СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
OPTIMIZATION METHOD OF ENGINE TURBOCHARGER OPERATION (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам и системам оптимизации эксплуатационных характеристик турбонагнетателя в системе двигателя с наддувом, выполненной с возможностью работы с комбинацией активных и отключенных цилиндров.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Двигатели могут быть выполнены с возможностью работы с изменяемым количеством активных или отключенных цилиндров с целью повышения топливной экономичности с опцией поддержания воздушно-топливного отношения совокупной смеси выхлопа примерно на стехиометрическом уровне. Такие двигатели известны под названием двигателей с отключаемыми цилиндрами (ДОЦ). При этом, в течение существования выборочных условий могут отключать некое количество цилиндров двигателя, причем выборочные условия могут определяться такими параметрами, как окно частоты вращения коленчатого вала/нагрузки двигателя, а также другими разнообразными условиями работы, включающими в себя скорость движения транспортного средства. Система управления ДОЦ может отключать выбранную группу цилиндров, например, определенный ряд цилиндров, управляя некоторым количеством устройств деактивации клапанов, воздействующих на работу впускных и выпускных клапанов цилиндра, или управляя некоторым количеством избирательно деактивируемых топливных форсунок, влияющих на подачу топлива в цилиндры.
Дополнительные улучшения топливной экономичности могут быть достигнуты в двигателях, выполненных с возможностью варьирования эффективного объема двигателя, в которых подачу топлива в некоторые цилиндры пропускают в индексированной комбинации, также называемой «комбинацией с пропуском зажигания в цилиндрах». Один пример двигателя, работающего с пропуском зажигания в цилиндрах, раскрыт Tripathi и др. в документе С.Ш.А. 8,651,091. В нем топливный контроллер двигателя может постоянно ротировать цилиндры, в которые подается топливо, цилиндры, зажигание в которых пропускают, и количество произошедших в цилиндре событий, на протяжении которых используют комбинацию. При пропуске подачи топлива в выбранные цилиндры, активные цилиндры можно эксплуатировать вблизи их оптимального к.п.д. повышая общую эксплуатационную эффективность двигателя. За счет варьирования номеров и числа пропускаемых цилиндров можно создать большое количество вариантов рабочего объема двигателя.
Тем не менее, авторами настоящего изобретения была выявлены потенциальные недостатки таких систем двигателя. В частности, в случае двигателя с наддувом, при отключении одного или нескольких цилиндров могут ухудшаться эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. Это является следствием того, что распределение и частота выхлопных импульсов, испускаемых из активных цилиндров могут влиять на к.п.д. турбины (турбин). Кроме того, на к.п.д. турбонагнетателя может негативно сказываться уменьшение в результате отключения цилиндров объема отработавших газов. Например, в зависимости от зажигания в активных цилиндрах, выхлопные импульсы могут направляться в различные рабочие области турбины, или вообще в разные турбины, что приведет к недостаточному раскручиванию турбины и увеличению турбоямы. Следовательно, может ухудшиться работа турбонагнетателя в переходных режимах. Кроме того, может быть ограничен диапазон нагрузок для конкретной цилиндровой комбинации избирательного отключения. Плюс к тому, длительные промежутки между выхлопными импульсами могут создать условия для замедления вращения турбины, что может перерасти в помпаж компрессора. Авторами настоящего изобретения было выяснено, что на некоторых двигателях может оставаться запас гибкости выбора для еще большей оптимизации цилиндровой комбинации в свете улучшения работы турбонагнетателя.
В одном примере, вышеуказанные недостатки, по меньшей мере, частично, может быть устранены способом эксплуатации двигателя, включающим в себя следующее: в ответ на запрос наддува, селективную деактивацию цилиндровой комбинации клапанных механизмов индивидуальных цилиндров; причем цилиндровую комбинацию выбирают так, чтобы направлять выхлоп из активных цилиндров в одну улитку многоулиточной выпускной турбины. В альтернативных примерах, цилиндровую комбинацию могут также выбирать так, чтобы направлять выхлоп из активных цилиндров в одну турбину многотурбинной системы двигателя (такой как система двигателя с двумя турбонагнетателями). Таким образом, в процессе избирательного отключения цилиндров может быть выбрана цилиндровая комбинация, в которой выхлопные импульсы активных цилиндров ускоряют реакцию турбины.
Например, система двигателя с наддувом может включать в себя одиночную двухулиточную турбину. В ответ на существование условия низкой нагрузки двигателя, по нагрузке двигателя может быть отобран исходный набор комбинаций отключения цилиндров. Отбор цилиндровых комбинаций по нагрузке двигателя может включать в себя выбор числа цилиндров, подлежащих отключению, и числа цилиндров, зажигания в которых будут продолжать происходить, причем число отключенных цилиндров увеличивают при уменьшении нагрузки двигателя. Исходный набор комбинаций далее могут модифицировать по ограничениям, накладываемым условиями ШВНР двигателя, например, удаляя из исходного набора комбинации, ухудшающие показатели ШВНР. В некоторых обстоятельствах, например, при запросе наддува, модифицированный набор цилиндровых комбинаций могут снова модифицировать по критерию влияния цилиндровых комбинаций на к.п.д. турбины. Это может включать в себя отбор из исходного набора той цилиндровой комбинации, которая также повышает к.п.д. турбины, например, направляя выхлопные импульсы из активных цилиндров к одной или двум улиткам турбины, например, только к внутренней, или только к наружной улитке. В альтернативных примерах, могут быть отброшены цилиндровые комбинации, снижающие к.п.д. турбины, а оставшаяся цилиндровая комбинация может быть применена при наличии запроса наддува. То есть, цилиндровая комбинация, отобранная для повышения к.п.д. турбины, может определяться конкретной конфигурацией двигателя с наддувом. При этом, хотя в иллюстрируемом примере предлагается выбрать цилиндровую комбинацию, направляющую выхлопные импульсы активных цилиндров только в одну улитку, в вариантах осуществления с многотурбинным двигателем может быть выбрана цилиндровая комбинация, направляющая выхлопные импульсы только в одну турбину. Таким образом, в течение существования условий отключения цилиндров при наличии запроса наддува, во всех возможных случаях может быть выбрана комбинация отключенных/активных цилиндров, улучшающая эксплуатационные характеристики турбины. Выбирая цилиндровую комбинацию, в которой распределение и частота выхлопных импульсов от активных цилиндров с пользой используются для улучшения эксплуатационных характеристик турбонагнетателя, можно достичь улучшенной работы системы наддува с сохранением полезных результатов отключения цилиндров. Например, избирательно направляя выхлопные импульсы от активных цилиндров только к одной турбине, или только к одной улитке турбины, выбранной турбине, несмотря на снижение объемов отработавших газов, можно обеспечить объем выхлопа, достаточный для улучшения работы этой турбины. То есть, создаются условия для улучшения работы двигателя под наддувом при низких и средних нагрузках с отключением цилиндров. В целом, преимущества, которые дает отключение цилиндров, например, повышение топливной экономичности, могут быть использованы в более широком диапазоне условий работы двигателя с наддувом.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пример осуществления компоновки системы двигателя.
На фиг. 2 показан частичный вид двигателя.
На фиг. 3 схематически показана система двигателя с наддувом, включающая в себя двухпоточную турбину.
На фиг. 4 схематически показана система двигателя с наддувом, включающая в себя две турбины с общим выходом компрессоров.
На фиг. 5 схематически показана система двигателя с наддувом, включающая в себя две турбины с раздельными выходами компрессоров.
На фиг. 6 показаны примеры цилиндровых комбинаций в рядном 4-цилиндровом двигателе и V-образном 8-цилиндровом двигателе.
На фиг. 7 показана высокоуровневая блок-схема регулирования по запросу наддува цилиндровой комбинации двигателя с отключаемыми цилиндрами.
На фиг. 8А показана блок-схема выбора по запросу наддува цилиндровой комбинации двигателя с отключаемыми цилиндрами с системой наддува, включающей в себя двухпоточную турбину.
На фиг. 8В показана блок-схема выбора по запросу наддува цилиндровой комбинации двигателя с отключаемыми цилиндрами с системой наддува, включающей в себя две турбины с общим выходом компрессоров.
На фиг. 8С показана блок-схема выбора по запросу наддува цилиндровой комбинации двигателя с отключаемыми цилиндрами с системой наддува, включающей в себя две турбины с раздельными выходами компрессоров.
Осуществление изобретения
Обеспечиваются способы и системы для регулирования комбинаций отключения цилиндров в двигателе, выполненном с возможностью избирательного отключения цилиндров (здесь также называемой «работой с пропуском зажигания в цилиндрах»), например, таком, как системы двигателя, показанные на фиг. 1 - фиг. 5. С целью улучшения эксплуатационных характеристик турбонагнетателя двигателя, при существовании условий отключения цилиндров, контроллер может регулировать по запросу наддува комбинацию отключения индивидуальных цилиндров. На фиг. 6. показаны примеры цилиндровых комбинаций, которые могут быть применены для ускорения реакции системы наддува в рядном 4-цилидровом и V-образном 8-цилиндровом двигателях. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм, показанный на фиг. 7, для того, чтобы из показанных на фиг. 6 в качестве примера комбинаций отобрать ту комбинацию, которая бы улучшила бы эксплуатационные характеристики турбонагнетателя при отключенных цилиндрах при наличии запроса наддува. Комбинации могут быть выбраны, исходя из конкретной конфигурации турбонагнетателя двигателя, как показано на фиг. 8А - фиг. 8С. Таким образом, преимущества отключения цилиндров могут быть использованы в более широком диапазоне работы с наддувом для двигателей с различными конфигурациями систем наддува.
На фиг. 1 в качестве примера показан двигатель 10, имеющий первый ряд 15а цилиндров и второй ряд 15b цилиндров. В показанном примере, двигатель 10 является двигателем компоновки V-8, имеющим два ряда цилиндров по четыре цилиндра в каждом ряду. Двигатель 10 имеет впускной коллектор 16 с дроссельной заслонкой 20, а также выпускной коллектор 18, связанный с системой 30 снижения токсичности выбросов. Система 30 снижения токсичности выбросов содержит один или несколько каталитических нейтрализаторов и датчиков воздушно-топливного отношения. В качестве одного неограничивающего примера, двигатель 10 может быть являться составной частью движительной системы пассажирского транспортного средства.
Система 10 двигателя может иметь цилиндры 14 с избирательно деактивируемыми впускными клапанами 50 и избирательно деактивируемыми выпускными клапанами 56. В одном примере, впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 56 выполнены с возможностью работы от электрического привода клапанов (ЭПК) посредством электрических исполнительных устройств клапанов индивидуальных цилиндров.
Хотя в иллюстрируемом примере показано, что каждый цилиндр имеет только один впускной клапан и только один выпускной клапан, в альтернативных примерах, каждый из цилиндров может иметь некоторое количество избирательно деактивируемых впускных клапанов и/или некоторое количество избирательно деактивируемых выпускных клапанов.
В течение существования выборочных условий, например, когда от двигателя не требуется максимального крутящего момента, один или несколько цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для избирательного отключения (которое здесь также называется отключением индивидуальных цилиндров). Это может включать в себя избирательное отключение одного или нескольких цилиндров только первого ряда 15а, одного или нескольких цилиндров только второго ряда 15b, или одного или нескольких цилиндров в каждом из первого и второго рядов. Цилиндры одного ряда могут отключаться симметрично или ассиметрично с цилиндрами второго ряда по расположению и количеству.
В процессе отключения, выбранные цилиндры могут отключать, деактивируя клапанные механизмы индивидуальных цилиндров, например, механизмы впускных клапанов, механизмы выпускных клапанов, или механизмы и впускных и выпускных клапанов в сочетании. Клапаны цилиндра могут избирательно деактивировать посредством приводимых в действие гидравлически толкателей (например, толкателей, связанных со штангами толкателей клапанов), посредством приводимых в действие электрически механизмов переключения профилей кулачков, имеющих для деактивирования клапана профиль нулевого подъема, или посредством приводимых в действие электрически клапанных механизмов, связанных с каждым цилиндром.
