СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ACTUATION OF SUPERCHARGED ENGINE (VERSIONS) AND ENGINE SYSTEM

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка является частичным продолжением заявки № 12/878,838 на выдачу патента США, озаглавленной «Способ и система для турбонаддува двигателя», поданной 9 сентября 2010 года, содержание которой включено сюда путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу для улучшения теплового коэффициента полезного действия двигателя с турбонаддувом. Способ может быть особенно полезным для обеспечения EGR (рециркуляции отработавших газов) в двигателе с турбонаддувом.
Уровень техники
В попытке удовлетворить обязательные стандарты федерального правительства на выделение продуктов сгорания, системы двигателей могут быть снабжены системами рециркуляции отработавших газов (EGR), в которых по меньшей мере часть отработавших газов подвергается рециркуляции на впуск двигателя. Такие системы EGR дают возможность снижения выделения продуктов сгорания в отработавших газах, к тому же, наряду с улучшением экономии топлива, особенно на более высоких уровнях наддува двигателя.
Один из примеров такой системы EGR проиллюстрирован Дуретом в патенте США 6,135,088. Там, первое впускное отверстие цилиндра двигателя выполнено с возможностью подачи EGR наряду с тем, что второе впускное отверстие выполнено с возможностью подачи свежего воздуха, подвергнутого наддуву компрессором, в цилиндр. Таким образом, послойное смесеобразование может достигаться в цилиндре для улучшения самовоспламенения.
Однако, авторы в материалах настоящей заявки распознали потенциальные проблемы у такой системы. В качестве одного из примеров, во время некоторых режимов, послойное смесеобразование может не требоваться. Скорее, гомогенизация заряда может требоваться для увеличения рабочих характеристик двигателя и улучшения преимуществ EGR. В качестве еще одного примера, может быть трудным поддерживать послойное смесеобразование, поскольку оба впускных отверстия выпускают отработавшие газы через общее выпускное отверстие. В качестве еще одного другого примера, желательные эффекты, изученные Дуретом, могут быть уничтожены, если модифицируются для использования выпускной турбины для приведения в действие компрессора.
Раскрытие изобретения
В одном из примеров, некоторые из этих проблем по меньшей мере частично могут быть решены способом приведения в действие двигателя с наддувом, включающим втягивание по меньшей мере некоторого количества рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него из одного из двух выпускных каналов в цилиндр двигателя через первый впускной канал, и втягивание по меньшей мере некоторого количества свежего воздуха под давлением компрессора в цилиндр через второй, отдельный впускной канал, присоединенный к другому из двух выпускных каналов. Таким образом, подвергнутый наддуву свежий воздух может подаваться отдельно от рециркулированных отработавших газов. Заряды воздуха затем могут смешиваться друг с другом и с топливом в цилиндре. Комбинированная смесь топлива-заряда воздуха затем может сжигаться в цилиндре.
Например, некоторое количество отработавших газов (то есть, EGR низкого давления) может втягиваться из первого выпускного канала в первый впускной канал через первый канал EGR. EGR может безнаддувно подсасываться из первого выпускного канала через первый выпускной клапан и подаваться в цилиндр двигателя под барометрическим давлением или ниже него через первый впускной клапан первого впускного канала с первой, более ранней установкой фаз распределения впускных клапанов. Например, EGR может подаваться в начале такта впуска. Одновременно, некоторое количество свежего всасываемого воздуха может втягиваться через компрессор турбонагнетателя, включенный во второй впускной канал. По существу второй впускной канал может быть отдельным от первого впускного канала, и турбокомпрессор может быть присоединен только ко второму впускному каналу, а не к первому впускному каналу. Кроме того, компрессор может приводиться в действие турбиной, включенной во второй выпускной канал, присоединенный к второму впускному каналу. Например, сжатый свежий всасываемый воздух может втягиваться в цилиндр двигателя через второй впускной клапан второго впускного канала со второй установкой фаз распределения впускного клапана, более поздней, чем первая установка фаз распределения впускного клапана (например, подвергнутый наддуву свежий воздух может втягиваться после того, как начался такт впуска и после того, как уже открылся первый впускной клапан). EGR (LP-EGR) низкого давления и подвергнутый наддуву свежий всасываемый воздух могут смешиваться в цилиндре. Кроме того, смесь зарядов воздуха может смешиваться с топливом и сжигаться в цилиндре.
Таким образом, многослойный заряд воздуха может подаваться в цилиндр, но может равномерно смешиваться с топливом в цилиндре перед сжиганием. Посредством удерживания EGR вне компрессора, могут сокращаться засорение и загрязнение компрессора. Посредством отсутствия расходования работы компрессора на подачу EGR, может улучшаться отдача турбонагнетателя. Кроме того, посредством смешивания подаваемого LP-EGR с подаваемым подвергнутым наддуву свежим воздухом в цилиндре, а не раньше, может уменьшаться разбавление подвергнутого наддуву всасываемого воздуха от EGR во впускном канале. Посредством отделения подачи EGR от подачи наддува, задержки в управлении турбонагнетателем, а также управлении EGR, в частности, во время переходных процессов, также могут быть сокращены. По существу раздельные впускные каналы также дают возможность использования меньшего турбонагнетателя для обеспечения требуемого наддува без компрометирования эффективности наддува. В целом, улучшаются коэффициент полезного действия и рабочие характеристики двигателя.
Таким образом, согласно одному аспекту предложен способ приведения в действие двигателя с наддувом, включающий втягивание по меньшей мере некоторого количества рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него из одного из двух выпускных каналов в цилиндр двигателя через первый впускной канал, и втягивание по меньшей мере некоторого количества свежего воздуха под давлением компрессора в цилиндр через второй, отдельный впускной канал, присоединенный к другому из двух выпускных каналов.
Первый впускной канал предпочтительно расположен параллельно второму впускному каналу.
Один из двух выпускных каналов предпочтительно является первым выпускным каналом, при этом втягивание по меньшей мере некоторого количества рециркулированных отработавших газов включает втягивание некоторого количества отработавших газов из первого выпускного канала через первый выпускной клапан и их подачу в первый впускной канал через первый впускной клапан.
Другой из двух выпускных каналов предпочтительно является вторым, отдельным выпускным каналом, который расположен параллельно первому выпускному каналу.
Втягивание по меньшей мере некоторого количества свежего воздуха под давлением компрессора предпочтительно включает приведение в действие компрессора турбонагнетателя, присоединенного ко второму впускному каналу, а не к первому впускному каналу, для втягивания некоторого количества сжатого свежего воздуха, при этом компрессор турбонагнетателя приводится в действие турбиной турбонагнетателя, присоединенной ко второму выпускному каналу, а не к первому выпускному каналу.
Способ предпочтительно дополнительно включает смешивание рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него со свежим воздухом под давлением компрессора в цилиндре.
Способ предпочтительно дополнительно включает подачу топлива в смесь рециркулированных отработавших газов и свежего воздуха в цилиндре, и сжигание смеси в цилиндре.
Втягивание рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него предпочтительно включает открывание первого впускного клапана, присоединенного к первому впускному каналу, с первой установкой фаз распределения впускного клапана, а втягивание свежего воздуха под давлением компрессора включает открывание второго впускного клапана, присоединенного ко второму впускному каналу, со второй, отличной установкой фаз распределения впускного клапана.
Первый и второй впускные клапаны предпочтительно присоединены к исполнительному механизму впускных клапанов, при этом способ дополнительно включает настройку фазы клапана исполнительного механизма впускного клапана для открывания первого клапана с первой установкой фаз распределения впускного клапана, а второго клапана со второй установкой фаз распределения впускного клапана.
Втягивание рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него предпочтительно дополнительно включает настройку исполнительного механизма выпускных клапанов для открывания первого выпускного клапана, присоединенного к первому выпускному каналу, с первой установкой фаз распределения выпускного клапана, а втягивание свежего воздуха под давлением компрессора включает настройку исполнительного механизма выпускных клапанов для открывания второго выпускного клапана, присоединенного ко второму выпускному каналу, со второй, отличной установкой фаз распределения выпускного клапана.
Первая установка фаз распределения впускного клапана предпочтительно является более ранней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения впускного клапана.
Первая установка фаз распределения выпускного клапана предпочтительно является более поздней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения выпускного клапана.
Согласно другому аспекту предложен способ приведения в действие двигателя с наддувом, включающий в ответ на увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, увеличивают количество всасываемого воздуха и уменьшают количество рециркулированных отработавших газов, подаваемых в цилиндр через первый впускной канал, при приведении в действие компрессора, присоединенного ко второму, отличному впускному каналу, для увеличения количества подвергнутого наддуву всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндр через второй впускной канал в течение некоторой длительности после увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Увеличение количества всасываемого воздуха и уменьшение количества рециркулированных отработавших газов предпочтительно включает открывание первой впускной заслонки в первом впускном канале при закрывании первого клапана EGR в первом канале EGR, присоединенном между первым выпускным каналом и первым впускным каналом.
Длительность предпочтительно включает в себя длительность до
тех пор, пока компрессор не достигает порогового числа оборотов.
Способ предпочтительно дополнительно включает после того, как истекла длительность, уменьшение количества всасываемого воздуха при увеличении количества рециркулированных отработавших газов, подаваемых в цилиндр через первый впускной канал.
Согласно еще одному аспекту предложена система двигателя, содержащая цилиндр двигателя, форсунку непосредственного впрыска, выполненную с возможностью непосредственного впрыска некоторого количества топлива в цилиндр, первый впускной канал, присоединенный с возможностью сообщения к первому выпускному каналу, при этом первый впускной канал включает первый впускной клапан для подачи некоторого количества рециркулированных отработавших газов в цилиндр, второй, отдельный впускной канал, присоединенный с возможностью сообщения ко второму, отдельному выпускному каналу, причем второй впускной канал включает второй впускной клапан для подачи некоторого количества сжатого свежего воздуха в цилиндр, компрессор турбонагнетателя, присоединенный ко второму впускному каналу, при этом компрессор приводится в действие турбиной, присоединенной ко второму выпускному каналу, и исполнительный механизм клапана, выполненный с возможностью открывания первого впускного клапана с первой установкой фаз распределения впускного клапана, а второго клапана со второй, отличной установкой фаз распределения впускного клапана.
Система предпочтительно дополнительно содержит контроллер с машинно-исполняемыми командами для настройки фазы клапана исполнительного механизма для открывания первого впускного клапана с первой установкой фаз распределения впускного клапана, а второго впускного клапана со второй установкой фаз распределения впускного клапана.
Первая установка фаз распределения впускного клапана предпочтительно является более ранней в такте впуска цикла двигателя, чем вторая установка фаз распределения впускного клапана.
Первый выпускной канал предпочтительно включает в себя первый выпускной клапан, а второй выпускной канал включает второй выпускной клапан, при этом контроллер включает дополнительные команды для настройки первой установки фаз распределения впускного клапана на основании первой установки фаз распределения выпускного клапана у первого выпускного клапана и для настройки второй установки фаз распределения впускного клапана на основании второй установки фаз распределения выпускного клапана у второго выпускного клапана.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид двигателя, включающего в себя раздельный впускной коллектор и раздельный выпускной коллектор, и ассоциативно связанные системы рециркуляции отработавших газов.
Фиг.2 представляет собой примерный вариант осуществления цилиндра двигателя по фиг.1, присоединенного к первому и второму впускным каналам, а также первому и второму выпускным каналам.
Фиг.3 представляет собой местный вид двигателя.
Фиг.4 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для управления цилиндром двигателя по фиг.2, согласно настоящему раскрытию.
Фиг.5 представляет собой примерные установки фаз распределения впускных клапанов и выпускных клапанов цилиндра по фиг.2.
Фиг.6 представляет собой смеси зарядов воздуха, которые могут выдаваться в цилиндр по фиг.2 через первый и второй впускные каналы во время разных режимов работы.
Фиг.7 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для координации работы впускной воздушной заслонки с работой турбонагнетателя во время события увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Фиг.8 представляет собой график, поясняющий пример регулировок впускной воздушной заслонки и клапана EGR во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Фиг.9 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для настройки работы охладителя EGR на основании режима работы двигателя.
