Способ (варианты) и система для управления наддувом
Изобретение может быть использовано в системах управления средствами наддува для двигателей внутреннего сгорания. Предложен способ для двигателя с наддувом, включающий в себя следующие этапы: подают воздух в обход второго компрессора и подают поток сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор. В случае уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличивают частоту вращения второго компрессора и уменьшают подачу сжатого воздуха в двигатель. Технический результат заключается в уменьшении вероятности помпажа без снижения КПД двигателя с наддувом. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретения
Настоящее изобретение относится к общей области способов и систем для управления средствами наддува двигателя для сокращения нежелательных явлений помпажа.
Уровень техники
Двигательная система может быть оборудована средствами наддува, например, турбонагнетателем или нагнетателем, для усиления напора воздуха и повышения производительности при работе в режиме подачи пиковой мощности. Применение компрессора позволяет получать от двигателя с меньшим рабочим объемом мощность, равную мощности двигателя с большим рабочим объемом, с одновременным получением дополнительных преимуществ, связанных с экономией топлива. Однако в таких компрессорах может возникать помпаж. Например, отпускание оператором педали акселератора вызывает закрытие дроссельной заслонки, что приводит к уменьшению прямого расхода через компрессор, снижению к.п.д. турбонагнетателя и возможному возникновению помпажа компрессора. Помпаж компрессора может приводить к возникновению ШВР, например, в виде нежелательных шумов во впускной системе двигателя.
Одна из попыток устранения помпажа компрессора описана авторами Styles и др. в патентном документе США №20150047346. В соответствии с представленным решением при работе двигателя на границе помпажа или за нею осуществляют открытие бесступенчато-регулируемого рециркуляционного клапана компрессора (БРКК) для рециркуляции части охлажденного наддувочного воздуха из точки, расположенной ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, на вход компрессора.
Раскрытие изобретения
Авторы настоящего изобретения разработали подход, обеспечивающий возможность повышения работоспособности БКРК и/или устранения потребности в применении БКРК в системах с комбинированным наддувом, что приводит к потенциальному увеличению к.п.д. и/или снижению расходов. Способ по изобретению включает в себя: подачу воздуха в обход второго компрессора и подачу потока сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор; и производимое в случае уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличение частоты вращения второго компрессора и уменьшение подачи сжатого воздуха в двигатель.
В соответствии с одним из примеров осуществления двигательная система с наддувом может содержать электрический нагнетатель, установленный выше по потоку от турбонагнетателя. В условиях наличия потребности в наддуве и во время раскручивания турбины турбонагнетателя электрический нагнетатель может быть использован для подачи в двигатель сжатого воздуха. По окончании раскручивания турбины для подачи в двигатель сжатого воздуха может быть использован компрессор турбонагнетателя, причем воздух подают в обход нагнетателя. В случае уменьшения открытия дроссельной заслонки, например, при отпускании оператором педали акселератора, электрический нагнетатель может быть раскручен при продолжающемся вращении турбонагнетателя (в связи с высокой инерцией) для уменьшения вероятности помпажа компрессора турбонагнетателя. Это приводит к увеличению давления на входе компрессора турбонагнетателя, что обеспечивает смещение степени сжатия компрессора турбонагнетателя от порога помпажа. После достаточного уменьшения расхода через турбонагнетатель нагнетатель может быть отключен, после чего подача сжатого воздуха через турбонагнетатель может быть возобновлена по мере необходимости.
Границу помпажа компрессора определяют значениями расхода и перепада давления в компрессоре. Применение БРКК влияет прежде всего на величину расхода, а подход по изобретению влияет прежде всего на величину перепада давления. Совместное применение этих двух подходов обеспечивает расширение режима работы без помпажа, что приводит к повышению к.п.д. системы и/или обеспечивает возможность уменьшения размеров БРКК, что приводит к снижению стоимости системы. В некоторых случаях БРКК может быть устранен из системы, и описываемый подход может быть применен с использованием двухступенчатого РКК известной конструкции, что также приводит к снижению стоимости системы.
Технический эффект увеличения перепада давления в первом, нижнем по потоку компрессоре посредством включения второго, верхнего по потку компрессора, состоит в обеспечении возможности уменьшения вероятности помпажа без снижения к.п.д. двигателя с наддувом. Использование нагнетателя для увеличения давления в точке, расположенной выше по потоку от входа первого компрессора, и уменьшения расхода через первый компрессор уменьшает потребность в использовании рециркуляционного клапана для устранения помпажа. Таким образом, решение по изобретению обеспечивает повышение к.п.д. двигательной системы с наддувом, содержащей многоступенчатые средства наддува.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен пример осуществления двигательной системы с наддувом, содержащей многоступенчатые средства наддува.
На фиг. 2 представлена блок-схема верхнего уровня, иллюстрирующая процедуру, которая может быть применена для сокращения помпажа компрессора в случае уменьшения требуемого крутящего момента.
На фиг. 3 представлена блок-схема верхнего уровня, иллюстрирующая процедуру, которая может быть применена для уменьшения помпажа нижнего по потоку компрессора при помощи верхнего по потоку компрессора.
На фиг. 4 представлена рабочая характеристика компрессора, иллюстрирующая границу помпажа компрессора турбонагнетателя и влияние использование электрического нагнетателя на уменьшение помпажа.
Фиг. 5 иллюстрирует пример вариантов корректировки работы компрессора, которые могут быть применены для уменьшения помпажа при отпускании педали акселератора.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание раскрывает системы и способы запаса по помпажу в двигательной системе, содержащей ступенчатые средства наддува, например, соответствующей двигательной системе с наддувом по фиг. 1. Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнения процедур по фиг. 2-3 для увеличения частоты вращения верхнего по потоку компрессора с целью улучшения пределов помпажа нижнего по потоку компрессора. Использование второго компрессора обеспечивает возможность уменьшения перепада давления в первом компрессоре (фиг. 4). Пример процедуры устранения помпажа описан со ссылками на фиг. 5. Таким образом, частота возникновения помпажа при работе двигателя в режиме наддува может быть уменьшена.
На фиг. 1 схематически представлены аспекты двигательной системы 100, содержащей двигатель 10. В представленном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, содержащий несколько последовательных модулей наддува. В частности, двигатель 10 содержит первый модуль 13 наддува, установленный ниже по потоку от второго модуля 15 наддува. В такой конфигурации первый компрессор 114 (первой системы наддува) расположен во впускном канале 42 двигателя ниже по потоку от второго компрессора 110. В настоящем примере осуществления первый модуль наддува представляет собой турбонагнетатель 13, а второй модуль наддува представляет собой электрический нагнетатель 15.
Электрический нагнетатель 15 содержит второй компрессор 110, приводимый в действие электрическим мотором 108. Мотор 108 получает питание от бортового накопителя энергии, например, от системной аккумуляторной батареи 106. Впускаемый извне воздух, входящий в двигатель 10 по впускному каналу 42, проходит через воздухоочиститель 112 и поступает во второй компрессор 110. Воздух, сжатый вторым компрессором 110, поступает затем в первый компрессор 114. В определенных условиях, подробно описанных ниже, воздух может проходить в обход нагнетателя 15 и быть направлен в турбонагнетатель 13 по обводному каналу 60 второго компрессора путем изменения положения перепускного клапана 62.
