РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
EXHAUST GAS CONTROL VALVE

Область техники
Раскрытое в настоящей заявке изобретение относится к турбокомпрессору двигателя.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Турбокомпрессоры с двойной улиткой можно применять в двигателях с турбонаддувом. Конструкция турбокомпрессора с двойной улиткой может предусматривать разделение входа в турбину на два отдельных канала, соединенных с трактами выпускного коллектора. Так отработавшие газы из цилиндров двигателя, чьи импульсы могут создавать помехи друг другу, будут гидравлически разобщены.
Например, в двигателе со схемой расположения цилиндров 14 и порядком работы цилиндров 1-3-4-2 с выпуском отработавших газов в тракты выпускного коллектора, тракты 1 и 4 выпускного коллектора могут быть соединены с первым входом двухзаходной турбины, а тракты 2 и 3 выпускного коллектора могут быть соединены со вторым входом указанной двухзаходной турбины, при этом второй вход отличается от первого и гидравлически отделен от него. Таким образом, разделение импульсов отработавших газов может в некоторых случаях привести к повышению эффективности подачи отработавших газов в турбину.
Однако в некоторых режимах работы двигателя разделение импульсов отработавших газов, как описано выше, может снизить эффективность их подачи в турбину. Например, в определенных режимах работы двигателя, например, на высоких оборотах или нагрузках, разделение импульсов отработавших газов может привести к росту противодавления и насосных потерь. Причина роста противодавления и насосных потерь может заключаться в том, что при двухзаходной конструкции корпуса турбины каналы между выпускным коллектором и турбиной являются более узкими и менее объемными, чем неразделенный канал в турбине с одинарной улиткой. Таким образом, отработавшие газы из цилиндров могут вызвать повышение давления в малообъемных каналах по сравнению с неразделенным каналом большего объема. Рост противодавления также может привести к увеличению количества остаточных газов избыточной температуры в цилиндре и снижению отдаваемой мощности и КПД двигателя.
Один пример решения для снижения противодавления и насосных потерь в турбокомпрессоре с двойной улиткой раскрыт Стайлсом (Styles) с соавторами в U.S. 2014/0219849. Оно предусматривает системы с установкой сообщающего клапана между первым и вторым каналами улитки в системе турбокомпрессора с двойной улиткой. В одном примере может быть установлен сообщающий клапан в проходе в стенке, разделяющей первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора с двойной улиткой. Сообщающий клапан выполнен с возможностью увеличивать переток текучей среды между первым и вторым каналами улитки, находясь в открытом положении, и уменьшать переток текучей среды между первым и вторым каналами улитки, находясь в закрытом положении. Сообщающий клапан согласно решению Стайлса с соавторами содержит пластину клапана с возможностью вращения на петле, при этом петля расположена в углублении во втором канале улитки. Пластина клапана выполнена с возможностью перемещения между первым положением, в котором она закрывает отверстие в перегородке, и вторым положением, в котором пластина клапана находится внутри углубления.
Авторы настоящего изобретения выявили потенциальный недостаток варианта решения, предложенного Стайлсом с соавторами. Например, наличие в системе турбокомпрессора и двигателя сообщающего клапана с пластиной с возможностью вращения на петле может ухудшить их характеристики в части стоимости, веса и компоновки. Например, петля показана расположенной в углублении второго канала улитки, что усложняет изготовление системы турбокомпрессора. Кроме того, сообщающий клапан содержит пластину клапана и стержень клапана, при этом пластина клапана выполнена с возможностью перемещения для закрытия отверстия. Такие компоненты, как пластина клапана и стержень клапана, подвергаются воздействию высокой температуры, в результате чего со временем возможен их износ. Кроме того, в связи с наличием данных компонентов может возникнуть дополнительная нагрузка на систему управления и контроля двигателя при регулировании работы вышеуказанной системы в зависимости от параметров работы двигателя.
Авторы настоящего изобретения определили решение для как минимум частичного устранения вышеуказанного недостатка. В одном примере предложен способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: регулируют положение клапана, расположенного между первым переходником и вторым переходником, для смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора, причем первый переходник содержит первый разделитель, второй переходник содержит второй разделитель, а клапан содержит третий разделитель. Так можно уменьшить ограничение потока в определенных режимах работы двигателя, например, при высокой частоте вращения и (или) высокой нагрузке двигателя.
В одном примере способа можно регулировать положение клапана для разделения или смешивания отработавших газов, причем клапан изменяет степень смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора. Первый переходник и второй переходник могут быть неподвижными, а клапан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси для выборочного изменения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника. Так способ может обеспечить ясные и простые средства и системы управления для регулирования пульсирующего потока в турбокомпрессор в зависимости от различных параметров работы двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание Фигур чертежа
На ФИГ. 1 схематически изображен пример двигателя, содержащего турбокомпрессор с двойной улиткой и сообщающий клапан.
На ФИГ. 2A-2D схематически изображены виды примера сообщающего клапана в первом и втором положениях.
На ФИГ. 3А-3В схематически изображены виды примера сообщающего клапана в первом и втором положениях, и поток отработавших газов из выпускного коллектора через клапанный блок и в первый и второй каналы улитки.
На ФИГ. 4 представлен пример способа для регулирования положения примера сообщающего клапана.
На ФИГ. 5 представлен пример способа для регулирования положения примера сообщающего клапана и регулятора давления наддува.
На ФИГ. 6 представлен пример способа для регулирования положения примера сообщающего клапана для выявления дисбаланса по цилиндрам.
На ФИГ. 7 представлен пример рабочего графика для регулирования положения примера сообщающего клапана в зависимости от параметров работы двигателя.
Осуществление изобретения
Ниже раскрыты системы и способы регулирования перетока текучей среды между первым и вторым каналами улитки в системе турбокомпрессора с двойной улиткой, содержащей совмещенный сообщающий клапан и регулятор расхода, в системе двигателя, например системах двигателя на ФИГ. 1. Как показано на ФИГ. 2А и 2В, в некоторых вариантах может быть установлен сообщающий клапан, причем сообщающий клапан может быть соединен с первым переходником на втором конце сообщающего клапана и соединен со вторым переходником на первом конце сообщающего клапана. Вышеуказанная система, содержащая сообщающий клапан, первый переходник и второй переходник, выполнена с возможностью регулировать увеличение и (или) уменьшение перетока текучей среды между первым и вторым каналами улитки и поток отработавших газов через турбину. Положение и (или) ориентацию сообщающего клапана можно регулировать относительно положения и (или) ориентации первого и второго переходников в различных режимах работы двигателя. Например, регулировка сообщающих клапанов во второе положение позволяет увеличить переток текучей среды между первым и вторым каналами улитки, а регулировка сообщающих клапанов в первое положение может уменьшить переток текучей среды между первым и вторым каналами улитки, как показано на ФИГ. 3А и 3В. Следовательно, величину перетока и перемещения текучей среды между первым и вторым каналами улитки можно регулировать в зависимости от параметров работы двигателя, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 4. Примеры регулирования положения клапана в зависимости от параметров работы двигателя раскрыты на ФИГ. 5.
Обратимся к ФИГ. 1, на которой схематически изображен двигатель 10, который может входить в силовую установку транспортного средства. Двигатель 10 выполнен с возможностью как минимум частичного управления с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 14 через устройство 16 ввода. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как показано, контроллер 12 может принимать сигналы от различных датчиков (не показаны), в том числе входные сигналы от пользователя и (или) датчиков (например, сигналы положения передачи, положения педали газа, температуры в выпускном коллекторе, воздушно-топливного отношения, скорости транспортного средства, частоты вращения двигателя, массового расхода воздуха через двигатель, давления наддува, температуры окружающей среды, влажности окружающей среды, температуры всасываемого воздуха, сигналы датчиков системы охлаждения и т.п.). Контроллер также может направлять разнообразные управляющие сигналы различным исполнительным механизмам двигателя (не показаны) для регулирования работы двигателя в зависимости от сигналов, полученных от датчиков (не показаны). В данном примере устройство 16 ввода содержит педаль акселератора и датчик 18 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Двигатель 10 может входить в состав транспортного средства, например дорожного транспортного средства, помимо прочих видов транспортных средств. Хотя примеры осуществления двигателя 10 будут раскрыты применительно к транспортному средству, следует понимать, что могут быть использованы различные виды двигателей и силовых установок транспортных средств, включая пассажирские, грузовые и т.п.
Двигатель 10 может содержать множество камер сгорания (то есть цилиндров). В примерах, изображенных на ФИГ. 1, двигатель 10 может содержать камеры 20, 22, 24 и 26 сгорания в рядной четырехцилиндровой конфигурации. При этом следует понимать, что, хотя на ФИГ. 1 показаны четыре цилиндра, двигатель 10 может содержать любое количество цилиндров. Например, двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более с любой схемой расположения, например, V-6, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и т.п. Хотя это и не показано на ФИГ. 1, любая камера сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с расположенным внутри них поршнем. Поршни могут быть соединены с коленчатым валом для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращение коленчатого вала.
Коленчатый вал может быть соединен с как минимум одним ведущим колесом через промежуточную систему передачи, например. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10 с коленчатым валом может быть соединен стартер через маховик.
Всасываемый воздух может поступать в любую из камер сгорания из впускного коллектора 28 через воздухозаборный канал 30. Впускной коллектор 28 выполнен с возможностью соединения с камерами сгорания через впускные каналы. Например, на ФИГ.1 впускной коллектор 28 показан соединенным с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 через впускные каналы 32, 34, 36 и 38 соответственно. Через каждый впускной канал в соответствующий цилиндр может поступать воздух и (или) топливо для сгорания.
Отработавшие газы могут покидать любую из камер сгорания через соединенный с ней выпускной канал. Например, выпускные каналы 40, 42, 44 и 46 показаны на ФИГ. 1 соединенными с цилиндрами 20, 22, 24, 26 соответственно. Через каждый выпускной канал отработавшие газы из соответствующего цилиндра попадают в выпускной коллектор или выпускной патрубок.
Каждый впускной канал цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром через впускной клапан. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на ФИГ. 1 с впускными клапанами 48, 50, 52 и 54 соответственно. Каждый выпускной канал цилиндра также может избирательно сообщаться с цилиндром через выпускной клапан. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на ФИГ. 1 с выпускными клапанами 56, 58, 60 и 62 соответственно. В некоторых примерах любая камера сгорания может содержать два или более впускных клапана и два или более выпускных клапана.
Хотя это и не показано на ФИГ. 1, в некоторых примерах любым из впускных и выпускных клапанов можно управлять с помощью кулачка впускного клапана или кулачка выпускного клапана соответственно. Или же один или несколько из впускных и выпускных клапанов можно приводить в действие с помощью катушки электромеханического клапана и якоря в сборе (не показаны). Положение кулачка впускного клапана может определять датчик кулачка впускного клапана (не показан).
Положение кулачка выпускного клапана может определять датчик кулачка выпускного клапана (не показан).
Воздухозаборный канал 30 может содержать дроссель 64 с дроссельной заслонкой 66. В одном примере положение дроссельной заслонки 66 может изменять контроллер 12, направляя сигнал на электродвигатель или привод в составе дросселя 64. Данная конфигурация обычно называется «электронное управление дроссельной заслонкой» ЭУДЗ (ETC). Так с помощью дросселя 64 можно регулировать расход воздуха, подаваемого в камеры сгорания. Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельной заслонки 66 в виде сигнала положения дросселя ПД (TP) от датчика 68 положения дросселя. Воздухозаборный канал 30 может содержать датчик 70 массового расхода воздуха и датчик 72 давления воздуха в коллекторе для направления сигналов МРВ (MAF) и ДВК (MAP) в контроллер 12. В некоторых вариантах датчики ДВК и МРВ не обязательно должны присутствовать одновременно, при этом может использоваться только один датчик.
На ФИГ. 1 топливные форсунки показаны соединенными непосредственно с камерами сгорания для непосредственного впрыска в них топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ (FPW), полученного от контроллера 12, например, через электронный формирователь. Например, топливные форсунки 74, 76, 78 и 80 показаны на ФИГ. 1 соединенными с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 соответственно. Так топливные форсунки обеспечивают то, что известно как «непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания». Каждая топливная форсунка может быть установлена сбоку или сверху от соответствующей камеры сгорания. В других примерах одна или несколько топливных форсунок могут быть установлены во впускном коллекторе 28 по схеме, обеспечивающей то, что известно как «распределенный впрыск топлива» (например, впускные каналы 32, 34, 36 и 38) выше по потоку от камер сгорания. Хотя это и не показано на ФИГ. 1, топливные форсунки могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного от топливного насоса высокого давления (не показан) и топливной рампы (не показана). Или же топливо может подавать одноступенчатый топливный насос низкого давления, при этом момент непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченным во время хода сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Топливный бак также может содержать преобразователь давления, направляющий сигнал в контроллер 12. В некоторых примерах топливо можно впрыскивать непосредственно в каждую камеру сгорания (то есть «непосредственным впрыском»). В других примерах можно использовать предкамерный впрыск.