Подробное описание изобретения
Последующее описание относится к системам и способам для управления двигателем, таким как система двигателя по фиг.1-3, посредством выдачи заряда воздуха отличающегося давления и/или отличающегося состава (например, разных отношений свежего воздуха к EGR) в цилиндр двигателя через отдельные впускные каналы в разные моменты времени в цикле двигателя. Более конкретно, впускной заряд воздуха под барометрическим давлением или ниже него может выдаваться в цилиндр отдельно от впускного заряда воздуха под давлением компрессора. Аналогичным образом, впускной заряд воздуха, включающий в себя рециркулированные отработавшие газы, может выдаваться в цилиндр отдельно от впускного заряда воздуха, содержащего свежий воздух. Кроме того, могут быть возможны другие комбинации, как конкретизировано на фиг.6. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, такой как процедура по фиг.4, для открывания первого впускного клапана цилиндра с более ранней установкой фаз распределения, чем второго впускного клапана цилиндра (фиг.5), тем самым, выдавая первый заряд воздуха первого состава в другой момент времени в цикле двигателя, чем второй заряд воздуха второго состава. Установки фаз распределения впускных клапанов дополнительно координированы с соответствующими установками фаз распределения выпускных клапанов (фиг.5). Положение одной или более воздушных впускных заслонок и клапанов EGR, присоединенных к разным впускным каналам, может настраиваться и координироваться для компенсации переходных процессов, как конкретизировано на фиг.7-8. Дополнительно, различные клапаны EGR могут регулироваться, чтобы давать впускному заряду воздуха каждого впускного канала возможность нагреваться или охлаждаться соответственными охладителями EGR, как конкретизировано на фиг.9. Таким образом, объем работы сжатия турбонагнетателя, потраченной на вытягивание EGR может быть уменьшен, тем самым, увеличивая среднее давление впускных и/или отработавших газов, подаваемых в и из турбонагнетателя, улучшающее отдачу турбонагнетателя. Дополнительно, посредством сохранения основанного на EGR заряда воздуха отдельным от основанного на наддуве заряда воздуха до тех пор, пока они не смешиваются в цилиндре, могут быть уменьшены задержки как управления EGR, так и управления наддувом. В целом, преимущества как EGR, так и наддува могут быть расширены, тем самым, улучшая рабочие характеристики двигателя и экономию топлива.
Фиг.1 показывает схематичный вид примерной системы 100 двигателя с турбонаддувом, включающей в себя многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и турбонагнетатель 50. В качестве неограничивающего примера, система 100 двигателя может быть включена в качестве части силовой установки для пассажирского транспортного средства. Двигатель 10 может включать в себя множество цилиндров 14. В изображенном примере, двигатель 10 включает в себя три цилиндра, расположенных в рядной конфигурации. Однако, в альтернативных примерах, двигатель 10 может включать в себя два или более цилиндров, к примеру, 4, 5, 8, 10 или более цилиндров, расположенных в альтернативных конфигурациях, таких как V-образная, коробчатая, и т.д. Каждый цилиндр 14 может быть снабжен топливной форсункой 166. В изображенном примере, топливная форсунка 166 является непосредственной внутрицилиндровой форсункой. Однако, в других примерах, топливная форсунка 166 может быть сконфигурирована в качестве оконной топливной форсунки. Дополнительные подробности одиночного цилиндра 14 описаны ниже на фиг.2-3.
Каждый цилиндр 14 двигателя 10 выполнен с возможностью приема впускного заряда воздуха (включающего в себя свежий воздух и/или рециркулированные отработавшие газы) из первого впускного канала 42, а также второго впускного канала 44. По существу, второй впускной канал 44 может быть отдельным от, но параллельным первому впускному каналу 42. Первый впускной канал 42 может включать в себя воздушную впускную заслонку 62 ниже по потоку от воздушного фильтра 60. Положение заслонки 62 может регулироваться системой 15 управления посредством исполнительного механизма заслонки (не показан), контактным образом присоединенного к контроллеру 12. Посредством модулирования заслонки 62, некоторый объем свежего воздуха может вводиться из атмосферы в двигатель 10 и подаваться в цилиндры двигателя под или ниже барометрического (или атмосферного) давления через первый впускной канал 42. Первый впускной канал 42 может быть разделен на многочисленные впускные трубопроводы 43a-43c ниже по потоку от заслонки 62. Каждый впускной трубопровод 43a-43c может быть присоединен к отдельному цилиндру двигателя и может быть выполнен с возможностью подачи части впускного заряда воздуха впускного канала 42 в соответствующий цилиндр.
Второй впускной канал 44 может включать в себя воздушную впускную заслонку 64 ниже по потоку от наддувочного охладителя 56 и компрессора 52 турбонагнетателя. Более конкретно, компрессор 52 турбонагнетателя 50 может быть включен в и присоединен ко второму впускному каналу 44, но не к первому впускному каналу 42. Положение заслонки 64 может регулироваться системой 15 управления посредством исполнительного механизма заслонки (не показан), контактным образом присоединенного к контроллеру 12. Посредством модулирования воздушной впускной заслонки 64, наряду с управлением компрессором 52, некоторое количество свежего воздуха может вводиться из атмосферы в двигатель 10 и подаваться в цилиндры двигателя под давлении компрессора (или повышенном давлении) через второй впускной канал 44. Второй впускной канал 44 может быть разделен на многочисленные впускные трубопроводы 45a-45c ниже по потоку от заслонки 64. Каждый впускной трубопровод 45a-45c может быть присоединен к отдельному цилиндру и может быть выполнен с возможностью подачи части впускного заряда воздуха впускного канала 44 в соответствующий цилиндр.
Отработавшие газы, вырабатываемые во время событий сгорания в цилиндре, могут выпускаться из каждого цилиндра 14 по первому выпускному каналу 46 и второму выпускному каналу 48. Выпускной канал 46 может разделяться на многочисленные выпускные трубопроводы 47a-47c. Более конкретно, каждый выпускной трубопровод 47a-47c может быть присоединен к отдельному цилиндру и может быть выполнен с возможностью подачи части отработавших газов, выпускаемых из соответствующего цилиндра, в выпускной канал 46. Отработавшие газы, протекающие через первый выпускной канал 46, могут обрабатываться одним или более устройств дополнительной обработки выхлопа, таких как каталитические нейтрализаторы 70 и 72, перед выпуском в атмосферу по выхлопной трубе 35.
Таким же образом, второй выпускной канал 48 может разделяться на многочисленные выпускные трубопроводы 49a-49c. Каждый выпускной трубопровод может быть присоединен к отдельному цилиндру и может быть выполнен с возможностью подачи части отработавших газов, выпускаемых из соответствующего цилиндра, в выпускной канал 48. Турбина 54 турбонагнетателя 50 может быть включена в и присоединен ко второму выпускному каналу 48, но не к первому выпускному каналу 46. Таким образом, продукты сгорания, которые выпускаются через выпускной канал 48, могут направляться сквозь турбину 54 для выдачи механической работы на компрессор 52 через вал (не показан). В некоторых примерах, турбина 54 может быть сконфигурирована в качестве турбины с переменной геометрией, при этом, контроллер 12 может настраивать положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины, чтобы изменять уровень энергии, которая получается из потока отработавших газов и сообщается компрессору 52. В качестве альтернативы, выпускная турбина 54 может быть сконфигурирована в качестве турбины с регулируемым соплом, при этом, контроллер 12 может настраивать положение сопла турбины, чтобы изменять уровень энергии, которая получается из потока отработавших газов и сообщается компрессору 52.
Отработавшие газы, протекающие через второй выпускной канал 48, могут обрабатываться одним или более устройств дополнительной обработки выхлопа, таких как каталитический нейтрализатор 72, перед выпуском в атмосферу по выхлопной трубе 35. В изображенном примере, отработавшие газы из второго выпускного канала 48 объединяются с отработавшими газами из первого выпускного канала 46 ниже по потоку от турбины 54 и каталитического нейтрализатора 70, но выше по потому от каталитического нейтрализатора 72, и выпускаются в атмосферу по выхлопной трубе 35. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, выпускной канал 46 и 48 могут не объединять повторно и могут выпускать отработавшие газы через отдельные выхлопные трубы. Выпускные каналы 46 и 48 также могут включать в себя один или более датчиков отработавших газов, как дополнительно конкретизировано на фиг.3.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя один или более каналов рециркуляции отработавших газов (EGR) для осуществления рециркуляции по меньшей мере части отработавших газов из первого и второго выпускного каналов 46 и 48 в первый и второй впускной каналы 42 и 44, соответственно. Более конкретно, первый выпускной канал 46 может быть с возможностью сообщения присоединен к первому впускному каналу 42 через первый канал 80 EGR, включающий в себя первый охладитель 82 EGR и первый клапан 84 EGR. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью открывания первого клапана 84 EGR для рециркуляции некоторого количества отработавших газов под атмосферным давлением или ниже него в первый впускной канал 42. Таким образом, EGR низкого давления (LP-EGR) может отводиться из первого выпускного канала в первый впускной канал.
Аналогичным образом, второй выпускной канал 48 может быть с возможностью сообщения присоединен ко второму впускному каналу 44 через второй канал 90 EGR, включающий в себя второй охладитель 92 EGR и второй клапан 94 EGR. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью открывания второго клапана 94 EGR для рециркуляции некоторого количества отработавших газов, под давлением компрессора, из выше по потоку от турбины 54 второго впускного канала 44, в ниже по потоку от компрессора 52. Таким образом, EGR высокого давления (HP-EGR) может выдаваться в двигатель через второй впускной канал и выпускные каналы. Посредством выдачи LP-EGR через первый канал EGR наряду с выдачей HP-EGR через второй, отдельный канал EGR, как HP-EGR, так и LP-EGR могут одновременно выдаваться, тем самым, расширяя преимущества EGR.
Охладители 82 и 92 EGR могут быть выполнен с возможностью понижения температуры отработавших газов, протекающих через соответственные каналы EGR, перед рециркуляцией на впуск двигателя. В альтернативном варианте осуществления, охладители 82 и 92 EGR могут быть расположены в месте соединения канала EGR и соответствующего впускного канала. В этом положении, как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.9, в определенных условиях, охладитель(и) EGR преимущественно может использоваться для нагревания впускного заряда воздуха, подаваемого в цилиндр. Более конкретно, охладитель EGR может использоваться для выдачи нагретого заряда воздуха (например, нагретого свежего воздуха или смеси нагретых отработавших газов и свежего воздуха) в цилиндр двигателя во время некоторого режима, наряду с выдачей охлажденного заряда воздуха (например, охлажденной EGR) в цилиндр двигателя во время другого режима. В одном из примеров, во время режима охлаждения, заряд воздуха, подаваемый в цилиндр через второй впускной канал, может нагреваться перед входом в компрессор для избегания капелек воды, ударяющихся о компрессор.
В других вариантах осуществления, трубопровод может связывать каналы EGR. Трубопровод мог бы соединять второй канал 90 EGR, от положения, расположенного между клапаном 94 EGR и охладителем 94 EGR до первого канала 80 EGR, в положении, расположенном между клапаном 84 EGR и охладителем 82 EGR. Здесь, во время некоторых режимов, отработавшие газы более высокого давления, выпущенные во второй выпускной канал, через второй выпускной клапан, могут охлаждаться в охладителе 92 EGR, а тепло может переноситься в охлаждающую жидкость. Охлажденные отработавшие газы могут рециркулироваться на впуск двигателя через первый впускной канал более низкого давления. В качестве альтернативы, охлажденные отработавшие газы могут выпускаться в атмосферу через первый выпускной канал 46 и выхлопную трубу 35. Таким образом, больший объем работы может извлекаться из отработавших газов.
