Способ работы двигателя с наддувом (варианты) и система работы двигателя с наддувом

Способ работы двигателя с наддувом (варианты) и система работы двигателя с наддувом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к управляемому объему с клапаном, присоединенным к разделенному выпускному коллектору в системе двигателя с наддувом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Разделенные выпускные коллекторы с разделением импульсов могут использоваться для подачи более высокого давления выхлопных газов в турбонагнетатель, приводя к улучшенным рабочим характеристикам двигателя с турбонаддувом. Разделенные выпускные тракты также предотвращают захватывание выхлопных газов в смежных цилиндрах, которое может вызывать пропуск зажигания цилиндра. Различные подходы могут использоваться для управления давлением в выпускном коллекторе и скоростью работы турбины в меняющихся условиях работы, чтобы регулировать наддув.

Один из примерных подходов показан Данетом и другими в WO 2008/078020 (МПК F01N13/08, F01N13/10, опубл. 03.07.2008), в которой система двигателя с наддувом содержит выпускной коллектор переменного объема. В нем, поток выхлопных газов направляется через два отдельных тракта в сдвоенные спирали турбонагнетателя, чтобы обеспечивать управление наддувом и скоростью вращения двигателя. Разделенные выхлопные трубы каждая присоединена к накопительному объему выше по потоку от турбины, и каждый объем управляется поворотной заслонкой, которая открывает или закрывает указанный накопительный объем, на основании скорости вращения двигателя. При низкой скорости вращения двигателя, накопительные объемы закрываются, чтобы сохранить давление выхлопных газов, но, на высоких скоростях вращения двигателя, накопительные объемы открываются для увеличения объема выпуска и уменьшения насосных потерь. Клапан также может допускать наполовину закрытое или наполовину открытое положение.

Авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у вышеприведенного подхода. Даже если разделенные коллекторы предлагают сохранение пульсаций, в зависимости от скорости вращения двигателя, они могут подвергать выпускные клапаны воздействию более высоких давлений в некоторых условиях. Например, даже на более низких скоростях вращения, пульсации давления выхлопных газов в разделенном коллекторе могут быть достаточно высоки, чтобы принудительно открывать выпускные клапаны в несвоевременные моменты в цикле сгорания. Например, пульсации давления выхлопных газов могут формировать пиковые давления выхлопных газов в разделенном коллекторе, которые достаточно высоки, чтобы принудительно открывать выпускной клапан во время такта впуска цилиндра, непреднамеренно впуская выхлопные газы в цилиндр. Это может иметь негативные последствия, в том числе, значительную потерю мощности и коэффициента полезного действия двигателя наряду с повышением нестабильности сгорания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и предложили различные подходы для их преодоления.

В одном из аспектов предложен способ работы двигателя с наддувом, включающий в себя этапы, на которых:

в ответ на нажатие педали акселератора водителем и давление наддува меньшее, чем пороговое значение, закрывают клапан управления объемом, соединенный только выше по потоку от турбины к объему в разделенном выпускном коллекторе двигателя, до тех пор, пока давление наддува не достигнет порогового значения, причем объем является замкнутой камерой; и

регулируют клапан управления объемом в ответ на давление наддува, достигающее пороговое значение, на основании одного или более из скорости вращения двигателя и давления выхлопных газов.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых открывают клапан управления объемом из закрытого состояния в ответ на давление выхлопных газов, большее, чем пороговое значение выхлопных газов, при этом клапан управления объемом регулируют посредством привода, расположенного напротив клапана управления объемом напротив объединенного выпускного канала и присоединенного к клапану управления объемом через тягу, проходящую между ними.

В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом закрывают в ответ на нажатие педали акселератора водителем, даже если давление выхлопных газов больше, чем пороговое значение выхлопных газов.

В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом открывают выше пороговой скорости вращения двигателя и закрывают ниже пороговой скорости вращения двигателя за исключением того, что, даже при скорости вращения двигателя выше пороговой скорости вращения двигателя, клапан управления объемом временно закрывают в ответ на нажатие педали акселератора водителем, и даже при скорости вращения двигателя ниже пороговой скорости вращения двигателя, клапан управления объемом открывают в ответ на давление выхлопных газов выше порогового давления.

