Способ и система (варианты) для управления потоками воздуха в двигателе
METHOD AND SYSTEM (EMBODIMENTS) FOR CONTROL OF AIR FLOWS IN ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится в целом к способам и системам для управления путями прохождения потока воздуха в двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
С целью снижения регламентированных вредных выбросов системы двигателя могут использовать рециркуляцию отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему двигателя, причем данный процесс называется рециркуляцией отработавших газов (РОГ). Двигатели с турбонаддувом могут включать в себя систему РОГ низкого давления (РОГ НД), систему РОГ высокого давления (РОГ ВД) или обе эти системы. Система РОГ НД отводит отработавшие газы после того, как они пройдут через турбину турбонагнетателя, и вводит газы перед компрессором, а система РОГ ВД отводит отработавшие газы перед турбиной и вводит газы за впускным дросселем. В любом из примеров клапаном РОГ могут управлять для достижения требуемого разбавления впускного воздуха, причем требуемое разбавление впускного воздуха основано на рабочих условиях двигателя, с целью поддержания желаемой устойчивости горения в двигателе при обеспечении преимуществ по выбросам и топливной экономичности.
С целью снижения вредных выбросов система двигателя может также использовать другой независимый подход, который включает в себя увеличение температур отработавших газов путем работы двигателя с обогащением (в частности, увеличение отношения топлива к воздуху, подаваемых в цилиндры двигателя), для обеспечения высоких уровней моноокиси углерода (СО), водорода (Н2) и углеводородов на выходе двигателя, и, в то же время, закачивания воздуха (в настоящей заявке называемого подачей вторичного воздуха или ПВВ) в выпускной коллектор выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов (такого как каталитический нейтрализатор отработавших газов). Воздух, закаченный в выпускной коллектор, может вступать в реакцию с отработавшими газами, производя экзотермическую реакцию. В результате этого может достигаться быстрый нагрев устройства снижения токсичности отработавших газов и увеличение эффективности устройства снижения токсичности отработавших газов, что приведет к снижению вредных выбросов.
Однако, авторы настоящего изобретения выявили проблемы, связанные с вышеуказанными подходами. Двигательная система, содержащая только систему РОГ НД, имеет большую задержку передачи, когда отработавшие газы проходят через компрессор турбонагнетателя, трубопровод забора воздуха высокого давления, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор, перед достижением камеры сгорания. В результате может быть трудно обеспечить требуемую величину РОГ для цилиндров, в частности, во время неустановившихся условий. Причина этому то, что пока газы РОГ достигнут цилиндра, состояние частоты вращения/нагрузки двигателя может изменится, и может потребоваться иной расход РОГ. Двигательная система, содержащая только систему РОГ ВД, имеет пониженное время передачи РОГ, но процент газов РОГ в сравнении с впускными газами может быть ограничен, и из-за низких давлений отработавших газов может страдать способность к обеспечению устойчивой передачи РОГ. Двигательная система, содержащая обе системы - РОГ НД и РОГ ВД, может испытывать потери энергии вследствие увеличенного охлаждения горячих отработавших газов и повышенной сложности расположения клапанов. Кроме того, возможность подачи вторичного воздуха в выпускную систему может управляться дополнительной системой, независимой от систем РОГ, что еще больше увеличивает сложность структуры системы двигателя. Кроме того, газы РОГ часто охлаждают посредством охладителя РОГ с целью снижения риска деградации двигателя и/или компрессора вследствие ввода горячих газов РОГ во впускную систему. В результате этого выбрасывается тепловая энергия от горячих газов РОГ (например, тепловая энергия поглощается охлаждающей жидкостью, циркулирующей через охладитель РОГ), и система двигателя может испытывать большие потери энергии из-за увеличения нагрузки двигателя (например, увеличенные частоты вращения вентилятора, увеличенные циркуляция охлаждающей жидкости и частоты вращения насоса и т.д.) с целью охлаждения газов РОГ посредством охладителя РОГ.
Согласно одному примеру, проблемы, раскрытые выше, могут быть решены посредством способа для пропускания впускного воздуха через теплообменник и выборочной подачи во впускную систему и выпускную систему; пропускания отработавших газов через устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником, через теплообменник и выборочной подачи во впускную и выпускную системы; и регулирования потока впускного воздуха и отработавших газов через теплообменник в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии. Согласно одному примеру теплообменника, отработавшие газы могут выборочно проходить из области выше по потоку и области ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов в теплообменник и через устройство рекуперации энергии. Дополнительно, сжатый впускной воздух может выборочно протекать из области ниже по потоку от компрессора в теплообменник. Устройство рекуперации энергии может получать тепловую энергию от горячих отработавших газов, поступающих в теплообменник, и преобразовывать тепловую энергию в электроэнергию. Отработавшие газы могут затем проходить через остальную часть теплообменника, где часть тепловой энергии, оставшаяся в отработавших газах, может передаваться свежему воздуху внутри теплообменника, что в результате дает увеличенную температуру свежего воздуха. Свежий воздух может затем быть подан в выпускную систему в виде подачи вторичного воздуха, при этом увеличенная температура свежего воздуха позволяет более эффективное прохождение экзотермической реакции между свежим воздухом и отработавшими газами двигателя, или возвращен во впускную систему выше по потоку от компрессора для снижения помпажа компрессора. Отработавшие газы, покидающие теплообменник, могут быть поданы во впускную систему в виде РОГ НД или РОГ ВД, при этом уменьшенная температура отработавших газов обеспечивает более эффективное сжатие для улучшения характеристик компрессора и/или двигателя. Таким путем, выходом теплообменника могут управлять для подачи РОГ НД низкого давления, РОГ ВД, подачи вторичного воздуха, воздуха для защиты компрессора от помпажа и рекуперации энергии отработавших газов. Путем контроля температуры газов внутри теплообменника и отношения газов, выходящих из теплообменника, теплообменник может эксплуатироваться в широком диапазоне рабочих условий двигателя для улучшения характеристик двигателя и снижения выбросов.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана первая схема системы для двигателя, включающая теплообменник, расположенный между выпускной системой и выпускной системой двигателя.
На фиг. 2 показан первый вариант осуществления теплообменника, содержащего каналы для газа и охлаждающей жидкости внутри теплообменника, а также входное и выходное окна, соединенные с внутренними каналами для газа и для охлаждающей жидкости.
На фиг. 3А-3В проиллюстрирован примерный способ регулирования потока охлаждающей жидкости в теплообменник на основе рабочих условий двигателя.
На фиг. 4 проиллюстрирован примерный способ выпуска сжатого воздуха из теплообменника при подаче вторичного воздуха в выпускной коллектор или в перепускной канал турбины, проходящий в обход турбины, на основе рабочих условий двигателя.
На фиг. 5 показаны графики, иллюстрирующие пример операций наполнения и выпуска теплообменника на основе рабочих условий двигателя.
На фиг. 6 показана вторая схема системы для двигателя, включающая теплообменник, расположенный между выпускной системой и выпускной системой двигателя, и устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником.
На фиг. 7 показан второй вариант осуществления теплообменника, содержащего каналы для газа внутри теплообменника, а также входное и выходное окна, соединенные с внутренними каналами для газа, и устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником.
На фиг. 8 показана третья схема системы для двигателя, включающая теплообменник, расположенный между выпускной системой и выпускной системой двигателя, устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником, и охлаждающую жидкость, циркулирующую через теплообменник.
На фиг. 9 показан третий вариант осуществления теплообменника, содержащего каналы для газа и для охлаждающей жидкости внутри теплообменника, а также входное и выходное окна, соединенные с внутренними каналами для газа и для охлаждающей жидкости, и устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником.
На фиг. 10 показан способ увеличения или уменьшения рекуперации энергии из устройства рекуперации энергии теплообменника в соответствии с рабочими условиями двигателя.
На фиг. 11 показан способ регулирования потоков впускного воздуха, отработавших газов и/или охлаждающей жидкости в теплообменник в соответствии с рабочими условиями устройства рекуперации энергии.
На фиг. 12 показаны графики, иллюстрирующие пример работы устройства рекуперации энергии теплообменника на основе рабочих условий двигателя.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для накопления и/или распределения отработавших газов и впускного воздуха в пределах системы двигателя с наддувом, такой как система двигателя, показанная на фиг. 1, которая включает в себя теплообменник (который может называться в настоящей заявке смесительным баком, баком смешивания потока или резервуаром смешивания газа). Путем накопления, смешивания и/или пропускания отработавших газов и впускного воздуха внутри теплообменника, такого как теплообменник, показанный на фиг. 2, газы могут быть выпущены во впускную систему и/или выпускную систему для обеспечения рециркуляции отработавших газов низкого давления, рециркуляции отработавших газов высокого давления, подачи вторичного воздуха и/или снижения помпажа компрессора. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, такой как примерный способ по фиг. 3А-3В, для нагнетания в теплообменник сжатых отработавших газов из выпускной системы и/или свежего впускного воздуха из впускной системы (когда доступна благоприятная возможность для такого нагнетания) и/или для выпуска заряда под давлением из смесительного бака во впускную систему и/или выпускную систему на основе рабочих условий двигателя, а также состава заряда, доступного в смесительном баке. Кроме того, могут управлять потоком охлаждающей жидкости через теплообменник с целью подачи воздуха из теплообменника во выпускную и/или выпускную систему с требуемой температурой для применения подачи воздуха (в частности, РОГ ВД, РОГ НД или подача вторичного воздуха). Контроллер может быть также выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, такой как примерный способ по фиг. 4, для определения того, регулировать ли выпуск газов из теплообменника в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины, когда благоприятны подача вторичного воздуха и/или увеличение частоты вращения турбины. Пример операций наполнения (нагнетания) и выпуска (сброса) показан на фиг. 5.
В другом варианте осуществления система двигателя, такая как система двигателя, показанная на фиг. 6, может включать в себя устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником. Горячие отработавшие газы из выпускной системы могут проходит в теплообменник и через устройство рекуперации энергии, где часть тепловой энергии отработавших газов преобразуется в электроэнергию посредством устройства рекуперации энергии. Отработавшие газы могут затем передавать тепловую энергию впускным газам, проходящим через теплообменник, через множество каналов внутри теплообменника, как показано на фиг. 7. В еще одном варианте осуществления система двигателя, такая как система двигателя, показанная на фиг. 8, может включать в себя теплообменник, использующий устройство рекуперации энергии и радиатор, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости между теплообменником и радиатором. Охлаждающая жидкость может циркулировать через некоторый объем (в частности, ряд каналов) внутри теплообменника и может обмениваться тепловой энергией с впускными газами и отработавшими газами, проходящими через теплообменник (в частности, через отдельные проточные каналы внутри теплообменника), как показано на фиг. 9. Например, каналы для охлаждающей жидкости могут быть расположены вблизи от каналов для газа для возможности переноса тепла от газов охлаждающей жидкости. Согласно одному примеру, теплообменник может включать в себя отдельные газовые каналы для потока охлаждающей жидкости, потока отработавших газов и потока впускного воздуха, так чтобы охлаждающая жидкость, отработавшие газы и впускной воздух не перемешивались друг с другом внутри теплообменника. Работой устройства рекуперации энергии внутри теплообменника могут управлять в соответствии с рабочими условиями двигателя, как показано на фиг. 10. Согласно одному примеру, рабочие условия двигателя, которые могут определять выход устройства рекуперации энергии, включают в себя температуру отработавших газов, нагрузку двигателя, активацию регенерации сажевого фильтра и т.п. В ответ на работу устройства рекуперации энергии могут быть отрегулированы потоки отработавших газов, впускных газов и охлаждающей жидкости в теплообменник, как показано на фиг. 11. Пример работы устройства рекуперации энергии, в том числе выход устройства рекуперации энергии в соответствии с рабочими условиями двигателя, показан на фиг. 12.
Путем выпуска газов из теплообменника во выпускную систему, может быть ускорено раскручивание турбины и/или могут быть быстрее достигнуты рабочие температуры одного или более из устройств снижения токсичности отработавших газов. Путем использования выхода теплообменника для обеспечения РОГ высокого давления во время высокого запрошенного крутящего момента, обеспечения РОГ низкого давления во время низкого - среднего запрошенного крутящего момента и обеспечения контроля помпажа компрессора при переходе от высокого запрошенного крутящего момента к низкому запрошенному крутящему моменту, характеристики двигателя могут быть улучшены. Кроме того, путем регулирования потока охлаждающей жидкости через теплообменник на основе температуры охлаждающей жидкости и требуемой степени подачи воздуха, температура воздуха, поступающего во выпускную или выпускную систему из теплообменника, может быть отрегулирована до требуемой температуры. Это может приводить к увеличению к.п.д. двигателя, снижению выбросов двигателя и уменьшению деградации компрессора. Дополнительно, путем использования горячих отработавших газов для преобразования тепловой энергии в электроэнергию посредством устройства рекуперации энергии и для нагрева впускного воздуха внутри теплообменника, энергия может более эффективно передаваться между средами без использования дополнительных устройств и/или средств накопления энергии. Например, различные потребители энергии двигателя могут обеспечиваться энергией, извлеченной из отработавших газов устройством рекуперации энергии, что снижает потребление энергии двигателя и/или снижает число дополнительных аккумуляторных батарей или электрических средств накопления. Кроме того, в одном примере, путем передачи тепла между отработавшими газами и впускным воздухом внутри теплообменника, потребность в дополнительном охлаждении посредством системы охлаждения (в частности, охлаждающей жидкости из радиатора) может быть снижена или совсем устранена. Это может позволить двигателю работать более эффективно и снизить потребление энергии.
На фиг. 1 схематически показаны аспекты примерной системы 166 двигателя, содержащей двигатель 168. В показанном варианте осуществления двигатель 168 включает в себя впускную систему 170 и выпускную систему 172. Двигатель 168 также включает в себя турбонагнетатель 174 с компрессором 184, расположенном внутри впускной системы 170, и турбину, расположенную внутри выпускной системы 172. Компрессор 184 соединен с турбиной 186 посредством вала 171 и приводится в действие за счет вращательного движения турбины 186. Конкретнее, свежий воздух всасывается по впускному каналу 181 в двигатель 168 через воздухоочиститель 183 и течет в компрессор 184. Компрессор может представлять собой любой пригодный компрессор впускного воздуха, такой как компрессор нагнетателя с приводом от мотора или с приводом от ведущего вала. В системе 166 двигателя, однако, компрессор является компрессором турбонагнетателя, механически соединенным с турбиной 186 посредством вала 171, и причем турбина 186 приводится во вращение за счет распространения отработавших газов двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут быть установлены в турбонагнетателе с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрия турбины активным образом изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.