Система 100 двигателя дополнительно может включать в себя исполнительный механизм 96 клапана для регулировки работы клапана цилиндра 14. Более конкретно, исполнительный механизм 96 клапана может быть выполнен с возможностью открывания первого впускного и/или выпускного клапана цилиндра 14 с первой установкой фаз распределения наряду с открыванием второго впускного и/или выпускного клапана цилиндра 14 со второй установкой фаз распределения Таким образом, первый заряд воздуха первого состава под барометрическим давлением или ниже него может выдаваться в цилиндр двигателя с первой установкой фаз распределения наряду с тем, что второй заряд воздуха второго, отличного состава под давлением компрессора может выдаваться в цилиндр двигателя с второй, отличной установкой фаз распределения. В качестве неограничивающего примера, как показано на фиг.2-3, исполнительный механизм 96 клапана может быть сконфигурирован в качестве кулачкового исполнительного механизма, при этом, впускной и/или выпускной клапаны каждого цилиндра 14 присоединены к соответственным кулачкам. Контроллер может быть выполнен с возможностью настройки фазы (или профиля кулачка) исполнительного механизма 96 клапана (или кулачкового исполнительного механизма) на основании режима работы двигателя для открывания первого впускного клапана с первой установкой фаз распределения, чтобы подавать первый заряд воздуха, наряду с открыванием второго впускного клапана с второй установкой фаз распределения, чтобы подавать второй заряд воздуха. Например, как конкретизировано в материалах настоящей заявки на фиг.5, установки фаз распределения впускных клапанов могут быть смещены для ввода части впускного заряда воздуха через компрессор наряду с безнаддувным подсосом другой части впускного заряда воздуха.
Контроллер дополнительно должен быть выполнен с возможностью настройки фазы клапана, чтобы открывать первый выпускной клапан с первой установкой фаз распределения, наряду с открыванием второго выпускного клапана с второй, отличной установкой фаз распределения, чтобы выпускать отработавшие газы с разными давлениями, в то время как в разных положениях в цикле двигателя. Например, как конкретизировано в материалах настоящей заявки на фиг.5, установки фаз распределения выпускных клапанов могут быть смещены для разделения выпуска сбросных газов (например, расширяющихся отработавших газов в цилиндре до момента времени, когда поршень цилиндра достигает нижней мертвой точки такта расширения) от выпуска остаточных отработавших газов (например, газов, которые остаются в цилиндре после сброса). В одном из примеров, посредством координирования установки фаз распределения первого впускного клапана с установкой фаз распределения первого выпускного клапана, и, аналогичным образом, установки фаз распределения второго впускного клапана с установкой фаз распределения второго выпускного клапана, энергия выхлопа может передаваться из выпуска сбросных газов через турбину турбонагнетателя во втором выпускном канале для задействования компрессора турбонагнетателя во втором впускном канале, чтобы обеспечивать преимущества наддува. По существу одновременно, остаточные газы могут отводиться из первого выпускного канала в первый впускной канал для обеспечения преимуществ EGR. Таким образом, требуемое разбавление EGR может обеспечиваться без расходования дополнительной энергии на накачку отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор через охладитель EGR, даже на более высоких нагрузках.
Следует понимать, что, несмотря на то, что система 100 двигателя показана осуществляющей рециркуляцию отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него через первый впускной канал, в дополнительных вариантах осуществления, таких как где первый впускной канал присоединен к системе восстановления паров топлива двигателя, первый впускной канал может быть выполнен с возможностью рециркуляции одного или более из паров продувки, картерных паров и газов или испаренных паров топлива в цилиндр под барометрическим давлением или ниже него.
Система 100 двигателя может управляться, по меньшей мере частично, системой 15 управления, включающей в себя контроллер 12 и входными сигналами от водителя транспортного средства через устройство ввода (как показано на фиг.3). Система 15 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81. В качестве одного примера, датчики 16 могут включать в себя датчики давления и температуры всасываемого воздуха, датчики MAP (абсолютного давления во впускном коллекторе) и датчики MAT (абсолютной температуры во впускном коллекторе) в одном или обоих впускных каналах. Другие датчики могут включать в себя датчик давления на входе заслонки (TIP) для оценки давления на входе заслонки (TIP) и/или датчик температуры на входе заслонки для оценки температуры воздуха на заслонке (TCT), присоединенные ниже по потоку от заслонок в каждом впускном канале. В других примерах, один или более каналов EGR могут включать в себя датчики давления, температуры, и топливо-воздушного соотношения для определения характеристик потока EGR. Дополнительные датчики и исполнительные механизмы системы конкретизированы со ссылкой на фиг.3. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы 81 могут включать в себя топливные форсунки 166, клапаны 84 и 94 EGR, исполнительный механизм 96 клапана и заслонки 62 и 64. Другие исполнительные механизмы, такие как многообразие дополнительных клапанов и заслонок, могут быть присоединены к различным местоположениями в системе 100 двигателя. Контроллер 12 может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или кода, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящей заявки в отношении фиг.4, 7 и 9.
Далее, со ссылкой на фиг.2-3, показан одиночный цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания. По существу, компоненты, введенные ранее на фиг.1, представлены теми же самыми номерами ссылок и не вносятся на рассмотрение повторно. Фиг.2 показывает первый вид 200 цилиндра 14. Здесь, цилиндр 14 показан с четырьмя отверстиями, в том числе, двумя впускными отверстиями 17 и 18 и двумя выпускныи отверстиями 19 и 20. Более конкретно, первое впускное отверстие 17 цилиндра 14 может принимать первый заряд воздуха под или ниже атмосферного давления через первый впускной канал 30 из первого впускного трубопровода 43a, присоединенного к первому впускному каналу 42. Первый заряд воздуха может включать в себя свежий воздух, рециркулированные отработавшие газы более низкого давления (LP-EGR) или смесь свежего воздуха и LP-EGR, вводимые в цилиндр под или ниже атмосферного давления. Второе впускное отверстие 18 цилиндра 14 может принимать второй заряд воздуха под давлением компрессора через второй впускной клапан 31 из второго впускного трубопровода 45a, присоединенного к второму впускному каналу 44. Второй заряд воздуха может включать в себя свежий воздух, рециркулированные отработавшие газы более высокого давления (HP-EGR) или смесь свежего воздуха и HP-EGR, вводимые в цилиндр под повышенным давлением после сжатия компрессором 52.
Часть продуктов сгорания в цилиндре может выпускаться из первого выпускного отверстия 19 цилиндра 14 через первый выпускной клапан 32 в первый выпускной трубопровод 47a, присоединенный к первому выпускному каналу 46. Другая часть продуктов сгорания в цилиндре может выпускаться из второго выпускного отверстия 20 цилиндра 14 через второй выпускной клапан 33 во второй выпускной трубопровод 49a, присоединенный к второму выпускному каналу 48. Отработавшие газы впоследствии могут выпускаться в атмосферу по выхлопной трубе 35. Более конкретно, первый и второй выпускные каналы могут повторно объединяться ниже по потоку от турбины и выше по потоку от устройства 72 снижения токсичности отработавших газов, предоставляя отработавшим газам, выпускаемым в первый выпускной канал, возможность обрабатываться устройствами 70 и 72 снижения токсичности отработавших газов перед выпуском, наряду с предоставлением отработавшим газам, выпускаемым во второй выпускной канал возможности обрабатываться устройством 72 перед выпуском по выхлопной трубе 35. Дополнительно или по выбору, часть отработавших газов также может рециркулироваться из первого выпускного трубопровода 47a в первый впускной канал 43a через первый канал 80 EGR наряду с тем, что часть отработавших газов может рециркулироваться из второго выпускного трубопровода 49a в первый впускной трубопровод 45a через второй канал 90 EGR. В других вариантах осуществления, второй выпускной канал может быть выполнен с возможностью выдачи отработавших газов в первый или второй впускной канал, а первый выпускной канал может быть выполнен с возможностью выдачи отработавших газов в любой из первого или второго впускного канала.
В изображенном примере, первый впускной клапан 30 и второй впускной клапан 31 каждый может приводиться в действие соответственными кулачками впускного клапана (фиг.3). Положение впускных кулачков, а тем самым, установка фаз распределения впускных клапанов, может определяться впускным кулачковым исполнительным механизмом 97 через шток 101 распределительного вала. Аналогичным образом, первый выпускной клапан 32 и второй выпускной клапан 33 каждый может приводиться в действие соответственными выпускными кулачками (фиг.3), положение выпускных кулачков определяется выпускным кулачковым исполнительным механизмом 98 через шток 102 распределительного вала. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, каждый впускной клапан и каждый выпускной клапан могут иметь независимые исполнительные механизмы клапана. Кроме того, первый впускной клапан и первый выпускной клапан могут быть присоединены к (общему) исполнительному механизму клапана наряду с тем, что второй впускной клапан и второй выпускной клапан присоединены к другому исполнительному механизму клапана. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью настройки фазы исполнительного механизма 97 впускного клапана на основании режима работы двигателя, чтобы открывать первый впускной клапан 30 с первой установкой фаз распределения впускного клапана и открывать второй впускной клапан 31 с второй, отличной установкой фаз распределения впускного клапана. Например, первая установка фаз распределения может настраиваться относительно второй установки фаз распределения, с тем чтобы выдавать первый впускной заряд воздуха, включающий в себя свежий воздух и/или рециркулированные отработавшие газы, в цилиндр 14 под первым, более низким давлением, раньше в цикле двигателя (например, в более ранней части такта впуска), наряду с выдачей второго впускного заряда воздуха, включающего в себя свежий воздух и/или рециркулированные отработавшие газы, в цилиндр 14 под вторым, более высоким давлением, позже в цикле двигателя (например, в более поздней части того же самого такта впуска в том же самом цикле двигателя).
Таким же образом, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью настройки фазы исполнительного механизма 98 выпускного клапана на основании режима работы двигателя, чтобы открывать первый выпускной клапан 32 и второй выпускной клапан 33 с заданными установками фаз распределения. В одном из примеров, фаза исполнительного механизма 97 выпускного клапана может настраиваться относительно фазы исполнительного механизма 98 клапана, из условия чтобы открывание и/или закрывание впускных клапанов 30 и 31 координировались с (или были основаны на) открывании и/или закрывании соответствующих выпускных клапанов 32 и 33. Например, первый выпускной клапан может открываться для избирательного выпуска (или рециркуляции) остаточных отработавших газов наряду с тем, что второй выпускной клапан может открываться для избирательного выпуска сбросных газов через турбину, чтобы приводить в действие присоединенный компрессор. Примерные установки фаз распределения первого и второго впускных и выпускных клапанов проиллюстрированы на фиг.5.
Со ссылкой на фиг.3, она показывает альтернативный вид 300 двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 изображен с камерой 14 сгорания, патрубком 118 охлаждающей жидкости и стенками 136 цилиндра с поршнем 138, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 140. Камера 14 сгорания показана сообщающейся с впускным каналом 146 и выпускным каналом 148 через соответственные впускные клапаны 150 и выпускные клапаны 156. Как конкретизировано ранее на фиг.1-2, каждый цилиндр 14 двигателя 10 может принимать впускной заряд воздуха по двум впускным трубопроводам и может выпускать продукты сгорания по двум выпускным трубопроводам. На изображенном виде 300, впускной канал 146 и выпускной канал 148 представляют первый впускной трубопровод и первый выпускной трубопровод, ведущие в/из цилиндра (такие как трубопроводы 43a и 47a по фиг.2) наряду с тем, что второй впускной и второй выпускной трубопроводы, ведущие в/из цилиндра невидимы на этом виде. Как также конкретизировано ранее на фиг.2, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя два (или более) впускных клапанов и два (или более) выпускных клапанов, присоединенных к соответственным впускным и выпускным трубопроводам. На изображенном виде 300, по меньшей мере один из впускных клапанов показан в качестве впускного тарельчатого клапана 150, а по меньшей мере один из выпускных клапанов показан в качестве выпускного тарельчатого клапана 156, расположенных в верхней области цилиндра 14.
Впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 могут управляться контроллером 12 с использованием соответственных систем кулачкового исполнительного механизма, включающих в себя один или более кулачков. Системы кулачковых исполнительных механизмов могут использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемых фаз кулачкового газораспределения (VCT), регулируемых фаз клапанного газораспределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL) для изменения работы клапанов. В изображенном примере, каждый впускной клапан 150 приводится в действие впускным кулачком 151, а каждый выпускной клапан приводится в действие выпускным кулачком 153. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками 155 и 157 положения клапана, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться посредством клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый через электромагнитный привод клапана, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового привода или распределителя либо системой привода или распределителя с переменными фазами клапанного газораспределения.
В одном из примеров, впускной кулачок 151 включает в себя отдельные и разные рабочие выступы кулачка, которые обеспечивают разные профили клапана (например, установку фаз клапанного распределения, высоту подъема клапана, длительность, и т.д.) для каждого из двух впускных клапанов камеры 14 сгорания. Аналогичным образом, выпускной кулачок 151 может включать в себя отдельные и разные рабочие выступы кулачка, которые обеспечивают разные профили клапана (например, установку фаз клапанного распределения, высоту подъема клапана, длительность, и т.д.) для каждого из двух выпускных клапанов камеры 14 сгорания. В качестве альтернативы, выпускной кулачок 153 может включать в себя общий рабочи выступ или подобные рабочие выступы, которые обеспечивают по существу подобный профиль клапана для каждого из двух выпускных клапанов.