В одном из вариантов предложен способ, в котором двигатель содержит только один клапан управления объемом только в одном ответвлении выпускного коллектора, а другое ответвление не имеет объема или клапана управления объемом.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором открывают клапан управления объемом или поддерживают клапан управления объемом в открытом положении в ответ на нажатие педали акселератора водителем, когда давление наддува выше, чем пороговое значение, и давление выхлопных газов выше, чем пороговое значение выхлопных газов.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых регулируют перепускную заслонку турбонагнетателя в ответ на закрывание и закрывают клапан управления объемом при запуске и остановке двигателя.

В одном из дополнительных аспектов предложена система работы двигателя с наддувом с разделенным выпускным коллектором, ведущим в турбину, причем двигатель содержит множество цилиндров, при этом система содержит:

клапан, присоединенный к объему, сообщающемуся исключительно с подмножеством множества цилиндров через разделенный выпускной коллектор; и

контроллер с командами в постоянной памяти и исполняемыми процессором для поддержания клапана закрытым до достижения наддувом порогового значения при первом нажатии педали акселератора водителем после холостого хода; временного закрывания клапана при втором нажатии педали акселератора водителем после холостого хода; и регулирования клапана в ответ на скорость вращения двигателя в установившихся условиях.

В одном из вариантов предложена система, в которой выпускные клапаны цилиндров приводятся в действие кулачками, при этом клапан присоединен к приводу через тягу, а привод расположен внутри канала в выхлопной трубе, причем канал не сообщается ни с какими выхлопными газами.

В одном из вариантов предложена система, в которой первое нажатие педали акселератора водителем указывается посредством увеличения положения педали, большего, чем пороговое значение, от положения холостого хода.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая систему рециркуляции выхлопных газов низкого давления с клапаном рециркуляции выхлопных газов.

В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно содержит команды для регулировки клапана рециркуляции выхлопных газов в ответ на временное закрывание клапана.

В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ работы двигателя с наддувом, включающий в себя этапы, на которых:

открывают или закрывают клапан управления объемом в разделенном выпускном коллекторе двигателя на основании скорости вращения двигателя;

если клапан управления объемом является открытым, временно закрывают клапан управления объемом при переходном состоянии; и

если клапан управления объемом является закрытым, временно открывают клапан управления объемом в ответ на состояние избыточного давления.

В одном из вариантов предложен способ, в котором состояние избыточного давления включает в себя давление выхлопных газов, большее, чем верхнее пороговое значение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором переходное состояние включает в себя нажатие педали акселератора водителем.

В одном из вариантов предложен способ, в котором разделенный выпускной коллектор образован двумя выпускными каналами, которые поддерживаются разделенными до объединения выше по потоку от впуска турбины.

В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом расположен вне головки блока цилиндров и связан с одним из наружных выпускных каналов.

В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом дополнительно регулируют в ответ на условия запуска двигателя, операцию перекрытия топлива при замедлении и указание детонации двигателя.

Один из предложенных подходов предусматривает способ, включающий в себя этапы, на которых осуществляют открывание клапана управления объемом в разделенном выпускном коллекторе двигателя в ответ на условия работы двигателя, но закрывание объема в ответ на нажатие педали акселератора водителем. Например, даже если условия скорости вращения двигателя могут предписывать открытый клапан для требуемого коэффициента полезного действия двигателя в установившемся состоянии, повышенная восприимчивость раскручивания турбонагнетателя, получаемая при закрытом положении клапана, может давать требуемые водительские эксплуатационные качества. Таким образом, посредством по меньшей мере временного закрывания клапана во время таких переходных условий, могут достигаться улучшенные рабочие характеристики. Как только переходный процесс пройден (например, после того, как уровень наддува достиг порогового значения), клапан может возвращаться в свое требуемое положение, основанное на скорости вращения двигателя.

