СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И УЛАВЛИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD (OPTIONS) AND SYSTEM FOR RECUPERATING HEAT OF EXHAUST GASES AND CATCHING HYDROCARBONS

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для рекуперации тепла отработавших газов и улавливания углеводородов в блоке перепуска отработавших газов.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели могут содержать систему рекуперации тепла отработавших газов для рекуперации тепловой энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. При этом происходит передача тепла от горячих отработавших газов на хладагент через систему теплообменника отработавших газов. Тепло от хладагента, циркулирующего через сердцевину обогревателя, можно использовать, например, для обогрева головки блока цилиндров, что обеспечивает возможность быстрого обогрева пассажирского салона и, тем самым, повышения топливной экономичности. В гибридно-электрических транспортных средствах рекуперация тепла отработавших газов повышает топливную экономичность за счет ускоренного повышения температуры двигателя, что позволяет быстрее глушить двигатель и дольше эксплуатировать транспортное средство в режиме электрической тяги.
Отбор тепла отработавших газов также возможен на охладителе системы рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Охладитель газов РОГ может быть соединен с системой подачи газов РОГ для понижения температуры рециркулируемых отработавших газов перед их подачей во впускной коллектор. РОГ используют для снижения выбросов NOx в отработавших газах, повышения топливной экономичности за счет снижения потерь на дросселирование при низких нагрузках и повышения предела детонации.
В условиях холодного пуска и (или) в режиме холостого хода температура каталитического нейтрализатора может быть низкой, например, ниже температуры активации катализатора. Из-за низкой температуры каталитические нейтрализаторы могут быть неспособны эффективно нейтрализовать углеводороды в отработавших газах холодного пуска. Для поглощения УВ из отработавших газов низкой температуры можно использовать улавливатели углеводородов УВ (НС), например, те, что содержат цеолит. Улавливатели УВ требуют периодической продувки для удаления накопленных УВ.
Известен ряд решений для улавливания углеводородов, выходящих из каталитического нейтрализатора в условиях холодного пуска. В одном примере, раскрытом Лупеску (Lupescu) с соавторами в US 8635852, улавливатель УВ может быть соединен с перепускным каналом, параллельным основному выпускному каналу. В условиях холодного пуска отработавшие газы можно направлять через улавливатель УВ перед сбросом в атмосферу через выхлопную трубу. Углеводороды холодного пуска может поглощать улавливатель УВ. После прогрева двигателя горячие отработавшие газы направляют в противоположном направлении через улавливатель УВ, удаляя из него уловленные углеводороды на впуск двигателя для сжигания.
Однако авторы настоящего изобретения выявили некоторые проблемы и потенциальные недостатки вышеуказанного решения. В качестве одного примера, при данном положении улавливателя УВ температура поступающих в него отработавших газов может быть недостаточно низкой для поглощения по существу всех углеводородов холодного пуска, что приводит к снижению качества выбросов отработавших газов. Кроме того, возможна конденсация воды из холодных отработавших газов на улавливателе УВ, ухудшающая функциональные свойства цеолита в части накапливания УВ. Авторы настоящего изобретения также выявили, что могут возникнуть трудности с координированием охлаждения газов РОГ при рекуперации тепла отработавших газов в такой системе. В частности, тепло, рекуперированное на охладителе РОГ, невозможно эффективно использовать для обогрева пространства салона из-за низкой интенсивности теплового потока при низких массовых расходах. Поэтому необходим отдельный теплообменник для обогрева салона. Аналогичным образом, несмотря на отбор тепла из отработавших газов на теплообменнике, рециркуляция охлажденных отработавших газов не происходит, в связи с чем возникает необходимость в отдельном охладителе газов РОГ. Дополнительные компоненты повышают себестоимость и сложность системы, а также затрудняют достижение необходимой теплопередачи для указанных отдельных операций.
Авторы настоящего изобретения определили решение, позволяющее как минимум частично преодолеть вышеуказанные недостатки. Один пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: в первом рабочем режиме подают отработавшие газы из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов по перепускному каналу отработавших газов в первом направлении через расположенный выше по потоку теплообменник и расположенный ниже по потоку улавливатель углеводородов, установленный в указанном перепускном канале отработавших газов, и далее в выхлопную трубу отработавших газов; и во втором рабочем режиме подают отработавшие газы из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов по выпускному каналу, затем во втором, противоположном, направлении через указанный улавливатель углеводородов, затем через указанный теплообменник, и далее на впуск двигателя. Это позволяет сократить выбросы УВ холодного пуска с одновременной рекуперацией тепла для обогрева салона.
В одном примере система двигателя может быть выполнена с теплообменником, расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в перепускном канале отработавших газов, расположенном параллельно основному выпускному каналу. Улавливатель углеводородов (например, улавливатель на основе цеолита) может быть расположен в указанном перепускном канале ниже по потоку от теплообменника. Отводной клапан позволяет отводить отработавшие газы из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в указанный перепускной канал, и через указанные теплообменник и улавливатель УВ в одном из двух направлений, при этом положение отводного клапана изменяют в зависимости от параметров работы двигателя. Например, в условиях холодного пуска, клапан можно установить в положение, в котором поток отработавших газов пропускают по перепускному каналу отработавших газов в первом направлении через теплообменник, далее через улавливатель УВ, и далее в выхлопную трубу отработавших газов. При пропускании потока в первом направлении происходит передача тепла отработавших газов на теплообменник с возможностью подачи потока охлажденных отработавших газов через улавливатель УВ с возможностью поглощения в нем углеводородов. Теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от отработавших газов на циркулирующий хладагент с возможностью дальнейшего использования горячего хладагента для таких функций, как обогрев салона. Подача потока отработавших газов через теплообменник и далее через улавливатель УВ позволяет задержать поступление конденсата, образующегося в отработавших газах, в улавливатель УВ, что повышает эффективность улавливателя УВ в части накопления УВ отработавших газов. После прогрева двигателя можно выполнить продувку улавливателя УВ путем установки указанного клапана в положение, в котором поток горячих отработавших газов подают по указанному основному каналу, а затем - в перепускной канал, при этом отработавшие газы текут во втором направлении, противоположном первому (через улавливатель УВ, а затем через теплообменник), с последующей рециркуляцией отработавших газов на впуск двигателя по магистрали РОГ. Продувку улавливателя УВ можно осуществлять с помощью горячих отработавших газов с подачей остаточных углеводородов во впускной коллектор двигателя вместе с газами РОГ. Происходит передача тепла, рекуперированного на теплообменнике во время этого потока, на циркулирующий хладагент и далее - на сердцевину обогревателя для последующего использования, например, для обогрева пассажирского салона и (или) нагрева головки блока цилиндров. Кроме того, в условиях, когда нужен нагрев хладагента, а РОГ не нужна, указанный клапан можно в установить в положение, позволяющее пропускать часть отработавших газов через улавливатель УВ и теплообменник с последующим возвратом в основной выпускной канал для сброса в атмосферу. На теплообменнике может происходить передача тепла от отработавших газов на хладагент и, тем самым, повышение температуры хладагента.
Так можно удовлетворить потребности системы двигателя в обогреве с помощью единственного теплообменника с одновременным сокращением выброса углеводородов холодного пуска. Подача потока отработавших газов холодного пуска через теплообменник и далее через улавливатель УВ с последующим сбросом отработавших газов через выхлопную трубу позволяет задержать конденсат воды, образующийся в холодных отработавших газах, на теплообменнике до его поступления в расположенный ниже по потоку улавливатель УВ. Данное задержание позволяет пропустить УВ холодного пуска через теплообменник в расположенный ниже по потоку улавливатель УВ, благодаря чему улавливатель можно использовать по существу исключительно для УВ в отработавших газах с одновременным удержанием конкурирующей воды на теплообменнике. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности использования выделенного на теплообменнике тепла для обогрева пространства салона транспортного средства. Затем, после прогрева основного каталитического нейтрализатора до уровней активации катализатора, можно выполнить продувку уловленных УВ на впуск двигателя в качестве газов РОГ, охлажденных на теплообменнике. Выполнение единственным теплообменником функций и охладителя газов РОГ, и теплообменника отработавших газов, обеспечивает преимущества в части сокращения себестоимости и количества компонентов без ограничения функциональных свойств или возможностей какой-либо из систем. Кроме того, дополнительный улавливатель УВ ниже по потоку от теплообменника обеспечивает возможность эффективного поглощения углеводородов холодного пуска. Технический эффект, достигаемый расположением улавливателя УВ ниже по потоку от теплообменника, состоит в том, что конденсация воды из отработавших газов будет происходить на теплообменнике, что позволит избежать конденсации воды на цеолите и, тем самым, повысить его эффективность. Использование отводного клапана для регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу позволяет подавать поток отработавших газов в обоих направлениях через теплообменник и улавливатель УВ. Это позволяет повысить эффективность теплопередачи и облегчить продувку улавливателя УВ. В целом, увеличение количества тепла, которое можно рекуперировать из отработавших газов с помощью меньшего числа компонентов, позволяет повысить топливную экономичность и эксплуатационные показатели двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты 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». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящей заявки.
Краткое описание фигур чертежей
На ФИГ. 1 изображен пример осуществления системы двигателя, содержащей блок перепуска отработавших газов с улавливателем УВ и теплообменником.
На ФИГ. 2А изображен пример осуществления блока перепуска отработавших газов на ФИГ. 1, работающего в первом режиме.
На ФИГ. 2В изображен пример осуществления блока перепуска отработавших газов на ФИГ. 1, работающего во втором режиме.
На ФИГ.3 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через блок перепуска отработавших газов на ФИГ. 1.
На ФИГ. 4 представлена таблица, иллюстрирующая разные режимы работы блока перепуска отработавших газов на ФИГ. 1.
На ФИГ. 5 представлен пример работы блока перепуска отработавших газов на ФИГ. 1.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для улучшения рекуперации тепла отработавших газов с помощью единственного теплообменника и улавливателя углеводородов в блоке перепуска отработавших газов. Пример системы двигателя, содержащей блок перепуска отработавших газов с теплообменником и улавливателем УВ, представлен на ФИГ. 1. Возможность пропускания потока отработавших газов в двух направлениях через теплообменник и улавливатель УВ в блоке перепуска на ФИГ. 1 обеспечивает отводной клапан. Два рабочих режима системы на ФИГ. 1 подробно раскрыты на примерах ФИГ. 2А-2В и 4. Контроллер двигателя выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например - алгоритма на ФИГ. 3, для изменения положения отводного клапана для эксплуатации блока перепуска отработавших газов в одном из указанного множества примеров режимов с регулированием потока отработавших газов через теплообменник и улавливатель УВ. Примеры работы блока перепуска отработавших газов раскрыты со ссылкой на ФИГ. 5.