Например первый профиль кулачка первого впускного клапана камеры 14 сгорания может иметь первую величину высоты подъема и первую установку фаз распределения и длительность открывания. Второй профиль кулачка второго впускного клапана камеры 14 сгорания может иметь вторую величину высоты подъема и вторую установку фаз распределения и длительность открывания. В одном из примеров, первая величина высоты подъема может быть меньшей, чем вторая величина высоты подъема, первая установка фаз распределения открывания может быть более ранней (или подвергнутой опережению), чем вторая установка фаз распределения открывания, и/или первая длительность открывания может быть более короткой, чем вторая длительность открывания. В дополнение, в некоторых примерах, фаза первого и второго профилей кулачка может индивидуально настраиваться относительно фазы коленчатого вала двигателя. Таким образом, первый впускной кулачок может быть расположен, чтобы открывать впускной клапан около ВМТ такта впуска камеры 14 сгорания, так что первый впускной клапан может открываться около ВМТ и закрываться около НМТ такта впуска. С другой стороны, второй профиль впускного кулачка может открывать второй впускной клапан около НМТ такта впуска. Таким образом, установка фаз распределения первого впускного клапана и второго впускного клапана может отделять первый впускной заряд воздуха, принимаемый через первый впускной канал, от второго впускного заряда воздуха, принимаемый через второй, отличный впускной канал.
Таким же образом, разные профили кулачка для разных выпускных клапанов могут использоваться для отделения отработавших газов, выпускаемых под давлением в цилиндре, от отработавших газов, выпускаемых под давлением выпуска. Например, первый профиль выпускного кулачка может открывать первый выпускной клапан после НМТ такта расширения. С другой стороны, второй профиль выпускного кулачка может быть расположен, чтобы открывать второй выпускной клапан на НМТ такта расширения, из условия чтобы второй выпускной клапан мог открываться и закрываться до НМТ такта расширения. Кроме того, второй профиль кулачка может настраиваться в ответ на число оборотов двигателя для настройки открывания и закрывания выпускного клапана, чтобы избирательно выпускать сбросной газ камеры сгорания. Таким образом, установка фаз распределения первого выпускного клапана и второго выпускного клапана могут изолировать сбросные газы цилиндра от остаточных газов. Несмотря на то, что, в вышеприведенном примере, первая установка фаз распределения выпускного клапана является более поздней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения выпускного клапана, будет приниматься во внимания, что, в альтернативном примере, первая установка фаз распределения выпускного клапана может быть более ранней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения выпускного клапана. Например, во время режима продувки, второй выпускной клапан может открываться после открывания первого выпускного клапана.
Посредством протекания части отработавших газов (например, выхлопа более высокого давления) через турбину и выпускной канал более высокого давления наряду с протеканием оставшейся части отработавших газов (например, выхлопа более низкого давления) через каталитические устройства и выпускной канал более низкого давления, тепло, восстановленное из отработавших газов, может увеличиваться наряду с улучшением производительности турбины. Посредством координирования установки фаз распределения выпускных клапанов и установки фаз распределения впускных клапанов, часть остаточных отработавших газов может подаваться для обеспечения EGR наряду с тем, что другая часть приводит в действие компрессор турбонагнетателя. Более конкретно, в одном из вариантов осуществления, двигатель может разделяться на безнаддувную часть, работающую под низким давлением, и подвергнутую наддуву часть, работающую под более высоким давлением, давая различные синергетические преимущества EGR и наддува. В дополнение, эта конфигурация дает двигателю возможность двигателю управляться с меньшей турбиной и компрессором наряду с приведением к более низкому запаздыванию турбокомпрессора.
В других вариантах осуществления, оба выпускных клапана могут открываться одновременно для обеспечения подобного регулятору давления наддува действия. Аналогичным образом, оба впускных клапана могут открываться одновременно для обеспечения подобного перепускному клапану компрессора действия. По существу, преимущества, обеспечиваемые разделенным впускным коллектором, могут использоваться даже в отсутствие разделенного выпускного коллектора. Кроме того, преимущества могут обеспечиваться даже в отсутствии каналов EGR. Например, подобное регулятору давления наддува действие и подобное перепускному клапану компрессора действие могут достигаться, есть ли один или более каналов EGR, или нет ни одного канала EGR между разделенным впуском и разделенным выпуском.
Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148. Датчик 128 может быть расположен в выпускном канале выше по потоку от одного или более устройств снижения токсичности отработавших газов, таких как устройства 70 и 72 по фиг.1-2. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания отношения воздух/топливо в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), NOx, HC, или CO. Расположенные ниже по потоку устройства 178 снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или их комбинации.
Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном патрубке 48. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может выводиться на основании режимов работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), задержка искры, и т.д.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть опущена, таких как, где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска (в дальнейшем, также указываемого ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг.3 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя со спиртосодержащим топливом вследствие низкой летучести некоторого спиртосодержащего топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания. В альтернативном варианте осуществления, форсунка 166 может быть канальной форсункой, выдающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может доставляться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, временные характеристики непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12. Топливные баки в топливной системе 8 могут хранить топливо с разными качествами топлива, такое как разные топливные составы. Эти отличия могут включать в себя разное содержание спирта, разное октановое число, разную теплоту испарения, разные топливные смеси и/или их комбинации, и т.д. В некоторых вариантах осуществления, топливная система 8 может быть присоединена к системе 22 восстановления паров топлива, включающей в себя бачок для накопления дозаправочных и суточных паров топлива. Пары топлива могут выдуваться из бачка в цилиндры двигателя во время работы двигателя, когда удовлетворены условия продувки. Например, пары продувки могут безнаддувно подсасываться в цилиндр через первый впускной канал под барометрическим давлением или ниже него.
Контроллер 12 показан на фиг.3 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов и процедур, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но особо не перечислены. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение массового расхода введенного воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение заслонки (TP) с датчика положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124, AFR в цилиндре с датчика 128 EGO и ненормальное сгорание с датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
На основании входных сигналов с одного или более из вышеупомянутых датчиков, контроллер 12 может настраивать один или более исполнительных механизмов, таких как топливная форсунка 166, заслонка 162, свеча 199 зажигания, впускные/выпускные клапаны и кулачки, и т.д. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерная процедура управления описана в материалах настоящей заявки в отношении фиг.4.
Далее, обращаясь к фиг.4, показана примерная процедура 400 для подачи первого заряда воздуха в цилиндр двигателя через первый впускной канал наряду с подачей второго заряда воздуха в цилиндр двигателя через второй, параллельный, но отдельный впускной канал. Первый и второй заряды воздуха могут иметь разные составы (например, разные отношения свежего воздуха к рециркулированным отработавшим газам), разные давления (например, один заряд воздуха под более высоким давлением наддува, в то время как другой заряд воздуха под более низким подбарометрическим давлением), разные температуры (например, один заряд воздуха, нагретый до более высокой температуры, в то время как другой заряд воздуха охлажден до более низкой температуры), и т.д. Кроме того, разные заряды воздуха могут подаваться с разными установками фаз распределения, с тем чтобы смещать их подачу в течение данного такта впуска.
На 402, режимы работы двигателя могут оцениваться и/или измеряться. Например, они могут включать в себя температуру и давление окружающей среды, температуру двигателя, число оборотов двигателя, частоту вращения коленчатого вала, частоту вращения трансмиссии, состояние заряда аккумуляторной батареи, имеющееся в наличии топливо, процентное содержание спиртов в топливе, температуру каталитического нейтрализатора, требуемый водителем крутящий момент, и т.д.
На 404, на основании оцененного режима работы двигателя, может определяться требуемый (общий) заряд воздуха. Это может включать в себя определение количества свежего всасываемого воздуха, количество рециркуляции отработавших газов (EGR) и величины наддува. Кроме того, может определяться пропорция свежего всасываемого воздуха, который должен подаваться под барометрическим давлением или ниже него (BP), относительно свежего всасываемого воздуха, который должен подаваться под давлением наддува. Аналогичным образом, может определяться пропорция EGR, подаваемой под более высоким давлением (HP-EGR), относительно EGR, подаваемой под более низким давлением (LP-EGR).
В одном из примеров, в ответ на требование более высокого крутящего момента, требуемый (общий) заряд воздуха может включать в себя более высокое количество свежего всасываемого воздуха и более низкое количество EGR. Кроме того, заряд воздуха может включать в себя более высокое количество подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха и более низкое количество свежего воздуха под или ниже BP. В еще одном примере, во время режима средневысоких нагрузок двигателя, когда двигатель разогревается, требуемый (общий) заряд воздуха может включать в себя более высокое количество EGR и более низкое количество свежего всасываемого воздуха. Кроме того, заряд воздуха может включать в себя более высокое количество LP-EGR и более низкое количество HP-EGR.
На основании требуемого общего заряда воздуха, процедура дополнительно может определять первый заряд воздуха, который должен подаваться в цилиндр двигателя по первому впускному каналу под первым, более низким давлением (таким как под барометрическим давлением или ниже него), а также второй заряд воздуха, который должен подаваться в цилиндр по второму, отдельному впускному каналу под вторым, более высоким давлением (таким как под давлением наддува). Более конкретно, первый и второй заряды воздуха могут смешиваться в цилиндре для предоставления требуемого общего заряда воздуха. Первый заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя свежий воздух, рециркулированные отработавшие газы (LP-EGR) или комбинацию этих двух, подаваемые под барометрическим давлением или ниже него. Аналогичным образом, второй заряд воздуха, подаваемый по второму впускному каналу, может включать в себя свежий воздух, рециркулированные отработавшие газы (HP-EGR) или комбинацию этих двух, подаваемые под давлением наддува или давлением компрессора. Различные комбинации первого и второго зарядов воздуха, которые могут подаваться в цилиндр по первому и второму впускным каналам, дополнительно конкретизированы в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.6.
На 406, настройки для первого и второго клапанов EGR могут определяться на основании требуемого заряда воздуха. Например, на основании требуемого заряда воздуха, первый клапан EGR в первом канале EGR может открываться на величину для рециркуляции первого количества отработавших газов из первого выпускного канала в первый впускной канал. Здесь, первое количество отработавших газов может быть под первым, более низким давлением (таким как, под барометрическим давлением или ниже него), чтобы, тем самым, обеспечивать LP-EGR. В качестве еще одного примера, на основании требуемого заряда воздуха, второй клапан EGR во втором, отдельном канале EGR может открываться на величину для рециркуляции второго количества отработавших газов из второго, отдельного выпускного канала во второй, отдельный впускной канал. Как конкретизировано ранее, второй выпускной канал может быть расположен параллельно первому выпускному каналу, второй впускной канал может быть расположен параллельно первому впускному каналу, а второй канал EGR может быть расположен параллельно первому каналу EGR, даже если все каналы могут быть отдельными друг от друга. Здесь, второе количество отработавших газов может быть под вторым, более высоким давлением (таким как, под давлением наддува или компрессора), чтобы, тем самым, обеспечивать LP-EGR. Более конкретно, второй клапан EGR может открываться для подачи второго количества отработавших газов из выше по потоку от турбины турбонагнетателя, присоединенной к второму выпускному каналу, в ниже по потоку компрессора турбонагнетателя, присоединенного к второму впускному каналу.
На 408, на основании требуемого заряда воздуха, могут определяться первая установка фаз распределения впускного клапана для подачи первого заряда воздуха в цилиндр через первый впускной клапан, присоединенный к первому впускному каналу, и вторая установка фаз распределения впускного клапана для подачи второго заряда воздуха в цилиндр через второй впускной клапан, присоединенный к второму впускному каналу. В одном из примеров, в тех случаях, когда первый впускной клапан и второй впускной клапан присоединены к исполнительному механизму впускных клапанов, фаза клапана исполнительного механизма впускных клапанов может настраиваться для открывания первого впускного клапана с первой установкой фаз распределения впускного клапана, а второго впускного клапана с второй установкой фаз распределения впускного клапана. Первая установка фаз распределения впускного клапана может настраиваться относительно второй установки фаз распределения впускного клапана на основании режима работы двигателя. Более конкретно, первая установка фаз распределения может настраиваться, чтобы быть более ранней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения. Например, как конкретизировано на фиг.5, первая установка фаз распределения впускного клапана может быть более ранней в такте впуска (то есть, более близкой к ВМТ (верхней мертвой точке, TDC) такта впуска) наряду с тем, что вторая установка фаз распределения может быть более поздней в том же самом такте впуска (то есть, более отдаленной от ВМТ такта впуска).