Подобным образом, даже если условия скорости вращения двигателя могут предписывать закрытый клапан для требуемого коэффициента полезного действия двигателя в установившемся состоянии, повышенное пиковое противодавление выхлопных газов может заставлять выпускной клапан одного из цилиндров, сообщающихся с выпуском, непреднамеренно открываться во время такта впуска. Таким образом, посредством по меньшей мере временного открывания клапана управления объемом в таких условиях, ухудшенные рабочие характеристики сгорания могут уменьшаться. Как только пиковые противодавления выхлопных газов спадают, клапан может возвращаться в свое требуемое положение, основанное на скорости вращения двигателя, чтобы сохранять пульсации выхлопных газов для эффективного приведения в движение турбонагнетателя. Таким образом, можно сохранять равновесие коэффициента полезного действия системы наряду с уменьшением непреднамеренного открывания выпускных клапанов.

В еще одном варианте осуществления, способ включает в себя, во время переходного повышения требования крутящего момента (например, нажатия педали акселератора), где запрос крутящего момента повышается сверх порогового значения, и дается команда давления наддува выше порогового значения, клапан управления объемом может закрываться независимо от других условий двигателя (например, более высокого давления выхлопных газов, вызывающего несвоевременное открывание выпускных клапанов), чтобы выдавать повышенные пульсации давления выхлопных газов в турбонагнетатель. С другой стороны, если давление наддува уже является достаточно высоким, и присутствует более высокое давление выхлопных газов, клапан управления объемом может открываться для снижения пикового давления выхлопных газов на выпуске и уменьшения непреднамеренного открывания выпускных клапанов.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы двигателя с турбонаддувом с разделенным выпускным коллектором и системой рециркуляции выхлопных газов (EGR).

Фиг. 2A изображает управляемый объем, присоединенный к выхлопной трубе, присоединенной к выпускным окнам цилиндров 2 и 3.

Фиг. 2B и 2C - подробная схема объема с клапаном управления. Фиг. 2B - вид сверху, а фиг.2C - вид в вертикальной проекции.

Фиг. 3-5 изображают примерные блок-схемы последовательности операций способа регулировки положения клапана управления объемом на основании различных условий работы двигателя.

Фиг. 6 иллюстрирует работу клапана управления объемом в ответ на нажатие педали акселератора и давление выхлопных газов.

Фиг. 7 показывает воздействие высокого давления выхлопных газов на выпускные клапаны и уменьшение пиков давления выхлопных газов, когда клапан управления объемом открыт.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующее описание относится к системам и способам работы двигателя с наддувом с разделенным выпускным коллектором и системой рециркуляции выхлопных газов (EGR), как показано на фиг. 1. Управляемый объем присоединен к выхлопной трубе из цилиндров 2 и 3, как показано на фиг. 2A. Этот объем может открываться или закрываться клапаном, как показано на фиг. 2B и 2C, в зависимости от давления выхлопных газов в коллекторе. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру, такую как процедура по фиг. 3, чтобы регулировать положение этого клапана (к примеру, из исходного положения) на основании различных условий работы двигателя. Например, положение клапана управления объемом может регулироваться на основании запуска двигателя, нажатий педали акселератора, присутствия детонации или DFSO. Положение клапана может регулироваться во время переходных процессов крутящего момента (фиг. 4), таких как нажатие педали акселератора, для уменьшения запаздывания турбонагнетателя. Возмущения крутящего момента, связанные с открыванием или закрыванием управляемого объема, могут компенсироваться с использованием сопутствующих регулировок в отношении одного или более исполнительных механизмов двигателя (фиг. 5). Примерные регулировки клапана управления объемом на основании давления выхлопных газов и условий работы двигателя показаны на фиг. 6 и 7.

Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 14 транспортного средства через устройство 16 ввода. В этом примере, устройство 16 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 18 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. В некоторых примерах, контроллер 12 может быть микрокомпьютером, включающим в себя: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и традиционную шину данных.

Двигатель 10 может включать в себя множество камер сгорания (то есть, цилиндров), которые могут быть покрыты сверху головкой блока цилиндров (не показана). В примере, показанном на фиг. 1, двигатель 10 включает в себя камеры 20, 22, 24 и 26 сгорания, расположенные в рядной 4-цилиндровой конфигурации. Однако, следует понимать, что, хотя фиг.1 показывает четыре цилиндра, двигатель 10 может включать в себя любое количество цилиндров в любой конфигурации, например, V-6, I-6, V-12, оппозитная 4-цилиндровая, и т.д.