Турбонагнетатель 13 содержит первый компрессор 114, приводимый в действие турбиной 116. Первый компрессор 114 представлен в виде компрессора турбонагнетателя, механически связанного с турбиной 116 валом 19, причем турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя. В соответствии с одним из вариантов осуществления турбонагнетатель может представлять собой систему со сдвоенным спиральным нагнетателем. В соответствии с другим вариантом осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с переменной геометрией (ТПГ), которая обеспечивает возможность активного изменения геометрии турбины в зависимости от условий работы двигателя. Впускаемый извне воздух, поступающий на вход первого компрессора 114, вводят в двигатель 10. В определенных условиях, подробно описанных ниже, воздух, сжатый турбонагнетателем 13, может быть рециркулирован с выхода на вход компрессора 114 по обводному каналу 70 первого компрессора путем изменения положения рециркуляционного клапана 72 компрессора (РКК). РКК 72 может представлять собой бесступенчато-регулируемый клапан, причем увеличение открытия такого рециркуляционного клапана может включать в себя приведение в действие соленоида клапана (или подачу питания на него).
Как показано на фиг. 1, первый компрессор 114 связан через охладитель 18 наддувочного воздуха (ОНВ, называемый в дальнейшем описании интеркулером) с дроссельным клапаном 20. Дроссельный клапан 20 связан со впускным коллектором 22 двигателя. Сжатый воздух поступает из первого компрессора через охладитель 18 наддувочного воздуха и дроссельный клапан 20 во впускной коллектор. Охладитель наддувочного воздуха может представлять собой, например, воздухо-воздушный или водно-воздушный теплообменник. В соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 1, давление воздуха во впускном коллекторе определяет датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Следует понимать, что в контексте настоящего описания первый компрессор представляет собой нижний по потоку из последовательно расположенных компрессоров, а второй компрессор представляет собой верхний по потоку из последовательно расположенных компрессоров. В соответствии с представленным не налагающим каких-либо ограничений примером осуществления первый, нижний по потоку компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, а второй, верхний по потоку компрессор представляет собой компрессор нагнетателя. Однако могут быть предусмотрены и другие комбинации и конфигурации средств наддува.
При определенных условиях, например, при нажатии оператором на педаль акселератора, во время перехода двигателя из режима работы без наддува в режим работы с наддувом возможно возникновение задержки включения наддува. Это связано с задержками раскручивания первого компрессора 114 турбиной. Для уменьшения такой задержки при этих определенных условиях может быть предусмотрено одновременное приведение в действие нагнетателя 15 и турбонагнетателя 13. В частности, во время раскручивания турбины 116 давление наддува может быть обеспечено верхним по потоку компрессором 110 нагнетателя. Приведение нагнетателя в действие требует подачи энергии от батареи 106 в мотор 108 для ускорения вращения второго компрессора 110. Кроме того, перепускной клапан 62 может быть закрыт для обеспечения возможности сжатия большей части воздуха вторым компрессором 110. Затем, после достижения достаточной частоты вращения турбины, обеспечивающей возможность приведения в действие первого компрессора 114, частота вращения второго компрессора может быть уменьшена путем отключения мотора 108. Кроме того, перепускной клапан 62 может быть открыт для обеспечения возможности протекания большей части воздуха в обход второго компрессора 110.
При определенных условиях, например, при отпускании оператором педали акселератора, во время перехода двигателя из режима работы с наддувом в режим работы без наддува возможно возникновение помпажа компрессора. Это связано с уменьшением расхода через первый компрессор при закрытии дроссельной заслонки в случае отпускания оператором педали акселератора. Уменьшение расхода через первый компрессор может вызвать возникновение помпажа и снижение к.п.д. турбонагнетателя. Кроме того, помпаж может привести к возникновению явлений ШВР, например, в виде нежелательного шума впускной системы двигателя. Для устранения помпажа компрессора по меньшей мере часть воздуха, сжимаемого первым компрессором 114, может быть рециркулирована на вход компрессора. Это позволяет сохранить относительно высокий расход через первый компрессор 114 и обеспечить, по существу, немедленное снижение чрезмерного давления наддува, причем оба эти действия уменьшают вероятность возникновения помпажа компрессора. Рециркуляционная система компрессора может содержать рециркуляционный канал 70 для рециркуляции (теплого) сжатого воздуха с выхода первого компрессора 114, расположенного выше по потоку от охладителя 18 наддувочного воздуха, на вход первого компрессора 114. В соответствии с некоторыми их вариантов осуществления рециркуляционная система компрессора может дополнительно или альтернативно содержать рециркуляционный канал для рециркуляции (холодного) сжатого воздуха с выхода компрессора, расположенного ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, на вход компрессора.
Один или оба из клапанов 62 и 70 могут представлять собой бесступенчато-регулируемые клапаны, положение которых может быть изменено непрерывным образом между полностью закрытым положением и полностью открытым положением. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления рециркуляционный клапан 72 компрессора может представлять собой бесступенчато-регулируемый клапан, а перепускной клапан 62 компрессора представляет собой двухпозиционный клапан. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления нормальное положение РКК 72 во время работы двигателя с наддувом может быть частично открытым для обеспечения некоторого запаса по помпажу. В таком случае частично открытое положение может быть основным положением клапана. Тогда в случае появления признаков помпажа открытие РКК 72 может быть увеличено. Например, клапан или клапаны могут быть переведены из основного, частично открытого, положения в полностью открытое положение. Степень открытия клапана или клапанов в таких условиях может быть определена в зависимости от параметров помпажа (например, степени сжатия компрессора, уровня расхода в компрессоре, перепада давления в компрессоре и т.д.). В соответствии с альтернативными примерами осуществления во время работы двигателя с наддувом (например, во время работы на пиковой мощности) РКК 72 может быть закрыт для повышения реактивности наддува и повышения пиковой мощности.
Авторы настоящего изобретения установили, что повышение давления наддува выше по потоку от первого компрессора путем включения второго компрессора в случае уменьшения требуемого крутящего момента, например, при отпускании оператором педали акселератора, также уменьшает (например, исключает) вероятность возникновения помпажа компрессора. Как более подробно описано ниже, в случае уменьшения требуемого крутящего момента при сжатии воздуха турбонагнетателем, может быть произведено повторное включение нагнетателя. Кроме того, перепускной клапан 62 может быть закрыт для обеспечения подачи в двигатель сжатого воздуха, как через первый, так и через второй компрессоры. Сжатие воздуха в верхнем по потоку компрессоре перед его подачей в нижний по потоку компрессор приводит у повышению давления наддува на входе первого компрессора, что обеспечивает уменьшения перепада давления в первом компрессоре. Это обеспечивает возможность смещения параметров работы первого компрессора в случае отпускания оператором педали акселератора от границы помпажа.
