Способ и система управления рециркуляцией выхлопных газов

Способ и система управления рециркуляцией выхлопных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам и системам для обеспечения рециркуляции выхлопных газов через линию рециркуляции компрессора, в том числе трубку Вентури.

Уровень техники

Системы двигателя могут быть оснащены устройством повышения мощности, например турбонагнетателем, для создания увеличенного заряда воздуха и повышения максимальной выходной мощности. В этом случае турбину вращают за счет энергии потока выхлопных газов, приводя в движение компрессор, который нагнетает увеличенный заряд воздуха на впуск двигателя. Для снижения токсичности выхлопных газов системы двигателя могут быть также оснащены системами рециркуляции выхлопных газов (EGR), при этом, по крайней мере, часть выхлопных газов будет рециркулировать через впуск двигателя. Например, система EGR может представлять собой систему EGR низкого давления (LP-EGR), которая обеспечивает рециркуляцию выхлопных газов из области ниже по потоку от газовой турбины в область выше по потоку от компрессора на впуске. Преимуществами EGR являются повышение степени разбавления в двигателе, снижение токсичности выхлопных газов и снижение расхода топлива, особенно при высоком уровне наддува двигателя.

Подача газов EGR (низкого давления) в область выше по потоку от компрессора требует уменьшения давления на впуске компрессора таким образом, чтобы выхлопные газы EGR могли быть втянуты из выпускной системы двигателя ниже по потоку от турбины. Низкое давление на выпускном отверстии компрессора создает разность давлений в канале EGR, что позволяет выполнить всасывание требуемого потока выхлопных газов EGR. Низкое давление на впускном отверстии компрессора может быть создано путем регулирования расхода через впускное отверстие компрессора с помощью дополнительного дросселя, известного как дроссель системы впуска воздуха (AIS). Пример такой системы с использованием нескольких дросселей раскрыт в документе US 8,161,746. Тем не менее существуют потенциальные проблемы такого способа. Например, низкое давление на впускном отверстии компрессора увеличивает вероятность помпажа компрессора. Кроме того, вероятность сокращения срока службы может возрасти в случае попадания масла из сальника вала турбонагнетателя в турбонагнетатель. Более того, необходимость в дополнительном дросселе увеличивает стоимость составных частей, а также усложняет осуществление согласованного управления дополнительным дросселем и главным дросселем на входе.

Раскрытие изобретения

Некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены путем использования способа эксплуатации двигателя, в котором: обеспечивают рециркуляцию сжатого воздуха из области ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува ко впускному отверстию компрессора через трубку Вентури, и используют вакуум, создаваемый трубкой Вентури, для обеспечения рециркуляции EGR через впускное отверстие компрессора. Таким образом, рециркуляционный поток, проходящий через трубку Вентури, преимущественно может быть использован для создания вакуума для прохождения выхлопных газов EGR в точке перед компрессором, при этом также устраняя проблемы, связанные с помпажем.

Например, система двигателя может быть оснащена рециркуляционным каналом компрессора, через который рециркулирует охлажденный сжатый воздух из точки ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора с помощью рециркуляционного клапана компрессора с бесступенчатым регулированием (CRV). Трубка Вентури может быть расположена в рециркуляционном канале компрессора ниже по потоку от CRV таким образом, чтобы сжатый воздух рециркулировал во впускное отверстие компрессора после прохождения через трубку Вентури; причем поток создает вакуум в трубке Вентури. Канал EGR, содержащий клапан EGR с бесступенчатым регулированием для рециркуляции оставшихся выхлопных газов из выхлопной системы двигателя во впускное отверстие компрессора, может быть соединен с рециркуляционным каналом компрессора через трубку Вентури. Степень открытия CRV может быть отрегулирована для создания запаса по помпажу. Вакуум, создаваемый рециркуляционным потоком компрессора, уменьшающим помпаж, может быть преимущественно использован для увеличения разности давлений в канале EGR. Степень открытия клапана EGR затем может быть отрегулирована на основании степени открытия CRV (или уровня вакуума в трубке Вентури) для обеспечения необходимого расхода газов EGR. Например, при увеличении вакуума в трубке Вентури, создаваемого с помощью рециркуляционного потока компрессора, для обеспечения необходимого расхода газов EGR может потребоваться меньшая степень открытия клапана EGR.

