СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ УКАЗАННОЙ СИСТЕМЫ
EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING SAID SYSTEM OPERATION

Уровень техники/Раскрытие изобретения
При некоторых условиях работы двигателя внутреннего сгорания желательно обеспечивать охлаждение отработавших газов в контуре рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) или отбор тепла от отработавших газов для прогрева охлаждающей жидкости двигателя. При других условиях желательно обеспечение возможности протекания отработавших газов к расположенным ниже по ходу потока компонентам без прохождения через теплообменник и передачи тепла охлаждающей жидкости двигателя. В существующих двигателях выпускная система может быть выполнена с возможностью направления охлажденных отработавших газов как в контур РОГ (EGR), так и в расположенные ниже по ходу потока компоненты выпускной системы. В таких системах может быть предусмотрен клапан, обеспечивающий дополнительный поток отработавших газов от теплообменника в контур РОГ (EGR) и расположенные ниже по ходу потока компоненты выпускной системы. Этот клапан обеспечивает изменение количества отработавших газов, проходящих через теплообменник. В существующих выпускных системах клапан приводят в действие посредством контроллера и соленоида или электрического двигателя. Приведение в действие клапана с использованием контроллера и соленоида имеет ряд недостатков, одним из которых является то, что для электрического соединения системы привода требуется большое количество электронных компонентов. Например, для приведения в действие клапана могут потребоваться электронный блок управления ЭБУ (ECU), провода, кабельные жгуты и т.д. Приводная электроника может быть подвержена неисправностям из-за факторов окружающей среды, таких как воздействие воды, и вибрации, как транспортного средства, так и двигателя. Кроме того, электроника может дополнительно требовать калибровки и алгоритмов управления, которые являются дорогостоящими в разработке и требуют большого объема вычислений при внедрении в систему управления.
По этой причине в одном из подходов предложена система двигателя. Такая система двигателя может содержать клапан теплообменника отработавших газов, содержащий пластину клапана с возможностью приведения в действие, и узел привода клапана, регулирующий положение пластины клапана. Кроме того, система двигателя содержит реверсивный клапан, расположенный в канале охлаждающей жидкости, причем реверсивный клапан выполнен с возможностью реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости для приведения в действие соединительного механизма. Реверсивный клапан и соединительный механизм обеспечивают пассивное приведение в действие пластины клапана для того, чтобы избежать использования контроллера для приведения в действие клапана, если требуется. Таким образом, может быть увеличена надежность и долговечность узла привода клапана по сравнению с системами с электронным приводом.
Авторы настоящего изобретения выявили раскрытые выше недостатки, а также потенциальные варианты их устранения. Приведенные выше преимущества и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения будут очевидны из последующего раздела «Осуществление изобретения» при рассмотрении по отдельности или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено изображение системы двигателя, причем система двигателя содержит клапан теплообменника отработавших газов в первом положении;
на фиг. 2 представлено изображение системы двигателя, показанного на фиг. 1, с клапаном теплообменника отработавших газов во втором положении;
на фиг. 3А и 3В в увеличенном масштабе показан вид клапана теплообменника отработавших газов в первом положении и соответствующий узел привода клапана;
на фиг. 4А и 4В в увеличенном масштабе показан вид клапана теплообменника отработавших газов во втором положении и соответствующий узел привода клапана; и
на фиг. 5 представлен способ работы системы двигателя, содержащей клапан теплообменника отработавших газов и соответствующий узел привода клапана.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к системам и способам для приведения в действие клапана теплообменника отработавших газов, который обеспечивает дополнительный поток охлажденных отработавших газов в систему рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) и в выпускную систему. Клапан теплообменника отработавших газов приводят в действие посредством ряда механизмов, которые обеспечивают перевод клапана теплообменника отработавших газов в первое положение и второе положение в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в трубопроводе охлаждающей жидкости, подающем охлаждающую жидкость в теплообменник отработавших газов. В первом положении клапан теплообменника отработавших газов направляет отработавшие газы через трубопровод теплообменника отработавших газов в канал РОГ (EGR) посредством перекрывания первого выпуска теплообменника отработавших газов, выходящего в выпускной канал. С другой стороны, во второй конфигурации клапан теплообменника отработавших газов направляет отработавшие газы через трубопровод теплообменника отработавших газов и обратно в выпускной канал, направляющий отработавшие газы к расположенным ниже по ходу потока компонентам и, в итоге, в окружающую среду. Для обеспечения схемы потока при втором положении, клапан теплообменника отработавших газов перекрывает участок выпускного канала между впуском трубопровода теплообменника отработавших газов и первым выпуском.
Механизмы привода клапана могут содержать температурно-зависимый реверсивный клапан, расположенный в трубопроводе охлаждающей жидкости, и соединительный механизм. В одном из примеров, температурно-зависимый реверсивный клапан изменяет направление потока охлаждающей жидкости в патрубке охлаждающей жидкости, ответвляющемся от трубопровода охлаждающей жидкости, для начала приведения в действие заслонки привода соединительного механизма. В этом примере изменение направления потока в патрубке охлаждающей жидкости приводит к вращению заслонки привода соединительного механизма вокруг оси. Поворот заслонки привода соединительного механизма вокруг оси приводит к перемещению внешних звеньев, шарнирно соединенных друг с другом. В свою очередь, перемещение внешних звеньев заставляет пластину клапана переходить в определенные положения. Такая конструкция клапана теплообменника отработавших газов и соответствующих механизмов привода обеспечивает надежное и температурно-зависимое приведение в действие (срабатывание) клапана, в отличие от устройств электронного привода клапана, которые могут быть более подвержены повреждениям от воздействия воды, вибрации и т.д. Таким образом, могут быть увеличены долговечность и надежность клапана и соответствующих приводных механизмов. Кроме того, раскрытые в настоящей заявке приводные механизмы могут не требовать никаких стратегий управления или калибровки, обеспечиваемых электронным блоком управления ЭБУ (ECU). Таким образом, могут быть снижены затраты на разработку и производство системы двигателя.
