TURBO-CHARGED ENGINE SYSTEM (EMBODIMENTS) AND TURBO-CHARGED ENGINE METHOD
СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ

Область техники
Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам, предназначенным для клапана двигателя.
Уровень техники/Краткое изложение
Конструкции раздельных турбонагнетателей или турбонагнетателей с двойной улиткой могут быть использованы в двигателях с турбонаддувом. Турбонагнетатель с двойной улиткой может содержать впускное отверстие турбины с двумя раздельными патрубками, соединенными с трактами выпускного коллектора. Таким образом, потоки отработавших газов из цилиндров двигателя не смешиваются, в отличие от конструкций, где отработавшие газы различных тактов могут взаимодействовать друг с другом.
Например, в рядном четырехцилиндровом двигателе (I4) с порядком работы цилиндров относительно трактов выпускного коллектора 1-3-4-2, тракты выпускного коллектора 1 и 4 могут быть соединены с первым каналом впускного отверстия турбины с двойной улиткой, а тракты выпускного коллектора 2 и 3 могут быть соединены со вторым каналом впускного отверстия указанной турбины с двойной улиткой, причем второй впускной канал отделен от первого впускного канала и не сообщается по текучей среде с первым впускным каналом. Таким образом, разделение порций отработавших газов в некоторых случаях может приводить к возрастанию эффективности подачи отработавших газов в турбину.
Однако при некоторых условиях работы двигателя разделение порций отработавших газов, как было указано выше, может уменьшать эффективность подачи отработавших газов в турбину. Например, при определенных условиях работы двигателя, например, при высокой частоте вращения и высокой нагрузке, разделение порций отработавших газов может привести к противодавлению и всасыванию отработавших газов в цилиндры. Причиной возрастания противодавления и всасывания отработавших газов в цилиндры может быть более ограниченный, маленький, объем патрубков между источником выхлопов и турбиной при использовании турбины с двойной улиткой, по сравнению с неразделенным патрубком в турбине с одной улиткой. То есть, некоторое количество отработавших газов в цилиндре может увеличивать давление в патрубках меньшего объема по сравнению неразделенными патрубками сравнительно большего объема. Возросшее противодавление может также приводить к накоплению более высоких уровней горячих остаточных газов в цилиндре, что может уменьшить выходную мощность двигателя.
Один пример подхода к уменьшению противодавления и всасывания отработавших газов в цилиндры при использовании турбонагнетателя с двойной улиткой был предложен Стайлсом и др. в патенте США 2014/0219849. В нем система содержит промежуточный соединительный клапан между первой улиткой и второй улиткой в турбокомпрессоре с разделенной (например, двойной) улиткой. В этом примере промежуточный соединительный клапан может быть расположен в области разделительной стенки, отделяющей первую улитку и вторую улитку турбонагнетателя с двойной улиткой. В открытом положении промежуточный соединительный клапан может увеличивать обмен текучей средой между первой улиткой и второй улиткой, а в закрытом положении промежуточный соединительный клапан может уменьшать обмен текучей средой между первой улиткой и второй улиткой. В некоторых примерах каждая улитка может содержать соответствующий перепускной канал и соответствующий перепускной клапан для управления количеством проходящих через турбину отработавших газов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили возможные недостатки в примере подхода, предложенного Стайлсом и др. Например, в этом случае возможны издержки, обусловленные стоимостью, весом и компоновкой и связанные с промежуточным соединительный клапаном, имеющим электрический привод. Кроме того, в этом случае возможна дополнительная нагрузка на систему управления и мониторинга двигателя, когда используются два и более клапана, управляемые вышеупомянутой системой на основе условий работы двигателя.
В одном примере вышеупомянутые недостатки могут быть устранены при помощи системы турбонагнетателя, содержащей первую улитку, вторую улитку, отделенную по текучей среде от первой улитки при помощи разделительной стенки, переходник, соединенный с выпускным отверстием выпускного коллектора, впускным отверстием первой улитки и впускным отверстием второй улитки, и спиральный клапан, установленный внутри переходника с возможностью вращения под воздействием неэлектрического приведения в действие пружины. Таким образом, спиральный клапан может быть приведен в действие в зависимости от условий работы двигателя.
В качестве одного из примеров, спиральный клапан могут повернуть в первое положение в случае уменьшения давления отработавших газов, в этом положении спиральный клапан может поддерживать разделение потоков отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров. Кроме того, спиральный клапан могут повернуть во второе положение при превышении давлением отработавших газов силы упругости пружины, приводящей в движение спиральный клапан, для обеспечения смешивания отработавших газов из первого и второго блоков и уменьшения противодавления на выпуске.
Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые далее раскрываются в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, определяемого исключительно по формуле изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, устраняющими какие-либо указанные выше недостатки или присутствующие в какой-либо части настоящего раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показана схема примера двигателя, содержащего турбонагнетатель с двойной (разделенной) улиткой и промежуточный соединительный клапан.
На фиг. 2 показана конструкция автоматического промежуточного соединительного клапана.
На фиг. 3 показан автоматический промежуточный соединительный клапан в первом положении.
На фиг. 4 показан автоматический промежуточный соединительный клапан во втором положении.
На фиг. 2-4 схемы приведены в приблизительном масштабе, хотя могут использоваться и другие относительные размеры.
На фиг. 5 показан способ управления промежуточным соединительным клапаном.
Подробное описание
Следующее раскрытие относится к системам и способам управления клапаном, в особенности, промежуточным соединительным клапаном ПСК (BCV). ПСК могут соединить с выпускным коллектором и турбиной с двойной улиткой в двигателе, изображенном на фиг. 1. ПСК может представлять собой переходник, содержащий трубку с пластиной спирального клапана, установленной в опорной раме ПСК с возможностью вращения, как показано на фиг. 2. ПСК может представлять собой автоматический ПСК, где ПСК разделяет или смешивает поток отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров двигателя и приводится в движение без электрического привода, но с помощью пружины, соединенной со спиральным клапаном. Пружина может быть отклонена в сторону первого положения для обеспечения разделения отработавших газов между первым и вторым блоками цилиндров, как показано на фиг. 3. При возрастании давления отработавших газов пружина может сжаться, что приведет к повороту ПСК по часовой стрелке во второе положение для того, чтобы позволить смешаться отработавшим газам из первого и второго блоков цилиндров, как показано на фиг. 4. Способ управления ПСК показан на фиг. 5.
Спиральный клапан может содержать разделительную пластину спиральной формы, сформированную тонкой стенкой постоянной толщины и изогнутой вдоль направления движения потока отработавших газов и/или центральной оси патрубка. Изогнутая разделительная пластина может полностью разделять патрубок на два явно выраженных параллельных канала, причем поворот этой спиралеобразной разделительной пластины изменяет режим сообщения между двумя впускными отверстиями и только двумя выпускными отверстиями. Полный угол вращения для изменения сообщения в канале между впускными отверстиями или выпускными отверстиями может быть равен полному статическому углу поворота спиралеобразной разделительной пластины от впускного отверстия до выпускного отверстия. Концы спиралеобразной пластины со стороны впускного отверстия и выпускного отверстия, соответственно, могут попеременно совмещаться с разделительными стенками впускных патрубков и выпускных патрубков, создавая канал для прохождения газов по направлению к спиралеобразной платине и, соответственно, от нее.