Как показано на фиг. 1, компрессор 184 соединен, через охладитель 185 наддувочного воздуха, с дроссельным клапаном 187. Дроссельный клапан 187 соединен с впускным коллектором 176 двигателя. Сжатый заряд воздуха из компрессора течет через охладитель 185 наддувочного воздуха и дроссельный клапан 187 во впускной коллектор 176. Охладитель 185 наддувочного воздуха может являться, например, воздухо-воздушным или воздухо-водяным теплообменником. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление заряда воздуха во впускном коллекторе 176 измеряется датчиком 175 давления воздуха в коллекторе (ДВК). Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть соединен последовательно между входом и выходом компрессора 184. Перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным с возможностью открытия при выбранных рабочих условиях для разгрузки избыточного давления наддува. Например, перепускной клапан компрессора может быть открыт при условиях снижения частоты вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора.
Впускной коллектор 176 соединен с рядом камер 180 сгорания через ряд впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 178 через ряд выпускных клапанов (не показаны). Камеры 180 сгорания закрыты головкой 182 цилиндров и соединены с топливными инжекторами 179. В показанном варианте осуществления показан единственный выпускной коллектор 178. Однако, в иных вариантах осуществления выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации, имеющие множество секций выпускного коллектора, могут обеспечивать возможность направления выбросов из различных камер сгорания в различные места впускной системы. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление отработавших газов в выпускном коллекторе 178 измеряется датчиком 177 давления воздуха в коллекторе (ДВК).
В одном варианте осуществления выпускные и впускные клапаны иметь электронный привод или управление. В одном варианте осуществления выпускные и впускные клапаны иметь кулачковый привод или управление. И при электронном приводе, и при кулачковом приводе моменты открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов могут быть отрегулированы в соответствии с требуемыми характеристиками сгорания и снижения выбросов.
Двигатель 168 может управляться по меньшей мере частично с помощью системы 167 управления, содержащей контроллер 169, и с помощью ввода от водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 167 управления выполнена с возможностью получать информацию от множества датчиков 165 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке) и отправляет управляющие сигналы на множество исполнительных механизмов 163. Согласно одному примеру, датчики 165 могут включать в себя датчик 158 температуры, соединенный с входным каналом 160 для охлаждающей жидкости, датчик 139 температуры, соединенный с баком 100 смешивания потока (в настоящей заявке также называемым теплообменником), датчик 189 температуры, соединенный с первым устройством 188 снижения токсичности отработавших газов, датчик 191 температуры, соединенный с выпускным трубопроводом 193, датчик 195 температуры, соединенный со вторым устройством 190 снижения токсичности отработавших газов, датчик 175 давления воздуха в коллекторе, соединенный со впускным коллектором 176, датчик 177 давления воздуха в коллекторе, соединенный с выпускным коллектором 178, датчик 159 давления, соединенный с баком 100 смешивания потока. Различные датчики отработавших газов также могут быть включены в состав выпускной системы 172 внутри выпускного коллектора или ниже по потоку от выпускного коллектора 178, такие как датчики твердых частиц (ТЧ), датчики температуры, датчики давления, датчики NOx, датчики кислорода, датчики аммиака, датчики углеводорода и т.п. Другие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава, могут быть соединены с различными местами системы 166 двигателя. Согласно другому примеру, исполнительные механизмы 163 могут включать в себя топливный инжектор 179, клапан 150, соединенный с каналом 152 контроля помпажа, клапан 146, соединенный с каналом 148 рециркуляции отработавших газов низкого давления, клапан 138, соединенный с каналом 140 рециркуляции отработавших газов высокого давления, клапан 110, соединенный с каналом 108 для наддувочного воздуха, клапан 118, соединенный с входным каналом 116 для отработавших газов, перепускную заслонку 133, соединенную с перепускным каналом 135 турбины, клапан 162, соединенный с входным каналом 160 для охлаждающей жидкости, и впускной дроссель 187. Исполнительные механизмы 163 могут также включать в себя трехходовой клапан 130, соединенный со вторым внешним разветвленным каналом 129, первым каналом 132 подачи вторичного воздуха и вторым каналом 131 подачи вторичного воздуха. Другие исполнительные механизмы, такие как различные дополнительные клапаны и дроссели, могут быть соединены с различными местами системы 166 двигателя. Контроллер 169 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основе инструкций или кода, запрограммированного в нем, в соответствии с одной или более программами.
Контроллер 169 может быть микрокомпьютером и может содержать микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, такой как чип постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и шину данных. Контроллер 169 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 168, в дополнении к тем сигналам, которые рассматривались ранее, включая измерение массового расхода вводимого воздуха (МРВ) от датчика массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика температуры, соединенного с рубашкой охлаждения; выходной сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от одного или более датчиков во впускном и выпускном коллекторах, сигнал воздушно-топливного отношения в цилиндре от датчика содержания кислорода в отработавших газах и сигнал анормального горения от датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД, может генерироваться контроллером 169 из сигнала ПЗ. Сигнал АДК давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для выдачи показания вакуума или давления во впускного коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство носителя данных может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, исполняемые процессором, для осуществления способов, раскрываемых ниже, а также иных вариантов, которые предполагаются, но которые конкретно не перечисляются. Примерные программы показаны со ссылкой на фиг. 3А-6.
На фиг. 1 показана электронная система 167 управления, которая может представлять собой любую электронную систему управления транспортного средства, в котором установлена система 166 двигателя. В вариантах осуществления, в которых по меньшей мере один впускной или выпускной клапан выполнен с возможностью открытия и закрытия в соответствии с регулируемыми временными установками, данными временными установками могут управлять посредством электронной системы управления для регулирования количества отработавших газов, присутствующих в камере сгорания во время зажигания.
Электронная система управления может также быть выполнена с возможностью подачи команды на открытие, закрытие и/или настройку различных иных клапанов с электронным приводом, таких как дроссельные клапаны системы двигателя, перепускные клапаны компрессора, перепускные заслонки, клапаны РОГ и отсечные клапаны, клапаны вторичного воздуха, различные впускные и выпускные клапаны резервуара, для реализации любых функций управления, раскрытых в настоящей заявке. Далее, для оценки рабочих условий, связанных с функциями управления системы двигателя, электронная система управления может быть функционально соединена со множеством датчиков, распределенных в системе двигателя, таких как датчики расхода системы двигателя, датчики температуры, датчики положения педали, датчики давления и т.д.
Камеры 180 сгорания могут снабжаться одним или более типами топлива, такими как бензин, спиртосодержащие топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо может подаваться в камеры сгорания с помощью непосредственного впрыска, впрыска во впускные каналы, впрыска в корпус дроссельного клапана или посредством любых их комбинаций. В камерах сгорания горение может инициироваться посредством искрового зажигания и/или компрессионного зажигания.
x
x
x
x
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора направляются к турбине 186 для приведения турбины 186 в движение. При прохождении к турбине 186 отработавшие газы проходят через первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов. Когда требуется пониженный крутящий момент турбины, некоторые отработавшие газы могут направляться вместо этого через перепускную заслонку 133 в перепускной канал 135 турбины в обход турбины. Объединенный поток из турбины 186 и перепускной заслонки 133 затем течет через второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов. В варианте осуществления системы 166 двигателя, показанном на фиг. 1, второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов обладает большей способностью по обработке, чем первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов, но для достижения рабочей температуры ему может потребоваться большее количество времени. В альтернативных вариантах осуществления (не показаны) система двигателя может иметь различное количество устройств снижения токсичности отработавших газов, с различными компоновками и/или с различной относительной способностью по обработке. Первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов и второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов дополнительной обработки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, тем самым, снижения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор дополнительной обработки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота (NO) из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов обеднен, и восстановления уловленных NO, когда поток отработавших газов обогащен. В других примерах каталитический нейтрализатор дополнительной обработки отработавших газов может быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или выборочного восстановления NO с помощью восстанавливающего агента. В иных примерах каталитический нейтрализатор дополнительной обработки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или монооксида углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы дополнительной обработки отработавших газов, имеющие любые такие функции, могут быть расположены в слоях покрытия или в любом ином месте в ступенях дополнительной обработки отработавших газов, как раздельно, так и вместе. В некоторых вариантах осуществления ступени дополнительной обработки отработавших газов могут включать в себя регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройств 188 и 190 снижения токсичности отработавших газов могут быть выпущены в атмосферу через выпускной трубопровод 193. Датчик 191 температуры и датчик 192 расхода соединены с выпускным трубопроводом 193 для контроля рабочих условий.
Дополнительные датчики (не показаны) могут быть включены в систему для измерения давления, состава и т.д. отработавших газов. В зависимости от рабочих условий некоторые отработавшие газы могут быть отведены во входной канал 116 для отработавших газов накопительного резервуара 100 смешивания газа через клапан 118. Входное окно 120 для отработавших газов накопительного резервуара 100 смешивания газа соединено по текучей среде с входным каналом 116 для отработавших газов для обеспечения возможности протекания отработавших газов в накопительный резервуар 100 смешивания газа (которые в настоящей заявке может называться смесительным баков или баком смешивания потока). Таким образом, бак 100 смешивания потока выполнен с возможностью принимать отработавшие газы, текущие из области выше по потоку от первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов и ниже по потоку от выпускного коллектора 178. Клапан 118 может быть открыт для пропускания контролируемого количества отработавших газов в бак 100 смешивания потока для обеспечения требуемого давления в баке и состава газа. Обратный клапан 119 установлен внутри входного канала 116 для отработавших газов ниже по потоку от клапана 118 для снижения вероятности протекания содержимого смесительного бака обратно через входной канал 116 для отработавших газов в сторону выпускного коллектора 178. Таким путем, система 166 двигателя выполнена с возможностью накопления отработавших газов внутри бака 100 смешивания потока. Бак 100 смешивания потока обеспечивает большую однородность отработавших газов для заряда впускного воздуха. Кроме того, смешивание отработавших газов с зарядом впускного воздуха в баке 100 смешивания потока обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличения доступной массы РОГ и увеличения производительности.
В системе 166 двигателя компрессор 184 является источником сжатого впускного воздуха, но при некоторых условиях доступное количество впускного воздуха из компрессора может быть недостаточным. Такие условия включают в себя периоды быстрого увеличения нагрузки двигателя, например сразу после запуска, при нажатии на педаль акселератора, или при отсечке топлива во время замедления (ОТЗ). По существу, во время режима ОТЗ впрыск топлива в один или более цилиндров двигателя может быть выборочно деактивирован в ответ на выбранные условия замедления или торможения транспортного средства. Во время по меньшей мере некоторых из этих условий быстрого увеличения нагрузки двигателя, количество доступного сжатого впускного воздуха из компрессора может быть ограничено вследствие недостаточной частоты вращения турбины (например, из-за малой температуры или давления отработавших газов). По существу, время, требуемое турбине для раскручивания и приведения в действие компрессора для обеспечения некоторого количества сжатого впускного воздуха, называется турбоямой. Во время турбоямы величина обеспечиваемого крутящего момента может не соответствовать запрошенному крутящему моменту, что приводит к ухудшению характеристик двигателя.
В свете вышеобозначенных проблем, бак 100 смешивания потока системы 166 двигателя может представлять собой любой резервуар подходящего размера, выполненный с возможностью хранения сжатого заряда для последующего сброса. Как предполагается в настоящей заявке, сжатым зарядом будем называть газ, накопленный в баке 100 смешивания потока. По существу, сжатый заряд, накопленный в баке 100 смешивания потока может включать в себя свежий впускной воздух (в частности, сжатый впускной воздух, втянутый из впускного коллектора), сжатые отработавшие газы (в частности, сжатые отработавшие газы, втянутые из выпускного коллектора) или их комбинацию (в частности, смесь впускного воздуха и отработавших газов с заданным и регулируемым процентом РОГ). В одном варианте осуществления бак 100 смешивания потока может быть выполнен с возможностью хранения заряда при максимальном давлении, вырабатываемом компрессором 184. Как обсуждается ниже, к баку смешивания потока могут быть присоединены различные входы, выходы и датчики. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, датчик 159 давления соединен с баком 100 смешивания потока и выполнен с возможностью реагирования на давление заряда в нем. Датчик 139 температуры также соединен с баком 100 смешивания потока и выполнен с возможностью реагирования на температуру заряда в нем.
В системе 166 двигателя бак 100 смешивания потока выборочно соединен с впускной системой как выше по потоку от компрессора 184, так и ниже по потоку от компрессора 184. Более конкретно, бак 100 смешивания потока выполнен с возможностью выпуска сжатого заряда во впускную систему 170 в первую область выше по потоку от компрессора 184 и ниже по потоку от воздухоочистителя 183 или во вторую область ниже по потоку от компрессора 184 и выше по потоку от охладителя 185 наддувочного воздуха. Выпуск в первую область осуществляют посредством клапана 146, соединенного с/установленного внутри канала 148 рециркуляции отработавших газов низкого давления (в частности, канала 148 РОГ НД) и/или клапана 150, соединенного с / установленного внутри канала 152 контроля помпажа. Канал 148 РОГ НД и канал 152 контроля помпажа соединены с резервуаром 100 смешивания газа посредством первого внешнего разветвленного канала 149 (в частности, находящегося снаружи накопительного резервуара 100 смешивания газа). Выпуск во вторую область осуществляют посредством клапана 138, соединенного с каналом 140 рециркуляции отработавших газов высокого давления (в частности, каналом 140 РОГ ВД). Клапан 150, клапан 146 и клапан 138 могут представлять собой нормально закрытые клапаны, приводимые командой в открытое состояние (или в состояние с повышенной величиной открытия, в положение между полностью закрытым и полностью открытым), кода требуется поток заряда из бака смешивания потока во впускную систему. В некоторых ситуациях сжатый заряд могут подавать, когда дроссельный клапан по меньшей мере частично открыт.В некоторых вариантах осуществления воронка восстановления давления (не показана) может быть присоединена с возможностью сообщения по текучей среде между баком смешивания потока и впускной системой так, чтобы пропускать сжатый заряд через воронку восстановления давления на выпуске из бака смешивания потока. При наличии, воронка восстановления давления преобразует энергию потока обратно в энергию давления во время условий наличия потока, путем предотвращения отделения потока от стенок трубопровода. В альтернативных вариантах осуществления, тем не менее, воронка восстановления давления может отсутствовать.
