компрессоре 60 по фиг. 1); и оценивание неусеченной величины подъема заслонки (например, которая была найдена на шаге 310). Однако, согласно некоторым примерам, перепускную заслонку нельзя подавать в направлении концевого упора, а вместо этого можно поддерживать на высоте, соответствующей усеченной величине подъема заслонки, которая была определена на шаге 316 (например, на границе области неопределенности).
Затем на шаге 330 производят обновление области неопределенности исходя из результата продвижения заслонки, выполненной на опциональном шаге 328. Например, в результате продвижения заслонки величина области неопределенности может быть уменьшена. Согласно некоторым примерам, величина области неопределенности может быть уменьшена пропорционально величине продвижения заслонки. Данные положения области неопределенности в диапазоне возможных величин подъема перепускной заслонки могут быть также обновлены в соответствии с продвижением заслонки. Обновленная область неопределенности может затем быть привязана к одному или более рабочим параметрам, и сохранена в подходящей среде хранения данных, так чтобы данные по обновленной области неопределенности можно было извлекать при последующей работе двигателя. Привязка к одному или более рабочим параметрам дает возможность последующего нахождения новой области неопределенности, чтобы установить применимость предыдущих сохраненных областей неопределенности. К примеру, в числе одного или более рабочих параметров может быть момент времени, когда производилось обновление области неопределенности, рабочая температура в момент обновления (например, оцененная или измеренная температура двигателя, температура заслонки и т.п.), оцененные или измеренные механические силы, действующие на узел перепускной заслонки или внутри узла перепускной заслонки (например, сила со стороны потока отработавших газов, проходящего по выпускному каналу). Определение новой области неопределенности может заключаться в сравнении текущих значений указанных рабочих параметров с теми значениями, которые были привязаны к одной или более ранее найденных областям неопределенности; к примеру, какую-либо прежнюю область неопределенности можно считать менее применимой, когда разность между связанными с ней температурой, механическими силами и моментом времени обновления, и их текущими аналогами увеличивается. Области неопределенности могут быть сохранены в подходящей структуре данных (например, в таблице соответствия), так что указанные и возможно другие рабочие параметры можно использовать в качестве указателя в такой структуре данных, обеспечивая извлечение предшествующих областей неопределенности. Поскольку продвижение перепускной заслонки на шаге 328 можно и не совершать, операция обновления области неопределенности в данном примере может не включать в себя обновления величины и/или положения области неопределенности, а может быть просто сделана запись, что продвижение заслонки не допустимо, и дополнительно произведена привязка к одному или более рабочим параметрам, соответствующим данному событию.
Затем, согласно фиг. 3С, на шаге 332 производят проверку, является ли данная величина подъема перепускной заслонки максимально близкой к неусеченной величине подъема заслонки (например, которая была найдена на шаге 310). Заслонка может быть сохранена в самом близком к концевому упору положении, которое было позволено продвижением заслонки на шаге 328, и не может быть подана дальше в сценариях, согласно которым неусеченная величина подъема заслонки лежит ближе к концевому упору, чем указанная самая близкая величина подъема, которую допускает продвижение заслонки. Согласно некоторым примерам, подъем заслонки можно поддерживать на уровне, соответствующем усеченной величине подъема, если продвижение заслонки на шаге 328 не допустима. Таким образом, условия работы, оценивание которых производили на шаге 328, могут быть приемлемым образом удовлетворены (например, параметры не будут превышены из-за чрезмерно низкого подъема заслонки), и будет исключено недопустимое нарушение области неопределенности. И наоборот, подъем заслонки может быть увеличен, и заслонка отведена дальше от концевого упора, если неусеченная величина подъема заслонки больше ближайшей величины подъема заслонки, которую допускает ее продвижение. Таким образом, если установлено, что данная величина подъема заслонки не лежит максимально близко к неусеченной величине подъема (ответ НЕТ), то алгоритм 300 переходит к шагу 334. Если установлено, что данная величина подъема заслонки лежит максимально близко к неусеченной величине подъема (ответ ДА), то алгоритм 300 переходит к шагу 336.
На шаге 334 производят подачу тока в привод перепускной заслонки, чтобы получить величину подъема максимально близкую к неусеченной величине подъема заслонки, требуется ли сохранить положение перепускной заслонки, или требуется отвести заслонку о концевого упора. Подходящее устройство преобразования напряжения в ток, например, может осуществить предобразование напряжения, выдаваемого контроллером двигателя, и сформировать ток.