Хотя не показано на фиг. 1, каждая камера сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем, расположенным в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу, так чтобы возвратно-поступательные движения поршней преобразовывались во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства, например, через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Каждая камера сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 27 через воздушный впускной канал 30. Впускной коллектор 27 может быть присоединен к камерам сгорания через впускные окна. Например, впускной коллектор 27 показан на фиг. 1 присоединенным к цилиндрам 20, 22, 24 и 26 через впускные окна 32, 34, 36 и 38 соответственно. Каждое соответственное впускное окно может подавать воздух и/или топливо в соответствующий цилиндр для сгорания.

Каждая камера сгорания может выпускать выхлопные газы через выпускное окно, присоединенное к ней. Например, выпускные окна 40, 42, 44 и 46 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24, 26, соответственно. Это разделенный коллектор, поэтому, выпускные окна 40 и 46 ведут в отдельный выпускной коллектор 28 наряду с тем, что выпускные окна 42 и 44 объединяются в наружную выхлопную трубу, вмещающую канал 29, наружный выпускной коллектор вне головки блока цилиндров. Два выпускных канала 28 и 29, оба сформированные в наружной выхлопной трубе, позже сливаются в единую выхлопную трубу 31, присоединенную к турбине 92 или турбонагнетателю 90. В альтернативном варианте осуществления, сформированная выхлопная труба может быть полностью или частично встроенной в головку блока цилиндров.

Каждое впускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром посредством впускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с впускными клапанами 48, 50, 52 и 54, соответственно. Подобным образом, каждое выпускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром посредством выпускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с выпускными клапанами 56, 58, 60 и 62, соответственно. В некоторых примерах, каждая камера сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

Хотя не показано на фиг. 1, в некоторых примерах, каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в действие впускным кулачком и выпускным кулачком. В качестве альтернативы, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка впускного клапана может определяться датчиком кулачка впускного клапана. Положение кулачка выпускного клапана может определяться датчиком кулачка выпускного клапана.

Впускной канал 30 может включать в себя дроссель 64, имеющий дроссельную заслонку 66. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 66 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 64, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронное управление дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 64 может эксплуатироваться для изменения всасываемого воздуха, выдаваемого в камеры сгорания. Положение дроссельной заслонки 66 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя с датчика 68 положения дросселя. Впускной канал 30 может включать в себя датчик 70 массового расхода воздуха и датчик 72 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответствующих сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

На фиг. 1, топливные форсунки показаны присоединенными непосредственно к камерам сгорания для впрыска топлива непосредственно в них пропорционально длительности импульса сигнала FPW, например, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь. Например, топливные форсунки 74, 76, 78 и 80 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно. Таким образом, топливные форсунки обеспечивают то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания. Каждая соответствующая топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку соответствующей камеры сгорания или сверху соответствующей камеры сгорания. В некоторых примерах, одна или более топливных форсунок могут быть расположены во впускном коллекторе 27 в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива во впускные окна выше по потоку от соответствующих камер сгорания. Хотя не показано на фиг. 1, топливо может подаваться в топливные форсунки топливной системой, включающей в себя топливный бак, топливный насос, топливную магистраль и направляющую-распределитель для топлива.

В некоторых примерах, система зажигания без распределителя (не показана) может выдавать искры зажигания на свечи зажигания, присоединенные к камерам сгорания, в ответ на контроллер 12. Например, свечи 82, 84, 86 и 88 зажигания показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно.