Следует понимать, что, как более подробно описано ниже, могут существовать определенные условия уменьшения крутящего момента, при которых устранение помпажа может быть более эффективно обеспечено открытием РКК 72, в то время как при других условиях уменьшения крутящего момента устранение помпажа может быть более эффективно обеспечено увеличением частоты вращения второго компрессора 110. В соответствии с одним из примеров осуществления при более высоком уровне заряда батареи 106 может быть использовано увеличение частоты вращения второго компрессора, а при более низком уровне заряда батареи 106 может быть использовано открытие РКК 72.
Могут быть предусмотрены один или несколько датчиков, связанных со входом первого компрессора 114 (как показано на схеме) и/или второго компрессора 110 (не представлены). Например, со входом компрессора может быть связан температурный датчик 55 для оценки входной температуры компрессора. В соответствии с другим примером со входом компрессора может быть связан датчик 56 давления для оценки давления нагнетаемого воздуха на входе в компрессор. Также могут быть предусмотрены и другие датчики, в число которых входят, например, датчики воздушно-топливного отношения, датчики влажности и т.д. В соответствии с другим примером осуществления один или несколько параметров на входе компрессора (например, влажность, температура и т.д.) могут быть вычислены по параметрам работы двигателя. Датчики могут оценивать состояние впускаемого воздуха, поступающего на вход компрессора из впускного канала, а также воздуха, рециркулированного из точки, расположенной выше по потоку от ОНВ. Один или несколько датчиков также могут быть связаны со впускным каналом 42, выше по потоку от компрессора 114 и компрессора 110, для определения состава и состояния воздуха, поступающего в компрессора. В число таких датчиков может входить, например, расходомер 57 воздуха в коллекторе.
Впускной коллектор 22 связан с несколькими камерами 30 сгорания через несколько впускных клапанов (не представлены). Камеры сгорания, в сою очередь, связаны с выхлопным коллектором 36 через несколько выхлопных клапанов (не представлены). В проиллюстрированном примере осуществления представлен единый выхлопной коллектор 36. Однако в соответствии с другими вариантами осуществления выхлопной коллектор может содержать несколько секций выхлопного коллектора. В конфигурациях с использованием нескольких секций выхлопного коллектора может быть обеспечена возможность направления газов, поступающих из разных камер сгорания, в разные точки двигательной системы.
В соответствии с одним из вариантов осуществления может быть предусмотрен электронный привод выхлопного или впускного клапанов или электронное управление ими. В соответствии с другим вариантом осуществления может быть предусмотрен кулачковый привод выхлопного или впускного клапанов или кулачковое управление ими. Как в случае использования электронного привода, так и в случае использования кулачкового привода время открытия и закрытия выхлопного и впускного клапанов может быть изменено для обеспечения требуемого режима сгорания и содержания выбросов.
В камеры 30 сгорания может поступать топливо одного или нескольких типов, в том числе бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Подача топлива в камеры сгорания может быть обеспечена системами прямого впрыска, распределенного впрыска, впрыска через корпус дроссельного клапана или любым сочетанием таких систем. Сгорание топлива в камере сгорания может быть инициировано с использованием искрового зажигания и/или зажигания от сжатия.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы, поступающие из одной или нескольких секций выхлопного коллектора, направляют в турбину 116 для приведения этой турбины в движение. В случае уменьшения требуемого крутящего момента турбины часть отработавших газов может быть направлена в обход турбины через перепускную заслонку 90. Привод 92 перепускной заслонки может быть переведен в открытое положение для по меньшей мере частичного отвода давления отработавших газов из точки, расположенной выше по потоку от турбины, в точку, расположенную ниже по потоку от турбины, через перепускную заслонку 90. Снижение давления отработавших газов выше по потоку от турбины обеспечивает возможность уменьшения частоты вращения турбины.
Объединенный поток отработавших газов, поступающих из турбины и перепускной заслонки может затем быть пропущен через средства 170 снижения токсичности выбросов. В общем случае в состав одних или нескольких средств 170 снижения токсичности выбросов могут входить один или несколько каталитических нейтрализаторов доочистки отработавших газов для каталитической обработки потока отработавших газов, обеспечивающей возможность снижения содержания в отработавших газах одного или нескольких веществ. Например, один из каталитических нейтрализаторов доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота (NOx), содержащихся в потоке отработавших газов при бедных отработавших газах, и уменьшения количества уловленных NOx при богатых отработавших газах. В соответствии с другими примерами осуществления каталитический нейтрализатор доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью изменения пропорционального содержания NOx или избирательного уменьшения содержания NOx при помощи восстанавливающего реагента. В соответствии с другими примерами осуществления каталитический нейтрализатор доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или оксида углерода (угарного газа), содержащихся в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы доочистки отработавших газов, выполненные с возможностью выполнения этих функций, могут быть выполнены в виде послойного покрытия или других элементов средств доочистки отработавших газов, как по отдельности, так и совместно. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления в число средств доочистки отработавших газов может входить регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи, содержащихся в потоке отработавших газов.
Отработавшие газы, выходящие из средств 170 снижения токсичности выбросов, могут быть полностью или частично выпущены в атмосферу через выхлопную трубу 35. Однако в зависимости от условий работы часть отработавших газов может быть отведена во впускной канал через контур РОГ (не представлен), содержащий охладитель РОГ и клапан РОГ. Рециркулированные отработавшие газы могут быть направлены на вход первого компрессора 114, на вход второго компрессора 110 или на входы обоих компрессоров.
Двигательная система 100 может дополнительно содержать систему 14 управления. Система 14 управления представлена принимающей информацию от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых приведены ниже) и передающей сигналы управления нескольким исполнительным механизмам (различные примеры которых приведены ниже). Например, в число датчиков 16 могут входить газоанализатор 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от средств снижения токсичности выбросов, датчик 124 ДВК, температурный датчик 128 отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора и датчик 57 МРВ. К различным точкам двигательной системы 100 также могут быть подсоединены другие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения, а также газоанализаторы. В число исполнительных механизмов 81 могут входить, например, дроссельная заслонка 20, рециркуляционный клапан 72 компрессора, перепускной клапан 62 компрессора, мотор 108, привод 92 перепускной заслонки и топливный инжектор 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может использовать исполнительные механизмы в зависимости от результатов обработки входящих данных и в соответствии с инструкцией или кодом, запрограммированными в контроллере и соответствующими одной или нескольким процедурам, например, примера процедур управления, раскрытым ниже со ссылками на фиг. 2 и 3.
На фиг. 2 представлен пример процедуры 200 управления компрессором верхнего по потоку модуля наддува (например, нагнетателя) для уменьшения явлений задержки включения наддува и помпажа в компрессоре нижнего по потоку модуля наддува (например, турбонагнетателя). Инструкции для выполнения способа 200 и других способов, раскрытых в настоящем описании, могут быть исполнены контроллером в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера и с учетом сигналов, получаемых от датчиков двигательной системы, например, датчиков, описанных выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с нижеописанными способами.