На фиг. 1 представлен двигатель 100 в транспортном средстве 102. Двигатель 100 содержит цилиндры 104, впускные клапаны 106 и выпускные клапаны 108, обеспечивающие процесс сгорания в двигателе. Двигатель 100 может содержать дополнительные компоненты, обеспечивающие процесс сгорания, такие как устройства зажигания, в варианте двигателя с искровым зажиганием, приводы клапанов (например, кулачки, электронные приводы и т.д.), поршни, коленчатый вал и т.д. Во время работы в цилиндрах 104 обычно проходит четырехтактный цикл сгорания, который содержит: такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Однако, двигатель может быть выполнен с возможностью осуществления других возможных циклов сгорания.
В транспортном средстве 102 дополнительно предусмотрен впускной трубопровод 110. Впускной трубопровод 110 обеспечивает впускной воздушный поток в цилиндры 104. Впускной трубопровод 110 входит в состав впускной системы 112. Впускная система 112 дополнительно содержит дроссель 114 и впускной коллектор 116, обеспечивающий отрегулированный впускной воздушный поток во впускные клапаны 106. Следует понимать, что впускная система 112 может содержать дополнительные компоненты, такие как один или более воздушных фильтров, компрессоров и т.д.
Для обеспечения выпуска отработавших газов из цилиндров 104 предусмотрен выпускной коллектор 118. Выпускной коллектор 118 может входить в состав выпускной системы 120. Выпускная система 120 дополнительно содержит выпускные каналы 122 и устройство 123 снижения выбросов (например, каталитический нейтрализатор, фильтр и т.д.). Выпускная система 120 может содержать одно или более устройств снижения выбросов, расположенных по ходу потока после участка, показанного на фиг. 1.
Транспортное средство 102 может дополнительно содержать систему 124 двигателя (например, систему РОГ (EGR)). Система 124 двигателя содержит трубопровод 126 теплообменника отработавших газов со впуском 128, первым выпуском 130 и вторым выпуском 132. Первый выпуск 130 выходит в выпускной канал 122 и второй выпуск 132 выходит в канал 134 РОГ (EGR). Как видно, канал 134 РОГ (EGR) проходит между трубопроводом 126 теплообменника отработавших газов и впускным коллектором 116. Однако, в других примерах канал 134 РОГ (EGR) может быть присоединен к выпускному каналу перед впускным коллектором 116 по ходу потока.
Кроме того, с каналом 134 РОГ (EGR) соединен клапан 135 РОГ (EGR). Клапан 135 РОГ (EGR) выполнен с возможностью пропускания и предотвращения потока отработавших газов через канал 134 РОГ (EGR) в различной степени. То есть, следует понимать, что клапан 135 РОГ (EGR) выполнен с возможностью регулирования количества отработавших газов, поступающих во впускной коллектор 116. Контроллер 150 может подавать сигналы управления клапану 135 РОГ (EGR).
Трубопровод 136 охлаждающей жидкости может проходить вокруг трубопровода 126 теплообменника отработавших газов или может быть вплетен в этот трубопровод в виде множества трубок, в различных матричных конфигурациях теплообменника, которые могут содержать ребра или другие теплообменные элементы. Трубопровод 136 охлаждающей жидкости выполнен с возможностью отбора тепла от отработавших газов, проходящих через трубопровод 126 теплообменника отработавших газов. Трубопровод 136 охлаждающей жидкости и трубопровод 126 теплообменника отработавших газов могут являться частью теплообменника 137 отработавших газов. Теплообменник 137 отработавших газов функционирует как теплообменник, отбирающий тепло от отработавших газов и передающий тепло охлаждающей жидкости.
Подачу охлаждающей жидкости в трубопровод 136 охлаждающей жидкости могут осуществлять через впускной канал 170 охлаждающей жидкости, и выводить в выпускной канал 171 охлаждающей жидкости. Как видно, реверсивный клапан 158 и каналы 138 и 139 охлаждающей жидкости расположены между трубопроводом 136 охлаждающей жидкости и впускным и выпускным каналами 170 и 171 охлаждающей жидкости. Поэтому впускной канал 170 охлаждающей жидкости расположен перед трубопроводом 136 охлаждающей жидкости по ходу потока, и выпускной канал 171 охлаждающей жидкости расположен после трубопровода 136 охлаждающей жидкости по ходу потока. С впускным каналом 170 охлаждающей жидкости может быть соединен насос 140 охлаждающей жидкости. Насос 140 охлаждающей жидкости выполнен с возможностью регулирования расхода охлаждающей жидкости через впускной канал 170 охлаждающей жидкости. Кроме того, впускной канал 170 охлаждающей жидкости может принимать охлаждающую жидкость из трубопроводов охлаждающей жидкости (например, кожухов водяного охлаждения) двигателя 100, и выпускной канал 171 охлаждающей жидкости может подавать охлаждающую жидкость в двигатель 100. Направление потока охлаждающей жидкости через каналы 138 и 139 охлаждающей жидкости зависит от положения реверсивного клапана 158. Реверсивный клапан 158 содержит исполнительный механизм, который может изменять положение клапана в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в каналах 170 и 171 охлаждающей жидкости. Более подробно реверсивный клапан раскрыт на фиг. 3А, 3В, 4А и 4В.