Камеры сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее. В некоторых примерах искровой разряд на свечи зажигания, соединенные с камерами сгорания, подает бесконтактная система зажигания (не показана) по сигналу контроллера 12. Например, свечи зажигания 82, 84, 86 и 88 показаны на ФИГ. 1 соединенными с цилиндрами 20, 22, 24 и 26 соответственно.
Как сказано выше, воздухозаборный канал 30 выполнен с возможностью соединения с одним или несколькими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах один или несколько воздухозаборных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбокомпрессор 90. Турбокомпрессор 90 может содержать турбину 92 и компрессор 94, установленные на общем валу 96. Вращение рабочих лопаток турбины 92 вокруг оси общего вала 96 происходит, когда часть потока отработавших газов из двигателя 10 попадает на рабочие лопатки турбины. Компрессор 94 может быть соединен с турбиной 92 с возможностью приведения компрессора 94 в действие при приведении во вращение лопаток турбины 92. После начала работы, компрессор 94 может направлять сжатый свежий воздух во впускной коллектор 28 с возможностью дальнейшей подачи в двигатель 10. Частоту вращения турбины можно определить на основании одного или нескольких параметров работы двигателя. В некоторых примерах частоту вращения турбины 92 может измерять датчик. Например, датчик 97 частоты вращения может быть установлен на общем валу 96. Сигнал скорости может поступать, например, в контроллер 12.
Двигатель 10 может содержать систему 98 турбокомпрессора с двойной улиткой (или двухзаходной турбиной, или с двумя пульсирующими потоками) с как минимум двумя отдельными путями для входа потока газа в турбину 92 и протекания через нее. Система турбокомпрессора с двойной улиткой может быть выполнена с возможностью разделения потоков отработавших газов из цилиндров, импульсы отработавших газов из которых могу создавать помехи друг для друга при подаче в турбину 92. Например, на ФИГ. 1 показан первый канал 100 и второй канал 102 улитки, при этом и первый, и второй канал улитки выполнены с возможностью подачи отдельного потока отработавших газов в турбину 92. Форма поперечного сечения первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки может быть различной, в том числе круглой, квадратной, прямоугольной, D-образной и т.п.
Турбина 92 может содержать как минимум один регулятор давления наддува для регулирования величины наддува, создаваемого турбиной. В системах с двойной улиткой для обоих каналов улитки можно использовать общий регулятор давления наддува для регулирования расхода отработавших газов через турбину 92. Например, на ФИГ. 1 первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки включают регулятор 104 давления наддува. Расход отработавших газов через регулятор 104 давления наддува может регулировать клапан, например клапан 140, раскрытый ниже, для регулирования количества отработавших газов, идущих в обход турбины 92. В одном варианте осуществления, проходное сечение регулятора 104 давления наддува может быть расположено так, чтобы быть в равной степени открытым для каждого из каналов улитки, с тем, чтобы в определенных режимах расход отработавших газов из каждого канала улитки в регулятор 104 давления наддува был по существу одинаковым.
Например, если четырехцилиндровый двигатель (например, двигатель 14, показанный на ФИГ. 1) имеет порядок работы цилиндров 1-3-4-2 (то есть, за цилиндром 20 следует цилиндр 24, за ним - цилиндр 26, а за ним - цилиндр 22), то когда в цилиндре 20 заканчивается рабочий такт, и открываются выпускные клапаны, выпускные клапаны цилиндра 22 все еще открыты. В одноканальном или неразделенном выпускном коллекторе 41 импульс давления отработавших газов из цилиндра 20 может повлиять на возможность удаления отработавших газов из цилиндра 22. Однако, при использовании системы турбокомпрессора с двойной улиткой, в которой выпускные каналы 40 и 46 из цилиндров 20 и 26 соединены с одним входом первого канала 100 улитки, а выпускные каналы 42 и 44 из цилиндров 22 и 24 соединены со вторым каналом 102 улитки, импульсы отработавших газов или поток газа могут быть разделены, а энергия импульсов, приводящая в действие турбину, может быть увеличена.
Отработавшие газы, выходящие из турбины 92 и (или) регулятора давления наддува через первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува, могут проходить через устройство 112 снижения токсичности отработавших газов. В одном примере устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может содержать несколько блоков носителя катализатора. В другом примере возможно использование нескольких устройств снижения токсичности отработавших газов, с несколькими блоками носителя катализатора каждый. В некоторых примерах устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. В других примерах устройство 112 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой одно или несколько из следующих: дизельный катализатор окисления ДКО (DOC), катализатор избирательного восстановления КИ (SCR) и дизельный сажевый фильтр ДСФ (DPF). Прошедший через устройство 112 снижения токсичности отработавших газов отработавший газ можно направить в выхлопную трубу 114 за глушителем.
Двигатель 10 может содержать систему 116 рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). По системе 116 РОГ часть отработавших газов из двигателя 10 можно подавать в воздухозаборный канал 30 двигателя. Система РОГ содержит тракт 118 РОГ, соединенный с выпускным трактом или каналом 122 ниже по потоку от турбины 92 и с воздухозаборным каналом 30. В некоторых примерах тракт 118 РОГ может содержать клапан 120 РОГ, выполненный с возможностью регулирования расхода рециркуляции отработавших газов. Показанная на ФИГ. 1 система 116 РОГ представляет собой низконапорную систему РОГ, направляющую отработавшие газы из зоны ниже по потоку от турбины 92 в зону выше по потоку от компрессора 94. В некоторых примерах охладитель РОГ (не показан) может быть установлен на тракт 118 РОГ для снижения температуры отработавших газов рециркуляции. В другом примере можно использовать высоконапорную систему РОГ в дополнение к низконапорной или вместо нее. По высоконапорной системе РОГ можно направлять отработавшие газы либо из первого канала 100 улитки, либо из второго канала 102 улитки, либо из них обоих, из зоны перед турбиной 92, в воздухозаборный канал 30 за компрессором 34.
В некоторых режимах система 116 РОГ можно использовать для регулирования температуры и (или) обеднения воздушно-топливной смеси в камерах сгорания, создавая, таким образом, способ регулирования момента зажигания в некоторых режимах сгорания. Кроме того, в некоторых режимах часть газообразных продуктов сгорания можно удерживать или улавливать в камере сгорания путем изменения фаз газораспределения выпускных клапанов.
В некоторых примерах контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как показано на фигуре, контроллер 12 может принимать сигналы от различных датчиков (не показаны), в том числе входные сигналы от пользователя и (или) датчиков (например, сигналы положения передачи, положения педали газа, температуры в выпускном коллекторе, воздушно-топливного отношения, скорости транспортного средства, частоты вращения двигателя, массового расхода воздуха через двигатель, давления наддува, температуры окружающей среды, влажности окружающей среды, температуры всасываемого воздуха, сигналы датчиков системы охлаждения и т.п.). Контроллер также может направлять разнообразные управляющие сигналы различным исполнительным механизмам двигателя (не показаны) для регулирования работы двигателя в зависимости от сигналов, полученных от датчиков (не показаны). В данном примере устройство 16 ввода содержит педаль акселератора и датчик 18 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Кроме того, контроллер 12 показан на ФИГ. 1 принимающим, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, в том числе: показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 128 температуры; сигнал от датчика 130 положения двигателя, например, холловского датчика положения коленчатого вала. Также можно измерять барометрическое давление (датчик не показан) для обработки данных контроллером 12. В некоторых примерах датчик 130 положения двигателя генерирует заданное количество импульсов с равными промежутками при каждом обороте коленчатого вала, на основе которых можно определить частоту вращения (количество оборотов в минуту) двигателя. Также можно использовать различные датчики для определения давления наддува, создаваемого турбокомпрессором. Например, датчик 132 давления может быть установлен в воздухозаборном канале 30 ниже по потоку от компрессора 94 для определения давления наддува. Также, каждый из каналов улитки системы 98 с двойной улиткой может содержать несколько датчиков для контроля параметров работы системы с двойной улиткой. Например, первый канал 100 улитки может содержать датчик 134 отработавших газов, а второй канал 102 улитки может содержать датчик 136 отработавших газов. Датчики 134 и 136 отработавших газов могут представлять собой датчики любого типа, подходящего для получения показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. В некоторых случаях можно использовать единственный датчик, например, для определения воздушно-топливного отношения. Единственный датчик можно использовать вместо датчиков 134 и 136 и установить, например, за турбиной в выпускном тракте или канале 122. В других примерах можно использовать один или несколько дополнительных датчиков, например, датчик 137, для определения воздушно-топливного отношения в области непосредственно ниже по потоку от клапанного блока (например, клапанного блока 145, раскрытого ниже), при этом клапанный блок выполнен с возможностью смешивания потока отработавших газов в области ниже по потоку от камер сгорания.
Отработавшие газы могут поступать в каждый из каналов улитки из определенной группы цилиндров через определенные сегменты выпускного коллектора и через отдельные входы. Отработавшие газы, проходящие по первому каналу 100 улитки, и отработавшие газы, проходящие по второму каналу 102 улитки, разделяет перегородка 138. Как указано выше, разделение потока отработавших газов (т.е. импульсов отработавших газов) в первом и втором каналах улитки может увеличить крутящий момент при низких оборотах двигателя и уменьшить время достижения необходимого крутящего момента. В результате, в некоторых режимах, например, при работе двигателя на высокой нагрузке, разделение импульсов отработавших газов может повысить эффективность подачи отработавших газов в турбину. Однако в некоторых режимах работы двигателя разделение импульсов отработавших газов указанным выше способом может привести к снижению эффективности подачи отработавших газов в турбину. Например, при высокой частоте вращения двигателя разделение импульсов отработавших газов как раскрыто выше может привести к росту противодавления и насосных потерь, частично из-за того, что емкость каналов двойной улитки между выпускным клапаном и турбиной меньше, чем емкость неразделенного входного канала турбины с одинарной улиткой. Иными словами, тот же объем отработавших газов из цилиндра (цилиндров) может привести к большему росту давления в вышеуказанной конфигурации с двойной улиткой, поскольку емкость раздельных первого и второго каналов улитки может быть меньше по сравнению с конфигурацией без разделения каналов улитки. В результате, полезная мощность двигателя может уменьшиться.
Увеличение перетока и перемещения текучей среды между первым и вторым каналами улитки при определенных режимах работы двигателя, например, на высоких оборотах и (или) высокой нагрузке, может способствовать повышению КПД и полезной мощности двигателя. Поэтому двигатель 10 может дополнительно содержать клапанный блок 145, причем клапанный блок 145 может включать в себя первый переходник 150, второй переходник 152 и (или) сообщающий клапан 154 (в настоящем описании именуемый «клапан 154»), установленный между первым переходником 150 и вторым переходником 152. Клапанный блок 145 может быть выполнен с возможностью выборочного смешивания отработавших газов из первой группы (или ветви) цилиндров (или камер сгорания) (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы (или ветви) цилиндров (или камер сгорания) (например, цилиндров 22 и 24) выше по потоку от входов первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки. Поэтому в одном варианте осуществления клапанный блок 145 может быть расположен ниже по потоку от выпускного коллектора 41 с первой группой цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группой цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) и выше по потоку от входов первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки. В другом варианте клапанный блок 145 может быть выполнен за одно целое с первым каналом 100 улитки и вторым каналом 102 улитки. Следует отметить, что в настоящем описании под «клапаном» может пониматься затвор, способный перемещаться или изменять положение для регулирования расхода среды, а также подвижный затвор с возможностью может размещенения в различных компонентах, например, коробке или корпусе и т.п., или установки в них.
В одном варианте осуществления, первый переходник 150 может быть функционально соединен и соприкасаться на общей поверхности с выходом выпускного коллектора 41 двигателя 10 ниже по потоку от цилиндров, как показано на ФИГ. 1. Иначе говоря, первый переходник 150 может быть выполнен с возможностью приема отработавших газов из первой группы цилиндров, например, цилиндров 20 и 26, и второй группы цилиндров, например, цилиндров 22 и 24, через выпускной коллектор 41.
Схожим образом, второй переходник 152 может быть функционально соединен и соприкасаться на общей поверхности с входом первого канала 100 улитки и (или) входом второго канала 102 улитки системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. Как будет подробно раскрыто на примере ФИГ. 2, первый проход и второй проход второго переходника 152 могут быть расположены на одной оси соответственно с первым каналом 100 улитки и вторым каналом 102 улитки системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. В еще одном примере первый проход и второй проход первого переходника 150 также могут быть расположены на одной оси соответственно с первым каналом 100 улитки и вторым каналом 102 улитки системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой.
