Способ (варианты) и система для контроля температуры выпускной системы двигателя - RU2701927C1
Код документа: RU2701927C1
Чертежи
Описание
Уровень техники
Обычно, для увеличения эффективности каталитического нейтрализатора, перерабатывающего выбросы двигателя, двигатель может работать в условиях, близких к стехиометрическим. Если двигатель работает при высоких скоростях вращения и нагрузках со стехиометрическим воздушно-топливным отношением, температура в выпускной системе может превысить температуру, желательную для компонентов выпускной системы. Например, температура в выпускной системе может превысить желательную температуру каталитического нейтрализатора или температуру турбины выпускной системы. Следовательно, может быть желательно управление работой двигателя таким образом, при котором температура в выпускной системе не превышает пороговое значение температуры. Одним из способов снижения температуры в выпускной системе двигателя является работа двигателя с обогащенной воздушно-топливной смесью. Обогащенная воздушно-топливная смесь снижает температуру сгорания и отбирает тепловую энергию двигателя, тем самым охлаждая двигатель и отработавшие газы. Тем не менее, работа двигателя с обогащенной воздушно-топливной смесью может привести к ухудшению выбросов транспортного средства, поскольку трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы обеспечивают наибольшую эффективность переработки отработавших газов при подаче отработавших газов, вырабатываемых цилиндрами двигателя, работающими с воздушно-топливными отношениями, близкими к стехиометрическим. Следовательно, может быть желательно управление работой двигателя таким образом, чтобы обеспечить снижение выбросов, одновременно обеспечивая работу с температурой в выпускной системе ниже порогового значения при высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя.
Авторы настоящего изобретения осознали вышеуказанные недостатки и разработали способ работы двигателя, содержащий: эксплуатирование двигателя, работающего по циклу Миллера, с впрыском топлива в выпускную систему двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное по ходу потока перед турбиной, соединенной с коленчатым валом двигателя, работающего по циклу Миллера; и пропускание отработавших газов двигателя, работающего по циклу Миллера, через эту турбину.
За счет впрыска топлива перед турбиной по ходу потока для обеспечения обогащенной смеси отработавших газов, температуры лопастей турбины могут быть снижены таким образом, что двигатель, работающий по циклу Миллера, может работать в условиях высоких скоростей вращения и нагрузок двигателя при наиболее обедненной смеси для достижения максимального крутящего момента, а не наиболее обогащенной смеси для достижения максимального крутящего момента. Следовательно, двигатель может использовать меньше топлива при высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя при ограничении температуры компонентов выпускной системы. Кроме того, в некоторых примерах, обогащенная смесь отработавших газов может быть воспламенена таким образом, чтобы турбина передавала крутящий момент силовой установке транспортного средства. Более того, может быть осуществлено смешивание обогащенной смеси отработавших газов с воздухом в месте, расположенном по ходу потока перед каталитическим нейтрализатором, для подачи стехиометрической смеси отработавших газов в каталитический нейтрализатор для обеспечения высокой эффективности каталитического нейтрализатора. Таким образом, может быть осуществлено поддержание температуры в выпускной системе двигателя на уровне ниже порогового значения температуры для уменьшения вероятности деградации компонентов выпускной системы, без снижения эффективности каталитического нейтрализатора.
Настоящее изобретение может обеспечивать несколько преимуществ. Например, упомянутый подход может обеспечить уменьшение вероятности деградации компонентов выпускной системы. Кроме того, упомянутый подход может обеспечить снижение выбросов транспортного средства при более высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя. В дополнение к этому, упомянутый подход может обеспечить увеличение мощности транспортного средства в условиях повышенной нагрузки.
Вышеописанные преимущества и другие преимущества и особенности настоящего описания станут очевидными из последующего подробного описания, при рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами или без них.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание представлено лишь для ознакомления в упрощенном виде с набором идей, более подробно раскрытых в подробном описании. Оно не предназначено для определения ключевых или обязательных признаков истребуемого объема изобретения, объем которого определен исключительно формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Кроме того, истребуемый объем изобретения не ограничен вариантами осуществления, в которых устранены недостатки, указанные выше или в любой части настоящего документа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1-4 представлены схематические изображения двигателя.
На фиг. 5-8 представлен пример способа работы силовой установки транспортного средства в условиях высокой нагрузки; и
На фиг. 9 представлен пример последовательности работы.
Подробное описание
Настоящее описание относится к регулированию температуры компонентов выпускной системы, с поддержанием этих температур ниже порогового значения температуры, которое может соответствовать деградации компонентов выпускной системы. Фиг. 1 демонстрирует пример двигателя, работающего по циклу Миллера, в котором температура компонентов выпускной системы может быть ограничена пороговым значением температуры. Фиг. 2 демонстрирует другой пример двигателя, работающего по циклу Миллера, в котором температура компонентов выпускной системы может ограничиваться посредством впрыска топлива в выпускную систему.
Фиг. 3 демонстрирует еще один пример двигателя, работающего по циклу Миллера, в котором температура компонентов выпускной системы может быть ограничена посредством впрыска топлива в выпускную систему. Фиг. 4 демонстрирует комбинированный двигатель, содержащий двигатель, работающий по циклу Миллера, и турбину. Фиг. 5-8 демонстрируют способ регулирования температуры в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера. Фиг. 9 демонстрирует пример последовательности работы двигателя.
Обратимся к фиг. 1, на которой управление двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим множество цилиндров 30, осуществляет электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 может быть двигателем, работающим по циклу Миллера, в котором сжатый воздух подают во впускной коллектор 44 двигателя, и в котором впускные клапаны закрываются после нижней мертвой точки в такте впуска таким образом, что во время такта сжатия двигателя часть содержимого цилиндров выбрасывается во впускной коллектор 44. Двигатель 10 содержит цилиндры 30, содержащие поршни (не показаны), соединенные с коленчатым валом 40 двигателя. Коленчатый вал 40 двигателя выборочно передает крутящий момент на колеса транспортного средства (не показано). Цилиндры 30 показаны сообщающимися с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). Каждым впускным и выпускным клапаном может управлять кулачок (не показан).
Топливные инжекторы 68 показаны расположенными с возможностью впрыска топлива непосредственно в камеры 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливные инжекторы 68 подают топливо пропорционально ширине импульсов контроллера 12. Топливо подается в топливные инжекторы 68 топливной системой, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан) и топливную рампу 166.
Система 81 впрыска передает электрическую энергию свечам 88 зажигания в зависимости от ширины импульсов сигнала, подаваемого контроллером 12. Управление каждой свечой 88 зажигания может осуществляться независимо от остальных свечей зажигания.
Впускной коллектор 44 показан соединенным с необязательным электронным дросселем 62, регулирующим положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха, поступающим из впускной нагнетательной камеры 46. Компрессор 162 засасывает воздух из впуска 42 воздуха для подачи в нагнетательную камеру 46. Отработавшие газы раскручивают турбину 164, соединенную с компрессором 162 посредством вала 161. В некоторых примерах может быть предусмотрен охладитель нагнетаемого воздуха, и привод компрессора 162 может осуществляться посредством двигателя или коленчатого вала 40, а не турбины 164. Турбина 164 может содержать лопатки с изменяемой геометрией, благодаря чему при открытом положении лопаток отработавшие газы могут проходить через турбину 164, передавая небольшое количество энергии для вращения турбины 164. Отработавшие газы могут проходить через турбину 164 с передачей повышенного усилия турбине 164 при закрытом положении лопаток.