В дополнение к первой и второй установкам фаз распределения впускных клапанов, высота подъема клапана, а также длительность открывания впускного клапана могут определяться для каждого впускного клапана. Фаза клапана исполнительного механизма впускного клапана может настраиваться соответствующим образом. В одном из примеров, первый впускной клапан может открываться с первой величиной высоты подъема клапана наряду с тем, что второй впускной клапан открывается с второй, отличной величиной высоты подъема клапана. Например, как конкретизировано на фиг.5, первая величина высоты подъема клапана первого впускного клапана может быть меньшей, чем вторая величина высоты подъема клапана второго впускного клапана. В еще одном примере, первый впускной клапан может открываться на первую длительность наряду с тем, что второй впускной клапан открывается на вторую, отличную длительность. Например, как конкретизировано на фиг.5, первый впускной клапан может открываться на меньшую длительность, чем второй впускной клапан.
Таким же образом, могут определяться первая установка фаз распределения выпускного клапана для первого выпускного клапана, присоединенного к первому выпускному каналу, и вторая установка фаз распределения выпускного клапана для второго выпускного клапана, присоединенного к второму выпускному каналу. В одном из примеров, в тех случаях, когда первый выпускной клапан и второй выпускной клапан присоединены к исполнительному механизму выпускных клапанов, фаза клапана исполнительного механизма выпускных клапанов может настраиваться для открывания первого выпускного клапана с первой установкой фаз распределения выпускного клапана, а второго выпускного клапана с второй установкой фаз распределения выпускного клапана. Первая установка фаз распределения впускного клапана и вторая установка фаз распределения впускного клапана могут выбираться на основании режима работы двигателя. В одном из примеров, как конкретизировано на фиг.5, первый и второй выпускные клапаны могут открываться с общей установкой фаз распределения выпускных клапанов. В качестве альтернативы, они могут быть смещены.
Фаза клапана исполнительных механизмов впускных и выпускных клапанов также может настраиваться, с тем чтобы координировать установку фаз распределения событий выпускных клапанов с установкой фаз распределения событий впускных клапанов. Более конкретно, первая установка фаз распределения впускного клапана первого впускного клапана может быть основана на первой установке фаз распределения выпускного клапана (например, первая установка фаз распределения впускного клапана может быть задержана от первой установки фаз распределения выпускного клапана на предопределенную величину), наряду с тем, что вторая установка фаз распределения впускного клапана может быть основана на второй установке фаз распределения выпускного клапана второго выпускного клапана (например, вторая установка фаз распределения может быть задержана от второй установки фаз распределения выпускного клапана на предопределенную величину).
На 410, на основании требуемого заряда воздуха и режима работы двигателя, могут определяться настройки для воздушных впускных заслонок, присоединенных к каждому впускному каналу. Кроме того, могут определяться настройки топливных форсунок (например, установка фаз распределения, количество впрыска, длительность открывания, и т.д.), а также настройки турбонагнетателя. Например, настройка компрессора для турбонагнетателя, присоединенного к второму впускному каналу, может определяться на основании требуемой величины наддува (например, на основании требуемой величины подвергнутого наддуву заряда воздуха).
На 412, на основании определенных настроек клапанов EGR, могут открываться первый и второй клапаны EGR. Более конкретно, процедура включает в себя открывание первого клапана EGR в первом канале EGR для рециркуляции первого количества отработавших газов, под барометрическим давлением или ниже него, из первого выпускного канала в первый впускной канал. Процедура дополнительно включает в себя открывание второго клапана EGR во втором канале EGR для рециркуляции второго количества отработавших газов, под давлением компрессора (то есть, давлением наддува), из второго выпускного канала, выше по потоку от турбины турбонагнетателя, во второй впускной канал, ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя.
На 414, процедура включает в себя открывание первого впускного клапана первого впускного канала с первой установкой фаз распределения впускного клапана для подачи первого (не подвергнутого наддуву) заряда воздуха под или ниже бараметрического давления в цилиндр. На 416, процедура включает в себя открывание второго впускного клапана второго впускного канала со второй установкой фаз распределения впускного клапана для подачи второго (подвергнутого наддуву) заряда воздуха под давлением компрессора в цилиндр. По существу, выдача второго подвергнутого наддуву заряда воздуха включает в себя задействование компрессора турбонагнетателя, присоединенного к второму впускному каналу (и не присоединенного к первому впускному каналу), согласно определенным настройкам наддува.
Как дополнительно конкретизировано со ссылкой на фиг.6, первый и второй заряды воздуха могут включать в себя различные комбинации свежего воздуха и рециркулированных отработавших газов под переменными давлениями. Например, первый заряд воздуха, будучи подаваемым в цилиндр, может включать в себя первое количество свежего всасываемого воздуха и первое количество рециркулированных отработавших газов (LP-EGR) под барометрическим давлением или ниже него наряду с тем, что второй заряд воздуха, будучи подаваемым в цилиндр, может включать в себя второе количество свежего всасываемого воздуха и второе количество рециркулированных отработавших газов (HP-EGR) под давлением наддува.
На 418, процедура включает в себя непосредственный впрыск некоторого количества топлива в цилиндр и смешивание первого заряда воздуха с вторым зарядом воздуха и впрыснутым топливом в цилиндре. Смесь впрыснутого топлива и первого и второго зарядов воздуха затем может сжигаться в цилиндре. В одном из примеров, где первый впускной заряд воздуха включает в себя только рециркулированные отработавшие газы, а второй впускной заряд воздуха включает в себя только свежий воздух, свежий воздух и EGR могут раздельно подаваться в цилиндр по отдельным впускным каналам, а затем, заряд воздуха может, в первый раз, смешиваться в цилиндре. Смешанный заряд воздуха затем может дополнительно смешиваться с впрыснутым топливом и сжигаться в цилиндре. В еще одном примере, где первый впускной заряд воздуха включает в себя только LP-EGR, а второй впускной заряд воздуха включает в себя только HP-EGR, рециркулированные отработавшие газы разных давлений могут раздельно подаваться в цилиндр по отдельным впускным каналам, а затем, в первый раз, смешиваться в цилиндре. Аналогичным образом, в примере, где первый впускной заряд воздуха включает в себя свежий всасываемый воздух под или ниже атмосферного давления, а второй впускной заряд воздуха включает в себя подвергнутый наддуву свежий всасываемый воздух, свежий воздух разных давлений может раздельно подаваться в цилиндр по отдельным впускным каналам, а затем, в первый раз, смешиваться в цилиндре.
В еще одном другом примере, где каждый из первого заряда воздуха и второго заряда воздуха включают в себя по меньшей мере некоторое количество свежего воздуха и по меньшей мере некоторое количество отработавших газов, первое количество LP-EGR может смешиваться с первым количеством свежего всасываемого воздуха под барометрическим давлением или ниже него в первом впускном клапане для формирования первого заряда воздуха наряду с тем, что второе количество HP-EGR может смешиваться с вторым количеством подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора во втором впускном канале для формирования второго заряда воздуха. Каждый заряд воздуха затем может раздельно подаваться в цилиндр двигателя и скорее смешиваться в первый раз в цилиндре, чем раньше, во впускном клапане. Смесь зарядов воздуха затем может дополнительно смешиваться с впрыснутым топливом и сжигаться в цилиндре.
Таким образом, разные заряды воздуха могут подаваться раздельно, но полностью смешиваться в цилиндре для предоставления гомогенизированного заряда воздуха цилиндра. Посредством предоставления гомогенизации заряда воздуха возможности происходить в цилиндре, рабочие характеристики двигателя и преимущества EGR могут увеличиваться. Посредством регулировки первой установки фаз распределения первого впускного клапана относительно второй установки фаз распределения второго впускного клапана и установки фаз распределения первого и второго выпускных клапанов, разные заряды воздуха могут подаваться в разные моменты времени, но могут смешиваться в цилиндре для обеспечения гомогенизированного окончательного заряда воздуха в цилиндре.
Далее, обращаясь к фиг.5, многомерная характеристика 500 двигателя изображает пример установок фаз распределения впускных клапанов и установок фаз распределения выпускных клапанов, по отношению к положению поршня, для цилиндра двигателя, сконфигурированного для приема первого впускного заряда воздуха из первого впускного канала через первый впускной клапан, приема второго впускного заряда воздуха из второго, отдельного впускного канала через второй, другой впускной клапан, и выпускания продуктов сгорания двигателя в каждый из первого выпускного канала через первый выпускной клапан, и второго, другого выпускного канала через второй выпускной клапан. Посредством регулировки первой установки фаз распределения первого впускного клапана относительно второй установки фаз распределения второго впускного клапана и установки фаз распределения первого и второго выпускных клапанов, разные заряды воздуха могут подаваться в разные моменты времени для обеспечения некоторой слоистости, но могут смешиваться в цилиндре для обеспечения гомогенизированного окончательного заряда воздуха в цилиндре.
Многомерная характеристика 500 двигателя иллюстрирует положение двигателя по оси x в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD). Кривая 502 изображает положения поршня (вдоль оси y), со ссылкой на их расположения от верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ), и кроме того, со ссылкой на их расположение в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, рабочего и выпуска) цикла двигателя.
Во время работы двигателя, каждый цилиндр типично подвергается четырехтактному циклу, включающему в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, обычно, выпускные клапаны закрыты, а впускные клапаны открыты. Воздух вовлекается в цилиндр через соответствующий впускной канал, и поршень цилиндра перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри цилиндра. Положение, в котором поршень находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой в качестве нижней мертвой точки (НМТ). Во время такта сжатия, впускные клапаны и выпускные клапаны закрыты. Поршень перемещается по направлению к головке блока цилиндров, с тем чтобы сжимать воздух внутри камеры сгорания. Точка, в которой поршень находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера сгорания находится при наименьшем своем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ). В процессе, в материалах настоящей заявки указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в материалах настоящей заявки указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ. Коленчатый вал преобразует это перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Во время такта выпуска, выпускные клапаны открыты для выпускания остаточной подвергнутой сгоранию топливно-воздушной смеси в соответствующие выпускные каналы, и поршень возвращается в ВМТ.
Кривая 504 изображает первую установку фаз распределения впускного клапана, высоту подъема и длительность для первого впускного клапана (Int_1), присоединенного к первому впускному каналу цилиндра двигателя, наряду с тем, что 506 изображает вторую установку фаз распределения впускного клапана, высоту подъема и длительность для второго впускного клапана (Int_2), присоединенного к второму впускному каналу цилиндра двигателя. Кривые 508a и 508b изображают примерные вторые установки фаз распределения выпускных клапанов, высоты подъема и длительности для второго выпускного клапана (Exh_2), присоединенного к второму выпускному каналу цилиндра двигателя, наряду с тем, что кривые 510a и 510b изображают примерные установки фаз распределения выпускных клапанов, высоты подъема и длительности для первого выпускного клапана (Exh_1), присоединенного к первому выпускному клапану цилиндра двигателя. Как конкретизировано ранее, первый и второй впускные каналы могут быть отдельными от, но расположенными параллельно друг другу. Аналогичным образом, первый и второй выпускные каналы могут быть отдельными от, но расположенными параллельно друг другу. Кроме того, первый впускной клапан может быть с возможностью сообщения присоединен к первому выпускному каналу через первый канал EGR наряду с тем, что второй впускной канал может быть с возможностью сообщения присоединен к второму выпускному каналу через второй канал EGR.
В изображенном примере, первый впускной клапан открывается с первой установкой фаз распределения (кривая 502), которая является более ранней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения (кривая 504), с которой открывается второй впускной клапан. Более конкретно, первая установка фаз распределения для первого впускного клапана находится ближе к ВМТ такта впуска, непосредственно перед CAD2 (например, в или непосредственно перед ВМТ такта впуска). В сравнении, вторая установка фаз распределения для второго впускного клапана задерживается от ВМТ такта впуска, после CAD2, но перед CAD3. Таким образом, первый впускной клапан может открываться на или до начала такта впуска и может закрываться до того, как такт впуска заканчивается, наряду с тем, что второй впускной клапан может открываться после начала такта впуска и может оставаться открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начат последующий такт сжатия.