В альтернативных примерах, система 10 двигателя может иметь избирательно деактивируемые топливные форсунки (прямого впрыска), и выбранные цилиндры могут отключать закрытием соответствующих топливных форсунок, не прекращая работы впускных и выпускных клапанов, чтобы через цилиндры продолжалась прокачка воздуха.
В то время, как выбранные цилиндры отключены, остальные включенные в работу или активные цилиндры продолжают выполнять сжигание горючей смеси за счет того, что в них остаются работать топливные форсунки и клапанные механизмы. Для того, чтобы удовлетворить запрос по крутящему моменту, двигателю приходится выдавать тот же самый крутящий момент на оставшихся работающими цилиндрах. Это требует более высокого давления в коллекторе, результатом чего становятся сниженные потери на перекачку и повышенный к.п.д. двигателя. Кроме того, уменьшенная эффективная площадь поверхности (только оставшихся в работе цилиндров), открытая процессу горения, снижает теплопотери двигателя, улучшая его термический к.п.д.
Цилиндры могут отключать для обеспечения специфической комбинации зажигания (или пропуска зажигания) на основе предназначенного для этой цели алгоритма управления, называемой здесь комбинацией цилиндров. Комбинация цилиндров может включать в себя суммарное число отключаемых (или пропускаемых) цилиндров относительно активных цилиндров. Конкретнее, в выбранных «пропускаемых» цилиндрах зажигания не происходит, в то время как в других «активных» цилиндрах зажигание происходит. В качестве опции, в зависимости от порядка зажигания или истории зажигания выбранной рабочей камеры могут регулировать момент зажигания, связанный с выбранным зажиганием в выбранной рабочей камере. Контроллер 12 двигателя может быть выполнен с подходящей для этой цели логикой, которая описана ниже, для того, чтобы определять схему отключения (или пропуска зажигания) цилиндра в зависимости от условий работы двигателя.
Двигатель 10 может работать на некотором количестве веществ, которые могут доставляться посредством топливной системы 8. Управлять двигателем, по меньшей мере, частично, может система управления, включающая в себя контроллер 12. Контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков 4 (описываемых со ссылкой на фиг. 2) и посылать управляющие сигналы на разнообразные исполнительные устройства 22, связанные с двигателем и/или транспортным средством (как это описано со ссылкой на фиг. 2). В числе разнообразных датчиков могут быть, например, разнообразные датчики температуры, давления и воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер 12 может получать информацию о детонации или преждевременном воспламенении в цилиндре от одного или нескольких датчиков детонации, распределенных по длине блока цилиндров двигателя. Если датчики детонации содержаться в двигателе, то их распределение по длине блока цилиндров может быть симметричным или несимметричным. Кроме того, один или более датчиков детонации могут содержать акселерометры, обнаружители дыма с ионизационной камерой или первичные преобразователи внутрицилиндрового давления.
Контроллер двигателя может содержать генератор управляющих импульсов и секвенсор для определения цилиндровой комбинации по требуемой выходной мощности двигателя при текущих условиях работы двигателя. Например, генератор управляющих импульсов может использовать адаптивное управление с прогнозированием для динамического расчета сигнала управляющего импульса, указывающего на то, зажигание в каких из цилиндров должно происходить и с каким интервалами для получения требуемой выходной мощности (то есть, комбинации зажигания/пропуска зажигания в цилиндрах). Комбинацию зажигания в цилиндрах можно регулировать для получения требуемой выходной мощности без генерирования чрезмерной или ненадлежащей вибрации внутри двигателя. То есть, цилиндровую комбинацию можно выбирать по компоновке двигателя, исходя, например, из того, каким является двигатель - V-образным, рядным, и из количества цилиндров, присутствующих в двигателе и т.п. Исходя из выбранной конфигурации цилиндров, могут быть отрегулированы клапанные механизмы индивидуальных выбранных цилиндров. Так как оптимальный к.п.д. конкретного цилиндра приходится почти на полную выходную мощность, то для снижения выходной мощности можно выбрать менее частое зажигание в цилиндрах. Например, пропуск зажигания в каждом втором цилиндре должен в среднем дать половинную мощность. Распределение событий зажигания по времени сколь возможно равномерно создаст условия для минимизации вибраций, возникающих в результате изменяющегося выходного крутящего момента. То, все ли цилиндры будут включены в комбинацию пропуска зажигания, может зависеть от того, на какую часть требуется снизить выходную мощность, и от других параметров, включающих в себя температуру цилиндра.
Таким образом, регулируя цилиндровую комбинацию клапанных механизмов индивидуальных цилиндров (или топливных форсунок индивидуальных цилиндров), можно обеспечить требуемую выходную мощность двигателя, эксплуатируя меньшее количество цилиндров, но с повышенным к.п.д., что позволит улучшить топливную экономичность.
На фиг. 2 сопроводительных чертежей изображен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10. Двигатель 10 может получать параметры управления от содержащей контроллер 12 системы управления, а также входные сигналы от водителя 130 через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (здесь также называемый «камерой сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского автомобиля через систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 140 через маховик может быть связан стартер.
Цилиндр 14 может принимать свежий воздух через серию впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 кроме цилиндра 14 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных воздушных каналов могут содержать устройство повышения давления, например, турбокомпрессор или механический нагнетатель. Например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, установленную вдоль выпускного канала 148. В случае, если устройство повышения давления выполнено в виде турбонагнетателя, компрессор 174 по меньшей мере частично может получать мощность от выпускной турбины 176 через вал 180. Вдоль впускного канала двигателя может быть обеспечена дроссельная заслонка 20 с дроссельной шайбой 164, предназначенная для регулирования скорости подачи и/или давления свежего воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссельная заслонка 20 может быть расположена по потоку после компрессора 174, или, наоборот, перед компрессором 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы не только от цилиндра 14, но и от других цилиндров двигателя 10. Датчик 128 отработавших газов показан связанным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть выбран одним из разнообразных подходящих датчиков для обеспечения индикация воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейным датчиком кислорода или универсальным или широкодиапазонным датчиком кислорода в отработавших газах (УДКОГ), датчиком кислорода с двумя состояниями или датчиком кислорода в отработавших газах (ДКОГ) (показан на иллюстрации), нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчиком оксидов азота (NOx), НС или СО, например. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным катализатором (ТКК), NOx улавливателем, другим устройством из многообразия устройств снижения токсичности выбросов или сочетанием вышеперечисленных устройств.
Температура отработавших газов может измеряться одним или несколькими датчиками (не показаны) температуры, расположенными в выпускном канале 148. Или же температура отработавших газов может выводиться из параметров работы двигателя, таких как частота вращения коленчатого вала двигателя, нагрузка двигателя, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.п. Кроме того, температура отработавших газов может рассчитываться одним или несколькими датчиками 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов в иных вариантах может оцениваться любым сочетанием вышеперечисленных способов оценки температуры.
Каждый из цилиндров двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан имеющим по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 150 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 156, расположенные в верхней зоне цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней зоне цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 путем приведения в действие кулачка через систему 151 кулачкового привода. Аналогичным образом управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 путем приведения в действие кулачка через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков и могут использовать одну или несколько из следующих систем: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ), систему изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР) и/или систему изменения высоты подъема клапанов (ИВПК) которые может использовать контроллер 12 для варьирования работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками (не показаны) положения клапана и/или датчиками 155, 157 положения распределительного вала соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной и/или выпускной клапан может управляться электрическим приводом клапана. К примеру, цилиндр 14 в альтернативном осуществлении может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом с привлечением систем ППК и/или ИФКР. В иных осуществлениях также возможно, чтобы впускной и выпускной клапаны управлялись общим клапанным приводным механизмом или приводной системой или приводным механизмом или приводной системой переменного клапанного распределения.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая является отношением объемов при нахождении поршня 138 в нижней и верхней мертвой точках. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах с использованием топлива разных видов, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании более высокооктанового топлива или топлива с более высокой латентной энтальпией парообразования. Степень сжатия может также увеличиваться при использовании прямого впрыска вследствие его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может иметь в своем составе свечу 192 зажигания, осуществляющую воспламенение. Система 190 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания (03) в выборочных режимах работы.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими подающими топливо топливными форсунками. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью доставки получаемого из топливной системы 8 топлива посредством топливного насоса высокого давления и топливной рампы. Или же топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, и в этом случае установка момента прямого впрыска топлива на такте сжатия может быть более ограниченной по сравнению с топливной системой высокого давления. Кроме этого, топливный бак может быть оснащен первичным преобразователем давления, подающим сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 166 показана соединенной напрямую с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ-1), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. При этом топливная форсунка 166 осуществляет «прямой впрыск» (в настоящем документе также называемый "ПВ") топлива в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1 топливная форсунка 166 показана расположенной с одной стороны цилиндра 14, альтернативно она может располагаться сверху поршня, например, вблизи расположения свечи 192 зажигания. Из-за меньшей летучести некоторых видов спиртового топлива при таком расположении может улучшаться смешивание и сгорание при эксплуатации двигателя на спиртовом топливе. В другом варианте для улучшения смешивания топливная форсунка может располагаться выше впускного клапана и вблизи него.
Топливная форсунка 170 показана расположенной во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и такая компоновка обеспечивает известный впрыск топлива во впускные каналы (здесь называемый ВТВК) во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать получаемое из топливной системы 8 топливо пропорционально ширине импульса сигнала ИВТ-2, получаемого от контроллера 12 через электронный привод 171. Отметим, что для обеих систем впрыска топлива может использоваться только один из электронных приводов 168 или 171, или же, как показано на иллюстрации, могут использоваться несколько электронных приводов, например, электронный привод для топливной форсунки 166 и электронный привод 171 для топливной форсунки 170.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь различающиеся характеристики. Различие может заключаться в разных размерах, например, одна форсунка может иметь большее по размеру отверстие для впрыска, чем другая форсунка. К различиям, не ограничиваясь перечисленным, можно отнести разные углы впрыска, разные рабочие температуры, различное нацеливание, различные временные установки впрыска, размещение в различных местах. Более того, в зависимости от распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 166 и 170, можно достичь различных эффектов.
Топливо может доставляться к цилиндру обеими топливными форсунками на протяжении одного рабочего цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может доставлять часть совокупного впрыска топлива, сжигаемого в цилиндре 14. То есть, даже для одного события сжигания горючей смеси, впрыскиваемое топливо может впрыскиваться из форсунок распределенного и прямого впрыска в различные моменты времени и с различной длительностью впрыска. Кроме того, для одного и того же события сжигания горючей смеси, за один рабочий цикл могут быть выполнены множественные впрыски подаваемого топлива. Множественные впрыски могут выполняться на такте сжатия, на такте впуска, или в любом приемлемом сочетании впрысков на этих тактах.
Как описано выше, на фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. То есть, каждый цилиндр может аналогично включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может включать в себя любое приемлемое количество цилиндров, то есть, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может включать в себя некоторые или все из разнообразных компонентов, изображенных на фиг. 2 и описанных для цилиндра 14.
Двигатель может также содержать один или более каналов рециркуляции отработавших газов (РОГ), предназначенных для возвращения части отработавших газов с выпуска двигателя на впуск двигателя. Тем самым, рециркулируя некоторую часть отработавших газов, можно влиять на степень разбавления в двигателе, что может улучшить эксплуатационные характеристики двигателя за счет уменьшения детонации, пиковых температур и давлений сжигания горючей смеси в цилиндре, потерь на дросселирование и выбросов NOx. В показанном примере, отработавшие газы могут рециркулировать из выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 РОГ. Объем отработавших газов, рециркулируемых во впускной канал 144, может варьироваться контроллером 12 посредством клапана 143 РОГ. Кроме того, внутрь канала РОГ может быть помещен датчик 145 РОГ, сообщающий информацию об одном или более из давления, температуры и концентрации отработавших газов.