При воспламенении топлива посредством свечей 88 зажигания, в цилиндрах 30 происходит сгорание. В некоторых примерах универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УКОГ (UEGO) может быть расположен в выпускном коллекторе 48 перед устройством 70 снижения выбросов (например, трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором) по ходу потока. В других примерах датчик УКОГ может быть расположен по ходу потока за одним или несколькими устройствами переработки отработавших газов. Кроме того, в некоторых примерах датчик УКОГ может быть заменен датчиком оксидов азота (Nox), содержащим элементы, чувствительные как к NOx, и к кислороду. Кроме того, после устройства 70 снижения выбросов по ходу потока расположен датчик 125 кислорода.
Рециркуляция отработавших газов РОГ (EGR) может быть обеспечена в двигателе посредством клапана 158 РОГ. Клапан 158 РОГ может быть выборочно открыт и закрыт для обеспечения возможности прохождения отработавших газов из выпускного коллектора 48 во впускной коллектор при давлении во впускном коллекторе ниже давления в выпускном коллекторе.
Сжатый воздух может быть подан компрессором 162 в выпускной канал 165 в место, расположенное за турбиной 164 по ходу потока и перед устройством 70 снижения выбросов по ходу потока, через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, и канал 169. По выпускному каналу 165 отработавшие газы выводят из выпускного коллектора 48 в атмосферу.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных известного типа. Контроллер 12 показан получающим различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в том числе, в дополнение к вышеописанным сигналам: температуру охлаждающей жидкости двигателя ТОЖД (ЕСТ) от датчика 112 температуры; от датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора, для определения положения педали акселератора, регулируемого водителем 132; измеренное значение давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) двигателя от датчика 120 давления, соединенного со впускным коллектором 44; давление наддува отдатчика 122 давления; содержание кислорода в отработавших газах от датчика 126 кислорода; и определение положения дроссельной заслонки от датчика 58. Барометрическое давление так же может быть определено (датчик не показан) для обработки контроллером 12.
Во время работы, в каждом цилиндре двигателя 10 обычно проходит четырехтактный цикл: цикл, содержащий такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска цилиндра 30, как правило, выпускной клапан закрывается, и открывается впускной клапан. Воздух поступает в цилиндр 30 через впускной коллектор 44, и поршень перемещается к нижней части цилиндра, таким образом увеличивая объем цилиндра 30. Положение, при котором поршень находится рядом с нижней частью цилиндра в конце такта (например, при наибольшем объеме цилиндра 30), обычно упоминается специалистами в данной области техники как нижняя мертвая точка НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан и выпускной клапан закрыты. Поршень цилиндра 30 перемещается к головке цилиндра, сжимая воздух внутри цилиндра 30. Положение, при котором поршень в конце такта находится рядом с головкой цилиндра (то есть, при наименьшем объеме цилиндра 30), обычно упоминается специалистами в данной области техники как верхняя мертвая точка ВМТ (TDC). В процессе, в дальнейшем упоминаемом как впрыск, топливо поступает в камеру сгорания. В некоторых примерах впрыск топлива в цилиндр может осуществляться несколько раз в течение одного цикла цилиндра. В процессе, в дальнейшем упоминаемым как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется свечой зажигания 88, что приводит к его сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ (BDC). Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня во вращательный момент вала, установленного с возможностью вращения. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ (TDC). Следует отметить, что описание выше приведено лишь для примера, и время открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может быть изменено таким образом, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана, или в различных других примерах. Кроме того, в некоторых примерах вместо четырехтактного цикла может быть использован двухтактный цикл.
Поток воздуха через двигатель 10 начинается со впуска 42 и продолжается до компрессора 162. Воздух покидает компрессор 162 и поступает в нагнетательную камеру 46, после чего поступает во впускной коллектор 44. Затем воздух проходит через цилиндры 30 и выходит в виде отработавшего газа после участия в сгорании. Отработавшие газы поступают в выпускной коллектор 48, после чего поступают в турбину 164. Отработавшие газы покидают турбину 164 и поступают в устройство 70 снижения выбросов, после чего осуществляется их выпуск в атмосферу. Таким образом, впуск 42 располагается перед устройством 70 снижения выбросов по ходу потока воздуха через двигатель 10.
Если система, представленная на фиг. 1, работает при высоких скоростях вращения и нагрузках, и температура компонентов выпускной системы (например, лопаток турбины 164) превышает пороговое значение температуры деградации компонентов, то для снижения температуры компонентов выпускной системы двигатель переключают с работы двигателя со стехиометрическими воздушно-топливными отношениями на работу двигателя с более обогащенными, чем стехиометрические, смесями воздуха и топлива. Пороговое значение температуры деградации компонентов представляет собой температуру, при которой может произойти деградация компонентов выпускной системы, если температура компонентов выпускной системы превышает пороговое значение температуры деградации компонентов в течение заданного периода времени. Обогащенное воздушно-топливное отношение двигателя приводит к увеличению отведения тепла двигателя и снижению температуры сгорания. В ответ на превышение температурой компонентов выпускной системы (например, клапанов турбины 164) порогового значения температуры деградации компонентов открывают регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной. В одном из примеров регулируют поток воздуха, проходящий через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, посредством команды без обратной связи о переводе в положение, которое зависит от расхода топлива двигателя, массового расхода воздуха двигателя, и количества топлива, впрыскиваемого в выпускной канал 165. Затем положение этого клапана без обратной связи регулируют на основе показаний датчика 125 кислорода для подачи стехиометрической смеси отработавших газов, поступающих в устройство 70 контроля выбросов.
Таким образом, система, представленная на фиг. 1, обеспечивает снижение температуры компонентов выпускной системы, при обеспечении высокой эффективности каталитического нейтрализатора. Эффективность каталитического нейтрализатора поддерживается или повышается посредством подачи в каталитический нейтрализатор стехиометрической смеси отработавших газов. В результате компоненты выпускной системы двигателя могут быть защищены от высоких температур, без повышения выбросов двигателя или с их снижением.
Обратимся теперь к фиг. 2, на которой показан второй пример двигателя. Двигатель на фиг. 2 работает аналогично двигателю на фиг. 1. Кроме того, двигатель на фиг. 2 содержит многие компоненты, аналогичные представленным на фиг. 1. Элементы на фиг. 2, аналогичные элементам на фиг. 1, обозначены теми же ссылочными позициями. Поэтому для краткости будут описаны только компоненты и процессы, отличные от фиг. 1.