Бак 100 смешивания потока может также быть наполнен воздухом, втянутым из впускной системы, ниже по потоку от компрессора 184 и выше по потоку от охладителя 185 наддувочного воздуха. Более конкретно, бак 100 смешивания потока выполнен с возможностью быть наполненным сжатым впускным воздухом из впускной системы, затянутым из области ниже по потоку от компрессора 184 и выше по потоку от впускного дроссельного клапана 187, посредством клапана 110, соединенного с каналом 108 наддувочного воздуха. Клапан 110 может представлять собой нормально закрытый клапан, приводимый командой в открытое состояние (или в состояние с повышенной величиной открытия), кода требуется заряд сжатого впускного воздуха из впускной системы в бак смешивания потока. Согласно одному примеру, во время условий низкого наддува, клапан 110 может быть открыт для перемещения по меньшей мере части впускного воздуха, сжатого компрессором, в бак 100 смешивания потока. Согласно другому примеру, во время условий высокого наддува, клапан 110 может быть открыт для перемещения части сжатого впускного воздуха в бак 100 смешивания потока, при этом он смешивается с заранее накопленным сгоревшим отработавшим газом для генерации РОГ высокого давления. Затем, во время условий наддува, когда получен запрос временной РОГ, РОГ высокого давления выпускают во впускную систему посредством клапана 138 для обеспечения запрошенной РОГ высокого давления. Обратный клапан 111, установленный выше по потоку от клапана 110, позволяет течь сжатому воздуху из компрессора в бак смешивания потока и накапливаться в нем при условиях высокого давления на входе дросселя (ДВД), но снижает вероятность прохождения накопленного сжатого воздуха обратно в компрессор при условиях низкого ДВД.
Также показано, что бак 100 смешивания потока выборочно соединяется с выпускной системой 172 выше по потоку и ниже по потоку от турбины 186. Более конкретно, бак 100 смешивания потока соединен со вторым внешним разветвленным каналом 129, а поток газов из бака 100 смешивания потока через второй внешний разветвленный канал 129 является регулируемым путем приведения в действие трехходового клапана 130. Трехходовой клапан 130 соединен со вторым внешним разветвленным каналом 129, первым каналом 132 подачи вторичного воздуха и вторым каналом 131 подачи вторичного воздуха (ПВВ). Трехходовой клапан 130 может быть нормально закрыт для каждого из соединенных с ним каналов (в частности, второго внешнего разветвленного канала 129, первого канала 132 ПВВ и второго канала 131 ПВВ), так чтобы газы не проходили через трехходовой клапан 130. Однако, трехходовой клапан 130 может быть приведен в действие контроллером 169 для обеспечения возможности прохождения газов через трехходовой клапан 130 из одного или более соединенных каналов.
В первом примере трехходовой клапан 130 может быть приведен в действие (в частности, открыт) для увеличения потока газов из второго внешнего разветвленного канала 129 в первый канал 132 ПВВ, но снижения потока газов из второго внешнего разветвленного канала 129 во второй канал 131 ПВВ. Путем такого открытия трехходовой клапан 130 позволяет газам течь из бака 100 смешивания потока в выпускной коллектор 178 выше по потоку от турбины 186. Во втором примере трехходовой клапан 130 может быть открыт для увеличения потока газов из второго внешнего разветвленного канала 129 во второй канал 131 ПВВ при снижении потока газов из первого канала 132 ПВВ во второй внешний разветвленный канал 129 или второй канал 131 ПВВ. Путем такого открытия трехходовой клапан 130 позволяет газам течь из бака 100 смешивания потока во второй канал 131 ПВВ. Второй канал 131 ПВВ соединен с перепускным каналом 135 турбины. Газы текут из бака 100 смешивания потока, через трехходовой клапан 130 во второй канал 131 ПВВ и в перепускной канал 135 турбины.
Путем приведения в действие трехходового клапана 130 в соответствии с первым примером, раскрытым выше, бак 100 смешивания потока может выпускать газы в выпускной коллектор 178 выше по потоку от турбины 186 (в частности, для нагрева первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов, для раскручивания турбины 186 и т.п.). Путем приведения в действие трехходового клапана 130 в соответствии со вторым примером, раскрытым выше, бак 100 смешивания потока может выпускать газы ниже по потоку от турбины 186 (в частности, для нагрева второго устройства 190 снижения токсичности отработавших газов, для снижения вероятности повышения частоты вращения турбины и т.п.). Приведение в действие трехходового клапана 130 может включать в себя полное открытие или закрытие клапана для увеличения или уменьшения потока из одного или более соединенных каналов через трехходовой клапан 130. Приведение в действие может также включать в себя увеличение или уменьшение величины открытия трехходового клапана 130 до положения между полностью открытым и полностью закрытым с целью увеличения или уменьшения потока из одного или более соединенных каналов через трехходовой клапан 130.
Бак 100 смешивания потока может также быть наполнен сгоревшими отработавшими газами, втянутыми из выпускного коллектора, выше по потоку от турбины 186. Более конкретно, бак 100 смешивания потока выполнен с возможностью быть наполненным сгоревшими отработавшими газами, втянутыми из выпускного коллектора, выше по потоку от турбины 186, посредством клапана 118. Клапан 118 может представлять собой нормально закрытый клапан, приводимый командой в открытое состояние, кода требуется поток сгоревших отработавших газов из выпускного коллектора в бак смешивания потока. Согласно одному примеру, во время условий низкого наддува или условий низкой частоты вращения и нагрузки двигателя, клапан 118 может быть открыт для перемещения по меньшей мере части сгоревших отработавших газов в бак 100 смешивания потока. Таким путем, процентное отношение РОГ в баке смешивания потока может быть увеличено. Обратный клапан 119, установленный ниже по потоку от клапана 118 позволяет течь сгоревшим отработавшим газам из выпускного коллектора в бак 100 смешивания потока и накапливаться в нем, но снижает вероятность обратного потока отработавших газов.
Таким путем, во время первого условия, бак 100 смешивания потока может быть выборочно наполнен впускным воздухом из впускной системы, ниже по потоку от компрессора, тогда как при втором условии бак смешивания потока может быть выборочно наполнен сгоревшим отработавшим газом из выпускного коллектора, выше по потоку от турбины. Во время третьего условия бак 100 смешивания потока может быть выборочно наполнен как впускным воздухом из впускной системы, так и сгоревшим отработавшим газом из выпускного коллектора.
Бак 100 смешивания потока включает в себя множество входных/выходных окон для получения и передачи газов. Например, бак 100 смешивания потока включает в себя окно 112 для наддувочного воздуха, соединенное с каналом 108 для наддувочного воздуха, входное окно 120 для отработавших газов, соединенное с входным каналом 116 для отработавших газов, первое выходное окно 144 для газа, соединенное с первым внешним разветвленным каналом 149, второе выходное окно 136 для газа, соединенное с каналом РОГ ВД, и третье выходное окно 128 для газа, соединенное со вторым внешним разветвленным каналом 129. Хотя на фиг. 1 показано, что бак 100 смешивания потока содержит вышеуказанные входные и выходные окна, в альтернативных вариантах осуществления бак смешивания потока может иметь иное количество и/или расположение входных и выходных окон.
Бак 100 смешивания потока дополнительно содержит входное окно 164 для охлаждающей жидкости и выходное окно 154 для охлаждающей жидкости, так чтобы бак 100 смешивания потока мог передавать и принимать охлаждающую жидкость в радиатор / из радиатора 161, установленного в системе 166 двигателя. Охлаждающая жидкость, текущая через бак 100 смешивания потока, может обмениваться теплом с газами, накопленными/текущими через смесительный бак. По существу, охлаждающая жидкость может отбирать тепло от газов или снабжать теплом газы, накопленные в смесительном баке, в зависимости о перепада температур между газами и охлаждающей жидкостью. Входной канал 160 для охлаждающей жидкости соединен как с входным окном 164 для охлаждающей жидкости бака 100 смешивания потока, так и с радиатором 161. Клапан 162 и датчик 158 температуры установлены во входном канале 160 для охлаждающей жидкости (в частности, соединены с ним). Измерение от датчика 158 температуры могут передаваться в контроллер 169, и контроллер 169 может приводить в действие клапан 162 с целью регулирования потока охлаждающей жидкости через входной канал 160 для охлаждающей жидкости в бак 100 смешивания потока. Охлаждающая жидкость может затем вытекать из бака 100 смешивания потока через выходное окно 154 для охлаждающей жидкости, соединенное с выходным каналом 156 для охлаждающей жидкости, для возврата в радиатор 161. Хотя на фиг. 1 показано, что радиатор 161 соединен с баком 100 смешивания потока, радиатор может быть дополнительно соединен с другими компонентами системы двигателя (в частности, головкой 182 блока цилиндров или другими компонентами, не показанными на фиг. 1). Другими словами, входной канал 160 для охлаждающей жидкости и выходной канал 156 для охлаждающей жидкости могут быть второстепенными (т.е. вторичными) каналами, относительно других каналов для охлаждающей жидкости (не показаны), соединенных с радиатором.
Поток охлаждающей жидкости через бак 100 смешивания потока может изменяться в зависимости от условий двигателя, как раскрыто при обсуждении фиг. 3А-3В и фиг. 5 ниже.
Конфигурация бака 100 смешивания потока относительно впускной и выпускной систем двигателя позволяет использовать различные опции для наполнения и опустошения бака 100 смешивания потока. Согласно первому примеру, в частности, когда система двигателя работает в первом режиме, смесительный бак может быть наполнен сжатым впускным воздухом из впускной системы, а затем в ответ на нажатие на педаль акселератора (или во время условий высокого наддува), сжатый впускной воздух может быть выпущен во впускную систему для снижения турбоямы и способствования раскручивания турбины. Согласно второму примеру, в частности, когда система двигателя работает во втором режиме, смесительный бак может быть наполнен сжатым впускным воздухом из впускной системы, а сжатый впускной воздух может быть выпущен в выпускной коллектор для увеличения температур отработавших газов и способствования раскручиванию турбины. Согласно третьему примеру, в частности, когда система двигателя работает в третьем режиме, смесительный бак может быть наполнен сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, а затем во время условий с наддувом, когда требуется РОГ, сгоревшие отработавшие газы могут быть выпущены во впускную систему для обеспечения требуемой РОГ. Согласно четвертому примеру, в частности, когда система двигателя работает в четвертом режиме, смесительный бак может быть наполнен сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, а затем в ответ на нажатие на педаль акселератора, сгоревшие отработавшие газы могут быть выпущены в выпускной коллектор для увеличения давления отработавших газов выше по потоку от турбины и способствования раскручиванию турбины. В дополнительных примерах резервуар может быть наполнен по меньшей мере частью сгоревших отработавших газов и по меньшей мере частью сжатого впускного воздуха для получения заряда наддува с выбранным составом (в частности, требуемое процентное отношение РОГ, требуемое ВТО и т.п.), а затем, позднее, находящийся под давлением заряд может быть выпущен или во впускную систему (например, для обеспечения РОГ высокого давления, РОГ низкого давления и/или снижения помпажа компрессора), или в выпускной коллектор (например, для повышения давления отработавших газов и/или обеспечения подачи вторичного воздуха для снижения вредных выбросов), или в перепускной канал турбины (например, для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора).
В некоторых вариантах осуществления бак 100 смешивания потока может быть также наполнен выбросом из одного или более цилиндров, работающих без подачи топлива (т.е. наполнен не содержащими топливо и не горевшими отработавшими газами). Конкретнее, когда двигатель 168 работает в режиме ОТЗ, в котором часть камер сгорания не получают топливо, а только перекачивают воздух, проходящий через их соответствующие впускные клапаны, воздух, перекачиваемый и тем самым сжимаемый камерами сгорания, не снабжаемыми топливом, может быть затянут из выпускного коллектора через клапан 118 и сохранен в смесительном баке 100.
В различных системах двигателя, обсуждаемых выше, и в других, которые полностью совместимы с настоящим раскрытием, сжатый воздух или смесь воздуха и отработавших газов в смесительном баке может вызывать конденсацию водяного пара внутри смесительного бака. Поэтому в некоторых вариантах осуществления с баком 100 смешивания потока может быть соединен спускной клапан (не показан). Спускной клапан может быть открыт посредством электронной системы 167 управления для спуска конденсата в жидком виде из смесительного бака на поверхность дороги ниже транспортного средства или направления в выпускную систему транспортного средства в виде пара и выпуска в парообразном состоянии.
Конфигурация, показанная на фиг. 1, позволяет выпускать воздух, накопленный в баке смешивания потока в ответ на по меньшей мере условие нажатия на педаль акселератора, при котором дроссельный клапан внезапно открывается, а компрессор раскручивается слишком медленно для того, чтобы обеспечить требуемое давление во впускном коллекторе (ДВК). Как предполагается в рамках настоящего изобретения ниже, во время по меньшей мере некоторых условий нажатия на педаль акселератора (таких как, когда уровень наддува при нажатии на педаль акселератора ниже, а ожидаемая турбояма выше), при выпуске воздуха из бака смешивания потока, могут использовать запаздывание искры зажигания с большей величиной для быстрого роста температуры отработавших газов и ускорения раскручивания турбины. Во время прочих условий нажатия на педаль акселератора (таких как, когда уровень наддува при нажатии на педаль акселератора выше, а ожидаемая турбояма ниже), при выпуске воздуха из бака смешивания потока, могут использовать запаздывания искры зажигания с меньшей величиной (в частности, без запаздывания зажигания) для обеспечения дополнительного крутящего момента двигателя (в соответствии с выпускаемым количеством наддувочного воздуха) для обеспечения запрошенного крутящего момента, в то время как компрессор достигает требуемой производительности.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере некоторые цилиндры двигателя могут быть выполнены с возможностью настройки на момент зажигания, смещенный в сторону запаздывания, при выпуске наддувочного воздуха во впускную систему, с целью нагрева отработавших газов и ускорения раскручивания турбины. В то же время другие цилиндры могут быть выполнены с возможностью поддержания момента зажигания, при выпуске наддувочного воздуха, с целью генерации крутящего момента. Для снижения потенциальных проблем, возникающих из-за разницы крутящего момента между цилиндрами, могут быть выбраны цилиндры, позволяющие осуществлять нагрев отработавших газов, и цилиндры, позволяющие генерировать крутящий момент, на основе порядка зажигания в них. Таким путем, с помощью ускоренной раскрутки турбины при обеспечении крутящего момента, турбояма может быть снижена при увеличении результирующего крутящего момента от сгорания в двигателе.