Таким образом, расход газов EGR может быть увеличен с помощью вакуума, создаваемого рециркуляционным потоком компрессора. Благодаря прохождению газов EGR во впускное отверстие компрессора с помощью вакуума в трубке Вентури, потребность в регулировании расхода перед компрессором, в том числе необходимость в специальном дросселе, может быть уменьшена. Путем обеспечения прохождения газов EGR без необходимости в снижении давления на впускном отверстии компрессора может быть увеличен запас по помпажу. С помощью рециркуляционного потока компрессора, способствующего прохождению выхлопных газов EGR, одновременно обеспечивают управление помпажем и управление EGR. Общие преимущества системы EGR могут быть использованы в большем диапазоне рабочих режимов двигателя при одновременном улучшении рабочих характеристик двигателя с наддувом.

Следует понимать, что сущность изобретения приведена выше для представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании, и не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область использования которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами реализации, которые устраняют недостатки, указанные выше или в любой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1-2 показаны варианты реализации системы двигателя с наддувом.

На Фиг. 3 показан вариант реализации трубки Вентури, соединенной с рециркуляционной системой компрессора по Фиг. 1-2.

На Фиг. 4 представлена высокоуровневая блок-схема способа, который может быть реализован в варианте по Фиг. 1, для регулирования прохождения охлажденного рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури для прохождения требуемого потока газов EGR.

На Фиг. 5 представлена высокоуровневая блок-схема способа, который может быть реализован в варианте на Фиг. 2, для регулирования прохождения охлажденного рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури для прохождения требуемого потока газов EGR.

На Фиг. 6 показан пример регулировки рециркуляционного потока компрессора, который может быть использован для обеспечения EGR в варианте реализации по Фиг. 1 в соответствии с изобретением.

На Фиг. 7 показан пример регулировки рециркуляционного потока компрессора, которая может быть использована для обеспечения EGR в варианте реализации по Фиг. 2 в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам для использования рециркуляционного потока компрессора для обеспечения прохождения газов системы EGR низкого давления в систему двигателя, аналогичную системе по Фиг. 1-2. Контроллер может выполнять программы управления, например программу по Фиг. 4-5, для регулирования количества охлажденного рециркуляционного потока компрессора, подаваемого из области ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора с помощью трубки Вентури (фиг. 3), на основании требуемого расхода газов системы EGR. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури в горловине трубки Вентури может быть создан вакуум. Созданный вакуум может быть использован для увеличения расхода газов EGR, всасываемых из канала EGR, соединенного с линией рециркуляции компрессора с помощью трубки Вентури. Пример регулировки рециркуляционного потока компрессора для обеспечения прохождения газов системы EGR описан со ссылкой на Фиг. 6-7. Таким образом, может быть подан поток карбюрированных газов EGR при увеличении запаса по помпажу.

На Фиг. 1-2 показаны возможные варианты реализации системы двигателя, оснащенной системой рециркуляционного потока компрессора и системой EGR. На Фиг. 1 схематично показаны аспекты примера системы 100 двигателя, включая двигатель 10. Двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, который содержит компрессор 114, приводимый в движение с помощью турбины 116. В частности, свежий воздух поступает по впускному каналу 42 в двигатель 42 через воздушный фильтр 112 и далее поступает в компрессор 114. Компрессор может представлять собой компрессор сжатого воздуха, например компрессор наддува с приводом от двигателя или карданного вала. Тем не менее в системе 100 двигателя компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 посредством вала 19; при этом турбина 116 приводится в движение за счет расширяющихся выхлопных газов двигателя. Компрессор и турбина могут быть соединены внутри турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте реализации турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VGT), в котором геометрия турбины активно изменяется в зависимости от скорости вращения двигателя.

Как показано на Фиг. 1, компрессор 114 соединен с дросселем 20 через охладитель 18 воздуха турбонаддува (САС) (далее также называемый промежуточным охладителем). Дроссель 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора заряд сжатого воздуха поступает через охладитель 18 воздуха турбонаддува и дроссель во впускной коллектор. Охладитель воздуха турбонаддува может быть, например, воздухо-воздушным или водовоздушным теплообменником. В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора может быть измерено датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (MAP). Поскольку поток, проходящий через компрессор, может нагревать сжатый воздух, САС 18 установлен ниже по потоку таким образом, что заряд воздуха турбонаддува может быть охлажден до поступления на впуск двигателя.