Двигатель 10 может включать в себя турбонагнетатель 90. Турбонагнетатель 90 может включать в себя турбину 92 в системе выпуска и компрессор 94 в системе впуска, присоединенные к общему валу 96. Турбина 92 может быть выполнена с возможностью принимать отдельные выхлопные газы из цилиндров, чьи импульсы выхлопных газов мешают друг другу, когда подаются в турбину 92. Например, если четырехцилиндровый двигатель (например, двигатель I4, такой как показанный на фиг. 1) имеет порядок работы цилиндров 1-3-4-2 (например, цилиндр 20, сопровождаемый цилиндром 24, сопровождаемым цилиндром 26, сопровождаемым цилиндром 22), то цилиндр 20 может быть заканчивающим свой такт расширения и открывающим свои выпускные клапаны, в то время как цилиндр 22 все еще имеет свои выпускные клапаны открытыми. В неразделенном выпускном коллекторе, импульс давления выхлопных газов из цилиндра 20 может мешать способности цилиндра 22 выбрасывать его выхлопные газы. Однако, посредством использования разделенного коллектора, в котором выпускные окна 40 и 46 из цилиндров 20 и 26 присоединены к первому выпускному коллектору 28, а выпускные окна 42 и 44 из цилиндров 22 и 24 присоединены к второму выпускному коллектору 29, пульсации выхлопных газов могут разделяться, чтобы сохранять высокую энергию импульса и улучшать рабочие характеристики турбины. Выпускные коллекторы 28 и 29 поддерживаются полностью обособленными выше по потоку от своего (Y-образного) тройникового соединения 146, уменьшая какое бы то ни было взаимное влияние пульсаций выхлопных газов и подавая раздельные импульсы в турбину 92 в системе выпуска.

Второй выпускной коллектор 29 может включать в себя объем 135 с клапаном 137 управления, который открывается или закрывается на основании давления выхлопных газов, оцененного контроллером 12 во втором выпускном коллекторе 29. Объем 135 присоединен к коллектору 29 ниже по потоку от тройникового соединения 144, но выше по потоку от турбины 92 в системе выпуска. Объем является замкнутой камерой только с одним выходом, который управляется клапаном 137. Объем 135, будучи присоединенным к второму выпускному коллектору 29, сообщается исключительно с цилиндрами 22 и 24, и выпускными клапанами 58 и 60 соответственно. Еще один вариант осуществления может включать в себя подобный объем 139 с вторым клапаном 141 управления, присоединенным к первому выпускному коллектору 28. Здесь, объем 139 сообщается исключительно с выпускными клапанами 56 и 62 цилиндров 20 и 26 соответственно. Таким образом, каждый выпускной коллектор может включать в себя управляемый объем с управляющим клапаном, где каждый объем управляется независимо на основании пороговых значений давления выхлопных газов в выпускных коллекторах, к которым они присоединены. Например, один выпускной коллектор может быть способным допускать удерживание клапана закрытым при более высоких уровнях наддува без распахивания выпускного клапана, по сравнению с другим.

В еще одном варианте осуществления, объем 135 может быть сформирован в пределах встроенного выпускного коллектора с коллектором 29 (и 28) также в нем.

В последующем описании, двигатель имеет только один объем 135, управляемый клапаном 137, присоединенным ко второму выпускному коллектору 29. Однако, подходы, описанные в материалах настоящего описания, могут быть в точности повторены для второго объема и второго клапана управления (139, 141), присоединенных к другому выпускному коллектору.

Перепускная заслонка 110 может быть присоединена в параллель турбине 92. Более точно, перепускная заслонка 110 может быть включена в перепускной канал 108, присоединенный между входом и выходом турбины в системе выпуска. Посредством регулировки положения перепускной заслонки 110, может регулироваться величина наддува, обеспечиваемого турбиной.

Выхлопные газы, выходящие из турбины 92 и/или перепускной заслонки 110, могут проходить через устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов. Устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя многочисленные брикеты каталитического нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. В некоторых примерах, устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа. В других примерах, устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя один или множество из дизельного окислительного каталитического нейтрализатора (DOC) и каталитического нейтрализатора с избирательным каталитическим восстановлением (SCR). После прохождения через устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов, выхлопные газы могут направляться в выхлопную трубу 114.

