Способ эксплуатации двигателя

Способ эксплуатации двигателя

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам контроля выбросов отработавших газов при эксплуатации двигателя.

Уровень техники

Известно, что двигатели в силу различных причин могут испытывать неустойчивость передачи крутящего момента цилиндров. Эти причины могут включать в себя, например, заблокированные отверстия сопел форсунки, чрезмерный наддув, несоответствующее качество топлива и скопление сажи в цилиндре. Системы управления двигателем могут быть выполнены таким образом, чтобы регулировать неустойчивость передачи крутящего момента цилиндров для улучшения показателей работы двигателя.

Один пример способа снижения неустойчивости работы цилиндров описан в документе US 7128048 Ямаока и др., где неустойчивость в работе цилиндров определяют на основании отклонений пиковых моментов давления в цилиндре от заранее определенного распределения. Основываясь на том, сдвинуто ли распределение пиковых моментов давления в данном цилиндре в сторону отставания или в сторону ускорения относительно предопределенного диапазона распределения, контроллер двигателя может регулировать объем внутренних рециркулированных отработавших газов, поставляемых к данному цилиндру. Это позволяет улучшить воспламеняемость смеси в цилиндре и должным образом отрегулировать количество оборотов двигателя. При достаточно больших отклонениях может быть подавлен режим работы двигателя с воспламенением от сжатия для уменьшения ухудшения показателей работы двигателя.

Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные проблемы данного подхода. Например, регулирование объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может не привести к сокращению неустойчивости работы цилиндров из-за скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Например, в некоторых системах двигателя определенные цилиндры двигателя могут быть предрасположены к скоплению углеводородов в силу особой конфигурации системы впуска двигателя. В таком случае увеличение объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может быть неэффективным для высвобождения углеводородов из данных цилиндров. В качестве другого примера углеводороды могут скапливаться в охладителе наддувочного воздуха и оттуда направляться в двигатель во время наддува. Увеличение объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может снизить мощность, обеспечиваемую при наддуве, без улучшения вывода углеводородов из охладителя наддувочного воздуха. Если не выводить углеводороды из системы впуска двигателя, то накопленные углеводороды могут со временем распространиться от задействованного цилиндра к остальным цилиндрам, тем самым вызывая дальнейшее повышение неустойчивости работы цилиндров и ускоряя процесс ухудшения работы двигателя.

Раскрытие изобретения

Таким образом, некоторые из вышеназванных проблем могут быть решены, например, с помощью способа управления двигателем при неустойчивости работы цилиндров и повышенном тепловыделении отработавших газов, указывающем на окисление углеводородов. Для этого ограничивают количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения скопления углеводородов на впуске двигателя. Таким образом, может быть улучшено управление скоплением углеводородов в одном или более местах в системе впуска двигателя.

В одном примере двигатель может иметь разветвленную систему впуска, подающую воздух на первую и вторую группу цилиндров. В силу особой конфигурации системы впуска воздух может перемещаться от дроссельной заслонки к Y-образному разветвителю и затем от первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя к первой группе цилиндров, а от второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя - ко второй группе цилиндров. Продольная ось первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя может быть направлена на первый цилиндр, расположенный дальше от концевого цилиндра первой группы, в то время как продольная ось второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя может быть направлена на второй цилиндр, расположенный дальше конечного цилиндра второй группы. Следовательно, первый цилиндр, принадлежащий первой группе, и второй цилиндр, принадлежащий второй группе, могут быть в большей степени подвержены скоплению углеводородов. Контроллер двигателя может определять неустойчивость работы цилиндров на основании перепадов ускорения коленчатого вала, определяемых при устойчивом состоянии двигателя (например, в условиях холостого хода) и/или при переходном состоянии двигателя (например, при наддуве). Данные о работе коленчатого вала могут быть оценены в различных промежутках времени при устойчивом состоянии и при переходном состоянии, причем этот промежуток времени меняется, по крайней мере, в зависимости от величины массового расхода воздуха при соответствующих условиях. За счет более высокого уровня фонового шума контроллер может проводить существенную обработку сигналов о работе коленчатого вала, полученных при переходных условиях, включая устранение помех сигнала, чтобы отличать неустойчивость в работе цилиндров, возникающую из-за скопления углеводородов на впуске двигателя, от неустойчивости в работе двигателя, возникающей из-за колебаний параметров подачи воздуха или топлива (например, при пропуске зажигания) при переходных условиях. Кроме того, при условиях, когда восстановление сажевого фильтра отработавших газов не происходит, контроллер может оценить перепады температур отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов (таком как окислительный нейтрализатор отработавших газов).