Один или несколько датчиков могут быть соединены с впускным отверстием компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть установлен на впускном отверстии для определения температуры на впуске компрессора, а датчик 56 давления может быть установлен на впускном отверстии для определения давления на впуске компрессора. В качестве другого примера датчик 57 влажности может быть установлен на впускном отверстии для определения влажности заряда воздуха, поступающего в компрессор. Кроме того, могут быть установлены другие датчики, например датчики воздушно-топливного соотношения и т.д. В качестве других примеров один или несколько параметров на впуске компрессора (например, влажность, температура, давление и т.д.) могут быть определены на основе условий работы двигателя. Кроме того, при работающей системе EGR датчики могут определять температуру, давление, влажность и воздушно-топливное соотношение в смеси заряда воздуха, включающей в себя приточный воздух, рециркуляционный сжатый воздух и оставшиеся выхлопные газы, поступающие во впускное отверстие компрессора.

При определенных условиях, например, во время отпускания педали газа, при переходе из режима работы двигателя с наддувом в режим работы без наддува, может произойти помпаж компрессора. Это происходит из-за увеличенной разности давлений в компрессоре при закрытии дросселя во время отпускания педали газа. Увеличенная разность давлений уменьшает прямой поток через компрессор, вызывая помпаж и ухудшение рабочих характеристик турбонагнетателя. Кроме того, помпаж может привести к ухудшению характеристик шума, вибрации и низкочастотных колебаний (NVH), например нежелательному шуму во впускной системе двигателя. Для стравливания давления наддува и уменьшения помпажа компрессора, по крайней мере, часть заряда воздуха, сжатого компрессором 114, может быть повторно подана на впускное отверстие компрессора. Это позволит практически сразу стравить чрезмерное давление наддува. Рециркуляционная система компрессора может включать в себя рециркуляционный канал 70 компрессора для рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из выпускного отверстия компрессора ниже по потоку относительно охладителя 18 воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть использован дополнительный рециркуляционный канал (не показан) компрессора для рециркуляции неохлажденного (или теплого) сжатого воздуха из выпускного отверстия компрессора выше по потоку относительно охладителя 18 воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора. Кроме того, как подробно будет описано со ссылкой на фиг. 2, для рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку относительно САС 18 во впускное отверстие компрессора в дополнение к (первому) рециркуляционному каналу 70 компрессора может быть использован второй рециркуляционный канал компрессора. В случае использования обеих линий рециркуляции охлажденного сжатого воздуха одна из них может быть использована для управления газами EGR, а другая - для управления наддувом или помпажем, как подробно изложено далее.

Рециркуляционный клапан 72 компрессора (CRV) может быть соединен с рециркуляционным каналом 70 компрессора для управления величиной расхода охлажденного потока в компрессоре, рециркулирующего во впускное отверстие компрессора. В описываемом варианте CRV 72 может представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием, который может быть плавно установлен в любое положение в полностью закрытое положение, полностью открытое положение или промежуточное положение между ними. CRV 72 может быть расположен в канале 70 ниже по потоку относительно САС 18 и выше по потоку относительно впускного отверстия трубки 74 Вентури (например, в месте соединения канала 70 и выпускного отверстия САС 18). Положение CRV 72 может быть отрегулировано во время работы двигателя с наддувом для увеличения максимальной производительности и обеспечения запаса по помпажу. В одном варианте осуществления CRV может быть оставлен закрытым во время работы двигателя с наддувом для того, чтобы уменьшить время реакции на изменение наддува и увеличить максимальную производительность. В другом варианте реализации CRV может быть оставлен частично открытым во время работы двигателя с наддувом для того, чтобы обеспечить определенный запас по помпажу, в частности, увеличить запас для слабого помпажа. При сигнале о помпаже (например, сильном помпаже) степень открытия клапана может быть увеличена. Степень открытия CRV может быть основана на сигнале о помпаже (например, степень сжатия компрессора, расход газа через компрессор, разность давлений в компрессоре и так далее). Например, степень открытия CRV может быть увеличена (например, клапан может быть переведен из полностью закрытого положения или частично открытого положения в полностью открытое положение) при сигнале о помпаже.