Система 124 двигателя дополнительно содержит клапан 142 теплообменника отработавших газов с пластиной 143 клапана, выполненной с возможностью перевода в различные положения. На фиг. 1 представлена пластина 143 клапана в первом положении, в котором пластина 143 клапана 143 перекрывает первый выпуск 130 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов. На фиг. 2 представлена пластина 143 клапана во втором положении, более подробно раскрытом далее. Следует понимать, что в некоторых примерах пластина 143 клапана может быть так же расположена в промежуточных положениях между первым и вторым положениями, показанными на фиг. 1 и 2. Возвращаясь к фиг. 1, пластина 143 клапана в первом положении направляет отработавшие газы из трубопровода 126 теплообменника отработавших газов в канал 134 РОГ (EGR) через второй выпуск 132. Стрелки 144 указывают общее направление этой схемы потока отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы могут быть охлаждены, и, затем, направлены обратно во впускной коллектор 116 для подачи охлажденных газов РОГ (EGR) во впускную систему 112.
Система 124 двигателя может дополнительно содержать узел 145 привода клапана, выполненный с возможностью регулирования положения пластины 143 клапана. Узел 145 привода клапана содержит откидной клапан 146, содержащий заслонку 161 привода соединительного механизма, расположенную внутри канала 147 с заслонкой, который соединен с соединительным механизмом, управляющим положением пластины 143 клапана. Система 124 двигателя может дополнительно содержать реверсивный клапан 158. Реверсивный клапан 158 выполнен с возможностью изменения направления потока охлаждающей жидкости в канале 138 охлаждающей жидкости и в канале 139 охлаждающей жидкости, как раскрыто выше. Направление потока охлаждающей жидкости в трубопроводе 147 с заслонкой воздействует на откидной клапан 146 узла 145 привода клапана. Откидной клапан 146 соединен с соединительным механизмом 148 для передвижения пластины 143 клапана в различные положения. Конкретная кинематика узла 145 привода клапана более подробно раскрыта в настоящей заявке со ссылкой на фиг. 3А, 3В, 4А и 4В.
Кроме того, на фиг. 1 представлено общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, обозначенное стрелкой 172. Дополнительно, стрелка 174 указывает общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 139 охлаждающей жидкости. По существу, охлаждающая жидкость протекает из трубопровода 138 охлаждающей жидкости в трубопровод 139 охлаждающей жидкости.
Контроллер 150 может быть выполнен с возможностью получения сигналов от датчиков двигателя 100 и системы 124 двигателя, а также подачи сигналов управления компонентам, таким как дроссель 114, насос 140 охлаждающей жидкости, клапан 135 РОГ (EGR) и т.д., для регулирования работы компонентов. В одном из примеров котроллер 150 может не быть выполнен с возможностью регулирования работы клапана 142 теплообменника отработавших газов. Управление различными компонентами транспортного средства 102 могут осуществлять, по меньшей мере, частично, посредством системы 149 управления, содержащей контроллер 150, и посредством входных сигналов от оператора 153 транспортного средства, передаваемых через устройство 154 ввода. Система 149 управления может дополнительно содержать исполнительные механизмы и/или другие компоненты для регулирования инжекторов, клапанов и т.д., и раскрытие в настоящей заявке датчики. В представленном примере устройство 154 ввода содержит педаль 155 акселератора и датчик 156 положения педали для формирования пропорционального сигнала ПП (РР) положения педали. Контроллер 150 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего процессор 160 (например, микропроцессорное устройство), порты 162 ввода/вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства 164 (например, микросхемы постоянного запоминающего устройства), оперативное запоминающее устройство 166, энергонезависимое запоминающее устройство 168, и шину данных.
В некоторых примерах при приведении в действие клапана 142 теплообменника отработавших газов, может быть увеличен расход насоса 140 охлаждающей жидкости в начале приведения в действие клапана, для уменьшения длительности приведения в действие клапана. Например, внезапное увеличение потока охлаждающей жидкости посредством насоса охлаждающей жидкости может приводить к более быстрому приведению в действие соединительного механизма. Следовательно, срабатывание клапана 142 теплообменника отработавших газов может быть улучшено, за счет уменьшения задержек привода клапана.
В постоянном запоминающем устройстве 164 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполнимые процессором 160 для реализации способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но не приведены отдельно.
На фиг. 2 представлен клапан 142 теплообменника отработавших газов во втором положении, в котором пластина 143 клапана перекрывает участок 200 выпускного канала 122 между впуском 128 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов и первым выпуском 130 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов. На фиг. 2 представлены цифровые обозначения компонентов транспортного средства 102, двигателя 100 и системы 124 двигателя, которые раскрыты со ссылкой на фиг. 1. Однако, повторяющиеся описания компонентов пропущены, чтобы избежать повторений.