На этапе 202 настоящий способ включает в себя оценку условий работы двигателя, например, частоты вращения двигателя, положения педали, требуемого оператором уровня крутящего момента, параметров окружающей среды (температуры, давления, влажности окружающего воздуха), температуры двигателя и т.д. На этапе 204 настоящего способа определяют, существует ли потребность в использовании наддува. В соответствии с одним из примеров осуществления потребность в использовании наддува может существовать при нагрузках на двигатель от средних до высоких. В соответствии с другим примером осуществления потребность в использовании наддува может существовать в случае нажатия оператором на педаль акселератора или увеличения требуемого крутящего момента. В случае отсутствия потребности в использовании наддува, например, при низкой нагрузке на двигатель или низком требуемом крутящем моменте, способ переходит к этапу 206, на котором двигатель работает в режиме естественного всасывания воздуха.
В случае наличия потребности в использовании наддува способ переходит к этапу 208, на котором осуществляют включение второго, верхнего по потоку компрессора во время раскручивания турбины, связанной с первым, нижним по потоку компрессором, в случае увеличения требуемого оператором крутящего момента происходит увеличение частоты вращения второго компрессора и увеличение расхода сжатого воздуха, поступающего в двигатель. При этом второй компрессор расположен во впускном канале выше по потоку от первого компрессора. Кроме того, второй компрессор приводят в действие посредством электрического мотора, а первый компрессор приводят в действие посредством выхлопной турбины. В соответствии с одним из примеров осуществления, как показано на фиг. 1, первый компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, а второй компрессор представляет собой компрессор нагнетателя. В таком случае увеличение частоты вращения второго компрессора включает в себя раскручивание второго компрессора при помощи электрического мотора, получающего питание от аккумуляторной батареи. Увеличение частоты вращения второго компрессора происходит в соответствии с увеличением требуемого уровня наддува. Таким образом, второй компрессор обеспечивает подачу в двигатель сжатого воздуха.
Время реакции электрического нагнетателя (то есть, время перехода от нерабочего состояния до состояния работы со 100% мощностью) может составлять 130-200 мс, что обеспечивает возможность значительно более быстрого включения наддува, чем с использованием турбонагнетателей, характерное время реакции которых составляет 1-2 секунды. Таким образом, второй компрессор электрического нагнетателя может обеспечить значительное сокращение задержки включения наддува.
Увеличение теплоты и давления, возникающих в результате сгорания в цилиндрах, приводит к повышению частоты вращения выхлопной турбины, приводящей в действие первый компрессор. На этапе 210 определяют, превышает ли частота вращения турбины пороговый уровень, например, пороговый уровень, в случае превышения которого турбонагнетатель способен обеспечить требуемый уровень наддува. Если это не так, продолжают использование второго компрессора (нагнетателя).
В случае превышения частотой вращения турбины порогового уровня способ переходит к этапу 212, который включает в себя уменьшение частоты вращения второго компрессора, например, путем отключения электрического мотора. Кроме того, может быть открыт перепускной клапан (например, перепускной клапан 62) для обеспечения возможности подачи воздушного потока на (нижний по потоку) первый компрессор в обход второго компрессора. Таким образом, способ включает в себя направление воздуха в обход второго компрессора и подачу потока сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор после достаточного раскручивания турбины. При этом сжатый воздух не поступает в двигатель через второй компрессор. Таким образом, временное использование второго компрессора нагнетателя до раскручивания турбины турбонагнетателя обеспечивает сокращение задержек включения наддува, вызванных задержками раскручивания первого компрессора.
На этапе 216, после включения компрессора турбонагнетателя (первого компрессора) и обеспечения подачи им сжатого воздуха в двигатель, способ включает в себя корректировку открытия рециркуляционного клапана компрессора в зависимости от давления наддува. Например, рециркуляционный клапан компрессора может быть частично открыт для обеспечения некоторого запаса по помпажу.
На этапе 218 могут определять, работает ли первый компрессор на пределе помпажа или вблизи него. В соответствии с одним из примеров осуществления приближение первого компрессора к пределу помпажа может быть связано с уменьшением требуемого крутящего момента. Уменьшение требуемого крутящего момента может быть вызвано, например, отпусканием оператором педали акселератора. Если первый компрессор не находится на пределе помпажа или вблизи него, способ переходит к этапу 220, на котором продолжают подачу сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор в обход второго компрессора.
Если же первый компрессор находится на пределе помпажа или вблизи него, способ переходит к этапу 222, который включает в себя исполнение способа устранения помпажа с учетом условий работы. Например, на этапе 226 запас по помпажу может быть увеличен путем увеличения частоты вращения второго компрессора и уменьшения расхода сжатого воздуха, подаваемого в двигатель (через первый компрессор). В соответствии с другим примером на этапе 224 запас по помпажу может быть увеличен путем увеличения открытия рециркуляционного клапана компрессора (например, полного открытия этого клапана). В случае уменьшения требуемого крутящего момента, например, при переключении передачи или вследствие отпускания водителем педали акселератора, контроллер двигателя может выбрать соответствующие действия по устранению помпажа из набора возможных вариантов с учетом условий работы двигателя, как более подробно со ссылками на фиг. 3.
На фиг. 3 представлен способ 300 выбора действий по устранению помпажа с учетом условий работы в случае уменьшения требуемого уровня крутящего момента.
На этапе 302 осуществляют оценку и/или измерение различных условий работы двигателя, например, уровня заряда аккумуляторной батареи, связанной с электрическим мотором, приводящим в действие второй компрессор, давление на входе по меньшей мере первого компрессора, величину изменения (например, уменьшения) требуемого крутящего момента, а также наличие кодов диагностики (или обратной связи) средств наддува (например, первого или второго компрессора).
На этапе 304 способ включает в себя проверку наличия возможности помпажа. Например, наличие возможности помпажа может быть констатировано в случае уменьшения требуемого уровня крутящего момента двигателя. В соответствии с одним из примеров осуществления уменьшение требуемого уровня крутящего момента двигателя может происходить в случае отпускания оператором педали акселератора при высоком давлении наддува. В соответствии с другим примером осуществления уменьшение требуемого уровня крутящего момента двигателя может происходить в случае одного или нескольких из событий переключения передачи, получения запроса на регулирование тягового усилия транспортного средства, получения запроса на автоматическое поддержание скорости движения (круиз-контроля) и т.д. В соответствии с другим примером осуществления наличие возможности помпажа может быть проверено путем сравнения перепада давления в компрессоре и массового расхода воздуха через первый компрессор с порогом помпажа и определено при помощи рабочей характеристики компрессора. Один из примеров такой рабочей характеристики представлен на фиг. 4 и описан со ссылками на нее. В случае констатации отсутствия возможности помпажа на фиг. 304 способ завершает работу, и выполнение процедуры завершают.