Трубка 74 Вентури может быть соединена с рециркуляционным каналом 70 компрессора ниже по потоку относительно выпускного отверстия охладителя воздуха турбонаддува и ниже по потоку относительно рециркуляционного клапана 72 компрессора. Таким образом, рециркуляционный поток компрессора может быть направлен в трубку Вентури. Регулирование степени открытия CRV 72 позволяет направить различный объем рециркуляционного потока компрессора из охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора через трубку 74 Вентури. В других вариантах осуществления изобретения может быть использован аспиратор. Подробное описание варианта осуществления трубки 74 Вентури приведено со ссылкой на фиг. 3. В данном случае коническая форма трубки Вентури в горловине трубки позволяет ограничить прохождение потока, что создает «эффект Вентури» (или «эффект Бернулли»), Таким образом, рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку Вентури, может создать область низкого давления (или вакуум) в горловине трубки Вентури. В предпочтительном варианте вакуум может быть использован для прохождения газов EGR во впускное отверстие компрессора и далее в двигатель, что позволит увеличить расход газов EGR, как описано далее.

Помпаж также можно уменьшить за счет снижения давления на выпуске турбины 116. Например, исполнительный механизм 92 перепускной заслонки может открывать клапан для стравливания, по крайней мере, части давления на выпуске из точки выше по потоку относительно турбины в точку ниже по потоку относительно турбины посредством перепускной заслонки 90. Путем снижения давления на выпуске выше по потоку относительно турбины скорость вращения турбины может быть уменьшена, что, в свою очередь, способствует уменьшению помпажа компрессора. Однако из-за динамических характеристик наддува в перепускной заслонке регулировка рециркуляционного клапана компрессора может быстрее привести к уменьшению помпажа по сравнению с регулировкой перепускной заслонки.

Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 30 сгорания посредством нескольких впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 посредством нескольких выпускных клапанов (не показаны), В изображенном варианте осуществления изобретения показан один выпускной коллектор 36. Тем не менее в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может включать в себя множество секций. Конфигурации со множеством секций выпускного коллектора могут обеспечить то, что поток из разных камер сгорания будет направлен в различные места в системе двигателя.

В одном варианте реализации как впускные клапаны, так и выпускные клапаны могут иметь электронный исполнительный механизм и управление. В другом варианте осуществления изобретения как впускные клапаны, так и выпускные клапаны могут иметь исполнительный механизм и управление от кулачков. Вне зависимости от типа привода моменты открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут быть отрегулированы при необходимости для обеспечения требуемого сгорания и контроля содержания выхлопных газов.

В камеры 30 сгорания через форсунку 66 может быть подан один или несколько видов топлива, например бензин, смеси спиртового топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и так далее. Топливо может быть подано в камеры сгорания путем прямого впрыска, впрыска во впускной канал, впрыска в корпус дроссельных заслонок или сочетанием указанных способов. В камерах сгорания процесс сгорания может быть начат с помощью искрового зажигания и (или) воспламенения от сжатия.

Как показано на фиг. 1, выхлопные газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляются в турбину 116 для привода турбины. Когда необходимо уменьшить крутящий момент турбины, некоторое количество выхлопных газов может быть направлено в перепускную заслонку 90 в обход турбины. Объединенный поток из турбины и перепускной заслонки далее поступает в устройство 170 снижения токсичности выхлопных газов. Как правило, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выхлопных газов могут включать в себя один или несколько катализаторов последующей обработки выхлопных газов, используемых для каталитической обработки потока выхлопных газов и снижения содержания одного или нескольких веществ в потоке выхлопных газов. Например, один катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для улавливания NO_x из потока выхлопных газов при потоке бедных выхлопных газов и уменьшения улавливаемого NO_x при потоке богатых выхлопных газов. В других вариантах осуществления катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для диспропорционирования NO_x или выборочного уменьшения содержания NO_x с помощью восстановителя. В других вариантах осуществления катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для окисления остаточных углеводородов и (или) оксида углерода в потоке выхлопных газов. Различные катализаторы последующей обработки выхлопных газов с любой из названных функций могут по отдельности или совместно быть расположены на покрытии из реактивной грунтовки или в другом участке последующей обработки выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления изобретения на участках последующей обработки выхлопных газов могут быть использованы регенерируемый сажевый фильтр, предназначенный для улавливания и окисления сажевых частиц в потоке выхлопных газов.