На ФИГ. 1 схематически представлены особенности примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В раскрытом варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбокомпрессором 13, содержащим компрессор 114 с приводом от турбины 116. Свежий воздух поступает по заборному каналу 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 112, а затем - в компрессор 114. Компрессор может представлять собой любой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например нагнетательный мотор-компрессор или приводимый от вала компрессор нагнетателя. В системе двигателя 10 компрессор представляет собой компрессор в составе турбокомпрессора, механически соединенный с турбиной 116 через вал 19, при этом турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя.
Как показано на ФИГ. 1, компрессор 114 соединен через охладитель 18 наддувочного воздуха ОНВ (САС) с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 22 двигателя. Заряд сжатого воздуха из компрессора поступает через охладитель 18 наддувочного воздуха и дроссельную заслонку во впускной коллектор. В варианте на ФИГ. 1 давление заряда воздуха во впускном коллекторе измеряет датчик 124 давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP).
Еще один или несколько датчиков могут быть соединены с входом компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть соединен с указанным входом для оценки температуры на входе компрессора, датчик 56 давления может быть соединен с указанным входом для оценки давления на входе компрессора. В другом примере датчик 57 влажности может быть соединен с указанным входом для оценки влажности заряда воздуха, поступающего в компрессор. В число других датчиков могут входить, например, датчики воздушно-топливного отношения и т.п. В других примерах один или несколько параметров на входе компрессора (например, влажность, температуру, давление и т.п.) можно опосредованно определять по параметрам работы двигателя. Кроме того, когда осуществляют рециркуляцию отработавших газов (РОГ), указанные датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и воздушно-топливное отношение смешанного заряда воздуха, включающего в себя свежий воздух, рециркулируемый сжатый воздух и остаточные отработавшие газы, поступающие на вход компрессора.
Привод 92 регулятора давления наддува можно приводить в действие для как минимум частичного сброса давления отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область ниже по потоку от турбины через регулятор 90 давления наддува. Снижение давления отработавших газов выше по потоку от турбины позволяет снизить скорость турбины, и, тем самым, помпаж в компрессоре.
Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 30 сгорания через несколько впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания в свою очередь соединены с выпускным коллектором 36 через несколько выпускных клапанов (не показаны). В раскрытом варианте осуществления показан одинарный выпускной коллектор 36. Однако в других вариантах выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют направлять отработавшие газы из разных камер сгорания в разные области в системе двигателя.
В одном варианте осуществления любой из выпускных и впускных клапанов может быть выполнен с возможностью электронного приведения в действие или управления. В еще одном варианте любой из выпускных и впускных клапанов может быть выполнен с кулачковым приводом или управлением. Независимо от типа привода - электронного или кулачкового, моменты открытия и закрытия впускных клапанов можно регулировать для достижения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов.
В камеры 30 сгорания можно подавать одно или несколько топлив, например, бензин, спиртосодержащие смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.п., через форсунку 66. Топливо можно подавать в камеры сгорания непосредственным впрыском, впрыском во впускной канал, впрыском в корпус дроссельной заслонки или используя любую комбинацию указанных способов. Для начала процесса горения в камерах сгорания можно использовать искровое зажигание и (или) воспламенение от сжатия.
x
x
x
x
Как показано на ФИГ. 1, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора 36 направляют в турбину 116 для приведения ее в действие. Объединенный поток из турбины и регулятора давления наддува можно направить через устройство 170 снижения токсичности выбросов. В целом, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выбросов могут представлять собой один или несколько каталитических нейтрализаторов доочистки отработавших газов с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, тем самым, снижения содержания одного или нескольких веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания NO из потока отработавших газов, когда они являются обедненными, и восстанавливать уловленные NO, когда отработавшие газы являются обогащенными. В других примерах каталитический нейтрализатор доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или избирательного восстановления NO с помощью восстановителя. В других примерах каталитический нейтрализатор доочистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и (или) угарного газа в потоке отработавших газов. Различные катализаторы доочистки отработавших газов с подобными функциональными возможностями могут быть расположены в покрытиях из пористых оксидов или в других областях ступеней доочистки отработавших газов по отдельности или совместно. В некоторых вариантах в состав указанных ступеней доочистки отработавших газов может входить регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления твердых частиц в потоке отработавших газов.
Все или часть очищенных отработавших газов из устройства 170 снижения токсичности выбросов можно сбрасывать в атмосферу через основной выпускной канал 102 после прохождения через глушитель 172. Перепускной канал 175 отработавших газов может быть соединен с основным выпускным каналом 102 ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов. Перепускной канал 175 может проходить из области ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов в область выше по потоку от глушителя 172 и может быть выполнен по существу параллельным основному выпускному каналу 102. Блок 160 перепуска соединен с перепускным каналом 175. Блок 160 перепуска может содержать теплообменник 176, соединенный с перепускным каналом 175, для охлаждения отработавших газов, проходящих по перепускному каналу 175. Блок 160 перепуска может также содержать улавливатель 178 углеводородов (УВ), соединенный с перепускным каналом 175 ниже по потоку от теплообменника 176, для поглощения содержащихся в отработавших газах углеводородов, например тех, что не были уловлены в устройстве 170 снижения токсичности выбросов в условиях холодного пуска. Подающая магистраль 180 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть соединена с перепускным каналом 175 отработавших газов выше по потоку от теплообменника 176. В частности, магистраль 180 РОГ может быть соединена с входом теплообменника 176. Из области ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов отработавшие газы могут течь либо по основному выпускному каналу 102, либо по перепускному каналу, к глушителю 172.
Отводной клапан 174 выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов через выпускной канал и перепускной канал. В зависимости от параметров работы, например, температуры двигателя, часть остаточных отработавших газов можно перенаправить по перепускному каналу 175 и далее в выхлопную трубу 35 или на вход компрессора 114 через клапан 52 рециркуляции отработавших газов (РОГ) и магистраль 180 РОГ. Кроме того, в зависимости от потребностей в обогреве компонентов транспортного средства, например, в обогреве пассажирского салона, поток отработавших газов можно направить по указанному перепускному каналу в первом или во втором направлении для отбора тепла из горячих отработавших газов на теплообменнике и нагрева циркулирующего хладагента с одновременным накапливанием содержащихся в отработавших газах углеводородов в улавливателе УВ. Кроме того, в зависимости от параметров работы двигателя можно изменять направление потока отработавших газов по перепускному каналу 175 и через теплообменник 174 и улавливатель 178 УВ. Таким образом, данная конфигурация обеспечивает возможность потока отработавших газов через теплообменник в двух направлениях. Улавливатель УВ можно продувать, пропуская через него горячие отработавшие газы. Клапан 52 РОГ можно открывать для пропуска регулируемого количества отработавших газов на вход компрессора для обеспечения необходимых показателей сгорания и снижения токсичности выбросов. Клапан 52 РОГ также может быть выполнен бесступенчато-регулируемым. При этом в другом примере клапан 52 РОГ может быть выполнен двухпозиционным.
В одном примере, когда отводной клапан 174 устанавливают в первое положение, может произойти открытие входа в перепускной канал, и отработавшие газы могут течь из области ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов в перепускной канал 175. Затем отработавшие газы могут течь через теплообменник 176, далее через улавливатель 178 УВ (в первом направлении), а оттуда в выхлопную трубу 35. Подача потока отработавших газов по перепускному каналу 175 в первом направлении, когда это обусловлено параметрами работы двигателя, позволяет улавливать углеводороды из охлажденных отработавших газов в улавливателе УВ. В еще одном примере, когда отводной клапан 174 находится во втором положении, вход в перепускной канал вблизи устройства 170 снижения токсичности выбросов может быть закрыт, при этом отработавшие газы могут течь через основной выпускной канал 35 ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов и клапан 174 и поступать в перепускной канал из области выше по потоку от глушителя 172. В этом случае отработавшие газы могу течь через улавливатель УВ и теплообменник 174 (во втором направлении), откуда охлажденные отработавшие газы могут поступать в подающую магистраль 180 РОГ. Проход клапана РОГ можно регулировать для регулирования количества отработавших газов, поступающих в перепускной канал 175 и подающую магистраль 180 РОГ, относительно количества отработавших газов, текущих непосредственно к выхлопной трубе 35. Улавливатель УВ можно своевременно продувать от содержащихся в нем углеводородов горячими отработавшими газами с возможностью подачи остаточных углеводородов во впускной коллектор двигателя для сжигания.
При прохождении отработавших газов через теплообменник 174 в любом из указанных направлений возможна передача тепла от горячих отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник 174. В одном примере теплообменник 174 представляет собой водо-газовый теплообменник. После передачи тепла от отработавших газов на хладагент, нагретый хладагент может циркулировать через сердцевину обогревателя для последующего использования для обогрева головки блока цилиндров (например, по запросу обогрева двигателя) и (или) обогрева пассажирского салона транспортного средства (например, по запросу обогрева салона). Или же, при отсутствии потребностей в обогреве, нагретый хладагент можно пропускать через радиатор для рассеивания тепла в атмосферу.
В условиях, когда газы РОГ могут быть не нужны для двигателя, а улавливатель УВ был продут от содержавшихся в нем УВ (были удалены как малоциклические, так и макроциклические углеводороды), в зависимости от потребности в нагреве хладагента, отводной клапан 174 можно вернуть в первое положение. В первом положении вход в перепускной канал может быть открыт с возможностью подачи потока отработавших газов из области ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов в перепускной канал 175, их прохождения через теплообменник 176 и улавливатель 178 УВ (в первом направлении) и выхода из перепускного канала с поступлением в основной выпускной канал 102 выше по потоку от глушителя 172. На теплообменнике 176 тепло от отработавших газов можно использовать для нагрева хладагента.
Таким образом, система двигателя 10 может быть выполнена с возможностью осуществления внешней РОГ низкого давления НД (LP) путем отбора отработавших газов из области ниже по потоку от турбины 116, при этом происходит охлаждение газов РОГ при прохождении через теплообменник, используемый для охлаждения газов РОГ и рекуперации тепла отработавших газов. Работа и конструкция блока 160 перепуска отработавших газов будут детально раскрыты на примерах ФИГ. 2, 3 и 4. В дополнительных вариантах осуществления система двигателя может содержать линию РОГ высокого давления, в которой отработавшие газы отбирают из области выше по потоку от турбины 116 и направляют во впускной коллектор двигателя ниже по потоку от компрессора 114.