Раскрытые выше конфигурации допускают различные способы для подачи заряда, содержащего воздух и/или сгоревшие отработавшие газы, в камеру сгорания двигателя, для раскручивания турбины, для подачи во впускную систему газов РОГ высокого и/или низкого давления, для подачи вторичного воздуха в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины и для подачи газов в компрессор для снижения помпажа компрессора. Соответственно, некоторые такие способы раскрываются посредством примера с постоянной ссылкой на вышеуказанную конфигурацию. Следует понимать, однако, что способы, раскрытые в настоящем документе, и другие объекты, полностью включенные в объем настоящего раскрытия, также могут быть обеспечены посредством других конфигураций. Способы, представленные в настоящей заявке, включают в себя различные шаги измерения и/или обнаружения, осуществляемые посредством одного или более датчиков, расположенных в системе двигателя. Способы также включают в себя различные вычисления, сравнения и шаги принятия решений, которые могут быть осуществлены в электронной системе управления, функционально соединенной с датчиками. Способы также включают в себя различные шаги приведения в действие аппаратуры, для чего электронная система управления может выборочно отдавать команды, в ответ на шаги принятия решений.
На фиг. 2 показан вариант осуществления накопительного резервуара смешивания газа (такого как накопительный резервуар 100 смешивания газа, показанный на фиг. 1, который может быть также назван смесительным баком, резервуаром или теплообменником), соединенного с впускной системой, системой и радиатором системы двигателя (такой как система 166 двигателя, показанная на фиг. 1). Смесительный бак 200, показанный на фиг. 2, включает в себя корпус 202 и множество внутренних каналов для охлаждающей жидкости/газа (в частности, внутри корпуса 202 смесительного бака 200). Корпус 202 в варианте осуществления смесительного бака 200, показанном на фиг. 2, выполнен так, что форма смесительного бака 200 представляет собой приближенно прямоугольный параллелепипед. Могут также быть альтернативные варианты осуществления, в которых смесительный бак обладает иной формой (в частности, корпус может быть цилиндрический и т.п.), и/или иным расположением поверхностей, и/или иным числом поверхностей.
Внутри корпуса 202 смесительного бака 200 (в частности, внутри смесительного бака 200) находится коллектор 206 для охлаждающей жидкости. Коллектор 206 для охлаждающей жидкости включает в себя множество каналов для охлаждающей жидкости внутри смесительного бака 200 (в частности, во внутренней части смесительного бака 200). Также на фиг. 2 показан входной канал 260 для охлаждающей жидкости (в частности, такой как входной канал 160 для охлаждающей жидкости, показанный на фиг. 1) и выходной канал 256 для охлаждающей жидкости (в частности, такой как выходной канал 156 для охлаждающей жидкости, показанный на фиг. 1). Входной канал 260 для охлаждающей жидкости и выходной канал 256 для охлаждающей жидкости находятся снаружи смесительного бака 200 (в частности, вне внутренней части смесительного бака 200). Охлаждающая жидкость может течь из входного канала 260 для охлаждающей жидкости во входное окно 264 для охлаждающей жидкости (в частности, такое как входное окно 164 для охлаждающей жидкости, показанное на фиг. 1) смесительного бака 200. Входное окно 264 для охлаждающей жидкости включает в себя апертуру (в частности, отверстие) в корпусе 202 смесительного бака 200 и способствует передаче охлаждающей жидкости из входного канала 260 для охлаждающей жидкости в коллектор 206 для охлаждающей жидкости. Другими словами, входной канал 260 для охлаждающей жидкости соединен по текучей среде с входным окном 264 для охлаждающей жидкости, а входное окно 264 для охлаждающей жидкости соединено по текучей среде с коллектором 206 для охлаждающей жидкости.
Входной канал 260 для охлаждающей жидкости включает в себя клапан 262 (в частности, такой как клапан 162, показанный на фиг. 1) и датчик 258 температуры (в частности, такой как датчик 158 температуры, показанный на фиг. 1). Клапан 262 может быть приведен в действие контроллером (в частности, таким как контроллер 169, показанный на фиг. 1) для регулирования потока охлаждающей жидкости (в частности, регулирования расхода или количества охлаждающей жидкости) из входного канала 260 для охлаждающей жидкости во входное окно 264 для охлаждающей жидкости. Контроллер (не показанный на фиг. 2) может определять регулировку потока охлаждающей жидкости из входного канала 260 для охлаждающей жидкости во входное окно 264 для охлаждающей жидкости по меньшей мере частично на основе температуры охлаждающей жидкости, измеряемой и/или определяемой датчиком 258 температуры. Таким путем, поток охлаждающей жидкости во входное окно 264 для охлаждающей жидкости может быть увеличен или уменьшен в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, определяемой датчиком 258 температуры.
Охлаждающая жидкость проходит из входного канала 260 для охлаждающей жидкости, через входное окно 264 для охлаждающей жидкости в коллектор 206 для охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость течет через множество каналов, размещенных внутри коллектора 206 для охлаждающей жидкости, и по мере протекания охлаждающей жидкости через множество каналов, охлаждающая жидкость передает тепловую энергию газам и/или забирает тепловую энергию от газов, находящихся внутри коллектора 204 смешивания газа смесительного бака 200. Таким путем, температура газов внутри коллектора 204 смешивания газа смесительного бака 200 может повышаться или понижаться в зависимости от условия (в частности, температуры) охлаждающей жидкости, текущей через коллектор 206 для охлаждающей жидкости.
Охлаждающая жидкость выходит из коллектора 206 для охлаждающей жидкости через выходное окно 254 для охлаждающей жидкости (в частности, такое как выходное окно 154 для охлаждающей жидкости, показанное на фиг. 1). Выходное окно 254 для охлаждающей жидкости включает в себя апертуру (в частности, отверстие) в корпусе 202 смесительного бака 200 и способствует передаче охлаждающей жидкости из коллектора 206 для охлаждающей жидкости в выходной канал 256 для охлаждающей жидкости. Другими словами, коллектор 206 для охлаждающей жидкости соединен по текучей среде с выходным окном 254 для охлаждающей жидкости, а выходное окно 254 для охлаждающей жидкости соединено по текучей среде с выходным каналом 256 для охлаждающей жидкости.
Радиатор (в частности, такой как радиатор 161, показанный на фиг. 1) может направлять охлаждающую жидкость во входной канал 260 для охлаждающей жидкости. Дополнительно, выходной канал 256 для охлаждающей жидкости может направлять охлаждающую жидкость в радиатор. Накопительный резервуар 200 смешивания газа включает в себя датчик 263 температуры газа и датчик 259 давления газа. Измеренные и/или оцененные величины температуры газа и давления газа могут быть определены датчиком 263 температуры и датчиком 259 давления (соответственно) и могут использоваться контроллером (в частности, таким как контроллер 169, показанный на фиг. 1) для управления потоком охлаждающей жидкости и газов в и из накопительного резервуара 200 смешивания газа (как раскрыто при обсуждении фиг. 3А-3В и фиг. 4-5).
Процесс циркуляции охлаждающей жидкости между радиатором и смесительным баком 200 может происходить в соответствии с расположением коллектора 206 для охлаждающей жидкости и соединительных каналов, раскрытых выше. Охлаждающая жидкость может быть направлена из радиатора через входной канал 260 для охлаждающей жидкости. Поток охлаждающей жидкости из входного канала 260 для охлаждающей жидкости во входное окно 264 для охлаждающей жидкости увеличивают или уменьшают посредством приведения в действие клапана 262 на основе температуры охлаждающей жидкости, измеренной и/или выявленной датчиком 258 температуры. Охлаждающая жидкость, поступающая во входное окно 264 для охлаждающей жидкости проходит через множество каналов, размещенных внутри коллектора 206 для охлаждающей жидкости, и может происходить обмен тепловой энергией между охлаждающей жидкостью и газами в коллекторе 204 смешивания газа смесительного бака 200. Охлаждающая жидкость затем выходит из смесительного бака 200 через выходное окно 254 для охлаждающей жидкости и поступает в выходной канал 256 для охлаждающей жидкости. Выходной канал 256 для охлаждающей жидкости направляет охлаждающую жидкость обратно в радиатор.
Процесс циркуляции охлаждающей жидкости, раскрытый выше, может представлять собой непрерывный процесс (в частности, величина потока охлаждающей жидкости является регулируемой в непрерывном диапазоне значений), бинарным процессом (в частности, поток охлаждающей жидкости является регулируемым от состояния включено до состояния выключено или наоборот) и/или может выборочно осуществляться как непрерывный процесс или бинарный процесс в зависимости от условий двигателя.
Как упоминалось ранее, смесительный бак 200 включает в себя коллектор 204 смешивания газа для накопления газов из выпускной системы (в частности, такой как впускная система 170, показанная на фиг. 1) и/или выпускной системы (в частности, такой как выпускная система 172, показанная на фиг. 1). Газы из впускной системы и/или выпускной системы могут смешиваться и сливаться внутри множества каналов 207 для газа, размещенных внутри коллектора 204 смешивания газа и внутри корпуса 202. Также внутри коллектора 204 смешивания газа помещен входной коллектор 203 для газа и выходной коллектор 205 для газа. Входной коллектор 203 для газа включает в себя каналы, выполненные с возможностью принимать газы из впускной системы и выпускной системы. Выходной коллектор 205 для газа включает в себя каналы, выполненные с возможностью выпускать газы после протекания из смесительного бака 200 во впускную систему и/или выпускную систему. Коллектор 204 смешивания газа соединен по текучей среде с множеством выходных окон для газа смесительного бака 200 через входной коллектор 203 для газа и со множеством выходных окон для газа смесительного бака 200 через выходной коллектор 205 для газа для обеспечения возможности передачи газов в смесительный бак 200 и/или из смесительного бака 200.
Канал 208 для наддувочного воздуха (в частности, такой как канал 108 для наддувочного воздуха, показанный на фиг. 1) присоединен между смесительным баком 200 и впускным коллектором двигателя (в частности, таким как впускной коллектор 176, показанный на фиг. 1). Канал 208 для наддувочного воздуха является внешним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Канал 208 для наддувочного воздуха соединен по текучей среде с окном 212 для наддувочного воздуха (в частности, таким как окно 112 для наддувочного воздуха, показанное на фиг. 1) смесительного бака 200, и поток газов через канал 208 для наддувочного воздуха к окну 212 для наддувочного воздуха является регулируемым посредством клапана 210 (в частности, такого как клапан 110, показанный на фиг. 1). Клапан 210 может быть приведен в действие контроллером (в частности, таким как контроллер 169, показанный на фиг. 1) на основе рабочих условий двигателя.
Окно 212 для наддувочного воздуха соединено по текучей среде с внутренней частью канала 214 для наддувочного воздуха смесительного бака 200. Внутренний канал 214 для наддувочного воздуха является внутренним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Окно 212 для наддувочного воздуха содержит апертуру (в частности, отверстие) внутри корпуса 202 смесительного бака 200 и позволяет передавать впускные газы из канала 208 для наддувочного воздуха во внутренний канал 214 для наддувочного воздуха.
Входной канал 216 для отработавших газов (в частности, такой как входной канал 116 для отработавших газов, показанный на фиг. 1) присоединен между смесительным баком 200 и выпускным коллектором двигателя (в частности, таким как выпускной коллектор 178, показанный на фиг. 1). Входной канал 216 для отработавших газов является внешним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Входной канал 216 для отработавших газов соединен по текучей среде с входным окном 220 для отработавших газов (в частности, таким как входное окно 120 для отработавших газов, показанное на фиг. 1) смесительного бака 200, и поток газов через входной канал 216 для отработавших газов к входному окну 220 является регулируемым посредством клапана 218 (в частности, такого как клапан 118, показанный на фиг. 1).
Входное окно 220 для отработавших газов соединено по текучей среде с внутренней частью входного канала 222 отработавших газов смесительного бака 200. Внутренний входной канал 222 для отработавших газов является внутренним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Входное окно 220 для отработавших газов содержит апертуру (в частности, отверстие) внутри корпуса 202 смесительного бака 200 и позволяет передавать отработавшие газы из входного канала 216 для отработавших газов во внутренний входной канал 222 для отработавших газов.
Внутренний входной канал 222 для отработавших газов и внутренний канал 214 для наддувочного воздуха объединяются во внутренней части смесительного бака 200 и образуют внутренний впускной канал 224. Внутренний впускной канал 224 может принимать газы из впускного коллектора через внутренний канал 214 для наддувочного воздуха, из выпускного коллектора через внутренний входной канал 222 для отработавших газов или сразу из впускного коллектора и выпускного коллектора (через соответствующие каналы, раскрытые выше). Внутренний впускной канал 224 соединен по текучей среде с множеством каналов для газа внутри коллектора 204 смешивания газа. Газы из впускного коллектора и выпускного коллектора могут смешиваться и сливаться внутри внутреннего впускного канала 224 и множества каналов внутри коллектора 204 смешивания газа.
Множество каналов внутри коллектора 204 смешивания газа направлены во внутренний выходной канал 225. Внутренний выходной канал 225 является внутренним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Внутренний выходной канал 225 соединен со множеством выходных каналов для газа во внутренней части смесительного бака 200 и служит в качестве соединения для передачи газов из коллектора 204 смешивания газа в выходные каналы для газа. Вариант осуществления смесительного бака 200, показанный на фиг. 2, включает в себя три выходных канала для газа внутри внутренней части смесительного бака (в частности, первый внутренний выходной канал 242 для газа, второй внутренний выходной канал 234 для газа и третий внутренний выходной канал 226 для газа). Другие варианты осуществления смесительного бака могут включать в себя другое количество и/или расположение выходных каналов для газа.
Первый внутренний выходной канал 242 для газа присоединен между внутренним выходным каналом 225 и первым выходным окном 244 для газа (в частности, таким как первое выходное окно 144 для газа, показанное на фиг. 1). Первое выходное окно 244 для газа соединено по текучей среде с первым внешним разветвленным каналом 249 (в частности, таким как первый внешний разветвленный канал 149, показанный на фиг. 1). Первый внешний разветвленный канал 249 является внешним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Первое входное окно 244 для газа содержит апертуру (в частности, отверстие) внутри корпуса 202 смесительного бака 200 и позволяет передавать газы из первого внутреннего выходного канала 242 для газа в первый внешний разветвленный канал 249.