Все или часть выхлопных газов, прошедших такую обработку, могут быть выпущены из устройства 170 снижения токсичности выхлопных газов в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Тем не менее в зависимости от условий работы часть оставшихся выхлопных газов может быть направлена в канал 50 EGR через охладитель 51 EGR и клапан 52 EGR и далее во впускное отверстие компрессора 114. Клапан 52 EGR может быть открыт для обеспечения поступления регулируемого количества охлажденных выхлопных газов во впускное отверстие компрессора для выполнения необходимого сжигания и контроля состава выхлопных газов. Таким образом, система 10 двигателя приспособлена для обеспечения внешней EGR низкого давления (LP) отвода выхлопных газов из точки ниже по потоку относительно турбины 116. Клапан 52 EGR может представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием в варианте осуществления изобретения с фиг. 1. В другом примере, в варианте реализации клапана 52 EGR с фиг. 2, клапан может представлять собой двухпозиционный клапан. Вращение компрессора в дополнение к относительно долгому пути прохождения выхлопных газов системы LP-EGR в системе 10 двигателя обеспечивает превосходную однородность выхлопных газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания EGR обеспечивает эффективное охлаждение выхлопных газов для увеличения имеющейся массы EGR и улучшения работы. В других вариантах осуществления изобретения система двигателя может также включать в себя линию EGR высокого давления, при этом выхлопные газы могут быть всасываться из точки ниже по потоку относительно турбины 116 и рециркулировать во впускной коллектор двигателя ниже по потоку относительно компрессора 114.

Охладитель 51 EGR может быть соединен с каналом 50 EGR для обеспечения охлаждения газов EGR, подаваемых в компрессор. Кроме того, в канале 50 EGR могут быть установлены один или несколько датчиков, которые предоставляют данные о составе и состоянии газов EGR. Например, датчик температуры может определять температуру газов EGR, датчик давления может определять давление газов EGR, датчик влажности может определять влажность или содержание воды в газах системы EGR, а датчик 54 воздушно-топливного соотношения может определять воздушно-топливное соотношение в газах системы EGR. В качестве альтернативы условия EGR могут быть определены с помощью одного или нескольких датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного соотношения, установленных на впускном отверстии компрессора. Степень открытия клапана EGR может быть отрегулирована на основании условий работы двигателя и условий EGR для обеспечения требуемой степени разбавления в двигателе. В одном примере осуществления изобретения клапан 52 EGR может также представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием. Как показано, в качестве альтернативы клапан может представлять собой двухпозиционный клапан.

Канал 50 EGR соединен (или объединен) с рециркуляционным каналом 70 компрессора в точке выше по потоку относительно трубки 74 Вентури. В частности, выпускное отверстие канала 50 EGR имеет соединение непосредственно в точке выше по потоку относительно впускного отверстия трубки 74 Вентури. В одном примере осуществления изобретения клапан 53 EGR может быть установлен на трубку 74 Вентури. Это позволяет достичь нескольких преимуществ. Во-первых, рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку 74 Вентури, может быть использован для создания вакуума в горловине трубки 74 Вентури, а вакуум может быть использован для усиления прохождения газов EGR из канала EGR во впускное отверстие компрессора. Всасывание газов EGR с помощью вакуума, создаваемого в трубке Вентури (посредством рециркуляционного потока компрессора), устраняет необходимость в значительном снижении давления на впуске компрессора (например, посредством регулирования расхода во впускное отверстие компрессора). Это не только устраняет необходимость в дополнительных элементах, например, в дополнительной дроссельной заслонке перед компрессором, но и уменьшает вероятность помпажа компрессора (который может быть вызван резким падением давления на впуске компрессора).

Кроме того, путем регулирования величины расхода рециркуляционного воздуха компрессора степень вакуума, создаваемого в трубке Вентури, может быть изменена, что вызовет изменение в объеме газов EGR, всасываемых в рециркуляционный канал компрессора и поступающих во впускное отверстие компрессора. Путем согласования открытия клапана EGR с открытием CRV может быть достигнут требуемый расход газов EGR. Другими словами, возможен измеряемый контроль расхода газов EGR.

В этом случае изменение давления в горловине трубки Вентури может быть определено, как показано в формуле (I):

ΔР=V²/2, где V - скорость рециркуляционного потока компрессора, проходящего через горловину трубки Вентури.

Сопротивление потока (F) всасываемой жидкости (в данном случае газов системы EGR низкого давления) соотносится с изменением давления, как показано в формуле (2):

ΔР=k₁F²

Из формул (1) и (2) следует, что V²/2=k₁F². Другими словами, при увеличении расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, возрастает скорость прохождения газов EGR. Таким образом, путем регулирования расхода рециркуляционного потока компрессора при прохождении через трубку Вентури и регулирования положения клапана EGR может быть изменено количество газов EGR, поступающих во впуск двигателя. Кроме того, путем смешивания газов EGR с рециркуляционным потоком компрессора в рециркуляционном канале компрессора выше по потоку относительно впускного отверстия компрессора, может быть достигнута достаточная однородность смеси. При необходимости может быть также обеспечено достаточное обеднение газов EGR.