Система на фиг. 2 содержит топливный инжектор 223 для впрыска топлива в выпускной канал 165. Впрыск топлива через инжектор 223 может осуществляться в ответ на превышение температурой компонентов выпускной системы (например, лопаток турбины 164) порогового значения температуры деградации компонентов. Пороговое значение температуры деградации компонентов представляет собой температуру, при которой может произойти деградация компонентов выпускной системы, если температура компонентов выпускной системы превышает пороговое значение температуры деградации компонентов в течение заданного периода времени. Посредством впрыска топлива через инжектор 223, отработавшие газы могут быть обогащены и охлаждены таким образом, чтобы передать тепло от компонентов выпускной системы в атмосферу после выпуска через канал 165. Двигатель 10 может работать при наиболее бедной смеси для достижения максимального крутящего момента (то есть, БМКМ (LBT), наиболее обедненное воздушно-топливное отношение двигателя, более обогащенное, чем стехиометрическое, при котором вырабатывается наибольший крутящий момент при определенных скорости вращения двигателя, нагрузке и моменте зажигания, ограниченном детонацией) при активированном инжекторе 223. В одном из примеров количество впрыскиваемого инжектором 223 топлива зависит от скорости вращения двигателя и нагрузки. При высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя, массовый расход отработавших газов увеличивается, поэтому увеличивается количество топлива, впрыскиваемого инжектором 223. Количество впрыскиваемого инжектором 223 топлива определяют эмпирически и сохраняют в таблицах или в виде функций в зависимости от скорости вращения двигателя и нагрузки. Работа двигателя при МКМ_бед и впрыск топлива в выпускной канал 165 перед турбиной 164 по ходу потока обеспечивают перед турбиной 164 по ходу потока более высокое обогащение отработавших газов, по сравнению с отработавшими газы со стехиометрическим соотношением.
Кроме того, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируется посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов в выпускной канал 165 в месте, расположенном перед устройством 70 снижения выбросов по ходу потока и за турбиной 164 по ходу потока. В одном из примеров, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируется посредством задания его положения без обратной связи в зависимости от топлива, впрыскиваемого в двигатель 10, топлива, впрыскиваемого в выпускной канал 165, и потока воздуха через двигатель 10. Дополнительное регулирование положения клапана 167 без обратной связи осуществляется на основе датчика 125 кислорода, расположенного после устройства контроля выбросов. Например, если датчик 125 кислорода указывает на обогащенную смесь отработавших газов, степень открытия регулирующего клапана 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, увеличивают для обеспечения стехиометрического соотношения смеси отработавших газов у датчика 125 кислорода.
Таким образом, система, представленная на фиг. 2, обеспечивает снижение температуры компонентов выпускной системы при обеспечении высокой эффективности каталитического нейтрализатора. Работа двигателя при МКМ_бед обеспечивает снижение расхода топлива по сравнению с работой двигателя при наиболее обогащенной смеси для достижения наибольшего крутящего момента (то есть, МКМ_бог (RBT), наиболее обогащенное воздушно-топливное отношение двигателя, более обогащенное, чем стехиометрическое, при котором вырабатывается наибольший крутящий момент при определенных скорости вращения двигателя, нагрузке и моменте зажигания, ограниченном детонацией) и впрыск топлива в выпускной канал обеспечивает охлаждение ближе к компоненту, работающему при повышенной температуре. Эффективность каталитического нейтрализатора поддерживается или увеличивается посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов. В результате, компоненты выпускной системы двигателя могут быть защищены от высоких температур, без повышения выбросов двигателя или с их снижением.
Обратимся теперь к фиг. 3, на которой показан третий пример двигателя. Двигатель на фиг. 3 работает аналогично двигателю на фиг. 1. Кроме того, двигатель на фиг. 3 содержит компоненты, аналогичные представленным на фиг. 1 и 2. Элементы на фиг. 3, аналогичные элементам на фиг. 1 и 2 обозначены теми же ссылочными позициями. Поэтому для краткости будут описаны только компоненты и процессы, отличные от фиг. 1 и 2.
Система на фиг. 3 содержит регулирующий клапан 371 потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной. Клапан 371 выборочно пропускает воздух из нагнетательной камеры 46 в выпускной канал 165. Компрессор 162 может создавать давление воздуха выше, чем давление отработавших газов в выпускном канале 165. В одном из примеров степень открытия клапана 371, задаваемая без обратной связи, зависит от потока воздуха в двигателе (то есть, количества воздуха, проходящего через двигатель), потока топлива в двигателе (то есть, количества топлива, проходящего через двигатель) и количества топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор 223. Кроме того, положение клапана 371 регулируют в ответ на выходные данные датчика 126 кислорода для обеспечения желаемого воздушно-топливного отношения на входе в турбину 164. Желаемое воздушно-топливное отношение по данным датчика 126 кислорода является более обогащенным, чем стехиометрическое, если температура компонентов выпускной системы выше порогового значения температуры деградации компонентов. Впрыск топлива через инжектор 223 может осуществляться в ответ на превышение температурой компонентов выпускной системы (например, лопаток турбины 164) порогового значения температуры деградации компонентов. Двигатель 10 может работать при наиболее обедненной смеси для достижения максимального крутящего момента (то есть, МКМ_бед, наиболее обедненное воздушно-топливное отношение двигателя, более обогащенное, чем стехиометрическое, при котором вырабатывается наибольший крутящий момент при определенных скорости вращения двигателя, нагрузке и моменте зажигания, ограниченном детонацией) при активированном инжекторе 223.
Кроме того, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируют посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов в выпускной канал 165 в месте, расположенном перед устройством 70 снижения выбросов по ходу потока и за турбиной 164 по ходу потока. В одном из примеров, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируется посредством задания его положения без обратной связи в зависимости от топлива, впрыскиваемого в двигатель 10, топлива, впрыскиваемого в выпускной канал 165, и потока воздуха через двигатель 10. Дополнительное регулирование положения клапана 167 без обратной связи осуществляется на основе датчика 125 кислорода, расположенного после устройства контроля выбросов.
Таким образом, система на фиг. 3 обеспечивает снижение температуры компонентов выпускной системы при высокой эффективности каталитического нейтрализатора. Работа двигателя при МКМ_бед обеспечивает снижение расхода топлива по сравнению с работой двигателя при наиболее обогащенной смеси для достижения наибольшего крутящего момента (то есть, МКМ_бог, наиболее обогащенное воздушно-топливное отношение двигателя, более обогащенное, чем стехиометрическое, при котором вырабатывается наибольший крутящий момент при определенных скорости вращения двигателя, нагрузке и моменте зажигания, ограниченном детонацией) и впрыск топлива в выпускной канал обеспечивает охлаждение ближе к компоненту, работающему при повышенной температуре. Эффективность каталитического нейтрализатора поддерживается или увеличивается посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов. В результате, компоненты выпускной системы двигателя могут быть защищены от высоких температур, без повышения выбросов двигателя или с их снижением.
Обратимся теперь к фиг. 4, на которой показан четвертый пример двигателя. Двигатель на фиг. 4 работает аналогично двигателю на фиг. 1-3. Кроме того, двигатель на фиг. 4 содержит компоненты, аналогичные представленным на фиг. 1-3. Элементы на фиг. 4, аналогичные элементам на фиг. 1-3 обозначены теми же ссылочными позициями. Поэтому для краткости будут описаны только компоненты и процессы, отличные от фиг. 1-3.