На фиг. 1 показана схема двигателя 10, который может входить в состав силовой установки автомобиля. Управление двигателем 10 могут осуществлять, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, и при помощи сигналов управления от водителя 14 автомобиля, поступающих от устройства 16 ввода. Контроллер 12 может быть микрокомпьютером, содержащим микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как следует из схемы, контроллер 12 может получать сигналы от нескольких датчиков (не показанных на схеме), которые могут представлять собой устройства ввода для пользователя и/или датчики (обеспечивающие, например, такие данные как включенная передача, сигнал от педали газа, значение температуры выпускного коллектора, воздушно-топливное отношение, скорость автомобиля, частота вращения двигателя, массовый поток воздуха через двигатель, давление наддува, температура окружающей среды, влажность окружающей среды, температура всасываемого воздуха, сигналы датчиков системы охлаждения и другие). Контроллер 12 может также посылать различные сигналы управления на соответствующие приводы двигателя (не показанные на схеме) для управления работой двигателя на основе сигналов, полученных от датчиков (не показанных на схеме). В этом примере устройство 16 ввода содержит педаль акселератора и датчик 18 положения педали акселератора для генерации пропорционального сигнала ПП (РР) положения педали. Двигатель 10 может быть установлен в автомобиле, таком как дорожное транспортное средство или в транспортном средстве другого типа. Несмотря на то, что пример использования двигателя 10 будет дан со ссылкой на автомобиль, следует понимать, что могут применяться различные типы двигателей и силовых установок транспортных средств, в том числе легковых автомобилей, грузовиков и т.д.
Двигатель 10 может содержать несколько камер сгорания (то есть, цилиндров). Двигатель 10 может содержать камеры сгорания 20, 22, 24 и 26, расположенные линейно и образующие конфигурацию рядного четырехцилиндрового двигателя. Однако следует понимать, что, несмотря на то, что на фиг. 1 показаны четыре цилиндра, двигатель 10 может содержать какое-либо другое количество цилиндров. Например, двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, например, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров в любой конфигурации, например, V-6, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и т.д. Хотя это и не показано на фиг. 1, каждая камера сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с помещенным внутри них поршнем. Поршни могут быть соединены с коленчатым валом с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля, например, при помощи промежуточной системы трансмиссии. Кроме того, мотор стартера может быть соединен с коленчатым валом при помощи маховика для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
Каждая камера сгорания может получать всасываемый воздух от впускного коллектора 28 через воздушный впускной патрубок 30. Впускной коллектор 28 может быть соединен с камерами сгорания через впускные отверстия. Например, на фиг. 1 впускной коллектор 28 показан в соединении с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 через впускные каналы 32, 34, 36 и 38 соответственно. Каждый соответствующий впускной канал может обеспечивать подачу воздуха и/или топлива в соответствующий цилиндр для процесса сгорания.
Каждая камера сгорания может выпускать отработавшие газы через соединенное с ней выпускное отверстие. Например, выпускные отверстия 40, 42, 44 и 46, показанные на фиг. 1, соединены с цилиндрами 20, 22, 24, 26 соответственно. Каждое соответствующее выпускное отверстие может направлять отработавшие газы из соответствующего цилиндра в выпускной коллектор или выпускной патрубок.
Каждое впускное отверстие цилиндра может выборочно сообщаться с цилиндром через впускной клапан. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с впускными клапанами 48, 50, 52 и 54 соответственно. Подобно этому, выпускное отверстие каждого цилиндра может выборочно сообщаться с цилиндром через выпускной клапан. 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 содержать два и более впускных клапанов и/или два и более выпускных клапанов.
Хотя это и не показано на фиг. 1, в некоторых примерах каждым впускным и выпускным клапаном может управлять впускной кулачок и выпускной кулачок соответственно. В качестве альтернативы, одним или несколькими впускными и выпускными клапанами могут управлять при помощи электромагнитной обмотки клапана и узла якоря (не показанных на схеме). Положение впускного кулачка могут определить при помощи датчика впускного кулачка (не показанного на схеме). Положение выпускного кулачка могут определить при помощи датчика выпускного кулачка (не показанного на схеме).
Впускной патрубок 30 может содержать дроссель 64, имеющий дроссельную заслонку 66. Например, положение дроссельной заслонки 66 могут изменять при помощи контроллера 12 и сигнала, подаваемого на электрический мотор или привод в составе дросселя 64, причем такая конфигурация обычно известна как электронное управление дросселем ЭУД (ETC). Таким образом, дросселем 64 могут управлять для изменения количества всасываемого воздуха, подаваемого к камерам сгорания. Положение дроссельной заслонки 66 может быть выбрано контроллером 12 при помощи сигнала положения дросселя ПД (TP), полученного от датчика 68 положения дросселя. Впускной патрубок 30 может содержать датчик 70 массового расхода воздуха МРВ (MAF) и датчик 72 давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) для обеспечения подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12. Один из сигналов МРВ и ДВК может отсутствовать, причем могут использовать только один из датчиков.
На фиг. 1 показано, что топливные инжекторы соединены непосредственно с камерами сгорания для непосредственного впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала впрыска ШИВ (FPW), получаемого, например, от контроллера 12 через электронный преобразователь. Например, топливные инжекторы 74, 76, 78 и 80 показаны на фиг. 1 в соединении с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 соответственно. Таким образом, топливные инжекторы обеспечивают то, что известно как прямой впрыск топлива в камеру сгорания. Каждый соответствующий топливный инжектор могут установить на боковой стороне соответствующей камеры сгорания или, к примеру, на верхней части соответствующей камеры сгорания. В других примерах один или несколько топливных инжекторов могут установить в воздушном впускном коллекторе 28 в конфигурации, известной как впрыск топлива во впускные каналы (например, впускные каналы 32, 34, 36 и 38) выше по потоку от камер сгорания. Хотя это и не показано на фиг. 1, топливные инжекторы могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного от топливного насоса высокого давления (не показанного на схеме) и топливной рампы (не показанной на схеме). В качестве альтернативы, топливо могут подавать одноступенчатым насосом с низким давлением, и в этом случае синхронизация для прямого впрыска топлива может быть более ограничена во время такта сжатия, по сравнению с системой впрыска под высоким давлением. Кроме того, топливный бак может иметь измерительный преобразователь давления, подающий сигнал в контроллер 12. В некоторых примерах топливо могут впрыскивать непосредственно в каждую соответствующую камеру сгорания. Это может быть названо прямым впрыском. В других примерах могут использовать непрямой впрыск.
Камеры сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее. В некоторых примерах бесконтактная система зажигания (не показанная на схеме) может обеспечивать искру зажигания при помощи свечей зажигания, соединенных с камерами сгорания, по команде контроллера 12. Например, свечи зажигания 82, 84, 86 и 88 показаны на фиг. 1 в соединении с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 соответственно.
Как указано выше, впускной патрубок 30 может сообщаться с одним или несколькими цилиндрами двигателя 10. В некоторых конструкциях один или несколько впускных патрубков могут содержать устройство наддува, такое как турбонагнетатель 90. Турбонагнетатель 90 может содержать турбину 92 и компрессор 94, соединенные общим валом 96. Лопатки турбины 92 могут приводиться во вращение вокруг общего вала 96, когда часть потока отработавших газов или выпускной поток из двигателя 10 воздействует на лопатки турбины. Компрессор 94 может быть соединен с турбиной 92 таким образом, что компрессор 94 может приводиться в движение лопатками турбины 92. Во время работы компрессор 94 может направлять сжатый газ в воздушный впускной патрубок 28, откуда газ могут направить в двигатель 10. Скорость турбины 92 может зависеть от одного или нескольких условий работы двигателя. В некоторых примерах скорость вращения турбины 92 могут измерить датчиком. Например, датчик 97 скорости могут соединить с общим валом 96. Сигнал, отображающий скорость, могут направить, например, в контроллер 12.