С магистралью 180 РОГ может быть соединен один или несколько датчиков для выдачи показаний о составе и параметрах газов РОГ. Например, датчик температуры может быть установлен для определения температуры газов РОГ, датчик давления может быть установлен для определения давления газов РОГ, датчик влажности может быть установлен для определения влажности или водосодержания газов РОГ, а датчик 54 воздушно-топливного отношения может быть установлен для оценки воздушно-топливного отношения газов РОГ. Или же параметры газов РОГ можно выводить из показаний одного или нескольких из датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного отношения, соединенных с входом компрессора.
Система 100 двигателя может дополнительно содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы множеству исполнительных устройств 81 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). В одном примере в число датчиков 16 могут входить: датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, датчик 124 ДВК, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик 54 РОГ. Прочие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть установлены в различных местах системы 100 двигателя. В число исполнительных устройств 81 могут входить, например, дроссель 20, клапан 52 РОГ, отводной клапан 174, рециркуляционный клапан 72 компрессора, регулятор 92 давления наддува и топливная форсунка 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 выполнен с возможностью приема входных данных от указанных датчиков, обработки входных данных и включения исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входных данных и в соответствии с запрограммированными в нем командами или компьютерной программой, соответствующими одному или нескольким алгоритмам. Например, в зависимости от параметров работы двигателя, потребности в газах РОГ, потребности в продувке улавливателя УВ и потребности в нагреве хладагента, контроллер 12 может регулировать проход отводного клапана 174 для направления отработавших газов в первом или во втором направлении через теплообменник. В другом примере, в зависимости от температуры каталитического нейтрализатора, выведенной из показаний датчика 128 температуры отработавших газов, можно изменить проход клапана РОГ для отбора необходимого количества газов РОГ из выпускного канала 102 во впускной коллектор двигателя. Один алгоритм управления раскрыт на примере ФИГ. 3.
На ФИГ. 2А более детально раскрыт блок перепуска отработавших газов, представленный на ФИГ. 1, и изображен пример 200 осуществления блока перепуска отработавших газов на ФИГ. 1 в первом рабочем режиме. В одном примере блок 200 представляет собой вариант осуществления блока 160 на ФИГ. 1, в связи с чем может иметь общие с ним признаки и (или) конфигурации, уже раскрытые для блока 160 перепуска. Блок 160 перепуска отработавших газов соединен по текучей среде с выпускным каналом 202 ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов. Как указано в описании ФИГ. 1, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выбросов могут представлять собой один или несколько каталитических нейтрализаторов доочистки отработавших газов с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, тем самым, снижения содержания одного или нескольких веществ в потоке отработавших газов.
Поток отработавших газов из двигателя проходит через устройство 170 снижения токсичности выбросов и поступает к блоку 160 перепуска отработавших газов, расположенному ниже по потоку вдоль выпускного канала 202. Входная труба 210 блока 160 перепуска отработавших газов расположена на выпускном канале 202 в узле 206 (ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов). Отводной клапан 174 соединен с выпускным каналом 202 ниже по потоку от узла 206. Отводной клапан 174 выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов в блок перепуска через входную трубу 210. Входная труба 210 ведет в перепускной канал 175, который может быть параллелен выпускному каналу 202.
Вход в магистраль 180 РОГ может быть расположен на перепускном канале 175. Ниже по потоку от входа в магистраль РОГ с каналом 175 может быть соединен теплообменник 176. Далее, ниже по потоку от теплообменника 176 с перепускным каналом 175 может быть соединен улавливатель углеводородов (УВ). Улавливатель УВ может представлять собой улавливатель на основе цеолита для поглощения алканов из отработавших газов при низких температурах. Через теплообменник 176 может циркулировать хладагент для эффективного охлаждения протекающих через него отработавших газов перед их поступлением в улавливатель 178 УВ и (или) магистраль 180 РОГ. В зависимости от потребностей двигателя, отработавшие газы можно пропускать в том или ином из двух направлений по каналу 175. В условиях холодного пуска возможно эффективное поглощение УВ в улавливателе 178 УВ, а в условиях с высокой температурой возможна подача охлажденных газов РОГ по магистрали 180 РОГ во впускной коллектор двигателя. Клапан 52 РОГ выполнен с возможностью регулирования подачи газов РОГ из выпускного канала 202 в канал 228, ведущий во впускной коллектор двигателя. Выше по потоку от улавливателя 178 УВ перепускной канал 175 соединен концом с выходной трубой 216, ведущей обратно в выпускной канал 202. Входные трубы 210 и выходные трубы 216 могут быть расположены под прямыми углами к перепускному каналу 175 и основному выпускному каналу 202. Выходная труба 216 соединена с выпускным каналом 202 в узле 218, расположенном ниже по потоку от узла 206 и отводного клапана 174. Далее ниже по потоку от узла 218 с выпускным каналом 202 может быть соединен глушитель 172. После прохождения через глушитель 172 отработавшие газы можно сбрасывать в атмосферу через выхлопную трубу 235. Расположение всех компонентов блока перепуска отработавших газов ниже по потоку от устройства 170 снижения токсичности выбросов (включающего в себя каталитический нейтрализатор) позволяет снизить тепловые потребности.
Блок 200 перепуска отработавших газов выполнен с возможностью работы в первом или во втором рабочем режиме в зависимости от положения клапанов. Первый рабочий режим соответствует первому положению отводного клапана 174, в котором можно регулировать поток отработавших газов. Следует понимать, что, когда блок работает в первом рабочем режиме, система двигателя может работать в различных функциональных режимах, например, за счет изменения прохода клапана РОГ. В первом рабочем режиме отводной клапан 174 можно удерживать в первом положении, в котором вход во входную трубу 210 открыт для поступления отработавших газов в блок 160 перепуска. Отводной клапан 174 в первом положении не позволяет отработавшим газам течь вниз по потоку через выпускной канал 202 к выхлопной трубе 235. В первом рабочем режиме отработавшие газы могут течь в блок перепуска отработавших газов по входной трубе 210 (как показано жирными стрелками) с последующим поступлением в перепускной канал 175. Газы РОГ могут быть не нужны для работы двигателя, в связи с клапан РОГ закрывают для предотвращения поступления отработавших газов в магистраль 180 РОГ.
Отработавшие газы могут поступать непосредственно в теплообменник 174, расположенный ниже по потоку от входа в магистраль РОГ на перепускном канале 175.
В первом рабочем режиме отработавшие газы текут через теплообменник 176 в первом направлении (от первого конца теплообменника 176 со стороны входной трубы 210 ко второму концу теплообменника 176 со стороны улавливателя 178 УВ). Пройдя через теплообменник 174, охлажденные отработавшие газы текут через цеолитный улавливатель УВ в первом направлении (от первого конца улавливателя 178 УВ со стороны теплообменника 176 ко второму концу улавливателя 178 УВ со стороны выходной трубы 216). Пройдя через улавливатель 178 УВ, отработавшие газы могут течь по выходной трубе 216 и выходить из блока перепуска отработавших газов. Возвращение отработавших газов в основной выпускной канал 202 может происходить в узле 218, после чего они могут течь вниз по потоку к глушителю 172. После прохождения через глушитель 172, отработавшие газы можно сбросить в атмосферу через выхлопную трубу 235.
Первый рабочий режим можно выбирать при нахождении в одном или нескольких из функциональных режимов, например, в первом функциональном режиме, в котором газы РОГ не нужны, а также во втором функциональном режиме, в котором горячие газы РОГ нужны для работы двигателя.
Например, в первом функциональном режиме, в котором газы РОГ не нужны для работы двигателя, блок можно эксплуатировать в первом рабочем режиме с удержанием клапана 52 РОГ закрытым. Газы РОГ могут быть не нужны, когда температура двигателя ниже пороговой (например, в условиях холодного пуска), при этом в основе указанной пороговой температуры лежит температура активации катализатора каталитического нейтрализатора. В первом функциональном режиме отработавшие газы не поступают в магистраль РОГ, а текут вниз по потоку через теплообменник 176 и улавливатель 178 УВ в первом направлении.
На теплообменнике 176 может происходить охлаждение отработавших газов и передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник 174. Если отработавшие газы содержат воду, на теплообменнике 176 может происходить ее конденсации. Хладагент, несущий тепло, рекуперированное из отработавших газов, может циркулировать через сердцевину обогревателя транспортного средства с возможностью использования рекуперированного тепла отработавших газов для таких функций, как нагрев головки блока цилиндров и обогрев пассажирского салона, что повышает топливную экономичность.
В указанных условиях холодного пуска (низкой температуры двигателя), температура каталитического нейтрализатора может быть ниже температуры активации катализатора, что не позволяет устройству 170 снижения токсичности выбросов эффективно улавливать и (или) нейтрализовать все углеводороды. В связи с низкой (ниже 100°С) температурой отработавших газов, поглощать углеводороды, не уловленные устройством 170 снижения токсичности выбросов, может цеолит в улавливателе 178 УВ. Поскольку конденсация воды происходит в теплообменнике 176, вода может не поступать в улавливатель 178 УВ в отработавших газах. Таким образом, расположение улавливателя 178 УВ ниже по потоку от теплообменника 176 позволяет предотвратить конденсацию воды на улавливателе 178 УВ и, тем самым, улучшить функциональные свойства цеолита. В первом функциональном режиме, пройдя через теплообменник 174 и улавливатель 178 УВ, охлажденные отработавшие газы вытекают из блока перепуска отработавших газов и выходят в атмосферу через выхлопную трубу 235.
В одном примере, даже после прогрева двигателя, отсутствие потребности в газах РОГ для двигателя может быть обусловлено параметрами его работы, например, нагрузкой двигателя, частотой вращения двигателя и т.п.В подобных условиях, блок может продолжить работу в первом рабочем (и функциональном) режиме с удержанием клапана 52 РОГ закрытым. После прогрева двигателя, устройство 170 снижения токсичности выбросов может прийти в полную функциональную готовность, при этом количество углеводородов, не уловленных в устройстве 170 снижения токсичности выбросов, может быть малым. Данное малое количество УВ может поглощать улавливатель 178 УВ, предотвращая их утечку в атмосферу и повышая, тем самым, качество выбросов.