Контроллер 12 на фиг. 2 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде чипа постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, и эти сигналы могут включать в себя: сигнал массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 измеренного массового расхода воздуха воздухозабора; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) отдатчика 116, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя (ПД) отдатчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Другие возможные датчики могут включать в себя датчики уровня топлива и датчики состава топлива, связанные с топливным баком (баками) топливной системы.
Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 106 для реализации способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
Показанные на фиг. 1 и фиг. 2 системы двигателя могут эксплуатировать с отключением цилиндров в определенной комбинации, что может влиять на эксплуатационные характеристики турбонагнетателя за счет снижения объемов выхлопа. Могут подбирать комбинацию, оптимизирующую работу турбонагнетателя, и комбинации могут быть разными для разных систем двигателей с наддувом, например, двигателей конфигураций, показанных на фиг. 3 - фиг. 5. Например, как будет подробно описано далее по тексту, на выбор комбинации могут влиять количество и характеристики турбин, а также конфигурация выходов компрессора.
На фиг. 3 схематически изображена могущая входить в состав движительной системы автомобиля система 300 двигателя с наддувом, включающая в себя двухпоточную или двухулиточную турбину 392. Управление двигателем 301, по меньшей мере, частично, может осуществляться содержащей контроллер 341 системой управления и водителем 305, подающим входной сигнал через устройство 303 ввода. В приведенном примере устройство 303 ввода содержит педаль акселератора и датчик 307 положения педали, предназначенный для выработки пропорционального сигнала (ПП) положения педали.
Двигатель 301 может содержать некоторое количество камер сгорания (то есть, цилиндров). В показанном на фиг. 3 примере, двигатель 301 содержит камеры 321, 323, 325 и 327 сгорания, скомпонованные в рядной 4-цилиндровой конфигурации. Тем не менее, следует понимать, что хотя на фиг. 3 показаны четыре цилиндра, двигатель 301 может содержать любое количество цилиндров в любой конфигурации, например, V-8, V-6, I-6, V-12, в конфигурации с 4-мя оппозитными цилиндрами и т.д. На фиг. 3 может быть представлен любой из рядов V-образного 8-цилиндрового двигателя.
Хотя это и не показано на фиг. 3, каждая камера сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 301 может содержать стенки камеры сгорания и расположенный между ними поршень. Поршни могут быть связаны с коленчатым валом таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршней преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства, например, через систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 301, с коленчатым валом через маховик может быть связан стартер.
Каждая камера сгорания может принимать поступающий из впускного канала 319 впускной воздух через впускной коллектор 309. Впускной коллектор 309 может быть связан с камерами сгорания через впускные окна. Например, на фиг. 3 впускной коллектор 309 показан связанным с цилиндрами 321, 323, 325 и 327 через впускные окна 311, 313, 315 и 317 соответственно. Каждое конкретное впускное окно может подавать в свой соответствующий цилиндр воздух и/или топливо для сжигания.
Каждая камера сгорания может выпускать газы горения через связанное с ней выпускное окно. Например, на фиг. 3 выпускные окна 331, 333, 335 и 337 показаны связанными с цилиндрами 321, 323, 325 и 327 соответственно. Каждое конкретное выпускное окно может направлять отработавшие газы горения из своего цилиндра в выпускной коллектор или выпускной канал. В настоящем примере выпускной коллектор является разветвленным выпускным коллектором, в котором выпускные окна определенных цилиндров направляют выхлоп в разные секции коллектора. В представленном примере, выпускные окна 331 и 337 направляют отработавшие газы горения цилиндров 321 и 327 в секцию 365 выпускного коллектора, а выпускные окна 333 и 335 направляют отработавшие газы горения цилиндров 323 и 325 в секцию 367 выпускного коллектора. В альтернативных примерах, каждое из выпускных окон 331, 333, 335 и 337 может направлять отработавшие газы горения из соответствующего цилиндра в общий, неразветвленный выпускной коллектор. Впускное окно каждого цилиндра может избирательное сообщаться с цилиндром посредством впускного клапана. Например, цилиндры 321, 323, 325 и 327 на фиг. 3 показаны со впускными клапанами 348, 350, 352 и 354 соответственно. Аналогичным образом, выпускное окно каждого цилиндра может избирательное сообщаться с цилиндром посредством выпускного клапана. Например, цилиндры 321, 323, 325 и 327 на фиг. 3 показаны с выпускными клапанами 356, 358, 360 и 362 соответственно. В некоторых примерах, каждая камера сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Хотя это и не показано на фиг. 3, в некоторых примерах каждый из впускных и выпускных клапанов может приводиться в движение кулачком впускного клапана и кулачком выпускного клапана. Альтернативно, один или несколько впускных и выпускных клапанов может приводиться в движение электромагнитно управляемым узлом катушки с сердечником. Положение кулачка впускного клапана может определяться датчиком кулачка впускного клапана. Положение кулачка выпускного клапана может определяться датчиком кулачка выпускного клапана.
Впускной канал 319 может содержать дроссельную заслонку 364, имеющую дроссельную шайбу 366. В данном конкретном примере, положение дроссельной шайбы 366 может варьироваться контроллером 341 посредством сигнала, подаваемого электромотору или исполнительному устройству, входящему в состав дроссельной заслонки 364, причем эта конфигурация обычно называется электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссельная заслонка 364 может приводиться в движение для варьирования подачи впускного воздуха в камеры сгорания. Положение дроссельной шайбы 366 может подаваться в контроллер 341 в виде сигнала ПД, поступающего от датчика 368 положения дроссельной заслонки. Впускной канал 319 может содержать датчик 370 массового расхода и датчик 372 давления воздуха в коллекторе, предназначенные для подачи в контроллер 341 соответствующих сигналов МРВ и ДВК.
На фиг. 3 топливные форсунки показаны связанными напрямую с камерами сгорания для впрыска топлива непосредственно в них пропорционально ширине импульса сигнала ИВТ, получаемого от контроллера 341 через электронный привод. Например, топливные форсунки 374, 376, 378 и 380 на фиг. 3 показаны связанными с цилиндрами 321, 323, 325 и 327 соответственно. При этом топливные форсунки осуществляют так называемый «прямой впрыск» топлива в камеру сгорания. Каждая из соответствующих топливных форсунок может быть расположена сбоку соответствующей камеры сгорания, или же наверху соответствующей камеры сгорания. В некоторых примерах, одна или более топливных форсунок могут быть расположены во впускном коллекторе в конфигурации, обеспечивающей так называемый «распределенный впрыск» во впускные окна выше по потоку от камер сгорания. Хотя это и не показано на фиг. 3, топливо к топливным форсункам может доставляться топливной системой, включающей в себя топливный бак, топливный насос, топливопровод и топливную рампу.
Камеры сгорания двигателя 301 могут эксплуатироваться в режиме компрессионного воспламенения, с искрой зажигания, или без искры зажигания. В некоторых примерах, по команде контроллера 341 бесконтактная система зажигания (не показана) может подавать искру зажигания на свечи зажигания, связанные с камерами сгорания. Например, свечи 382, 384, 386 и 388 зажигания на фиг. 3 показаны связанными с цилиндрами 321, 323, 325 и 327 соответственно.
Двигатель 301 может содержать турбонагнетатель 390. Турбонагнетатель 390 может содержать выпускную турбину 392 и впускной компрессор 394, соединенные друг с другом на общем валу 396. Лопасти выпускной турбины 392 могут быть вынуждены вращаться вокруг общего вала, когда часть потока отработавших газов, выходящего из двигателя 301, напирает на лопасти турбины. Впускной компрессор 394 может быть соединен с выпускной турбиной 392 таким образом, что компрессор 394 может приводиться в действие тогда, когда лопасти выпускной турбины 392 вынужденно вращаются. При приведении его в действие, компрессор 394 может затем направлять находящийся под давлением газ во впускной воздушный коллектор 309, откуда его можно направить в двигатель 301. Таким образом, турбонагнетатель 390 может быть выполнен с возможностью подачи находящегося под давлением заряда воздуха на впуск двигателя.
Турбонагнетатель 390 может быть выполнен в виде многоулиточного турбонагнетателя, в котором выпускная турбина содержит некоторое количество улиток. В иллюстрируемом осуществлении, выпускная турбина 392 содержит две улитки, то есть первую улитку 395 и вторую улитку 397. Первая улитка может быть наружной улиткой, а вторая улитка может быть внутренней улиткой. Альтернативно, улитки могут располагаться поперечно друг другу. Улитки могут называться высокопоточной улиткой и низкопоточной улиткой, причем высокопоточная улитка является той улиткой, которая ускоряет реакцию турбины в условиях высокого расхода, а низкопоточная улитка является той улиткой, которая ускоряет реакцию турбины в условиях низкого расхода. В одном примере, низкопоточной улиткой является наружная улитка, а высокопоточной улиткой является внутренняя улитка. В другом примере, низкопоточной улиткой является внутренняя улитка, а высокопоточной улиткой является наружная улитка.
Каждая улитка может принимать отработавшие газы от своего набора цилиндров через свои секции выпускного коллектора и свои входы. В частности, отработавшие газы от цилиндров 321 и 327 могут протекать вдоль по первому входному пути 302 отработавших газов в первую наружную улитку 395, а выхлоп от цилиндров 323 и 325 может протекать по второму входному пути 304 отработавших газов во вторую внутреннюю улитку 397. Кроме того, секции 365 и 367 выпускного коллектора связывать между собой до турбины может патрубок 369 с соединительным клапаном 371. В такой ситуации выхлоп из всех цилиндров может быть направлен на каждую из улиток, создавая условия для повышения выходной мощности турбины. В некоторых осуществлениях, в первом входном пути 302 отработавших газов между выпускным коллектором 329 и входом первой внутренней улитки 397 может быть установлен улиточный клапан 306. При этом выпускная турбина 392 имеет конфигурацию двухпоточной турбины. Как рассматривается далее по тексту, количество направляемых к турбине отработавших газов можно варьировать, регулируя положение улиточного клапана 306. При этом улиточный клапан не связан с выходом второй внутренней улитки.
Между входом и выходом турбины 392 может быть предусмотрен регулятор 310 давления наддува. В частности, регулятор 310 давления наддува может содержаться в байпасе 308, установленном между входом и выходом выпускной турбины. За счет регулирования регулятора 310 давления наддува можно управлять давлением наддува, вырабатываемым турбиной. Хотя в иллюстрируемом примере байпас 308 связывает секцию 367 выпускного коллектора с выходом турбины, в альтернативном примере, байпас 308 дополнительно или альтернативно может связывать с выходом турбины секцию 365 выпускного коллектора.
Отработавшие газы также можно рециркулировать из одной или обеих секций 365, 367 выпускного коллектора (показана рециркуляция только из секции 365) во впускной канал 319 через канал 328 рециркуляции отработавших газов (РОГ). Канал 328 РОГ может содержать клапан 330 РОГ, предназначенный для регулирования подачи РОГ, а также охладитель РОГ, предназначенный для регулирования температуры потока РОГ, подаваемого на впуск двигателя.
Покидающие выпускную турбину 392 и/или регулятор 310 давления наддува отработавшие газы могут пропускать через устройство 312 снижения токсичности выбросов. Устройство 312 снижения токсичности выбросов в одном примере может содержать несколько блоков носителя каталитического нейтрализатора. После прохождения через устройство 312 снижения токсичности выбросов отработавшие газы могут быть направлены в выхлопную трубу.