Двигатель 10 может включать в себя одну или более систем рециркуляции выхлопных газов (EGR) для рециркуляции некоторого количества выхлопных газов, выходящих из двигателя 10, обратно на впуск двигателя. Например, двигатель 10 может включать в себя первую систему 116 EGR низкого давления (LP-EGR) для рециркуляции части выхлопных газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя ниже по потоку от турбины 92 на впуск двигателя выше по потоку от компрессора 94 в системе впуска. Система LP-EGR может включать в себя трубопровод 118 LP-EGR, клапан 120 LP-EGR, выполненный с возможностью регулировать количество выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции по трубопроводу 118 LP-EGR, и охладитель 122 LP-EGR для охлаждения выхлопных газов перед подачей на впуск.

Двигатель 10 также может включать в себя, дополнительно или отдельно, систему 126 EGR высокого давления (HP-EGR) для рециркуляции части выхлопных газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя выше по потоку от турбины 92 на впуск двигателя ниже по потоку от компрессора 94. Система HP-EGR может включать в себя трубопровод 128 HP-EGR, клапан 130 HP-EGR, выполненный с возможностью регулировать количество выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции по трубопроводу 128 HP-EGR, и охладитель 132 HP-EGR для охлаждения выхлопных газов перед подачей на впуск.

В некоторых условиях, одна или более из систем 116 и 126 EGR могут использоваться для регулирования температуры и/или разбавления смеси воздуха и топлива в пределах камер сгорания, таким образом, предусматривая способ регулирования установки момента воспламенения во время некоторых режимов сгорания. Кроме того, в некоторых условиях, часть выхлопных газов может удерживаться или захватываться в камере сгорания посредством регулирования установки фаз распределения выпускных клапанов.

В некоторых примерах, контроллер 12 может быть микрокомпьютером, включающим в себя: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан на фиг. 1 принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 138 температуры; датчика 140 положения двигателя, например, датчика на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В некоторых примерах, датчик 140 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которым может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту). Дополнительно, различные датчики могут применяться для определения давления наддува турбонагнетателя. Например, датчик 133 давления может быть расположен на впуске двигателя ниже по потоку от компрессора 94 для определения давления наддува. Дополнительно, по меньшей мере второй выпускной коллектор 29 может включать в себя различные датчики для контроля условий выхлопных газов, такие как датчик 134 выхлопных газов. Датчик 134 выхлопных газов может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO.

На основании входного сигнала с различных датчиков, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью выполнять различные процедуры управления (такие как описанные со ссылкой на фиг. 3-5) и приводить в действие один или более исполнительных механизмов двигателя. Исполнительные механизмы, например, могут включать в себя впускной дроссель 64, перепускную заслонку 110, клапан 137 управления объемом.

Фиг. 2A изображает объем 135 с клапаном 137 управления в качестве присоединенного к второму выпускному коллектору 29. Выпускные коллекторы в этой системе могут быть встроены в головку блока цилиндров и выполнены с возможностью выпускать продукты сгорания из цилиндров 20, 22, 24 и 26. Каждый цилиндр может включать в себя два выпускных клапана для канализирования выпуска и продувки порций газообразных продуктов сгорания раздельно в выпускные окна 40, 42, 44 и 46. Таким образом, каждое выпускное окно имеет два ответвления, которые избирательно сообщаются с выпускными клапанами.

Это разделенный коллектор, поэтому выпускные направляющие, присоединенные к окнам 40 и 46 из цилиндров 20 и 26, сливаются в первый выпускной коллектор 28, а выпускные направляющие, присоединенные к окнам 42 и 44 из цилиндров 22 и 24, сливаются во второй выпускной коллектор 29 на тройниковом соединении 144. Первый и второй выпускные коллекторы не сообщаются и, подобным образом, не сообщаются выпускные направляющие, присоединенные к цилиндрам в разных подгруппах. По существу, пульсации выхлопных газов из цилиндров в разных подгруппах могут разделяться, чтобы отдача из одного цилиндра могла не мешать сгоранию в другом цилиндре, смежном в порядке работы цилиндров. Во встроенном выпускном коллекторе, трубопроводы из первого и второго выпускных коллекторов 28 и 29 могут продолжаться за пределами встроенного выпускного коллектора и сливаться выше по потоку от турбины в системе выпуска.