Во втором функциональном режиме, например, когда температура двигателя выше пороговой и горячие газы РОГ нужны для работы двигателя, блок перепуска отработавших газов может продолжить работу в первом рабочем режиме с отводным клапаном 174 в первом положении. Контроллер может направить сигнал на исполнительное устройство, соединенное с клапаном 52 РОГ, для установки клапана 52 РОГ в открытое положение. Проход клапана 52 РОГ можно регулировать в зависимости от потребности в горячих газах РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста потребности в горячих газах РОГ. Отработавшие газы могут поступать в блок 160 перепуска по входному каналу 210. Вход в магистраль 180 РОГ расположен на перепускном канале выше по потоку от входа в теплообменник. Поэтому, в зависимости от величины прохода клапана РОГ, в магистраль 180 РОГ может поступать первое количество горячих отработавших газов перед прохождением через теплообменник 176. Пройдя через клапан 52 РОГ, отработавшие газы могут поступать в магистраль РОГ и проходить по каналу 228, ведущему во впускной коллектор двигателя для подачи в область выше по потоку от входа компрессора. Остальное (второе) количество отработавших газов, не поступающее в магистраль РОГ, может проходить через теплообменник 176 и улавливатель 178 УВ (в первом направлении) и выходить из блока перепуска отработавших газов. Затем данное второе количество отработавших газов может проходить через глушитель с возможностью сброса в атмосферу через выхлопную трубу.
На ФИГ. 2В схематически изображен вид 200 примера осуществления блока 160 перепуска отработавших газов. Признаки блока 160 перепуска отработавших газов раскрыты на примере ФИГ. 2А. На ФИГ. 2В рассмотрен второй рабочий режим блока 160 перепуска отработавших газов в сравнении с первым рабочим режимом, раскрытым на ФИГ. 2А. Работа во втором режиме включает в себя перевод отводного клапана во второе, отличное от первого, положение, в котором поток отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в перепускной канал блокирован. Второй рабочий режим соответствует второму положению отводного клапана 174, регулирующего поток отработавших газов. Следует понимать, что когда блок работает во втором рабочем режиме, система двигателя может работать в различных функциональных режимах, например, за счет изменения прохода клапана РОГ.
Во втором рабочем режиме отводной клапан 174 может находиться во втором положении, в котором вход во входную трубу 210 блока 160 перепуска отработавших газов закрыт.Для подачи газов РОГ клапан 52 РОГ можно открыть, при этом проход клапана РОГ увеличивают в зависимости от потребности в газах РОГ. Проходы отводного клапана и клапана РОГ можно регулировать для определения количества отработавших газов, поступающих в блок перепуска, относительно количества отработавших газов, текущих далее по основному выпускному каналу. В данном втором рабочем режиме, при данном положении отводного клапана 174, отработавшие газы не поступают в блок перепуска отработавших газов через входную трубу 210, а проходят по отводному клапану 174 и следуют вниз по выпускному каналу 202. Когда отработавшие газы достигают узла 218, первое количество отработавших газов может поступить в блок перепуска отработавших газов по выходной трубе 216 (служащей входом в данном режиме), как показано жирными стрелками. Второе количество отработавших газов может течь далее по выпускному каналу 202 и выходить в атмосферу через выхлопную трубу 235 после прохождения через глушитель 172. Первое количество отработавших газов, поступающих в блок перепуска, можно регулировать путем изменения прохода клапана 52 РОГ. Первое количество отработавших газов, поступающих в блок перепуска, отработавших газов может продолжить течь по перепускному каналу 212 и поступать в улавливатель 178 УВ. Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы могут продолжить течь далее по перепускному каналу 175 и через теплообменник 176. Во втором режиме отработавшие газы текут через улавливатель 178 УВ в теплообменник 176 во втором направлении (от второго конца улавливателя 178 УВ со стороны выходной трубы 216 к первому концу улавливателя 178 УВ со стороны теплообменника 176 и от второго конца теплообменника 176 со стороны улавливателя 178 УВ к первому концу теплообменника 176 со стороны входной трубы 210). Может происходить передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник 176. В данном рабочем режиме клапан РОГ находится в открытом положении, и охлажденные отработавшие газы (первое количество) после выхода из теплообменника 176 могут поступать в магистраль 180 РОГ. При данном положении отводного клапана 174, отработавшие газы не могут проходить через блок перепуска и возвращаются в выпускной канал 202 по входной трубе 210. Отработавшие газы могут проходить через клапан 52 РОГ и канал 228 для поступления во впускной коллектор двигателя. Второй рабочий режим может быть выбран в одном или нескольких функциональных режимах, например, в третьем функциональном режиме, в котором для работы двигателя нужны холодные газы РОГ.
В третьем функциональном режиме для двигателя могут быть нужны охлажденные газы РОГ. Г азы РОГ могут быть нужны, когда температура двигателя выше пороговой, при этом в основе пороговой температуры может лежать температура активации катализатора каталитического нейтрализатора. Кроме того, улавливатель УВ требует своевременной продувки в зависимости от содержания в нем углеводородов. В данном функциональном режиме, при прохождении горячих отработавших газов через улавливатель УВ, высокая (> 100°С) температура отработавших газов позволяет удалять углеводороды, в частности - алканы, поглощаемые на цеолите. Остаточные углеводороды могут течь вместе с отработавшими газами к впускному коллектору двигателя для сжигания. Таким образом, подача потока горячих отработавших газов сначала через улавливатель УВ позволяет своевременно продувать улавливатель. Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы текут через теплообменник (во втором направлении), где происходит их охлаждение перед поступлением во впускной коллектор двигателя. Для подачи газов РОГ клапан 52 РОГ может быть открыт, при этом проход клапана РОГ можно увеличивать в зависимости от потребности в РОГ. Охлажденные отработавшие газы, выйдя из теплообменника 176, могут поступать в магистраль 180 РОГ. Отработавшие газы могут проходить через клапан 52 РОГ и канал 228 для поступления во впускной коллектор двигателя.
Как раскрыто выше (ФИГ. 2А), в зависимости от потребности, рекуперированное тепло может быть передано на сердцевину обогревателя для дальнейшего использования. Когда температура двигателя и температура салона транспортного средства высокие, можно осуществлять передачу тепла от теплообменника 176 на хладагент, циркулирующий через радиатор с рассеиванием тепла из радиатора в атмосферу.
Таким образом, охлажденные газы РОГ могут поступать во впускной коллектор, пройдя через улавливатель 178 УВ и теплообменник 176. Кроме того, в ходе данного процесса возможна успешная продувка улавливателя УВ. Протяженность пути РОГ из выпускного канала во впускной коллектор короткая, поэтому время задержки подачи газов РОГ небольшое.
В одном примере в четвертом функциональном режиме может быть нужен нагрев хладагента, например, зимой, когда может быть необходим обогрев пассажирского салона в течение длительного периода времени. Нагрев хладагента можно запускать только в случае подтверждения того, что улавливатель УВ 175 был продут (например, в третьем функциональном режиме) и очищен как от малоциклических, так и макроциклических углеводородов. В это время газы РОГ могут быть не нужны для двигателя, следовательно, клапан 52 РОГ может находиться в закрытом положении, а блок 160 перепуска может работать в первом рабочем режиме. В четвертом функциональном режиме отработавшие газы, поступающие в блок 160 перепуска, не поступают в магистраль РОГ и текут вниз по потоку через теплообменник 176 и улавливатель 178 УВ в первом направлении. Хладагент, циркулирующий через теплообменник 176, может отбирать тепло из отработавших газов. Может происходить передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник 176, в связи с чем растет температура хладагента. Рекуперированное тепло может быть передано на сердцевину обогревателя для дальнейшего использования для подачи тепла на компоненты транспортного средства, например, пассажирский салон, головку блока цилиндров и т.п.
Таким образом, отработавшие газы могут течь через теплообменник и улавливатель УВ в тот или ином из двух направлений в зависимости от потребностей в газах РОГ, продувке УВ и нагреве хладагента. Тепло, рекуперированное на теплообменнике, можно в дальнейшем использовать для других функций в транспортном средстве, например, для обогрева салона. Контроллер двигателя может выбирать первый (ФИГ. 2А) или второй (ФИГ. 2В) рабочий режим в зависимости от параметров работы двигателя, например, температуры двигателя. Например, когда температура двигателя ниже пороговой (например, во время холодного пуска), газы РОГ могут быть не нужны для двигателя, и может быть необходимо поглощение углеводородов, не уловленных устройством снижения токсичности выбросов. Следовательно, блок перепуска отработавших газов можно эксплуатировать в первом рабочем режиме. В еще одном примере, когда температура двигателя выше пороговой (например, после прогрева двигателя), холодные газы РОГ могут быть нужны для двигателя, и может быть нужно своевременно продувать улавливатель УВ. Следовательно, блок перепуска отработавших газов можно эксплуатировать во втором рабочем режиме. В еще одном примере, когда может быть нужен нагрев хладагента во время работы транспортного средства, при условии подтверждения того, что улавливатель УВ был продут, блок перепуска отработавших газов можно эксплуатировать в первом рабочем режиме, используя тепло отработавших газов, рекуперированное на теплообменнике, для нагрева хладагента и обогрева салона. Таким образом, функции охладителя РОГ и теплообменника отработавших газов может выполнять единственный теплообменник, соединенный с перепускным каналом отработавших газов выше по потоку от улавливателя УВ. Установка улавливателя УВ ниже по потоку от теплообменника позволяет поглощать углеводороды (например, алканы), не уловленные устройством снижения токсичности выбросов, соединенным с основным выпускным каналом, на улавливателе УВ до того, как отработавшие газы либо поступят во впускной коллектор (РОГ), либо будут сброшены в атмосферу через выхлопную трубу (в зависимости от рабочего режима).
На ФИГ. 1 и 2А-В изображены примеры конфигураций блока перепуска отработавших газов с относительным расположением различных компонентов. Если они показаны непосредственно соприкасающимися друг с другом или непосредственно соединенными, то такие элементы могут считаться непосредственно соприкасающимися или, в соответствующих случаях, непосредственно соединенными, как минимум в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть смежными или, в соответствующих случаях, прилегать друг к другу в как минимум одном примере. Например, компоненты, соприкасающиеся друг с другом торцами, могут рассматриваться как находящиеся в соприкосновении по торцу. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, между которыми находится только какое-либо пространство, но не другие компоненты, могут описываться таким образом в как минимум одном примере.
ФИГ. 3 иллюстрирует пример способа 300 с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через блок перепуска отработавших газов на ФИГ. 1. Команды для реализации способа 300 может выполнять контроллер в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя и системы транспортного средства, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулирования работы системы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 302 алгоритм включает в себя оценку и (или) измерение текущих параметров работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут входить, например, температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов, воздушно-топливное отношение в отработавших газах и т.п.