Система на фиг. 4 содержит дополнительную свечу зажигания 66 в выпускном канале 165, обратный клапан 402, муфту 411 расцепления привода, трансмиссию 41, набор шестерен 45, электродвигатель 49, муфту 461 турбины, колеса 47 и передаточный механизм 43. Свеча зажигания 66 может быть активирована для воспламенения смеси топлива и воздуха, поступающей в расширительную камеру 401 через топливный инжектор 223 и регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной. Воспламененный воздух с топливом расширяются в турбине 164, передавая крутящий момент на колеса 47 транспортного средства. Турбина 164 может быть выполнена с возможностью выборочной передачи крутящего момента на колеса 47 посредством замыкания муфты 461 турбины и передачи крутящего момента с вала 161 на набор шестерен 45 посредством передаточного механизма 43 (например, второго набора шестерен). Перед началом сгорания в расширительной камере 401, двигатель 49 может придавать ускорение турбине 164 до требуемой скорости, после чего приведение турбины 164 обеспечивают продукты сгорания. Набор шестерен 45 обеспечивает сложение крутящего момента турбины и крутящего момента двигателя для передачи крутящего момента на колеса 47. Трансмиссия 41 может быть трансмиссией с фиксированными передачами, содержащей множество передаточных отношений, позволяющих двигателю 10 вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения колес 47. Двигатель 10, муфта 411 сцепления трансмиссии, трансмиссия 41, набор шестерен 45, колеса 47, муфта 461 турбины, электродвигатель 49, передаточный механизм 43 и турбина 164 могут входить в состав силовой установки или силового агрегата.
Турбина 164 может работать в выбранных режимах, в том числе в режиме поддержания скорости и режиме максимальной мощности. В режиме поддержания скорости турбина 164 может работать при прекращении вращения двигателя. В режиме поддержания скорости турбина 164 может быть активирована при выбранной скорости транспортного средства, при которой турбина 164 работает с эффективностью, превышающей пороговое значение. В режиме максимальной мощности турбина может быть активирована для дополнения мощности двигателя для увеличения общей отдачи силового агрегата. Кроме того, турбина 164 может быть активирована в ответ на превышение компонентами выпускной системы порогового значения температуры деградации компонентов. Более конкретно, турбина 164 может быть активирована таким образом, что выдаваемый крутящий момент двигателя может быть снижен при обеспечении запрашиваемого водителем крутящего момента. Активация турбины 164 может способствовать снижению температуры отработавших газов, выпускаемых из двигателя 10, поскольку нагрузка двигателя может быть снижена.
Обратный клапан 402 уменьшает вероятность чрезмерного обратного давления отработавших газов и обратного протекания в нагнетательную камеру 46. Расширительная камера 401 обеспечивает возможность расширения отработавших газов, таким образом, что при низком давлении наддува воздух может проходить из нагнетательной камеры 46 в расширительную камеру 401. В системах, не содержащих свечу зажигания в выпускном канале 165, выпускаемая смесь воздуха и топлива может быть воспламенена за счет запаздывания момента зажигания двигателя. Кроме того, в некоторых примерах, свежий воздух, не принимающий участие в сгорании в цилиндрах 30, может проходить через цилиндры 30 во время одновременного открытия впускного и выпускного клапанов (например, при продувке), таким образом, клапан 371 может отсутствовать.
При режимах, в которых турбина 164 активируется посредством воспламенения воздушно-топливной смеси в расширительной камере 401, обогащенные отработавшие газы поступают в турбину 164. Регулирующий клапан 371 потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, открывают для подачи требуемого потока воздуха, который зависит от скорости вращения турбины и запрашиваемого водителем крутящего момента турбины 164. Количество топлива, впрыскиваемого инжектором 223, также может зависеть от скорости вращения турбины и запрашиваемого водителем крутящего момента.
Если турбина 164 активирована в ответ на температуру компонента выпускной системы, степень открытия клапана 371, заданная без обратной связи, зависит от потока воздуха в двигателе (то есть, количества воздуха, проходящего через двигатель), потока топлива в двигателе (то есть, количества топлива, проходящего через двигатель) и количества топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор 223. Кроме того, положение клапана 371 регулируют в ответ на выходные данные датчика 126 кислорода для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения на входе в турбину 164. Требуемое воздушно-топливное отношение по данным датчика 126 кислорода является более обогащенным, чем стехиометрическое, если температура компонентов выпускной системы выше порогового значения температуры деградации компонентов. Также, впрыск топлива инжектором 223 может осуществляться в ответ на превышение температурой компонента выпускной системы (например, лопаток турбины 164) порогового значения температуры деградации компонентов. Двигатель 10 может работать при наиболее обедненной смеси для достижения максимального крутящего момента (то есть, МКМ_бед, наиболее обедненное воздушно-топливное отношение двигателя, более обогащенное, чем стехиометрическое, при котором вырабатывается наибольший крутящий момент при определенных скорости вращения двигателя, нагрузке и моменте зажигания, ограниченном детонацией) при активированном инжекторе 223.
Кроме того, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируют посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов в выпускной канал 165 в месте, расположенном перед устройством 70 снижения выбросов по ходу потока и за турбиной 164 по ходу потока. В одном из примеров, поток воздуха через регулирующий клапан 167 потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, регулируется посредством задания его положения без обратной связи в зависимости от топлива, впрыскиваемого в двигатель 10, топлива, впрыскиваемого в выпускной канал 165, и потока воздуха через двигатель 10. Дополнительное регулирование положения клапана 167 без обратной связи осуществляется на основе датчика 125 кислорода, расположенного после устройства контроля выбросов.
Таким образом, система, представленная на фиг. 5, обеспечивает снижение температуры компонентов выпускной системы при обеспечении высокой эффективности каталитического нейтрализатора и передаче крутящего момента турбины на колеса транспортного средства. Кроме того, в ответ на температуру компонента выпускной системы, выдаваемый крутящий момент турбины может быть повышен при снижении крутящего момента двигателя, таким образом, что запрашиваемый водителем крутящий момент поддерживается при снижении крутящего момента двигателя. Снижение крутящего момента двигателя может способствовать снижению температуры в выпускной системе двигателя.
Таким образом, система, представленная на фиг. 1-4, является предлагаемой системой двигателя, содержащей: турбину; двигатель, работающий по циклу Миллера, с компрессором и выпускным каналом, причем двигатель, работающий по циклу Миллера, содержит первый канал, соединяющий впускной канал с выпускным каналом за турбиной по ходу потока, и турбина расположена в выпускном канале; и контроллер, содержащий исполнимые команды, сохраненные в долговременной памяти, на подачу стехиометрической смеси газов в каталитический нейтрализатор посредством регулирования потока воздуха через первый канал. Система двигателя дополнительно содержит второй канал, соединяющий впускной канал с выпускным каналом перед турбиной по ходу потока. В системе двигателя каталитический нейтрализатор может быть расположен в выпускном канале за турбиной по ходу потока. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные команды контроллера на подачу обогащенной смеси отработавших газов перед турбиной по ходу потока и стехиометрической смеси отработавших газов перед каталитическим нейтрализатором по ходу потока. В системе двигателя обогащенная смесь отработавших газов перед турбиной по ходу потока обеспечивается посредством впрыска топлива в выпускной канал.
Обратимся теперь к фиг. 5-8, на которых представлен способ работы силовой установки транспортного средства в условиях высоких нагрузок. Системы, представленные на фиг. 1-4, могут содержать способ, представленный на фиг. 5-8, в виде исполнимых команд, хранящихся в долговременной памяти. Кроме того, части способа, представленного на фиг. 5-8 могут быть действиями, выполняемыми контроллером 12 в реальном мире для изменения условий работы транспортного средства.