В некоторых примерах контроллер 341 может быть обычным микрокомпьютером, содержащим: микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство только для чтения, оперативное запоминающее устройство с произвольным доступом, энергонезависимое запоминающее устройство и обычную шину данных. На фиг. 3 контроллер 341 показан принимающим разнообразные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 301, дополнительно к рассмотренным выше сигналам от датчиков, указанных на фиг. 2. Используя входные сигналы от разнообразных датчиков, контроллер 341 имеет возможность выполнять разнообразные управляющие алгоритмы и приводить в действие одно или более исполнительных устройств двигателя. Среди исполнительных устройств, в дополнение к тем, которые были рассмотрены со ссылкой на фиг. 2, можно назвать, например, впускную дроссельную заслонку 364, клапаны 320 и 330 РОГ, регулятор 310 давления наддува и улиточный клапан 306.
Таким образом, регулируя улиточный клапан 306 по условиям работы двигателя, турбину можно эксплуатировать в различных режимах, расширяя динамический диапазон, в котором турбонагнетатель сможет обеспечивать наддув. Например, турбонагнетатель можно эксплуатировать в первом режиме с закрытым улиточным клапаном (например, полностью закрытым) в выборочных условиях, таких так низкая частота вращения коленчатого вала двигателя, в процессе холодных запусков двигателя и в ответ на повышение запрашиваемого крутящего момента. При работе в первом режиме с закрытым улиточным клапаном турбина ведет себя как малая одноулиточная турбина, обеспечивая ускоренное раскручивание и среднее эффективное давление на поршень (ВМЕР). При этом, закрытие улиточного клапана перекрывает поток выхлопа в первую улитку. Пуск потока выхлопа только через одну из улиток повышает давление в выпускном коллекторе и давление на входе турбины (а также противодавление двигателя). При поднятии давления протекающего через турбину выхлопа повышаются частота вращения и мощность турбины, особенно при работе двигателя на малых частотах вращения коленчатого вала и в переходных режимах работы. При координации с регулировками регулятора давления наддува, а также с одной или обеими системами РОГ (для обеспечения полезного эффекта охлажденной РОГ), можно значительно уменьшить время, требуемое для достижения требуемого крутящего момента и раскручивания турбины. Еще более существенных улучшений эксплуатационных характеристик турбины можно достичь, если закрыв улиточный клапан, эксплуатировать двигатель с избирательным отключением цилиндров.
В другом примере, в выборочных условиях, турбонагнетатель могут эксплуатировать во втором режиме с открытым улиточным клапаном (например, полностью открытым). При работе во втором режиме с открытым улиточным клапаном турбина ведет себя как большая одноулиточная турбина, обеспечивая улучшенную пиковую мощность. При этом, открытый улиточный клапан заставляет выхлоп протекать как через первую, так и через вторую улитки. Падающее в результате этого давление в выпускном коллекторе позволяет затягивать на впуск двигателя больше свежего воздуха. Увеличение потока через турбину также усиливает действие, приводящее турбину в движение. При координации с регулировками регулятора давления наддува, а также с одной или обеими системами РОГ улучшается работа двигателя с наддувом, стехиометрическое окно расширяется, и достигается полезный эффект в экономии топлива от охлаждения РОГ. Еще более существенных улучшений эксплуатационных характеристик можно достичь, если закрыв улиточный клапан, эксплуатировать двигатель с избирательным отключением цилиндров.
Хотя для вышеописанных режимов говорится либо о полностью закрытом, либо о полностью открытом улиточном клапане, следует понимать, что в других возможных режимах, в зависимости от условий работы двигателя, улиточный клапан может быть отрегулирован в любое (переменное) положение между состояниями полного открытия и полного закрытия. Например, в зависимости от условий работы двигателя, улиточный клапан можно открывать или закрывать с некоторым шагом (например, с шагом 20%).
В течение существования условий, когда система 300 двигателя работает с отключением цилиндров, как описывается далее по тексту со ссылкой на фиг. 7, можно подобрать цилиндровую комбинацию, ускоряющую реакцию турбины. Например, можно подобрать такую возможную цилиндровую комбинацию, в которой распределение и частота выхлопных импульсов от цилиндров, в которых происходит зажигание, концентрировались бы только на одной из улиток 395, 397, как подробно описывается далее по тексту со ссылкой на фиг. 8А. Рассматривая пример системы двигателя, показанный на фиг. 3, регулировкой улиточного клапана 306 поток выхлопа может быть направлен только к одной из улиток 395, 397 при том, что будет выбрана цилиндровая комбинация, концентрирующая циклы зажигания в цилиндрах, соединенных с одной из улиток.
На фиг. 4 схематически показан пример системы 400 двигателя с турбонаддувом, содержащей двигатель 401 внутреннего сгорания с двумя турбонагнетателями 420 и 430 с соединенными друг с другом выходами 446 и 448 компрессоров. В качестве одного неограничивающего примера, система 400 двигателя может входить в состав движительной системы пассажирского транспортного средства. Система 400 двигателя может принимать впускной воздух через впускной канал 440. Впускной канал 440 может содержать воздушный фильтр 456 и дроссельный клапан 441 РОГ. Система 400 двигателя может быть разветвленной системой двигателя, в котором впускной канал 440 ниже по потоку от дроссельного клапана 441 РОГ разветвляется на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый из которых содержит компрессор турбонагнетателя. В частности, по меньшей мере часть впускного воздуха направляется к компрессору 422 турбонагнетателя 420 по первому параллельному впускному каналу 442, и по меньшей мере другая часть впускного воздуха направляется к компрессору 432 турбонагнетателя 430 по второму параллельному впускному каналу 444 впускного канала 440.
Первую порцию суммарного объема впускного воздуха, сжатую компрессором 422, можно подать во впускной коллектор 460 по первому параллельному выходу 446 компрессора. При этом впускной канал 442 и выход 446 компрессора сформируют первую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Аналогичным образом, вторую порцию суммарного объема впускного воздуха, можно сжать компрессором 432, и затем подать во впускной коллектор 460 по второму параллельному выходу 448 компрессора. При этом впускной канал 444 и выход 448 компрессора сформируют вторую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Как показано на фиг. 4, впускной воздух из выходов 446 и 448 компрессоров можно воссоединить в общем впускном канале 449, перед тем как впускной воздух попадет во впускной коллектор, откуда уже может быть подан в двигатель.
В некоторых примерах, впускной коллектор 460 может содержать датчик 482 давления во впускном коллекторе для оценивания ДВК, или датчик 483 температуры во впускном коллекторе для оценивания температуры воздуха в коллекторе (ТВК), причем каждый из датчиков обменивается информацией с контроллером 12. Во впускном канале 449 может содержаться охладитель 455 воздуха и/или дроссельная заслонка (например, такая, как второй дроссельный клапан 458). Положение дроссельного клапана 458 может регулироваться системой управления посредством исполнительного устройства (не показано), с возможностью обмена информацией связанного с контроллером 12. Может быть предусмотрен противопомпажный клапан 452 для избирательного обхода ступеней компрессора турбонагнетателей 420 и 430 по перепускному каналу 451. В одном примере, противопомпажный клапан 452 может открываться для пропускания потока по перепускному каналу 451 тогда, когда давление впускного воздуха выше по потоку от компрессора достигает своей пороговой величины.
Двигатель 401 может включать в себя некоторое количество цилиндров 414. В показанном примере, двигатель 401 содержит восемь цилиндров, расположенных в V-образной конфигурации. В частности, восемь цилиндров расположены в два ряда 413 и 415 по четыре цилиндра в каждом ряду. В альтернативных примерах, двигатель 401 может содержать два и более цилиндров, например, 4, 5, 6, 10 или более цилиндров. Эти разнообразные цилиндры могут быть разделены на равные количества и скомпонованы в иных конфигурациях, например, V-образной, однорядной, прямоугольной и т.д. Каждый из цилиндров 414 может быть выполнен с топливной форсункой 466. В показанном примере топливная форсунка 466 является топливной форсункой прямого впрыска в цилиндр. Тем не менее, в другом примере, топливная форсунка 466 может быть выполнена как форсунка распределенного впрыска во впускные каналы.
Впускной воздух, подаваемый в каждый цилиндр 414 (здесь также называемый камерой 414 сгорания), через общий впускной канал 449, может быть использован для сжигания топлива, а продукты сгорания после этого могут выводиться через параллельные выпускные каналы, специфичные для каждого ряда. В показанном примере, первый ряд 413 цилиндров двигателя 401 может выводить продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 417, а второй ряд 415 цилиндров может выводить продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 419. Каждый из первого и второго параллельных выпускных каналов 417 и 419 также может содержать турбину турбонагнетателя. В частности, продукты сгорания, выпускаемые через выпускной канал 417, могут быть направлены через выпускную турбину 424 турбонагнетателя 420, что, в свою очередь, может обеспечить механическую работу для компрессора 422 через вал 426 для сжатия впускного воздуха. Альтернативно, все отработавшие газы, или только некоторая часть отработавших газов, текущих через выпускной канал 417, может быть пущена в обход турбины 424 через перепускной канал 423 турбины под управлением регулятора 428 давления наддува. Аналогичным образом, продукты сгорания, выводимые через выпускной канал 419, могут направляться через выпускную турбину 434 турбонагнетателя 430, который, в свою очередь может обеспечить механическую работу для компрессора 432 через вал 436 для обеспечения сжатия впускного воздуха, проходящего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Альтернативно, все отработавшие газы, или некоторая часть отработавших газов, протекающих через выпускной канал 419, может быть пущена в обход турбины 434 через перепускной канал 433 турбины под управлением регулятора 438 давления наддува. В некоторых примерах, некоторое количество выпускных каналов может быть связано с конкретными группами цилиндров 414. Каждый выпускной канал может направлять выхлоп группы цилиндров к одному или нескольким конкретным компонентам системы 400 двигателя.
В некоторых примерах выпускные турбины 424 и 434 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, причем контроллер 12 может регулировать положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины для изменения уровня энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой компрессору соответствующей турбины. В альтернативном варианте, выпускные турбины 424 и 434 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией сопла, и контроллер 12 сможет регулировать положение сопла турбины для того, чтобы изменять уровень энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой компрессору соответствующей турбины. К примеру, система управления может быть выполнена с возможностью независимого изменения пространственного положения лопатки или сопла выпускных турбин 424 и 434 посредством соответствующих исполнительных устройств. В альтернативных примерах, выпускные турбины 424 и 434 могут быть выполнены в виде двухулиточных или двухпоточных турбин, и контроллер 12 посредством улиточного клапана может регулировать то, какая часть отработавших газов будет направляться через каждую из улиток турбины.
Отработавшие газы в первом параллельном выпускном канале 417 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 470, в то время как отработавшие газы во втором параллельном выпускном канале 419 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 480. Выпускные каналы 470 и 480 могут содержать одно или несколько устройств доочистки отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор отработавших газов, а также один или несколько датчиков отработавших газов.
Двигатель 401 также может содержать один или более каналов или контуров (РОГ) рециркуляции отработавших газов для рециркуляции по меньшей мере части отработавшего газа из первого и второго параллельных выпускных каналов 417 и 419 и/или первого и второго параллельных разветвленных выпускных каналов 470 и 480 в первый и второй параллельные впускные каналы 442 и 444 и/или в параллельные выходы 446 и 448 компрессоров. Эти контуры могут включать в себя контуры 490, 494 РОГ высокого давления с клапанами 492, 496 регулирования расхода для обеспечения РОГ высокого давления (РОГ-ВД), и контуры 462, 472 РОГ низкого давления с клапанами 464, 474 регулирования расхода для обеспечения РОГ низкого давления (РОГ-НД). Контуры 462, 472 РОГ-НД могут также содержать охладители 465, 475 воздуха наддува, предназначенные для регулирования температуры отработавших газов перед их подачей на впуск двигателя. В одном примере, РОГ-ВД может быть обеспечена в отсутствии наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 420, 430, в то время как РОГ-НД может быть обеспечена в присутствии наддува турбонагнетателем и/или когда температура отработавших газов превышает пороговое значение. В некоторых других примерах, системы РОГ-ВД и РОГ-НД могут быть обеспечены одновременно.