На этапе 306 может быть определено, выполнены ли условия увеличения частоты вращения второго компрессора. Выполнение таких условий может быть констатировано, если выполнено любое из следующих условий: уровень заряда аккумуляторной батареи, связанной с электрическим мотором второго компрессора, превышает пороговый уровень, величина уменьшения требуемого крутящего момента, приводящего к возникновению возможности помпажа, превышает пороговое значение (например, при более интенсивном отпускании оператором педали акселератора), неисправности электрического мотора отсутствуют (например, не включены никакие коды диагностики или обратной связи электрического мотора), и велик запас по помпажу (например, при большей разности между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа).
В случае выполнения любого из условий увеличения частоты вращения второго компрессора способ переходит к этапу 308, который включает в себя увеличение частоты вращения второго компрессора при одновременной подаче воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор. При этом увеличение частоты вращения второго компрессора включает в себя отключение обхода второго компрессора при одновременном продолжении подачи сжатого воздуха в двигатель через первый компрессор. Увеличение частоты вращения второго компрессора может быть произведено в зависимости от результатов сравнения давления на входе первого компрессора с порогом помпажа, причем частоту вращения второго компрессора увеличивают по мере приближения давления на входе первого компрессора к порогу помпажа или его превышения. Кроме того, увеличение частоты вращения второго компрессора может быть произведено в зависимости от соотношения первого расхода сжатого воздуха через первый компрессор и второго расхода сжатого воздуха через второго компрессор, причем частоту вращения второго компрессора увеличивают по мере увеличения разности между первым и вторым расходами. Более подробное описание вычислений требуемой частоты вращения второго компрессора или частоты вращения вала электрического нагнетателя приведено ниже со ссылками на алгоритмы, раскрытые в описании фиг. 4.
Помимо увеличения частоты вращения второго компрессора способ включает в себя этап 310, на котором уменьшают открытие перепускного клапана, связанного с обводным каналом второго компрессора, для уменьшения количества воздуха, подаваемого в двигатель в обход второго компрессора. В соответствии с одним из примеров осуществления перепускной клапан полностью закрывают так, чтобы полностью прекратить подачу в двигатель воздуха, проходящего в обход второго компрессора.
На этапе 311 может быть определено (например, при помощи моделирования), достаточно ли увеличение частоты вращения второго компрессора для устранения (например, предотвращения) помпажа первого компрессора. Если это не так, способ переходит к этапу 312, на котором осуществляют открытие РКК (например, БРКК) для повышения уровня рециркуляции сжатого воздуха из точки, расположенной ниже по потоку от первого компрессора, в точку, расположенную выше по потоку от первого компрессора (например, на вход первого компрессора). Степень открытия РКК, требуемая для устранения помпажа первого компрессора, может быть меньше требуемой в отсутствие второго компрессора, что обеспечивает возможность использования РКК уменьшенного размера.
Если увеличение частоты вращения второго компрессора достаточно для устранения (например, предотвращения) помпажа первого компрессора, способ переходит к этапу 313, на котором уменьшают суммарную подачу в двигатель воздуха под давлением. Таким образом, увеличение частоты вращения второго компрессора приводит к увеличению давления на входе первого компрессора, уменьшению перепада давления в первом компрессоре и уменьшению расхода воздуха через первый компрессор.
Увеличение частоты вращения второго компрессора может быть продолжено, пока перепад давления в первом компрессоре и расход сжатого воздуха, подаваемого в двигатель через первый компрессор, не будут ниже порога помпажа. В частности, на этапе 314 может быть определено, произошло ли увеличение запаса по помпажу. Если это не так, способ переходит к этапу 318, на котором увеличение частоты вращения второго компрессора может быть продолжено, а РКК может быть оставлен в открытом положении, если это возможно. В противном случае, то есть в случае увеличения запаса, способ переходит к этапу 316, на котором частота вращения второго компрессора может быть уменьшена (например, путем отключения электрического мотора), а открытие перепускного клапана может быть увеличено. Например, второй компрессор может быть полностью отключен при одновременном полном открытия перепускного клапана. Затем выполнение процедуры завершают.
Таким образом, на этапах 308-312 осуществляют устранение помпажа путем увеличения частоты вращения второго компрессора при одновременной минимизации открытия рециркуляционного клапана компрессора, связанного с первым компрессором. Например, рециркуляционный клапан компрессора может быть оставлен в закрытом или частично открытом положении.
На этапе 306 также может быть констатировано, что условия увеличения частоты вращения второго компрессора не выполнены (то есть может быть констатировано, что выполнены условия отказа от увеличения частоты вращения второго компрессора), если выполнено любое из следующих условий: уровень заряда аккумуляторной батареи, связанной с электрическим мотором второго компрессора, ниже порогового уровня, величина уменьшения требуемого крутящего момента, приводящего к возникновению возможности помпажа, ниже порогового значения (например, при менее интенсивном отпускании оператором педали акселератора), присутствуют неисправности электрического мотора (например, включены какие-либо коды диагностики или обратной связи электрического мотора), и запас по помпажу мал (например, при меньшей разности между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа).
В случае выполнения любого из условий отказа от увеличения частоты вращения второго компрессора способ переходит к этапу 320, который включает в себя увеличение открытия РКК для усиления рециркуляции сжатого воздуха из точки, расположенной ниже по потоку от первого компрессора, в точку, расположенную выше по потоку от первого компрессора (например, на вход первого компрессора). В соответствии с одним из примеров осуществления РКК может быть полностью открыт. Этап 322 настоящего способа включает в себя сохранение отключенного состояния второго компрессора. Этап 323 настоящего способа включает в себя уменьшение суммарной подачи сжатого воздуха в двигатель. Таким образом, на этапах 320-322 осуществляют устранение помпажа путем увеличения открытия рециркуляционного клапана компрессора, связанного с первым компрессором при одновременном сохранении неизменной частоты вращения второго компрессора. Например, второй компрессор может быть оставлен в выключенном состоянии.
Большее открытие РКК могут сохранять до тех пор, пока расход сжатого воздуха в двигатель через первый компрессор не упадет ниже порогового уровня. В частности, на этапе 324, аналогично этапу 324, может быть может быть определено, произошло ли увеличение запаса по помпажу. Если это не так, способ переходит к этапу 328, на котором может быть сохранено более открытое положение РКК. В противном случае, то есть в случае увеличения запаса, способ переходит к этапу 326, на котором открытие РКК может быть уменьшено. Например, РКК может быть закрыт или снова переведен в основное частично открытое положение.
Таким образом, РКК обеспечивает устранение помпажа путем увеличения расхода первого компрессора, а нагнетатель обеспечивает устранение помпажа путем увеличения давления на входе первого компрессора. Хотя оба эти подхода обеспечивают быстрый перевод компрессора в область, расположенную справа от линии помпажа, применение нагнетателя обеспечивает возможность уменьшения размеров РКК или полного устранения РКК.