Контроллер может регулировать положение CRV 72 во время работы двигателя на основании условий работы двигателя для обеспечения требуемого расхода рециркуляционного воздуха компрессора, который создает требуемое давление на впуске дросселя и также ограничивает помпаж. При необходимости создания EGR контроллер может определить требуемый поток газов EGR (например, количество и (или) расход газов EGR) на основании условий работы двигателя. В этом случае требуемый поток газов EGR может быть обеспечен путем изменения давления на выпуске (которое вытесняет газы EGR в канал EGR). Разность давлений (также называемая перепадом давлений) в канале EGR, т.е. разность между давлением на выпуске рядом с впускным отверстием канала EGR и давление на впуске рядом с выпускным отверстием канала EGR, позволяет определить количество газов EGR, которое может быть подано при увеличении расхода газов EGR (при определенной степени открытия клапана EGR) по мере увеличения перепада давления. Изобретатели в данном описании установили, что при прохождении соответствующего рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть создан дополнительный вакуум для увеличения перепада давления, что способствует прохождению газов EGR. В частности, за счет давления на выпуске, создаваемого соответствующим потоком через двигатель, и вакууму, создаваемому рециркуляционным потоком компрессора, газы EGR могут поступать в двигатель с требуемой скоростью потока газов EGR при согласованной регулировке открытия клапана 52 EGR и CRV 72. Проходящие газы EGR могут быть смешаны с рециркуляционным потоком компрессора до их поступления во впускное отверстие компрессора. Таким образом, газы системы LP-EGR могут быть поданы во впуск двигателя посредством вакуума, преимущественно созданного рециркуляционным потоком компрессора.

В варианте реализации по фиг. 1 степень открытия клапана 72 CRV может быть увеличена (например, клапан перемещен в полностью открытое положение) в ответ на сигнал о помпаже для быстрого стравливания чрезмерного давления наддува выше по потоку относительно компрессора, практически сразу увеличивая прямой поток через компрессор. Кроме того, степень открытия клапана 52 EGR может быть уменьшена соответствующим образом для поддержания расхода газов EGR.

При определенных условиях работы двигателя требования к EGR и требования к рециркуляционному потоку компрессора могут значительно изменяться. Например, может возникнуть необходимость в увеличении расхода рециркуляционного потока компрессора (например, для устранения помпажа) по сравнению с расходом газов EGR. Если рециркуляционный поток компрессора был подан через трубку Вентури со скоростью, требуемой для устранения помпажа, то на впуск двигателя может поступить большее количество газов EGR, чем это необходимо, что приведет к снижению стабильности горения в двигателе. С другой стороны, если рециркуляционный поток компрессора был подан через трубку Вентури со скоростью, необходимой для подачи газов EGR, то запас по помпажу может быть уменьшен, что ухудшит рабочие характеристики при наддуве.

Для устранения указанных проблем может быть использован альтернативный вариант 200 реализации системы двигателя, представленный на фиг. 2. В данном случае использованы два различных рециркуляционных канала 70 и 80 компрессора. Первый и второй каналы могут соединять выпускное отверстие САС и впускное отверстие компрессора, при этом каналы могут быть расположены параллельно друг другу. Первый рециркуляционный канал 70 компрессора может включать в себя трубку 74 Вентури и может быть соединен с каналом 50 системы EGR, как было сказано выше со ссылкой на фиг. 1, с целью обеспечения управления EGR. При этом второй рециркуляционный канал 80 компрессора может не включать в себя трубку 74 Вентури и может не соединяться с каналом 50 системы EGR с целью обеспечения независимого управления помпажем. В варианте реализации изобретения, представленном на фиг. 2, клапан 52 системы EGR может представлять собой двухпозиционный клапан. Степень открытия первого рециркуляционного клапана 72 компрессора в первом канале 70 может быть отрегулирована таким образом, чтобы обеспечить прохождение охлажденного сжатого воздуха через трубку Вентури со скоростью, которая образует достаточный вакуум для прохождения газов EGR и создает давление на выпуске при подаче газов EGR в двигатель с требуемым расходом потока газов EGR. При этом степень открытия второго клапана 82 во втором канале 80 может быть отрегулирована на основании потребности в наддуве двигателя и границы помпажа компрессора. Это позволит обеспечить независимое управление EGR и компрессором в случае помпажа компрессора.