В одном варианте осуществления клапан 154 может быть расположен между первым переходником 150 и вторым переходником 152 с возможностью выборочного смешивания отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), при этом отработавшие газы подают в область ниже по потоку от входов первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки в определенных режимах работы двигателя. В одном варианте осуществления клапан 154 может быть выполнен с возможностью независимого вращения относительно первого переходника 150 и второго переходника 152 таким образом, чтобы клапан 154 можно было полностью открыть, частично открыть и (или) закрыть в первый канал 100 улитки и (или) второй канал 102 улитки. Положение клапана 154 может изменять контроллер 12 с помощью сигналов, направляемых на привод 153 в составе клапана 154. В одном примере привод 153 может быть электрическим (например, электродвигателем). Например, положение клапана 154 можно регулировать из одного выбранного положения в другое или бесступенчато регулировать в выбранных диапазонах посредством одного или более сигналов от контроллера 12, как раскрыто ниже. В одном примере положение клапана 154 можно регулировать путем поворотов все время в одном направлении (например, по часовой стрелке). В еще одном примере положение клапана 154 можно регулировать путем поворотов в нескольких направлениях (например, по часовой стрелке и против часовой стрелки). В еще одном примере положение клапана 154 можно ступенчато регулировать путем поворотов, то есть клапан 154 можно устанавливать только в заданные (или отдельные) положения.
Таким образом, клапан 154 можно регулировать в одно из выбранных положений. Например, клапан 154 можно устанавливать то в первое положение (например, закрытое положение), то во второе положение (например, открытое положение), как показано на примерах ФИГ. 2 и 3. Например, при регулировке клапана 154 в первое положение можно уменьшить переток и перемещение отработавших газов из множества цилиндров, при этом отработавшие газы подают в турбину, например, турбину 92. Напротив, во втором положении можно обеспечить переток и перемещение отработавших газов из множества цилиндров, что позволяет смешивать отработавшие газы (например, отработавшие газы из одной или нескольких ветвей выпускного коллектора) для направления в первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки.
А именно, в одном варианте осуществления, в другом режиме работы двигателя, например, при низкой нагрузке и частоте вращения двигателя, клапан 154 может быть полностью закрыт (например, в первом положении), в связи с чем отработавшие газы из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) могут течь по отдельным и единственным путям на входы первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки. Иными словами, клапан 154 можно полностью закрыть, чтобы по существу никакое количество отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) не могло сообщаться и смешиваться в клапанном блоке 145. Таким образом, по существу весь поток отработавших газов из первой группы цилиндров и второй группы цилиндров можно по отдельности и независимо друг от друга направить в турбину, например, турбину 92, через клапанный блок 145, первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки.
В другом варианте, в определенных режимах работы двигателя, например, при высокой нагрузке и частоте вращения двигателя, клапан 154 может быть полностью открыт (например, в первом положении), в связи с чем некое количество отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) можно смешать и объединить с неким количеством отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24). Аналогичным образом, некое количество отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 23) можно смешать и объединить с неким количеством отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26). Иными словами, часть отработавших газов из первой группы цилиндров и второй группы цилиндров можно смешать и объединить, а затем направить в турбину, например, турбину 92, по первому каналу 100 улитки и второму каналу 102 улитки. Завихрение, возникающее при смешивании потоков из множества цилиндров двигателя 10, может способствовать уменьшению ограничения потока внутри клапанного блока и, тем самым, снижению насосных потерь и повышению КПД двигателя и топливной экономичности во время работы двигателя с необходимыми параметрами. Кроме того, насосные потери двигателя можно сократить, снизив потери давления на турбине. Когда клапан открыт, все отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров могут течь по обоим каналам улитки, благодаря чему снижаются потери давления из-за увеличения площади поперечного сечения канала прохождения потока через турбину.
В еще одном примере величину открытия клапана 154 можно дозировать для ограничения перетока отработавших газов в клапанном блоке 154 до необходимого количества. Иными словами, только часть отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) можно смешать и объединить выше по потоку от входов первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки в определенных режимах работы двигателя. То есть указанная часть отработавших газов из первой и второй групп цилиндров, которую можно объединить и смешать, меньше количества отработавших газов из первой и второй групп цилиндров, которые можно смешать и объединить, когда клапан 154 полностью открыт.
В результате, регулируя положение клапана 154 можно регулировать частоту вращения турбины 92, как раскрыто, и, в свою очередь, частоту вращения ротора компрессора 94. Таким образом, в некоторых вариантах клапан, например, клапан 154, позволяет смешивать отработавшие газы, поступившие из выпускного коллектора, в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой в двигателе 10. Увеличение перетока и перемещения текучей среды может включать в себя пропуск отработавших газов из отдельных ветвей выпускного коллектора для смешивания в клапанном блоке 145, когда клапан 154 находится во втором и (или) третьем положении.
В других вариантах клапан, например, клапан 154 может быть расположен таким образом, чтобы обеспечить регулирование потока отработавших газов через первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува. Управление регуляторами давления наддува может включать в себя пропуск как минимум части отработавших газов из первого канала 100 улитки и второго канала 102 улитки в первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува, то есть в обход турбины 92. В других примерах управление регуляторами давления наддува может включать в себя закрытие регулятора давления наддува для предотвращения потока по существу всех отработавших газов из первого и второго каналов улитки (и (или) дополнительного канала (каналов) улитки в обход турбины. Поскольку от положения клапана 154 может зависеть частота вращения турбины, в некоторых примерах положение регулятора давления наддува также можно изменять в зависимости от положения клапана 154 (например, от дозированной или заданной степени его открытия, или того, находится ли он в полностью открытом или полностью закрытом положении), а также от одного или нескольких параметров работы двигателя, например, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, необходимого или запрашиваемого крутящего момента и (или) роста или снижения крутящего момента.
Иными словами, положение регулятора давления наддува можно регулировать в зависимости от положения (например, степени открытия) клапана 154. Например, величина открытия первого регулятора 104 давления наддува и (или) второго регулятора 108 давления наддува может зависеть от положения клапана 154 и запрошенного крутящего момента, как будет раскрыто на примере ФИГ. 5. В одном примере величина открытия одного или нескольких регуляторов давления наддува может быть больше, когда клапан 154 находится во втором положении, чем величина открытия одного или нескольких регуляторов давления наддува, когда клапан 154 находится в первом положении, в режиме с растущей потребностью в крутящем моменте. В еще одном примере величина открытия одного или нескольких регуляторов давления наддува может быть меньше, когда клапан 154 находится в первом положении, чем величина открытия одного или нескольких регуляторов давления наддува, когда клапан 154 находится во втором положении, в режиме со снижающейся потребностью в крутящем моменте.
В еще одном примере выявлять дисбаланс по цилиндрам можно, в том числе, по положению клапана 154 или степени открытия клапана 154, как будет раскрыто на ФИГ. 6. Например, при получении запроса на выявление дисбаланса по цилиндрам, клапан 154 можно регулировать в первое положение из второго положения или третьего положения. Затем можно измерить воздушно-топливное отношение в первом и во втором каналах улитки и результатам измерения воздушно-топливного отношения можно отрегулировать количество впрыскиваемого топлива и (или) положение дроссельной заслонки. Согласно раскрываемому изобретению возможны и другие, конкретно не раскрытые, схемы.
Обратимся к ФИГ. 2А и 2В, изображающим в разобранном виде примеры клапанного блока 145, содержащего первый переходник 150, второй переходник 152 и сообщающий клапан, например, клапан 154, в первом положении или состоянии (ФИГ. 2А) и втором положении или состоянии (ФИГ. 2В). Клапанный блок 145 может иметь центральную ось 202, при этом центральная ось 202 является общей для первого переходника 150, второго переходника 152 и клапана 154. В одном варианте осуществления центральная ось 202 по существу параллельна потоку отработавших газов в первом канале 100 улитки и втором канале 102 улитки. Как раскрыто выше, первый конец 222 первого переходника 150 может контактировать и быть соединенным с выходом выпускного коллектора, например, выпускного коллектора 41 двигателя 10. Аналогичным образом, второй конец 228 второго переходника 152 может контактировать и быть соединенным с входом первого канала 100 улитки и входом второго канала 102 улитки. Кроме того, как первый переходник 150, так и второй переходник 152, могут быть неперемещаемыми или неподвижными, то есть только клапан 154 выполнен с возможностью вращения относительно первого переходника 150 и второго переходника 152. Иными словами, первый переходник 150 и второй переходник 152 могут быть прикреплены без возможности перемещения к выпускному коллектору и входам первого и второго канала улитки соответственно.
Клапан 154 может быть установлен между первым переходником 150 и вторым переходником 152 герметично, но с возможностью вращения, что позволяет изменять положение клапана 154 в определенных режимах работы двигателя. В частности, клапан 154 установлен с возможностью вращения в направлении, перпендикулярном потоку отработавших газов, вокруг центральной оси 202 между одним или несколькими положениями, например, первым положением, вторым положением и (или) третьим положением клапана 154. Первый конец 230 клапана 154 может быть соединен с возможностью вращения со вторым концом 224 первого переходника 150, при этом второй конец 224 противоположен первому концу 222 первого переходника 150. Второй конец 232 клапана 154 может быть соединен с возможностью вращения с первым концом 226 второго переходника 152, при этом первый конец 226 противоположен второму концу 228 второго переходника 152. Таким образом, первый переходник 150 может быть выполнено с возможностью приема отработавших газов из выпускного коллектора 41 и их пропуска через клапан 154 и в турбину 92 через второй переходник 152.
В примере на ФИГ. 2А и 2В первый переходник 150 и (или) второй переходник 152 могут быть полыми и иметь цилиндрическую форму с кольцевым поперечным сечением. В еще одном примере геометрическая форма первого переходника 150 и (или) второго переходника 152 может быть иной, например, прямоугольной. Кроме того, первый переходник 150 и (или) второй переходник 152 могут быть полыми и содержать разделитель, расположенный вдоль внутренней поверхности первого переходника 150 и (или) второго переходника 152. Иными словами, разделители первого переходника 150 и (или) второго переходника 152 могут делить на две части внутреннее пространство первого переходника 150 и (или) второго переходника 152 соответственно. Например, первый переходник 150 может содержать первый разделитель 210. Аналогичным образом, второй переходник 152 может содержать второй разделитель 212. Первый разделитель 210 и второй разделитель 212 могут проходить через весь диаметр соответствующего переходника по всей его длине. Иначе говоря, первый разделитель 210 проходит через весь диаметр первого переходника 150, а второй разделитель 212 проходит через весь диаметр второго переходника 152, в связи с чем первый разделитель 210 и второй разделитель 212 пересекают внутреннее пространство первого переходника 150 и второго переходника 152 соответственно. Кроме того, как показано на ФИГ. 2А-2В, длина первого разделителя 210 и второго разделителя 212 могут быть равны длине первого переходника 150 и второго переходника 152 соответственно.
В другом примере на внутренней поверхности первого переходника 150 и (или) второго переходника 152 могут быть расположены два и более разделителей. В еще одном примере первый переходник 150 может содержать единственный разделитель, а второй переходник 152 - два разделителя. Следует понимать, что при необходимости внутри любого переходника можно установить любое количество разделителей и комбинаций разделителей. В еще одном примере ширина одного или нескольких разделителей, расположенных внутри какого-либо из переходников, может равняться не диаметру переходника, а длине хорды переходника.
Разделитель 210 первого переходника 150 и разделитель 212 второго переходника 152 могут образовывать один или несколько проходов в первом переходнике 150 и втором переходнике 152 соответственно. Например, разделитель 210 первого переходника 150 может образовывать первый проход 204 и второй проход 214. Аналогичным образом, разделитель 212 второго переходника 152 может образовывать первый проход 206 и второй проход 216.
В одном варианте осуществления, как показано на ФИГ. 2А и 2В, ориентация разделителя 210 первого переходника 150 и разделителя 212 второго переходника 152 могут быть по существу одинаковыми, если клапанный блок 145 выполнен за одно целое с системой 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. Иными словами, разделитель 210 и разделитель 212 могут иметь по существу аналогичный угол наклона и расположение относительно центральной оси 202 соответствующих переходников, в связи с чем первый проход 204 первого переходника 150 соосен первому проходу 206 второго переходника 152, а второй проход 214 переходника 150 соосен второму проходу 216 переходника 152.