При неустойчивости в работе двигателя, обнаруженной по повышенному показателю тепловыделения отработавших газов, контроллер может определить, что происходит окисление углеводородов, скапливающихся в системе впуска двигателя. В частности, неконтролируемое скопление углеводородов может происходить в различных местах в системе впуска двигателя, включая коленчатый вал, область рядом с впускным отверстием отдельных цилиндров и/или рядом с охладителем наддувочного воздуха. В зависимости от этих показаний контроллер может ограничить количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения дальнейшего скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Такое ограничение может включать в себя ограничение впрыска топлива во все цилиндры двигателя, включая неустойчивый в работе цилиндр. Степень ограничения может быть основана на том, была ли неустойчивость в работе цилиндров обнаружена при переходных условиях или при устойчивых условиях работы. Например, при неустойчивости в работе цилиндров и повышенном тепловыделении, обнаруженных при переходных условиях, ограничение может быть больше и происходить быстрее в результате высокого отсеивания ошибок первого рода и второго рода. При этом при неустойчивости в работе цилиндров и повышенном показателе тепловыделения, обнаруженных при устойчивых условиях работы, ограничение может быть меньше и происходить медленнее в силу меньшего отсеивания ошибок первого рода и второго рода, требующего более медленной скорости устранения. Контроллер может также повышать температуру двигателя для выведения накопленных углеводородов. При этом контролируемое окисление или испарение накопленных углеводородов повышает номинальный допуск к переполнению картера двигателя. Далее контролер может задать один или более диагностических кодов, включить индикаторный сигнал и направить кластерное сообщение, чтобы предупредить водителя автомобиля об обнаруженном скоплении углеводородов в системе впуска, чтобы водитель автомобиля смог отогнать автомобиль в сервисный центр до существенного ухудшения показателей работы двигателя.

Таким образом, с использованием перепадов в ускорении коленчатого вала для обнаружения неустойчивости в работе цилиндров при устойчивых и переходных условиях работы двигателя и путем сопоставления данных о неустойчивости в работе цилиндров с повышенным показателем тепловыделения в отработавших газах неустойчивость в работе цилиндров, вызванная скоплением углеводородов в системе впуска двигателя, может быть лучше обнаружена и может быть установлено ее отличие от неустойчивости в работе цилиндров, вызванной скоплением углеводородов в других местах в двигателе, и от неустойчивости в работе двигателя, связанной с другими условиями работы двигателя (например, условиями, связанными с изменениями в работе топливной форсунки). С помощью ограничения количества оборотов и нагрузки двигателя при обнаружении скопления углеводородов в системе впуска двигателя может быть уменьшено первичное ухудшение показателей работы двигателя, вызванное попаданием накопленных углеводородов в двигатель в условиях интенсивной подачи воздуха (например, при наддуве). Кроме того, с помощью ограничения дальнейшего скопления углеводородов в системе впуска двигателя вторичное ухудшение показателей работы двигателя, которое, вероятно, может возникнуть при сохранении неустойчивости в работе цилиндров, может быть уменьшено.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного раскрытия изобретения.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлено частичное изображение системы двигателя.

На Фиг.2 представлена примерная конфигурация системы двигателя.

На Фиг.3 представлено схематичное изображение процедуры обнаружения скопления углеводородов в системе впуска двигателя на основании неустойчивости в работе цилиндров и тепловыделении отработавших газов, определенных при переходных и устойчивых условиях работы.