На этапе 502 способ 500 содержит определение условий работы транспортного средства. Условия работы транспортного средства могут содержать, в том числе, скорость транспортного средства, запрашиваемый водителем крутящий момент, температуру компонентов выпускной системы, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, количество топлива двигателя и количество воздуха двигателя. Условия работы транспортного средства могут быть определены контроллером, получающим данные от датчиков и приводов транспортного средства. После определения условий работы способ 500 продолжается на этапе 504.
На этапе 504 способ 500 содержит определение, превышает ли температура турбины, расположенной в выпускной системе, или температура других компонентов выпускной системы (например, температура каталитического нейтрализатора) пороговое значение температуры деградации компонентов. Температуру компонентов выпускной системы сравнивают с пороговым значением температуры. Если температура компонентов выпускной системы превышает пороговое значение температуры, то ответ положительный, и способ 500 продолжается на этапе 506. В ином случае ответ отрицательный и способ 500 продолжается на этапе 505.
На этапе 505 способ 500 содержит управление двигателем при базовом воздушно-топливном отношении. Базовое воздушно-топливное отношение может быть выбрано в зависимости от скорости вращения двигателя и запрашиваемого водителем крутящего момента. Способ 500 дополнительно содержит прекращение впрыска топлива в выпускную систему для охлаждения компонентов выпускной системы. Таким образом, впрыск топлива в выпускную систему может начаться для обеспечения работы турбины во время режима с постоянной скоростью, с максимальным крутящим моментом и других режимов работы турбины. После этапа 505 способ 500 заканчивается.
На этапе 506 способ 500 содержит оценку, доступен ли крутящий момент, передаваемый силовой установке турбиной выпускной системы. Крутящий момент, передаваемый силовой установке турбиной выпускной системы, доступен, если крутящий момент, передаваемый силовой установке турбиной, может быть передан на колеса, как описано на фиг. 4. Если крутящий момент, передаваемый силовой установке турбиной выпускной системы, доступен, то ответ положительный, и способ 500 продолжается на этапе 530. В ином случае ответ отрицательный и способ 500 продолжается на этапе 508.
На этапе 508 способ 500 содержит оценку, доступно ли сгорание перед турбиной. Сгорание перед турбиной выпускной системы доступно, если сгорание может быть обеспечено в выпускной системе перед турбиной выпускной системы по ходу потока, как описано в фиг. 3. Если сгорание перед турбиной выпускной системы доступно, то ответ положительный, и способ 500 продолжается на этапе 552. В ином случае ответ отрицательный и способ 500 продолжается на этапе 510.
На этапе 510 способ 500 содержит оценку, доступен ли впрыск топлива перед турбиной выпускной системы. Впрыск топлива перед турбиной выпускной системы доступен, если может быть осуществлен впрыск топлива в выпускную систему перед турбиной по ходу потока, как описано на фиг. 2. Если впрыск топлива перед турбиной выпускной системы доступен, то ответ положительный, и способ 500 продолжается на этапе 572. В ином случае ответ отрицательный и способ 500 продолжается на этапе 512.
На этапе 512 способ 500 содержит эксплуатацию двигателя при воздушно-топливном отношении, более обогащенном, чем стехиометрическое. При высоком запрашиваемом крутящем моменте двигателя двигатель может работать при МКМ_бог для подачи топлива для охлаждения компонентов выпускной системы. Например, двигатель может работать при воздушно-топливном отношении 12.5:1. Способ 500 продолжается на этапе 514 после начала работы двигателя при обогащенной воздушно-топливной смеси.
На этапе 514 способ 500 содержит открытие регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной. Положение регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, задают в зависимости от количества топлива, впрыскиваемого в двигатель во время цикла двигателя, и потока воздуха, проходящего через двигатель во время цикла цилиндров. Способ 500 продолжается на этапе 516 после регулирования потока нагнетаемого воздуха, подаваемого за турбиной.
На этапе 516 способ дополнительно содержит регулирование положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода, расположенного за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Например, если датчик кислорода указывает на обедненную смесь, степень открытия регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, уменьшают. Если датчик кислорода указывает на обогащенную смесь, степень открытия регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, увеличивают до обеспечения показания датчика кислорода, соответствующего стехиометрическим условиям. Таким образом, стехиометрическая смесь отработавших газов может быть подана в каталитический нейтрализатор для увеличения эффективности каталитического нейтрализатора, при снижении возможности термической деградации компонентов выпускной системы. Способ 500 заканчивается после выполнения регулирования с обратной связью положения клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной.
На этапе 530 способ 500 содержит активацию турбинного генератора внутреннего сгорания, если он не активирован. Турбинный генератор внутреннего сгорания может быть активирован путем увеличения электродвигателем скорости вращения турбины до рабочего значения скорости вращения. Кроме того, перед турбиной по ходу потока подают воздух и топливо, и обеспечивают их воспламенение. Воспламенение воздуха и топлива может осуществляться свечой зажигания или за счет запаздывания момента зажигания двигателя и нагревания составляющих отработавших газов. Сгорающая воздушно-топливная смесь расширяется, и отработавшие газы приводят в движение турбину. Способ 500 продолжается на этапе 532 после активации турбины.
На этапе 532 способ 500 содержит замыкание муфты турбины, соединяющей турбину с силовой установкой транспортного средства и колесами. В ответ на превышение температурой компонентов выпускной системы порогового значения температуры, муфту турбины замыкают, и турбина активируется. Крутящий момент, создаваемый турбиной, передается на колеса транспортного средства через муфту турбины. Способ 500 продолжается на этапе 534 после замыкания муфты турбины.
На этапе 534 способ 500 содержит определение требуемого крутящего момента турбины. Если водитель запрашивает максимальный крутящий момент силовой установки, желаемый крутящий момент турбины составляет максимальный крутящий момент турбины. Если водитель запрашивает меньший, чем максимальный, крутящий момент, желаемый крутящий момент турбины составляет крутящий момент, позволяющий снизить крутящий момент двигателя на величину, обеспечивающую снижение температуры в выпускной системе ниже пороговых значений, и использовать турбину при пороговом значении эффективности. Например, если двигатель выдает крутящий момент в 300 Нм (то есть, запрашиваемый крутящий момент) и определено, что снижение крутящего момента двигателя до 275 Нм будет способствовать уменьшению температуры компонентов выпускной системы ниже порогового значения температуры, но турбина достигает желаемой эффективности при 30 Нм, то требуемый крутящий момент турбины составляет 30 Нм, и крутящий момент двигателя снижают до 270 Нм таким образом, чтобы двигатель и турбина обеспечивали передачу силовой установке запрашиваемого крутящего момента в 300 Нм. Способ 500 продолжается на этапе 536 после определения требуемого крутящего момента турбины.
На этапе 536 способ 500 содержит регулирование количества воздуха, подаваемого в расширительную камеру выпускной системы перед турбиной по ходу потока. Количества воздуха, подаваемого в расширительную камеру выпускной системы перед турбиной по ходу потока, зависит от требуемого крутящего момента турбины. В одном из примеров, таблица количества воздуха, подаваемого перед турбиной по ходу потока, составляется в зависимости от желаемого крутящего момента турбины, и из таблицы определяют требуемое количество воздуха для подачи в турбину через регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной. Значения в таблице определяют эмпирически. Положение регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной, регулируют для обеспечения подачи требуемого количества воздуха в турбину. Способ 500 продолжается на этапе 538 после регулирования положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной.