Дополнительно, первый впускной клапан может открываться с первой установкой фаз распределения с первой, более низкой величиной высоты L1 подъема клапана, наряду с тем, что второй впускной клапан может открываться со второй установкой фаз распределения с второй, более высокой величиной высоты L2 подъема клапана. Кроме того, первый впускной клапан может открываться с первой установкой фаз распределения на первую, более короткую длительность D1, наряду с тем, что второй впускной клапан может открываться с второй установкой фаз распределения на вторую, более продолжительную длительность D2.
В одном из примеров, в тех случаях, когда первый и второй впускные клапаны присоединены к исполнительному механизму впускных клапанов, фаза клапана исполнительного механизма может настраиваться для открывания первого впускного клапана с первой установкой фаз распределения наряду с открыванием второго впускного клапана с второй установкой фаз распределения. Фаза клапана исполнительного механизма также может настраиваться, чтобы давать первому впускному клапану возможность открываться с первой величиной высоты подъема клапана на первую длительность наряду с открыванием второго впускного клапана с второй, отличной величиной высоты подъема клапана на вторую длительность. Несмотря на то, что изображенный пример иллюстрирует разные установку фаз распределения, высоты подъема и длительности для разных впускных клапанов, следует понимать, что, в альтернативных вариантах осуществления, впускные клапаны могут иметь идентичную высоту подъема клапана и/или одинаковую длительность открывания наряду с открыванием со смещенными установками фаз распределения.
Далее, обращаясь к выпускным клапанам, кривые 508a и 510a изображают первый пример установки фаз распределения выпускных клапанов, при этом, оба, первый и второй выпускные клапаны (Exh_1, Exh_2) открываются с общей установкой фаз распределения, начиная по существу с НМТ такта выпуска, на или около CAD1, и заканчивая по существу в ВМТ такта выпуска на или около CAD2. Более конкретно, в этом примере, первый и второй выпускные клапаны могут задействоваться в пределах такта выпуска. Дополнительно, в этом примере, оба, первый и второй выпускные клапаны, открываются с одной и той же величиной высоты L3 подъема и на одинаковую длительность D3. В изображенном примере, высота L3 подъема может иметь значение, меньшее, чем высота L2 подъема, но большее, чем высота L1 подъема впускных клапанов. В одном из примеров, высота L3 подъема может иметь значение, равное среднему значению или средней величине высот L1 и L2 подъема.
Кривые 508b и 510b изображают второй пример установки фаз распределения выпускных клапанов, при этом, установка фаз распределения первого и второго выпускных клапанов смещены. Более конкретно, второй выпускной клапан открывается ближе к (или в) НМТ рабочего такта (или расширения), на или непосредственно перед CAD1 (например, на или непосредственно перед НМТ рабочего такта), наряду с тем, что установка фаз распределения первого выпускного клапана задержана от НМТ рабочего такта, после CAD1, но до CAD2. Таким образом, второй выпускной клапан может открываться в или до начала такта выпуска, как только поршень доходит до нижней точки в конце рабочего такта, и может закрываться до того, как заканчивается такт выпуска. В сравнении, первый выпускной клапан может открываться после начала такта выпуска и может оставаться открытым по меньшей мере до того, как начат последующий такт впуска. Дополнительно, второй выпускной клапан может открываться с второй более низкой величиной высоты L4 подъема клапана наряду с тем, что первый выпускной клапан открывается с первой, более высокой величиной высоты L5 подъема клапана. Кроме того, второй выпускной клапан может открываться на вторую, более короткую длительность D4, в то время как первый выпускной клапан открывается на первую, более продолжительную длительность D5. В изображенном примере, первая установка фаз распределения выпускного клапана является более поздней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения выпускного клапана. Однако, в альтернативном варианте осуществления, таком как во время режима импульсной нагрузки, первая установка фаз распределения выпускного клапана может быть более ранней в цикле двигателя, чем вторая установка фаз распределения выпускного клапана.
В одном из примеров, профиль кулачка второго выпускного клапана может настраиваться для открывания и закрывания второго выпускного клапана в НМТ такта расширения и избирательного выпуска сбросных газов цилиндра во второй выпускной канал. С другой стороны, профиль кулачка первого выпускного клапана может настраиваться для открывания выпускного клапана после НМТ такта расширения и избирательного выпуска оставшихся остаточных газов цилиндра в первый выпускной канал.
В одном из примеров, в тех случаях, когда первый и второй выпускные клапаны присоединены к исполнительному механизму выпускных клапанов, фаза клапана исполнительного механизма может настраиваться для открывания первого выпускного клапана с первой установкой фаз распределения наряду с открыванием второго выпускного клапана с второй (такой же или отличной) установкой фаз распределения. Фаза клапана исполнительного механизма также может настраиваться, чтобы давать первому выпускному клапану возможность открываться с первой величиной высоты подъема клапана и на первую длительность наряду с открыванием второго впускного клапана со второй (такой же или отличной) величиной высоты подъема клапана и на (такую же или отличную) вторую длительность. Например, фаза клапана исполнительного механизма впускного клапана может настраиваться на основании фазы клапана исполнительного механизма выпускного клапана, чтобы дать смещенной установке фаз распределения впускных клапанов (как показано на кривых 504, 506) возможность координироваться со смещенной установкой фаз распределения выпускных клапанов (как показано на кривых 508b, 510b). Дополнительно, величина перекрытия между установками фаз распределения впускных клапанов и установками фаз распределения выпускных клапанов может настраиваться для регулирования количества EGR, выдаваемой в цилиндр. В других примерах, оба выпускных клапана могут открываться одновременно для обеспечения подобного регулятору давления наддува действия. Аналогичным образом, оба впускных клапана могут открываться одновременно для обеспечения подобного перепускному клапану компрессора действия. Таким же образом, величина перекрытия клапанов между выпускными клапанами может настраиваться на основании требуемого регулирования давления наддува, и величина перекрытия клапанов между впускными клапанами может настраиваться на основании требуемого перепуска компрессора.
Таким образом, с использованием разных установок фаз распределения выпускных клапанов, коэффициент полезного действия двигателя может увеличиваться наряду с тем, что выбросы двигателя сокращаются, посредством разделения отработавших газов, выпущенных под более высоким давлением (например, расширяющихся сбросных отработавших газов в цилиндре до момента времени, когда поршень цилиндра достигает нижней мертвой точки такта расширения), от отработавших газов, выпущенных на более низком давлении (например, отработавших газов, которые остаются в цилиндре после сброса), по разным выпускным каналам. В частности, энергия выхлопа может передаваться из сбросных газов в один или два выпускных канала для задействования турбины турбонагнетателя (которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор турбонагнетателя), или выдачи EGR под более высоким давлением. По существу одновременно, остаточные газы могут направляться в другой выпуск из двух выпускных каналов для нагревания каталитического нейтрализатора, тем самым, снижая выбросы двигателя, или для выдачи EGR под более низким давлением. Таким образом, отработавшие газы могут использоваться более эффективно, чем просто направление всех отработавших газов цилиндра через одиночное общее выпускное отверстие на турбину турбонагнетателя. По существу, могут достигаться несколько преимуществ. Например, среднее давление отработавших газов, подаваемых в турбонагнетатель может повышаться для улучшения отдачи турбонагнетателя. Дополнительно, экономия топлива может улучшаться, а выбросы твердых частиц могут уменьшаться посредством сокращения времени прогрева двигателя. Кроме того, способ может снижать выбросы двигателя, поскольку по меньшей мере часть отработавших газов цилиндра направляются непосредственно из цилиндра в каталитический нейтрализатор.
Различные примеры впускных зарядов воздуха, подаваемых в цилиндр по первому и второму впускным каналам, далее конкретизированы со ссылкой на фиг.6. Более конкретно, таблица 600 перечисляет примерные комбинации первого заряда воздуха, который подается в цилиндр по первому впускному каналу через первый впускной клапан с первой, более ранней установкой фаз распределения впускного клапана, и второго заряда воздуха, который подается в цилиндр по второму, отдельному впускному каналу, через второй, отдельный впускной клапан, с второй, более поздней установкой фаз распределения впускного клапана. По существу, первый и второй заряды воздуха могут подаваться раздельно, а затем, смешиваться (в первый раз) в цилиндре друг с другом и с непосредственно впрыснутым топливом перед сжиганием смеси.
В одном из примеров, во время первого режима (Cond_1), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя свежий всасываемый воздух, который безнаддувным образом подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя подвергнутый наддуву свежий всасываемый воздух, который подается под давлением компрессора по второму впускному каналу. Здесь, посредством выдачи безнаддувного свежего всасываемого воздуха и подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха через отдельные впускные каналы в цилиндр двигателя, безнаддувная часть впускного заряда воздуха может вводиться без вкладывания работы сжатия (турбонагнетателя), в то время как необходимо сжиматься только подвергнутой наддуву части впускного заряда воздуха. Таким образом, преимущественно достигается выигрыш теплового коэффициента полезного действия.
В еще одном примере, во время второго режима (Cond_2), первый впускной заряд воздуха, выдаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него. То есть, EGR низкого давления может рециркулироваться из первого выпускного канала в первый впускной канал. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя подвергнутый наддуву свежий всасываемый воздух, который подается под давлением компрессора по второму впускному каналу.
Здесь, посредством выдачи EGR низкого давления и подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха через отдельные впускные каналы, LP-EGR может оставаться вне тракта сжатого воздуха. Это дает многочисленные выгоды. Во-первых, работа сжатия турбонагнетателя не тратится на подачу EGR. Как результат, эффективность сжатия турбонагнетателя улучшается. Во-вторых, посредством удерживания LP-EGR в стороне от компрессора турбонагнетателя, уменьшаются проблемы, имеющие отношение к засорению и загрязнению компрессора от EGR. В-третьих, поскольку подвергнутый наддуву впускной заряд свежего воздуха не разбавляется EGR, выигрыш температуры достигается по той причине, что охладителю наддувочного воздуха не требуется задейтвоватся для снижения температуры впускного заряда воздуха. В-четвертых, посредством отделения подвергнутого наддуву впускного заряда воздуха от основанного на EGR впускного заряда воздуха, обе задержки, управления наддувом и управления EGR, могут сокращаться, давая синергетические преимущества. В заключение, посредством деления общего заряда воздуха на часть, подаваемую через безнаддувный впускной канал (то есть, часть, которая не подвергается наддуву), и часть, которая подается через компрессор, требуемая работа сжатия компрессора сокращается, давая преимущество термодинамической эффективности. По существу, это может давать одному и тому же сжатию возможность обеспечиваться меньшим турбонагнетателем (имеющим меньший компрессор и/или турбину) без компрометации относительно эффективности наддува и наряду с сокращением запаздывания турбокомпрессора.
В качестве еще одного примера, во время третьего режима (Cond_3), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и свежего всасываемого воздуха, который безнаддувно подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Таким образом, первое количество LP-EGR может смешиваться с первым количеством свежего всасываемого воздуха под или ниже BP и подаваться в цилиндр через первый впускной канал. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя свежий всасываемый воздух под давлением компрессора. Здесь, как с предыдущим примером (во время Cond_2), посредством выдачи по меньшей мере некоторого количества EGR через впускной канал, который является отдельным от впускного канала, включающего в себя компрессор, засорение компрессора может снижаться, могут сокращаться задержки управления турбонагнетателем и EGR, может улучшаться эффективность турбонагнетателя, а преимущества наддува и EGR могут распространяться на более широкий рабочий диапазон двигателя.
В еще одном другом примере, во время четвертого режима (Cond_4), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под давлением компрессора. То есть, LP-EGR может выдаваться через первый впускной канал наряду с тем, что HP-EGR выдается через второй впускной канал. Здесь, посредством выдачи LP-EGR и HP- EGR через отдельные впускные каналы в цилиндр двигателя, преимущества рециркуляции отработавших газов могут распространяться на более широкий диапазон режимов числа оборотов/нагрузки двигателя. Дополнительно, HP-EGR и LP-EGR могут управляться независимо.