Во втором положении клапан 142 теплообменника отработавших газов обеспечивает возможность прохождения отработавших газов в трубопровод 126 теплообменника отработавших газов и через первый выпуск 130 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов обратно в выпускной канал 122. Таким образом, тепло отработавших газов всего потока отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости двигателя. Стрелки 202 указывают общее направление потока отработавших газов во втором положении клапана 142 теплообменника отработавших газов.
Кроме того, как показано на фиг. 2, стрелка 204 указывает общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, и стрелка 206 указывает общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 139 охлаждающей жидкости. По существу, охлаждающая жидкость протекает из трубопровода 138 охлаждающей жидкости в трубопровод 139 охлаждающей жидкости.
На фиг. 3А, 3В, 4А и 4В более подробно показаны варианты осуществления клапана 142 теплообменника отработавших газов и соответствующего узла 145 привода клапана. Узел 145 привода клапана может обеспечивать пассивное приведение в действие клапана теплообменника отработавших газов в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, протекающей через впускной канал 170 охлаждающей жидкости или выпускной канал 171 охлаждающей жидкости. Пассивное приведение в действие позволяет увеличить долговечность и надежность клапана и соответствующих механизмов привода, по сравнению с электронными устройствами привода клапана. На фиг. 3А и 3В представлен клапан 142 теплообменника отработавших газов в первом положении и на фиг. 4А и 4В представлен клапан 142 теплообменника отработавших газов во втором положении.
В частности, на фиг. 3А более подробно показан участок 200 выпускного канала 122 между впуском 128 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов, раскрытым на фиг. 1 и 2, и первым выпуском 130 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов.
Как показано на фиг. 3В, реверсивный клапан 158 содержит восковой двигатель 302 или другое подходящее приводное устройство, такое как соленоидный клапан. К преимуществам воскового клапана относятся надежность и, в некоторых случаях, пассивное приведение в действие (например, независимое от контроллера). Однако, одним из преимуществ использования соленоидного клапана является возможность управления клапаном 143 на основе других входных данных, помимо температуры охлаждающей жидкости, таких как уровень мощности двигателя. К преимуществу использования соленоида для управления реверсивным клапаном вместо управления пластиной 143 относится то, что в данной части транспортного средства (например, под капотом) соленоид менее подвержен повреждению от дорожного мусора и воздействия воды, по сравнению с расположением под днищем рядом с клапаном 143. Восковой двигатель 302 выполнен с возможностью перемещения золотникового клапана 304 в положение, соответствующее прямому потоку (положение прямого потока), показанное на фиг. 3А и 3В, или в положение, соответствующее обратному потоку (положение обратного потока), показанное на фиг. 4А и 4В, на основе температуры охлаждающей жидкости в трубопроводе 171 охлаждающей жидкости. В качестве альтернативы, восковой двигатель 302 может быть расположен в другом конце золотникового клапана 304 для реагирования на температуру в канале 170 охлаждающей жидкости. Более конкретно, восковой двигатель перемещает золотниковый клапан в линейных направлениях, обозначенных стрелками 306. Кроме того, в одном из примеров восковой двигатель 302 выполнен с возможностью преобразования тепловой энергии в линейное движение (то есть, механическую энергию) посредством использования свойств воска при изменениях фазового состояния. Восковой двигатель 302 может быть выполнен с возможностью перемещения золотникового клапана 304 в первом направлении 308 при превышении температурой охлаждающей жидкости порогового значения температуры, для перевода золотникового клапана 304 в положение прямого потока, показанное на фиг. 3А и 3В. Кроме того, восковой двигатель 302 может быть выполнен с возможностью перемещения золотникового клапана 304 во втором направлении 310, если температура охлаждающей жидкости не превышает пороговое значение температуры, для перевода золотникового клапана 304 в положение обратного потока, показанное на фиг. 4А и 4В.
Пружинный механизм 305, входящий в состав узла привода клапана, расположен между восковым двигателем 302 и золотниковым клапаном 304. Пружинный механизм 305 выполнен с возможностью уменьшения длительности перевода золотникового клапана 304 между положением прямого потока и положением обратного потока. Например, пружинный механизм 305 обеспечивает более быстрое перемещение золотникового клапана 304 в дискретные положение прямого потока и положение обратного потока. Длительность приведения в действие может быть определена как временной промежуток, начинающийся при приведении в действие золотникового клапана 304 посредством воскового клапана и заканчивающийся, когда золотниковый клапан достигает требуемого положения (то есть, положение прямого потока или положение обратного потока). Таким образом, могут быть снижены задержки привода клапана, что улучшает работу клапана 142 теплообменника отработавших газов.