На этапе 538 способ 500 содержит увеличение обогащения воздушно-топливного отношения смеси, подаваемой в выпускной канал за турбиной по ходу потока. В одном из примеров, топливо впрыскивают в выпускной канал в зависимости от температуры компонентов выпускной системы и требуемого крутящего момента турбины. Количество впрыскиваемого топлива может быть определено эмпирически и сохранено в запоминающем устройстве в виде таблиц или функций в зависимости от требуемого крутящего момента турбины и температуры компонентов выпускной системы. Топливо впрыскивают в выпускной канал перед турбиной по ходу потока. Способ 500 продолжается на этапе 540 после впрыска топлива в выпускной канал.
На этапе 540 способ 500 содержит эксплуатацию двигателя при МКМ_бед, если водитель запрашивает максимальный крутящий момент или если водитель запрашивает крутящий момент в пределах заранее заданного интервала ниже максимального крутящего момента. Если водитель запрашивает меньший, чем максимальный, крутящий момент, двигатель работает при крутящем моменте, обеспечивающем требуемый запрашиваемый водителем крутящий момент в сочетании с крутящим моментом турбины. Крутящий момент двигателя регулируют посредством регулирования степени открытия дросселя и регулирования фаз газораспределения. Способ 500 продолжается на этапе 542 после регулирования работы двигателя.
На этапе 542 способ содержит регулирование положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода, расположенного в выпускном канале за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Регулирующим клапаном потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, управляют для обеспечения индикации стехиометрической смеси отработавших газов за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Например, если датчик кислорода указывает на обогащенную смесь, степень открытия регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, увеличивают до обеспечения показания датчика кислорода, соответствующего стехиометрическим условиям. Если датчик кислорода указывает на обедненную смесь, степень открытия регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, уменьшают до обеспечения показания датчика кислорода, соответствующего стехиометрическим условиям. Способ 500 заканчивается после регулирования положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной.
Таким образом, турбина может передавать крутящий момент на колеса транспортного средства при снижении температур отработавших газов. Кроме того, эффективность каталитического нейтрализатора может быть сохранена или увеличена посредством подачи стехиометрической смеси отработавших газов в каталитический нейтрализатор при высокой температуре в выпускной системе.
На этапе 552 способ 500 содержит регулирование количества воздуха, подаваемого перед турбиной по ходу потока или на входе в турбину, в зависимости от скорости вращения двигателя и крутящего момента (или, в качестве альтернативы, нагрузки двигателя). Посредством регулирования количества воздуха, подаваемого перед турбиной по ходу потока, в зависимости от скорости вращения двигателя и крутящего момента, может быть возможным обеспечение такого количества воздуха на входе в турбину, которое необходимо, в сочетании с топливом, для охлаждения компонентов выпускной системы, даже при высоких скоростях вращения и нагрузках двигателя. В одном из примеров, количество воздуха, подаваемого перед турбиной по ходу потока через регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, определяют эмпирически и сохраняют в запоминающем устройстве в виде таблиц в зависимости от скорости вращения двигателя и крутящего момента. Способ 500 продолжается на этапе 554 после определения количества воздуха, которое должно быть подано в выпускной канал перед турбиной по ходу потока.
На этапе 554 способ 500 содержит обогащение воздушно-топливного отношения газов, подаваемых перед турбиной по ходу потока, посредством впрыска топлива в выпускной канал. Количество впрыскиваемого топлива зависит от количества воздуха, подаваемого на этапе 552, температуры компонентов выпускной системы, и воздушно-топливного отношения двигателя. Количество впрыскиваемого топлива определяют эмпирически и сохраняют в виде таблиц или функций в зависимости от количества воздуха, подаваемого на этапе 552, температуры компонентов выпускной системы и воздушно-топливного отношения двигателя. За счет того, что количество впрыскиваемого в выпускную систему топлива зависит от этих параметров, может быть возможным охлаждение компонентов выпускной системы без излишнего увеличения количества топлива, подаваемого в выпускную систему. Способ 500 продолжается на этапе 556 после начала впрыска топлива в выпускную систему.
На этапе 556 способ 500 содержит переключение двигателя со стехиометрического сгорания на работу двигателя при МКМ_бед, если желаемый крутящий момент двигателя превышает пороговое значение крутящего момента. Если требуемый крутящий момент двигателя меньше порогового значения крутящего момента, двигатель может работать при стехиометрическом сгорании или обогащенном сгорании. Способ 500 продолжается на этапе 558 после начала работы двигателя при МКМ_бед, стехиометрическом или обогащенном сгорании.
На этапе 558 способ содержит регулирование положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода, расположенного в выпускном канале за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Регулирующим клапаном потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, управляют для обеспечения индикации стехиометрической смеси отработавших газов за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Способ 500 заканчивается после регулирования положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной.
На этапе 572 способ 500 содержит обогащение воздушно-топливного отношения газов, подаваемых перед турбиной по ходу потока, посредством впрыска топлива в выпускной канал. Количество впрыскиваемого топлива зависит от температуры компонентов выпускной системы (например, температуры лопастей турбины, температуры коллектора, температуры каталитического нейтрализатора, температуры фланца) и воздушно-топливного отношения двигателя. Количество впрыскиваемого топлива определяют эмпирически и сохраняют в виде таблиц или функций в зависимости от температуры компонентов выпускной системы и воздушно-топливного отношения двигателя. За счет того, что количество впрыскиваемого в выпускную систему топлива зависит от этих параметров, может быть возможным охлаждение компонентов выпускной системы без излишнего увеличения количества топлива, подаваемого в выпускную систему. Способ 500 продолжается на этапе 574 после начала впрыска топлива в выпускную систему.
На этапе 574 способ 500 содержит переключение двигателя со стехиометрического сгорания на работу двигателя при МКМ_бед, если желаемый крутящий момент двигателя превышает пороговое значение крутящего момента. Если требуемый крутящий момент двигателя меньше порогового значения крутящего момента, двигатель может работать при стехиометрическом сгорании или обогащенном сгорании. Способ 500 продолжается на этапе 576 после начала работы двигателя при МКМ_бед, стехиометрическом или обогащенном сгорании.
На этапе 576 способ содержит регулирование положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода, расположенного в выпускном канале за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Регулирующим клапаном потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, управляют для обеспечения индикации стехиометрической смеси отработавших газов за каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Способ 500 заканчивается после регулирования положения регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной.
Таким образом, на фиг. 5-8 предложен способ управления работой двигателя, содержащий: эксплуатацию двигателя, работающего по циклу Миллера, с впрыском топлива в выпускную систему двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное по ходу потока перед турбиной, соединенной с коленчатым валом двигателя, работающего по циклу Миллера; и пропускание отработавших газов двигателя, работающего по циклу Миллера, через турбину. В упомянутом способе турбина может быть соединена с коленчатым валом посредством трансмиссии. В упомянутом способе турбина может быть соединена с коленчатым валом посредством муфты турбины. Упомянутый способ дополнительно содержит выборочное размыкание и замыкание муфты сцепления трансмиссии для соединения турбины с двигателем, работающим по циклу Миллера. В упомянутом способе через турбину могут проходить отработавшие газы, более обогащенные, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением.