Наконец на шаге 336 производят регулирование тока, подаваемого в привод, чтобы поддерживать величину подъема перепускной заслонки максимально близкой к неусеченной величине подъема и осуществлять управление положением привода. Величину подъема заслонки ближайшую к неусеченной величине подъема можно поддерживать при помощи алгоритмов управления с обратной связью и/или прямого регулирования без обратной связи. Например, управлять подъемом заслонки можно посредством внутреннего контура регулирования. Таким образом, производят регулирование подаваемого тока, когда привод достигает положения, соответствующего подъему заслонки максимально близкому к неусеченной величине подъема. После шага 336 алгоритм 300 завершает работу.
Таким образом, как показано и рассмотрено, алгоритм 300 может быть применен для численного определения неопределенности местоположения концевого упора перепускной заслонки и для адаптации процесса позиционирования заслонки в зависимости от величины и положения области неопределенности. Могут быть эффективно использованы возможности, благоприятствующие сокращению величины неопределенности и сужению зоны возможного расположения области неопределенности, чтобы увеличить точность позиционирования перепускной заслонки, не изменяя недопустимым образом работу двигателя. Кроме того, могут быть исключены жесткие столкновения, которые могут ухудшать работу перепускной заслонки. В общем, алгоритм 300 может быть применен для учета неопределенности положения концевого упора, вызванной тепловой деформацией и механическими силами, которые изменяют местоположение концевого упора.
На фиг. 4 изображен пример графика 400, иллюстрирующий подъем перепускной заслонки (например, заслонки 218 по фиг. 2) для примерного ездового цикла. Величины подъема перепускной заслонки охватывают интервал положений между полностью открытым положением (положение "FO" на фиг. 4) и полностью закрытым положением (положение "FC" на фиг. 4) и показаны в функции времени. Следует понимать, что интервал, охватываемый величинами подъема перепускной заслонки, и график их изменения приведены в качестве примера, и не имеют целью устанавливать какие-либо ограничения. Как показано на фиг. 4, величина подъема перепускной заслонки вначале изменяется на протяжении некоторого периода времени, демонстрируя увеличение в направлении полностью открытого положения, за которым следует спад в направлении полностью закрытого положения. Как показано, в момент 402 подъем перепускной заслонки достигает границы (например, границы 228 по фиг. 2) области неопределенности. Данная граница в этом примере является границей области неопределенности, лежащей ближе к полностью открытому положению, вдали от концевого упора заслонки и на фиг. 4 представлена штриховой линией. После достижения данной границы величину подъема перепускной заслонки усекают до границы в соответствии с алгоритмом 300 по фиг. 3. По прошествии некоторого периода времени, в течение которого заслонка находится на границе, заслонку медленно перемещают в направлении концевого упора, пока заслонка не войдет в контакт с концевым упором, что сокращает величину области неопределенности до нуля. По достижении контакта с концевым упором заслонку медленно отводят назад от концевого упора в положение максимально близкое к неусеченной величине подъема заслонки. Оба периода медленного перемещения показаны на фиг. 4 пунктирными линиями. После повторного достижения границы возобновляется номинальное позиционирование перепускной заслонки.
На фиг. 5 приведен пример диаграммы 500, иллюстрирующей, как найденные области неопределенности могут быть сохранены для последующего извлечения вместе с привязанными к ним рабочими условиями. Следует понимать, что диаграмма 500 представляет один пример подходящей структуры данных, в которой могут быть сохранены области неопределенности. Кроме того, хотя показаны величины областей неопределенности, могут быть также сохранены и положения областей неопределенности. И еще, показано, что найденные области неопределенности привязаны к силе, действующей со стороны отработавших газов - давлению, и к температуре, хотя с найденными областями неопределенности может быть связано дополнительное меньшее число параметров или другие параметры. Изменения величин областей неопределенности при изменении силы и температуры также являются примерами. Как показано, диаграмма 500 содержит множество областей неопределенности, найденных при разных рабочих условиях (разных давлениях отработавших газов и температурах). При нахождении новой области неопределенности, из диаграммы 500 могут быть извлечены одна или более ранее найденных областей неопределенности, если в качестве аргументов использовать текущую температуру и/или текущее давление отработавших газов. Поскольку данные параметры привязаны к найденным областям неопределенности, то их величины можно сравнить с их текущими аналогами, чтобы определить их применимость и взвесить их вклад в новую область неопределенности, соответственно. Фиг. 5 также показывает, что диаграмма 500 может содержать найденные области, у которых отсутствует неопределенность (например, область 502); в данном случае был успешно получен контакт с концевым упором, позволяющий измерить местоположение концевого упора. В сущности, областям 502 соответствует нулевая неопределенность, и эти области могут заключать в себе соответствующие найденные положения концевого упора для последующего извлечения этих данных.