Первый внешний разветвленный канал 249 соединен по текучей среде с каналом 252 контроля помпажа (в частности, таким как канал 152 контроля помпажа, показанный на фиг. 1) и каналом 248 рециркуляции отработавших газов низкого давления (в частности, таким как канал 148 рециркуляции отработавших газов низкого давления, показанный на фиг. 1). Клапан 250 (в частности, такой как клапан 150, показанный на фиг. 1) помещен внутрь канала 252 контроля помпажа, а клапан 246 (в частности, такой как клапан 146, показанный на фиг. 1) помещен внутрь канала 248 рециркуляции отработавших газов низкого давления (который в настоящей заявке может называться каналом 248 РОГ НД). Клапан 250 и клапан 246 могут быть приведены в действие контроллером (в частности, контроллером 169, показанным на фиг. 1) для обеспечения возможности протекания газов из первого внешнего разветвленного канала 249 в канал 252 контроля помпажа или канал 248 РОГ НД или в оба этих канала.
Второй внутренний выходной канал 234 для газа присоединен между внутренним выходным каналом 225 и вторым выходным окном 236 для газа (в частности, таким как второе выходное окно 136 для газа, показанное на фиг. 1). Второе выходное окно 236 для газа соединено по текучей среде с каналом 240 рециркуляции отработавших газов высокого давления (таким как канал 140 рециркуляции отработавших газов высокого давления, показанный на фиг. 1). Канал 240 рециркуляции отработавших газов высокого давления (который в настоящей заявке может называться каналом 240 РОГ ВД) является внешним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Второе выходное окно 236 для газа включает в себя апертуру (в частности, отверстие) внутри корпуса 202 смесительного бака 200 и способствует передаче газов из второго внутреннего выходного канала 234 для газа в канал 240 РОГ ВД. Клапан 238 (в частности, такой как клапан 138, показанный на фиг. 1) помещен внутрь канала 240 РОГ ВД. Клапан 238 может быть приведен в действие контроллером (в частности, контроллером 169, показанным на фиг. 1) для обеспечения возможности протекания газов из второго внутреннего выходного канала 234 для газа в канал 240 РОГ ВД.
Третий внутренний выходной канал 226 для газа присоединен между внутренним выходным каналом 225 и третьим выходным окном 228 для газа (в частности, таким как третье выходное окно 128 для газа, показанное на фиг. 1). Третье выходное окно 228 для газа соединено по текучей среде со вторым внешним разветвленным каналом 229 (в частности, таким как второй внешний разветвленный канал 129, показанный на фиг. 1). Второй внешний разветвленный канал 229 является внешним по отношению к внутренней части смесительного бака 200. Третье выходное окно 228 для газа содержит апертуру (в частности, отверстие) внутри корпуса 202 смесительного бака 200 и позволяет передавать газы из третьего внутреннего выходного канала 226 для газа во второй внешний разветвленный канал 229.
Второй внешний разветвленный канал 229 соединен по текучей среде с первым каналом 232 подачи вторичного воздуха (в частности, таким как первый канал 132 подачи вторичного воздуха, показанный на фиг. 1) и вторым каналом 231 подачи вторичного воздуха (в частности, таким как второй канал 131 подачи вторичного воздуха, показанный на фиг. 1). Трехходовой клапан 230 (в частности, такой как трехходовой клапан 130, показанный на фиг. 1) соединен по текучей среде со вторым внешним разветвленным каналом 229, первым каналом 232 подачи вторичного воздуха (который в настоящей заявке может называться первым каналом 232 ПВВ) и вторым каналом 231 подачи вторичного воздуха (который в настоящей заявке может называться вторым каналом 231 ПВВ). Трехходовой клапан 230 может быть приведен в действие контроллером (в частности, контроллером 169, показанным на фиг. 1) для обеспечения возможности протекания газов из второго внешнего разветвленного канала 229 в первый канал 232 ПВВ, или второй канал 231 ПВВ, или в оба этих канала.
Таким путем, газы могут протекать из коллектора 204 смешивания газа во внутренний выходной канал 225. Газы, текущие во внутренний выходной канал 225, могут затем выборочно направлены в первый внутренний выходной канал 242 для газа посредством приведения в действие клапана 250 и/или клапана 246, второй внутренний выходной канал 234 для газа посредством приведения в действие клапана 238 и/или третий внутренний выходной канал 226 для газа посредством приведения в действие трехходового клапана 230.
Газы, направленные через первый внутренний выходной канал 242 для газа, текут через первое выходное окно 244 для газа и в первый внешний разветвленный канал 249. Газы, текущие через первый внешний разветвленный канал 249 могут быть выборочно отведены в канал 252 контроля помпажа путем приведения в действие клапана 250, в канал 248 РОГ НД путем приведения в действие клапана 246 или в оба этих канала - канал 252 контроля помпажа и канал 248 РОГ НД - путем приведения в действие клапана 250 и клапана 246 соответственно.
Газы, направленные через второй внутренний выходной канал 234 для газа, текут через второе выходное окно 236 для газа и в канал 240 РОГ ВД. Поток газа в канал 240 РОГ ВД управляется путем приведения в действие клапана 238.
Газы, направленные через третий внутренний выходной канал 226 для газа, текут через третье выходное окно 228 для газа и во второй внешний разветвленный канал 229. Газы, текущие через второй внешний разветвленный канал 229, могут быть выборочно отведены в первый канал 232 ПВВ и/или второй канал 231 ПВВ путем приведения в действие трехходового клапана 230.
Когда газы текут через коллектор 204 смешивания газа к внутреннему выходному каналу 225, они могут испытывать увеличение или уменьшение тепловой энергии из-за близости коллектора 206 для охлаждающей жидкости к коллектору 204 смешивания газа. Множество каналов внутри коллектора 206 для охлаждающей жидкости не находятся в сообщении по текучей среде с множеством каналов внутри коллектора 204 смешивания газа. Другими словами, охлаждающая жидкость не может поступать в каналы коллектора 204 смешивания газа, а отработавшие газы и/или впускные газы не могут поступать в каналы коллектора 206 для охлаждающей жидкости. Однако, каналы коллектора 206 для охлаждающей жидкости могут быть отделены от каналов коллектора 204 смешивания газа теплопроводным материалом (в частности, металлом) так, чтобы тепловая энергия могла передаваться из одного коллектора в другой.
Таким путем, если температура охлаждающей жидкости внутри коллектора 206 для охлаждающей жидкости ниже температуры газов внутри коллектора 204 смешивания газа, тепловая энергия может передаваться от газов в коллекторе 204 смешивания газа охлаждающей жидкости в коллекторе 206 для охлаждающей жидкости посредством теплопроводного материала, разделяющего каналы коллекторов. Аналогичным образом, если температура охлаждающей жидкости внутри коллектора 206 для охлаждающей жидкости выше температуры газов внутри коллектора 204 смешивания газа, тепловая энергия может передаваться от охлаждающей жидкости в коллекторе 206 для охлаждающей жидкости газам в коллекторе 204 смешивания газа посредством теплопроводного материала, разделяющего каналы коллекторов.
Приведением в действие клапана 250, клапана 246, клапана 238 и трехходового клапана 230 могут управлять по меньшей мере частично на основе температуры охлаждающей жидкости и/или температуры газов, как раскрыто при обсуждении фиг. ЗА-ЗВ ниже.
На фиг. 2 показан пример конфигурации относительного расположения различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или граничащими друг с другом, могут быть смежными или граничащими друг с другом, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, лежащие в торцевом контакте друг с другом, могут называться находящимися в торцевом контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере. Согласно иному примеру, элементы, показанные выше/ниже друг относительно друга, с противоположных сторон друг относительно друга или слева/справа друг относительно друга, могут так и быть обозначены, друг относительно друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый высокий элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящей заявки, верх/низ, более высокий/более низкий выше/ниже, могут обозначать положения относительно вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов на фигурах друг относительно друга. По существу, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном примере. В ином примере, формы элементов, показанные на фигурах, могут называться имеющими такие формы (в частности, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, сферические, скошенные, угловые или т.п.). Далее, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может так и называться, согласно одному примеру.
На фиг. 3А-3В показан способ регулирования потока охлаждающей жидкости в резервуар смешивания газа (в частности, такой как резервуар 100 смешивания газа, показанный на фиг. 1, или накопительный резервуар 200 смешивания газа, показанный на фиг. 2) на основе запроса на выпуск содержащихся газов из резервуара и температуры охлаждающей жидкости, поступающей в резервуар. Поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар 200 смешивания газа могут регулировать с целью регулирования температуры газов, находящихся внутри (и/или входящих внутрь) накопительного резервуара смешивания газа. Температура газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, может быть отрегулирована (посредством регулирования потока охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа) до требуемой температуры на основе указанного места для подачи газов из резервуара во впускную систему и/или выпускную систему. Другими словами, температуру газов внутри накопительного резервуара смешивания газа могут отрегулировать до требуемой температуры путем увеличения или уменьшения потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа, а требуемая температура газов может быть основана на запланированном месте подачи газов во впускную систему и/или выпускную систему. Согласно одному примеру, температура охлаждающей жидкости, поступающей в накопительный резервуар смешивания газа, может быть измеренной или оцененной температурой охлаждающей жидкости, определяемой на основе выходного сигнала датчика температуры (в частности, такого как датчик 258 температуры, показанный на фиг. 2).
Инструкции для осуществления способа 300 и остальных способов, включенных в настоящую заявку, могут быть исполнены контроллером на основании инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и в совокупности с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя (в частности, такие как клапаны 162, 146, 150, 110, 130 и 118) для регулирования работы двигателя, в соответствии со способами, раскрываемыми ниже.
Обратимся сначала к фиг. 3А, способ 300 включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя на шаге 301 на основе одного или более выходных сигналов от различных датчиков в системе двигателя и/или рабочих условий системы двигателя (в частности, таких как различные датчики температуры, датчики давления и т.д., как раскрывалось выше). Рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, расход РОГ (НД и/или ВД), массовый расход воздуха, частоту вращения турбины, давление на входе компрессора, температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, расход охлаждающей жидкости и т.п.Рабочие условия могут также включать в себя рабочие условия накопительного резервуара смешивания газа (в частности, температуру охлаждающей жидкости, температуру накопленных газов, давление газов, количество накопленных газов, процент отработавших газов, смешанных со впускным воздухом и т.д.).
На шаге 302 способ включает в себя определение того, запрошена ли подача вторичного воздуха. Например, на основе измеренных и/или выведенных рабочих условий двигателя, определяемых на шаге 301, контроллер может определять, что подача вторичного воздуха (ПВВ) была бы полезна для работы двигателя (в частности, для снижения выбросов, увеличения частоты вращения турбины и т.п.). Согласно одному примеру, ПВВ может быть запрошена в ответ на одно или более из следующего: условия холодного запуска, температура двигателя ниже пороговой температуры и температура каталитического нейтрализатора ниже температуры активации каталитического нейтрализатора. Согласно другому примеру, ПВВ может быть запрошена в ответ на концентрацию несгоревших углеводородов в отработавших газах (в частности, на основе того, что воздушно-топливное отношение отработавших газов ниже порогового воздушно-топливного отношения, что указывает на увеличение несгоревших углеводородов в отработавших газах). В ином примере ПВВ может быть запрошена в ответ на то, что частота вращения турбины ниже требуемой частоты вращения турбины (в частности, из-за увеличения запрошенного крутящего момента, например, при нажатии на педаль акселератора).
Способ переходит на шаг 304, если ПВВ запрошена контроллером. На шаге 304 способ включает в себя определение того, связан ли запрос на ПВВ с запросом на увеличение частоты вращения турбины (в частности, если частота вращения турбины ниже требуемой частоты вращения турбины). Согласно одному примеру, частота вращения турбины может быть ниже требуемой частоты вращения из-за внезапного увеличения запрошенного крутящего момента двигателя (в частности, во время события нажатия на педаль акселератора и увеличения открытия дросселя). В результате этого, увеличение частоты вращения турбины может требоваться для увеличения выхода компрессора турбонагнетателя. В этом примере ПВВ может быть обеспечена для увеличения массового расхода газов, проходящих через выпускной коллектор, за счет чего увеличивается расход через турбину и увеличивается частота вращения турбины.
Если на шаге 304 определено, что запрос ПВВ связан с низкой частотой вращения турбины (в частности, частота вращения ниже требуемой частоты вращения турбины, которая может быть основана на запрошенном крутящем моменте), то способ переходит на шаг 306, на котором способ включает в себя поддержание потока охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа на текущем уровне (в частности, без регулировки потока охлаждающей жидкости). Согласно одному примеру, если охлаждающая жидкость не течет через коллектор для охлаждающей жидкости (в частности, такой как коллектор 206 для охлаждающей жидкости, показанный на фиг. 2) накопительного резервуара смешивания газа, когда контроллер определяет, что запрос на ПВВ обусловлен низкой частотой вращения турбины, то накопительный резервуар смешивания газа продолжает не пропускать охлаждающую жидкость через коллектор для охлаждающей жидкости. Согласно второму примеру, если охлаждающая жидкость течет через коллектор для охлаждающей жидкости накопительного резервуара смешивания газа с определенным расходом (определенным одним или более датчиков), когда контроллер определяет, что запрос на ПВВ обусловлен низкой частотой вращения турбины, то накопительный резервуар смешивания газа продолжает пропускать охлаждающую жидкость через коллектор для охлаждающей жидкости с тем же расходом.
Способ переходит от шага 306 на шаг 314, где способ включает в себя обеспечение ПВВ в выпускной коллектор с целью увеличения частоты вращения турбины. В одном примере ПВВ в выпускной коллектор может быть отложена до тех пор, пока устройство снижения токсичности отработавших газов не достигнет рабочей температуры, как раскрыто более подробно в при обсуждении фиг. 4 ниже.
Вернемся на шаг 304, если запрос на ПВВ не является запросом на рост частоты вращения турбины, способ переходит на шаг 308. Одна альтернативная функция ПВВ состоит в увеличении температуры одного или более устройств снижения токсичности отработавших газов, если определено, что температура устройств ниже рабочей температуры. Другая альтернативная функция ПВВ состоит в содействии сжиганию избыточных углеводородов в отработавших газах. Наличие избыточных углеводородов может быть определено на основе измерения воздушно-топливного отношения отработавших газов (измеренного датчиком в выпускной системе).