Контроллер может определять требуемое количество и (или) расход газов EGR на основании условий работы двигателя. При необходимости обеспечения EGR клапан 52 системы EGR может быть перемещен во включенное положение (то есть в полностью открытое положение). На основании имеющегося давления на выпуске может быть определен перепад давлений, требуемый для создания необходимого потока газов EGR. Затем степень открытия CRV 72 может быть отрегулирована на основании требуемой разности давлений таким образом, чтобы в трубке Вентури был создан достаточный вакуум. Вакуум может быть использован для прохождения газов EGR, которые могут быть смешаны с рециркуляционным потоком компрессора до их поступления во впускное отверстие компрессора. Одновременно степень открытия CRV 82 может быть отрегулирована на основании потребности в наддуве и запаса по помпажу таким образом, чтобы создать требуемое давление наддува. Например, степень открытия CRV 82 может быть увеличена для увеличения запаса по помпажу компрессора, а положение CRV 72 будет оставлено прежним для обеспечения определенного расхода газов EGR. Таким образом, управление EGR и наддувом может быть выполнено одновременно посредством расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через два параллельных рециркуляционных канала компрессора.

Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления изобретения величина расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, может быть дополнительно отрегулирована на основании содержания воды или влажности в системе LP-EGR. Это связано с тем, что газы EGR содержат относительно большое количество воды и имеют относительно высокую точку росы, что делает газы системы LP-EGR, подаваемые во впуск двигателя в точке перед компрессором, подверженными конденсации. В частности, на основании условий EGR, условий работы двигателя и температуры на впуске компрессора в момент подачи газов EGR, конденсат может образоваться как на впускном отверстии компрессора, так и на выпускном отверстии охладителя воздуха турбонаддува. Например, при низкой температуре окружающей среды при смешивании влажных газов EGR с холодным приточным воздухом могут образоваться капли воды. При попадании капель воды на лопатки компрессора, вращающиеся на высокой скорости (например, 200000 об/мин и выше), может произойти повреждение лопаток. Кроме того, поскольку всасываемая вода замедляет скорость горения, то попадание воды в двигатель может увеличить вероятность пропуска зажигания. В таких условиях контроллер может отрегулировать (например, увеличить или уменьшить) требуемый расход газов EGR на основании риска конденсации. Например, для соответствия потребности в меньшем количестве газов EGR может быть увеличен расход рециркуляционного потока компрессора и (или) может быть увеличена степень открытия клапана системы EGR. При этом, если поток газов EGR имеет более высокую температуру, чем поток окружающего воздуха (из-за неэффективной работой САС), увеличение расхода газов EGR вместе с рециркуляцией может повысить температуру смеси воздуха и газов EGR, полученную в САС, на впускном отверстии компрессора и тем самым уменьшить конденсацию. В другом варианте осуществления изобретения расход рециркуляционного потока компрессора может быть уменьшен и (или) степень открытия клапана EGR может быть уменьшена. Это происходит из-за того, что повышение расхода газов EGR может увеличить концентрацию водяного пара, а также повысить температуру, а в некоторых диапазонах расхода газов EGR (как правило, 15-30% для бензинового двигателя) может даже привести к увеличению конденсации. Таким образом, расход газов EGR может быть отрегулирован в ответ на уровень вероятности возникновения конденсата.

Варианты 100 и 200 реализации системы двигателя могут также предусматривать систему 14 управления. Система 14 управления принимает данные от множества датчиков 16 (различные примеры которых указаны в данном описании изобретения) и отправляет управляющие сигналы на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых указаны в данном описании изобретения). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 выхлопных газов, расположенный выше по потоку относительно устройства снижения токсичности выхлопа, датчик 126 давления в коллекторе, датчик 128 температуры выхлопных газов, датчик 129 давления выхлопных газов, датчик 55 температуры на впуске компрессора, датчик 56 давления на впуске компрессора, датчик 57 влажности на впуске компрессора и датчик 54 газов EGR. Другие датчики, например дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного соотношения и состава могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя. Данные исполнительные механизмы 81 могут включать в себя, например, дроссель 20, к