На фиг. 6 представлены графики 600, иллюстрирующие пример зависимости величины области неопределенности от различных рабочих параметров. Следует понимать, что зависимость величины неопределенности от указанных рабочих параметров является примером, и не имеет целью устанавливать какие-либо ограничения. Как показано, величина области неопределенности, определение которой производят в текущее время, возрастает (например, квадратично) в функции Δt, что представляет собой разность текущей рабочей температуры и рабочей температуры, при которой была найдена область неопределенности в предыдущий раз. Для примеров, в которых производят оценивание двух или более ранее найденных областей неопределенности, можно принимать в расчет подходящее среднее из их соответствующих рабочих температур. Величина области неопределенности, определение которой производят в текущее время, возрастает (например, линейно) в функции промежутка времени между моментом, когда была найдена самая последняя область неопределенности, и моментом, в который производят определение текущей области неопределенности. И наконец, величина области неопределенности, определение которой производят в текущее время, уменьшается (например, линейно) в функции числа ранее найденных областей неопределенности; поскольку, чем больше находить областей неопределенности, тем сильнее можно уменьшить величину области неопределенности, определение которой производят в настоящее время.
Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.
1. Способ управления механизмом перепускной заслонки, содержащий:
определение рабочих условий двигателя, и
регулирование привода вблизи концевого упора, соответствующего полностью закрытому положению механизма перепускной заслонки, на основе информации о найденной области неопределенности положения концевого упора, причем указанная область зависит от рабочих условий двигателя,
при этом регулирование привода предусматривает постепенное перемещение заслонки системы привода заслонки, оснащенного механической передачей, в направлении концевого упора после достижения границы найденной области неопределенности положения концевого упора и уменьшение величины найденной области неопределенности положения концевого упора на основании указанного перемещения,
причем система привода заслонки, оснащенного механической передачей, содержит сервопривод, функционально соединенный с перепускной заслонкой с помощью четырехзвенной механической передачи.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заслонку переводят в направлении концевого упора после достижения указанной границы при соблюдении одного или нескольких требуемых рабочих параметров,
причем в ответ на перемещение заслонки в положение концевого упора величину найденной области неопределенности положения концевого упора уменьшают до нуля.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование происходит во время условий наддува, а указанные рабочие условия двигателя включают в себя требуемое давление наддува, при этом постепенное перемещение заслонки ограничивают так, чтобы отклонение от требуемого давления наддува не превышало некоторую пороговую величину.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные рабочие условия двигателя включают в себя условие возникновения помпажа, при этом постепенное перемещение заслонки ограничивают в соответствии с условием возникновения помпажа так, чтобы помпаж в компрессоре турбонагнетателя не возникал.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что найденную область неопределенности положения концевого упора получают на основе одной или более ранее найденных областей неопределенности положения концевого упора,
причем постепенное перемещение заслонки предусматривает перемещение заслонки с более медленной скоростью по сравнению со скоростью перемещения заслонки в условиях вне найденной области неопределенности положения концевого упора.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит увеличение указанной величины найденной области неопределенности положения концевого упора, когда разность между рабочей температурой, связанной с найденной областью неопределенности положения концевого упора, и рабочей температурой, связанной с ранее найденной областью неопределенности положения концевого упора, возрастает.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит увеличение указанной величины найденной области неопределенности положения концевого упора, когда разность между моментом времени, в который была определена найденная область неопределенности положения концевого упора, и моментом времени, в который была определена ранее найденная область неопределенности положения концевого упора, возрастает,
причем сервопривод содержит поворотный электрический мотор, содержащий выходную ось, связанную с первым звеном четырехступенчатой механической передачи, при этом сервопривод также содержит кодовый датчик углового положения, выполненный с возможностью генерации сигнала, соответствующего вращению поворотного электрического мотора, при этом четырехступенчатая механическая передача содержит первый шарнир и второй шарнир, причем первое и второе звенья выполнены с возможностью поворота относительно первого шарнира, а третье и четвертое звенья выполнены с возможностью поворота относительно второго шарнира, причем перепускную заслонку размещают в потоке отработавших газов двигателя.