Способ на шаге 308 включает в себя определение того, выше ли температура охлаждающей жидкости у накопительного резервуара смешивания газа (в частности, выше по потоку и втекающих в накопительный резервуар смешивания газа) пороговой температуры охлаждающей жидкости. Пороговая температура охлаждающей жидкости может быть определена контроллером в соответствии с рабочими условиями двигателя, измеренными на шаге 301, и подтверждением запроса на ПВВ на шаге 302. Согласно одному примеру, пороговая температура охлаждающей жидкости может быть основана на температуре отработавших газов, выходящих из выпускного коллектора, и/или температуре впускного воздуха, входящего в (или содержащегося в) накопительный резервуар смешивания газа. Иначе говоря, пороговая температура может быть основана на температуре газов, накопленных внутри накопительного резервуара смешивания газа.
Если на шаге 308 определено, что определенная температура охлаждающей жидкости не выше пороговой температуры охлаждающей жидкости то способ переходит на шаг 310, на котором способ включает в себя отмену циркуляции охлаждающей жидкости в (или уменьшение потока охлаждающей жидкости в) накопительный резервуар смешивания газа. Например, если охлаждающая жидкость в настоящий момент течет в накопительный резервуар смешивания газа, способ на шаге 310 может включать в себя остановку (или уменьшение) потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа. Однако, если охлаждающая жидкость в настоящий момент не течет в накопительный резервуар смешивания газа до шага 310, способ на шаге 310 может включать в себя поддержание потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа. Поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа может быть остановлен (или уменьшен) путем приведения в действие клапана (в частности, такого как клапан 262, показанный на фиг. 2) в канале для охлаждающей жидкости выше по потоку от накопительного резервуара смешивания газа, как раскрыто при обсуждении фиг. 2. Согласно другому примеру, способ на шаге 310 может включать в себя уменьшение потока охлаждающей жидкости (в частности, посредством уменьшения величины открытия клапана) в накопительный резервуар смешивания газа. Согласно способу 300, не смотря на то, включает ли способ циркуляцию или отмену циркуляции охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа, способ может вместо этого включать в себя увеличение потока охлаждающей жидкости (от текущего уровня подачи в накопительный резервуар смешивания газа) или уменьшение потока охлаждающей жидкости (от текущего уровня). Таким путем, эти способы могут включать в себя перевод вышеупомянутого клапана охлаждающей жидкости в множество положений между полностью открытым (для протекания охлаждающей жидкости с максимальным расходом) или полностью закрытым (для полной остановки потока охлаждающей жидкости) положениями.
Далее способ переходит на шаг 314, на котором способ включает в себя обеспечение запрошенной ПВВ посредством накопительного резервуара смешивания газа. Согласно одному примеру, способ на шаге 314 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной ПВВ до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса ПВВ. Например, ПВВ может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за уменьшенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для ПВВ.
Вернемся к шагу 308, если определенная температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры, то способ переходит на шаг 312, на котором способ включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа (или увеличение потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа. Как объяснялось выше, пороговая температура может быть основана на температуре газов внутри накопительного резервуара смешивания газа и/или температуре впускного воздуха, входящего в (или находящегося в) накопительный резервуар смешивания газа. Если температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры (в частности, температуры впускного воздуха), охлаждающая жидкость циркулирует через накопительный резервуар смешивания газа с целью увеличения температуры впускного воздуха внутри резервуара. Увеличение температуры впускного воздуха позволяет более эффективно сжигать несгоревшие углеводороды и ускорять рост температуры устройства снижения токсичности отработавших газов, как раскрывалось выше. Затем способ переходит на шаг 314 для обеспечения запрошенной ПВВ. Согласно одному примеру, способ на шаге 314 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной ПВВ до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса ПВВ. Например, ПВВ может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за увеличенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для ПВВ. Способ на шаге 314 далее включает в себя обеспечение запрошенного ПВВ, когда температура газа находятся на уровне требуемой температуры подачи.
Если ПВВ не запрошена на шаге 302 или если ПВВ обеспечена на шаге 314, способ переходит на шаг 316, на котором способ включает в себя определение того, ожидаем или обнаружен ли помпаж компрессора. Определение данного состояния компрессора может быть основано на разности давлений между входом и выходом компрессора, расходе впускного воздуха через компрессор и т.д. Давление и расход на входе и выходе компрессора могут быть измерены одним или более датчиков на компрессоре и/или впускном коллекторе (в частности, таким как датчик 175 давления воздуха в коллекторе). Компрессор и впускной коллектор могут также включать в себя один или более датчиков температуры, датчиков расхода и т.п.
Если помпаж компрессора ожидаем и/или обнаружен на основе выходных сигналов различных датчиков (как раскрывалось выше) и/или дополнительных рабочих условий двигателя, способ переходит на шаг 318. Способ на шаге 318 включает в себя определение того, выше ли температура охлаждающей жидкости, входящей в (или текущей в) накопительный резервуара смешивания газа, пороговой температуры охлаждающей жидкости. Пороговая температура охлаждающей жидкости может быть определена контроллером на основе рабочих условий двигателя, определенных на шаге 301, и ожидания и/или обнаружения помпажа компрессора на шаге 316. Согласно одному примеру, пороговая температура может быть основана на температуре газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа.
Если на шаге 318 температура охлаждающей жидкости не выше пороговой температуры то способ переходит на шаг 322, на котором способ включает в себя отмену циркуляции охлаждающей жидкости в или через накопительный резервуар смешивания газа (или альтернативно, как объяснялось выше, уменьшение потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа). Например, если пороговая температура основана на температуре газов, содержащихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, и температура охлаждающей жидкости ниже температуры газа внутри резервуара, охлаждающая жидкость может не рециркулировать, так что температура газов внутри резервуар более не уменьшается. Напротив, температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа может увеличиться. Повышенная температура газов внутри резервуара обеспечивает больший рост давления на входе компрессора, когда газы выпускают во вход компрессора. Способ затем переходит на шаг 324, на котором накопленный заряд внутри накопительного резервуара смешивания газа выпускают во впускной канал, выше по потоку от входа компрессора, для увеличения давления и/или потока на входе компрессора. Таким путем, подача газов на вход компрессора из накопительного резервуара смешивания газа может снизить помпаж компрессора. Согласно одному примеру, способ на шаге 324 может включать в себя отсрочку выпуска выше по потоку от компрессора до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса выпуска. Например, выпуск может быть отложен до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за уменьшенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для выпуска выше по потоку от входа компрессора для снижения помпажа компрессора. Способ на шаге 324 далее включает в себя обеспечение запрошенного выпуска, когда температура газа находятся на уровне требуемой температуры подачи.
Если определяют, что температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры на шаге 318, то способ вместо этого переходит на шаг 320, на котором способ включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости (или увеличение потока охлаждающей жидкости) в накопительный резервуар смешивания газа. Например, если пороговая температура основана на температуре газов, содержащихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, и охлаждающая жидкость циркулирует, то температура газов внутри резервуара увеличивается. Повышенная температура газов внутри резервуара обеспечивает больший рост давления на входе компрессора, когда газы выпускают во вход компрессора. Способ затем переходит на шаг 324, на котором накопленный заряд внутри накопительного резервуара смешивания газа выпускают выше по потоку от входа компрессора, для увеличения давления и/или потока на входе компрессора. Согласно одному примеру, способ на шаге 324 может включать в себя отсрочку выпуска выше по потоку от компрессора до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса выпуска. Например, выпуск может быть отложен до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за увеличенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для выпуска выше по потоку от входа компрессора для снижения помпажа компрессора. Способ на шаге 324 далее включает в себя обеспечение запрошенного выпуска, когда температура газа находятся на уровне требуемой температуры подачи.
Если помпаж компрессора не ожидают и/или не обнаруживают на шаге 316, или если накопленный воздух выпускают выше по потоку от компрессора на шаге 324, способ переходит на шаг 326. На шаге 326 способ включает в себя определение того, запрошена ли рециркуляция отработавших газов низкого давления (РОГ НД). Согласно одному примеру, контроллер может определить, что РОГ НД запрошена, на основе одного или более рабочих условий двигателя. Способ на шаге 324 может дополнительно включать в себя определение того, запрошено ли увеличение РОГ НД и/или определение требуемого процентного отношения запрошенной РОГ НД. Определение на шаге 326 могут осуществлять в соответствии с одним или более рабочих условий накопительного резервуара смешивания газа (в частности, величиной накопленного заряда), условий у компрессора (в частности, условия образования конденсата на входе компрессора) и т.п.
Если РОГ НД запрошена на шаге 326, способ переходит на шаг 328, на котором способ включает в себя определение того, выше ли температура охлаждающей жидкости, входящей в накопительный резервуар смешивания газа, пороговой температуры охлаждающей жидкости. Пороговая температура охлаждающей жидкости может быть определена контроллером в соответствии с условиями работы двигателя, измеренными на шаге 301, и рабочими условиями накопительного резервуара смешивания газа (в частности, температурой газов, находящихся внутри резервуара, потоком газов через резервуар и т.п.). Согласно одному примеру, пороговая температура может быть основана на температуре газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа.
Если определяют, что температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры на шаге 328, способ переходит на шаг 330, где способ включает в себя определение того, выше ли образование конденсата (в частности, количество конденсата) на входе компрессора порогового значения количества конденсата. Пороговое значение количества конденсата может быть основано на количестве конденсата, которое может привести к деградации компрессора. Например, компрессор на входе компрессора способен вызывать коррозию и деградацию крыльчатки компрессора, когда количество конденсата выше пороговой величины. Количество конденсата на входе компрессора может меняться в зависимости от различных условий, таких как температура окружающей среды атмосферы (в частности, температура впускного воздуха), влажность впускного воздуха, температура газов РОГ, впрыскиваемых выше по потоку от компрессора и т.д.
Если количество конденсата на входе компрессора на шаге 330 ниже порогового значения количества конденсата, способ переходит на шаг 336, на котором способ включает в себя отмену циркуляции охлаждающей жидкости (или снижение расхода или количества протекающей охлаждающей жидкости) в накопительный резервуар смешивания газа. Согласно одному примеру, конденсат на входе компрессора может находится на приемлемом уровне для продолжительной работы компрессора. Дополнительно, температура охлаждающей жидкости в накопительном резервуаре смешивания газа выше пороговой температуры, основанной на температуре газов, находящихся внутри смесительного бака. В ответ на эти условия контроллер не выполняет циркуляции охлаждающей жидкости через смесительный бак с целью снижения тепловой энергии, передаваемой газам, накопленным в баке, от охлаждающей жидкости.
Способ далее переходит на шаг 338, на котором способ включает в себя обеспечение требуемого процентного отношения РОГ (в частности, требуемого количества РОГ), из накопительного резервуара смешивания газа, выше по потоку от компрессора во впускную систему для обеспечения РОГ НД. Процентное отношение РОГ НД, подаваемой во впускную систему, может частично определяться отношением отработавших газов к впускным газам внутри накопительного резервуара смешивания газа. Путем снижения циркуляции охлаждающей жидкости в смесительный бак на шаге 336 перед выпуском газов на шаге 338, газы могут быть введены при более низкой температуре, чем если бы охлаждающая жидкость циркулировала в обычном режиме.
Вернемся к шагу 330, если определяют, что количество конденсата у компрессора выше порогового значения количества конденсата, то способ переходит на шаг 332, на котором способ включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа (или увеличение потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа). Циркуляция охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа может повысить температуру газов, накопленных внутри бака перед подачей во впускную систему выше по потоку от компрессора.
Способ далее переходит на шаг 338, на котором способ включает в себя обеспечение требуемого процентного отношения РОГ, подаваемых выше по потоку от компрессора во впускную систему из накопительного резервуара смешивания газа. Количество газов, подаваемых во впускную систему из резервуара, может частично определяться отношением отработавших газов к впускным газам внутри накопительного резервуара смешивания газа и требуемым процентным отношением РОГ НД. Путем обеспечения возможности циркуляции охлаждающей жидкости в смесительном баке на шаге 332 перед выпуском газов на шаге 338, газы могут быть введены при более высокой температуре, чем если бы охлаждающая жидкость не циркулировала. Более высокая температура газов может снизить образование конденсата на входе компрессора. Согласно одному примеру, способ на шаге 338 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной подачи РОГ НД до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса РОГ НД. Например, подача РОГ НД может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за увеличенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для РОГ НД. Способ на шаге 338 далее включает в себя подачу запрошенной РОГ НД, когда температура газа находится на уровне требуемой температуры подачи.
Вернемся к шагу 328, если определяют, что температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры, способ переходит на шаг 334, где способ включает в себя определение того, выше ли количество конденсата на входе компрессора порогового значения количества конденсата. Пороговое значение количества конденсата может быть основано на приемлемом уровне конденсата для работы компрессора, как раскрывалось при обсуждении шага 330 выше.
Если количество конденсата на входе компрессора на шаге 334 ниже порогового значения количества конденсата, способ переходит на шаг 332, на котором способ включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости (или увеличение расхода или количества протекающей охлаждающей жидкости) в накопительный резервуар смешивания газа. Согласно одному примеру, конденсат на входе компрессора может находится на приемлемом уровне для продолжительной работы компрессора. Дополнительно, температура охлаждающей жидкости в накопительном резервуаре смешивания газа ниже пороговой температуры, основанной на температуре газов, находящихся внутри смесительного бака. В ответ на эти условия контроллер обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через смесительный бак с целью снижения температуры и увеличения плотности газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа.
Способ далее переходит на шаг 338, на котором способ включает в себя обеспечение требуемого процентного отношения РОГ (в частности, требуемого количества РОГ), из накопительного резервуара смешивания газа, выше по потоку от компрессора, во впускную систему для обеспечения РОГ НД. Процентное отношение РОГ НД, подаваемой во впускную систему, может частично определяться отношением отработавших газов к впускным газам внутри накопительного резервуара смешивания газа. Путем увеличения циркуляции охлаждающей жидкости в смесительном баке на шаге 332 перед выпуском газов на шаге 338, газы могут быть поданы при более низкой температуре, чем если бы охлаждающая жидкость не циркулировала.
Вернемся к шагу 334, если количество конденсата на входе компрессора, определяемое на шаге 334, выше порогового значения количества конденсата, то способ переходит на шаг 336, на котором способ включает в себя отмену циркуляцию охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа (или уменьшение потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа). Отмена циркуляции охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа может повысить температуру газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа перед подачей во впускную систему выше по потоку от компрессора.