Турбина 92 может содержать по меньшей мере одну перепускную заслонку для контроля количества воздуха наддува, подаваемого с помощью указанной турбины. В системе с двойной улиткой каждая улитка может использовать общую перепускную заслонку или иметь собственную перепускную заслонку для контроля количества отработавших газов, проходящих через турбину 92. Например, на фиг. 1 первая улитка 100 и вторая улитка 102 содержат каналы 104 и 108 перепускной заслонки соответственно. Поток отработавших газов, проходящий через канал 104 перепускной заслонки, могут контролировать при помощи клапана, такого как первый клапан 140, обсуждаемый ниже, для управления количеством отработавших газов, обходящих турбину 92. Подобным образом, каналом 108 перепускной заслонки могут управлять при помощи второго клапана 142. В одной из конструкций площадь отверстия канала 104 перепускной заслонки могут выбрать равной площади отверстия каждой из улиток, в результате чего, по существу, при определенных условиях, в канал 104 перепускной заслонки могут поступать схожие количества отработавших газов, выходящие из каждой улитки.
Двигатель 10 может использовать систему 98 турбонагнетателя с двойной улиткой (или раздельной улиткой или двухимпульсной), отличающуюся тем, что по меньшей мере два раздельных входных канала отработавших газов проходят внутрь и через турбину 92. Система турбонагнетателя с двойной улиткой может быть выполнена с возможностью разделять отработавшие газы из цилиндров, для которых порции отработавших газов могут взаимодействовать друг с другом во время подачи к турбине 92. Например, на фиг. 1 показаны первая улитка 100 и вторая улитка 102, отличающиеся тем, что как первую улитку, так и вторую улитку могут использовать для подачи отдельного потока отработавших газов к турбине 92. Формы поперечного сечения первой улитки 100 и второй улитки 102 могут отличаться, в том числе, быть круглыми, квадратными, прямоугольными, полукруглыми и т.д.
Например, если четырехцилиндровый двигатель (например, двигатель 14, такой как показано на фиг. 1) имеет порядок работы цилиндров 1-3-4-2 (например, цилиндр 20, цилиндр 24, цилиндр 26, цилиндр 22), то цилиндр 20 может заканчивать такт расширения и открывать выпускные клапаны, в то время как выпускные клапаны цилиндра 22 все еще открыты. В неразделенном выпускном коллекторе или выпускном коллекторе с одной улиткой импульс давления выхлопных газов от цилиндра 20 может помешать способности цилиндра 22 выпустить отработавшие газы. Однако при использовании системы турбонагнетателя с двойной улиткой, отличающейся тем, что выпускные отверстия 40 и 46 из цилиндров 20 и 26 соединены с одним впускным отверстием первой улитки 100, а выпускные отверстия 42 и 44 из цилиндров 22 и 24 соединены с со второй улиткой 102, порции отработавших газов могут быть разделены, а энергия порции газа, вращающего турбину, может быть увеличена. Здесь цилиндры 20 и 26 могут быть отнесены к первому блоку, а цилиндры 22 и 24 могут быть отнесены ко второму блоку. Первый блок может содержать выпускной патрубок 162 первого блока, а второй блок может содержать выпускной патрубок 164 второго блока, где два выпускных патрубка разделены стенкой 166. Газы из первого блока не смешиваются с газами из второго блока выше по потоку относительно переходника 150.
Отработавшие газы, покидающие турбину 92 и/или перепускную заслонку через канал 104 перепускной заслонки, могут проходить через устройство 112 снижения токсичности отработавших газов. Устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может содержать, например, несколько блоков катализаторов. В других примерах может быть использовано несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками. В некоторых конструкциях устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может быть трехрежимным катализатором. В других примерах устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может содержать одно или несколько из следующих устройств: дизельный окислительный нейтрализатор ДОН (DOC), нейтрализатор выборочного каталитического восстановления ВКВ (SCR) и дизельный сажевый фильтр ДСФ (DPF). После прохождения через устройство 112 снижения токсичности отработавших газов, отработавшие газы могут направить в выхлопную трубу 114.
Двигатель 10 может содержать систему 116 рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Система 116 РОГ может подавать часть отработавших газов, покидающих двигатель 10, в воздушный впускной патрубок 30 двигателя. Система РОГ содержит трубопровод 118 РОГ, соединенный с трубопроводом или выпускным патрубком 122, ниже по потоку от турбины 92, и во впускной патрубок 30. В некоторых примерах трубопровод 118 РОГ может содержать клапан 120 РОГ, выполненный с возможностью управления количеством рециркулирующих отработавших газов. Как показано на фиг. 1, система 116 РОГ представляет собой систему РОГ низкого давления, направляющую отработавшие газы из области ниже по потоку от турбины 92 в область выше по потоку от компрессора 94. В некоторых примерах охладитель РОГ (не показанный на схеме) могут поместить вдоль трубопровода 118 РОГ, что может использоваться для уменьшения температуры рециркулирующих отработавших газов. В другом примере систему РОГ высокого давления могут использовать в дополнение или вместо системы РОГ низкого давления. Таким образом, система РОГ высокого давления может направлять отработавшие газы из первой улитки 100 и/или второй улитки 102, выше по потоку от турбины 92, во впускной патрубок 30, ниже по потоку от компрессора 34. Первая улитка 100 и вторая улитка 102 отделены друг от друга разделительной стенкой 101 и не имеют сообщения по текучей среде. Газы в первой улитке 100 не смешиваются с газами во второй улитке 102. Кроме того, при некоторых условиях, первый блок может подавать газы только в первую улитку 100. Подобно этому, при некоторых условиях, второй блок может подавать газы только во вторую улитку 102. В качестве альтернативы, при различных условиях, первый блок и второй блок могут одновременно подавать газы как к первой улитке 100, так и ко второй улитке 102.
При некоторых условиях систему 116 РОГ могут использовать для управления температурой и/или для разбавления воздушно топливной смеси, поступающей в камеры сгорания, обеспечивая тем самым способ управления синхронизацией зажигания во время некоторых режимов сгорания. Кроме того, при некоторых условиях, часть газообразных продуктов сгорания может быть задержана или уловлена в камере сгорания при помощи синхронизации работы выпускного клапана.
В некоторых примерах контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как показано, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, которые могут содержать устройства ввода для пользователя и/или измерительные датчики (получающие такую информацию, как включенная передача, сигнал от педали газа, температура выпускного коллектора, воздушно-топливное отношение, скорость автомобиля, частота вращения двигателя, значение массы воздуха, поступающего в двигатель, температура окружающей среды, влажность окружающей среды, температура всасываемого воздуха, сигналы от датчиков системы охлаждения и другие). Контроллер может также посылать различные сигналы на различные приводы двигателя (не показанные на схеме) для управления работой двигателя на основе сигналов, полученных отдатчиков (не показанных на схеме). В этом примере устройство 16 ввода содержит педаль акселератора и датчик 18 педали акселератора для генерации сигнала ПП (РР), пропорционального положению педали акселератора. Кроме того, на фиг. 1 показано, что контроллер 12 получает различные сигналы отдатчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, описанным выше, в том числе: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 128 температуры; сигнал датчика 130 положения двигателя, например, датчика Холла, измеряющего положение коленчатого вала. Также может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В некоторых примерах датчик 130 положения двигателя генерирует заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, что позволяет определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM). Кроме того, могут использовать различные датчики для определения давления наддува турбонагнетателя. Например, датчик 132 давления могут поместить во впускном патрубке 30 ниже по потоку от компрессора 94 для определения давления наддува. Дополнительно, каждая улитка системы 98 с двойной улиткой может содержать различные датчики для мониторинга условий работы системы с двойной улиткой. Например, первая улитка 100 может содержать датчик 134 отработавших газов, а вторая улитка 102 может содержать датчик 136 отработавших газов. Датчики 134 и 136 отработавших газов могут быть соответствующими датчиками, позволяющими определить воздушно-топливное отношение в отработавших газах, то есть быть такими датчиками, как линейный датчик кислорода или универсальный датчик кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO), бистабильный датчик кислорода в отработавших газах ДКОГ (EGO), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах НДКОГ (HEGO), датчики NOx, НС или СО. В некоторых случаях могут использовать один датчик для определения, например, воздушно-топливного отношения. Вместо датчиков 134 и 136 могут использовать один датчик и могут поместить его, например, ниже по потоку от турбины в трубопроводе или в выпускном патрубке 122.