На шаге 304 алгоритм включает в себя проверку того, работает ли двигатель транспортного средства в условиях холодного пуска. В число условий холодного пуска двигателя могут входить: пуск двигателя после длительного периода бездействия, температура двигателя ниже пороговой (например, ниже температуры активации катализатора каталитического нейтрализатора) и температура окружающей среды ниже пороговой. В условиях холодного пуска, рециркуляция отработавших газов (РОГ) может быть не нужна для работы двигателя. После начала работы двигателя, температура двигателя растет из-за сжигания топлива. Если транспортное средство не находится в условиях холодного пуска, на шаге 306 алгоритм включает в себя проверку того, достаточно ли прогрет двигатель. Иначе говоря, контроллер проверяет, превышает ли температура двигателя пороговую. В основе пороговой температуры может лежать температура активации катализатора каталитического нейтрализатора.
Если будет подтверждено наличие какого-либо из условий холодного пуска двигателя, и (или) если температура двигателя ниже пороговой, алгоритм следует на шаг 308 для эксплуатации системы перепуска отработавших газов в первом рабочем режиме. Работа блока перепуска отработавших газов в первом режиме была раскрыта на примере ФИГ. 2А. Работа в первом режиме включает в себя установку отводного клапана (например, отводного клапана 174 на ФИГ. 2А) в первое положение, в котором поток отработавших газов пропускают из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в указанный перепускной канал. В первом положении отводного клапана отработавшие газы не могут течь дальше вниз через выпускной канал к выхлопной трубе. Вместо этого, отработавшие газы могут течь через блок перепуска в первом направлении, через теплообменник, а затем через улавливатель УВ. В условиях холодного пуска газы РОГ могут быть не нужны для двигателя. Поскольку газы РОГ не нужны во время холодного пуска двигателя, на шаге 310 клапан РОГ может быть закрыт, блокируя поток отработавших газов из выпускного канала во впускной коллектор двигателя.
На шаге 312, в связи с установкой блока перепуска отработавших газов в первый рабочий режим, поток отработавших газов может течь из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в перепускной канал отработавших газов, а затем через первый конец теплообменника со стороны указанного каталитического нейтрализатора отработавших газов ко второму концу теплообменника со стороны выхлопной трубы. Иначе говоря, отработавшие газы могут поступать в блок перепуска отработавших газов через входную (первую) трубу (например, трубу 210 на ФИГ. 2А) и течь по перепускному каналу к теплообменнику (например, теплообменнику 176 на ФИГ. 2А). В данном примере, в первом режиме отработавшие газы текут в первом направлении (от первого конца теплообменника со стороны входной трубы ко второму концу теплообменника со стороны улавливателя УВ) через теплообменник. Так как клапан РОГ закрыт, отработавшие газы не могут течь по магистрали РОГ к впускному коллектору двигателя.
Пройдя через теплообменник, отработавшие газы поступают в улавливатель УВ. В данном примере, в первом рабочем режиме, на шаге 314, отработавшие газы текут в первом направлении (от первого конца улавливателя УВ со стороны теплообменника ко второму концу теплообменника со стороны выходной трубы через улавливатель УВ). В условиях холодного пуска температура активации катализатора каталитического нейтрализатора может быть низкой, в связи с чем устройство снижения токсичности выбросов (каталитический нейтрализатор) не может эффективно улавливать и (или) нейтрализовать все углеводороды. Низкая (ниже 100°С) температура отработавших газов, выходящих из теплообменника, на шаге 316 обеспечивает возможность поглощения углеводородов, не уловленных устройством снижения токсичности выбросов, цеолитом в улавливателе УВ. При наличии воды в отработавших газах, может происходить ее конденсация при прохождении через теплообменник. Поэтому вода может не поступать в улавливатель УВ, что позволяет сохранить функциональные свойства цеолита. Пройдя через теплообменник, отработавшие газы могут вновь поступать в основной выпускной канал по выходной трубе и выходить в атмосферу через выхлопную трубу.
На шаге 318 происходит рекуперация тепла отработавших газов на теплообменнике. А именно, происходит передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник. Передача тепла от отработавших газов на хладагент в области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов обеспечивает преимущество, состоящее в возможности использования тепла отработавших газов, оставшегося после нагрева каталитического нейтрализатора отработавших газов, для нагрева хладагента, циркулирующего через теплообменник. В результате, из теплообменника выходят охлажденные отработавшие газы.
На шаге 320 можно осуществлять циркуляцию хладагента, нагретого путем передачи тепла на теплообменнике, на сердцевину обогревателя для обеспечения возможности его использования для нагрева других компонентов транспортного средства во время холодного пуска двигателя, например, головки блока цилиндров, блока цилиндров двигателя и пространства салона транспортного средства. При холодном пуске, температура салона транспортного средства может быть низкой, в связи с чем водитель транспортного средства может запросить обогрев салона. Поэтому, в связи с потребностью в обогреве салона согласно запросу водителя транспортного средства (например, в соответствии с уставкой температуры в салоне), тепло может быть передано от сердцевины обогревателя в салон. Например, поток воздуха в салон может быть пропущен через сердцевину обогревателя, что позволяет обогреть салон. После удовлетворения потребности в обогреве салона, нагретый хладагент также можно направить на блок цилиндров двигателя и головку блока цилиндров для повышения температуры двигателя, и, тем самым, эксплуатационных показателей двигателя в условиях низких температур.
Вернемся на шаг 306: если условия холодного пуска не будут подтверждены, и двигатель транспортного средства достаточно нагрет, алгоритм следует на шаг 322, на котором систему перепуска отработавших газов можно эксплуатировать во втором рабочем режиме, раскрытом на примере ФИГ. 2В. Подачу охлажденных газов РОГ можно осуществлять в широком диапазоне режимов работы с прогретым двигателем для сокращения выбросов NOx и повышения топливной экономичности во время работы блока перепуска во втором рабочем режиме. Во втором рабочем режиме отводной клапан может находиться во втором положении, в котором поток отработавших газов во входную трубу блока перепуска отработавших газов блокирован. При данном положении отводного клапана, отработавшие газы могут не поступать в блок перепуска отработавших газов через входную трубу, а проходить через отводной клапан и далее следовать по основному выпускному каналу к выхлопной трубе. Некоторое количество отработавших газов может быть отобрано в блок перепуска отработавших газов из области выше по потоку от выхлопной трубы по выходной трубе блока перепуска отработавших газов (служащей входом в данном режиме) для подачи в качестве газов РОГ НД. Во втором рабочем режиме охлажденные газы РОГ НД могут быть отобраны из блока перепуска выше по потоку от теплообменника. В теплообменнике может происходить охлаждение проходящих через него отобранных отработавших газов, что обеспечивает наличие охлажденных газов РОГ НД. Остальное количество отработавших газов можно сбросить в атмосферу через выхлопную трубу. В одном примере соотношение первого количества отработавших газов, отбираемых в блок перепуска по выходной трубе, и второго количества отработавших газов, сбрасываемых в атмосферу через выхлопную трубу, можно регулировать в зависимости от потребности двигателя в газах РОГ путем изменения положений клапана РОГ, как раскрыто ниже. На шаге 324 алгоритм включает в себя определение потребности двигателя в охлажденных газах РОГ НД. Например, контроллер может найти необходимую величину разбавления смеси в двигателе из табулированной зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. В условиях частоты вращения и нагрузки двигателя от низких до средних, необходимая величина разбавления смеси в двигателе может быть больше. В зависимости от результатов определения потребности двигателя в газах РОГ или разбавлении, на шаге 326 способ включает в себя увеличение прохода клапана РОГ для пропуска регулируемого количества отработавших газов, охлажденных при прохождении через теплообменник, во впускной коллектор для обеспечения необходимых показателей сгорания и снижения токсичности выбросов. Например, контроллер может направить сигнал для включения исполнительного устройства, соединенного с клапаном РОГ, а указанное исполнительное устройство перемещает клапан РОГ в сторону открытого положения.
В данном примере, во втором режиме на шаге 328 отработавшие газы текут во втором направлении (от второго конца улавливателя УВ со стороны выходной трубы к первому концу улавливателя УВ со стороны теплообменника) через улавливатель УВ. На шаге 330, содержание УВ в улавливателе может превышать пороговое, при этом благодаря высокой температуре (выше 100°С) отработавших газов, проходящих через улавливатель УВ, возможно удаление углеводородов, в частности, алканов, поглощенных на цеолите. Таким образом, подача потока горячих отработавших газов через улавливатель УВ позволяет своевременно продувать улавливатель. Остаточные углеводороды могут течь вместе с отработавшими газами к впускному коллектору двигателя для сжигания. Подача удаленных продувкой углеводородов в потоке отработавших газах на впуск двигателя включает в себя регулирование прохода клапана РОГ. Величина прохода клапана РОГ может зависеть от количества газов РОГ, необходимых для работы двигателя. Необходимое количество газов РОГ зависит от таких факторов, как частота вращения двигателя и нагрузка двигателя, при этом его определяют путем построения графика характеристик двигателя. График характеристик двигателя определяет необходимое процентное содержание газов РОГ для разных сочетаний частоты вращения и нагрузки для достижения наилучших показателей топливной экономичности и качества выбросов. Кроме того, в процессе оптимизации характеристик при построении графика устанавливают ряд ограничений (максимальная температура газов РОГ, разрежение подачи) для обеспечения устойчивости горения и защиты технических средств. Устойчивость горения может зависеть от коэффициента изменчивости КИ (COV) индикаторного среднего эффективного давления ИСЭД (IMEP). Содержание газов РОГ поддерживают в диапазоне от 2% до 15%. Кроме того, проход клапана РОГ можно регулировать в зависимости от результата оценки содержания УВ для как можно более полной продувки улавливателя УВ во время работы во втором рабочем режиме. Например, контроллер может оценить содержание УВ в улавливателе УВ по продолжительности предыдущего периода работы блока перепуска отработавших газов в первом рабочем режиме (или продолжительности периода работы в условиях холодного пуска). Таким образом, чем больше содержание УВ в улавливателе, тем больше можно увеличивать проход клапана РОГ. После завершения процесса продувки и достижения содержания УВ в улавливателе УВ ниже порогового, блок перепуска отработавших газов может продолжить работу во втором рабочем режиме.
Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы, содержащие УВ (от продувки улавливателя УВ), могут продолжить течь далее по перепускному каналу и через теплообменник. На шаге 332 отработавшие газы также могут течь через теплообменник во втором направлении (от второго конца теплообменника со стороны выходной трубы к первому концу теплообменника со стороны улавливателя УВ). Может происходить передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник.
Пройдя через улавливатель УВ и теплообменник, на шаге 334 охлажденные отработавшие газы, содержащие УВ, удаленные из улавливателя УВ, могут поступать в магистраль РОГ. При данном положении отводного клапана, отработавшие газы не могут проходить через блок перепуска и вновь поступают в выпускной канал по входной трубе. Отработавшие газы могут проходить через клапан РОГ и магистраль РОГ для поступления во впускной коллектор двигателя в качестве газов РОГ низкого давления.