Положение впускных и выпускных клапанов каждого цилиндра 414 может регулироваться посредством гидравлических толкателей клапанов, связанных со штоками клапанов, или посредством механизма переключения профилей кулачков (ППК), в котором используются рабочие выступы кулачков. В данном конкретном примере, по меньшей мере впускные клапаны каждого цилиндра 414 могут приводиться в движение кулачками В частности, система 425 кулачкового привода впускных клапанов может включать в себя один или несколько кулачков, а для впускных и/или выпускных клапанов может использоваться система изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР) или система изменения высоты подъема клапанов (ИВПК) с использованием системы кулачкового привода. В частности, система 425 кулачкового привода впускных клапанов может включать в себя один или несколько кулачков, а для впускных и/или выпускных клапанов может использоваться система изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР) или система изменения высоты подъема клапанов (ИВПК). В альтернативных вариантах осуществления, впускные клапаны могут управляться электрическим приводом клапанов. Аналогичным образом, выпускные клапаны могут управляться системами кулачкового привода или электрическим исполнительным устройством кулачков.
Системой 400 двигателя может управлять, по меньшей мере, частично система 14 управления, содержащая контроллер 12, и оператор транспортного средства, подающий команду через устройство ввода (не показано). Система 14 управления показана получающей информацию от некоторого количества датчиков 4 (различные примеры которых были приведены здесь), и подающей сигналы управления на некоторое количество исполнительных устройств 22. В качестве одного примера, датчики 4 и исполнительные устройства 22 могут включать в себя датчики, рассмотренные выше со ссылкой на фиг. 2. Другие исполнительные устройства, такие как разнообразные дополнительные клапаны и дроссели, могут быть связаны с разнообразными точками системы 400 двигателя. Контроллер 12 может получать входные данные от разнообразных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать исполнительные устройства в ответ на результаты обработки входных данных на основе инструкций или запрограммированного в нем кода одного или нескольких алгоритмов.
В течение существования условий, когда система 400 двигателя работает с отключением цилиндров, как будет описано далее по тексту со ссылкой на фиг. 7, можно подобрать цилиндровую комбинацию, которая ускорила бы реакцию турбины. Для системы с двумя турбонагнетателями с общим выходом компрессоров может быть выбрана цилиндровая комбинация, направляющая выхлоп от активных цилиндров к каждой из турбин 424 и 434, с определенными распределением и частотой, ускоряющими реакцию турбины, что подробнее описано со ссылкой на фиг. 8В. Для системы двигателя, приведенной в качестве примера на фиг. 4, может быть выбрана цилиндровая комбинация, концентрирующая зажигание в одном или более цилиндров на каждом из рядов 413, 415 с требуемой частотой, так как каждый ряд ведет к отдельной турбине. При этом можно избежать комбинаций, в которых повторяют пропуск зажигания в цилиндрах, питающих какую-либо из турбин. Кроме того, можно избегать цилиндровых комбинаций, отличающихся большими промежутками между событиями зажигания, что позволит снизить вероятность помпажа компрессора.
Например, когда система с двумя турбонагнетателями имеет общий впуск, если одна из турбин замедлится слишком сильно, турбонагнетатель может остановиться, что позволит воздуху под давлением от другого турбонагнетателя течь вспять и создать проблемы вибрации, шумности и неплавности работы двигателя. Здесь можно выбрать цилиндровую комбинацию, в которой в обе турбины осуществляется равная подача.
В противоположность вышеизложенному, когда система с двумя турбонагнетателями имеет разные впуски, может быть выбрана цилиндровая комбинация, в которой зажигание в цилиндрах концентрируется на одной турбине. Это может позволить выбранному турбонагнетателю наращивать наддув по меньшей мере для своего ряда цилиндров. В другом примере, система с двумя турбонагнетателями может содержать клапан, отделяющий друг от друга впускные коллекторы только тогда, когда это требуется.
На фиг. 5 схематически показан пример системы 500 двигателя с турбонаддувом, содержащей многоцилиндровый двигатель 501 внутреннего сгорания с двумя турбонагнетателями 520 и 530. В качестве одного неограничивающего примера, система 500 двигателя может входить в состав движительной системы пассажирского транспортного средства. Система 500 двигателя может принимать впускной воздух через впускной канал 540. Впускной канал 540 может содержать воздушный фильтр 556 и дроссельный клапан 541 РОГ. Система 500 двигателя может быть разветвленной системой двигателя, в котором впускной канал 540 ниже по потоку от дроссельного клапана 541 РОГ разветвляется на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый из которых содержит компрессор турбонагнетателя. В частности, по меньшей мере часть впускного воздуха направляется к компрессору 522 турбонагнетателя 520 по первому параллельному впускному каналу 542, и по меньшей мере другая часть впускного воздуха направляется к компрессору 532 турбонагнетателя 530 по второму параллельному впускному каналу 544 впускного канала 540.
Первую порцию суммарного объема впускного воздуха, сжатую компрессором 522, можно подать во впускной коллектор 560 по первому параллельному выходу 546 компрессора. При этом впускной канал 542 и выход 546 компрессора сформируют первую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Аналогичным образом, вторую порцию суммарного объема впускного воздуха, можно сжать компрессором 532, и затем подать во впускной коллектор 561 по второму выходу 548 компрессора. При этом впускной канал 544 и выход 548 компрессора сформируют вторую параллельную ветвь системы впуска воздуха двигателя. Выходы 546 и 549 компрессоров соединены с отдельными впускными коллекторами 560 и 561, так что впускной воздух может подаваться в разные рабочие области двигателя. Впускные коллекторы 560 и 561 могут обеспечивать воздухом отдельные подгруппы цилиндров 514. Как показано на фиг. 5, впускной коллектор может обеспечивать воздухом цилиндры ряда 513, а впускной коллектор 561 может обеспечивать впускным воздухом цилиндры ряда 515. Можно понимать, что в альтернативных осуществлениях двигателя 501, группы цилиндров, которые могут обеспечиваться воздухом впускными коллекторами 560 и 561, могут отличаться от тех групп, которые показаны на фиг. 5.
В некоторых примерах, впускные коллекторы 560, 561 могут содержать датчики 582, 584 давления во впускном коллекторе для оценивания в каждом коллекторе (ДВК), и/или датчики 583, 585 температуры во впускном коллекторе для оценивания температуры воздуха в каждом коллекторе (ТВК), причем каждый из датчиков обменивается информацией с контроллером 12. В каждом впускном канале 549, 550 может содержаться охладитель 555 воздуха и/или дроссельная заслонка (например, такая, как второй и третий дроссельные клапаны 558, 559). Положение дроссельных клапанов 558, 559 может регулироваться системой управления посредством исполнительного устройства (не показано), с возможностью обмена информацией связанного с контроллером 12. Могут быть предусмотрены противопомпажные клапаны 552, 554 для избирательного обхода ступеней компрессора турбонагнетателей 520 и 530 по соответствующим перепускным каналам 551, 553. В одном примере, противопомпажные клапаны 552, 554 могут открываться для пропускания потока по перепускным каналам 551, 552 тогда, когда одно из давлений впускного воздуха выше по потоку от соответствующих компрессоров 551, 553 достигает своей пороговой величины.
Двигатель 501 может включать в себя некоторое количество цилиндров 514. В показанном примере, двигатель 501 содержит восемь цилиндров, расположенных в V-образной конфигурации. В частности, восемь цилиндров расположены в два ряда 513 и 515 по четыре цилиндра в каждом ряду. В альтернативных примерах, двигатель 501 может содержать два и более цилиндров, например, 4, 5, 6, 10 или более цилиндров. Эти разнообразные цилиндры могут быть разделены на равные количества и скомпонованы в иных конфигурациях, например, V-образной, однорядной, прямоугольной и т.д. Каждый из цилиндров 514 может быть выполнен с топливной форсункой 566. В показанном примере топливная форсунка 566 является топливной форсункой прямого впрыска в цилиндр. Тем не менее, в других примерах, топливная форсунка 566 может быть выполнена как форсунка распределенного впрыска во впускные каналы.
Впускной воздух, подаваемый в каждый цилиндр 514 (здесь также называемый камерой 514 сгорания), через один из впускных каналов 549, 550 может быть использован для сжигания топлива, а продукты сгорания после этого могут выводиться через параллельные выпускные каналы, специфичные для каждого ряда. В показанном примере, первый ряд 513 цилиндров двигателя 501 может выводить продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 517, а второй ряд 515 цилиндров может выводить продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 519. Каждый из первого и второго параллельных выпускных каналов 517 и 519 также может содержать турбину турбонагнетателя. В частности, продукты сгорания, выпускаемые через выпускной канал 517, могут быть направлены через выпускную турбину 524 турбонагнетателя 520, которая, в свою очередь, может обеспечить механическую работу для компрессора 522 через вал 526 для сжатия впускного воздуха. Альтернативно, все отработавшие газы, или только некоторая часть отработавших газов, текущих через выпускной канал 517, может быть пущена в обход турбины 524 через перепускной канал 523 турбины под управлением регулятора 528 давления наддува. Аналогичным образом, продукты сгорания, выводимые через выпускной канал 519, могут направляться через выпускную турбину 534 турбонагнетателя 530, который, в свою очередь может обеспечить механическую работу для компрессора 532 через вал 536 для обеспечения сжатия впускного воздуха, проходящего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Альтернативно, все отработавшие газы, или некоторая часть отработавших газов, протекающих через выпускной канал 519, может быть пущена в обход турбины 534 через перепускной канал 533 турбины под управлением регулятора 538 давления наддува. В некоторых примерах, некоторое количество выпускных каналов может быть связано с конкретными группами цилиндров 514. Каждый выпускной канал может направлять выхлоп группы цилиндров к одному или нескольким конкретным компонентам системы 500 двигателя.
В некоторых примерах выпускные турбины 524 и 534 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, причем контроллер 12 может регулировать положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины для изменения уровня энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой компрессору соответствующей турбины. В альтернативном варианте, выпускные турбины 524 и 534 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией сопла, и контроллер 12 сможет регулировать положение сопла турбины для того, чтобы изменять уровень энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой компрессору соответствующей турбины. К примеру, система управления может быть выполнена с возможностью независимого изменения пространственного положения лопатки или сопла выпускных турбин 524 и 534 посредством соответствующих исполнительных устройств. В альтернативных примерах, выпускные турбины 524 и 534 могут быть выполнены в виде двухулиточных или двухпоточных турбин, и контроллер 12 посредством улиточного клапана может регулировать то, какая часть отработавших газов будет направляться через каждую из улиток турбины.
Отработавшие газы в первом параллельном выпускном канале 517 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 570, в то время как отработавшие газы во втором параллельном выпускном канале 519 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 580. Выпускные каналы 570 и 580 могут содержать одно или несколько устройств доочистки отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор отработавших газов, а также один или несколько датчиков отработавших газов.
Двигатель 501 также может содержать один или более каналов или контуров (РОГ) рециркуляции отработавших газов (РОГ), предназначенных для рециркуляции по меньшей мере части отработавшего газа из первого и второго параллельных выпускных каналов 517 и 519 и/или первого и второго параллельных разветвленных выпускных каналов 570 и 580 в первый и второй параллельные впускные каналы 542 и 544 и/или в параллельные выходы 546 и 548 компрессоров. Эти контуры могут включать в себя контуры 590, 594 РОГ высокого давления с клапанами 592, 596 регулирования расхода для обеспечения РОГ высокого давления (РОГ-ВД) и контуры 562, 572 РОГ низкого давления с клапанами 564, 574 регулирования расхода для обеспечения РОГ низкого давления (РОГ-НД). В одном примере, РОГ-ВД может быть обеспечена в отсутствии наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 520, 530, в то время как РОГ-НД может быть обеспечена в присутствии наддува турбонагнетателем и/или когда температура отработавших газов превышает пороговое значение. В некоторых других примерах, системы РОГ-ВД и РОГ-НД могут быть обеспечены одновременно.