На Фиг.4 представлена высокоуровневая блок-схема для определения скопления углеводородов в системе впуска двигателя на основании неустойчивости в работе цилиндров и тепловыделении отработавших газов, определенных при переходных и устойчивых условиях работы.

На Фиг.5 представлена высокоуровневая блок-схема для смягчающих действий, производимых при обнаружении скопления углеводородов в системе впуска двигателя.

Осуществление изобретения

Далее приводится описание способов и систем для обнаружения неустойчивого скопления углеводородов в выбранных местах в системе впуска двигателя (такой как система двигателя, показанная на Фиг.1-2) на основании сопоставления неустойчивости в работе цилиндров и повышенного тепловыделения отработавших газов. Перепады ускорения коленчатого вала в отдельных цилиндрах двигателя и перепады температур отработавших газов в нейтрализаторе отработавших газов оценивают при переходных и устойчивых условиях работы двигателя (Фиг.3). Контроллер может быть выполнен с возможностью сбора данных в отдельные промежутки времени, выполнения отдельной обработки сигналов и различной оценки данных в зависимости от того, были данные собраны при устойчивых или при переходных условиях работы (Фиг.4). На основании указания о скоплении углеводородов в системе впуска двигателя контроллер может предпринять один или несколько смягчающих шагов (Фиг.5), включая ограничение впрыска топлива во все цилиндры двигателя, с тем чтобы ускорить выпуск накопленных углеводородов, уменьшая при этом их дальнейшее скопление в системе впуска. Таким образом, может быть уменьшено ухудшение показателей работы двигателя, вызванное скоплением углеводородов в выбранных зонах системы впуска двигателя.

На Фиг.1 показана схема двигателя 10 внутреннего сгорания, содержащего несколько цилиндров, один из которых представлен на Фиг.1 и который управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. В качестве альтернативы один или несколько впускных или выпускных клапанов могут управляться катушкой клапана с электромеханическим управлением и якорем в сборе. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.

Топливная форсунка 66 показана расположенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания 30, что известно специалистам в данной области как «прямой впрыск». Альтернативно, топливо может впрыскиваться во впускные каналы, что известно специалистам как «впрыск во впускные каналы». Топливная форсунка 66 поставляет топливо пропорционально ширине импульса сигнала (FPW) от контроллера 12. Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). На топливную форсунку 66 подается рабочий ток от привода 68, который реагирует на сигналы контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для контроля воздушного потока от впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 затягивает воздух из воздухозаборника 42 для подачи в камеру 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162. Для создания большего топливного давления на форсунку 66 может быть использована двухстадийная топливная система высокого давления. Пример конфигурации впускного коллектора двигателя 10 показан в отношении системы двигателя на Фиг.2.

Универсальный кислородный датчик 126 (UEGO) показан соединенным с выхлопным коллектором 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Кроме того, бистабильный датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть заменен универсальным кислородным датчиком 126 (UEGO).

Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или более нейтрализаторов отработавших газов и сажевых фильтров. В одном примере, как представлено на чертеже, устройство 70 управления выбросами может содержать сажевый фильтр 73, расположенный ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71 отработавших газов. В других примерах устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или более катализатор селективного восстановления (SCR), трехкомпонентный нейтрализатор, нейтрализатор плавления, окислительный нейтрализатор и сажевый фильтр. Для оценки тепловыделения в отработавших газах к устройству 70 снижения токсичности отработавших газов могут быть подключены один или более температурных датчиков. Например, первый температурный датчик 75 может быть установлен выше по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, в частности выше по потоку окислительного нейтрализатора 71 отработавших газов, в то время как второй температурный датчик 77 установлен ниже по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, в частности ниже по потоку сажевого фильтра 73. Кроме того, третий температурный датчик 76 может быть установлен ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71В отработавших газов для обеспечения оценки тепловыделения отработавших газов в окислительном нейтрализаторе. Подобным образом один или более датчиков воздушно-топливного коэффициента отработавших газов (например, кислородные датчики UEGO, EGO или HEGO) могут быть установлены выше и ниже по потоку устройства снижения токсичности отработавших газов, в частности выше по потоку и ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71, а также выше по потоку и ниже по потоку сажевого фильтра 73.