В некоторых примерах, упомянутый способ дополнительно содержит смешивание отработавших газов, более обогащенных, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением, с воздухом, поступающим из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера. В упомянутом способе смешивание отработавших газов, более обогащенных, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением, с воздухом, поступающим из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера, может происходить в месте, расположенном в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера, перед каталитическим нейтрализатором по ходу потока. Упомянутый способ дополнительно содержит воспламенение топлива, впрыскиваемого перед турбиной по ходу потока, посредством свечи зажигания.
Способ на фиг. 5-8 является предложенным способом управления работой двигателя, содержащим: эксплуатацию двигателя, работающего по циклу Миллера, с впрыском топлива в выпускную систему двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное перед турбиной по ходу потока; смешивание топлива, впрыскиваемого перед турбиной по ходу потока, с воздухом, поступающим из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера, в месте, расположенном перед турбиной по ходу потока в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера; и введение некоторого количества воздуха из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное за турбиной по ходу потока, на основе смеси топлива, впрыскиваемого перед турбиной по ходу потока, и воздуха, подаваемого из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное перед турбиной по ходу потока в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера.
В некоторых примерах, в упомянутом способе введение указанного количества воздуха из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, может обеспечивать подачу стехиометрической смеси отработавших газов в каталитический нейтрализатор. В упомянутом способе сгорание топлива, впрыскиваемого перед турбиной по ходу потока, может осуществляться в расширительной камере в выпускной системе. В упомянутом способе расширительная камера может находиться перед турбиной по ходу потока. В упомянутом способе топливо, впрыскиваемое перед турбиной по ходу потока, может воспламеняться посредством свечи зажигания. Способ дополнительно содержит соединение турбины с колесами транспортного средства. В упомянутом способе впрыск топлива может осуществляться в ответ на превышение температурой компонентов выпускной системы порогового значения температуры деградации компонентов выпускной системы.
Обратимся теперь к фиг. 9, на которой показана последовательность работы силовой установки. Упомянутая последовательность может осуществляться одной или несколькими системами, показанными на фиг. 1-4, и по способу, раскрытому на фиг. 5-8. Характерные моменты времени обозначены вертикальными метками Т1 и 12.
Первый график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости температуры компонентов выпускной системы от времени. Вертикальная ось показывает температуру компонентов выпускной системы, и температура компонентов выпускной системы увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо. Горизонтальная линия 902 показывает пороговое значение температуры деградации компонентов выпускной системы. Температура компонентов выпускной системы выше линии 902 может быть нежелательной.
Второй график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости состояния впрыска топлива в выпускную систему от времени. Вертикальная ось показывает состояние впрыска топлива в выпускную систему. Впрыск топлива в выпускную систему происходит тогда, когда кривая находится у наивысшего уровня рядом со стрелкой вертикальной оси. Впрыск топлива в выпускную систему заканчивается, когда кривая находится у наименьшего уровня рядом с горизонтальной осью. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо.
Третий график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости воздушно-топливного отношения смеси отработавших газов перед турбиной от времени. Вертикальная ось показывает воздушно-топливное отношение смеси отработавших газов перед турбиной, и воздушно-топливное отношение смеси отработавших газов перед турбиной увеличивается (то есть, становится менее обогащенным) в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо. Горизонтальная линия 904 показывает стехиометрическую смесь отработавших газов.
Четвертый график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости состояния муфты турбины, расположенной в выпускной системе, от времени. Вертикальная ось показывает состояние муфты турбины, расположенной в выпускной системе. Муфта турбины, расположенная в выпускной системе, замкнута или активирована тогда, когда кривая находится у наивысшего уровня рядом со стрелкой вертикальной оси. Муфта турбины, расположенная в выпускной системе, открыта или деактивирована тогда, когда кривая находится у наименьшего уровня рядом с горизонтальной осью. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо.
Пятый график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости состояния регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной, от времени. Вертикальная ось показывает состояние регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, активирован тогда, когда кривая находится у наивысшего уровня рядом со стрелкой вертикальной оси. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, деактивирован тогда, когда кривая находится у наивысшего уровня рядом со стрелкой вертикальной оси. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо.
Шестой график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости состояния регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной, от времени. Вертикальная ось показывает состояние регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного за турбиной. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, активирован тогда, когда кривая находится у наивысшего уровня рядом со стрелкой вертикальной оси. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, деактивирован тогда, когда кривая находится у наименьшего уровня рядом с горизонтальной осью. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо.
Седьмой график сверху на фиг. 9 является графиком зависимости воздушно-топливного отношения за каталитическим нейтрализатором от времени. Вертикальная ось показывает воздушно-топливное отношение за каталитическим нейтрализатором, и воздушно-топливное отношение за каталитическим нейтрализатором увеличивается (то есть, становится менее обогащенным) в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось показывает время, и время увеличивается слева направо. Горизонтальная линия 906 показывает стехиометрическую смесь отработавших газов.
В момент времени Т0 температура в выпускной системе ниже порогового значения 902, воздушно-топливные отношения перед турбиной и за каталитическим нейтрализатором являются стехиометрическими, и впрыск топлива в выпускную систему деактивирован. Кроме того, муфта турбины, расположенной в выпускной системе, разомкнута, и регулирующие клапаны потока нагнетаемого воздуха, расположенные перед турбиной и после нее, закрыты, и, таким образом, воздух из впускной системы двигателя не подается в выпускную систему двигателя.
В промежутке времени между Т0 и Т1, температура компонентов выпускной системы возрастает в ответ на увеличение скорости вращения двигателя и запрашиваемого крутящего момента (не показано). Увеличение скорости вращения двигателя и запрашиваемого крутящего момента может зависеть от увеличения запрашиваемого водителем крутящего момента.
В момент времени Т1 температура компонентов выпускной системы достигает порогового значения 902. Таким образом, охлаждение компонентов выпускной системы активируется посредством активации турбины, расположенной в выпускной системе, и обогащения воздушно-топливного отношения в выпускной системе по ходу потока перед турбиной, расположенной в выпускной системе. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, открывается, что показано как переход состояния регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной, на высший уровень. Кроме того, активируется впрыск топлива в выпускную систему, что показано как переход состояния впрыска топлива в выпускную систему на высший уровень. Муфта турбины также закрывается, что показано как переход положения муфты турбины на высший уровень, и, таким образом, крутящий момент, вырабатываемый турбиной, расположенной в выпускной системе, может быть передан силовой установке. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный перед турбиной, открывается, что показано как переход состояния регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной, на высший уровень, для обеспечения подачи стехиометрической смеси газов в каталитический нейтрализатор, обрабатывающий отработавшие газы двигателя.
Благодаря обогащению воздушно-топливного отношения перед турбиной по ходу потока, может быть обеспечено охлаждение лопастей турбины. Кроме того, активация турбины обеспечивает возможность выдачи турбиной крутящего момента для удовлетворения запросов водителя или снижения крутящего момента двигателя при удовлетворения запросов водителя. Снижение крутящего момента двигателя может дополнительно снижать температуру компонентов выпускной системы. Обогащенные отработавшие газы снижают температуру компонентов выпускной системы до уровня, который чуть ниже порогового значения 902. Кроме того, двигатель работает при МКМ_бед для снижения расхода топлива двигателем.