Способ далее переходит на шаг 338, на котором способ включает в себя обеспечение требуемого процентного отношения РОГ НД, подаваемых выше по потоку от компрессора во впускную систему из накопительного резервуара смешивания газа. Количество газов, подаваемых во впускную систему из резервуара, может частично определяться отношением отработавших газов к впускным газам внутри накопительного резервуара смешивания газа и требуемым процентным отношением РОГ НД. Путем снижения циркуляции охлаждающей жидкости в смесительном баке на шаге 336 перед выпуском газов на шаге 338, газы могут быть поданы при более высокой температуре, чем если бы циркуляция охлаждающей жидкости не была понижена. Более высокая температура газов может снизить образование конденсата на входе компрессора. Согласно одному примеру, способ на шаге 338 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной подачи РОГ НД до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса РОГ НД. Например, подача РОГ НД может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не увеличится (в частности, из-за увеличенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для РОГ НД. Способ на шаге 338 далее включает в себя подачу запрошенной РОГ НД, когда температура газа находится на уровне требуемой температуры подачи.
Если РОГ НД не запрошена на шаге 326, или если определяемое процентное отношение РОГ ВД обеспечено на шаге 338, способ 300 переходит на шаг 340, показанный на фиг. 3В, на котором способ включает в себя определение того, запрошена ли рециркуляция отработавших газов высокого давления (РОГ ВД) в соответствии с оцененными или выведенными условиями на шаге 301. Определение на шаге 340 могут осуществлять частично в соответствии с рабочими условиями накопительного резервуара смешивания газа (в частности, величиной накопленного заряда).
Если РОГ ВД запрошена на шаге 340, способ переходит на шаг 342, на котором способ включает в себя определение того, выше ли температура охлаждающей жидкости, входящей в накопительный резервуар смешивания газа, пороговой температуры охлаждающей жидкости. Пороговая температура охлаждающей жидкости может быть определена контроллером в соответствии с условиями работы двигателя, измеренными на шаге 301, и рабочими условиями накопительного резервуара смешивания газа (в частности, температурой газов, находящихся внутри резервуара, потоком газов через резервуар и т.п.). Согласно одному примеру, пороговая температура может быть основана на температуре газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа.
Если на шаге 342 определено, что определяемая температура охлаждающей жидкости не выше пороговой температуры, то способ переходит на шаг 346, на котором способ включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости в (или увеличение расхода или величины потока охлаждающей жидкости) в накопительный резервуар смешивания газа. Как объяснялось выше, пороговая температура может быть основана на температуре газов, содержащихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, и/или температуре впускных газов, входящих в (или находящихся в) накопительный резервуар смешивания газа. Если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры, и охлаждающая жидкость циркулирует, то температура газов внутри резервуара уменьшается. Более низкая температура газов позволяет накопить большее количество заряда внутри резервуара при давлении, подходящем для выпуска ниже по потоку от компрессора. Охлаждающая жидкость также может циркулировать с целью снижения температуры горячих отработавших газов, входящих в накопительный резервуар смешивания газа, с целью уменьшения деградации смесительного бака и/или впускной системы.
Способ далее переходит на шаг 348, на котором способ включает в себя выпуск заряда, содержащегося в накопительном резервуаре смешивания газа, ниже по потоку от выхода компрессора с целью подачи требуемого количества газов РОГ ВД во впускную систему. Согласно одному примеру, способ на шаге 348 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной подачи РОГ ВД до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса РОГ ВД. Например, подача РОГ ВД может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не уменьшится (в частности, из-за увеличенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для РОГ ВД. Способ на шаге 338 далее включает в себя подачу запрошенной РОГ ВД, когда температура газа находится на уровне требуемой температуры подачи.
Вернемся к шагу 342, если определенная температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры, то способ переходит на шаг 344, на котором способ включает в себя отмену циркуляцию охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа (или поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа уменьшают). Как объяснялось выше, пороговая температура может быть основана на температуре газов, содержащихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, и/или температуре впускного воздуха, входящего в (или находящегося в) накопительный резервуар смешивания газа. Если температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры, и охлаждающая жидкость не циркулирует, то температура газов внутри резервуара не увеличивается. Более низкая температура газов позволяет накопить большее количество заряда внутри резервуара при давлении, подходящем для выпуска ниже по потоку от компрессора, и позволяет снизить деградацию компонентов системы, как раскрывалось выше.
Способ далее переходит на шаг 348, на котором способ включает в себя выпуск заряда, содержащегося в накопительном резервуаре смешивания газа, ниже по потоку от выхода компрессора с целью подачи требуемого количества газов РОГ ВД во впускную систему. Согласно одному примеру, способ на шаге 348 может включать в себя отсрочку обеспечения запрошенной подачи РОГ ВД до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не станет равна требуемой температуре подачи для запроса РОГ ВД. Например, подача РОГ ВД может быть отложена до тех пор, пока температура газов внутри накопительного резервуара смешивания газа не уменьшится (в частности, из-за уменьшенного потока охлаждающей жидкости) до уровня, требуемого для РОГ ВД. Способ на шаге 338 далее включает в себя подачу запрошенной РОГ ВД, когда температура газа находится на уровне требуемой температуры подачи.
Если РОГ ВД не запрошена на шаге 340, или если определенное процентное отношение РОГ ВД обеспечено на шаге 348, способ переходит на шаг 350, на котором способ включает в себя определение того, есть ли благоприятная возможность накопить заряд из впускной системы и/или выпускной системы в накопительном резервуаре смешивания газа. Определение на шаге 350 могут осуществлять частично в соответствии с рабочими условиями накопительного резервуара смешивания газа (в частности, величиной накопленного заряда).
Согласно одному примеру, условия наполнения резервуара могут иметь место, если накопительный резервуар смешивания газа достаточно пуст (в частности, накопительный резервуар смешивания газа заполнен на величину, меньшую порогового значения). Согласно другому примеру, благоприятная возможность для накопления может включать в себя уменьшение потребности в заряде, как раскрывается в способе 300 (в частности, уменьшение потребности в ПВВ, снижении Помпажа компрессора, РОГ НД и/или РОГ ВД). Согласно другому примеру, условия наполнения резервуара могут иметь место, если двигатель работает на достаточно высоком уровне наддува (в частности, работа с наддувом на уровне, превышающим пороговый). В ином примере условия наполнения резервуара могут быть установлены во время режима отсечки топлива при замедлении двигателя. Согласно еще одному примеру, условия наполнения резервуара могут быть установлены во время неустановившегося состояния после события отпускания педали акселератора. Благоприятная возможность накопления может также включать в себя условие, при котором контроллер активирует один или более запросов на выпуск, если потенциальный приток газов в накопительный резервуар смешивания газа из впускной или выпускной систем выше потребного оттока из смесительного бака. В таком примере накопительный резервуар смешивания газа может аккумулировать заряд при одновременном выпуске некоторого процента общего заряда во впускную систему, или выпускную систему, или обе эти системы. Другими словами, при некоторых условиях, накопительный резервуар смешивания газа может быть способен аккумулировать заряд быстрее, чем тратить заряд. Такие ситуации можно рассматривать как благоприятные возможности для накапливания. По существу, на основе рабочих условий двигателя в момент подтверждения благоприятной возможности для наполнения, могут определить, чем следует наполнять накопительный резервуар смешивания газа - сжатым воздухом из впускного коллектора, или сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, или и тем и другим.
Условия накопительного резервуара смешивания газа могут быть оценены с помощью одного или более датчиков, соединенных с резервуаром, таких как датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения, как раскрывалось выше со ссылкой на 301. Однако, в других примерах, одно или более условий накопительного резервуара смешивания газа могут быть не измерены датчиком, а выведены или извлечены из памяти контроллера. Например, когда накопительный резервуар смешивания газа был прежде наполнен воздухом из впускной системы, на основе условий компрессора, температуры впускного воздуха и условий давления, а также потребностей в РОГ в момент наполнения, может быть выведено состояние заряда в накопительном резервуаре смешивания газа. Например, когда накопительный резервуар смешивания газа был прежде наполнен сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, на основе рабочих условий двигателя, условий на выпуске и потребностей в РОГ в момент наполнения, может быть выведено состояние заряда в накопительном резервуаре смешивания газа. Аналогичным образом, когда накопительный резервуар смешивания газа был прежде опустошен во впускную систему, на основе продолжительности опустошения, а также условий наддува во время опустошения, может быть выведено состояние заряда (при наличии токового) в накопительном резервуаре смешивания газа. Точно так же, когда накопительный резервуар смешивания газа был прежде опустошен в выпускной коллектор, на основе продолжительности опустошения, а также условий двигателя во время опустошения, может быть выведено состояние заряда (при наличии токового) в накопительном резервуаре смешивания газа.
На основе оцененных условий могут определить присутствие благоприятной возможности наполнения накопительного резервуара смешивания газа. Согласно одному примеру, условия наполнения резервуара могут иметь место, если накопительный резервуар смешивания газа достаточно пуст (в частности, накопительный резервуар смешивания газа заполнен на величину, меньшую порогового значения). Согласно другому примеру, условия наполнения резервуара могут иметь место, если двигатель работает на достаточно высоком уровне наддува (в частности, работа с наддувом на уровне, превышающим пороговый). В ином примере условия наполнения резервуара могут быть установлены во время режима отсечки топлива при замедлении (ОТЗ) двигателя. Согласно еще одному примеру, условия наполнения резервуара могут быть установлены во время неустановившегося состояния после события отпускания педали акселератора. По существу, на основе рабочих условий двигателя в момент подтверждения благоприятной возможности для наполнения, могут определить, чем следует наполнять накопительный резервуар смешивания газа - сжатым воздухом из впускной системы, или сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, или и тем и другим. Например, как обсуждается ниже, накопительный резервуар смешивания газа может быть выборочно наполнен на основе частоты вращения двигателя, скорости транспортного средства, давления в коллекторе и т.п. в момент благоприятной возможности для наполнения.
Если на шаге 350 благоприятная возможность для накопления не доступна, способ переходит на шаг 354, на котором способ включает в себя отмену наполнения накопительного резервуара смешивания газа свежим воздухом из впускной системы и/или сгоревшими отработавшими газами из выпускной системы. Другими словами, накопительный резервуар смешивания газа не наполняют газами ни из впускной системы, ни из выпускной системы.
Если на шаге 350 благоприятная возможность для накопления доступна, способ переходит на шаг 352, на котором способ включает в себя наполнение накопительного резервуара смешивания газа свежим воздухом из впускной системы и/или сгоревшими отработавшими газами из выпускной системы. Другими словами, накопительный резервуар смешивания газа наполняют газами из впускной системы и/или из выпускной системы.
Путем наполнения накопительного резервуара смешивания газа сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, энергия отработавших газов может быть предварительно накоплена в резервуаре и выпущена позднее для обеспечения РОГ (при выпуске во впускную систему) или для повышения давления отработавших газов (при выпуске в выпускной коллектор). Путем наполнения накопительного резервуара смешивания газа сжатым впускным воздухом из впускной системы, энергия наддува может быть предварительно накоплена в резервуаре и выпущена позднее для повышения давления отработавших газов (при выпуске в выпускной коллектор). В частности, энергия турбины может быть увеличена путем повышения давления отработавших газов перед турбиной. В таком случае, путем накапливания заряда в накопительном резервуаре смешивания газа для последующего использования, могут быть улучшены характеристики двигателя с наддувом.
Клапан (в частности, такой как клапан 210, показанный на фиг. 2), соединенный по текучей среде с окном для наддувочного воздуха (в частности, таким как окно 212 для наддувочного воздуха, показанное на фиг. 2) резервуара, может быть открыт на некоторую продолжительность для наполнения резервуара сжатым впускным воздухом из впускной системы, и/или клапан (в частности, такой как клапан 218, показанный на фиг. 2), соединенный по текучей среде с входным окном для отработавших газов (в частности, таким как входное окно 220 для отработавших газов, показанное на фиг. 2) резервуара, может быть открыт на некоторую продолжительность для наполнения резервуара отработавшими газами из выпускного коллектора. Продолжительность открытия клапана наполнения впускным воздухом и/или клапана наполнения отработавшими газами, может быть отрегулирована для регулирования состава заряда, накопленного в резервуаре, чтобы обеспечить требуемое процентное отношение РОГ заряда в накопительном резервуаре смешивания газа (или разбавление). Согласно одному примеру, накопительный резервуар смешивания газа может быть наполнен воздухом и сгоревшими отработавшими газами для обеспечения заряда с требуемым процентным отношением РОГ и требуемым давлением, чтобы когда сжатый заряд будет в конечном счете выпущен во время последующей работы двигателя с наддувом, была доступна РОГ высокого давления.
Например, во время первого условия, когда прогнозируют нажатие на педаль акселератора при высоких частотах вращения двигателя, накопительный резервуар смешивания газа может быть наполнен сгоревшими отработавшими газами. При этом двигатель может работать с более высокими частотами вращения двигателя при положении педали рядом с закрытым положением и скоростями транспортного средства, превышающими пороговую скорость, но с давлением отработавших газов, превышающим пороговое давление. Для сравнения, во время второго условия, когда прогнозируют нажатие на педаль акселератора при низких частотах вращения двигателя, накопительный резервуар смешивания газа может быть наполнен свежим впускным воздухом и сгоревшими отработавшими газами, причем соотношение свежего впускного воздуха и сгоревших отработавших газов регулируют на основе требуемого процентного отношения РОГ в накопительном резервуаре смешивания газа.
Во время некоторых условий накопительный резервуар смешивания газа может быть наполнен первым количеством сгоревших отработавших газов с первым, более низким давлением, из выпускного коллектора, выше по потоку от турбины. Это начальное наполнение повышает процентное отношение РОГ заряда в резервуаре, но давление накопленных отработавших газов пониженное. Для дальнейшего роста давления накопленного заряда, накопительный резервуар смешивания газа могут затем еще больше наполнить вторым количеством свежего впускного воздуха со вторым, более высоким давлением, из впускной системы, ниже по потоку от от компрессора. Это более позднее наполнение слегка уменьшает процентное отношение РОГ заряда в резервуаре, но увеличивает давление заряда. Первое и второе количества могут регулировать для обеспечения требуемого процентного отношения РОГ сжатого заряда. Накопленный заряд затем может быть преимущественно выпущен во время выбранных условий двигателя с наддувом для обеспечения преимуществ РОГ высокого давления.
Согласно другому примеру, накопительный резервуар смешивания газа может быть наполнен по меньшей мере частично сгоревшими отработавшими газами (в частности, только сгоревшими отработавшими газами) во время отпускания педали акселератора при более низких частотах вращения двигателя. Для сравнения, во время отпускания педали акселератора при высоких частотах вращения двигателя, контроллер может наполнить накопительный резервуар смешивания газа по меньшей мере частично сжатым впускным воздухом из впускной системы (в частности, только сжатым впускным воздухом). Согласно иному примеру, когда подтверждены условия наполнения во время режима ОТЗ, резервуар может быть наполнен несгоревшими отработавшими газами, выпущенными из цилиндров с отключенной подачей топлива.