В зависимости от потребностей в обогреве компонентов транспортного средства (например, пассажирского салона, головки блока цилиндров двигателя и т.п.), на шаге 336 может происходить передача тепла, рекуперированного из отработавших газов, на сердцевину обогревателя. В частности, сбросное тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, может быть передано на хладагент с последующей циркуляцией нагретого хладагента через сердцевину обогревателя. Затем тепло от хладагента можно применять для обогрева компонентов транспортного средства, например, пассажирского салона, головки блока цилиндров и т.п., через сердцевину обогревателя. Когда температура двигателя и температура салона транспортного средства высокие, сбросное тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, может быть передано от теплообменника на хладагент с последующей циркуляцией нагретого хладагента через радиатор. На радиаторе может происходить рассеивание тепла в атмосферу.
На шаге 338 алгоритм включает в себя проверку того, нужен ли нагрев хладагента. Нагрев хладагента может быть нужен, когда его температура падает ниже пороговой. Поскольку тепло от хладагента используют для обогрева компонентов транспортного средства, хладагент может терять тепло. При высоких потребностях в обогреве может быть нужен периодический нагрев хладагента. Если на шаге 340 будет установлено, что температура хладагента выше пороговой, можно продолжить эксплуатацию блока перепуска отработавших газов во втором рабочем режиме.
Если контроллер установит, что температура хладагента упала ниже пороговой и нужен нагрев хладагента, на шаге 342 алгоритм включает в себя проверку того, находится ли улавливатель УВ в продутом состоянии. Для начала нагрева хладагента необходимо удостовериться, что улавливатель УВ был очищен как от малоциклических, так и макроциклических углеводородов. Если улавливатель УВ не находится в продутом состоянии до начала нагрева хладагента, во время нагрева хладагента при работе блока перепуска отработавших газов в первом режиме, малоциклические углеводороды, присутствующие в улавливателе УВ, могут выходить из выхлопной трубы, что ухудшает качество выбросов. Если будет установлено, что продувка улавливателя УВ не была доведена до конца, на шаге 340 можно продолжить эксплуатацию блока перепуска отработавших газов во втором рабочем режиме, в котором продолжают продувку улавливателя УВ. Если улавливатель УВ находится в продутом состоянии, на шаге 344 систему перепуска отработавших газов можно эксплуатировать в первом рабочем режиме, в котором возможен нагрев хладагента. В первом рабочем режиме отводной клапан может находиться в первом положении, то есть вход во входную трубу блока перепуска отработавших газов открыт.Во время работы в этом режиме, во время нагрева хладагента, газы РОГ могут быть не нужны для работы двигателя, в связи с чем контроллер может направить сигнал на исполнительное устройство, соединенное с клапаном РОГ, для установки клапана РОГ в закрытое положение.
В первом рабочем режиме положение отводного клапана позволяет отработавшим газам поступать в блок перепуска отработавших газов через входную трубу, течь далее по перепускному каналу и поступать в теплообменник. В данном примере, в первом режиме, на шаге 346 отработавшие газы текут в первом направлении (от первого конца теплообменника со стороны входной трубы ко второму концу теплообменника со стороны улавливателя УВ) через теплообменник. Тепло от отработавших газов может быть передано на хладагент, циркулирующий через теплообменник, в связи с чем растет температура хладагента. Рекуперированное тепло может быть передано на сердцевину обогревателя для дальнейшего использования для обогрева компонентов транспортного средства. Эксплуатацию блока перепуска отработавших газов в данном режиме можно продолжить до тех пор, пока температура хладагента не превысит пороговую.
На шаге 348, пройдя через теплообменник, отработавшие газы могут продолжить течь далее по перепускному каналу и через продутый (чистый) улавливатель УВ. В первом режиме, отработавшие газы также текут через улавливатель УВ в первом направлении.
Пройдя через улавливатель УВ, на шаге 350 отработавшие газы могут вновь поступать в основной выпускной канал по выходной трубе. Оттуда отработавшие газы могут продолжить течь вниз по основному выпускному каналу и выходить в атмосферу через выхлопную трубу. Таким образом, единственный теплообменник выполнен с возможностью охлаждения газов РОГ и отбора тепла из отработавших газов. Улавливатель УВ, соединенный с перепускным каналом ниже по потоку от теплообменника, выполнен с возможностью поглощения углеводородов, не уловленных устройством снижения токсичности выбросов, в частности - в условиях холодного пуска.
ФИГ. 4 представляет собой таблицу 400, иллюстрирующую примеры рабочих режимов двигателя и теплообменной системы (системы перепуска отработавших газов) на ФИГ. 1. Контроллер двигателя может выбирать один из двух рабочих режимов в зависимости от параметров работы двигателя и потребностей в обогреве (функциональных режимов). В зависимости от выбранного рабочего режима, клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ) и отводной клапан можно устанавливать в то или иное положение для регулирования потока отработавших газов через улавливатель УВ, теплообменник и (или) канал подачи РОГ.
В одном примере контроллер может эксплуатировать клапан РОГ и систему выпускного клапана в первом функциональном режиме, например, в каком-либо из условий холодного пуска, когда температура двигателя и температура транспортного средства низкие. В условиях низкой (ниже пороговой) температуры двигателя, подача газов РОГ во впускной коллектор может быть не нужна. Поэтому в данном режиме клапан РОГ может находиться в закрытом положении. В первом функциональном режиме, блок перепуска отработавших газов может работать в первом рабочем режиме с отводным клапаном в первом положении. В данном функциональном режиме, отработавшие газы из выпускного канала могут поступать в блок перепуска отработавших газов по входной (первой) трубе и течь по перепускному каналу к теплообменнику. Так как клапан РОГ закрыт, отработавшие газы могут течь через теплообменник в первом направлении (от первого конца теплообменника со стороны входной трубы ко второму концу теплообменника со стороны улавливателя УВ), двигаясь в обход магистрали РОГ. Тепло от отработавших газов может быть передано на хладагент, циркулирующий через теплообменник. Тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, может быть пропущено через сердцевину обогревателя транспортного средства для использования в компонентах транспортного средства. Например, тепло, рекуперированное из отработавших газов, можно использовать для обогрева пассажирского салона при наличии указанного условия холодного пуска. Пройдя через теплообменник, отработавшие газы могут течь через улавливатель УВ также в первом направлении (от первого конца улавливателя УВ со стороны теплообменника ко второму концу теплообменника со стороны выходной трубы). Углеводороды, в частности, алканы, не уловленные устройством снижения токсичности выбросов, соединенным с основным выпускным каналом, могут быть поглощены цеолитом, содержащимся в улавливателе УВ. В данном режиме продувка улавливателя невозможна, поскольку через улавливатель УВ текут холодные отработавшие газы. Пройдя через теплообменник и улавливатель УВ, отработавшие газы могут вновь поступать в выпускной канал по выходной (второй) трубе и быть сброшены в атмосферу через выхлопную трубу.
В еще одном примере контроллер может эксплуатировать клапан РОГ и систему выпускного клапана во втором функциональном режиме, в котором температура двигателя выше пороговой, и горячие газы РОГ нужны для работы двигателя. Во втором функциональном режиме блок перепуска отработавших газов может продолжить работу в первом рабочем режиме с отводным клапаном в первом положении. Проход клапана РОГ можно регулировать в зависимости от запрашиваемого количества горячих газов РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста потребности в горячих газах РОГ. Отработавшие газы могут поступать в блок перепуска по входному каналу. Вход в магистраль РОГ расположен на перепускном канале выше по потоку от входа в теплообменник. Поэтому, в зависимости от величины прохода клапана РОГ, первое количество горячих отработавших газов может поступать в магистраль РОГ до прохождения через теплообменник. Пройдя через клапан РОГ, отработавшие газы могут поступать в магистраль РОГ и проходить по каналу, ведущему во впускной коллектор двигателя для подачи в область выше по потоку от входа компрессора. Оставшееся (второе) количество отработавших газов, не поступающее в магистраль РОГ, может проходить через теплообменник и улавливатель УВ (в первом направлении) и выходить из блока перепуска отработавших газов. Затем данное второе количество отработавших газов может пройти через глушитель и быть сброшено в атмосферу через выхлопную трубу. Кроме того, в данном функциональном режиме невозможна продувка улавливателя, поскольку через улавливатель УВ текут холодные отработавшие газы. В еще одном примере контроллер может эксплуатировать клапан РОГ и систему выпускного клапана в третьем функциональном режиме, когда для работы двигателя могут быть нужны холодные газы РОГ, например, в условиях высокой температуры двигателя и низкой нагрузки двигателя. В третьем функциональном режиме блок перепуска отработавших газов может работать во втором рабочем режиме с отводным клапаном во втором положении. Проход клапана РОГ можно регулировать для пропуска регулируемого количества холодных отработавших газов во впускной коллектор. Проходы отводного клапана и клапана РОГ можно регулировать для пропуска определенного количества отработавших газов, поступающих в блок перепуска, относительно количества отработавших газов, текущих далее по основному выпускному каналу. Первое количество отработавших газов из выпускного канала может поступать в блок перепуска отработавших газов по второй трубе и течь по перепускному каналу к улавливателю УВ. В данном рабочем режиме отработавшие газы могут течь во втором направлении (от второго конца улавливателя УВ со стороны выходной трубы к первому концу улавливателя УВ со стороны теплообменника) через улавливатель УВ. Поскольку в данном режиме через улавливатель УВ проходят горячие отработавшие газы, в данном режиме его можно своевременно продувать. Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы текут через теплообменник также во втором направлении (от второго конца теплообменника со стороны улавливателя УВ к первому концу теплообменника со стороны входной трубы). Тепло от отработавших газов может быть передано на хладагент, циркулирующий через теплообменник. В зависимости от потребностей, тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, можно либо пропускать через сердцевину обогревателя транспортного средства для использования в других компонентах транспортного средства, либо передавать на радиатор транспортного средства для рассеивания в атмосферу. Пройдя через теплообменник, холодные отработавшие газы могут течь через магистраль РОГ и клапан РОГ к впускному коллектору двигателя. Второе количество отработавших газов может не поступать в блок перепуска отработавших газов, а течь вниз по потоку через выпускной канал к выхлопной трубе для сброса в атмосферу.