Фиг. 2B и 2C показывают более подробные фигуры объема и его клапана. Клапан 137 управления объемом содержит привод 13, соединительную тягу 15, которая перемещает поворотный рычаг 17, который, в свою очередь, приводит в действие заслонку 19 клапана для открывания и закрывания входа в объем 135. В некоторых примерах, привод может быть вакуумным приводом, присоединенным к распределителю вакуумного регулятора, который управляется контроллером 12. Заслонка 19 клапана может закрываться или открываться на основании сигналов из контроллера, который регулирует это положение в зависимости от условий работы двигателя и на основании того, должен ли турбонагнетатель выдавать больший наддув, как описано в материалах настоящего описания.

В одном из примеров, привод 13 может управлять клапаном посредством вала, продолжающегося через выпускной канал, по выбору, через внутреннее отверстие канала, которое физически отделено от выпускного канала и которое не сообщается с выпускным каналом. Такое расположение может уменьшать тепловую нагрузку на привод.

Отметим, что фиг. 2A-2C начерчены приблизительно в масштабе, хотя, если требуется, могут использоваться другие относительные размеры.

Примерная процедура 300, которая может выполняться контроллером 12, показана на фиг. 3. Более точно, процедура может определять исходное положение клапана управления объемом, а затем, на основании условий работы двигателя, в том числе, на основании предельных значений, переходных процессов двигателя, и т.д., положение клапана может дополнительно модифицироваться посредством специфичных процедур и подпрограмм по фиг. 3-5. Процедура дополнительно может давать регулировкам перепускной заслонки и регулировкам клапанов EGR (в том числе, регулировкам HP-EGR и LP-EGR) возможность координироваться с регулировками клапана управления объема, чтобы улучшать рабочие характеристики двигателя и выходной крутящий момент.

На этапе 302, процедура включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые, например, могут включать в себя скорость вращения двигателя, требование крутящего момента, температуру каталитического нейтрализатора, температуру двигателя, топливно-воздушное соотношение выхлопных газов, MAP, MAF, барометрическое давление, и т.д. На этапе 304, на основании оцененных условий работы двигателя, могут определяться исходное положение клапана управления объема. Например, в установившихся условиях, если скорость вращения двигателя находится выше порогового значения, давая в результате более высокое давление выхлопных газов в выпускном коллекторе, клапан управления объемом может открываться для уменьшения насосных потерь. Если скорость вращения двигателя находится ниже пороговой скорости вращения, а давление выхлопных газов находится ниже приемлемого предела, клапан управления объемом закрывается. На этапе 306, может определяться, присутствуют ли условия запуска двигателя. Этими условиями могут быть холодный запуск или горячий запуск. Запуск двигателя может включать в себя проворачивание коленчатого вала двигателя из состояния покоя посредством электродвигателя, такого как стартерный электродвигатель. Чтобы ускорять раскручивание турбины в системе выпуска в системе с турбонаддувом в подготовке к нажатию педали акселератора, давление выхлопных газов может быстро повышаться. Чтобы дать возможность этого, клапан управления объемом может временно закрываться, по меньшей мере во время ранней части запуска двигателя, чтобы поднимать давление в выпускном коллекторе и ускорять раскручивание турбины.

Если присутствуют условия запуска двигателя, то, на этапе 308, процедура будет закрывать клапан управления объемом, чтобы выдавать высокое давление выхлопных газов на турбонагнетатель. Регулировки перепускной заслонки могут координироваться с и на основании соответствующих перемещений клапана управления объемом.

После того, как запуск двигателя был завершен (горячий запуск или холодный запуск), процедура переходит на этап 310, где может определяться, есть ли какие-нибудь переходные процессы. Например, может определяться, есть ли резкое повышение требования крутящего момента (например, вследствие нажатия педали акселератора). Если да, то, на этапе 312, процедура включает в себя регулировку клапана управления объемом на основании переходных условий для удовлетворения требования переходного крутящего момента. Как будет конкретизировать фиг. 4, это может зависеть от давления наддува и давления выхлопных газов. Регулировки перепускной заслонки могут координироваться с и на основании соответствующих регулировок клапана управления объемом.

На этапе 314, может определяться, удовлетворены ли условия перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Событие DFSO может происходить в ответ на требование крутящего момента, на