Положение впускных и выпускных клапанов каждого цилиндра 514 может регулироваться посредством гидравлических толкателей клапанов, связанных со штоками клапанов, или посредством механизма переключения профилей кулачков (ППК), в котором используются рабочие выступы кулачков. В данном конкретном примере, по меньшей мере впускные клапаны каждого цилиндра 514 могут приводиться в движение кулачками с использованием системы кулачкового привода. В частности, система 525 кулачкового привода впускных клапанов может включать в себя один или несколько кулачков, а для впускных и/или выпускных клапанов может использоваться система изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР) или система изменения высоты подъема клапанов (ИВПК). В альтернативных вариантах осуществления, впускные клапаны могут управляться электрическим приводом клапанов. Аналогичным образом, выпускные клапаны могут управляться системами кулачкового привода или электрическим исполнительным устройством кулачков.
Системой 500 двигателя может управлять, по меньшей мере, частично система 14 управления, содержащая контроллер 12, и оператор транспортного средства, подающий команду через устройство ввода (не показано). Система 14 управления показана получающей информацию от некоторого количества датчиков 4 (различные примеры которых были приведены здесь), и подающей сигналы управления на некоторое количество исполнительных устройств 22. В качестве одного примера, датчики 4 и исполнительные устройства 22 могут включать в себя датчики, рассмотренные выше со ссылкой на фиг. 2. Другие исполнительные устройства, такие как разнообразные дополнительные клапаны и дроссели, могут быть связаны с разнообразными точками системы 500 двигателя. Контроллер 12 может получать входные данные от разнообразных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать исполнительные устройства в ответ на результаты обработки входных данных на основе инструкций или запрограммированного в нем кода одного или нескольких алгоритмов.
В течение существования условий, когда система 500 двигателя работает с отключением цилиндров, как будет описано далее по тексту со ссылкой на фиг. 7, можно подобрать цилиндровую комбинацию, которая ускорила бы реакцию турбины при низком и среднем запросе наддува. Для системы с двумя турбонагнетателями с раздельными выходами компрессоров, может быть выбрана цилиндровая комбинация, в которой распределение и частота зажигания в цилиндрах концентрирует выхлоп от активных цилиндров только на одной из турбин 524 и 534, что будет подробно описано со ссылкой на фиг. 8С. Для системы двигателя, приведенной в качестве примера на фиг. 5, такая цилиндровая комбинация может включать в себя отключение цилиндров только одного из рядов 513, 514 при оставлении активными цилиндров другого ряда. Так как каждый ряд ведет к отдельной турбине, регулирование цилиндровой комбинации таким образом может концентрировать выхлопной поток только на одной из турбин 524, 535 и улучшать эксплуатационные характеристики турбонагнетателя.
На фиг. 6 показаны примеры цилиндровых комбинаций, которые в выборочных условиях могут быть использованы для рядного 4-цилиндрового двигателя (изображение 600), и для V-образного 8-цилиндрового двигателя (изображение 650). На изображении 600 сравнивается обычная схема зажигания в цилиндрах для рядного 4-цилиндрового двигателя с примерами цилиндровых комбинаций, которые могут быть применены на двигателях с наддувом с следующими различными конфигурациями турбины: многоулиточная турбина (цилиндровая комбинация А), два турбонагнетателя с соединенными друг с другом выходами компрессоров (цилиндровая комбинация В), два турбонагнетателя с раздельными выходами компрессора (цилиндровая комбинация С). Аналогичным образом, на изображении 650 обычная схема зажигания в цилиндрах V-образного 8-цилиндрового двигателя сравнивается с цилиндровыми комбинациями, которые могут быть примерены в системе двигателя с наддувом, содержащего многоулиточную турбину (цилиндровая комбинация А'), содержащего два турбонагнетателя с соединенными друг с другом выходами компрессоров (цилиндровая комбинация В'), содержащего два турбонагнетателя с раздельными выходами компрессоров (цилиндровая комбинация С'),
В частности, у рядного 4-цилиндрового двигателя, имеющего цилиндры, пронумерованные на иллюстрации с 1 по 4, зажигания в цилиндрах происходят в последовательности 1-3-4-2. То есть, в обычных условиях работы, когда все цилиндры работают, и ни один цилиндр не отключен, цилиндры могут работать в следующей повторяющейся последовательности 134213421342 и т.д. У V-образного 8-цилиндрового двигателя, имеющего цилиндры, пронумерованные на иллюстрации с 1 по 8, зажигания в цилиндрах происходят в последовательности 1-5-4-2-6-3-7-8. То есть, в обычных условиях работы, когда все цилиндры включены в работу и ни один цилиндр не отключен, зажигание в цилиндрах может происходить в следующей повторяющейся последовательности 1542637815426378 и т.д.
Если будут удовлетворены условия отключения цилиндров, для того, чтобы получить преимущества по экономии топлива, контроллер может перевести работу двигателя на цилиндровую комбинацию А и А' в двигателях 14 и V8 соответственно, причем цилиндровая комбинация А будет выглядеть как 1х4х1х4х1х4х1х4х (в предположении, что цилиндры 1 и 4 подключены к одной улитке, а цилиндры 2 и 3 подключены к другой улитке), а цилиндровая комбинация А' будет выглядеть как 1х4х6х7х1х4х6х7х (в предположении, что цилиндры 1, 4, 6 и 7 подключены к одной улитке, а цилиндры 2, 3, 5 и 8 подключены к другой улитке), причем символом «x» обозначен цилиндр, зажигание в котором пропускают. Такая комбинация может быть выбрана в условиях, когда в двигателе с многоулиточной турбиной существует потребность в наддуве. В этой комбинации, распределение выхлопа сконцентрировано на одной улитке турбины, что может повысить к.п.д. турбины. Цилиндровые комбинации А и А' можно альтернативно применять в условиях, когда наддув запрашивается в двигателе с двумя турбонагнетателями с многоулиточными турбинами и раздельными выходами компрессоров. Хотя могут подходить и другие схемы зажигания в цилиндрах. В таких условиях распределение отработавших газов может быть сконцентрировано только на одной улитке одной из турбин системы, включающей в себя два турбонагнетателя. То есть, имеется возможность одновременного повышения соответствующих к.п.д. турбины и системы турбонаддува.
В отличие от вышеизложенного, в условиях запроса наддува в двигателе с двумя турбонагнетателями с соединенными друг с другом выходами компрессоров, контроллер может эксплуатировать двигатель с цилиндровыми комбинациями В и В' на двигателях I4 и V8 соответственно. Цилиндровая комбинация В выглядит как 1x42x34x13x2, а цилиндровая комбинация В' выглядит как 15х2хх7х15х2хх7х (в предположении, что на каждый ряд приходится по одному турбонагнетателю). Эта комбинация может гарантировать, что обе турбины будут снабжаться отработавшими газами с промежутками, не превышающими заданного порогового периода времени. В результате, оба турбонагнетателя могут поддерживать частоту вращения своих турбин, а риск помпажа компрессора может быть снижен. Тем не менее, такая комбинация, которая часто концентрируется на выбранных цилиндрах, может давать меньшие преимущества по экономии топлива.
В цилиндровых комбинациях С и С' для двигателей I4 и V8 соответственно, схемы зажигания в цилиндрах двигателя с двумя турбонагнетателями изменяются на 1x4x1x4x и 1х42х3хх1х42х3хх соответственно. Такой подход концентрирует распределение отработавших газов на одной из двух турбин, что может повысить к.п.д. турбины. В частности, специфическое распределение отработавших газов позволяет сконцентрировать уменьшенный поток выхлопа на одной турбине, чтобы тем самым раскрутить турбину до большей частоты вращения. Это позволяет эксплуатировать турбонагнетатель с меньшим количеством цилиндров до большего уровня нагрузки, так как эксплуатировать с наддувом можно только один коллектор.
На фиг. 7 показан пример алгоритма 700 для эксплуатации двигателя с наддувом со схемами отключения цилиндров, которые улучшают эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. Алгоритм содержит отбор исходного набора цилиндровых комбинаций по нагрузке двигателя, модификацию исходного набора по таким параметрам, как ШВНР и, в случае, если остается гибкость выбора, последующую модификацию набора комбинаций по эффективности турбонагнетателя.
Алгоритм начинается этапом 702, на котором определяют условия работы двигателя, к числу которых могут относиться: частота вращения коленчатого вала и нагрузка двигателя, запрашиваемый водителем крутящий момент, условия окружающей среды, температура хладагента двигателя, текущий уровень наддува, запрашиваемый наддув, ДВК, МРВ, температура выхлопа, уровни ШВНР и т.д. Эти условия могут быть оценены на этапе 704 для того, чтобы определить, удовлетворены ли условия отключения цилиндров. В одном примере, условия отключения цилиндров считаются удовлетворенными, если нагрузка двигателя меньше порогового значения. В другом примере, условия отключения цилиндров считаются удовлетворенными, если запрос водителя (включая запрошенный водителем крутящий момент) меньше порогового значения. То есть, если нагрузка двигателя выше порогового значения или запрос водителя (включая запрошенный крутящий момент) выше порогового значения, то условия отключения цилиндров не могут считаться удовлетворенными, и на этапе 706 все цилиндры двигателя могут быть оставлены активными. В одном примере избирательное отключение цилиндров может быть задействовано, когда запрос наддува находится в диапазоне от низкой до средней нагрузки, и отменено, когда запрос наддува будет находиться в диапазоне от средней до высокой нагрузки.
Если условия отключения цилиндров были удовлетворены, то для избирательного отключения цилиндров может быть выбрана цилиндровая комбинация. В одном примере, на этапе 708 может быть отобран исходный набор из одной или нескольких цилиндровых комбинаций, чтобы потом из этого набора выбрать определенную комбинацию. Исходный набор цилиндровых комбинаций может быть получен из справочной таблицы, хранящейся в запоминающем устройстве контроллера двигателя, причем цилиндровые комбинации хранят в виде функции нагрузки двигателя. То есть, исходный набор комбинаций, отобранный для конкретной нагрузки двигателя, может быть разным для различных систем двигателей в зависимости от конфигурации двигателя, включающей в себя количество цилиндров и организацию цилиндров по рядам.
Определение исходного набора цилиндровых комбинаций на этапе 710 может включать в себя определение для каждой комбинации: суммарного числа цилиндров, подлежащих отключению на конкретный рабочий цикл двигателя, суммарного числа активных цилиндров, и номеров отключаемых и активных цилиндров. При выборе цилиндровой комбинации может приниматься во внимание положение цилиндров двигателя (например, их положение в ряду цилиндров) и порядок зажигания в активных цилиндрах. Число отключаемых цилиндров в каждой цилиндровой комбинации может определяться нагрузкой двигателя, причем число отключаемых цилиндров уменьшается при увеличении нагрузки двигателя. Контроллер двигателя на этапе 711 может также определить период, на протяжении которого нужно будет эксплуатировать двигатель с каждой цилиндровой комбинацией. К примеру, контроллер может найти количество циклов сжигания горючей смеси, на протяжении которых цилиндры цилиндровой комбинации должны будут оставаться отключенными.