В еще одном примере контроллер может эксплуатировать клапан РОГ и систему выпускного клапана в четвертом функциональном режиме, когда может быть нужен нагрев хладагента, например, в условиях большой потребности в тепле. Эксплуатировать блок перепуска отработавших газов в четвертом функциональном режиме можно только убедившись, что улавливатель УВ был продут (были удалены как малоциклические, так и макроциклические углеводороды) до начала нагрева хладагента. В четвертом функциональном режиме блок перепуска отработавших газов может работать в первом рабочем режиме с отводным клапаном в первом положении. Кроме того, в данном функциональном режиме, газы РОГ могут быть не нужны для работы двигателя, в связи с чем контроллер может направить сигнал на исполнительное устройство, соединенное с клапаном РОГ, для установки клапана РОГ в закрытое положение. При данном положении отводного клапана, отработавшие газы могут поступать в блок перепуска отработавших газов через входную трубу, могут продолжить течь по перепускному каналу и поступить в теплообменник. Пройдя через теплообменник в первом направлении, отработавшие газы могут продолжить течь далее по перепускному каналу. Тепло от отработавших газов может быть передано на хладагент, циркулирующий через теплообменник, в связи с чем возрастет температура хладагента. Рекуперированное тепло может быть передано на сердцевину обогревателя для дальнейшего использования для обогрева компонентов транспортного средства. Отработавшие газы могут продолжить течь через улавливатель УВ в первом направлении. При работе в данном режиме продувка улавливателя УВ невозможна. Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы могут вновь поступать в основной выпускной канал по выходной трубе. Затем отработавшие газы могут течь далее вниз по потоку по основному выпускному каналу и выходить в атмосферу через выхлопную трубу.
Таким образом, отводной клапан выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов через улавливатель УВ и теплообменник в том или ином из противоположных направлений. Единственный теплообменник выполнен с возможностью эффективного охлаждения газов РОГ и рекуперации тепла отработавших газов. В условиях холодного пуска, углеводороды, в частности, алканы, могут быть поглощены на улавливателе с возможностью его последующей своевременной продувки горячими отработавшими газами.
На ФИГ. 5 представлен пример рабочей последовательности 500, иллюстрирующей работу блока перепуска отработавших газов на ФИГ.1. Направление потока отработавших газов через блок перепуска отработавших газов и канал подачи рециркулируемых отработавших газов (РОГ) задают в зависимости от параметров работы двигателя. Горизонтальная ось (ось х) обозначает время, а вертикальные метки t1-t3 обозначают значимые моменты работы системы блока перепуска отработавших газов.
Первая кривая (линия 502) сверху отражает изменение частоты вращения двигателя во времени. Вторая кривая (линия 504) отражает изменение температуры двигателя. Третья кривая (линия 506) отражает потребность двигателя в газах РОГ для достижения необходимых показателей сгорания и снижения токсичности выбросов.
Потребность в газах РОГ может зависеть от параметров работы двигателя, например, нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя, температуры двигателя и т.п. Четвертая кривая (линия 508) отражает изменение температуры в салоне транспортного средства во времени. Пятая кривая (линия 510) обозначает положение отводного клапана, расположенного на выпускном канале. Отводной клапан можно устанавливать в первое или во второе положение. Шестая и последняя кривая (линия 512) отражает изменение содержания углеводородов в улавливателе углеводородов (УВ) во времени.
До момента t1 происходит пуск двигателя из неподвижного состояния после периода бездействия, во время которого транспортное средство не приводили в движение с помощью данного двигателя. Может иметь место холодный пуск двигателя при низкой температуре двигателя, на что указывает кривая 504. Когда двигатель запускают, его частота вращения постепенно возрастает от низкой до того или иного установившегося уровня (кривая 502). В условиях холодного пуска, газы РОГ могут быть не нужны для двигателя, поэтому кривая 506 указывает на наличие незначительного потока газов РОГ из выпускного канала во впускной коллектор двигателя или на его отсутствие. В это время температура в салоне транспортного средства (кривая 508) может быть низкой в связи с тем, что обогрев салона мог не происходить до пуска двигателя. Температура в салоне транспортного средства может постепенно возрастать во времени по мере подачи тепла в салон от сердцевины обогревателя транспортного средства.
В условиях холодного пуска и (или) в режиме холостого хода температура катализатора каталитического нейтрализатора может быть низкой. Низкая температура не позволяет каталитическим нейтрализаторам эффективно нейтрализовать углеводороды, выбрасываемые из двигателя вместе с отработавшими газами. Кроме того, в условиях холодного пуска газы РОГ не нужны для работы двигателя. Отводной клапан, соединенный с основным выпускным каналом, можно удерживать в первом положении, в котором проход во входную трубу открыт для пропуска отработавших газов в блок перепуска. Клапан РОГ находится в закрытом положении, блокируя поступление отработавших газов в канал подачи отработавших газов. С перепускным каналом отработавших газов могут быть соединены теплообменник и улавливатель УВ. В первом положении отводного клапана отработавшие газы не могут течь дальше вниз через выпускной канал к выхлопной трубе. Поэтому отработавшие газы поступают в блок перепуска по первой трубе. При прохождении отработавших газов через теплообменник в первом направлении (от первого конца теплообменника со стороны входной трубы ко второму концу теплообменника со стороны улавливателя УВ), может происходить передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник. Пройдя через теплообменник, охлажденные отработавшие газы могут поступать в улавливатель УВ. Благодаря низкой температуре отработавших газов, может происходить поглощение углеводородов на улавливателе УВ. Соответственно, можно наблюдать рост содержания УВ, осаждающихся на улавливателе УВ, с течением времени. Затем отработавшие газы могут выходить из блока перепуска отработавших газов. Отработавшие газы могут проходить через глушитель, соединенный с выпускным каналом, могут быть сброшены в атмосферу через выхлопную трубу отработавших газов.
Тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, можно использовать для подачи тепла в салон транспортного средства и (или) на множество компонентов транспортного средства, например, на головку блока цилиндров. Хладагент из теплообменника можно направлять из теплообменника на сердцевину обогревателя транспортного средства для использования для обогрева различных компонентов транспортного средства. В данном примере, поскольку до t1 температура в салоне транспортного средства низкая, тепло, рекуперированное из отработавших газов, может быть использована для нагрева салона до температуры, необходимой пользователю.
В момент t1 падает частота вращения двигателя. Это может быть связано со снижением нагрузки двигателя. Кроме того, на данном этапе имеет место рост температуры двигателя. В связи с относительно низкой частотой вращения двигателя и относительно высокой температурой двигателя, холодные газы РОГ могут быть нужны для двигателя. Кроме того, содержание УВ, осевших в улавливателе УВ, может быть высоким, в связи с чем может быть нужна продувка улавливателя УВ, поскольку содержание УВ в улавливателе достигает порогового. Для подачи холодных газов РОГ из выпускного канала во впускной коллектор двигателя, в момент t1 отводной клапан может быть переведен во второе положение. В этом положении отводного клапана отработавшие газы могут не поступать в блок перепуска отработавших газов по первой трубе, а проходить через отводной клапан и течь вниз по потоку по выпускному каналу. Отработавшие газы могут поступать в блок перепуска по второй трубе, расположенной со стороны выхлопной трубы, и течь через улавливатель УВ во втором направлении (от второго конца улавливателя УВ со стороны выходной трубы к первому концу улавливателя УВ со стороны теплообменника). В момент t1 содержание УВ превышает пороговое, в связи с чем осуществляют продувку улавливателя УВ. Высокая (выше 100°С) температура отработавших газов, проходящих через улавливатель УВ, обеспечивает возможность удаления углеводородов, в частности, алканов, поглощенных на цеолите. Соответственно, между моментами t2 и t3, как видно из кривой 512, имеет место падение содержания УВ в улавливателе УВ.
Кроме того, между t2 и t3 клапан РОГ оставляют в открытом положении. Пройдя через улавливатель УВ, отработавшие газы могут течь через теплообменник во втором направлении (от второго конца теплообменника со стороны улавливателя УВ к первому концу теплообменника со стороны входной трубы), в связи с чем происходит их охлаждение. Затем охлажденные отработавшие газы могут поступать в канал подачи РОГ через клапан РОГ. Остаточные углеводороды из улавливателя УВ могут течь с отработавшими газами к впускному коллектору двигателя для сжигания. Как видно из кривой 506, в этот период времени возрастает поток РОГ во впускной коллектор двигателя. Таким образом, может происходить подача холодных газов РОГ из выпускного канала во впускной коллектор двигателя и продувка улавливателя УВ по мере необходимости. В это время может быть продолжено использование тепла, рекуперированного из отработавших газов на теплообменнике, для обогрева салона транспортного средства для подъема температуры в нем. Как видно из кривой 508, происходит постоянный рост температуры в салоне во времени.
В момент t2 вновь имеет место возрастание частоты вращения двигателя. В это время температура двигателя высокая и стабильная. Газы РОГ могут быть больше не нужны для двигателя, поэтому клапан РОГ устанавливают в закрытое положение. Это может быть обусловлено ростом нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя и (или) иными параметрами работы двигателя. Как видно из кривой 506, имеет место сокращение и, в конце концов, прекращение потока РОГ (при установке клапана РОГ в закрытое положение) вскоре после t2. Обогрев пассажирского салона может все еще быть нужен. Так как тепло от хладагента, циркулирующего через теплообменник, продолжают использовать для обогрева салона и удовлетворения других потребностей в обогреве, температура хладагента может упасть. В момент t2, в связи с падением температуры хладагента ниже пороговой, необходим нагрев хладагента для эффективного продолжения выполнения функций обогрева салона. В данном примере улавливатель УВ был продут между моментами t1 и t2, поэтому отложение УВ в улавливателе минимально, что позволяет начать нагрев хладагента. Если содержание УВ в улавливателе высоко, нагрев может быть необходимо отсрочить до полного завершения продувки улавливателя УВ. Это необходимо для предотвращения утечки углеводородов из улавливателя, их поступления в теплообменник и, в конце концов, возврата в основной выпускной канал.
В момент t2 отводной клапан может быть переведен в первое положение. В моменты t2 и t3 отработавшие газы могут поступать в блок перепуска по первой трубе (вблизи устройства снижения токсичности выбросов) и течь через теплообменник и улавливатель УВ в первом направлении с последующим выходом из блока по второй трубе. Поскольку улавливатель УВ был только что продут, в нем отсутствуют УВ. Кроме того, после прогрева двигателя, каталитический нейтрализатор (соединенный с основным выпускным каналом) находится в полной функциональной готовности, поэтому он эффективно нейтрализует и (или) поглощает проходящие через него углеводороды. Поэтому поток вниз от устройства снижения токсичности выбросов, поступающий в улавливатель УВ, соединенный с блоком перепуска отработавших газов, содержит незначительное или нулевое количество углеводородов. В этом время, как видно из кривой 512, содержание УВ в улавливателе УВ пренебрежимо мало. Происходит передача тепла от отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник, в связи с чем температура хладагента растет. Нагрев хладагента происходит с момента t2 до момента t3, когда температура хладагента возрастает сверх пороговой. Происходит циркуляция хладагента через сердцевину обогревателя транспортного средства и его использование для подачи тепла в салон транспортного средства.