Как подробно рассматривается в данном описании, при условиях, когда углеводороды засасываются в двигатель, может произойти скопление углеводородов в системе впуска двигателя, а также в отработавших газах двигателя, в частности в сажевом фильтре 73 и области, расположенной непосредственно выше по потоку окислительного нейтрализатора 71. Окисление накопленных углеводородов в отработавших газах двигателя представляет собой экзотермическую реакцию, при которой высвобождается большое количество энергии в устройстве снижения токсичности отработавших газов. В частности, при условиях, когда восстановление сажевого фильтра не происходит, окисление накопленных углеводородов приводит к выделению большого количества тепла ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71. Избыточное тепло может привести к ухудшению показателей работы устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. С помощью оценки температурных перепадов в окислительном нейтрализаторе в условиях отсутствия регенерации может быть обнаружено повышенное тепловыделение. С помощью сопоставления показателей повышенного тепловыделения с сопутствующей неустойчивостью в работе цилиндров может быть обнаружено засасывание углеводородов и могут быть предприняты шаги для смягчения ухудшения показателей работы двигателя.

Контроллер 12 показан на Фиг.1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода и вывода (I/O), постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (КАМ) и обычную шину данных. Контроллер 12 показан получающим различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. Помимо описанных выше сигналов контроллер также получает следующие данные: о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с каналом 114 охлаждения; от датчика положения 134, соединенного с педалью газа 130, для измерения силы нажатия ногой 132; от датчика детонации для определения воспламенения хвостовых газов; измерения давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122, соединенного с впускным коллектором 44; о фазе двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; показания датчика 120 воздушной массы, поступающей в двигатель (например, теплового измерителя воздушного потока); и показания положения дросселя от датчика 58; измерение температурных перепадов в устройстве снижения токсичности отработавших газов от температурных датчиков 75, 76, 77; и измерение перепадов воздушно-топливного коэффициента в устройстве снижения токсичности отработавших газов от кислородных датчиков (не показаны), установленных выше и ниже по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Также для обработки контроллером 12 может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан). Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения датчик 118 на эффекте Холла производит заранее установленное количество равномерных импульсов в каждый цикл коленчатого вала, на основании которых может быть определена скорость вращения двигателя (RPM).

Данные об ускорении коленчатого вала могут быть получены от датчика 118 фазы двигателя. В рамках настоящего описания в отношении Фиг.3-4 данные об ускорении коленчатого вала могут быть сопоставлены с повышенным тепловыделением отработавших газов (определяется из перепадов температур отработавших газов на основании оценки температурных датчиков 75, 76, 77) при переходных и при устойчивых условиях работы двигателя для определения скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Это скопление может представлять собой скопление углеводородов в выбранных цилиндрах (на основании конфигурации впускного коллектора, описанного в отношении Фиг.2) и/или скопления рядом или в охладителе наддувочного воздуха, установленного ниже по потоку компрессора 162. На основании этих показаний контроллер 12 может ограничить количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения дальнейшего накопления углеводородов, тем самым предотвращая ухудшение показателей работы двигателя. Например, такое ограничение может уменьшить ухудшение показателей работы поршня цилиндра и других компонентов двигателя.

Возвращаясь к Фиг.1, в некоторых вариантах выполнения двигатель может быть соединен с электромотором/батареей, как, например, в гибридных автомобилях. Автомобиль с гибридным приводом может иметь параллельную и последовательную конфигурации, а также их комбинации и вариации. Кроме того, в некоторых вариантах можно использовать другие конфигурации двигателя, например дизельный двигатель.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит 4 рабочих цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух поступает в камеру сгорания 30 через впускной коллектор 44, а поршень 36 двигается по направлению к дну цилиндра так, чтобы увеличить объем внутри камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (т.е. когда камера сгорания 30 имеет наибольший объем), обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время хода сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 двигается по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри камеры сгорания 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда камера сгорания имеет наименьший объем), обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных способов зажигания, таких как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время хода выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается к ВМТ. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты.