Таким образом, способ работы двигателя с наддувом включает в себя производимое при первом уменьшении требований водителя увеличение частоты вращения второго компрессора с одновременной подачей воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор; и производимую при втором уменьшении требований водителя подачу воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор без увеличения частоты вращения второго компрессора. Способ дополнительно включает в себя производимое при втором уменьшении требований водителя увеличение открытия рециркуляционного клапана для рециркуляции части подаваемого под давлением воздуха с выхода первого компрессора на его вход. При этом рециркуляционный клапан может представлять собой бесступенчато-регулируемый клапан, а увеличение открытия рециркуляционного клапана включает в себя приведение в действие соленоида клапана. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения может быть использован двухпозиционный РКК. Приведение в действие второго компрессора может быть обеспечено электрическим мотором с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требований водителя уровень заряда батареи выше порогового уровня, а во время второго уменьшения требований водителя уровень заряда батареи ниже порогового уровня. Во время первого уменьшения требований водителя разность между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа может быть большей, а во время второго уменьшения требований водителя разность между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа может быть меньшей. Кроме того, уменьшение крутящего момента во время первого уменьшения требований водителя может быть больше уменьшения крутящего момента во время второго уменьшения требований водителя. Приведение в действие второго компрессора может быть обеспечено электрическим мотором с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требований водителя неисправность электрического мотора может отсутствовать, а во время второго уменьшения требований водителя неисправность электрического мотора может присутствовать. Второй компрессор может представлять собой компрессор электрического нагнетателя, а первый компрессор может представлять собой компрессор турбонагнетателя, причем второй компрессор может быть расположен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале.
На фиг. 4 представлена рабочая характеристика 400 компрессора, иллюстрирующая уменьшение перепада давления в компрессоре турбонагнетателя без открытия рециркуляционного клапана компрессора посредством регулирования электрического нагнетателя. Рабочая характеристика 400 представляет собой зависимость перепада давления в компрессоре (отложенного по оси ординат) от расхода воздуха через компрессор (отложенного по оси абсцисс) для компрессора турбонагнетателя, причем компрессор турбонагнетателя расположен ниже по потоку от компрессора электрического нагнетателя. Кривая 402 (сплошная) обозначает предел помпажа (в данном случае - предел жесткого помпажа) компрессора турбонагнетателя, а линия 412 (штриховая) обозначает предел помпажа компрессора нагнетателя. Сплошные кривые 420 (только две из которых помечены ссылочным номером) соответствуют линиям постоянной частоты вращения компрессора турбонагнетателя, а пунктирные кривые 430 (только две из которых помечены ссылочным номером) соответствуют линиям постоянной частоты вращения компрессора нагнетателя. Нахождение параметров работы компрессора слева от предела жесткого помпажа приводит к работе турбонагнетателя в области 404 жесткого помпажа (представленной в виде заштрихованной области 704). Аналогичным образом, нахождение параметров работы компрессора слева от предела 412 жесткого помпажа приводит к работе нагнетателя в области жесткого помпажа (не обозначен). Работа компрессора в области 404 жесткого помпажа приводит к возникновению нежелательных явлений ШВР и может вызывать снижение к.п.д. двигателя.
Рассмотрим работу двигателя в точке 406. Во время работы двигателя в точке 406 может произойти отпускание оператором педали акселератора, вызывающее переход режима работы двигателя в точку 408. В отсутствие дополнительных действий при уменьшении требуемой подачи воздуха в двигатель перепад давления в компрессоре турбонагнетателя остается приблизительно постоянным, а массовый расход через компрессор турбонагнетателя перемещается из точки 406 в точку 408 (траектория такого перемещения обозначены пунктирной линией). Поскольку новый режим работы (точка 408) находится слева от линии 402 помпажа, в двигательной системе с наддувом вероятно возникновение помпажа.
В то же время, если электрический нагнетатель включен в момент отпускания оператором педали акселератора, давление на входе основного компрессора может быть увеличено. Вследствие этого массовый расход через компрессор турбонагнетателя перемещается в рабочей характеристике компрессора в новую точку (точку 410), расположенную справа от линии помпажа. Таким образом, система не переходит в режим помпажа.
Для обеспечения одновременной работы второго компрессора электрического нагнетателя и первого компрессора турбонагнетателя без возникновения помпажа может быть применен алгоритм, например, аналогичный алгоритму, описанному ниже. Входной параметр первого компрессора электрического нагнетателя (ES), т.е. требуемая частота вращения нагнетателя или частота вращения второго компрессора, может быть обозначен NES_des. Регулирование частоты вращения электрического нагнетателя обеспечивает возможность регулирования давления на выходе второго компрессора и на входе первого компрессора турбонагнетателя (обозначенного CIP) в соответствии с уравнением (1):
где BP - давление на входе второго компрессора, a Wcorr_ES - скорректированный массовый расход через второй компрессор. Контроллер двигателя может выбрать значение NES_des, устанавливающее такое значение CIP, которое обеспечивает расположение рабочих точек обоих компрессоров справа от их соответствующих линий помпажа. Линия помпажа каждого из компрессоров определена в виде зависимости перепада давления от скорректированного массового расхода. Критерии, определяющие работу обоих компрессоров вне области помпажа, могут быть выражены следующим образом:
и 
где TIP - давление на выходе первого компрессора. Следует отметить, что величины скорректированного расхода, Wcorr, определяют следующим образом:
и 
где Pref и Tref - номинальные значения давления и температуры по данным поставщиков турбонагнетателя и нагнетателя, a Wcomp_ES и Wcomp_turbo - оценки или измеренные значения расхода, соответственно, через второй компрессор нагнетателя и первый компрессор турбонагнетателя. Таким образом, скорректированный расход первого компрессора зависит от CIP. Следовательно, значение CIP, удовлетворяющее обоим неравенствам, может быть определено по формулам (i) и (ii), если выполнено следующее условие:
Наличие у неравенства (iii) одного или нескольких решений означает возможность регулирования CIP при помощи второго компрессора в соответствии с уравнением (1). Неравенство (iii) содержит нелинейную зависимость от величины CIP и может быть решено, например, методом итераций. Пусть CIP* обозначает решение левого неравенства (iii) при замене неравенства на равенство. Тогда подстановка в (iii) обратного уравнения (1) позволяет определить требуемую частоту вращения нагнетателя (второго компрессора) следующим образом:
Поскольку в связи с ограничениями на энергопотребление и ограниченным временем реакции желательно минимизировать расход ресурсов на управление электрическим нагнетателем (вторым компрессором), требуемая частота вращения вала нагнетателя (второго компрессора) может быть определена по формуле 
, где TIP - давление на входе дроссельной заслонки (на выходе первого компрессора), ACT - температура наддувочного воздуха, CIP - давление на входе первого компрессора, BP - барометрическое давление (на входе второго компрессора), W - массовый расход, а Corr - скорректированное значение.