В некоторых примерах, эксплуатация двигателя с цилиндровой комбинацией, определенной по нагрузке двигателя, может улучшить топливную экономичность, но ухудшив при этом другие эксплуатационные характеристики двигателя, например, ШВНР и эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. Для нивелирования ухудшения условий ШВНР и ухудшения эксплуатационных характеристик турбонагнетателя, на этапе 712 исходный набор комбинаций (найденный по нагрузке двигателя) может быть модифицирован по этим условиям, если это окажется возможным. В одном примере, модифицирование исходного набора может включать в себя ранжирование каждой комбинации в исходном наборе по оценочному влиянию на условия ШВНР, температуру турбины и эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. Ранги каждой комбинации по оценочному влиянию на ШВНР, температуру турбины и эксплуатационные характеристики турбонагнетателя могут быть сохранены в справочной таблице таким образом, чтобы извлекаемые из справочной таблицы цилиндровые комбинации сортировались по рангу. Оценочное влияние цилиндровой комбинации на эксплуатационные характеристики турбонагнетателя можно рассчитать по влиянию цилиндровой комбинации на частоту вращения турбины, по влиянию цилиндровой комбинации на температуру турбины, или по одному и другому одновременно. Следует понимать, что ранжирование комбинаций и взвешивание условий может выполняться по их влиянию на различные условия двигателя; тем не менее, отбор исходного набора цилиндровых комбинаций может выполняться только по нагрузке двигателя.
После модифицирования/ранжирования исходного набора, из модифицированного исходного набора может быть отобрана комбинация, причем основой рационального выбора могут служить условия работы двигателя, как это описывается далее по тексту. В некоторых примерах, по конкретному условию двигателя, выбранному для ранжирования, исходный набор может быть сокращен только до одной цилиндровой комбинации. Например, когда дополнительные критерии выбора включают в себя улучшение эксплуатационных характеристик турбонагнетателя на основе температуры турбины, может иметься только одна цилиндровая комбинация, отвечающая требованиям по нагрузке двигателя, но также и снижающая перегрев турбины. В одном примере, эта единственная комбинация может быть идентифицирована по справочной таблице по ее наивысшему рангу на основе температуры турбины среди других комбинаций модифицированного набора. В другом примере, когда ШВНР выше своего верхнего порога, может быть выбрана цилиндровая комбинация, удовлетворяющая требованиям по нагрузке двигателя и снижающая ШВНР двигателя. Также может быть выбрана цилиндровая комбинация, снижающая выбросы отработавших газов, такие как выбросы мелких частиц. Альтернативой выбора может быть цилиндровая комбинация, уменьшающая количество отключений и возвращений в работу конкретного цилиндра с целью снижения нагрева или износа исполнительных устройств привода клапанов.
Далее, на этапе 714 определяют, имеется ли гибкость выбора цилиндровой комбинации. В одном примере, гибкость выбора может отсутствовать ввиду того, что исходный набор содержит одну единственную цилиндровую комбинацию. В другом примере, гибкость выбора может отсутствовать ввиду того, что в исходном наборе содержатся одна или несколько цилиндровых комбинаций, ухудшающих ШВНР и/или ухудшающих эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. При отсутствии гибкости выбора, на этапе 717 контроллер может отобрать только одну цилиндровую комбинацию, удовлетворяющую ограничениям по нагрузке двигателя. При наличии гибкости выбора комбинации, для выбора цилиндровой комбинации могут быть приняты во внимание один или несколько дополнительных критериев работы двигателя, и алгоритм 700 переходит на этап 716. В показанном примере, на этапе 716 может быть проверено, находится ли запрошенный наддув в диапазоне от низких до средних величин. При положительном результате проверки, на этапе 720 может быть выбрана цилиндровая комбинация, улучшающая эксплуатационные характеристики турбонагнетателя в области от низких до средних значений запрошенного надува. Запрошенный наддув может быть логически выведен по положению педали, например, при подгазовке до менее чем широко открытой дроссельной заслонки. Альтернативно, запрошенный наддув можно спрогнозировать по текущему значению запрошенного наддува, а также по траектории движения транспортного средства. Например, в условиях, когда транспортное средство завершило спуск и/или только что начало подъем (например, по навигационному сигналу), можно ожидать увеличения запроса наддува, и контроллер может выбрать цилиндровую комбинацию, ускоряющую реакцию турбонагнетателя с целью снижения вероятности возникновения турбоямы при увеличении запроса наддува. Выбираемая по эксплуатационным характеристикам турбонагнетателя цилиндровая конфигурация может определяться распределением импульсов отработавших газов, связанных с цилиндрами, в которых происходит зажигание, конфигурацией турбин двигателя и конкретным запрошенным наддувом. Этот процесс раскрывается далее со ссылкой на алгоритмы 810, 820 и 820, показанные на фиг. 8А - фиг. 8С.
В одном примере, комбинацию могут выбирать, исходя, кроме эксплуатационных характеристик турбонагнетателя из взвешивания условий, таких как ШВНР и температура турбины. Например, в справочной таблице может содержаться ранг каждой цилиндровой комбинации по каждому условию двигателя, причем взвешивание этих рангов может быть построено по относительному приоритету, и может быть выбрана комбинация с рангом, имеющим наибольший вес. При этом, эксплуатационные характеристики турбонагнетателя могут иметь больший относительный вес, когда присутствует средний запрос наддува, чем когда присутствует низкий запрос наддува. Следует понимать, что ШВНР (или другое условие двигателя) может иметь больший вес, чем эксплуатационные характеристики турбонагнетателя, несмотря на присутствие запроса наддува.
Если запрос наддува отсутствует, то на этапе 718 можно рационально выбрать цилиндровую комбинацию, улучшающую условия, такие как ШВНР. В одном примере, комбинацию можно выбрать, исходя из веса приоритета каждого условия. Например, в справочной таблице может содержаться ранг каждой цилиндровой комбинации по каждому условию, причем взвешивание этих рангов может быть построено по относительному приоритету. То есть, можно выбрать цилиндровую комбинацию для оптимизации работы двигателя по нагрузке двигателя и условиям ШВНР, когда наддув не требуется, причем также может быть учтено улучшение к.п.д. турбонагнетателя в ответ на запрос наддува.
После того, как на одном из этапов 717, 718 или 720 будет выбрана цилиндровая комбинация, на этапе 722 двигатель могут эксплуатировать с выбранной цилиндровой комбинацией. Эксплуатация с выбранной цилиндровой комбинацией может включать в себя деактивацию некоторого количества клапанных механизмов индивидуальных цилиндров для обеспечения суммарного числа отключенных/активных цилиндров выбранной цилиндровой комбинации. Кроме того, в отключаемые цилиндры может быть прекращена подача топлива и искры. Затем двигатель может работать с найденной цилиндровой комбинацией в течение периода времени, определенного ранее на этапе 711.
После завершения работы с цилиндровой комбинацией в течение заданной продолжительности, алгоритм 700 переходит на этап 724, на котором определяют, не были ли удовлетворены условия возвращения цилиндров в работу. Если условия возвращения цилиндров в работу удовлетворяются, то на этапе 728 ранее отключенные цилиндры могут быть возвращены в работу, а выполнение алгоритма 700 может быть завершено. К условиям возвращения цилиндров в работу может относиться, например, следующее: превышение нагрузкой двигателя порогового значения, или подъем запроса наддува выше верхнего порога. Возвращение индивидуальных цилиндров в работу может включать в себя восстановление активности клапанных механизмов индивидуальных цилиндров (например, восстановление активности или впускного клапана, или выпускного клапана, или и впускного и выпускного клапанов), восстановление подачи в цилиндр топлива и искры. Если условия возвращения цилиндров в работу не удовлетворяются, то на этапе 726 можно продолжить эксплуатацию двигателя в соответствии с выбранной цилиндровой комбинацией до тех пор, пока эти условия не будут удовлетворены.
На фиг. 8А - фиг. 8С в качестве примеров показаны алгоритмы 810, 820 и 830 для рационального выбора улучшающей к.п.д. турбонагнетателя цилиндровой комбинации из набора цилиндровых комбинаций, удовлетворяющих требованиям по нагрузке двигателя. Алгоритм 810 (фиг. 8А) может быть выполнен, когда система двигателя с наддувом содержит многоулиточную турбину (например, двухулиточную турбину), алгоритм 820 (фиг. 8В) может быть выполнен, когда система двигателя с надувом содержит два турбонагнетателя с соединенными друг с другом выходами компрессоров, а алгоритм 830 (фиг. 8С) может быть выполнен, когда система двигателя с наддувом содержит два турбонагнетателя с раздельными выходами компрессоров. Следует понимать, что вышеуказанные алгоритмы являются неограничивающими примерами алгоритмов, которые могут быть выполнены для выбора цилиндровой комбинации, которая оптимизировала бы эксплуатационные характеристики турбонагнетателя. Алгоритмы 810, 820 и 830 могут быть выполнены в виде части общего способа выбора цилиндровой комбинации, например, в виде части алгоритма 700 на его этапе 720, после того, как были проверены условия двигателя и был определен модифицированный набор цилиндровых комбинаций, подходящих по нагрузке двигателя, условиям ШВНР и температуре турбины.
Алгоритм 810 на этапе 812 содержит выбор из модифицированного набора цилиндровых комбинаций той комбинации, в которой импульсы выхлопа от цилиндров, в которых происходят зажигания, направляются от этих цилиндров только в одну улитку двухулиточной выпускной турбины. Этот критерий может рассматриваться в комбинации с другими условиями системы двигателя, например, с условиями ШВНР и температурой турбины, и окончательный выбор комбинации может основываться на взвешивании этих факторов.
В случае системы турбонагнетателя с многоулиточной турбиной, такой как система 300 двигателя, улучшить работу турбины может распределение отработавших газов с концентрацией на одной улитке. Это произойдет потому, что уменьшенные объемы выхлопа, связанного с отключенными цилиндрами, могут не обеспечить достаточной для эффективной работы мощностью каждую из улиток турбины, если эти объемы будут распределены между несколькими улитками. Концентрация выхлопа на одной улитке может обеспечить объем выхлопа, достаточный для эффективной работы данной улитки, и может создать условия для ускоренного реагирования на возросший запрос наддува в случае возвращения в работу всех цилиндров двигателя. Выбор улитки, на которой будет сконцентрирован поток выхлопа, может быть осуществлен по нескольким факторам, в том числе, по запросу наддува, по расположению улитки (например, какая это улитка - наружная или внутренняя), по связи улитки (например, для приема выхлопа из какого цилиндра (цилиндров) или ряда цилиндров сконфигурирована данная улитка), по температуре улитки, по частоте вращения и температуре турбины на момент отключения цилиндров. Например, выбор может включать в себя первую, высокопоточную улитку, если частота вращения выпускной турбины на момент получения запроса наддува повышена, и может включать в себя вторую, низкопоточную улитку, если частота вращения выпускной турбины на момент получения запроса наддува понижена. В альтернативном примере, когда запрос наддува является прогнозным, выбор содержит выбор первой, высокопоточной улитки и концентрацию выхлопа на высокопоточной улитке, если прогнозный запрос наддува понижен, и содержит выбор второй, низкопоточной улитки и концентрацию выхлопа на низкопоточной улитке, если прогнозный запрос наддува повышен. При этом, высокопоточная улитка может быть одной из двух расположенных бок-о-бок улиток, связанных с разными цилиндрами разделенного выпускного коллектора, при том, что низкопоточная улитка может быть другой улиткой из этих двух. Для создания условий для повышенной выходной мощности две расположенные бок-о-бок улитки могут быть связаны посредством соединительного клапана. В другом примере, высокопоточная улитка может быть одной из наружной и внутренней улиток, а низкопоточная улитка может быть другой из наружной и внутренней улиток. В случае какой-либо асимметричной улитки, выбор улитки может основываться на температуре улитки.
Выбор улитки может также включать в себя регулирование улиточного клапана, выполненного с возможностью направлять поток отработавших газов либо в одну, либо в обе улитки. То есть, цилиндровая комбинация, отключающая цилиндры, соединенные с одной улиткой, но оставляющая активными цилиндры, соединенные с другой улиткой, может обеспечить большую эффективность турбины по сравнению с цилиндровой комбинацией, отключающей цилиндры, соединенные с обеими улитками. В некоторых примерах, многоулиточная турбина может быть одной из нескольких многоулиточных турбин, входящих в состав системы двигателя с наддувом, и может быть выбрана комбинация, направляющая поток отработавших газов к одной из нескольких многоулиточных турбин. Турбину могут выбирать по одному или более из температуры турбины и частоты вращения турбины. Например, может быть выбрана турбина с меньшей температурой и/или более высокой частотой вращения.