В одном варианте осуществления первый проход 204 и второй проход 214 первого переходника 150 могут быть по существу соосны выходу выпускного коллектора 41 из одной или нескольких групп цилиндров двигателя 10, как показано на ФИГ.1. Иначе говоря, в первый проход 204 первого переходника 150 могут поступать отработавшие газы из первой группы камер сгорания (или цилиндров), например, цилиндров 20 и 26, а второй проход 214 первого переходника 150 может быть расположен с возможностью приема отработавших газов из второй группы камер сгорания (или цилиндров), например, цилиндров 22 и 24.
Аналогичным образом, первый проход 206 и второй проход 216 второго переходника 152 могут быть по существу соосны входу первого канала 100 улитки и (или) входу второго канала 102 улитки системы 98 с двойной улиткой соответственно. Первый проход 206 и второй проход 216 на втором конце 228 второго переходника 152 выполнены с возможностью направления потока отработавших газов соответственно в первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. В одном варианте осуществления ориентации разделителя 210 первого переходника 150 и разделителя 212 второго переходника 152 могут быть по существу постоянными или без возможности перемещения, в связи с чем ориентацию какого-либо разделителя нельзя изменить относительно другого разделителя. Таким образом, только регулируя положение клапана 154 можно регулировать величину смешивания потоков отработавших газов через первый переходник 150 и второй переходник 152 в первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки. Однако в других, не показанных, вариантах первый переходник 150 и (или) второй переходник 152 могут быть выполнены с возможностью вращения относительно друг друга.
Как показано на ФИГ. 2А и 2В, клапан 154 может представлять собой полый цилиндр. В еще одном примере клапан 154 может иметь другую геометрическую форму. В одном варианте осуществления клапан 154 выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси 202 по существу перпендикулярно потоку отработавших газов в первом канале 100 улитки и втором канале 102 улитки.
В одном варианте осуществления клапан 154 может содержать третий разделитель 220 с возможностью вращения вокруг центральной оси 202 по существу перпендикулярно потоку отработавших газов в первом и втором каналах улитки. Как и в первом переходнике 150 и во втором переходнике 152, третий разделитель 220 может проходить через весь диаметр клапана 154. Кроме того, как показано на ФИГ. 2А-2В, третий разделитель 220 может проходить по всей продольной длине клапана 154. Так, регулируя положения клапана 154 можно обеспечить выборочный переток и перемещение отработавших газов из первой и второй групп цилиндров в первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки. В других вариантах осуществления регулируя положение клапана 154 можно обеспечить выборочный переток и перемещение текучей среды между первым каналом 100 улитки, вторым каналом 102 улитки и (или) первым регулятором 104 давления наддува и (или) вторым регулятором 108 давления наддува в одной или нескольких комбинациях и точкой ниже по потоку от турбины 92.
В одном варианте осуществления клапан 154 выполнен с возможностью бесступенчатого регулирования и перемещения в выбранных диапазонах для установки в выбранные положения или состояния с помощью привода 153 по одному или нескольким сигналам от контроллера 12. Например, положение клапана 154 можно регулировать путем бесступенчатого вращения вокруг центральной оси 202 в первом направлении (например, против часовой стрелки). В еще одном примере положение клапана 154 можно регулировать путем вращения вокруг центральной оси 202 в первом направлении и в противоположном - втором - направлении (например, против часовой стрелки и по часовой стрелке). В еще одном примере положение клапана 154 можно регулировать ступенчато, то есть клапан 154 можно устанавливать только в заданные или отдельные положения.
Как показано на ФИГ. 2А, клапанный блок 145 содержит первый переходник 150, второй переходник 152 и клапан 154, причем клапан 154 находится в первом положении. Аналогичным образом, ФИГ. 2В изображает клапанный блок 145, содержащий первый переходник 150, второй переходник 152 и клапан 154, причем клапан 154 находится во втором положении. Клапан 154 можно вращать в первом направлении, показанном здесь как направление 240, благодаря чему ориентацию третьего разделителя 220 можно изменять в диапазоне от первого положения до второго положения, и (или) устанавливать его в любое промежуточное положение между ними. Например, клапан 154 можно повернуть приблизительно на 90 градусов в направлении 240 из первого положения (ФИГ. 2А) во второе положение (ФИГ. 2В). Соответственно, третий разделитель 220 клапана 154 можно одновременно повернуть на 90 градусов из первого положения во второе положение. Первое положение и второе положение клапана 154 будут подробно рассмотрены на примере ФИГ. 3А и 3В. Следует понимать, что когда положение клапана 154 регулируют, первый переходник 150 и (или) переходник 152 могут быть неподвижны, то есть положения первого переходника 150 и (или) второго переходника 152 не регулируют путем вращения, и они остаются соединенными без возможности перемещения с выходом выпускного коллектора 41 и входами первого и второго каналов улитки соответственно.
Обратимся к ФИГ. 2С-2D, изображающим виды спереди примера клапанного блока 145, когда клапан 154 находится в первом положении (ФИГ. 2С) и во втором положении (ФИГ. 20). С точки зрения ориентации, на видах спереди клапанный блок 145 показан таким образом, что второй переходник 152 расположено ближе всего к зрителю, а за ним клапан 154 и первый переходник 150 на противоположном конце второго переходника. Кроме того, виды спереди клапанного блока 145 параллельны центральной оси 202, то есть поток отработавших газов двигался бы навстречу зрителю.
В данном примере вид спереди клапанного блока 145 на ФИГ. 2С иллюстрирует ориентацию первого, второго и третьего разделителей, речь о которых шла выше, когда клапан 154 находится в первом положении. Как показано, второй разделитель 212 второго переходника 152 перекрывается с третьим разделителем 220 клапана 154 и первым разделителем 210 первого переходника 150. Таким образом, виден только второй разделитель 212 второго переходника 152. Иными словами, угол 242 между первым разделителем 210 и вторым разделителем 212 относительно третьего разделителя 220 клапана 154 составляет приблизительно 0 градусов. То есть клапан 154 в первом положении можно полностью закрыть так, чтобы переток и смешивание отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) в системе 98 с двойной улиткой по существу отсутствовали. Иными словами, по существу весь поток отработавших газов из первой группы цилиндров и второй группы цилиндров можно разделить и по отдельности направить в турбину, например, турбину 92, по первому каналу 100 улитки и второму каналу 102 улитки.
Обратимся к ФИГ. 2D, на которой представлен вид спереди клапанного блока 145, иллюстрирующий ориентации раскрытых выше первого, второго и третьего разделителей, когда клапан 154 находится во втором (или открытом) положении. В одном варианте осуществления второй разделитель 212 второго переходника 152 перекрывается с первым разделителем 210 первого переходника 150. В отличие от ФИГ. 2С, третий разделитель 220 расположен по существу перпендикулярно второму разделителю 212 второго переходника 152 и первому разделителю 210 первого переходника 150. Иными словами, угол 242 между первым разделителем 210 и вторым разделителем 212 относительно третьего разделителя 220 клапана 154 составляет приблизительно 90 градусов. Поэтому видны и второй разделитель 212 второго переходника 152, и третий разделитель 220. Таким образом, в данном примере клапан 154 может находиться в открытом положении, в котором возможен переток и смешивание некоего количества отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) в системе 98 с двойной улиткой.
Так можно регулировать поток отработавших газов через клапанный блок 145, регулируя положение клапана 154, в зависимости от параметров работы двигателя, например, частоты вращения и нагрузки двигателя, положения регулятора давления наддува, и (или) необходимого давления наддува и крутящего момента. Например, в режимах с высокой нагрузкой двигателя и (или) высокой частотой вращения двигателя положение клапана 154 можно регулировать для пропуска потока отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) для смешивания и объединения. В результате, можно снизить насосные потери двигателя за счет снижения потерь давления на турбине. Когда клапан открыт, все отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров могут течь по обоим каналам улитки, благодаря чему снижаются потери давления из-за увеличения площади поперечного сечения канала прохождения потока через турбину. С другой стороны, в режимах с низкой нагрузкой двигателя и (или) низкой частотой вращения двигателя положение клапана 154 можно регулировать для предотвращения смешивания и объединения отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), поскольку рост противодавления и насосные ходы поршней двигателя 10 не имеют большого значения.
Обратимся к ФИ Г. 3А, на которой в разобранном виде изображен пример клапанного блока 145, причем клапан 154 находится в первом положении. Первый путь потока 312 отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй путь потока 314 отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) показаны выходящими соответственно из первого выхода 302 и второго выхода 304 выпускного коллектора 41. Иными словами, отработавшие газы из первой группы цилиндров могут выходить через первый выход 302 выпускного коллектора 41, а отработавшие газы из второй группы цилиндров - через второй выход 304 выпускного коллектора 41. В одном варианте осуществления, когда клапан 154 находится в первом положении, отработавшие газы из первой группы цилиндров могут течь по пути, являющемуся по существу тем же или аналогичным первому пути потока 312 отработавших газов. Аналогичным образом, когда клапан 154 находится в первом положении, отработавшие газы из второй группы цилиндров могут течь по пути, являющемуся по существу тем же или аналогичным первому пути потока 314 отработавших газов.
Пути потока отработавших газов (например, первый путь потока 312 отработавших газов и (или) второй путь потока 314 отработавших газов) можно как минимум частично регулировать путем изменения положения клапана 154. Например, первый путь потока 312 отработавших газов и (или) второй путь потока 314 отработавших газов на ФИГ. 3А могут иметь место, когда клапан 154 установлен в закрытое положение (например, в первое положение). А именно, когда клапан 154 находится в первом положении, первый проход 204 первого переходника 150 соосен первому проходу 206 второго переходника 152, а второй проход 214 первого переходника 150 соосен второму проходу 216 второго переходника 152. Первый проход 208 клапана 154 также может быть соосен первому проходу 204 переходника 150 и первому проходу 206 второго переходника 152. Аналогичным образом, второй проход 218 клапана 154 также может быть соосен второму проходу 214 первого переходника 150 и второму проходу 216 второго переходника 152. Как показано на ФИГ. 3А, когда клапан 154 находится в первом положении, первый проход 204 первого переходника 150, первый проход 206 второго переходника 152 и первый проход 208 клапана 154 могут быть по существу соосны первому каналу 100 улитки. Когда клапан 154 находится в первом положении, второй проход 214 первого переходника 150, второй проход 216 второго переходника 152 и второй проход 218 клапана 154 могут быть по существу соосны второму каналу 102 улитки.
Таким образом, в первом положении клапана 154 по существу весь поток отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) можно по существу заключить в первый канал 100 улитки и направить в турбину 92. Аналогичным образом, в первом положении клапана 154 по существу весь поток отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) можно по существу заключить во второй канал 102 улитки и направить в турбину 92. Так, установив клапан 154 в первое положение, можно уменьшить переток текучей среды между отработавшими газами из ветвей или групп цилиндров. В других вариантах, установив клапан 154 в первое положение, можно также ограничить поток отработавших газов из первого и второго канала улитки на регулятор давления наддува. То есть в первом положении клапан 154 может направлять потоки отработавших газов из выпускного коллектора 41 в турбину 92 по отдельности и независимо друг от друга.
В одном варианте осуществления клапан 154 может находиться в первом положении или положении, по существу аналогичном первому положению, в режиме, когда нагрузка двигателя ниже пороговой и (или) частота вращения двигателя ниже пороговой. Например, пороговая нагрузка может представлять собой нагрузку двигателя, при превышении которой можно считать, что двигатель работает в режиме с высокой нагрузкой, например, когда транспортное средство буксирует прицеп или преодолевает подъем. В еще одном примере пороговая частота вращения двигателя может представлять собой частоту, при которой или при превышении которой может возникнуть чрезмерное противодавление отработавших газов двигателя в системе турбокомпрессора с двойной улиткой. В других примерах пороговая нагрузка и (или) пороговая частота вращения двигателя могут зависеть от других параметров работы двигателя.
Обратимся к ФИГ. 3В, иллюстрирующей пример второго положения клапана 154, в котором клапан 154 может быть по существу открыт в первый канал 100 улитки и второй канал 102 улитки. В одном варианте осуществления, когда клапан 154 находится во втором положении, отработавшие газы из первой группы цилиндров могут течь по пути, являющемуся по существу тем же или аналогичным первому пути потока 312 отработавших газов. Аналогичным образом, отработавшие газы из второй группы цилиндров могут течь по пути, являющемуся по существу тем же или аналогичным первому пути потока 314 отработавших газов. Например, первый путь потока 312 отработавших газов и (или) второй путь потока 314 отработавших газов на ФИГ. 3В могут иметь место, когда клапан 154 установлен в открытое (например, второе) положение.