8. Способ управления механизмом перепускной заслонки, в состав которого входит перепускная заслонка, содержащий:
определение рабочих условий двигателя,
определение области неопределенности, в которой расположен концевой упор перепускной заслонки, причем указанный концевой упор соответствует полностью закрытому положению механизма перепускной заслонки,
определение номинальной величины подъема перепускной заслонки на основании указанных рабочих условий, и
в ответ на то, что номинальная величина подъема перепускной заслонки попадает в область неопределенности,
усечение указанной номинальной величины подъема перепускной заслонки до границы области неопределенности,
медленное перемещение перепускной заслонки от указанной границы в направлении полностью закрытого положения в области неопределенности в соответствии с указанными рабочими условиями,
уменьшение величины области неопределенности на величину, основанную на указанном медленном перемещении, и
возвращение перепускной заслонки к указанной номинальной величине подъема перепускной заслонки.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что перепускную заслонку медленно перемещают внутрь области неопределенности до достижения величины подъема, максимально близкой к указанной номинальной величине подъема перепускной заслонки в соответствии с рабочими условиями.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что указанные рабочие условия включают требуемое давление наддува, при этом медленное перемещение перепускной заслонки ограничивают так, чтобы отклонение от требуемого давления наддува не превышало некоторую пороговую величину.
11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что указанные рабочие условия включают условие возникновения помпажа, при этом медленное перемещение перепускной заслонки ограничивают в соответствии с условием возникновения помпажа так, чтобы в компрессоре турбонагнетателя помпаж не возникал.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно содержит измерение положения концевого упора перепускной заслонки, если это позволяют рабочие условия, и уменьшение величины найденной области неопределенности до нуля в ответ на измерение положения концевого упора,
причем медленное перемещение перепускной заслонки предусматривает перемещение перепускной заслонки с более медленной скоростью по сравнению со скоростью перемещения перепускной заслонки в условиях вне найденной области неопределенности.
13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что уменьшение величины области неопределенности на величину, основанную на медленном перемещении, предусматривает уменьшение указанной величины области неопределенности пропорционально расстоянию, пройденному перепускной заслонкой при ее медленном движении внутрь области неопределенности.
14. Способ по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно содержит обновление области неопределенности на основе данных одной или более ранее найденных областей неопределенности,
причем обновление области неопределенности предусматривает сохранение области неопределенности, связанной с по меньшей мере температурой отработавших газов и силой отработавших газов.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что обновление области неопределенности на основе данных одной или более ранее найденных областей неопределенности включает сравнение момента времени, в который была найдена данная область неопределенности, с соответствующими моментами времени, в которые были определены одна или более ранее найденных областей неопределенности.
16. Способ управления механизмом перепускной заслонки, содержащий:
определение рабочих условий двигателя, и
во время условия наддува
установку перепускной заслонки в определенное положение в целях получения требуемого давления наддува,
регулирование положения перепускной заслонки в области, в которой положение седла заслонки является неопределенным,
уменьшение величины указанной области на величину, основанную на регулировании,
при этом регулирование ограничивают таким образом, чтобы отклонение от требуемого давления наддува не превышало некоторую пороговую величину,
причем регулирование предусматривает перемещение механизма перепускной заслонки в направлении положения, более близкого к полностью закрытому положению,
причем указанную величину уменьшают до нуля в ответ на то, что перепускная заслонка входит в контакт с седлом заслонки.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что регулирование положения включает в себя постепенное продвижение перепускной заслонки в направлении последовательного уменьшения подъема после достижения границы указанной области до тех пор, пока не произойдет контакт с указанным седлом заслонки, если такое продвижение не препятствует приемлемому соблюдению одного или более рабочих параметров.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что регулирование положения включает в себя поддержание перепускной заслонки на указанной границе области после достижения границы и запрет продвижения перепускной заслонки в направлении последовательного уменьшения подъема, если такое продвижение препятствует соблюдению одного или более рабочих условий.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что регулирование производят с помощью сервопривода, функционально соединенного с перепускной заслонкой с помощью четырехступенчатой механической передачи.