Таким образом, система Фиг.1 предусматривает систему двигателя, выполненную с возможностью отреагировать на одновременное появление неустойчивости в работе цилиндров и повышенное тепловыделение отработавших газов двигателя, что является показателем окисления углеводородов, с помощью ограничения количества оборотов и нагрузки двигателя для уменьшения скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Контроллер системы двигателя может также повышать температуру двигателя для высвобождения или сжигания накопленных углеводородов. Контроллер может определить неустойчивость в работе цилиндров на основании перепадов ускорения коленчатого вала между отдельными цилиндрами двигателя (например, цилиндрами в разных блоках двигателя), при этом ускорение коленчатого вала оценивают при устойчивых условиях работы двигателя и при переходных условиях работы двигателя. Перепады ускорения коленчатого вала, определенные при переходных условиях работы двигателя, могут быть оценены в динамически регулируемый промежуток времени, который отличается от промежутка времени, используемого при устойчивых условиях, при этом динамически регулируемый промежуток времени регулируют на основании, по крайней мере, массового расхода воздуха при переходных условиях. Тепловыделение отработавших газов может быть определено на основании температурных перепадов в устройстве снижения токсичности отработавших газов (например, окислительный нейтрализатор отработавших газов на Фиг.1), определенных при условиях отсутствия регенерации (когда температура отработавших газов активно увеличивается для сжигания сажи и восстановления сажевого фильтра отработавших газов, см. Фиг.1). С помощью использования как данных о тепловыделении отработавших газов, так и данных о неустойчивости в работе цилиндров скопление углеводородов в системе впуска двигателя может быть лучше обнаружено, может быть установлено его отличие от других случаев неустойчивости в работе цилиндров и могут быть предприняты соответствующие меры.

Обращаясь теперь к Фиг.2, при представлении примерного варианта 200 выполнения системы двигателя (такой, как система двигателя на Фиг.1), включая двигатель 201, уделяется особое внимание конфигурации впускного коллектора 202 двигателя, из-за которого определенные цилиндры двигателя в большей степени подвержены скоплению углеводородов. Свежий всасываемый воздух, отфильтрованный через воздухоочиститель 212, поставляется в двигатель 201 через впускной канал 242. Один или несколько датчиков могут быть соединены с впускным каналом 242 ниже по потоку воздухоочистителя, например датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) и/или датчик температуры всасываемого воздуха, для обеспечения возможности регулирования работы двигателя на основании условий всасывания воздуха. Дополнительный датчик MAP и температурные датчики всасываемого воздуха могут быть соединены с впускным коллектором. Двигатель 201 может представлять собой двигатель с наддувом, конфигурация которого предусматривает один или несколько турбонагнетателей. Например, конфигурация двигателя 201 может предусматривать первый турбонагнетатель 260 низкого давления и второй турбонагнетатель 270 высокого давления. Турбонагнетатель 260 низкого давления включает первый компрессор 262, выполненный с возможностью обеспечения наддува всасываемого воздуха. Первый компрессор 262 может приводиться в действие вращением первой турбины 264, соединенной с выпускным каналом 248. Турбонагнетатель 270 высокого давления содержит второй компрессор 272, установленный ниже по потоку первого компрессора 262 и выполненный с возможностью обеспечения дальнейшего наддува всасываемого воздуха. Второй компрессор 272 может приводиться в действие вращением второй турбины 274, соединенной с выпускным каналом 248, выше по потоку первой турбины 264.

Привод 276 турбонагнетателя, соединенный с рычагами 278 привода, установлен между первым компрессором 262 и вторым компрессором 272. Привод 276 турбонагнетателя выполнен с возможностью обеспечивать возможность работы компрессора с использованием электрогидравлического привода или электрического мотора. Воздух, сжимаемый первым компрессором 262 (компрессором низкого давления), направляется ко второму компрессору 272 (компрессору высокого давления) для дальнейшего сжатия. Сжатый всасываемый воздух охлаждается через охладитель 250 надувочного воздуха перед передачей во впускной коллектор 202 двигателя.