В момент времени Т2 водитель снижает запрашиваемый водителем крутящий момент (не показано), что приводит к снижению температуры компонентов выпускной системы до уровня ниже порогового значения 902. Таким образом, охлаждение компонентов выпускной системы деактивируется посредством деактивации турбины, расположенной в выпускной системе, и возврата двигателя к стехиометрическому сгоранию. Турбину, расположенную в выпускной системе, деактивируют посредством прекращения подачи топлива и закрытия регулирующего клапана потока нагнетаемого воздуха, расположенного перед турбиной. Регулирующий клапан потока нагнетаемого воздуха, расположенный за турбиной, закрывают таким образом, чтобы воздушно-топливное отношение отработавших газов не стало менее обогащенным, нежели стехиометрическое.
На протяжении всего процесса активации охлаждения компонентов выпускной системы, отработавшие газы подаются в каталитический нейтрализатор, обрабатывающий отработавшие газы двигателя при стехиометрическом значении. Кроме того, для повышения выработки крутящего момента силовой установки активируют турбину.
Специалисту в уровне техники очевидно, что способ, раскрытый на фиг. 5-8, может представлять собой одну или несколько из любого количества стратегий вычислений, таких как основанная на событиях, основанная на прерываниях, многозадачная, многопоточная и тому подобные. Таким образом, различные представленные этапы или функции могут быть выполнены в представленной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, могут быть опущены. Аналогично, такой порядок вычислений не обязателен для достижения преимуществ и реализации признаков раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления, но приведен для простоты графического представления и описания. Кроме того, способы, раскрытые в настоящей заявке, могут быть набором действий, предпринимаемых контроллером в реальном мире, и команд внутри контроллера. По меньшей мере, часть раскрытых в настоящей заявке способов и алгоритмов управления могут быть записаны в виде исполнимых команд в долговременной памяти, и могут быть реализованы системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими аппаратными средствами двигателя. Не смотря на то, что это не было явно продемонстрировано, специалисту в уровне техники будет очевидно, что одно или несколько описанных действий, процессов и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Согласно первому объекту изобретения, предложен способ управления работой двигателя, содержащий этапы, на которых:
эксплуатируют двигатель, работающий по циклу Миллера, с впрыском топлива в выпускную систему двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное по ходу потока перед турбиной, соединенной с коленчатым валом двигателя, работающего по циклу Миллера; и
пропускают отработавшие газы двигателя, работающего по циклу Миллера, через турбину.
В одном из вариантов, турбина соединена с коленчатым валом посредством трансмиссии.
В одном из вариантов, турбина соединена с коленчатым валом посредством муфты турбины.
В одном из вариантов, дополнительно выборочно открывают и замыкают муфту расцепления привода для соединения турбины с двигателем, работающим по циклу Миллера.
В одном из вариантов, пропускают через турбину отработавшие газы, более обогащенные, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением.
В одном из вариантов, дополнительно смешивают отработавшие газы, более обогащенных, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением, с воздухом из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера.
В одном из вариантов, смешивание отработавших газов, более обогащенных, нежели отработавшие газы со стехиометрическим соотношением, с воздухом из впускного коллектора двигателя, работающего по циклу Миллера, осуществляют в месте, расположенном в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера, перед каталитическим нейтрализатором по ходу потока.
В одном из вариантов, дополнительно воспламеняют топливо, впрыскиваемое перед турбиной по ходу потока, посредством свечи зажигания.
Согласно второму объекту изобретения, предложен способ управления работой двигателя, содержащий этапы, на которых:
эксплуатируют двигатель, работающий по циклу Миллера, с впрыском топлива по ходу потока перед турбиной в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера;
смешивают топливо, впрыскиваемое перед турбиной по ходу потока, с воздухом из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, в месте, расположенном в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера, перед турбиной по ходу потока; и
вводят некоторое количество воздуха из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное за турбиной по ходу потока, на основе смеси топлива, впрыскиваемого перед турбиной по ходу потока, и воздуха из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, в место, расположенное перед турбиной по ходу потока в выпускной системе двигателя, работающего по циклу Миллера.
В одном из вариантов, введение указанного количества воздуха из впускной системы двигателя, работающего по циклу Миллера, обеспечивает подачу стехиометрической смеси отработавших газов в каталитический нейтрализатор.
В одном из вариантов, топливо, впрыскиваемое перед турбиной по ходу потока, сжигают в расширительной камере в выпускной системе.
В одном из вариантов, расширительная камера расположена перед турбиной по ходу потока.
В одном из вариантов, топливо, впрыскиваемое перед турбиной по ходу потока, воспламеняют посредством свечи зажигания.
В одном из вариантов, дополнительно соединяют турбину с колесами транспортного средства.
В одном из вариантов, топливо впрыскивают в ответ на превышение температурой в выпускной системе двигателя порогового значения температуры деградации компонента выпускной системы.
Согласно третьему объекту изобретения, предложена система двигателя, содержащая:
турбину;
двигатель, работающий по циклу Миллера, с компрессором и выпускным каналом, причем двигатель, работающий по циклу Миллера, содержит первый канал, соединяющий впускной канал с выпускным каналом в месте за турбиной по ходу потока, причем турбина расположена в выпускном канале; и
контроллер, содержащий исполнимые команды, сохраненные в долговременной памяти, на подачу стехиометрической смеси газов в каталитический нейтрализатор посредством регулирования потока воздуха через первый канал.
В одном из вариантов, система дополнительно содержит второй канал, соединяющий впускной канал с выпускным каналом в месте перед турбиной по ходу потока.
В одном из вариантов, в системе каталитический нейтрализатор расположен в выпускном канале в месте за турбиной по ходу потока.
В одном из вариантов система также содержит дополнительные команды контроллера на подачу обогащенной смеси отработавших газов перед турбиной по ходу потока и стехиометрической смеси отработавших газов перед каталитическим нейтрализатором по ходу потока.
В одном из вариантов, подача обогащенной смеси отработавших газов перед турбиной по ходу потока обеспечена посредством впрыска топлива в выпускной канал.
На этом описание заканчивается. При его чтении специалисту в уровне техники станут очевидны многие возможные изменения и модификации, которые могут быть осуществлены без отступления от духа и объема изобретения. Например, настоящее изобретение может обеспечить преимущества при его применении в двигателе с одним цилиндром, рядном двухцилиндровом, рядном трехцилиндровом, рядном четырехцилиндровом, рядном пятицилиндровом, V-образном шестицилиндровом, V-образном восьмицилиндровом, V-образном десятицилиндровом, V-образном двенадцатицилиндровом и V-образном шестнадцатицилиндровом двигателях, работающих на природном газе, бензине, дизеле или альтернативном виде топлива.
Реферат
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Раскрыты способы и системы для улучшения работы двигателя при высоких скоростях вращения и нагрузках. В одном из примеров впрыск топлива в выпускную систему двигателя может осуществляться таким образом, что температура компонентов выпускной системы может быть снижена при работе двигателя при высоких скоростях вращения и нагрузках. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.