В еще одном примере, во время пятого режима (Cond_5), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя свежий всасываемый воздух, который безнаддувным образом подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под давлением компрессора. То есть, EGR высокого давления (HP-EGR) может рециркулироваться из второго выпускного канала, выше по потоку от турбины турбонагнетателя, во второй впускной канал, ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. Здесь, посредством выдачи безнаддувного свежего всасываемого воздуха и подвергнутого наддуву EGR через отдельные впускные каналы в цилиндр двигателя, может снижаться разбавление всасываемого воздуха от EGR.
В еще одном другом примере, во время шестого режима (Cond_6), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и свежего всасываемого воздуха, который безнаддувно подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под давлением компрессора. Таким образом, первое количество LP-EGR может смешиваться с первым количеством свежего всасываемого воздуха под или ниже BP и подаваться в цилиндр через первый впускной канал наряду с тем, что HP-EGR подается в цилиндр через второй впускной канал. Здесь, как с предыдущим примером (Cond_4), посредством выдачи LP-EGR и HP- EGR через отдельные впускные каналы, преимущества рециркуляции отработавших газов могут распространяться на более широкий диапазон режимов числа оборотов/нагрузки двигателя.
В качестве дополнительного примера, во время седьмого режима (Cond_7), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя по меньшей мере некоторое количество рециркулированных отработавших газов под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора. Таким образом, второе количество HP-EGR может смешиваться с вторым количеством свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора и подаваться в цилиндр через второй впускной канал наряду с тем, что LP-EGR подается в цилиндр через первый впускной канал. Здесь, как с предыдущими примерами (Cond_4, и Cond_6), посредством выдачи HP-EGR и LP- EGR через отдельные впускные каналы, преимущества рециркуляции отработавших газов могут распространяться на более широкий диапазон режимов числа оборотов/нагрузки двигателя.
В качестве еще одного другого примера, во время восьмого режима (Cond_8), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и свежего воздуха, который безнаддувно подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора. Таким образом, первое количество LP-EGR может смешиваться первым количеством свежего всасываемого воздуха под или ниже BP и подаваться в цилиндр через первый впускной канал наряду с тем, что второе количество HP-EGR может смешиваться с вторым количеством свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора и подаваться в цилиндр через второй впускной канал. Здесь, посредством выдачи первого заряда воздуха под первым, более низким давлением в цилиндр отдельно от второго заряда воздуха под вторым, более высоким давлением в цилиндр через отдельные впускные каналы, EGR и наддув могут использоваться на широком диапазоне режимов работы наряду с предоставлением каждому возможности лучше управляться.
В качестве еще одного примера, во время девятого режима (Cond_9), первый впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может включать в себя свежий всасываемый воздух, который безнаддувным образом подсасывается под барометрическим давлением или ниже него. Одновременно, второй впускной заряд воздуха может включать в себя смесь рециркулированных отработавших газов и по меньшей мере некоторого количества свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора. Таким образом, второе количество HP-EGR может смешиваться с вторым количеством свежего всасываемого воздуха под давлением компрессора и подаваться в цилиндр через второй впускной канал наряду с тем, что безнаддувный свежий впуск подается в цилиндр через первый впускной канал. Здесь, посредством выдачи подвергнутого наддуву впускного заряда воздуха и безнаддувного впускного заряда воздуха через отдельные впускные каналы, безнаддувный впускной заряд воздуха может вводиться без вкладывания работы сжатия наряду с тратой работы сжатия турбонагнетателя только на подвергнутый наддуву впускной заряд воздуха.
Далее, обращаясь к фиг.7, описана примерная процедура 700 для уменьшения запаздывания турбокомпрессора. Более конкретно, процедура изображает координирование работы впускной воздушной заслонки первого впускного канала с работой турбокомпрессора во втором впускном канале во время события увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах для уменьшения запаздывания турбокомпрессора. Посредством уменьшения запаздывания турбокомпрессора, отдача турбокомпрессора может быть увеличена, а рабочие характеристики двигателя могут быть улучшены. Фиг.8 иллюстрирует примерную настройку дроссельного клапана EGR во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, как для процедуры по фиг.7, в качестве многомерной характеристики 800 двигателя.
На 702, процедура включает в себя подтверждение события увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. В одном из примеров, событие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может подтверждаться в ответ на толчок (или нажатие) педали акселератора сверх порогового положения. В еще одном примере, событие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может подтверждаться в ответ на требование водителем крутящего момента, находящегося выше, чем пороговое значение.
По существу, перед событием увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, каждый цилиндр двигателя может быть принимающим некоторое количество отработавших газов (более конкретно, LP-EGR) через первый впускной канал наряду с приемом свежего всасываемого воздуха через второй, отдельный, но параллельный впускной канал. Отработавшие газы могли подвергаться рециркуляции на более низком давлении из первого выпускного канала, с возможностью сообщения присоединенного к первому впускному каналу, ниже по потоку от первой воздушной впускной заслонки, через первый канал EGR, включающий в себя первый клапан EGR. В ответ на событие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, на 704, процедура включает в себя увеличение количества свежего всасываемого воздуха наряду с уменьшением количества рециркулированных отработавших газов, подаваемых в цилиндр через первый впускной канал. Более конкретно, процедура включает в себя открывание (или увеличение открывания) первой воздушной впускной заслонки в первом впускном канале для увеличения количества свежего всасываемого воздуха, вводимого в цилиндр через первый впускной канал, наряду с закрыванием (или уменьшением открывания) первого клапана EGR в первом канале EGR, присоединенном между первым впускным каналом и первым выпускным каналом, для уменьшения количества отработавших газов, рециркулированных через первый впускной канал.
Наряду с регулировкой воздушной впускной заслонки и клапана EGR в первом впускно канале, на 706, процедура дополнительно включает в себя задействование компрессора турбонагнетателя, присоединенного к второму впускному каналу, для увеличения количества подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндр через второй впускной канал в течение длительности увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах Более конкретно, контроллер двигателя может инициировать работу компрессора турбонагнетателя наряду с открыванием (или увеличением открывания) второй воздушной впускной заслонки, присоединенной во втором впускном канале, ниже по потоку от компрессора, для увеличения количества подвергнутого наддуву свежего всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндр. Контроллер, к тому же, может закрывать (или уменьшать открывание) второго клапана EGR, включенного во второй канал EGR, присоединенный между вторым впускным каналом и вторым выпускным каналом, для уменьшения количества отработавших газов более высокого давления, рециркулированных через второй впускной канал. В одном из примеров, первая воздушная впускная заслонка может постепенно открываться, а первый клапан EGR может постепенно закрываться с профилем, основанным на профиле числа оборотов компрессора. Регулировки у первой и второй воздушных впускных заслонок и первого и второго клапанов EGR могут продолжаться в течение длительности, соответствующей длительности до тех пор, пока компрессор не достигает порогового числа оборотов. В одном из примеров, пороговое число оборотов может соответствовать числу оборотов, выше которого может уменьшаться запаздывание турбокомпрессора, такому как число оборотов, при котором давление на выходе компрессора является большим, чем атмосферное (или барометрическое) давление при заданном режиме работы двигателя.
На 708, может подтверждаться, достигло ли число оборотов компрессора порогового числа оборотов. В качестве альтернативы, может определяться, истекла ли предопределенная длительность, соответствующая длительности до того, как компрессор достигает порогового числа оборотов (например, с использованием таймера). Если нет, затем, на 710, процедура может поддерживать первую впускную воздушную заслонку открытой, а первый клапан EGR закрытым во время задействования компрессора. В сравнении, если число оборотов компрессора достигло порогового числа оборотов, или если истекла предопределенная длительность, то, на 712, после того, как истекла длительность, процедура включает в себя уменьшение количество свежего всасываемого воздуха наряду с увеличением количества рециркулированных отработавших газов, подаваемых в цилиндр через первый впускной канал. Более конкретно, процедура включает в себя закрывание (или уменьшение открывания) первой воздушной впускной заслонки в первом впускном канале для уменьшения количества свежего всасываемого воздуха, вводимого в цилиндр через первый впускной канал, наряду с открыванием (или увеличением открывания) первого клапана EGR в первом канале EGR, присоединенном между первым впускным каналом и первым выпускным каналом, для увеличения количества отработавших газов, рециркулированных через первый впускной канал. В одном из примеров, первая воздушная впускная заслонка может постепенно закрываться, а первый клапан EGR может постепенно открываться с профилем, основанным на профиле числа оборотов двигателя.
Таким образом, цилиндр может наполняться свежим всасываемым воздухом через первый впускной клапан, в то время как компрессор разгоняется во втором впускном канале, так что ко времени, когда компрессор находится при требуемом числе оборотов наддува, цилиндр уже может быть заполнен свежим всасываемым воздухом. Другими словами, ко времени, когда компрессор находится под давлением наддува, подвергнутый наддуву свежий всасываемый воздух может выдаваться в цилиндр через второй впускной клапан наряду с тем, что дополнительный свежий воздух выдается в цилиндр через первый впускной клапан. Следовательно, запаздывание турбокомпрессора, вызванное ожиданием, чтобы компрессор набрал скорость до того, как подвергнутый наддуву свежий воздух может вводиться цилиндр, уменьшается. Затем, когда компрессор достиг требуемого числа оборотов, EGR может поэтапно осуществляться через первый и второй впускные каналы (более конкретно, LP-EGR через первый впускной канал, а HP-EGR через второй впускной канал) для обеспечения преимуществ EGR в дополнение к преимуществам наддува. Посредством уменьшения запаздывания турбокомпрессора, эффективность турбонагнетателя улучшается, а рабочие характеристики двигателя увеличиваются. Посредством совместного предоставления преимуществ наддува и EGR, могут быть достигнуты синергетические улучшения рабочих характеристик двигателя.
Этапы по фиг.7 дополнительно разъяснены примером по фиг.8. Многомерная характеристика 800 двигателя изображает выходной крутящий момент двигателя на графике 802 на протяжении длительности работы двигателя Соответствующие изменения числа оборотов компрессора турбонагнетателя изображены на графике 804. Изменения положения первой воздушной впускной заслонки и первого клапана EGR, присоединенных к первому воздушному впускному каналу, показаны на графиках 810 и 812 соответственно, наряду с тем, что изменения положения второй воздушной впускной заслонки и второго клапана EGR, присоединенных к второму воздушному впускному каналу, показаны на графиках 806 и 808, соответственно. По существу, только второй впускной канал может включать в себя компрессор турбонагнетателя. Изменения состава первого заряда воздуха (Air_Int_1), подаваемого в цилиндр через первый впускной канал, являющиеся следствием регулировок у первых клапана EGR и заслонки, показаны на графиках 818 и 820, наряду с тем, что изменения состава второго заряда воздуха (Air_Int_2), подаваемого в цилиндр через второй впускной канал, являющиеся следствием регулировок у вторых клапана EGR и заслонки, показаны на графиках 814 и 816. Изменения общего заряда воздуха цилиндра (Cyl_aircharge) показаны на графиках 822 и 824 соответственно. На каждом из графиков 814-824, сплошная линия представляет составляющую свежего воздуха заряда воздуха наряду с тем, что пунктирная линия представляет составляющую EGR заряда воздуха.
До момента t1, на основании режима работы двигателя, может требоваться более низкий крутящий момент. Здесь, общий заряд воздуха цилиндра, соответствующий более низкому выходному крутящему моменту, может включать в себя относительно более высокое количество EGR (пунктирная линия графика 824) и относительно меньшее количество свежего воздуха (сплошная линия графика 822). Посредством использования EGR во время режима низкой нагрузки, могут достигаться преимущества экономии топлива и сниженных выбросов. Общий заряд воздуха цилиндра, подаваемый в цилиндр до t1, может выдаваться смешиванием первого впускного заряда воздуха, подаваемого по первому впускному каналу, с вторым впускным зарядом воздуха, подаваемым по второму впускному каналу. Более конкретно, первый впускной заряд воздуха может включать в себя более высокое количество рециркулированных отработавших газов (график 820) под барометрическим давлением или ниже него (то есть, LP-EGR) и более низкое количество безнаддувного свежего воздуха (график 818), поставляемого открыванием первого клапана EGR (график 812) и второй впускной заслонки (график 810) на соответствующие величины. В сравнении, второй впускной заряд воздуха может включать в себя свежий всасываемый воздух (сплошная линия по графику 814) и по существу не включать в себя EGR (пунктирная линия по графику 816), выдаваемые посредством открывания второй впускной заслонки (график 806) наряду с закрыванием второго клапана EGR (график 808).