В представленном варианте выполнения конфигурация двигателя 201 предусматривает разветвленный впускной коллектор 202, который ведет к двум блокам или группам цилиндров 204, 206. Первая группа 204 цилиндров, расположенная на левой стороне впускного коллектора 202, включает в себя несколько цилиндров 205a-d (здесь - четыре), в то время как вторая группа 206 цилиндров, расположенная на правой стороне впускного коллектора 202, включает в себя несколько цилиндров 207a-d (здесь - четыре). Всасываемый воздух может проходить вдоль впускного канала 242 от дроссельной заслонки 252 (ниже по потоку охладителя 250 наддувочного воздуха) в Y-образный разветвитель 203 (или Y-образную трубку) впускного коллектора 202. Первый выпускной патрубок Y-образного разветвителя 203 может направлять воздух к первой группе 204 цилиндров (здесь, левая сторона впускного коллектора), в то время как второй выпускной патрубок Y-образного разветвителя 203 может направлять воздух ко второй группе 206 цилиндров (здесь, правая сторона впускного коллектора). Специальное расположение ответвлений или выпускных патрубков Y-образного разветвителя может быть таким, что продольная ось каждого выпускного патрубка направлена к определенным цилиндрам соответствующей группы цилиндров. В представленном примере продольная ось первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя 203 направлена на первый цилиндр, цилиндр 205а, расположенный вдали от концевого цилиндра (здесь, цилиндра 205d), в то время как продольная ось второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя 203 направлена на второй цилиндр, цилиндр 207а, расположенный вдали от концевого цилиндра (здесь, цилиндра 207d). В частности, такое расположение разветвленного впускного коллектора приводит к тому, что цилиндры 205а и 207а расположены на самом близком расстоянии к соответствующему выпускному патрубку Y-образного разветвителя.

Впускной коллектор 202 может содержать один или несколько датчиков, таких как температурный датчик, датчик давления и датчик воздушно-топливного соотношения. Например, датчик 244 MAP и датчик 246 температуры всасываемого воздуха (IAT) показаны подключенными во впускном коллекторе 202 в Y-образном разветвителе 203.

В то время как впускные коллекторы двигателя обычно выполнены с возможностью равномерного распределения воздуха (и рециркуляции отработавших газов) к отдельным цилиндрам, наличие неконтролируемых углеводородов в потоке всасываемого воздуха может привести к неравномерному распределению. Неконтролируемые углеводороды могут попадать в различные места из системы впуска, так, например, выше по потоку датчика 214 к активному сажевому фильтру в системе выпуска отработавших газов. Неконтролируемые углеводороды могут представлять собой, например, углеводороды из топлива, моторного масла и охладителя. В качестве одного из примеров смесь избыточного топлива и масла может попасть с потоком воздуха из картера двигателя во впускной канал 242 через вентиляционную трубу 218 картера. Избыточное топливо и масло могут попасть в картер при протекании топлива из топливной системы высокого давления, доставляющей топливо к форсункам, масло может попасть при нерегулярной замене масла, топливо также может попасть при частой регенерации сажевого фильтра отработавших газов. В качестве другого примера масло может попадать во впуск при утечках масла в уплотнении турбонагнетателя 270 высокого давления. В качестве еще одного примера через охладитель 230 отработавших газов во впуск может попадать хладагент. Другие источники протечек углеводородов могут включать в себя внутрицилиндровое протекание топлива, забитые открытые форсунки, треснувшие форсунки, протекающие форсунки, протечки в радиаторе, протечки в охладителе системы рециркуляции отработавших газов и тому подобные.

При переходных условиях работы двигателя внезапный выброс наддува в цилиндры двигателя может смещать жидкостные карманы неконтролируемых углеводородов, неравномерно перенося струю неконтролируемых углеводородов в газожидкостной фазе к цилиндрам, за счет динамики текучей среды, связанной с капельной инерцией. Такое неравномерное распределение неконтролируемых углеводородов приводит к неустойчивости в работе цилиндров. Инерциальные силы жидкости могут приводить к тому, что определенные цилиндры, такие как цилиндры 205а, 205d, 207а и 207d представленной конфигурации двигателя, легко засасывают больше углеводородов, чем другие цилиндры. По существу, какие цилиндры подвержены этому в большей степени, зависит от строения и конфигурации Y-образного разветвителя и впускного коллектора системы двигателя.