Как показано на фиг. 3А и 3В, золотниковый клапан 304 в положении прямого потока направляет охлаждающую жидкость через участки патрубков охлаждающей жидкости которые позволяют охлаждающей жидкости выходить из канала 170 охлаждающей жидкости, подавая охлаждающую жидкость в трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, в канал 138 охлаждающей жидкости, теплообменник 137 отработавших газов, канал 139 охлаждающей жидкости и, наконец, обратно в канал 171 охлаждающей жидкости. Стрелки 314 указывают общее направление потока охлаждающей жидкости в реверсивный клапан 158 из участка канала 312 охлаждающей жидкости, или наоборот. Кроме того, стрелка 318 указывает общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопроводы 320 в реверсивный клапан 158. Более конкретно, в конфигурации реверсивного клапана, показанной на фиг. 3А и 3В, охлаждающую жидкость подают из канала 139 охлаждающей жидкости, показанного на фиг. 1, в реверсивный клапан 158. Кроме того, в конфигурации реверсивного клапана, показанной на фиг. 3А и 3В, охлаждающую жидкость подают из реверсивного клапана 158 в трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости. Реверсивный клапан 158 дополнительно получает охлаждающую жидкость из канала 170 охлаждающей жидкости и подает охлаждающую жидкость в канал 171 охлаждающей жидкости. Стрелка 316 указывает общее направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости.
Прямой поток охлаждающей жидкости в трубопроводе 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, обозначенный стрелкой 316, перемещает (например, вращает против часовой стрелки) в первое положение заслонку 161 привода соединительного механизма в клапане 146 с заслонкой соединительного механизма 148. Движение заслонки 161 привода соединительного механизма приводит в движение внешние звенья 324 соединительного механизма 148 для изменения положения пластины 143 клапана. Более конкретно, заслонка 161 привода соединительного механизма вращается вокруг первой оси 326. Первая ось 326 соединена со внешними звеньями 324. Для снижения вероятности утечки охлаждающей жидкости из трубопровода 147 с заслонкой охлаждающей жидкости вокруг первой оси 326 предусмотрено первое уплотнение 328. Шарниры 330 соединительного механизма расположены между каждым из внешних звеньев, для обеспечения возможности изменения положения внешних звеньев в ответ на перемещение заслонки 161 привода соединительного механизма. В свою очередь, внешние звенья 324 поворачивают пластину 143 клапана вокруг второй оси 332. Более конкретно, пластина 143 клапана вращается по часовой стрелке, когда пластину переводят в первое положение, представленное на фиг. 3А и 3В. Второе уплотнение 334 предусмотрено вокруг второй оси 332 для снижения вероятности утечки отработавших газов из выпускного канала 122. Кроме того, внешние звенья 324 и шарниры 330 соединительного механизма расположены с внешней стороны выпускного канала 122, трубопровода 126 теплообменника отработавших газов и трубопровода 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, канала 138 охлаждающей жидкости и трубопровода 136 охлаждающей жидкости, для предотвращения непредусмотренного взаимодействия между вышеупомянутыми компонентами.
Как видно на фиг. 3А и 3В, когда клапан 142 теплообменника отработавших газов находится в первом положении и клапан 135 РОГ (EGR), показанный на фиг. 1, открыт, отработавшие газы проходят из трубопровода 126 теплообменника отработавших газов в канал 134 РОГ (EGR) через второй выпуск 132, как обозначено стрелками 336. Однако, следует понимать, что, когда клапан 142 теплообменника отработавших газов находится в первом положении и клапан 135 РОГ (EGR), показанный на фиг. 1, закрыт, отработавшие газы обходят трубопровод 126 теплообменника отработавших газов и проходят через участок 200 выпускного канала 122.
В одном из примеров при работе двигателя в условиях высокой нагрузки (например, при широко открытом дросселе), сопротивление потоку отработавших газов в выпускном коллекторе и/или передача тепла охлаждающей жидкости могут быть избыточными, если большая часть отработавших газов проходит через теплообменник 137 отработавших газов. Поэтому, для уменьшения сопротивления потоку в двигателе и/или передачи тепла охлаждающей жидкости, клапан 142 может быть выполнен с возможностью установления в первом положении при превышении объемным расходом отработавших газов, проходящих через выпускной канал 122, порогового значения. В таком примере формы заслонки 161 привода соединительного механизма и пластины 143 клапана могут быть выбраны таким образом, что давление потока отработавших газов приводит клапан 142 теплообменника отработавших газов в первое положение. Более конкретно, когда поток отработавших газов начинает превышать пороговое значение, давление, которое он оказывает на пластину 143 клапана, передает достаточное усилие соединительному механизму 148 для перемещения заслонки 161 привода соединительного механизма, по меньшей мере, частично в положение, противоположное потоку охлаждающей жидкости в контуре с заслонкой 147. По мере перемещения пластины клапана, она обеспечивает канал для прохождения некоторого количества отработавших газов через выпускной канал 122, и, следовательно, уменьшает сопротивление потоку двигателя, и передачу тепла охлаждающей жидкости.
Узел 145 привода клапана обеспечивает пассивное перемещение клапана 142 теплообменника отработавших газов в первое и второе положения на основе температуры охлаждающей жидкости. Например, клапан 142 теплообменника отработавших газов может быть переведен во второе положение, показанное на фиг. 4А и 4В, при прогреве двигателя, когда температура двигателя ниже порогового значения. С другой стороны, клапан 142 теплообменника отработавших газов может быть переведен в первое положение, показанное на фиг. 3А и 3В, после прогрева двигателя, когда температура двигателя превышает пороговое значение. Узел пассивного привода, сконструированный таким образом, может быть более надежным и менее подверженным поломкам из-за факторов окружающей среды (например, влажности), по сравнению с электронными системами привода.