Как показано, ориентация первого разделителя 210 первого переходника 150 такова, что отработавшие газы из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) могут выходить из первого выхода 302 и входить в первый проход 204 первого переходника 150, а отработавшие газы из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) могут выходить из второго выхода 304 и входить во второй проход 214 первого переходника 150. После выхода из первого прохода 204 первого переходника 150, отработавшие газы из первой группы цилиндров можно перенаправить или распределить с помощью третьего разделителя 220 клапана 154 в первый проход 208 и второй проход 218 клапана 154 в приблизительно равных долях, так как третий разделитель 220 показан расположенным по существу перпендикулярно или под углом 90 градусов относительно ориентации первого разделителя 210. Аналогичным образом, после выхода из второго прохода 214 первого переходника 150 отработавшие газы из второй группы цилиндров можно перенаправить или распределить с помощью третьего разделителя 220 клапана 154 в первый проход 208 клапана 154 и второй проход 218 в приблизительно равных количествах. То есть клапан 154 образует зону сопряжения или область, в которой может происходить объединение и смешивание турбулентных отработавших газов в системе 98 турбокомпрессора с двойной улиткой в объеме большем, чем в первом и втором каналах улитки по отдельности.
Соответственно, после выхода из первого прохода 208 клапана 154, отработавшие газы из первой группы цилиндров можно вновь распределить с помощью второго разделителя 212 в первый проход 206 второго переходника 152 и второй проход 216 второго переходника 152 в приблизительно равных количествах, так как второй разделитель 212 показан расположенным по существу перпендикулярно или под углом 90 градусов относительно ориентации третьего разделителя 220. Аналогичным образом, после выхода из второго прохода 218 клапана 154, отработавшие газы из второй группы цилиндров можно вновь распределить с помощью второго разделителя 212 в первый проход 206 и второй проход 216 второго переходника 152 в приблизительно равных количествах. Таким образом, второй переходник 152 может образовывать дополнительную зону сопряжения или область, в которой может происходить объединение и смешивание турбулентных отработавших газов в системе 98 турбокомпрессора с двойной улиткой в объеме большем, чем в первом и втором каналах улитки по отдельности. Так можно снизить противодавление на поршни двигателя 10, тем самым повысив КПД двигателя и топливную экономичность.
Формирование вышеуказанных путей потока отработавших газов (например, первого пути потока 312 отработавших газов и (или) второго пути потока 314 отработавших газов) возможно, когда клапан 154 установлен в открытое (например, второе) положение. А именно, когда клапан 154 находится во втором положении, первый проход 204 первого переходника 150 соосен первому проходу 206 второго переходника 152, а второй проход 214 первого переходника 150 соосен второму проходу 216 второго переходника 152. В отличие от них, первый проход 208 клапана 154 можно поворачивать приблизительно на 90 градусов относительно первого прохода 204 переходника 150 и первого прохода 206 второго переходника 152. Аналогичным образом, второй проход 218 клапана 154 также можно поворачивать приблизительно на 90 градусов относительно второго прохода 214 первого переходника 150 и второго прохода 216 второго переходника 152. Как показано на ФИГ. 3В, когда клапан 154 находится во втором положении, первый проход 204 первого переходника 150 и первый проход 206 второго переходника 152, а также часть (например, половина) первого прохода 208 клапана 154, могут быть по существу соосны первому каналу 100 улитки. Когда клапан 154 находится во втором положении, второй проход 214 первого переходника 150 и второй проход 216 второго переходника 152, а также часть (например, половина) второго прохода 218 клапана 154, могут быть по существу соосны второму каналу 102 улитки.
Итак, когда клапан 154 находится во втором положении (или полностью открыт), некое количество отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) можно смешать с неким количеством отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24). Аналогичным образом, некое количество отработавших газов из второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 23) можно смешать с неким количеством отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26). Соответственно, когда клапан 154 находится во втором положении, возможно значительное смешивание отработавших газов, направляемых по первому каналу 100 улитки и второму каналу 102 улитки в турбину 92 в системе 98 турбокомпрессора с двойной улиткой.
Как раскрыто выше, когда клапан 154 находится во втором положении, поток отработавших газов в системе 98 с двойной улиткой можно «сбросить» в пространство, образованное клапанным блоком 145 между первым и вторым переходниками. Как было раскрыто, емкость этого пространства больше емкости каждого из каналов улитки по отдельности, когда клапан 154 закрыт (например, клапан 154 находится в первом положении). Таким образом, когда клапан 154 находится во втором положении, можно увеличить переток и перемещение потока отработавших газов, то есть благодаря большей емкости в клапанном блоке 145 можно снизить насосные потери и противодавление отработавших газов. Соответственно, во втором положении можно увеличить поток отработавших газов и подачу энергии на турбину для более быстрого повышения давления наддува и, тем самым, КПД двигателя.
В одном примере клапан 154 может находиться во втором положении или положении, по существу аналогичном второму, в режиме, когда нагрузка двигателя превышает пороговую, и (или) частота вращения двигателя превышает пороговую. В еще одном примере клапан 154 можно регулировать во второе положение в зависимости от других параметров работы двигателя, например, частоты вращения турбины, необходимого давления наддува и (или) потребности в крутящем моменте. То есть, когда клапан 154 находится во втором положении, можно обеспечить достижение необходимого давления наддува с одновременным снижением противодавления в выпускном коллекторе в режимах с высокой частотой вращения и (или) нагрузкой двигателя.
В соответствии с раскрываемым изобретением возможны дополнительные и (или) другие положения, или состояния, или диапазоны. Например, клапан 154 можно открывать на дозированную величину (в настоящем описании это именуется «третье положение»), благодаря чему возможно частичное смешивание и слияние отработавших газов первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24) между первым каналом 100 улитки и вторым каналом 102 улитки. Открытие клапана 154 на дозированную величину может включать в себя регулировку клапана 154 в такое положение, при котором угол 242 между первым разделителем 210 и вторым разделителем 212 относительно третьего разделителя 220 клапана 154 составит от 15 до 75 градусов. В еще одном примере открытие клапана 154 на дозированную величину может включать в себя регулировку клапана 154 в такое положение, при котором один или несколько углов, образованных между первым и вторым разделителем и третьим разделителем, будут острыми. Таким образом, в отличие от клапана во втором положении, клапан 154 в третьем положении может уменьшать смешивание отработавших газов из одной или нескольких ветвей выпускного коллектора и, таким образом, смешивание отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), так как дозированная величина открытия клапана 154 может быть ограниченной.
В одном примере клапан 154 может находиться в третьем положении или положении, по существу аналогичном третьему, когда нагрузка двигателя ниже пороговой, и (или) частота вращения двигателя ниже пороговой. В еще одном примере дозированная величина открытия клапана 154 может зависеть от частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, положения регулятора давления наддува и (или) запрошенного крутящего момента. В одном примере дозированную величину открытия клапана 154 можно увеличивать по мере снижения нагрузки двигателя или запрошенного крутящего момента. В еще одном примере дозированную величину открытия клапана 154 можно увеличивать с ростом частоты вращения двигателя. Таким образом, клапан 154 в третьем положении может обеспечить необходимую степень объединения отработавших газов в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя.
Таким образом, в одном варианте осуществления может быть предложена система турбокомпрессора с двойной улиткой, содержащая первый канал улитки, второй канал улитки, отделенный по текучей среде от первого канала улитки посредством перегородки, первый переходник, соединенный с выходом выпускного коллектора, при этом первый переходник содержит первый полый цилиндр с первым разделителем, пересекающим внутреннее пространство первого переходника, второй переходник, соединенный с входом первого канала улитки и входом второго канала улитки, при этом второй переходник содержит второй полый цилиндр, содержащий второй разделитель, пересекающий внутреннее пространство второго переходника, и клапан, соединенный с первым переходником и вторым переходником и расположенный между ними для регулирования величины смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора, при этом клапан содержит третий полый цилиндр, содержащий третий разделитель, пересекающий внутреннее пространство клапана.
В одном примере клапан может быть выполнен с возможностью бесступенчатого регулирования в выбранные положения, при этом выбранные положения включают в себя: первое положение, в котором клапан закрыт для раздельной подачи потоков отработавших газов в первый канал улитки и второй канал улитки; второе положение, в котором клапан открыт для смешивания потока отработавших газов в первый и второй каналы улитки; и третье положение, в котором клапан открыт на дозированную величину для частичного смешивания потоков отработавших газов в первый и второй каналы улитки.
Кроме того, клапан, первый переходник и второй переходник могут иметь общую центральная ось. Клапан установлен с возможностью вращения вокруг центральной оси для выборочного изменения ориентации третьего разделителя клапана относительно ориентации первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника, при этом центральная ось параллельна направлению потока отработавших газов по первому каналу улитки и второму каналу улитки.
В еще одном примере первое положение может включать в себя то, что третий разделитель клапана по существу соосен ориентации первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника, при этом второе положение может включать в себя то, что третий разделитель клапана ориентирован по существу перпендикулярно ориентации первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника, а третье положение может включать в себя то, что третий разделитель клапана ориентирован под углом от 15 до 75 градусов относительно ориентации первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника.
В одном примере клапан можно регулировать в первое положение для уменьшения смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя ниже пороговой, и нагрузка двигателя ниже пороговой. Кроме того, клапан можно регулировать во второе положение для увеличения смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя выше пороговой, и нагрузка двигателя выше пороговой. В еще одном примере клапан можно регулировать в третье положение из первого положения, когда частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя растут.
Обратимся к ФИГ. 4-6, на которых изображены способ (или алгоритм) для изменения положения сообщающего клапана в зависимости от параметров работы двигателя и способ (или алгоритм) для изменения положения заслонки регулятора давления наддува в зависимости от положения сообщающего клапана. Способы или алгоритмы на ФИГ. 4-6 могут как минимум частично входить в состав системы на ФИГ.1 в виде исполняемых команд в долговременной памяти. Кроме того, способы или алгоритмы на ФИГ. 4-6 включают в себя действия, осуществляемые в материальном мире. Способы или алгоритмы на ФИГ. 4-6 могут образовывать рабочую последовательность, представленную на ФИГ.7. Иными словами, способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящем описании на примерах ФИГ. 4-6, могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти с возможностью реализации системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя.
ФИГ. 4 иллюстрирует пример алгоритма 400 для регулирования одного или нескольких подвижных затворов, состояние которых можно регулировать или изменять, например, клапана 154 на ФИГ. 1-3, для установки его в различные положения, обеспечивающие возможность смешивания отработавших газов из одной или нескольких ветвей выпускного коллектора, например, из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), текущих в первый канал улитки на входе турбины (например, первый канал 100 улитки) и (или) второй канал улитки на входе турбины (например, второй канал 102 улитки) в турбину (например, турбину 92). А именно, положение клапана можно регулировать в зависимости от параметров работы двигателя и (или) для обеспечения желательных или необходимых режимов работы двигателя. Например, клапан 154 можно устанавливать в то или иное положение в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, а также запрошенного водителем транспортного средства крутящего момента. В других примерах клапан 154 можно устанавливать в то или иное положение в зависимости от других параметров работы двигателя, например, частоты вращения турбины, необходимого и (или) измеренного давления наддува, и (или) положения регулятора давления наддува.
На шаге 402 алгоритм 400 оценивает и (или) измеряет параметры работы транспортного средства. Параметры работы транспортного средства можно определять по выходным сигналам от датчиков и исполнительных механизмов системы транспортного средства. В одном примере параметры работы транспортного средства включают в себя, помимо прочих: температуру двигателя, запрошенный водителем крутящий момент, частоту вращения двигателя, скорость транспортного средства, воздушно-топливное отношение в двигателе, положение регулятора давления наддува и пройденное транспортным средством расстояние. Определив параметры работы транспортного средства, алгоритм 400 следует на шаг 404.
На шаге 404 можно проверить, превышает ли частота вращения двигателя заданную пороговую частоту, и (или) превышает ли нагрузка двигателя заданную пороговую нагрузку. В одном примере пороговая нагрузка может представлять собой нагрузку двигателя, при которой или при превышении которой может иметь место высокая нагрузка двигателя, например, во время преодоления подъема или буксирования прицепа. Иными словами, пороговая нагрузка двигателя может представлять собой состояние, предусматривающее высокую нагрузку (крутящий момент) двигателя, при этом нагрузка двигателя зависит от различных параметров работы двигателя. В еще одном примере пороговая частота вращения двигателя может представлять собой частоту или диапазон частот, при которых в выпускном коллекторе может иметь место повышенное противодавление. В еще одном примере на шаге 404 в дополнение к вышеперечисленному или вместо него можно проверить, растет ли потребность в крутящем моменте.