В t1, может возникать событие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, приводящее к требованию более высокого крутящего момента. Например, более высокий выходной крутящий момент может требоваться в ответ на нажатие водителем транспортного средства на педаль акселератора до за пределами порогового положения. В ответ на событие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, компрессор (график 804) может задействоваться для выдачи подвергнутого наддуву впускного заряда воздуха наряду с тем, что вторая впускная заслона (график 806) открывается (например, полностью открывается) для ввода подвергнутого наддуву свежего воздуха в цилиндр. Однако, подвергнутый наддуву заряд воздуха может не быть имеющимся в распоряжении до тех пор, пока компрессор не достигает порогового числа оборотов, приводя к запаздыванию турбокомпрессора. Для снижения запаздывания турбокомпрессора, в то время как компрессор раскручивается во втором впускном канале, первый впускной заряд воздуха подаваемый по первому впускному каналу, может временно настраиваться для увеличения части свежего всасываемого воздуха наряду с уменьшением части EGR (графики 808-820). Более конкретно, первый клапан EGR (график 812) может закрываться, наряду с тем, что первая впускная заслонка (график 810) полностью открывается для увеличения количества безнаддувного свежего воздуха, введенного в цилиндр во время снижения количества LP-EGR, подаваемого в цилиндр.
В t2, когда компрессор находится на или выше требуемого порогового числа оборотов, подвергнутый наддуву впускной заряд свежего воздуха может подаваться в цилиндр по второму впускному каналу (график 814). В это время, количество свежего воздуха, подаваемого по первому впускному каналу, может уменьшаться постепенным закрыванием первой впускной заслонки (график 810), наряду с тем, что LP- EGR может постепенно возвращаться в прежнее состояние открыванием первого клапана EGR (график 812). Таким образом, в то время как компрессор раскручивается в одном впускном канале, свежий воздух может вводиться в цилиндр через другой впускной канал для разбавления какого-нибудь количества EGR, уже присутствующего в цилиндре. Следовательно, когда компрессор раскрутился, введенный свежий воздух во втором впускном канале может сжиматься, чтобы удовлетворять требованию более высокого крутящего момента. Кроме того, когда компрессор раскрутился, компрессор может использоваться для ввода подвергнутого наддуву свежего воздуха через один впускной канал, наряду с тем, что LP-EGR параллельно подается в цилиндр двигателя через другой впускной канал. Таким образом, запаздывание турбокомпрессора может быть уменьшено наряду с обеспечением преимуществ EGR параллельно преимуществам наддува.
Следует понимать, что в других вариантах осуществления, задержка турбокомпрессора дополнительно или по выбору может уменьшаться закрыванием клапанов EGR, отключением первого выпускного клапана и полным открыванием второго выпускного клапана. Затем, если требуется EGR, один или более из клапанов EGR могут открываться для обеспечения требуемого EGR, как конкретизировано выше на 808 и 812.
Далее, обращаясь к фиг.9, показана примерная процедура 900 для настройки работы охладителя EGR на основании режима работы двигателя. Более конкретно, процедура дает охладителю EGR, расположенному в месте соединения канала EGR и впускного канала (например, в месте соединения первого канала EGR и первого впускного клапана) возможность использоваться для охлаждения впускного заряда воздуха, подаваемого в цилиндр (например, через первый впускной канал) во время некоторых режимов, наряду с предоставлением охладителю EGR возможности нагревать впускной заряд воздуха во время других режимов.
На 902, режимы работы двигателя могут оцениваться и/или измеряться. Например, они могут включать в себя температуру и давление окружающей среды, температуру двигателя, число оборотов двигателя, частоту вращения коленчатого вала, частоту вращения трансмиссии, состояние заряда аккумуляторной батареи, имеющееся в наличии топливо, процентное содержание спиртов в топливе, температуру каталитического нейтрализатора, требуемый водителем крутящий момент, и т.д. На 904, может определяться, требуется ли нагревание впускного заряда воздуха. В одном из примеров, нагревание впускного заряда воздуха может требоваться, когда двигатель не ограничен детонацией. Например, если не ожидается никакой детонации, впускной заряд воздуха может нагреваться для снижения работы накачки двигателя и улучшения экономии топлива.
Если требуется нагревание, то, на 906, может подтверждаться режим нагревания. Более конкретно, может определяться, все ли условия присутствуют для способности задействовать охладитель EGR в качестве нагревателя для нагревания впускного заряда воздуха. Например, в тех случаях, когда охладитель EGR является основанным на охлаждающей жидкости охладителем, может подтверждаться, что температура охлаждающей жидкости выше, чем температура всасываемого воздуха. Кроме того, может подтверждаться, что не присутствуют условия детонации (то есть, детонация не возникает и не предвидится). Если все условия нагревания удовлетворены, то, на 908, процедура включает в себя закрывание первого клапана EGR наряду с открыванием первой впускной заслонки в первом впускном канале для нагревания впускного заряда воздуха, вводимого в цилиндр через первый впускной канал, с использованием первого охладителя EGR. Таким образом, впускной заряд воздуха, подаваемый по первому впускному каналу, может нагреваться перед вводом в цилиндр, тем самым, уменьшая насосные потери двигателя и улучшая коэффициент полезного действия двигателя. По существу, если какое-нибудь или все из условий нагревания не удовлетворены, то контроллер может определять, что охладитель EGR не может быть задействован в качестве нагревателя заряда воздуха в это время, и процедура может заканчиваться.
Если нагревание впускного заряда воздуха не требуется на 904, то на 910 может определяться, требуется ли охлаждение впускного заряда воздуха. В одном из примеров, охлаждение может использоваться для снижения температуры EGR, подаваемой в цилиндр. Охлажденная EGR может снижать детонацию в цилиндре, к тому же, наряду с обеспечением преимуществ экономии топлива и сокращения NOx. Если никакого охлаждения не требуется, процедура может заканчиваться. Если требуется охлаждение, то, на 912, могут подтверждаться условия охлаждения. Более конкретно, может определяться, все ли условия присутствуют для способности задействовать охладитель EGR для охлаждения впускного заряда воздуха. Например, может подтверждаться, что охлаждение не будет приводить к конденсации в компрессоре. Если все условия охлаждения удовлетворены, то, на 914, процедура включает в себя открывание второго клапана EGR наряду с закрыванием второй впускной заслонки во втором впускном канале для охлаждения EGR во впускном заряде воздуха, введенном в цилиндр по второму впускному каналу, с использованием второго охладителя EGR. Дополнительно или по выбору, процедура может включать в себя открывание первого клапана EGR наряду с закрыванием первой впускной заслонки в первом впускном канале для охлаждения EGR во впускном заряде воздуха, введенном в цилиндр по первому впускному каналу, с использованием первого охладителя EGR. Таким образом, впускной заряд воздуха может охлаждаться до ввода в цилиндр, и может достигаться регулирование температуры EGR. По существу, если какое-нибудь или все из условий охлаждения не удовлетворены, то контроллер может определять, что охладитель EGR не может быть задействован в качестве охладителя заряда воздуха в это время, и процедура может заканчиваться.
В одном из примеров, нагревание впускного заряда воздуха может включать в себя нагревание только EGR, подаваемого в цилиндр. Например, когда охладитель EGR расположен в пределах канала рециркуляции (или канала EGR), как изображено на фиг.1-2, клапан EGR может открываться, и охладитель EGR может задействоваться в качестве нагревателя для нагревания EGR и смешивания нагретого EGR с более холодным свежим впускным воздухом во впускном канале перед подачей в цилиндр. В качестве альтернативы, если охладитель EGR расположен в месте соединения канала EGR и впускного канала, нагревание впускного заряда воздуха может включать в себя нагревание свежего всасываемого воздуха и/или EGR, подаваемых в цилиндр. Например, клапан EGR может быть закрыт, в то время как охладитель EGR задействуется в качестве нагревателя для нагревания свежего всасываемого воздуха перед подачей в цилиндр. В качестве альтернативы, клапан EGR может быть открыт, а охладитель EGR может задействоваться в качестве нагревателя для нагревания свежего воздуха и EGR, нагретый EGR и нагретый свежий воздух смешиваются во впускном канале перед подачей в цилиндр.
В других примерах, один из охладителей EGR может задействоваться в качестве охладителя, в то время как другой охладитель EGR задействуется в качестве нагревателя. Например, во время первого режима, контроллер двигателя может управлять первым охладителем EGR в первом впускном канале для нагревания первого количества отработавших газов перед рециркуляцией отработавших газов в первый впускной канал, и во время второго режима, контроллер может управлять первым охладителем EGR в первом впускном канале для охлаждения первого количества отработавших газов перед рециркуляцией отработавших газов в первый впускной канал. Одновременно, во время первого режима, контроллер двигателя может управлять вторым охладителем EGR во втором впускном канале для охлаждения второго количества отработавших газов перед рециркуляцией отработавших газов во второй впускной канал, наряду с тем, что, во время второго режима, контроллер может управлять вторым охладителем EGR во втором впускном канале для нагревания второго количества отработавших газов перед рециркуляцией отработавших газов во второй впускной канал. По существу, второй охладитель EGR может использоваться в качестве нагревателя, только когда компрессор не является работающим, и не выдается никакого наддува.
Кроме того, работа охладителей EGR может координироваться с работой охладителя заряда воздуха, расположенного ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя (такого как охладитель 56 заряда воздуха по фиг.1-2). Например, первый охладитель EGR в первом впускном канале может использоваться в качестве нагревателя для выдачи нагретого впускного заряда воздуха (включающего в себя свежий всасываемый воздух и/или LP-EGR) в цилиндр через первый впускной канал. Одновременно, компрессор во втором впускном канале может задействоваться для выдаче подвергнутого наддуву впускного заряда воздуха наряду с тем, что охладитель заряда воздуха ниже по потоку от компрессора задействуется для охлаждения подвергнутого наддуву впускного заряда воздуха. Таким образом, нагретый безнаддувный воздух (под или ниже атмосферного давления) и охлажденный подвергнутый наддуву воздух могут выдаваться в цилиндр одновременно. Нагретый и охлажденный заряды воздуха затем могут смешиваться и сжигаться в цилиндре. Здесь, посредством объединения и сжигания нагретого и охлажденного зарядов воздуха, раздельно, но одновременно подаваемых в цилиндр, по существу постоянная температура сжатия может достигаться на меняющихся нагрузках, улучшая рабочие характеристики двигателя.
Таким образом, раздельный впуск двигателя может комбинироваться с раздельным выпуском двигателя для подачи разных зарядов воздуха разного состава и давления в цилиндр с разными установками фаз распределения. Более конкретно, безнаддувный заряд воздуха может вводиться отдельно от подвергнутого наддуву заряда воздуха для снижения объема требуемой работы сжатия. Посредством снижения объема работы, требуемой компрессором, эффективность наддува двигателя может увеличиваться, даже с использованием меньшего турбонагнетателя. В еще одном варианте осуществления, EGR может подаваться отдельно от подвергнутого наддуву впускного заряда свежего воздуха. Посредством удерживания EGR вне компрессора, засорение и загрязнение компрессора могут уменьшаться наряду с предоставлением возможности уменьшаться задержкам управления EGR и задержкам управления турбокомпрессором. В еще одном варианте осуществления, HP-EGR и LP-EGR могут подаваться через отдельные каналы. Здесь, общее управление EGR может улучшаться наряду с предоставлением преимуществам EGR возможности расширяться на более широком диапазоне режимов. Дополнительно, избыточное разбавление воздуха EGR, в частности, при переключении с высокого воздушного заряда цилиндра на низкий заряд воздуха цилиндра, может уменьшаться предоставлением возможности обеспечиваться второму тракту неразбавленного воздуха. В целом, эффективность EGR и наддува может быть улучшена для повышения рабочих характеристик двигателя.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Аналогичным образом, порядок обработки не требуется обязательно для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, функций или операций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные операции, функции и/или действия могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления.
Кроме того, следует понимать, что системы и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления или примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как предполагаются многочисленные варианты. Соответственно, настоящее раскрытие включает в себя новейшие и неочевидные комбинации различных систем и способов, раскрытых в материалах настоящей заявки, а также любые и все их эквиваленты.