На фиг. 4А и 4В представлен клапан 142 теплообменника отработавших газов во втором положении. На фиг. 4А и 4В представлены цифровые обозначения компонентов системы 124 двигателя, раскрытой со ссылкой на фиг. 3А и 3В. Однако, повторяющиеся описания компонентов опущены. Восковой двигатель 302 на фиг. 4А и 4В заставил золотниковый клапан 304 линейно переместиться в конфигурацию, соответствующую обратному потоку. Как раскрыто на фиг. 4А и 4В, золотниковый клапан 304 в положении обратного потока направляет охлаждающую жидкость через участки патрубков охлаждающей жидкости, обеспечивающие протекание охлаждающей жидкости из канала 170 охлаждающей жидкости для подачи охлаждающей жидкости в канал 139 охлаждающей жидкости, теплообменник 137 отработавших газов, канал 138 охлаждающей жидкости, в трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, и, наконец, обратно в канал 171 охлаждающей жидкости. В конфигурации, соответствующей обратному потоку, золотниковый клапан 304 направляет охлаждающую жидкость через участки 400 патрубков охлаждающей жидкости, соединенные с трубопроводом 147 с заслонкой охлаждающей жидкости, для реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе 147 с заслонкой охлаждающей жидкости. Стрелки 402 указывают общее направление потока охлаждающей жидкости через участки 400 патрубков охлаждающей жидкости. Стрелка 404 указывает обратное направление потока охлаждающей жидкости через трубопровод 147 с заслонкой охлаждающей жидкости. Таким образом, в конфигурации золотникового клапана 304, соответствующей обратному потоку, показанной на фиг. 4А и 4В, направление потока охлаждающей жидкости, обозначенное стрелкой 404, в трубопроводе 147 с заслонкой охлаждающей жидкости противоположно направлению потока охлаждающей жидкости, обозначенному стрелками 314, в участке 312 канала 138 охлаждающей жидкости. Реверсирование потока охлаждающей жидкости в трубопроводе 147 с заслонкой охлаждающей жидкости оказывает усилие на заслонку 161 привода соединительного механизма для поворота заслонки 161 привода соединительного механизма по часовой стрелке относительно первой оси 326. В свою очередь, поворот заслонки 161 привода соединительного механизма приводит к движению внешних звеньев 324, которые начинают вращать пластину 143 клапана в направлении против часовой стрелки для перевода пластины 143 клапана во второе положение. Как показано на фиг. 4А и 4В, при нахождении пластины 143 клапана во втором положении, отработавшие газы проходят через первый выпуск 130 трубопровода 126 теплообменника отработавших газов в выпускной канал 122 после пластины 143 клапана по ходу потока, что обозначено стрелками 406. Таким образом, тепло отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости двигателя, в то время как охлажденные отработавшие газы могут проходить в компоненты выпускной системы, расположенные далее по ходу потока.
На фиг. 5 показан способ 500 управления работой системы двигателя. Способ 500 может быть реализован в системе двигателя, раскрытой выше со ссылкой на фиг. 1-4В, или в другой подходящей системе двигателя. Более конкретно, в одном из примеров способ 500 может быть реализован посредством клапана теплообменника отработавших газов и соответствующего узла привода клапана, без использования сигналов от контроллера. Однако, в других примерах контроллер может быть использован для подачи управляющих команд компонентам узла привода клапана.
На этапе 502 способ содержит определение того, осуществляется ли работа системы двигателя при первом или втором условии. В одном из примеров первое условие работы может быть при температуре охлаждающей жидкости в канале охлаждающей жидкости, превышающей пороговое значение, и второе условие работы может быть при температуре охлаждающей жидкости в канале охлаждающей жидкости ниже порогового значения. Например, второе условие работы может быть на стадии прогрева двигателя, и первое условие работы может быть на стадии после прогрева двигателя.
На этапе 504 способ содержит, при первом условии работы, перемещение клапана теплообменника отработавших газов в первое положение, при котором пластина клапана перекрывает первый выпуск трубопровода теплообменника отработавших газов, выходящий в выпускной канал. В одном из примеров при первом положении некоторое количество отработавших газов проходит через трубопровод теплообменника отработавших газов во впускную систему.
Перемещение клапана теплообменника отработавших газов в первое положение может содержать этапы 506-510. На этапе 506 способ содержит приведение в действие реверсивного клапана для обеспечения потока охлаждающей жидкости в первом направлении (например, в направлении прямого потока) в трубопровод с заслонкой охлаждающей жидкости. На этапе 508 способ содержит перемещение заслонки привода соединительного механизма в соединительном механизме узла привода клапана в первом направлении, в ответ на поток в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости. На этапе 510 способ содержит передачу механической энергии, вырабатываемой перемещением заслонки привода соединительного механизма, через соединительный механизм пластине клапана, для перевода пластины клапана в первое положение. Более конкретно, в одном из примеров клапан теплообменника отработавших газов может быть переведен в первое положение посредством температурно-зависимого срабатывания воскового двигателя, причем восковой двигатель перемещает золотниковый клапан температурно-зависимого приводного механизма в положение прямого потока.