В качестве двух неограничивающих примеров, в случае рядного 4-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация А, а в случае V-образного 8-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация А'.
Алгоритм 820 на этапе 822 содержит выбор из модифицированного набора цилиндровых комбинаций той комбинаций, при которой импульсы выхлопа от работающих цилиндров направлялись бы к каждой из некоторого количества турбин с частотой, которая была бы равна требуемой частоте или превышала ее. Другими словами, выбранная цилиндровая комбинация может подавать выхлопные импульсы из активных цилиндров к каждой из турбин с заданной частотой. Этот критерий может рассматриваться в комбинации с другими параметрами системы двигателя, например, с условиями ШВНР и температурой турбины, и окончательный выбор комбинации может основываться на взвешивании этих факторов.
В одном примере, в ответ на запрос наддува, алгоритм 820 может быть выполнен контроллером 12 системы 400 с двумя турбонагнетателями, в которой первая турбина связана с первым компрессором, а вторая турбина связана со вторым компрессором, причем первый и второй компрессоры направляют сжатый воздушный заряд на выход компрессоров. В данном примере, улучшить работу турбины может распределение отработавших газов, направляющее выхлоп к каждой из первой и второй турбин с частотой, равной требуемой частоте, или превышающей ее. В конкретной конфигурации, показанной на фиг. 4, каждый из рядов 413, 415 цилиндров направляет выхлоп к турбинам 424, 434 соответственно, и повысить к.п.д. турбины может выбор цилиндровой комбинации, предусматривающей зажигание в цилиндрах каждого ряда с заданной частотой. Это обусловлено тем, что большие временные промежутки между последовательными импульсами выхлопа, получаемыми в конкретной турбине, могут замедлить турбину и вызвать помпаж компрессора. Более частой подачей импульсов выхлопа к обеим турбинам можно поддерживать частоту вращение обеих турбин выше порогового значения, обусловленного границей помпажа компрессора. То есть, цилиндровая комбинация, в которой с частотой, превышающей требуемую частоту, зажигания происходят в цилиндрах, соединенных с каждой из турбин, может обеспечить более высокий к.п.д. турбины, чем цилиндровая комбинация, в которой зажигания в соединенных с каждой из турбин цилиндрах происходят с частотой, ниже требуемой, или в случае комбинации, в которой зажигания происходят в цилиндрах, соединенных только с одной турбиной. Если каждая из турбин в системе двигателя с двумя турбонагнетателями является многоулиточной турбиной, то выбор цилиндровой комбинации может также учитывать фактор расположения улитки. Например, может быть выбрана комбинация, направляющая с требуемой частотой отработавшие газы только в одну улитку каждой из турбин. Конкретные улитки могут быть выбраны по одному или более из следующих параметров: частота вращения турбины, температура турбины, запрос наддува.
В качестве двух неограничивающих примеров, в случае рядного 4-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация В, а в случае V-образного 8-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация В'.
Алгоритм 830 на этапе 832 содержит выбор из модифицированного набора цилиндровых комбинаций той комбинаций, при которой импульсы выхлопа от работающих цилиндров концентрировались бы только на одной из двух турбин системы с двумя турбонагнетателями. Этот критерий может рассматриваться в комбинации с другими параметрами системы двигателя, например, с условиями ШВНР и температурой турбины, и окончательный выбор комбинации может основываться на взвешивании этих факторов.
В одном примере, в ответ на запрос наддува, алгоритм 830 может быть выполнен контроллером 12 системы 500 с двумя турбонагнетателями, в которой первая турбина связана с первым компрессором, а вторая турбина связана со вторым компрессором, причем первый и второй компрессоры имеют раздельные выходы. В такой системе, к.п.д. турбины может повысить распределение отработавших газов, направляющее их только в одну из двух турбин. Это обусловлено тем, что объемы выхлопа, уменьшившиеся из-за отключения цилиндров, могут не обеспечить мощности, достаточной для эффективной работы каждой из турбин, если распределение будет равным между двумя турбинами. Концентрация выхлопа на одной турбине может обеспечить достаточный для эффективной работы турбины объем выхлопа, и может создать условия для ускоренного реагирования на возросший запрос наддува в случае, если все цилиндры двигателя будут возвращены в работу. Следует понимать, что такое распределение выхлопа может также повысить к.п.д. турбины в системе с турбонаддувом с более чем двумя турбинами и раздельными выходами компрессоров.
Для приведенной в качестве примера системы 500 двигателя с двумя турбонагнетателями 520, 530, раздельными выходами 546, 548 компрессоров и двумя рядами 513 и 515 цилиндров, направляющими выхлоп к турбинам 524 и 534 соответственно, цилиндровая комбинация, концентрирующая зажигание в цилиндрах на цилиндрах одного ряда, и избирательно отключающая некоторое число других цилиндров, может направлять выхлопной поток от активных цилиндров только в одну из двух турбин. Концентрация потока выхлопа только на одной из двух турбин может повысить к.п.д. данной турбины. Следует понимать, тем не менее, что в альтернативных конфигурациях двигателя системы вывода отработавших газов могут быть другими, и могут использоваться альтернативные способы распределения потока выхлопа по обеим турбинам. Например, только некоторая группа цилиндров каждого ряда V-образного двигателя может вести к каждой турбине, а не все 4 цилиндра каждого ряда. То есть, улучшить к.п.д. турбонагнетателя может цилиндровая комбинация, концентрирующая зажигание в цилиндрах, ведущих к первой турбине, но не ко второй турбине, и при этом избирательно отключающая некоторое число цилиндров, ведущих ко второй турбине.
Турбина, на которой концентрируется поток выхлопа, может быть выбрана по нескольким факторам, включающим в себя частоту вращения турбины и температуру турбины на момент отключения цилиндров. Например, может быть выбрана турбина, имеющая более низкую по сравнению с другой турбиной (турбинами) температуру. В другом примере, может быть выбрана турбина, имеющая более высокую по сравнению с другой турбиной (турбинами) частоту вращения. То есть, цилиндровая комбинация, отключающая все цилиндры, соединенные с одной из турбин, но оставляющая активными все цилиндры, соединенные с другой турбиной, может обеспечить больший к.п.д. турбины по сравнению с цилиндровой комбинацией, в которой зажигания происходят в цилиндрах, соединенных с обеими турбинами. В другом примере, может оставаться работать первое число цилиндров, соединенных с первой турбиной, и второе число цилиндров, соединенных со второй турбиной, причем первое число будет больше второго числа. В случае, если каждая из турбин в системе двигателя с двумя турбонагнетателями будет многоулиточной турбиной, то фактором выбора цилиндровой комбинации может также быть расположение улитки, чтобы выхлоп направлялся бы только в одну улитку выбранной турбины. Конкретная улитка может быть выбрана по одному или обоим из следующих параметров: частота вращения турбины и запрос наддува.
В качестве одного примера, в случае рядного 4-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация С, а в случае V-образного 8-цилиндрового двигателя может быть выбрана показанная на фиг. 6 комбинация С.
Еще в одном представлении, способ управления двигателем с наддувом содержит: деактивацию первой цилиндровой комбинации клапанных механизмов индивидуальных цилиндров по запросу водителя; и в ответ на подгазовку, избирательный переход на вторую, другую цилиндровую комбинацию клапанных механизмов индивидуальных цилиндров, причем вторая комбинация определяется частотой вращения турбины на момент подгазовки. Кроме того, подгазовка может быть подгазовкой до широкого открытия дроссельной заслонки. В другом примере, переход может определяться тем, что разность между частотой вращения турбины при подгазовке и частотой вращения турбины, соответствующей запросу наддува, будет превышать свое пороговое значение, а сохранение первой комбинации может определяться тем, что указанная разность будет ниже порогового значения. Избирательное отключение цилиндров может включать в себя деактивацию привода впускных и выпускных клапанов, механизма подачи топлива и свечи зажигания определенных цилиндров, при сохранении активности привода впускных и выпускных клапанов, механизма подачи топлива и свечи зажигания остальных цилиндров посредством контроллера двигателя.
Еще в одном представлении, способ управления двигателем с наддувом содержит: в ответ на повышение давления наддува, избирательное отключение одного или более индивидуальных цилиндров в соответствии с цилиндровой комбинацией, причем цилиндровую комбинацию регулируют по порядку зажигания активных цилиндров и по частоте вращения турбины. В одном примере, избирательное отключение могут выполнять в ответ на повышение давления наддува со значения ниже верхнего порога до большего значения, все еще не достигающего верхнего порога. Цилиндровую комбинацию могут выбирать соответствующему ей распределению потока отработавших газов. В одном примере может быть выбрана цилиндровая комбинация, регулирующая порядок зажигания в цилиндрах так, чтобы направлять поток отработавших газов только к одной улитке двухулиточной турбины, причем конкретную улитку выбирают по разнообразными условиям двигателя, включающими в себя частоты вращения улиток и температуру турбины, при одновременном избирательном отключении цилиндров, ведущих к другой улитке двухулиточной турбины. В альтернативном примере, может быть выбрана цилиндровая комбинация, регулирующая порядок зажигания в цилиндрах так, чтобы направлять поток отработавших газов только к одной турбине системы двигателя с двумя турбонагнетателями, причем конкретную турбину выбирают по разнообразным условиям двигателя, включающим в себя частоты вращения турбин и температуры турбин, при избирательном отключении цилиндров ведущих к другой турбине системы с двумя турбонагнетателями. В другом альтернативном примере, может быть выбрана цилиндровая комбинация, регулирующая порядок зажигания в цилиндрах так, чтобы направлять поток отработавших газов к обеим турбинам системы двигателя с двумя турбонагнетателями, с частотой, превышающей выбранную частоту, которая определяется свойствами конкретной турбины. Еще в одном альтернативном примере, может быть выбрана цилиндровая комбинация, регулирующая порядок зажигания в цилиндрах так, чтобы направлять поток отработавших газов только к одной улитке только первой турбины двигателя с двумя турбонагнетателями с одной или несколькими двухулиточными турбинами, причем конкретную турбину и конкретную улитку определяют по разнообразным условиям двигателя, включающим в себя частоты вращения турбин, частоты вращения улиток и температуры турбин, при избирательном отключении цилиндров, ведущих ко второй улитке первой турбины, и цилиндров, ведущих к любой из улиток второй турбины.
Таким образом, технический эффект выбора цилиндровых комбинаций по эксплуатационным характеристикам турбонагнетателя при малом и среднем запросе наддува состоит в том, что можно улучшить эксплуатационные характеристики турбонагнетателя, несмотря на низкие объемы отработавших газов. Частота вращения турбины может поддерживаться на достаточном для обеспечения низкого и среднего наддува уровне за счет выбора схем отключения цилиндров, концентрирующих импульсы активных цилиндров на единственной улитке многоулиточной турбины и/или на единственной турбине двигателя с двумя турбонагнетателями. За счет поддержания достаточной частоты вращения турбины можно улучшить реагирование турбины на высокий запрос наддува при одновременном уменьшении турбоямы. Альтернативно, выбирая цилиндровую комбинацию, с высокой частотой равномерно распределяющую выхлопные импульсы между турбинами, можно не допустить падения частоты вращения турбины, тем самым снизив вероятность помпажа компрессора. В целом, преимущества, которые дает отключение цилиндров, например, повышение топливной экономичности, могут быть распространены на более широкий диапазон условий работы двигателя с наддувом.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными комбинациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве и могут реализовываться содержащей контроллер системой управления в комбинации с разнообразными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами аппаратной части двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, причем раскрытые действия реализуются исполнением инструкций в системе, включающей в себя разнообразные компоненты аппаратной части двигателя в комбинации с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании комбинации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, 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. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.