В момент t3 хладагент может быть достаточно нагрет, однако отводной клапан может быть оставлен в первом положении. В это время частота вращения двигателя, температура двигателя, нагрузка двигателя и иные параметры работы могут обуславливать отсутствие потребности в газах РОГ для двигателя. Поэтому клапан РОГ оставляют в закрытом положении. В первом положении отводной клапан пропускает отработавшие газы в блок перепуска по первой входной трубе. Затем данное первое количество отработавших газов течет через теплообменник и улавливатель УВ в первом направлении с последующим возвратом в основной выпускной канал по второй выходной трубе. На данном этапе хладагент нагрет, и происходит постоянная передача тепла от отработавших газов на хладагент для дальнейшего подъема его температуры. Происходит циркуляция хладагента из теплообменника через сердцевину обогревателя и использование тепла для повышения температуры в пассажирском салоне. После момента t3, как видно из кривой 508, имеет место заметный рост температуры в салоне. Обогрев салона может быть продолжен до достижения температуры в салоне, необходимой водителю. Работа каталитического нейтрализатора в основном выпускном канале сохраняет содержание УВ в улавливателе УВ на низком уровне.
Таким образом, в зависимости от параметров работы, можно подавать газы РОГ из выпускного канала во впускной коллектор двигателя. Улавливатель УВ выполнен с возможностью эффективного улавливания углеводородов из отработавших газов. Отработавшие газы могут течь через теплообменник и улавливатель УВ в том или ином из противоположных направлений. В зависимости от потребности, тепло, рекуперированное из отработавших газов на теплообменнике, может быть передано на сердцевину обогревателя транспортного средства для обогрева пассажирского салона. Охлаждение газов РОГ и рекуперацию тепловой энергии из отработавших газов можно осуществлять с помощью единственного охладителя.
Один пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: в первом режиме подают поток отработавших газов по перепускному каналу отработавших газов в первом направлении через расположенный выше по потоку теплообменник и расположенный ниже по потоку улавливатель углеводородов, установленный в указанном перепускном канале отработавших газов, и далее в выхлопную трубу отработавших газов; и во втором режиме подают поток отработавших газов по выпускному каналу, затем во втором, противоположном, направлении через теплообменник и улавливатель углеводородов, и далее на впуск двигателя. Предыдущий пример дополнительно или необязательно содержит шаг, на котором выбирают первый или второй режим в зависимости от температуры двигателя. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что указанный выбор включает в себя выбор первого режима, когда температура двигателя ниже пороговой, и выбор второго режима, когда температура двигателя выше пороговой, при этом в основе указанной пороговой температуры лежит температура активации катализатора каталитического нейтрализатора. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что указанный перепускной канал отработавших газов соединен с основным выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов через отводной клапан, при этом указанный перепускной канал отработавших газов также соединен с основным выпускным каналом выше по потоку от выхлопной трубы. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что работа в первом режиме включает в себя перевод отводного клапана в первое положение, в котором поток отработавших газов пропускают из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в указанный перепускной канал; при этом работа во втором режиме включает в себя перевод отводного клапана во второе, отличное от первого, положение, в котором поток отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в перепускной канал блокирован. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что указанное первое прямое направление включает в себя подачу потока от входа в теплообменник, далее через выход теплообменника на вход улавливателя УВ и далее через выход улавливателя УВ, при этом указанное второе прямое направление включает в себя подачу потока от выхода улавливателя УВ, далее через вход улавливателя УВ на выход теплообменника и далее на вход теплообменника. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что указанный перепускной канал отработавших газов также соединен с впуском двигателя по магистрали РОГ, содержащей клапан РОГ. Во всех предыдущих примерах или в любом из них магистраль РОГ дополнительно или необязательно соединена с указанным перепускным каналом отработавших газов выше по потоку от входа в теплообменник. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что в указанном первом режиме клапан РОГ закрыт, при этом в указанном втором режиме клапан РОГ открыт.Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно содержит шаг, на котором переходят от работы в указанном втором режиме к работе в указанном первом режиме в связи с запросом на обогрев салона. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что указанный переход включает в себя переход после того, как содержание УВ в улавливателе УВ станет ниже порогового, и передачу тепла от отработавших газов, текущих по указанному перепускному каналу отработавших газов, на теплообменник, далее от теплообменника хладагенту, текущему через сердцевину обогревателя, с последующим обогревом салона транспортного средства за счет отбора тепла из сердцевины обогревателя в соответствии с запросом на обогрев салона. В некоторых примерах указанный порядок подачи потока отработавших газов включает в себя подачу потока отработавших газов в раскрытом порядке без протекания отработавших газов через какие-либо промежуточные компоненты. Таким образом, в одном примере раскрытая подача потока включает в себя подачу потока отработавших газов только через компоненты, перечисленные в указанном порядке. При этом в другом варианте осуществления указанный выпускной канал и перепускные каналы могут содержать дополнительные элементы или каталитические нейтрализаторы.
Еще один пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: подают поток отработавших газов через теплообменник и далее через улавливатель углеводородов в перепускном канале отработавших газов, когда температура двигателя ниже пороговой; и подают поток отработавших газов через улавливатель углеводородов и далее через теплообменник в указанном перепускном канале отработавших газов, когда температура двигателя выше пороговой. В предыдущем примере дополнительно или необязательно, указанное подача потока через теплообменник и далее через улавливатель углеводородов включает в себя накапливание углеводородов, содержащихся в отработавших газах, в указанном улавливателе, при этом подача потока через улавливатель углеводородов и далее через теплообменник включает в себя продувку указанного улавливателя от углеводородов, содержавшихся в отработавших газах. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно содержит шаг, на котором подают удаленные продувкой углеводороды в отработавших газах на впуск двигателя по магистрали РОГ, соединенной с указанным перепускным каналом отработавших газов выше по потоку от теплообменника. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что магистраль РОГ содержит клапан РОГ, при этом подача удаленных продувкой содержащихся в отработавших газах углеводородов на впуск двигателя включает в себя регулирование прохода клапана РОГ. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно содержит шаг, на котором, после того, как содержание УВ в улавливателе УВ станет ниже порогового, в связи с падением температуры хладагента двигателя возобновляют подачу потока отработавших газов через теплообменник и далее через улавливатель углеводородов и передачу тепла от теплообменника хладагенту двигателя.
В еще одном примере система двигателя содержит впускной коллектор двигателя; выпускной коллектор двигателя, содержащий каталитический нейтрализатор отработавших газов, выпускной канал и перепускной канал отработавших газов, при этом указанный перепускной канал установлен параллельно выпускному каналу; теплообменник и улавливатель УВ, установленные в указанном перепускном канале отработавших газов; систему хладагента, соединенную по текучей среде с теплообменником и сердцевиной обогревателя; отводной клапан, соединяющий указанный перепускной канал отработавших газов с выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов; магистраль РОГ, соединяющую указанный перепускной канал отработавших газов выше по потоку от теплообменника с впускным коллектором, при этом магистраль РОГ содержит клапан РОГ; и контроллер с машиночитаемыми командами, хранимыми в долговременной памяти, для: закрытия клапана РОГ и открытия/закрытия (в зависимости от конфигурации) отводного клапана для подачи потока отработавших газов из каталитического нейтрализатора в выхлопную трубу по указанному перепускному каналу отработавших газов в первом направлении через теплообменник и далее через улавливатель УВ; в связи с ростом температуры двигателя - открытия клапана РОГ с одновременным поддержанием отводного клапана в открытом/закрытом положении (в зависимости от конфигурации) для подачи потока отработавших газов из каталитического нейтрализатора по указанному выпускному каналу, далее по указанному перепускному каналу во втором направлении через улавливатель УВ, и далее через теплообменник. Предыдущий пример, дополнительно или необязательно включает в себя, в ответ на потребность в обогреве салона, продолжение подачи потока отработавших газов по указанному перепускному каналу во втором направлении до тех пор, пока содержание УВ в улавливателе не станет ниже порогового; а затем подачу потока отработавших газов по указанному перепускному каналу отработавших газов в первом направлении с одновременной передачей тепла от теплообменника в систему хладагента. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя, в ответ на потребность в обогреве салона, продолжение подачи потока отработавших газов по указанному перепускному каналу во втором направлении до тех пор, пока содержание УВ в улавливателе не станет ниже порогового; а затем подачу потока отработавших газов по указанному перепускному каналу отработавших газов в первом направлении с одновременной передачей тепла от теплообменника в систему хладагента и от системы хладагента на сердцевину обогревателя. Все предыдущие примеры или любой из них дополнительно или необязательно включают в себя то, что подача потока в первом направлении имеет место в связи с тем, что температура отработавших газов ниже температуры активации катализатора каталитического нейтрализатора отработавших газов, при этом подача потока во втором направлении имеет место в связи с тем, что температура отработавших газов выше температуры активации катализатора каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Таким образом, единственный теплообменник выполнен с возможностью удовлетворения потребностей системы двигателя в обогреве. Единственный теплообменник выполнен с возможностью функционирования и как охладитель газов РОГ, и как теплообменник отработавших газов, что обеспечивает преимущества, состоящие в сокращении себестоимости и количества компонентов, без ограничения функциональных свойств или возможностей какой-либо из систем. Наличие цеолитного улавливателя УВ ниже по потоку от теплообменника обеспечивает возможность эффективного поглощения из холодных отработавших газов углеводородов, которые не были нейтрализованы в каталитическом нейтрализаторе, в условиях холодного пуска. Кроме того, указанная конкретная конфигурация единственного теплообменника в составе блока перепуска отработавших газов позволяет сократить длину магистрали РОГ и, тем самым, задержку перемещения газов РОГ. Технический эффект, достигаемый расположением улавливателя УВ ниже по потоку от теплообменника, состоит в предотвращении конденсации воды на цеолите, что позволяет сохранять его функциональные свойства. Отводной клапан обеспечивает возможность потока отработавших газов в том или ином из двух направлений через теплообменник и улавливатель УВ. Это повышает эффективность передачи тепла, обеспечивает возможность своевременной продувки улавливателя УВ и позволяет сократить необходимую длину магистрали РОГ. Улучшение поглощения углеводородов и рекуперации тепла из отработавших газов с помощью меньшего числа компонентов позволяет повысить топливную экономичность, эксплуатационные показатели и качество выбросов.