На фиг. 5 представлен пример графика 500 увеличения запаса по помпажу нижнего по потоку турбонагнетателя при помощи верхнего по потоку электрического нагнетателя. На графике 500 представлены кривые 502-506 открытия впускной дроссельной заслонки, кривые 508-512 давления наддува, кривые 514-518 положения БРКК, кривые 520-524 частоты вращения первого нижнего по потоку компрессора турбонагнетателя (speed_comp1), кривые 526-530 давления на входе первого нижнего по потоку компрессора турбонагнетателя (CIP_comp1) и кривые 532-536 частоты вращения второго верхнего по потоку компрессора нагнетателя (speed_comp2). В наборе кривых для каждого из параметров пунктирной кривой показано изменение данного параметра без устранения помпажа, штриховой кривой показано изменение данного параметра с устранением помпажа по известным решениям, а сплошной кривой показано изменение данного параметра с устранением помпажа по решению в соответствии с настоящим изобретением. Изменения всех параметров представлены в зависимости от времени, отложенного по оси абсцисс. Следует отметить, что одинаковые временные точки на разных кривых, например, момент t1, соответствуют событиям, происходящим одновременно, в том числе, например, в случаях увеличения одного из параметров и уменьшения другого параметра.
До момента t1 двигатель может работать без возникновения помпажа. До момента t1 требуемый крутящий момент и требуемое давление наддува могут быть обеспечены с использованием только первого компрессора.
В момент t1 может произойти уменьшение крутящего момента двигателя, например, в результате отпускания оператором педали акселератора. В результате отпускания оператором педали акселератора и уменьшения требуемого крутящего момента может быть уменьшено открытие дроссельной заслонки. В отсутствие каких-либо действий первый компрессор может перейти в режим помпажа, как показывает кривая 508. Для устранения помпажа осуществляют открытие БРКК, связанного с первым компрессором (кривая 518).
Для уменьшения открытия БРКК, необходимого для устранения помпажа, в случае отпускания оператором педали акселератора в момент t1 осуществляют включение нагнетателя (кривая 536) и увеличение частоты вращения второго компрессора. Это приводит к увеличению давления на входе первого компрессора (кривая 530), что увеличивает запас по помпажу турбонагнетателя. Таким образом, без включения компрессора нагнетателя (кривая 534) устранение помпажа может потребовать большего открытия (степени открытия и/или длительности открытия) БРКК (как показывает кривая 516).
В соответствии с одним из примеров осуществления двигательная система содержит: двигатель, содержащий систему впуска; первый впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие выхлопной турбиной; второй впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие электрическим мотором, причем мотор выполнен с возможностью получения питания от аккумуляторной батареи, а второй компрессор расположен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале; датчик давления, соединенный со входом первого компрессора; и контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти для: эксплуатации первого компрессора для подачи в двигатель сжатого воздуха при выключенном втором компрессоре; и производимого в случае отпускания оператором педали акселератора раскручивания второго компрессора при одновременном продолжении работы первого компрессора до падения расхода сжатого воздуха через первый компрессор ниже порога помпажа. В соответствии с вышеописанным вариантом осуществления изобретения раскручивание второго компрессора включает в себя эксплуатацию электрического мотора с частотой вращения, определенной в зависимости от разности между расходом через первый компрессор и порогом помпажа, причем частота вращения возрастает с увеличением такой разности. В соответствии с любыми из вышеописанных вариантов осуществления изобретения контроллер дополнительно содержит инструкции для отключения второго компрессора и подачи в двигатель сжатого воздуха только через первый компрессор после уменьшения расхода через первый компрессор
В соответствии с другим примером осуществления способ для двигателя с наддувом включает в себя подачу воздуха в обход второго компрессора и подачу сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор; и производимое в случае уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличение частоты вращения второго компрессора и уменьшение подачи сжатого воздуха в двигатель. В соответствии с предыдущим примером осуществления увеличение частоты вращения второго компрессора дополнительно или опционально включает в себя прекращение подачи воздуха в обход второго компрессора при одновременном продолжении подачи сжатого воздуха через первый компрессор. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления второй компрессор дополнительно или опционально установлен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления второй компрессор дополнительно или опционально приводят в действие при помощи электрического мотора, причем первый компрессор приводят в действие при помощи выхлопной турбины. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления уменьшение требуемого крутящего момента двигателя дополнительно или опционально происходит в случае одного из следующих событий: отпускания оператором педали акселератора, переключения передачи трансмиссии двигателя, получения запроса на регулирование тягового усилия или получения запроса на автоматическое поддержание скорости. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления увеличение частоты вращения второго компрессора дополнительно или опционально зависит от соотношения значения давления на входе первого компрессора и порога помпажа, причем увеличение частоты вращения возрастает при приближении давления на входе первого компрессора к порогу помпажа или его превышении порога помпажа. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления увеличение частоты вращения второго компрессора также дополнительно или опционально зависит от соотношения величины первого расхода сжатого воздуха через первый компрессор и величины второго расхода сжатого воздуха через второй компрессор, причем увеличение частоты вращения возрастает с ростом разности между первым расходом и вторым расходом. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления увеличение частоты вращения дополнительно или опционально включает в себя увеличение частоты вращения второго компрессора до падения расхода подачи сжатого воздуха в двигатель через первый компрессор ниже порога помпажа и последующее уменьшение частоты вращения второго компрессора. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления способ также дополнительно или опционально включает в себя производимое в случае увеличения требуемого крутящего момента двигателя увеличение частоты вращения второго компрессора и увеличение расхода подачи сжатого воздуха в двигатель.
В соответствии с другим примером осуществления способ для двигателя с наддувом включает в себя: производимое в случае первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличение частоты вращения второго компрессора во время подачи в поршневой двигатель сжатого воздуха через первый компрессор; и, в случае второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя, отсутствие увеличения частоты вращения второго компрессора во время подачи в поршневой двигатель сжатого воздуха через первый компрессор. В соответствии с предыдущим примером способ также дополнительно или опционально включает в себя производимое в случае второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличение открытия перепускного клапана для рециркуляции части сжатого воздуха с выхода на вход первого компрессора. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления перепускной клапан дополнительно или опционально представляет собой бесступенчато-регулируемый клапан, а увеличение открытия перепускного клапана дополнительно или опционально включает в себя приведение в действие соленоида клапана. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления второй компрессор дополнительно или опционально приводят в действие при помощи электрического мотора с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требований водителя уровень заряда батареи выше порогового уровня, а во время второго уменьшения требований водителя уровень заряда батареи ниже порогового уровня. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления во время первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя разность между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа дополнительно или опционально имеет большую величину, а во время второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя данная разность имеет меньшую величину. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления уменьшение крутящего момента во время первого уменьшения требований водителя дополнительно или опционально больше уменьшения крутящего момента во время второго уменьшения требований водителя. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления приведение в действие второго компрессора дополнительно или опционально обеспечено электрическим мотором с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требований водителя неисправность электрического мотора отсутствует, а во время второго уменьшения требований водителя неисправность электрического мотора присутствует. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления второй компрессор дополнительно или опционально представляет собой компрессор электрического нагнетателя, а первый компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, причем второй компрессор расположен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления способ для двигателя включает в себя производимое в случае выявления помпажа во время подачи в двигатель сжатого воздуха через первый компрессор приведение в действие электрического мотора, связанного со вторым компрессором, расположенным выше по потоку от первого компрессора, и повышение уровня рециркуляции воздуха под давлением в первом компрессоре. В соответствии с предыдущим примером первый компрессор дополнительно или опционально представляет собой компрессор турбонагнетателя, а второй компрессор дополнительно или опционально представляет собой компрессор нагнетателя. В соответствии с любым или всеми из предшествующих примеров осуществления приведение в действие электрического мотора дополнительно или опционально включает в себя регулирование частоты вращения электрического мотора в зависимости от параметров помпажа, а повышение уровня рециркуляции воздуха под давлением в первом компрессоре дополнительно или опционально включает в себя открытие рециркуляционного клапана компрессора, связанного с обводным каналом первого компрессора. В соответствии с предыдущим примером выявление помпажа дополнительно или опционально включает в себя выявление помпажа первого компрессора, а рециркуляционный клапан компрессора представляет собой бесступенчато-регулируемый рециркуляционный клапан компрессора. В соответствии с предыдущим примером повышение уровня рециркуляции через рециркуляционный клапан компрессора дополнительно или опционально зависит от увеличения частоты вращения второго компрессора, причем при большей частоте вращения электрического мотора, приводящего в действие второй компрессор, осуществляют меньшее открытие рециркуляционного клапана компрессора.