Каждая улитка может получать отработавшие газы от некоторого набора цилиндров (например, первого блока или второго блока) через соответствующие сегменты выпускного коллектора и заданные впускные отверстия. Отработавшие газы, проходящие из первого блока и второго блока к первой улитке 100 и второй улитке 102, могут быть разделены при помощи переходника 150 (представляющего собой, например, промежуточный соединительный клапан) во время некоторых условий работы двигателя. Как было указано выше, разделение потока отработавших газов (то есть, порций отработавших газов) в первой и второй улитках может увеличить крутящий момент двигателя при низких частотах вращения и уменьшить требуемую продолжительность достижения указанного момента. В результате, во время некоторых условий, таких как нагрузка двигателя при низкой частоте вращения, путем разделения порций отработавших газов (например, первый блок подает газы только в первую улитку 100, а второй блок подает газы только во вторую улитку 102), могут увеличить эффективность подачи потока отработавших газов к турбине. Однако во время некоторых условий работы двигателя разделение порций отработавших газов, как было указано выше, может уменьшить эффективность подачи отработавших газов к турбине. Например, при высокой частоте вращения двигателя и/или высокой нагрузке, разделение порций отработавших газов, как было указано выше, может увеличить противодавление и всасывание отработавших газов в цилиндры, в частности, из-за того, что объем улитки между выпускным клапаном и турбиной является более ограниченным, то есть, он меньше по сравнению с объединенной, одиночной, впускной улиткой турбины. Другими словами, объем отработавших газов, покидающих цилиндр (цилиндры), может повышать давление в большей степени для вышеупомянутой конструкции с двойной улиткой, поскольку разделенные первая улитка и вторая улитка могут иметь относительно меньший объем по сравнению с конструкцией улитки, где улитки или каналы не разделены. В результате, может уменьшиться выходная мощность двигателя.
Увеличение сообщения по текучей среде и переноса текучей среды между отдельными выпускными патрубками во время некоторых условий работы двигателя, таких как высокая частота вращения и/или высокая нагрузка, может позволить увеличить КПД двигателя и выходную мощность. Так, ПСК 150 может смешивать газы, поступающие из первого и второго блоков выше по потоку от первой улитки 100 и второй улитки 102, таким образом, что газы, поступающие в первую улитку 100, проходят из первого и второго блоков, а газы, поступающие во вторую улитку 102, также проходят из первого и второго блоков. Таким образом, ПСК 150 могут использовать для смешивания отработавших газов из первого блока и второго блока. ПСК 150 присоединяют входным концом к выпускному коллектору 41 и выходным концом к турбине 92. Отработавшие газы могут приводить в действие ПСК 150 в зависимости от давления отработавших газов, причем при возрастании давления отработавших газов ПСК 150 смещается в сторону положения без отклонения, позволяя отработавшим газам из первого и второго блоков цилиндров смешаться до поступления в турбину 92.
Как показано в примере конструкции на фиг. 1, ПСК 150 могут установить так, что этот клапан обеспечит подключение к первой улитке 100 и ко второй улитке 102. Таким образом, например, поворот ПСК 150 в сторону второго положения может создать канал для увеличения степени переноса текучей среды между выпускным коллектором 41 и турбиной 92 с двойной улиткой. Кроме того, ПСК 150 могут открыть на заданную величину (например, между первым положением и вторым положением) как для первой, так и для второй улитки таким образом, что смешивание газов в ПСК может быть ограничено требуемым значением. В другом примере ПСК 150 могут полностью или до конца повернуть в одном направлении, в сторону второго положения, таким образом, что большее количество газов из первого блока будет смешиваться с газами из второго блока в ПСК 150, по сравнению с неполным (например, заданным) поворотом ПСК 150.
В еще другом примере поворот ПСК 150 в направлении первого положения может уменьшить смешивание в ПСК 150. В некоторых случаях этот клапан могут полностью или до конца повернуть до первого положения таким образом, что в целом отработавшие газы из первого блока и второго блока не будут смешиваться. Другими словами, по существу, весь поток отработавших газов внутри первой улитки и весь поток отработавших газов внутри второй улитки состоит из газов, поступающих из первого блока и второго блока соответственно.
Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, и использует различные приводы, показанные на фиг. 1, для управления работой двигателя на основе полученных сигналов и записанных в памяти контроллера команд.
На фиг. 2 показан вид сбоку переходника 200. Переходник 200 могут использовать подобно переходнику 150 в конструкции, показанной на фиг. 1. Таким образом, переходник 200 могут соединить с выпускным коллектором (например, выпускным коллектором 41) двигателя (например, двигателя 10) входной стороной 202 и соединить с турбиной с двойной улиткой (например, турбиной 92) выходной стороной 204. Компоненты, обсуждаемые ранее аналогичным образом, пронумерованы здесь для краткости.
Торцы внешней трубки 206 находятся в контакте со стенками выпускного трубопровода выпускного коллектора и турбиной таким образом, что диаметр внешней трубки 206 по существу равен диаметру выпускного трубопровода. Внешняя трубка 206 соединяет по текучей среде выпускной коллектор с турбиной таким образом, что поток отработавших газов может проходить из коллектора через канал, образуемый внешней трубкой 206, а затем в турбину. Отработавшие газы первоначально поступают через входную сторону 208, потом проходят через выходную сторону 204, а затем поступают в турбину. Внешняя трубка 206 закреплена и не имеет возможности вращаться.
Опорная рама 212 находится внутри внешней трубки 206 и содержит переднюю опорную раму 214, заднюю опорную раму 216 и центральную опорную раму 218. Передняя опорная рама 214 находится ближе к выпускному коллектору, а задняя опорная рама 216 находится ближе к турбине. Передняя опорная рама 214 перпендикулярна задней опорной раме 216. И передняя опорная рама 214, и задняя опорная рама 216 проходят через внутренний диаметр внешней трубки 206 и физически соединены с внутренними поверхностями внешней трубки 206. Таким образом, передняя опорная рама 214 и задняя опорная рама 216 являются неподвижными.
Центральная опорная рама 218 присоединена, с возможностью вращения, к центральным приемным отверстиям передней опорной рамы 214 и задней опорной рамы 216. Центральная опорная рама 218 может вращаться внутри приемного отверстия и проходит, по меньшей мере частично, через переднюю опорную раму 214 и заднюю опорную раму 216. Центральная опорная рама 218 проходит вдоль всей длины внешней трубки 206.
Пластина 220 клапана физически соединена с центральной опорной рамой 218 и может вращаться в соответствии с вращением центральной опорной рамы 218. Пластина 220 клапана, по существу, соответствует длине центральной опорной рамы 218. Пластина 220 клапана может вращаться внутри внешней трубки 206 для того, чтобы разделять или смешивать поток отработавших газов, получаемый из выпускного коллектора.