Если на шаге 404 будет установлено, что частота вращения двигателя превышает пороговую и (или) нагрузка двигателя превышает пороговую, алгоритм 400 следует на шаг 406, на котором клапан, например, клапан 154, устанавливают во второе положение, раскрытое на примерах ФИГ. 2В и 3В, причем клапан 154 поворачивают таким образом, чтобы разделитель клапана, например, третий разделитель 220 клапана 154, занял положение по существу перпендикулярное разделителям первого переходника 150 и второго переходника 152. Например, клапан 154 можно повернуть на 90 градусов против часовой стрелки из первого положения. Таким образом, если нагрузка двигателя превышает пороговую, и (или) частота вращения двигателя превышает пороговую, и (или) запрошенный крутящий момент растет, алгоритм 400 может установить клапан в такое положение, в котором увеличится количество отработавших газов, которые можно будет смешать с помощью клапана 154 для направления в турбину на шаге 406 для снижения риска роста противодавления и насосных потерь.
Если на шаге 404 будет установлено, что частота вращения двигателя ниже пороговой и (или) нагрузка двигателя ниже пороговой, алгоритм 400 следует на шаг 408. На шаге 408 можно проверить, растут ли частота вращения двигателя, и (или) нагрузка двигателя, и (или) потребность в крутящем моменте. Если не будет установлено, что частота вращения двигателя, и (или) нагрузка двигателя, и (или) потребность в крутящем моменте растут, алгоритм 400 следует на шаг 410.
На шаге 410 алгоритм 400 может установить клапан 154 в первое положение, раскрытое выше на примерах ФИГ. 2А и 3А. В этом положении третий разделитель 220 клапана 154 по существу соосен и параллелен первому разделителю 210 первого переходника 150 и второму разделителю 212 второго переходника 152. В еще одном примере клапан можно устанавливать в положение, по существу аналогичное первому, для направления по существу всех потоков отработавших газов в первом канале улитки и втором канале улитки по отдельности в турбину. Так по существу весь поток отработавших газов в первом и втором каналах улитки может приводить в действие турбину для создания необходимого давления наддува, когда частота вращения двигателя ниже пороговой (например, в режимах с низкой частотой вращения двигателя), и (или) нагрузка двигателя ниже пороговой (например, в режимах с низкой нагрузкой двигателя).
Однако если на шаге 410 будет установлено, что частота вращения двигателя, и (или) нагрузка двигателя, и (или) потребность в крутящем моменте растут, на шаге 412 алгоритм 400 переводит клапан 154 в третье положение, раскрытое выше на примерах ФИГ. 2-3. В одном примере клапан 154 можно переводить в положение, по существу аналогичное третьему, для как минимум частичного открытия клапана в первый и второй каналы улитки, что позволяет объединять и смешивать часть отработавших газов из первой и второй групп цилиндров. Таким образом, на шаге 412, клапан 154 можно установить в положение под углом от 15 до 75 градусов относительно ориентации первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника. В еще одном примере клапан 154 можно установить в такое положение, чтобы один или несколько углов, образующихся между первым и вторым разделителями и третьим разделителем, были острыми. То есть дозированное количество отработавших газов из первой группы цилиндров можно смешать и объединить с дозированным количеством отработавших газов из второй группы цилиндров в клапанном блоке 145 системы 98 с двойной улиткой. В одном варианте осуществления дозированную величину открытия клапана 154 можно регулировать в зависимости от различных параметров работы двигателя. Например, угол 242 между первым и вторым разделителями можно изменять от 15 градусов до 75 градусов относительно третьего разделителя. В одном примере дозированную величину открытия можно увеличивать при увеличении потребности в крутящем моменте двигателя и (или) нагрузки двигателя. В еще одном примере дозированную величину открытия клапана 154 можно увеличивать при увеличении частоты вращения двигателя. Так установка клапан 154 в третье положение может способствовать поддержанию или снижению давления наддува в режимах с низкой частотой вращения двигателя, низкой нагрузкой двигателя и (или) низкой или снижающейся потребностью в крутящем моменте, например.
В результате, установка клапана в третье положение или положение, по существу аналогичное третьему, позволяет смешивать дозированное количество отработавших газов из первой и второй групп цилиндров в первом и втором канале улитки для приведения в действие турбины, например, турбины 92. То есть установка клапана 154 в третье положение может обеспечить рост давления наддува для удовлетворения растущей потребности в крутящем моменте. В еще одном примере установка клапана 154 в третье положение может обеспечить рост давления наддува, когда частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя растут, но еще не достигли своих пороговых величин. Изменив положение клапана 154 один или несколько раз в зависимости от частоты вращения двигателя, и (или) нагрузки двигателя, и (или) потребности в крутящем моменте, выполнение алгоритма 400 завершают.
Таким образом, регулируя в то или иное положение сообщающий клапан, например, клапан 154, можно обеспечить или блокировать смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора. Иными словами, величину перетока и перемещения отработавших газов из первой и второй групп цилиндров также может регулировать контроллер 12 в зависимости от различных параметров работы двигателя, например, нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя, необходимого давления наддува и (или) потребности в крутящем моменте. Соответственно, можно регулировать КПД турбины (и турбокомпрессора) и величину противодавления в выпускном коллекторе для достижения необходимого уровня (уровней) давления наддува и крутящего момента двигателя. В других вариантах осуществления, регулируя клапан в то или иное положение, можно обеспечить поддержание КПД турбокомпрессора и противодавления в заданном диапазоне (диапазонах). Например, КПД можно определять, контролируя давление всасываемого воздуха, которое может измерять, например, датчик 132 давления. В дополнение к вышеуказанным или вместо них, можно использовать и другие датчики двигателя и (или) иные датчики, не раскрытые в настоящем описании, которые нельзя использовать в двигателях общепринятых на текущий момент конструкций. Например, профиль импульсов отработавших газов можно измерять непосредственно и (или) определять на основании показаний одного или нескольких датчиков, либо на основании результатов других измерений, а также выводить или вычислять с помощью контроллера, например контроллера 12.
Итак, предложен способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: регулируют положение клапана, расположенного между первым переходником и вторым переходником, для смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора, причем первый переходник содержит первый разделитель, второй переходник содержит второй разделитель, и клапан содержит третий разделитель.
В частности, первый переходник и второй переходник могут быть неподвижными. Первый разделитель первого переходника может делить на две части внутреннее пространство первого переходника, второй разделитель второго переходника может делить на две части внутреннее пространство второго переходника, а третий разделитель клапана может делить на две части внутреннее пространство клапана. Кроме того, клапан, первый переходник и второй переходник могут иметь общую центральную ось, причем клапан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси для выборочного изменения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, при этом центральная ось параллельна направлению потока отработавших газов по первому каналу улитки и второму каналу улитки.
В одном варианте осуществления, изменение положения клапана, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, включает в себя уменьшение степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, причем регулирование положения клапана для смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, включает в себя увеличение степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
В другом варианте способ может дополнительно содержать шаги, на которых клапан устанавливают в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя превышает пороговую, и когда нагрузка двигателя превышает пороговую, и клапан устанавливают в положение, блокирующее смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя ниже пороговой, и когда нагрузка двигателя ниже пороговой.
В одном примере регулирование клапана в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, может включать в себя установку клапана в первое положение, при этом в первом положении третий разделитель клапана по существу соосен первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника. В еще одном примере регулирование клапана в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, может включать в себя установку клапана во второе положение, при этом во втором положении третий разделитель клапана по существу перпендикулярен первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
В еще одном примере способ может содержать шаг, на котором клапан регулируют в положение, обеспечивающее частичное смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, причем регулирование клапана в положение, обеспечивающее частичное смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, включает в себя установку клапана в третье положение, при этом в третьем положении третий разделитель клапана расположен под углом от 15 до 75 градусов относительно первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника.
Кроме того, способ может содержать шаги, на которых: увеличивают угол между третьим разделителем и как первым разделителем первого переходника, так и вторым разделителем второго переходника, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя растут, и уменьшают угол между третьим разделителем и как первым разделителем первого переходника, так и вторым разделителем второго переходника, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя снижаются.
В другом варианте способ может также содержать шаги, на которых: по запросу на выявление дисбаланса по цилиндрам, регулируют клапан в первое положение из второго положения или третьего положения, по результатам измерений определяют воздушно-топливное отношение в первом канале улитки и втором канале улитки, и регулируют количество впрыскиваемого топлива или положение дроссельной заслонки в зависимости от воздушно-топливного отношения в первом канале улитки и втором канале улитки. В еще одном примере способ может также содержать шаг, на котором регулируют степень открытия регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана и параметров работы двигателя.
Обратимся к ФИГ. 5, изображающей пример алгоритма 500 для регулирования величины открытия одного или нескольких регуляторов давления наддува, например, первого регулятора 104 давления наддува и (или) второго регулятора 108 давления наддува на ФИГ. 1, в зависимости от положения одного или нескольких подвижных затворов, например, клапана 154 на ФИГ. 1-3. Целесообразность изменения положения одного или нескольких регуляторов давления наддува в зависимости от положения клапана 154 связана с тем, что КПД двигателя может меняться в зависимости от положения клапана 154 и одного или нескольких параметров работы двигателя. Например, положение заслонки одного или нескольких регуляторов давления наддува (например, первого регулятора 104 давления наддува и (или) второго регулятора 108 давления наддува на ФИГ. 1) может зависеть от того, находится ли клапан 154 в первом положении и (или) втором положении, раскрытых на примере ФИГ. 2-4, а также от частоты вращения и нагрузки двигателя, и (или) запрошенного водителем транспортного средства крутящего момента. В других примерах положение заслонки регулятора давления наддува может зависеть от других параметров работы двигателя, например, частоты вращения турбины и разности необходимого и измеренного давления наддува.
На шаге 502 алгоритм 500 оценивает и (или) измеряет параметры работы транспортного средства. Параметры работы транспортного средства можно определять по выходным сигналам от датчиков и исполнительных механизмов системы транспортного средства. В одном примере параметры работы транспортного средства включают в себя, помимо прочих: температуру двигателя, запрошенный водителем крутящий момент, частоту вращения двигателя, скорость транспортного средства, воздушно-топливное отношение в двигателе, положение регулятора давления наддува и пройденное транспортным средством расстояние. Определив параметры работы транспортного средства, алгоритм 500 следует на шаг 504.
На шаге 504 можно проверить, превышает ли частота вращения двигателя заданную пороговую частоту, и (или) превышает ли нагрузка двигателя заданную пороговую нагрузку. В одном примере пороговая нагрузка может представлять собой нагрузку двигателя, при которой или при превышении которой может иметь место высокая нагрузка двигателя, например, во время преодоления подъема или буксирования прицепа. Иными словами, пороговая нагрузка двигателя может представлять собой состояние, предусматривающее высокую нагрузку (крутящий момент) двигателя, причем высокая нагрузка двигателя может зависеть от различных параметров работы двигателя. В еще одном примере пороговая частота вращения двигателя может представлять собой частоту или диапазон частот, при которых в выпускном коллекторе может иметь место повышенное противодавление.
Если на шаге 504 будет установлено, что частота вращения двигателя превышает пороговую, и (или) нагрузка двигателя превышает пороговую, алгоритм следует на шаг 506, на котором клапан, например, клапан 154 регулируют во второе положение, раскрытое на примерах ФИГ. 2В и 3В. Для установки во второе положение клапан 154 поворачивают таким образом, чтобы разделитель клапана, например, третий разделитель 220 клапана 154, стал по существу перпендикулярен разделителям первого переходника 150 и второго переходника 152.
Кроме того, в еще одном варианте осуществления, регулятор давления наддува можно установить в полностью открытое положение в связи с тем, что клапан находится во втором положении. Таким образом, если нагрузка двигателя превышает пороговую или частота вращения двигателя превышает пороговую, на шаге 506 алгоритм 500 может полностью открыть регулятор давления наддува для увеличения количества отработавших газов, которые можно перенаправить от турбины, одновременно увеличив смешивание отработавших газов с помощью клапана 154 для снижения риска роста противодавления и насосных потерь. Затем алгоритм 500 следует на шаг 508.
На шаге 508 алгоритм 500 проверяет, превышает ли измеренное давление наддува необходимое давление наддува. В одном примере необходимое давление наддува может представлять собой давление наддува, необходимое при той или иной частоте вращения двигателя и (или) нагрузке двигателя. Например, необходимое давление наддува может увеличиваться, если растут частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя. В еще одном примере необходимое давление наддува может уменьшаться, если падают частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя.