В частности, в представленной конфигурации двигателя впускной канал впускного коллектора 202 изгибается, проходя справа налево (см. изгиб впускного канала около дроссельной заслонки 252). В результате левая сторона впускного коллектора (то есть первая группа 204 цилиндров) получает большее количество углеводородов (как показано стрелкой 290). Так как затем впускной коллектор изгибается и направлен прямо вдоль головки цилиндра, то впоследствии скопление большей части углеводородов произойдет в конце коллектора и цилиндр 205d в итоге получит большую часть углеводородов. Кроме того, цилиндр 205а также получит часть углеводородных флюидов. В частности, поворот/изгиб впускного коллектора заставит поток изменить направление, но из-за турбулентности, создаваемой в данном месте, часть потока углеводородов также будет затянута в цилиндр 205а.

Поскольку неконтролируемые углеводороды находятся в газожидкостной фазе, а частицы топлива тяжелее воздуха, они склонны к неравномерному распределению при засасывании в цилиндры двигателя. В отношении примерного варианта выполнения двигателя на Фиг.2, любые остатки, такие как неконтролируемые углеводороды из топлива и масла, затянутые в двигатель, будут склонны оседать и накапливаться в цилиндрах 205а и 207а. Кроме того, может также образоваться скопление в цилиндре 205d. Такое скопление может привести к значительной неустойчивости в работе цилиндров и повышенному тепловыделению от окисления неконтролируемых углеводородов в нейтрализаторе отработавших газов.

В частности, в двигателях с воспламенением от сжатия (таких как дизельные двигатели) неоднородно распределенное горение в обедненной топливом зоне приводит к горению углеводородов, приводя к образованию сажи и тепла от экзотермической реакции. Подобным образом неравномерное распределение углеводородов приводит к чрезмерному ускорению коленчатого вала от некоторых цилиндров. Например, углеводороды могут воспламеняться в камере сгорания и приводить к чрезмерному увеличению количества оборотов двигателя и созданию условий выхода автомобиля из-под контроля. В одном примере балансировка работы цилиндров может относиться к корректировке времени подачи энергии на топливную форсунку в отношении определенного цилиндра, чтобы этот цилиндр работал, как другие цилиндры двигателя в отношении способности обеспечивать максимальное ускорение коленчатого вала. Таким образом, цилиндр, обеспечивающий больше или меньше ожидаемого ускорения коленчатого вала, детектируется как цилиндр, демонстрирующий неустойчивость в работе. Как подробно рассматривается в данном описании, неустойчивость в работе цилиндров может быть определена на основании перепадов значения ускорения коленчатого вала. Например, с помощью сравнения максимального ускорения (то есть ускорения коленчатого вала, при котором достигается максимальное давление в цилиндре) каждого цилиндра со смоделированным пороговым значением может быть обнаружена неустойчивость в работе цилиндров. Такая неустойчивость в работе цилиндров, определенная одновременно с повышенным тепловыделением отработавших газов, свидетельствует об окислении углеводородов, вызванном неконтролируемым скоплением углеводородов в системе впуска двигателя. По существу, если оставить данную ситуацию без контроля, то скопление может увеличиваться и в итоге проникнуть в другие цилиндры, приводя, тем самым, к значительному ухудшению показателей работы двигателя.

В одном примере, если большее количество инородных веществ накапливается в цилиндре 205а (с левой стороны впускного коллектора), проблемы неустойчивости в работе цилиндров могут в большей степени возникнуть во второй группе цилиндров с правой стороны впускного коллектора. В другом примере, если большее количество инородных веществ накапливается в цилиндре 207а (с правой стороны системы впуска двигателя), проблемы неустойчивости в работе цилиндров могут в большей степени возникнуть в первой группе цилиндров с левой стороны впускного коллектора.

Неконтролируемые углеводороды могут также накапливаться в охладителе 252 наддувочного воздуха. В частности, по мере того как масло и топливо от р