Пластина 220 клапана может создавать два канала внутри внешней трубки 206. Первый канал 208 может сообщаться по текучей среде с верхней стороной 209 пластины 220 клапана. Второй канал 210 может сообщаться по текучей среде с нижней стороной 211 пластины 220 клапана. Первый канал 208 совмещается с выпускным патрубком 162 первого блока и принимает отработавшие газы только от первого блока, когда пластина 220 клапана находится в первом положении. Второй канал 210 совмещается с выпускным патрубком 164 второго блока и принимает отработавшие газы только от второго блока, когда пластина 220 клапана находится в первом положении. Таким образом, пластина 220 клапана совмещается со стенкой 166, и эти два компонента разделяют соответствующие патрубки для прохода текучей среды таким образом, что газы в первом канале не могут проходить во второй канал на противоположную сторону разделителя (например, пластины 220 клапана или стенки 166). Первый канал 208 и второй канал 210 не сообщаются по текучей среде при любом положении пластины 220 клапана. Таким образом, отработавшие газы, контактирующие с верхней стороной 209, не могут контактировать с нижней стороной 211 на протяжении всего прохода через переходник 200.
Кроме того, когда пластина 220 клапана находится в первом положении, первый канал 208 совмещается с первой улиткой 100, а второй канал 210 совмещается со второй улиткой 102, причем пластина клапана совмещается с разделительной стенкой 101. Таким образом, газы, получаемые первой улиткой 100, проходят из первого канала 208, а газы, получаемые второй улиткой 102, проходят из второго канала 210, как будет объяснено более подробно ниже.
Все границы 221 пластины 220 клапана находятся в контакте с внутренними поверхностями внешней трубки 206 и имеют возможность вращаться, контактируя с этими поверхностями. Пластина 220 клапана может вращаться внутри внешней трубки 206, в зависимости от сжатия или распрямления пружины 230, что позволяет, по существу, газам проходить между пластиной 220 клапана и внутренними поверхностями внешней трубки 206 (например, от первого канала 208 до второго канала 210). В качестве примера, внутренние поверхности внешней трубки 206 могут смазать, для того чтобы позволить пластине 220 клапана вращаться, одновременно смягчая поток газов между пластиной 220 клапана и внутренними поверхностями внешней трубки 206.
Тело 220 клапана содержит переднюю часть 222, заднюю часть 224 и центральную часть 226. Центральная часть 226 пластины 220 клапана изогнута таким образом, что передняя часть 222 и задняя часть 224 пластины 220 клапана перпендикулярны друг другу. Центральная часть 226 соединена с передней частью 222, а задняя часть 224 имеет возможность поддерживать контакт с внутренними поверхностями внешней трубки 206 при вращении, на протяжении всей границы 221. Таким образом, центральная часть 226 параллельна передней части 222 в области выше по потоку относительно стороны 202 клапана 200 (например, перпендикулярна задней части 224) и параллельна задней части 224 в области ниже по потоку относительно стороны 204 клапана 200 (например, перпендикулярна передней части 222).
В первом положении передняя часть 222 пластины 220 клапана перпендикулярна передней опорной раме 214 (например, параллельна задней опорной раме 216). Кроме того, передняя часть 222 пластины 220 клапана совмещается с перегородкой, разделяющей поток отработавших газов из первого блока и из второго блока, проходящий в выпускной коллектор, как было указано выше, на фиг. 1. Задняя часть 224 пластины 220 клапана перпендикулярна задней опорной раме 216 и передней части 222 (например, параллельна передней опорной раме 214). Задняя часть 224 совмещается с разделительной стенкой 101, разделяющей первую улитку 100 и вторую улитку 102 в турбине - для того чтобы поддерживать разделение отработавших газов, когда пластина 220 клапана находится в первом положении. Первый канал 208 и второй канал 210 повторяют изгиб пластины 220 клапана по направлению к турбине с двойной улиткой. Когда пластина 220 клапана находится в первом положении, отработавшие газы выталкиваются из выпускного патрубка 162 первого блока через первый канал 208 в первую улитку 100 турбины без смешивания с отработавшими газами из второго блока. Таким же образом, отработавшие газы выталкиваются из выпускного патрубка 164 второго блока, через второй канал 210 во вторую улитку 102 турбины без смешивания с отработавшими газами из первого блока. Таким образом, патрубок 162 первого блока, первый канал 208 и первая улитка 100 сообщаются по текучей среде при одновременном отделении по текучей среде от патрубка 164 второго блока, второго канала 210 и второй улитки 102.
Пластина 220 клапана может приводиться в движение отработавшими газами, выталкиваемыми из двигателя. При условиях работы двигателя, содержащих низкое давление отработавших газов (например, при низкой нагрузке), передняя часть 222 находится в физическом контакте со стопором 228, а пружина 230 полностью распрямлена. Стопор 228 физически соединен с внутренней частью внешней трубки 206 в области выше по потоку относительно стороны 202. Пружина 230 соединена как с передней опорной рамой 214, так и с передней частью 222 пластины 220 клапана.
Пружина 230 отклонена таким образом, что при отсутствии давления отработавших газов, превышающего пороговое значение давления, пружина 230 толкает пластину 220 клапана в первое положение, где передняя часть 222 упирается в стопор 228 в результате вращения пластины 220 клапана в направлении против часовой стрелки. Упомянутое пороговое значение давления может основываться на давлении отработавших газов, способном преодолеть силу упругости (например, отклонения) пружины 230. Находясь в первом положении, пластина 220 клапана направляет отработавшие газы через клапан 200 таким образом, что отработавшие газы из первого блока и второго блока остаются разделенными при движении в турбину с двойной улиткой через первый канал 208 и второй канал 210 соответственно. Таким образом, в данном примере, клапан 200 показан в первом положении.
Во время более высоких нагрузок двигателя, когда давление отработавших газов больше порогового значения давления, пластина 220 клапана может начать вращение вокруг центральной оси 232 в направлении по часовой стрелке в сторону второго положения. Когда пластина 220 клапана начинает вращение, она больше не касается стопора 228, и пружина 230 сжимается еще сильнее. Кроме того, отработавшие газы из первого выпускного патрубка 162 и второго выпускного патрубка 164 могут смешиваться в одном и более первом канале 208 или втором канале 210 в результате вращения пластины 220 клапана и нарушения совмещения компонентов, описанного выше. Например, когда клапан повернут в направлении второго положения, первый канал 208 больше не совмещен с выпускным патрубком 162 первого блока, второй канал 210 больше не совмещен с выпускным патрубком 164 второго блока, а пластина 220 клапана не совмещена со стенкой 166. Первый канал 208 может получать отработавшие газы из выпускного патрубка 162 первого блока и отработавшие газы из выпускного патрубка 164 второго блока в зависимости от величины поворота в направлении второго положения. При возрастании величины поворота увеличивается количество отработавших газов, получаемых из выпускного патрубка второго блока, и уменьшается количество отработавших газов, получаемых из выпускного патрубка первого блока. Второй канал 210 может получать отработавшие газы из выпускного патрубка первого блока и отработавшие газы из выпускного патрубка второго блока в зависимости от величины поворота в направлении второго положения. При возрастании величины поворота (например, больше в направлении второго положения), второй канал 210 может получать увеличенное количество отработавших газов из выпускного патрубка первого блока и уменьшенное количество отработавших газов из выпускного патрубка второго блока. Таким образом, отработавшие газы из первого блока и второго блока могут смешиваться внутри первого канала 208 и второго канала 210, при поддержании разделения отработавших газов в первом канале 208 и отработавших газов во втором канале 210.