Если на шаге 510 будет установлено, что давление наддува превышает необходимое, величину открытия регулятора давления наддува увеличивают. В результате, большее количество отработавших газов можно направить в обход турбины через регулятор давления наддува (например, первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува), создаваемого транспортным средством, для снижения давления наддува до необходимого. Так контроллер, например, контроллер 12, может изменять положение регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана 154 и разности необходимого и измеренного давления наддува. Так можно снизить риск чрезмерного теплового износа системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Однако, если на шаге 508 будет установлено, что давление наддува не превышает необходимого предела, на шаге 514 алгоритм 500 проверяет, находится ли давление наддува на уровне ниже необходимого. Если на шаге 514 давление наддува ниже необходимого, величину открытия регулятора давления наддува уменьшают на шаге 518. В результате, меньшее количество отработавших газов можно направить в обход турбины через регулятор давления наддува (например, первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува) для повышения давления наддува, создаваемого транспортным средством, до необходимого. Так контроллер, например, контроллер 12, может изменять положение регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана 154 и разности необходимого и измеренного давления наддува. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Если на шаге 514 алгоритм 500 не установит, что давление наддува ниже необходимого, то на шаге 516 алгоритм 500 не изменяет положение регулятора давления наддува. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Если на шаге 504 будет установлено, что частота вращения двигателя ниже пороговой, и (или) нагрузка двигателя ниже пороговой, алгоритм следует на шаг 520, на котором клапан, например, клапан 154 регулируют в первое положение, раскрытое на примерах ФИГ. 2А и 3А. В первом положении клапан 154 поворачивают таким образом, чтобы разделитель клапана, например, третий разделитель 220 клапана 154, стал по существу соосен разделителям первого переходника 150 и второго переходника 152. В еще одном примере клапан можно регулировать в положение, по существу аналогичное первому, для направления по существу всех потоков отработавших газов в первом канале улитки и втором канале улитки по отдельности в турбину, так как риск чрезмерного противодавления отсутствует.
Кроме того, в другом примере регулятор давления наддува можно установить в частично закрытое положение в связи с нахождением клапана в первом положении. Таким образом, по существу весь поток отработавших газов в первом и втором каналах улитки может приводить в действие турбину для создания необходимого давления наддува, когда частота вращения двигателя ниже пороговой (например, в режимах с низкой частотой вращения двигателя) или нагрузка двигателя ниже пороговой (например, в режимах с низкой нагрузкой двигателя). То есть, если нагрузка двигателя ниже пороговой или частота вращения двигателя ниже пороговой, на шаге 514 алгоритм 500 может установить клапан в положение, уменьшающее количество отработавших газов, которые можно смешать с помощью клапана 154 для направления в турбину. Затем алгоритм 500 следует на шаг 516.
На шаге 522 алгоритм 500 проверяет, превышает ли измеренное давление наддува необходимое. В одном примере необходимое пороговое давление наддува может представлять собой давление наддува, необходимое при той или иной частоте вращения двигателя и (или) нагрузке двигателя. Например, необходимое давление наддува может увеличиваться, если растут частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя. В еще одном примере необходимое давление наддува может уменьшаться, если падают частота вращения двигателя и (или) нагрузка двигателя.
Если будет установлено, что измеренное давление наддува превышает необходимое, на шаге 524 величину открытия регулятора давления наддува увеличивают. В результате, большее количество отработавших газов можно направить в обход турбины через регулятор давления наддува (например, первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува), создаваемого транспортным средством, для снижения давления наддува до необходимого. Так контроллер, например, контроллер 12, может изменять положение регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана 154 и разности необходимого и измеренного давления наддува. Так можно снизить риск чрезмерного теплового износа системы 98 турбокомпрессора с двойной улиткой. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Однако, если на шаге 522 будет установлено, что давление наддува не превышает необходимое, то на шаге 526 алгоритм 500 проверяет, находится ли давление наддува на уровне ниже необходимого. Если давление наддува ниже необходимого на шаге 526, на шаге 528 величину открытия регулятора давления наддува уменьшают. В результате, меньшее количество отработавших газов можно направить в обход турбины через регулятор давления наддува (например, первый регулятор 104 давления наддува и (или) второй регулятор 108 давления наддува) для повышения давления наддува, создаваемого транспортным средством, до необходимого порогового давления наддува. Так контроллер, например, контроллер 12, может изменять положение регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана 154 и разности необходимого и измеренного давления наддува для достижения необходимого давление наддува. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Если на шаге 526 алгоритм 500 не установит, что давление наддува ниже необходимого порога, то алгоритм 500 не изменяет положение регулятора давления наддува на шаге 530. После этого выполнение алгоритма 500 можно завершить.
Таким образом, положение одного или нескольких регуляторов давления наддува можно изменять в зависимости от положения сообщающего клапана, например, клапана 154 и различных параметров работы двигателя, например, нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя, необходимого давления наддува и (или) потребности в крутящем моменте. Следовательно, КПД турбины (и турбокомпрессора) можно регулировать для достижения необходимого уровня (уровней) давления наддува и крутящего момента двигателя. Таким образом, изменяя положение одного или нескольких регуляторов давления наддува можно обеспечить КПД турбокомпрессора и противодавление в пределах заданного диапазоне (диапазонов).
Обратимся к ФИГ. 6, изображающей пример алгоритма 600 для установки клапана, например, клапана 154, в первое положение из второго положения или третьего положения, измерения воздушно-топливного отношения в первом и втором каналах улитки и регулирования количества впрыскиваемого топлива или положения дроссельной заслонки в зависимости от воздушно-топливного отношения в первом и втором каналах улитки при получении запроса на выявление дисбаланса по цилиндрам. Необходимость изменения положения клапана 154 после получения запроса на выявление дисбаланса по цилиндрам может возникнуть, когда клапан находится во втором и (или) третьем положении. Например, когда клапан 154 находится во втором положении, возможно смешивание и объединение отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), что не позволяет выявить разброс показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах по цилиндрам. Поэтому для определения дисбаланса по цилиндрам необходимо изменить положение клапана 154.
На шаге 602 алгоритм 600 оценивает и (или) измеряет параметры работы транспортного средства. Параметры работы транспортного средства можно определять по выходным сигналам от датчиков и исполнительных механизмов системы транспортного средства. В одном примере параметры работы транспортного средства включают в себя, помимо прочих: температуру двигателя, запрошенный водителем крутящий момент, частоту вращения двигателя, скорость транспортного средства, воздушно-топливное отношение в двигателе, положение регулятора давления наддува и пройденное транспортным средством расстояние. Определив параметры работы транспортного средства, алгоритм 600 следует на шаг 604.
На шаге 604 может быть выдан запрос на контроль дисбаланса по цилиндрам. В одном примере запрос на включение режима выявления дисбаланса по цилиндрам может предусматривать контроль параметров работы транспортного средства, например, воздушно-топливного отношения, с помощью одного или нескольких датчиков, например, датчиков 134 и 136 отработавших газов.
После перехода с шага 604 на шаг 606 проверяют, находится ли клапан, например, клапан 154, расположенный между первым и вторым переходниками, как раскрыто в описании ФИГ. 1-3, в первом положении. Например, клапан 154 может находиться во втором и (или) третьем положении. Для выявления и (или) контроля дисбаланса по цилиндрам, отработавшие газы из каждой ветви выпускного коллектора, например, первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), можно разделить для уменьшения смешивания отработавших газов в первом канале 100 улитки и втором канале 102 улитки.
Поэтому, если на шаге 608 будет установлено, что клапан 154 находится не в первом положении (а, например, во втором или третьем положении, раскрытых на примерах ФИГ. 1-3), клапан 154 регулируют в первое положение. Иными словами, если клапан 154 находится, например, во втором положении, в котором третий разделитель 220 клапана 154 по существу перпендикулярен первому и второму разделителям, клапан 154 бесступенчато вращают для установки первого, второго и третьего разделителей соосно друг другу. В одном примере клапан 154 можно вращать в первом направлении, например, направлении 240, как раскрыто на примере ФИГ. 3А, или во втором направлении, при этом второе направление противоположно первому направлению. Так положение клапана 154 можно изменять для сокращения перетока и перемещения текучей среды между первым каналом 100 улитки и вторым каналом 102 улитки для контроля дисбаланса по цилиндрам. Затем алгоритм 600 следует на шаг 610.
Если на шаге 606 будет установлено, что клапан 154 находится в первом положении, алгоритм 600 следует на шаг 610. На шаге 610 алгоритм 600 определяет, является ли воздушно-топливное отношение в первом канале 100 улитки по существу таким же, что и воздушно-топливное отношение во втором канале 102 улитки. Указанное определение может включать в себя регистрацию и (или) получение сигнала от датчиков кислорода в отработавших газах. В одном варианте осуществления определение воздушно-топливного отношения в первом и втором каналах улитки может включать в себя измерения с помощью одного или нескольких датчиков отработавших газов, например, датчиков 134 и 136 отработавших газов. В одном примере указанное определение на шаге 610 может включать в себя направление отработавших газов из какой-либо группы цилиндров на соответствующий датчик отработавших газов и (или) направление отработавших газов только из подгруппы цилиндров двигателя на соответствующий датчик отработавших газов. Кроме того, сигнал, зарегистрированный для каждого из датчиков отработавших газов, может включать в себя отклик датчика отработавших газов на выбранной частоте или на частоте, выше нее. Зарегистрированный сигнал может отражать воздушно-топливное отношение в отдельных цилиндрах ряда цилиндров двигателя, поскольку зажигание в отдельных цилиндрах это ряда происходит последовательно, и может быть связан с разбросом воздушно-топливного отношения по цилиндрам в ряду цилиндров двигателя.
Если на шаге 610 будет установлено, что воздушно-топливное отношение в первом канале 100 улитки не является по существу таким же, что и воздушно-топливное отношение во втором канале 102 улитки, или не лежит в пределах допустимого диапазона, алгоритм 600 может отрегулировать количество впрыскиваемого топлива, и (или) момент зажигания, и (или) положение дроссельной заслонки на шаге 612 для компенсации и (или) исправления выявленного дисбаланса по цилиндрам. В других примерах, в дополнение к вышеуказанным параметрам работы транспортного средства или вместо них можно изменить и другие параметры.
Если будет установлено, что воздушно-топливное отношение в первом канале 100 улитки по существу равно воздушно-топливному отношению во втором канале 102 улитки или лежит в допустимом диапазоне, алгоритм 600 следует на шаг 614, на котором можно не изменять количество впрыскиваемого топлива, момент зажигания или положение дроссельной заслонки. После этого выполнение алгоритма 600 можно завершить.
Таким образом, необходимость изменения положения клапана 154 после запроса на выявление дисбаланса по цилиндрам может возникнуть, если клапан находится во втором и (или) третьем положении, для сокращения смешивания отработавших газов из первой группы цилиндров (например, цилиндров 20 и 26) и второй группы цилиндров (например, цилиндров 22 и 24), не позволяющего контроллеру выявить дисбаланс по цилиндрам. В результате, можно обеспечить надежное и эффективное выявление и контроль дисбаланса по цилиндрам.
ФИГ. 7 содержит график 700, иллюстрирующий пример изменений положения клапана в зависимости от параметров работы двигателя, в том числе нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя и положения регулятора давления наддува. А именно, на графике 700 представлены изменения положения клапана на кривой 702, изменения нагрузки двигателя на кривой 704, изменения частоты вращения двигателя на кривой 706, изменения положения регулятора давления наддува на кривой 708 и изменения давления наддува на кривой 710. Клапан, рассматриваемый на ФИГ. 7, может представлять собой сообщающий клапан, раскрытый выше на примерах ФИГ. 1-6. Например, клапан на ФИГ. 7 может представлять собой клапан 154, изображенный на ФИГ. 2 и 3. Кроме того, положение клапана в данном примере может представлять собой первое положение (обозначаемое как "1"), второе положение (обозначаемое как "2") и третье положение (обозначаемое как "3"), раскрытые выше на примере ФИГ. 2 и 3. Кроме того, регулятор давления наддува в данном примере может представлять собой первый регулятор 104 давления наддува или второй регулятор 108 давления наддува, раскрытые в описании ФИГ. 1 и 6. Значения времени отложены на оси х и увеличиваются слева направо по направлению оси х. Пороговая нагрузка двигателя (например, Т1) представлена линией 714, а пороговая частота вращения двигателя (например, Т2) - линией 716.
До момента t1 двигатель выключен, поэтому сгорание не происходит. В момент t1 двигатель включают, и может начаться сгорание. Между моментами t1 и t2 транспортное средство может двигаться по дороге с незначительным уклоном. Поэтому нагрузка двигателя постепенно растет, но остается ниже пороговой нагрузки двигателя Т1 (например, линия 714). Точно также, частота вращения двигателя монотонно возрастает, но все еще остается ниже пороговой частоты вращения двигателя Т2 (например, линия 716).