На этапе 511 способ содержит регулирование клапана РОГ (EGR) для направления части отработавших газов через трубопровод теплообменника отработавших газов и канала РОГ (EGR), или для направления другой части (например, большей части) отработавших газов в обход трубопровода теплообменника отработавших газов. Когда клапан РОГ (EGR) открыт для направления некоторого количества отработавших газов во впуск, оставшаяся часть отработавших газов не проходит через теплообменник отработавших газов, и, вместо этого, обходит теплообменник отработавших газов. Таким образом, приведение клапана РОГ (EGR) могут осуществлять для обеспечения работы РОГ (EGR) или обеспечения прохождения всего потока отработавших газов в обход теплообменника отработавших газов. Следует понимать, что клапан РОГ (EGR) может быть отрегулирован на основе условий работы двигателя. Например, клапан РОГ (EGR) может быть открыт, когда частота вращения двигателя ниже порогового значения и выше порогового значения частоты вращения холостого хода для предотвращения снижения максимальной выходной мощности и неровного холостого хода.
Если система двигателя работает при втором условии работы, на этапе 512 способ содержит перемещение клапана теплообменника отработавших газов во второе положение, при котором пластина клапана перекрывает участок трубопровода отработавших газов между впуском трубопровода теплообменника отработавших газов и первым выпуском. В одном из примеров при втором положении отработавшие газы проходят через трубопровод теплообменника отработавших газов в канал отработавших газов, расположенный ниже по потоку.
Перемещение клапана теплообменника отработавших газов во второе положение может содержать этапы 514-518. На этапе 514 способ содержит приведение в действие реверсивного клапана для реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости. На этапе 516 способ содержит перемещение заслонки привода соединительного механизма в соединительном механизме узла привода клапана во втором направлении, в ответ на обратный поток в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости. На этапе 518 способ содержит передачу механической энергии, вырабатываемой при перемещении заслонки привода соединительного механизма, через соединительный механизм пластине клапана, для перевода пластины клапана во второе положение. В другом примере способ 500 может содержать дополнительный этап увеличения давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, для увеличения скорости приведения в действие клапана теплообменника отработавших газов. Этот дополнительный этап может быть реализован при перемещении клапана теплообменника отработавших газов в первое положение и/или во второе положение. Более конкретно, в одном из примеров способ может дополнительно содержать увеличение давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, для обеспечения приведения в действие клапана теплообменника отработавших газов в случае, когда более высокое давление требуется для преодоления давления отработавших газов, препятствующего приведению в действие клапана теплообменника отработавших газов. В другом примере способ может дополнительно содержать увеличение давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, посредством увеличения частоты вращения насоса охлаждающей жидкости, обеспечивающего поток и давление охлаждающей жидкости. Следует понимать, что в некоторых примерах этапы увеличения давления потока охлаждающей жидкости могут быть реализованы при первом и/или втором условиях работы.
Способ 500 позволяет осуществлять пассивное приведение в действие клапана теплообменника отработавших газов на основе температуры охлаждающей жидкости в двигателе, посредством ряда надежных механических компонентов. Таким образом, могут быть увеличены долговечность и надежность клапана и соответствующего механизма привода. Кроме того, при пассивном приведении в действие клапана теплообменника отработавших газов, когда не требуются алгоритмы ЭБУ (ECU) для управления и калибровки клапана, обеспечивается снижение затрат на разработку и изготовление системы.
На фигурах показаны примеры конфигураций со взаимным расположением различных компонентов. Если элементы показаны в непосредственном контакте друг с другом, или непосредственно соединенными, то такие элементы могут быть упомянуты, соответственно, как непосредственно контактирующие или непосредственно соединенные, по меньшей мере, в одном из примеров. Аналогично, элементы, показанные соседними или смежными друг другу могут быть соседними или смежными друг другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, находящиеся в поверхностном контакте друг с другом, могут называться находящимися в поверхностном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между ними без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере. Согласно иному примеру, элементы, показанные выше/ниже друг относительно друга, с противоположных сторон друг относительно друга или слева/справа друг относительно друга, могут так и быть обозначены, друг относительно друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый высокий элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящей заявки, верх/низ, более высокий/более низкий выше/ниже, могут обозначать положения относительно вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов на фигурах друг относительно друга. По существу, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном примере. В ином примере, формы элементов, показанные на фигурах, могут называться имеющими такие формы (в частности, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, сферические, скошенные, угловые или т.п.). Далее, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может так и называться, согласно одному примеру.
Сущность настоящего изобретения более подробно раскрыта в следующих абзацах. В соответствии с одним из аспектов, предложена система двигателя. Система двигателя содержит клапан теплообменника отработавших газов, содержащий пластину клапана с возможностью приведения в действие, узел привода клапана, регулирующий положение пластины клапана посредством работы соединительного механизма, соединенного с пластиной клапана, и реверсивный клапан, расположенный в канале охлаждающей жидкости, причем реверсивный клапан выполнен с возможностью реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости для инициирования приведения в действие соединительного механизма.
В другом аспекте предложен способ управления работой системы двигателя. Способ содержит, при первом условии работы, перемещение клапана теплообменника отработавших газов в первое положение, в котором пластина клапана перекрывает первый выпуск трубопровода теплообменника отработавших газов, выходящий в канал отработавших газов, причем пластину клапана теплообменника отработавших газов перемещают в первое положение посредством узла привода клапана и реверсивного клапана, расположенного в канале охлаждающей жидкости, причем реверсивный клапан выполнен с возможностью реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости канала охлаждающей жидкости для инициирования приведения в действие соединительного механизма, соединенного с пластиной клапана, и, при втором условии работы, перемещение клапана теплообменника отработавших газов во второе положение, в котором пластина клапана перекрывает участок канала отработавших газов между впуском трубопровода теплообменника отработавших газов и первым выпуском.