Кроме того, когда пластина 220 клапана поворачивается во второе положение, первая улитка 100 и вторая улитка 102 принимают смесь отработавших газов из первого канала 208 и второго канала 210, где смесь отработавших газов состоит из отработавших газов первого блока и второго блока. Кроме того, отработавшие газы из первого канала 208 и второго канала 210 больше не остаются разделенными в виде потоков отработавших газов, поступающих в первую улитку или во вторую улитку. Однако даже когда пластина 220 клапана поворачивается в направлении второго положения, отработавшие газы не проходят в каких либо местах через стенку 166, пластину 220 клапана и разделительную стенку 101.
На фиг. 2 показана изометрическая проекция клапана (например, ПСК), соединенного с выпускным коллектором и турбиной с двойной улиткой. ПСК может поддерживать разделение отработавших газов между первым и вторым блоками цилиндров на пути от выпускного коллектора до турбины с двойной улиткой. Отработавшие газы из первого блока цилиндров могут проходить в первое впускное отверстие турбины с двойной улиткой, когда их направляет ПСК, находясь в первом положении. Подобным образом, отработавшие газы из второго блока цилиндров могут проходить во второе впускное отверстие турбины с двойной улиткой, когда их направляет ПСК, находясь в первом положении. На фиг. 3 показан вид спереди ПСК, находящегося в первом положении.
На фиг. 3 показана изометрическая проекция вида 300 спереди клапана 302 в первом положении. Клапан 302 могут использовать подобно переходнику 200 в конструкции, показанной на фиг. 2, или клапану 150 в конструкции, показанной на фиг. 1. Клапан 302 может представлять собой автоматический ПСК, при этом клапан приводится в движение давлением отработавших газов и не имеет электрического привода. Таким образом, работа двигателя (например, двигателя 10) приводит к автоматическому управлению клапаном 302 без использования каких-либо электрических приводов.
Стрелка 322 указывает направление вправо, а стрелка 324 указывает направление вверх. Стрелки 322 и 324 можно использовать для описания относительных положений и направлений для компонентов внутри клапана 302.
Внешняя трубка 304 удерживает внутри себя пластину 305 клапана при помощи опорной рамы. Опорная рама может содержать переднюю опорную раму 306, центральную опорную раму 308 и заднюю опорную раму (не показанную на чертеже). Заднюю опорную раму заслоняет передняя часть 310 пластины 305 клапана, когда клапан 302 находится в первом положении, как показано. Выше было указано, что передняя опорная рама 306 неподвижна и не может вращаться при вращении пластины 305 клапана. Разделитель, расположенный между выпускными патрубками первого и второго блоков, перпендикулярен передней опорной раме 306 независимо от положения пластины 305 клапана. Центральная опорная рама 308 выполнена с возможностью поворота совместно с пластиной 305 клапана. Таким образом, центральная опорная рама 308 вставлена с возможностью вращения в переднюю опорную раму 306 и заднюю опорную раму.
Пластина 305 клапана содержит переднюю часть 310 и заднюю часть 312. Передняя часть 310 перпендикулярна передней опорной раме 306, а задняя часть 312 параллельна передней опорной раме 306, когда пластина 305 клапана находится в первом положении. Передняя часть 310 перпендикулярна задней части 312 таким образом, что пластина 305 клапана имеет спиральную форму. Вследствие спиральной формы, пластина 305 клапана содержит верхнюю сторону 314 и нижнюю сторону 316. Верхняя сторона 314 соединена по текучей среде с выпускным патрубком первого блока, а нижняя сторона 316 соединена по текучей среде с выпускным патрубком второго блока, когда пластина 305 клапана находится в первом положении. Таким образом, канал, сформированный верхней стороной 314 (например, первый канал 208, показанный на фиг. 2), совмещается с выпускным патрубком первого блока и изгибается таким образом, чтобы направить отработавшие газы из первого блока цилиндров в соответствующее впускное отверстие (например, в первую улитку) турбины с двойной улиткой. Подобным образом, канал, сформированный нижней стороной 316 (например, второй канал 210), совмещается с выпускным патрубком второго блока цилиндров и изгибается таким образом, чтобы направить отработавшие газы из второго блока цилиндров в соответствующее впускное отверстие (например, во вторую улитку) турбины с двойной улиткой без смешивания отработавших газов из второго блока цилиндров с отработавшими газами из первого блока цилиндров.
Пружина 318 физически соединена с передней опорной рамой 306 первым концом и с передней частью 310 вторым концом. Как показано, пружина 318 полностью вытянута и поворачивает пластину 305 клапана в первое положение. Стопор 320 находится радом с верхом передней части 310 для того, чтобы совместить переднюю часть 310 с разделителем, находящимся между выпускным патрубком первого блока и выпускным патрубком второго блока. Пружина 318 сдвигает переднюю часть 310 пластины 305 клапана в направлении стопора 320, в направлении против часовой стрелки, при отсутствии давления отработавших газов, большего, чем сила упругости пружины 318. Конфигурацию пружины 318 могут выбрать таким образом, чтобы сила упругости пружины 318 возрастала при сжатии пружины 318.
Передняя часть 310 может разделять торец клапана 302 на правую полусферу и левую полусферу, когда отработавшие газы из первого блока цилиндров проходят в правую полусферу (например, через первый канал), а отработавшие газы из второго блока цилиндров проходят в левую полусферу (например, через второй канал). Верхняя сторона 314 пластины 305 клапана направляет отработавшие газы в правую полусферу, при этом отработавшие газы движутся в направлении верхней полусферы рядом с задней частью 312 пластины 305 клапана. По существу, все отработавшие газы, поступившие в верхнюю полусферу, проходят из правой полусферы, и, по существу, никакие отработавшие газы не поступают в верхнюю полусферу из левой полусферы, когда пластина 305 клапана находится в первом положении. Нижняя сторона 316 пластины 305 клапана направляет отработавшие газы в левую полусферу, при этом отработавшие газы движутся в направлении нижней полусферы рядом с задней частью 312 пластины 305 клапана. По существу, все отработавшие газы, поступившие в нижнюю полусферу, проходят из левой полусферы, и, по существу, никакие отработавшие газы не поступают в нижнюю полусферу из правой полусферы, когда пластина 305 клапана находится в первом положении. Отработавшие газы в верхней полусфере могут проходить в первое впускное отверстие турбины с двойной улиткой, а отработавшие газы в нижней полусфере могут проходить во второе впускное отверстие турбины с двойной улиткой. В этом случае можно поддерживать разделение отработавших газов из первого блока и второго блока в клапане, но не после прохождения через клапан 302 с пластиной 305 клапана в первом положении.
На фиг. 3 показан клапан в первом положении, которое могут использовать при условиях работы двигателя, содержащих низкое давление отработавших газов (например, при низкой нагрузке). Клапан совмещается с выпускными патрубками первого и второго блоков цилиндров двигателя таким образом, что отработавшие газы из первого и второго блоков цилиндров не смешиваются. Таким образом, поток отработавших газов из первого блока проходит через первый канал клапана в первую улитку турбины без смешивания с потоком отработавших газов из второго блока. Поток отработавших газов из второго блока проходит через второй канал клапана во вторую улитку турбины без смешивания с потоком отработавших газов из первого блока. На фиг. 4 показан клапан во втором положении, где клапан не совмещен с выпускными патрубками первого и второго блоков цилиндров, что позволяет смешиваться отработавшим газам из указанных блоков.