В соответствии с вышеуказанными параметрами работы двигателя, клапан можно установить в третье положение (или положение, по существу аналогичное третьему) в момент t1 и удерживать в третьем положении между моментами t1 и t2. Например, в третьем положении величину открытия клапана можно дозировать таким образом, чтобы некое количество отработавших газов из каждой ветви выпускного коллектора могло взаимодействовать для создания завихрения выше по потоку от входов первого и второго канала улитки турбокомпрессора. Кроме того, насосные потери двигателя можно уменьшить, снизив потерю давления на турбине. Когда клапан открыт, все отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров могут течь по обоим каналам улитки, благодаря чему снижаются потери давления из-за увеличения площади поперечного сечения канала прохождения потока через турбину. Таким образом, дозированное количество отработавших газов из первой группы цилиндров и второй, отдельной, группы цилиндров можно смешать и объединить с помощью клапана 154, так как и частота вращения двигателя, и нагрузка двигателя растут. Кроме того, между моментами t1 и t2 регулятор давления наддува можно постепенно открывать, переходя от меньшей к большей степени открытия, для пропуска части отработавших газов в обход турбины и выхода через регулятор давления наддува.
В момент t2 транспортное средство может двигаться по дороге с более крутым уклоном. Поэтому нагрузка двигателя достигает и превышает пороговую нагрузку двигателя Т1, при превышении которой водитель транспортного средства дает команду повысить давление наддува и (или) крутящий момент в момент t2. Аналогичным образом, частота вращения двигателя достигает пороговой частоты Т2, а затем превышает ее. Как раскрыто выше, пороговая частота вращения двигателя может представлять собой частоту, при которой или при превышении которой может возникнуть чрезмерное противодавление отработавших газов двигателя в системе турбокомпрессора с двойной улиткой. Транспортное средство продолжает преодолевать подъем между моментами t2 и t3, при этом как частота вращения двигателя, так и нагрузка двигателя, превышают соответствующие пороги Т1 и Т2. Поэтому клапан можно установить во второе положение или положение, по существу аналогичное второму, в котором клапан открыт в первый и второй каналы улитки. Таким образом, между моментами t2 и t3 часть отработавших газов из каждой ветви выпускного коллектора может взаимодействовать для создания завихрения выше по потоку от входов первого и второго канала улитки турбокомпрессора. Кроме того, насосные потери двигателя можно уменьшить, снизив потерю давления на турбине. Когда клапан открыт, все отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров могут течь по обоим каналам улитки, благодаря чему снижаются потери давления из-за увеличения площади поперечного сечения канала прохождения потока через турбину. Так можно обеспечить снижение противодавления и насосных потерь, одновременно увеличив подачу отработавших газов в турбину для повышения измеренного давления наддува до необходимого давления наддува. Поэтому регулятор давления наддува регулируют в более открытое положение для направления существенной части отработавших газов на регулятор давления наддува.
В момент t3 транспортное средство может не преодолевать подъем, а, наоборот, двигаться по дороге с небольшим уклоном. В других примерах транспортное средство может спускаться по склону. В вышеуказанных примерах нагрузка двигателя падает ниже пороговой. Однако частота вращения двигателя все еще выше пороговой. Соответственно, давление наддува снижается в связи со снижением нагрузки двигателя, и клапан регулируют в третье положение или положение, по существу аналогичное третьему, между моментами t3 и t4. В третьем положении клапан открывают на дозированную величину, позволяющую установить разделитель клапана под углом 75 градусов относительно разделителей первого и второго переходников. В результате, происходит смешивание и объединение некоего количества отработавших газов для снижения риска противодавления из-за повышенной частоты вращения двигателя, но в меньшей степени, чем во втором положении. Между моментами t3 и t4 регулятор давления наддува регулируют в полуоткрытое положение, так как нагрузка двигателя снижается. В других примерах клапан можно перевести в первое положение между моментами t3 и t4.
В момент t4 транспортное средство продолжает спуск по склону или движение по дороге с незначительным уклоном, и частота вращения двигателя падает ниже пороговой частоты Т2. Кроме того, нагрузка двигателя продолжает устойчиво снижаться, в связи с чем снижается необходимое давление наддува между моментами t4 и t5. В данном примере необходимое давление наддува и измеренное давление наддува по существу равны между моментами t4 и t5. Так как ни нагрузка двигателя, ни давление наддува не растут, клапан регулируют в первое положение для сокращения смешивания потока отработавших газов, причем клапан, например, клапан 154, закрывают как в первый, так и во второй канал улитки. Соответственно, падает давление наддува. При этом между моментами t4 и t5 регулятор давления наддува находится в более закрытом положении для направления части отработавших газов в турбину.
Например, в момент t5 транспортное средство вновь начинает преодолевать подъем. В еще одном примере транспортное средство может буксировать прицеп. Как показано в данном примере, частота вращения двигателя и нагрузка двигателя растут, но еще не достигли пороговой частоты вращения двигателя и пороговой нагрузки двигателя соответственно. Поскольку измеренная нагрузка двигателя не достигла пороговой нагрузки, а измеренная частота вращения двигателя не достигла пороговой частоты, клапан регулируют в третье положение или положение, по существу аналогичное третьему. Как сказано выше, в третьем положении клапан открывают на дозированную величину, позволяющую установить разделитель клапана в положение под углом 75 градусов относительно разделителей первого и второго переходников в одном примере. В результате, может произойти смешивание и объединение некоего количества отработавших газов для снижения риска противодавления из-за роста частоты вращения двигателя. Соответственно, растет давление наддува. При этом регулятор давления наддува можно установить в полуоткрытое положение для направления части отработавших газов в турбину между моментами t5 и t6. Таким образом, третье положение обеспечивает величину потока отработавших газов для приведения в действие турбины, соответствующую растущей потребности в крутящем моменте.
В момент t6 как нагрузка, так и частота вращения двигателя достигают и (или) превышают пороговую нагрузку Т1 и пороговую частоту Т2 в данном примере. В связи с превышением пороговой нагрузки двигателя и пороговой частоты вращения двигателя, клапан можно установить во второе положение или положение, по существу аналогичное второму, для смешивания отработавших газов из первой и второй групп цилиндров и направления по существу всего потока отработавших газов в первому и втором каналам улитки в турбину, и, тем самым, повышения крутящего момента и давления наддува. Соответственно, давление наддува растет. Кроме того, регулятор давления наддува находится в более открытом положении для увеличения отвода отработавших газов через регулятор давления наддува между моментами t6 и t7. Так можно снизить противодавление и насосные потери, одновременно направляя необходимое количество отработавших газов в турбину в условиях высоких нагрузок двигателя и высокой частоты вращения двигателя.
В момент t7 транспортное средство начинает движение по дороге с незначительным уклоном или без уклона, в связи с чем нагрузка двигателя и частота вращения двигателя падают ниже пороговой нагрузки Т1 и пороговой частоты Т2. В связи со снижением нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя, клапан регулируют в первое положение. В первом положении клапан полностью закрыт как в первый, так и во второй канал улитки. Поэтому давление наддува падает. При этом между моментами t7 и t8 регулятор давления наддува регулируют в полуоткрытое положение и (или) менее открытое положение. Таким образом, некоторое количество отработавших газов в первом и втором каналах улитки можно направить в турбину. В момент t8 ездовой цикл транспортного средства, включающий в себя все события между моментами t1 и t8, завершается.
Технический эффект, достигаемый установкой клапана, расположенного между первым переходником и вторым переходником, в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, заключается в снижении противодавления и насосных потерь при изменениях нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя. В частности, насосные потери двигателя можно уменьшить, снизив потерю давления на турбине. Когда клапан открыт, все отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров могут течь по обоим каналам улитки, благодаря чему снижаются потери давления из-за увеличения площади поперечного сечения канала прохождения потока через турбину. Таким образом, можно повысить КПД двигателя и топливную экономичность при работе двигателя с необходимыми параметрами. Кроме того, используя простую систему клапанного блока в системе турбокомпрессора и двигателя, можно снизить себестоимость, вес и улучшить компоновку по сравнению с теми, которые имели бы место в случае установки сообщающего клапана, содержащего несколько компонентов, например, пластины клапана, петли и углубления. Также можно уменьшить нагрузку на систему управления и контроля двигателя, которая должна будет регулировать положение только одного клапана в зависимости от параметров работы двигателя.
Итак, в одном варианте осуществления может быть предложена система двигателя, содержащая: первый канал для перемещения текучей среды из первой ветви камер сгорания в турбину; второй канал для перемещения текучей среды из второй ветви камер сгорания в турбину, отделенный от первого канала перегородкой; первый переходник, соединенный с выходом первой ветви камер сгорания и выходом второй ветви камер сгорания, при этом первый переходник содержит первый разделитель, проходящий от начала до конца внутреннего пространства первого переходника; второй переходник, соединенный с входом первого канала и входом второго канала, при этом второй переходник содержит второй разделитель, проходящий от начала до конца внутреннего пространства второго переходника; и клапан, расположенный между первым переходником и вторым переходником, для выборочного пропуска текучей среды из первой и второй ветвей камер сгорания соответственно во вторую и первую ветви камер сгорания, при этом клапан содержит третий разделитель, проходящий от начала до конца внутреннего пространства клапана.
В одном варианте осуществления клапан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси для выборочного регулирования положения клапана относительно первого переходника и второго разделителя второго переходника, при этом центральная ось параллельна направлению потока отработавших газов по первому каналу и второму каналу. Клапан выполнен с возможностью бесступенчатого регулирования в то или иное положение по сигналу от контроллера в выбранных диапазонах, в том числе: клапан регулируют в первое положение, когда нагрузка двигателя ниже пороговой и частота вращения двигателя ниже пороговой; и клапан регулируют во второе положение, когда нагрузка двигателя превышает пороговую и частота вращения двигателя превышает пороговую.
В одном примере первое положение может включать в себя то, что третий разделитель клапана расположен соосно первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, а второе положение может включать в себя то, что третий разделитель клапана расположен перпендикулярно первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
Другой аспект изобретения предусматривает способ для двигателя, содержащий шаги, на которых регулируют положение клапана либо для разделения отработавших газов, либо для смешивания отработавших газов, причем клапан изменяет степень смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора. А именно, клапан выполнен с возможностью изменения степени смешивания за счет вращения вокруг центральной оси для выборочного изменения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, при этом центральная ось параллельна направлению потока отработавших газов по первому каналу улитки и второму каналу улитки.
В одном примере клапан выполнен с возможностью изменения степени смешивания за счет уменьшения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника или увеличения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Раскрытые в настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и (или) функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и (или) функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, регулируют положение клапана, расположенного между первым переходником и вторым переходником, для смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя, при этом отработавшие газы поступают в первый канал улитки и второй канал улитки турбокомпрессора, причем первый переходник содержит первый разделитель, второй переходник содержит второй разделитель, и клапан содержит третий разделитель.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, первый переходник и второй переходник являются неподвижными, причем первый разделитель первого переходника делит на две части внутреннее пространство первого переходника, второй разделитель второго переходника делит на две части внутреннее пространство второго переходника, и третий разделитель клапана делит на две части внутреннее пространство клапана.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, клапан, первый переходник и второй переходник имеют общую центральную ось, причем клапан вращают вокруг центральной оси для выборочного изменения степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, при этом центральная ось параллельна направлению потока отработавших газов по первому каналу улитки и второму каналу улитки.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, клапан регулируют в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя превышает пороговую, и когда нагрузка двигателя превышает пороговую, и клапан регулируют в положение, блокирующее смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, когда частота вращения двигателя ниже пороговой, и когда нагрузка двигателя ниже пороговой.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, регулирование положения клапана, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, включает в себя установку клапана в первое положение, при этом в первом положении третий разделитель клапана по существу соосен первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, клапан регулируют в положение, обеспечивающее частичное смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, причем регулирование положения клапана, обеспечивающее частичное смешивание отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, включает в себя установку клапана в третье положение, при этом в третьем положении третий разделитель клапана расположен под углом от 15 до 75 градусов относительно первого разделителя первого переходника и второго разделителя второго переходника.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, увеличивают угол между третьим разделителем и как первым разделителем первого переходника, так и вторым разделителем второго переходника, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя растут и уменьшают угол между третьим разделителем и как первым разделителем первого переходника, так и вторым разделителем второго переходника, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя снижаются.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, по запросу на выявление дисбаланса по цилиндрам, регулируют клапан в первое положение из второго положения или третьего положения, по результатам измерений определяют воздушно-топливное отношение в первом канале улитки и втором канале улитки, и регулируют количество впрыскиваемого топлива или положение дроссельной заслонки в зависимости от воздушно-топливного отношения в первом канале улитки и втором канале улитки.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, дополнительно регулируют степень открытия регулятора давления наддува в зависимости от положения клапана и параметров работы двигателя.
Совместно с любым (любой) из вышеуказанных способов и систем, регулирование клапана в положение, позволяющее смешивать отработавшие газы, поступающие из выпускного коллектора, может включать в себя уменьшение степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника, причем регулирование клапана в положение для смешивания отработавших газов, поступающих из выпускного коллектора, включает в себя увеличение степени соосности третьего разделителя клапана первому разделителю первого переходника и второму разделителю второго переходника.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.