В другом аспекте предложена система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Система РОГ (EGR) содержит клапан теплообменника отработавших газов, содержащий пластину клапана с возможностью перевода в первое и второе положение, причем в первом положении пластина клапана перекрывает первый выпуск трубопровода теплообменника отработавших газов, и во втором положении пластина клапана перекрывает участок канала отработавших газов между впуском трубопровода теплообменника отработавших газов и первым выпуском, узел привода клапана, регулирующий положение пластины клапана посредством работы соединительного механизма, соединенного с пластиной клапана, и реверсивный клапан, расположенный в канале охлаждающей жидкости, причем реверсивный клапан выполнен с возможностью реверсирования потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости для инициирования приведения в действие соединительного механизма.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов, пластина клапана выполнена с возможностью перевода в первое и второе положение, в первом положении пластина клапана может перекрывать первый выпуск трубопровода теплообменника отработавших газов, во втором положении пластина клапана может перекрывать участок трубопровода отработавших газов между впуском трубопровода теплообменника отработавших газов и первым выпуском, причем первый выпуск выходит в трубопровод отработавших газов.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов, второй выпуск трубопровода теплообменника отработавших газов может выходить в канал рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR), содержащий клапан РОГ (EGR).
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов, система двигателя может дополнительно содержать теплообменник отработавших газов, содержащий теплообменный элемент, который содержит один или более трубопроводов охлаждающей жидкости, проходящих вокруг трубопровода теплообменника отработавших газов, и теплообменную матрицу, содержащую множество трубок.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов реверсивный клапан может содержать восковой двигатель, выполненный с возможностью перемещения золотникового клапана в реверсивном клапане в положение прямого потока и положение обратного потока.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов система двигателя может дополнительно содержать пружинный механизм, расположенный между восковым двигателем и золотниковым клапаном, причем пружинный механизм выполнен с возможностью уменьшения длительности перевода золотникового клапана между положением прямого потока и положением обратного потока.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов заслонка привода соединительного механизма может быть расположена в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости и может входить в состав соединительного механизма, причем заслонка привода соединительного механизма приводит в движение соединительный механизм для перевода пластины клапана в различные положения в зависимости от направления потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов соединительный механизм может содержать множество внешних звеньев, расположенных между множеством внешних звеньев шарниров звеньев, и осей, соединенных с пластиной клапана и заслонкой привода соединительного механизма.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов первое условие работы может быть при температуре охлаждающей жидкости в канале охлаждающей жидкости, превышающей пороговое значение, и второе условие работы может быть при температуре охлаждающей жидкости в канале охлаждающей жидкости ниже порогового значения.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов в первом положении отработавшие газы могут проходить из трубопровода теплообменника отработавших газов в систему впуска.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов во втором положении отработавшие газы могут проходить из трубопровода теплообменника отработавших газов в расположенный далее по ходу потока канал отработавших газов.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов клапан теплообменника отработавших газов может быть переведен в первое положение посредством температурно-зависимого срабатывания воскового двигателя в реверсивном клапане, причем восковой двигатель перемещает золотниковый клапан в реверсивном клапане в положение прямого потока и положение обратного потока.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов способ может дополнительно содержать, при первом условии работы, открытие клапана рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) в канале РОГ (EGR), соединенном со вторым выпуском трубопровода теплообменника отработавших газов.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов способ может дополнительно содержать увеличение давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, для увеличения скорости приведения в действие клапана теплообменника отработавших газов.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов реверсивный клапан может содержать восковой двигатель, выполненный с возможностью перемещения золотникового клапана в реверсивном клапане в положение прямого потока и положение обратного потока.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов система РОГ (EGR) может дополнительно содержать пружинный механизм, расположенный между восковым двигателем и золотниковым клапаном, причем пружинный механизм выполнен с возможностью уменьшения длительности перевода золотникового клапана между положением прямого потока и положением обратного потока.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов заслонка привода соединительного механизма может быть расположена в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости и может входить в состав соединительного механизма, причем заслонка привода соединительного механизма приводит в движение соединительный механизм для перевода пластины клапана в различные положения в зависимости от направления потока охлаждающей жидкости в трубопроводе с заслонкой охлаждающей жидкости.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов соединительный механизм может содержать множество внешних звеньев, расположенных между множеством внешних звеньев шарниров звеньев, и осей, соединенных с пластиной клапана и заслонкой привода соединительного механизма.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов способ может дополнительно содержать увеличение давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, для обеспечения возможности приведения в действие клапана теплообменника отработавших газов в случае, когда более высокое давление требуется для преодоления давления отработавших газов, препятствующего приведению в действие клапана теплообменника отработавших газов.
В любом из раскрытых в настоящей заявке аспектов или в сочетаниях аспектов способ может дополнительно содержать увеличение давления потока охлаждающей жидкости, подаваемой в реверсивный клапан, посредством увеличения частоты вращения насоса охлаждающей жидкости, обеспечивающего поток и давление охлаждающей жидкости.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Кроме того, одна или более из различных конфигураций системы могут быть использованы в сочетании с одним или несколькими из представленных алгоритмов диагностики. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.