На фиг. 4 показана изометрическая проекция вида 400 спереди клапана 302 во втором положении. Задняя опорная рама 326 видна в конструкции на фиг. 4 благодаря повороту тела 305 клапана, по сравнению с его положением в конструкции на фиг. 3. Разделительная стенка между первой улиткой и второй улиткой турбины перпендикулярна задней опорной раме 326 вне зависимости от положения тела 305 клапана. Когда тело 305 клапана сдвигается в направлении второго положения, пластина 320 клапана, передняя опора 306 и задняя опора 326 смещены относительно друг друга в меньшей степени, что приводит к большему смешиванию отработавших газов из первого и второго блоков в клапане 302.
Движение тела 305 клапана во второе положение предусматривает вращение в сторону от стопора 320, при этом пружина 318 может полностью сжаться. Передняя часть 310 занимает положение между стопором 320 и передней опорной рамой 306. Передняя часть 310 больше не совмещается с задней опорной рамой 326. Подобным образом, задняя часть 312 больше не совмещается с передней опорной рамой 306. Таким образом, передняя часть 310 и задняя часть 312 находятся в повернутом положении относительно передней опорной рамы 306 и задней опорной рамы 326.
Благодаря вращению тела 305 клапана во второе положение, отработавшие газы из первого блока и второго блока могут, по меньшей мере частично, смешиваться в клапане 302. Например, вдоль верхней стороны 314 могут проходить отработавшие газы как из первого блока, так и из второго блока. Подобным образом, вдоль нижней стороны 316 могут проходить отработавшие газы как из первого блока, так и из второго блока. Таким образом, первая улитка и вторая улитка турбины могут получать смесь отработавших газов из первого и второго блоков.
Отработавшие газы, поступающие в первую улитку, могут проходить как вдоль верхней стороны 314 (например, по первому каналу), так и вдоль нижней стороны 316 (например, по второму каналу). Отработавшие газы, проходящие вдоль верхней стороны 314, не могут смешиваться с отработавшими газами, проходящими вдоль нижней стороны 316, однако, отработавшие газы, проходящие вдоль верхней стороны 314 и вдоль нижней стороны 316, могут смешиваться в первой улитке и/или второй улитке.
Верхняя сторона 314 может направлять смесь газов как из нижней, так и из верхней полусферы, когда тело 305 клапана находится во втором положении и, в результате, направляет смесь газов как к первой, так и ко второй улитке. Подобно этому, нижняя сторона 316 может направлять газы как к нижней, так и к верхней полусфере и как к первой, так и ко второй улитке, когда тело 305 клапана находится во втором положении. Однако отработавшие газы, контактирующие с верхней стороной 314 тела 305 клапана, не могут взаимодействовать с отработавшими газами, контактирующими с нижней стороной 316 тела 305 клапана, во время прохождения через клапан 302.
Тело 305 клапана может поворачиваться во второе положение в качестве реакции на возрастание давления отработавших газов. Давление отработавших газов может возрастать при некоторых условиях работы двигателя (например, при возрастании нагрузки двигателя). За счет поворота тела 305 клапана во второе положение могут быть уменьшены потери давления в турбине и насосные потери в двигателе. Кроме того, может быть уменьшено и/или предотвращено противодавление отработавших газов. Дополнительно, отработавшие газы из первого и второго блоков могут быть смешаны в клапане 302 перед поступлением в турбину с двойной улиткой.
На фиг. 1-4 показаны примеры конструкций с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные, соответственно, в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными соответственно, только в качестве примера. Если, например, показано, что компоненты взаимодействуют своими поверхностями друг с другом, то такие элементы могут быть названы находящимися в контакте. В качестве другого примера, элементы, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга и разделенные только незанятым пространством могут быть названы таким образом по меньшей мере в одном примере.
На фиг. 5 показан способ 500 управления клапаном. Клапан могут использовать подобно клапану 302 в конструкции, показанной на фиг. 3 и/или 4, и, как было указано выше, данный клапан представляет собой автоматический клапан, приводимый в движение за счет изменения давления отработавших газов в зависимости от изменения режима работы двигателя. Таким образом, данный клапан не имеет электрического привода.
Способ 500 может быть раскрыт со ссылкой на раскрытые выше компоненты. А именно, это следующие компоненты: двигатель 10, турбина 92, переходник 200, тело 220 клапана, первый канал 208, второй канал 210, верхняя сторона 209, нижняя сторона 211, пружина 230 и стопор 228, показанные на фиг. 1 и 2.
Способ 500 начинается на шаге 502, где способ 500 определяет, оценивает и/или измеряет текущие условия работы двигателя. Текущие рабочие параметры двигателя могут содержать одно или более из следующего: нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, давление отработавших газов, разрежение в коллекторе, скорость автомобиля, РОГ (EGR) и воздушно-топливное отношение.
На шаге 504 способ 500 определяет, превышает ли нагрузка двигателя первое пороговое значение. Первое пороговое значение могут основывать на условиях низкой нагрузки двигателя, когда давление выпускных газов не достаточно для преодоления силы упругости пружины (например, пружины 230), соединенной с клапаном (например, с телом 220 клапана).
Если нагрузка двигателя не больше первого порогового значения, то двигатель может работать при низкой нагрузке, и способ 500 переходит к шагу 506 для поддержания текущих параметров работы двигателя, чтобы клапан мог повернуться в первое положение. Отработавшие газы при низкой нагрузке не могут преодолеть силу упругости пружины. Тело клапана упирается в стопор (например, в стопор 228) в клапане, а пружина полностью распрямлена.
На шаге 508 способ 500 не смешивает отработавшие газы из первого и второго блоков. Как было указано выше, первое положение клапана позволяет поддерживать разделение отработавших газов из первого блока цилиндров и второго блока цилиндров, в результате чего отработавшие газы из первого блока поступают в первую улитку турбины с двойной улиткой через первый канал переходника, а отработавшие газы из второго блока поступают во вторую улитку турбины с двойной улиткой через второй канал переходника. Таким образом, первый канал совмещается своей входной стороной с выпускным отверстием первого блока, а выходной стороной совмещается с первой улиткой турбины. Второй канал совмещается своей входной стороной с выпускным отверстием второго блока, а выходной стороной совмещается со второй улиткой турбины.
В том случае, когда на шаге 504 определяют, что нагрузка двигателя больше первого порогового значения, способ 500 переходит к шагу 510, чтобы определить, превышает ли нагрузка двигателя второе пороговое значение, которое больше первого порогового значения. Второе пороговое значение могут основывать на высокой нагрузке двигателя, когда давление отработавших газов достаточно велико для полного сжатия пружины клапана.
Если нагрузка двигателя не превышает второе пороговое значение, способ 500 переходит к шагу 512, чтобы повернуть клапан в направлении по часовой стрелке для того, чтобы клапан занял положение между первым и вторым положениями. Таким образом, двигатель может работать при средних нагрузках, когда давление отработавших газов достаточно для частичного сжатия пружины, соединенной с клапаном. Таким образом, сила упругости пружины может увеличиться, поскольку сила упругости пружины увеличивается при сжатии пружины.
На шаге 514 способ 500 содержит, по меньшей мере частичное, смешивание внутри клапана отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров. Каналы клапана не полностью совмещаются с выпускными патрубками первого и второго блоков цилиндров, поэтому первый канал и второй канал клапана могут получать отработавшие газы как из первого блока цилиндров, так и из второго блока цилиндров. В результате этого уменьшается падение давления в турбине, и можно уменьшить насосные потери двигателя.