Таким образом, электрический нагнетатель может быть использован для уменьшения вероятности вызванного отпусканием оператором педали акселератор помпажа нижнего по потоку турбонагнетателя, например, в двигателях радикально уменьшенного размера. Использование нагнетателя для увеличения давления на входе компрессора турбонагнетателя при возникновении условий помпажа обеспечивает возможность снижения интенсивности или полного устранения помпажа.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Способ для двигателя с наддувом, включающий в себя следующие этапы:
подают воздух в обход второго компрессора и подают поток сжатого воздуха в поршневой двигатель через первый компрессор; и
в случае уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличивают частоту вращения второго компрессора и уменьшают подачу сжатого воздуха в двигатель.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что увеличение частоты вращения второго компрессора включает в себя увеличение частоты вращения второго компрессора и отсутствие подачи воздуха в обход второго компрессора при одновременном продолжении подачи сжатого воздуха через первый компрессор до падения расхода подачи сжатого воздуха в двигатель через первый компрессор ниже порога помпажа и последующее уменьшение частоты вращения второго компрессора.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй компрессор установлен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале, причем второй компрессор приводят в действие при помощи электрического мотора, причем первый компрессор приводят в действие при помощи выхлопной турбины.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно во время увеличения частоты вращения второго компрессора повышают уровень рециркуляции сжатого воздуха из точки, расположенной ниже по потоку от первого компрессора, на вход первого компрессора через рециркуляционный клапан компрессора.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что рециркуляционный клапан компрессора представляет собой бесступенчато-регулируемый рециркуляционный клапан компрессора, причем повышение уровня рециркуляции через рециркуляционный клапан компрессора зависит от увеличения частоты вращения второго компрессора, причем при большей частоте вращения электрического мотора, приводящего в действие второй компрессор, осуществляют меньшее открытие рециркуляционного клапана компрессора.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшение требуемого крутящего момента двигателя происходит в случае одного из следующих событий: отпускания оператором педали акселератора, переключения передачи трансмиссии двигателя, получения запроса на регулирование тягового усилия и получение запроса на автоматическое поддержание скорости движения.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что увеличение частоты вращения второго компрессора зависит от соотношения значения давления на входе первого компрессора и порога помпажа, причем увеличение частоты вращения возрастает при приближении давления на входе первого компрессора к порогу помпажа или при его превышении порога помпажа.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что увеличение частоты вращения второго компрессора дополнительно зависит от соотношения величины первого расхода сжатого воздуха через первый компрессор и величины второго расхода сжатого воздуха через второй компрессор, причем увеличение частоты вращения возрастает с ростом разности между первым расходом и вторым расходом.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в случае увеличения требуемого крутящего момента двигателя увеличивают частоту вращения второго компрессора и увеличивают расход подачи сжатого воздуха в двигатель.
10. Способ для двигателя с наддувом, включающий в себя следующие этапы:
в случае первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличивают частоту вращения второго компрессора во время подачи в поршневой двигатель сжатого воздуха через первый компрессор; и
в случае второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя не увеличивают частоту вращения второго компрессора во время подачи в поршневой двигатель сжатого воздуха через первый компрессор.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно в случае второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя увеличивают открытие рециркуляционного клапана для рециркуляции части сжатого воздуха с выхода на вход первого компрессора.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что рециркуляционный клапан представляет собой бесступенчато-регулируемый клапан, причем увеличение открытия рециркуляционного клапана включает в себя приведение в действие соленоида клапана.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что второй компрессор приводят в действие при помощи электрического мотора с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя уровень заряда батареи выше порогового уровня, а во время второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя уровень заряда батареи ниже порогового уровня.
14. Способ по п. 10, отличающийся тем, что во время первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя разность между давлением на входе первого компрессора и порогом помпажа имеет большую величину, а во время второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя данная разность имеет меньшую величину.
15. Способ по п. 10, отличающийся тем, что уменьшение крутящего момента во время первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя больше уменьшения крутящего момента во время второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя.
16. Способ по п. 10, отличающийся тем, что второй компрессор приводят в действие электрическим мотором с питанием от аккумуляторной батареи, причем во время первого уменьшения требуемого крутящего момента двигателя неисправность электрического мотора отсутствует, а во время второго уменьшения требуемого крутящего момента двигателя неисправность электрического мотора присутствует.
17. Способ по п. 10, отличающийся тем, что второй компрессор представляет собой компрессор электрического нагнетателя, а первый компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, причем второй компрессор расположен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале.
18. Двигательная система, содержащая:
двигатель, содержащий систему впуска;
первый впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие выхлопной турбиной;
второй впускной компрессор, выполненный с возможностью приведения в действие электрическим мотором, причем мотор выполнен с возможностью получения питания от аккумуляторной батареи, а второй компрессор расположен выше по потоку от первого компрессора во впускном канале;
датчик давления, соединенный со входом первого компрессора; и
контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти для:
эксплуатации первого компрессора для подачи в двигатель сжатого воздуха при выключенном втором компрессоре; и
в случае снижения крутящего момента двигателя раскручивания второго компрессора при одновременном продолжении работы первого компрессора до падения расхода сжатого воздуха через первый компрессор ниже порога помпажа.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что раскручивание второго компрессора включает в себя эксплуатацию электрического мотора с частотой вращения, определенной в зависимости от разности между расходом через первый компрессор и порогом помпажа, причем частота вращения возрастает с увеличением такой разности.
20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно содержит инструкции для отключения второго компрессора и подачи в двигатель сжатого воздуха только через первый компрессор после уменьшения расхода через первый компрессор.