Первый канал может подавать смесь отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров и в первую улитку, и во вторую улитку. Второй канал может подавать смесь отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров и в первую улитку, и во вторую улитку. При повороте клапана ближе ко второму положению, первый канал может подавать увеличенное количество отработавших газов во вторую улитку и уменьшенное количество отработавших газов в первую улитку. Второй канал может подавать увеличенное количество отработавших газов в первую улитку и уменьшенное количество отработавших газов во вторую улитку. Дополнительно или в качестве альтернативы, степень смешивания отработавших газов из первого блока цилиндров и второго блока цилиндров в первом канале и втором канале может увеличиваться, даже когда тело клапана поворачивают во второе положение.
На шаге 510, если нагрузка двигателя больше второго порогового значения, способ 500 переходит к шагу 516 для поворота клапана в направлении по часовой стрелке во второе положение, поскольку давление отработавших газов увеличивается.
Нагрузка двигателя может быть высокой, при этом давление отработавших газов достаточно большое для преодоления силы упругости пружины и, в результате, отработавшие газы полностью сжимают пружину, а клапан поворачивается во второе положение.
На шаге 518 способ 500 смешивает в клапане отработавшие газы из первого и второго блоков перед тем, как отработавшие газы поступят в турбину. Степень смешивания отработавших газов при втором положении клапана больше степени смешивания отработавших газов для случая, когда клапан находится между первым и вторым положениями. Это обусловлено меньшей степенью совмещения между клапаном и выпускными патрубками первого и второго блоков.
Таким образом, переходник с помещенным в нем клапаном может автоматически приводиться в движение в случае изменения давления отработавших газов. При более высоких давлениях отработавших газов клапан поворачивают во второе положение, что позволяет смешиваться отработавшим газам из первого и второго блоков цилиндров, чтобы уменьшить потери давления в турбине и уменьшить насосные потери двигателя. При низких давлениях отработавших газов клапан поворачивают в первое положение и поддерживают разделение отработавших газов из первого и второго блоков цилиндров, чтобы увеличить давление наддува и крутящий момент при низких нагрузках двигателя. Технический эффект от использования автоматического клапана заключается в уменьшении стоимости производства и улучшении характеристик двигателя.
В первом примере система турбонагнетателя содержит первую улитку, вторую улитку, отделенную по текучей среде от первой улитки посредством разделительной стенки, переходник, соединенный с выпускным отверстием выпускного коллектора, впускным отверстием первой улитки и впускным отверстием второй улитки, и спиральный клапан, установленный внутри переходника с возможностью вращения в ответ на неэлектрическое приведение в действие пружины.
В первой реализации первого примера, первый пример может дополнительно или альтернативно содержать то, что неэлектрическое приведение в действие обусловлено давлением отработавших газов.
Во второй реализации первого примера, которая может факультативно содержать первую реализацию, первый пример может дополнительно или альтернативно содержать возможность поворота спирального клапана в первое положение, если давление отработавших газов меньше силы упругости пружины, при этом спиральный клапан выполнен с возможностью поддерживать разделение по текучей среде отработавших газов из первого блока цилиндров и второго блока цилиндров.
В третьей реализации первого примера, которая может факультативно содержать первую и вторую реализации, первый пример может дополнительно или альтернативно содержать возможность поворота спирального клапана во второе положение, если давление отработавших газов преодолевает силу упругости пружины, при этом спиральный клапан позволяет сообщение по текучей среде между отработавшими газами из первого блока цилиндров и отработавшими газами из второго блока цилиндров.
В четвертой реализации первого примера, которая может факультативно содержать с первой по третью реализации, первый пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что переходник дополнительно содержит опорную раму с центральной поворотной частью, физически соединенной со спиральным клапаном, а также переднюю и заднюю опоры, соединенные с центральной частью, причем передняя опора и задняя опора являются неподвижными.
В пятой реализации первого примера, которая может факультативно содержать с первой по четвертую реализации, первый пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что переходник разделен спиральным клапаном на первый канал и второй канал, причем первый канал совмещается с первой улиткой, а второй канал совмещается со второй улиткой, когда спиральный клапан находится в первом положении.
В шестой реализации первого примера, которая может факультативно содержать с первой по пятую реализации, первый пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что первый канал и второй канал не совмещены с первой улиткой и второй улиткой турбины, когда спиральный клапан повернут во второе положение.
В седьмой реализации первого примера, которая может факультативно содержать с первой по шестую реализации, первый пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что отработавшие газы в первом канале поддерживают отделенными от отработавших газов во втором канале на протяжении всей длины переходника.
Во втором примере способ содержит шаги, на которых поддерживают разделение отработавших газов из первого блока и второго блока посредством поворота спирального клапана в первое положение и смешивают отработавшие газы из первого блока и второго блока посредством поворота спирального клапана во второе положение.
В первой реализации второго примера второй пример может дополнительно или альтернативно содержать шаг, на котором пропускают отработавшие газы через переходник, образующий корпус клапана, причем переходник содержит первый канал, герметично изолированный от второго канала.
Во второй реализации второго примера, которая может факультативно содержать первую реализацию, второй пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что клапан в первом положении позволяет прохождение отработавших газов из первого блока в первый канал и в первую улитку турбины без смешивания отработавших газов из первого блока с отработавшими газами из второго блока, причем клапан в первом положении позволяет прохождение отработавших газов из второго блока во второй канал и во вторую улитку турбины без смешивания отработавших газов из второго блока с отработавшими газами из первого блока.
В третьей реализации второго примера, которая может факультативно содержать первую и/или вторую реализации, второй пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что клапан во втором положении позволяет прохождение отработавших газов из первого блока и второго блока как к первому каналу, так и ко второму каналу, причем как первый канал, так и второй канал подает смесь отработавших газов из первого и второго блоков как к первой, так и ко второй улиткам турбины.
В третьем примере система содержит двигатель с первым блоком цилиндров и вторым блоком цилиндров, причем первый блок цилиндров содержит по меньшей мере один цилиндр, а второй блок цилиндров содержит по меньшей мере другой цилиндр, турбонагнетатель, содержащий турбину с двойной улиткой, причем первая улитка и вторая улитка турбины с двойной улиткой постоянно отделены друг от друга разделителем, переходник, соединенный входной стороной с выпускным коллектором двигателя и соединенный выходной стороной с турбиной, причем пластина спирального клапана переходника проходит вдоль всей длины переходника и разделяет переходник на первый канал и второй канал, и пружину, выполненную с возможностью вращать клапан в ответ на неэлектрическое приведение в действие.
В первой реализации третьего примера третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что выпускной коллектор является раздвоенным для размещения в нем выпускного отверстия первого блока цилиндров и выпускного отверстия второго блока цилиндров.
Во второй реализации третьего примера, которая может факультативно содержать первую реализацию, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что внутри переходника отработавшие газы в первом канале не смешиваются с отработавшими газами во втором канале.
В третьей реализации третьего примера, которая может факультативно содержать первую и/или вторую реализации, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что пружина выполнена с возможностью отклонения и поворота пластины спирального клапана в направлении стопора, помещенного внутри переходника.
В четвертой реализации третьего примера, которая может факультативно содержать с первой по третью реализации, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что пружина выполнена с возможностью сжатия при увеличении давления отработавших газов и поворота пластины спирального клапана в сторону от стопора.
В пятой реализации третьего примера, которая может факультативно содержать с первой по четвертую реализации, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что платина клапана дополнительно содержит переднюю часть и заднюю часть, причем передняя часть перпендикулярна задней части.
В шестой реализации третьего примера, которая может факультативно содержать с первой по пятую реализации, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что переходник дополнительно содержит опорную раму с передней опорой, центральной опорой и задней опорой.
В седьмой реализации третьего примера, которая может факультативно содержать с первой по шестую реализации, третий пример может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что передняя и задняя опоры являются неподвижными, а центральная опора выполнена с возможностью поворота и физически соединена с пластиной клапана.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.