По существу, после наполнения, условия накопительного резервуара смешивания газа могут быть обновлены в памяти контроллера. Согласно одному примеру, условия накопительного резервуара смешивания газа могут быть обновлены с помощью одного или более датчиков, соединенных с резервуаром, таких как датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения. Однако, в других примерах, условия накопительного резервуара смешивания газа могут быть не измерены датчиком, а выведены и обновлены в памяти контроллера. Например, когда накопительный резервуар смешивания газа был недавно наполнен воздухом из впускной системы, на основе условий компрессора, температуры впускного воздуха и условий давления, а также потребностей в РОГ в момент наполнения, может быть выведено и обновлено состояние заряда в накопительном резервуаре смешивания газа. Согласно другому примеру, когда накопительный резервуар смешивания газа был только что наполнен сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, на основе рабочих условий двигателя, условий на выпуске и потребностей в РОГ в момент наполнения, может быть выведено и обновлено состояние заряда в накопительном резервуаре смешивания газа.
Согласно одному примеру, процентное отношение РОГ в накопительном резервуаре смешивания газа может быть оценено или выведено на основе одного или более из следующего: выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов, МРВ и ширина импульса топливного инжектора. Контроллер может быть выполнен с возможностью оценки объема газа, который был накоплен в резервуаре, на основе давления в накопительном резервуаре смешивания газа. Контроллер может затем оценить, какую часть этого объема занимал воздух, на основе изменений МРВ после выпуска сжатого заряда и какую часть этого объема занимало топливо на основе регулировок впрыска топлива после выпуска сжатого заряда (в частности, на основе ширины импульса топливного инжектора). Оцененное воздушно-топливное отношение могут затем определить на основе оценок воздуха и топлива. В альтернативном примере, оцененное воздушно-топливное отношение могут определять на основе выходного сигнала датчика содержания кислорода на впуске. Оцененное воздушно-топливное отношение может быть затем сравнено с измеренным воздушно-топливным отношением для регистрации ошибки. Ошибка может быть затем использована для обновления оценки процентного отношения РОГ заряда в накопительном резервуаре смешивания газа. Условия накопления накопительного резервуара смешивания газа могут быть извлечены контроллером во время последующей операции опустошения. Следует понимать, что во всех случаях наполнение может быть осуществлено во время рабочего цикла двигателя, предшествующего событию нажатия на педаль акселератора, при котором выпускается сжатый заряд.
Таким путем, накопительный резервуар смешивания газа может быть выборочно наполнен свежим впускным воздухом из впускной системы, или сгоревшими отработавшими газами из выпускного коллектора, или и тем, и другим. Наполнение свежим впускным воздухом и сгоревшими отработавшими газами может быть осуществлено для возможности накопления заряда в накопительном резервуаре смешивания газа с выбранным процентным отношением РОГ. После выборочного наполнения, например, в ответ на нажатие на педаль акселератора, сжатый заряд может быть выпущен из накопительного резервуара смешивания газа во впускную систему и/или выпускной коллектор, на основе рабочих условий двигателя в момент нажатия на педаль акселератора, тем самым для снижения турбоямы и улучшения характеристик двигателя с наддувом.
На фиг. 4 показан способ 400 для выпуска газа, содержащегося в накопительном резервуаре смешивания газа (в частности, таком как накопительный резервуар 100 смешивания газа, показанный на фиг. 1, или накопительный резервуар 200 смешивания газа, показанный на фиг. 2), в качестве подачи вторичного воздуха в выпускной коллектор или перепускной канал турбины, установленной в обход турбины, на основе рабочих условий двигателя. Согласно одному примеру, рабочие условия двигателя могут включать в себя измерение или оценку температуры первого устройства снижения токсичности отработавших газов (в частности, такого как первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов, показанное на фиг. 1), измерение или оценку температуры второго устройства снижения токсичности отработавших газов (в частности, такого как второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов, показанное на фиг. 1), и измерение или оценку частоты вращения турбины (в частности, такой как турбина 186, показанная на фиг. 1). Как раскрывалось при обсуждении фиг. 1, первое устройство снижения токсичности отработавших газов и второе устройство снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов дополнительной обработки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, тем самым, снижения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. Согласно примерному расположению (со ссылкой на способ 400 ниже и схему на фиг. 1), первое устройство снижения токсичности отработавших газов расположено выше по потоку от выпускной турбины, а второе устройство снижения токсичности отработавших газов расположено ниже по потоку от выпускной турбины.
На шаге 401 способ включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя на основе выходных сигналов от одного или более датчиков температуры, датчиков давления и т.п.и/или одного или более дополнительных рабочих условий двигателя. Рабочие условия двигателя могут дополнительно включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, расход РОГ (НД и/или ВД), массовый расход воздуха, давление на входе компрессора, расход охлаждающей жидкости и/или иные параметры, основанные на измерениях от датчиков в системе двигателя. Рабочие условия двигателя могут также включать в себя рабочие условия накопительного резервуара смешивания газа (в частности, температуру охлаждающей жидкости, давление газов, количество накопленных газов, процент отработавших газов, смешанных со впускным воздухом и т.д.).
На шаге 402 способ включает в себя определение того, выше ли температура первого устройства снижения токсичности отработавших газов порогового значения температуры. Например, пороговая температура может быть основана на рабочей температуре, при которой устройство снижения токсичности отработавших газов способно эффективно удалять углеводороды и/или другие вредные составляющие из отработавших газов. Согласно другому примеру, пороговая температура может представлять собой температуру активации каталитического нейтрализатора первого устройства снижения токсичности отработавших газов.
Если температура первого устройства снижения токсичности отработавших газов не выше порогового значения температуры на шаге 402, способ переходит на шаг 404, на котором способ включает в себя увеличение потока подачи вторичного воздуха (ПВВ) в выпускной коллектор. Согласно одному примеру, способ на шаге 404 может включать в себя следующее: контроллер приводит в действие клапан в канале между накопительным резервуаром смешивания газа и выпускным коллектором для увеличения величины потока ПВВ в выпускной коллектор из накопительного резервуара смешивания газа. Это может привести к сжиганию несгоревших углеводородов в отработавших газах, тем самым повысить тепловую энергию отработавших газов и повысить температуру первого устройства снижения токсичности отработавших газов.
Если температура первого устройства снижения токсичности отработавших газов выше порогового значения температуры на шаге 402, способ переходит на шаг 406. На шаге 406 способ включает в себя определение того, выше ли частота вращения турбины пороговой величины. Например, пороговая величина может быть основана на требуемом потоку на выходе компрессора для подачи заряда воздуха в двигатель и/или накопительный резервуар смешивания газа. Пороговая величина может быть также основана на запрошенном водителем крутящем моменте (в частности, основана на положении дросселя или положении педали акселератора).
Если частота вращения турбины, определяемая на шаге 406, не выше пороговой величины, способ переходит на шаг 404, на котором способ включает в себя увеличение подачи вторичного воздуха (ПВВ) в выпускной коллектор из накопительного резервуара смешивания газа, как объяснялось выше. Таким путем, увеличенный поток воздуха в выпускную систему (в частности, выпускной канал) выше по потоку от турбины может повысить частоту вращения турбины, тем самым увеличить вращение компрессора и подаваемый запрашиваемый крутящий момент.
На шаге 406, если частота вращения турбины выше пороговой величины, способ переходит на шаг 408. На шаге 408 способ включает в себя определение того, выше ли температура второго устройства снижения токсичности отработавших газов пороговой температуры. Например, пороговое значение температуры может быть основано на рабочей температуре, при которой второе устройство снижения токсичности отработавших газов способно эффективно удалять углеводороды и/или другие вредные составляющие из отработавших газов. Согласно одному примеру, пороговая температура может представлять собой температуру активации каталитического нейтрализатора второго устройства снижения токсичности отработавших газов.
Если температура второго устройства снижения токсичности отработавших газов не выше порогового значения температуры на шаге 408, способ переходит на шаг 410, на котором способ включает в себя увеличение потока подачи вторичного воздуха (ПВВ) в перепускной канал турбины, установленный в обход турбины. Согласно одному примеру, способ на шаге 410 включает в себя следующее: контроллер приводит в действие клапан в канале между накопительным резервуаром смешивания газа и перепускным каналом турбины для увеличения величины потока ПВВ, направляемого в перепускной канал турбины из накопительного резервуара смешивания газа, с целью сжигания несгоревших углеводородов в отработавших газах, чтобы тем самым увеличить тепловую энергию отработавших газов и увеличить температуру второго устройства снижения токсичности отработавших газов.
Если температура второго устройства снижения токсичности отработавших газов выше порогового значения температуры на шаге 408, способ переходит на шаг 412, на котором способ включает в себя снижение потока ПВВ, подаваемый в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины из накопительного резервуара смешивания газа. Например, если температура первого устройства снижения токсичности отработавших газов выше пороговой температуры на шаге 402, частота вращения турбины выше пороговой частоты вращения на шаге 406, и температура второго устройства снижения токсичности отработавших газов выше пороговой температуры на шаге 412, контроллер может привести в действие один или более клапанов, расположенных в каналах между накопительным резервуаром смешивания газа и выпускной системой, для снижения подачи вторичного воздуха. Это может привести к сохранению заряда в накопительном резервуаре смешивания газа и/или направлению заряда во впускную систему вместо выпускной системы.
В примере программы, выпускной коллектор может получать газы ПВВ до тех пор, пока первое устройство снижения токсичности отработавших газов не достигнет рабочей температуры. Выпускной коллектор может затем продолжать получать газы ПВВ до тех пор, пока не будет достигнута требуемая частота вращения турбины. Как только первое устройство снижения токсичности отработавших газов достигнет рабочей температуры, а турбина достигнет требуемой частоты вращения, газы ПВВ могут быть направлены к перепускному каналу турбины с целью ускорения нагрева второго устройства снижения токсичности отработавших газов. После того, как второе устройство снижения токсичности отработавших газов достигнет рабочей температуры, контроллер может уменьшить и/или прекратить ПВВ в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины. Таким путем, рабочие параметры системы выпускной системы могут быть оптимизированы за счет ПВВ посредством накопительного резервуара смешивания газа.
На фиг. 5 показан графический пример регулировок работы двигателя на основе запрошенного крутящего момента, а также регулировок потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа (в частности, такой как накопительный резервуар 100 смешивания газа, показанный на фиг. 1, или накопительный резервуар 200 смешивания газа, показанный на фиг. 2) на основе температуры охлаждающей жидкости, поданной в накопительный резервуар смешивания газа. Конкретнее, схема 500 показывает изменения запрошенного крутящего момента на графике 502, изменения потока охлаждающей жидкости на в накопительный резервуар смешивания газа на графиках 504, 506 и 508, изменения температуры охлаждающей жидкости двигателя на графике 512, изменения пороговой температуры охлаждающей жидкости на графике 510, изменения потока подачи вторичного воздуха (ПВВ) на графике 514, изменения потока рециркуляции отработавших газов низкого давления (РОГ НД) на графике 516, изменения потока рециркуляции отработавших газов высокого давления (РОГ ВД) на графике 518, изменения потока из накопительного резервуара смешивания газа во впускную систему для снижения помпажа компрессора на графике 520, изменения количества газов в накопительном резервуаре смешивания газа на графике 522 и изменения давления газов в накопительном резервуаре смешивания газа на графике 524. Датчик температуры охлаждающей жидкости может быть расположен на входе накопительного резервуара смешивания газа и называться в настоящей заявке датчиком температуры. ПВВ, РОГ ВД, РОГ НД и поток впускного воздуха для снижения помпажа компрессора могут подаваться по каналам, размещенным между накопительным резервуаром смешивания газа и впускной и выпускной системами двигателя (и регулировки клапанов, расположенных в этих каналах), таким как раскрыты выше со ссылкой на фиг. 1 и 2. Контроллер (такой как контроллер 169, показанный на фиг. 1) может приводить в действие исполнительные механизмы, соединенные с различными клапанами с целью регулирования ПВВ, РОГ НД, РОГ ВД и потока впускного воздуха для контроля помпажа компрессора во впускную и выпускную системы из накопительного резервуара смешивания газа, как раскрыто подробнее ниже.
До момента времени t1 запрошенный крутящий момент увеличивается (график 502). Температура охлаждающей жидкости (график 510), текущей в накопительном резервуаре смешивания газа, также увеличивается. Согласно одному примеру, увеличение запрошенного крутящего момента и температуры охлаждающей жидкости может быть обусловлено холодным запуском двигателя (в частности, переводом двигателя из нерабочего состояния в рабочее состояние). Количество воздуха (в частности, впускного воздуха и/или отработавших газов) в накопительном резервуаре смешивания газа (график 522) до момента времени t1 остается приблизительно постоянным. Кроме того, давление воздуха в накопительном резервуаре смешивания газа (график 524) до момента времени t1 остается приблизительно постоянным. В этом примере, до момента времени t1, впускной воздух и/или отработавшие газы были накоплены внутри накопительного резервуара смешивания газа во время предшествующей работы двигателя (в частности, существенное количество времени до момента времени t1). Накопленный воздух может затем быть использован во время холодного запуска, как раскрывалось выше.
В момент времени t1 контроллер (в частности, такой как контроллер 169, показанный на фиг. 1) получает запрос на подачу вторичного воздуха (ПВВ) в выпускной коллектор и/или в перепускной канал турбины. Как раскрывалось при обсуждении фиг. 3А-3В и фиг. 4, запрос на подачу вторичного воздуха может быть получен в соответствии с измеренной температурой одного или более устройств снижения токсичности отработавших газов и/или измеренной частотой вращения турбины турбонагнетателя. В ответ на запрос на ПВВ контроллер приводит в действие один или более клапанов для увеличения расхода ПВВ (график 514) в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины. Поскольку температура охлаждающей жидкости (график 510) ниже пороговой температуры охлаждающей жидкости (график 512) поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа остается отключенным (в частности, не течет в резервуар) при обеспечении ПВВ между моментом времени t1 и моментом времени t2. В это время температура охлаждающей жидкости (график 512) также увеличивается.
В период между моментами времени t1 и t2 температура охлаждающей жидкости двигателя еще не достигает пороговой величины (график 512). В ответ на то, что температура охлаждающей жидкости двигателя ниже пороговой величины, контроллер не осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа. В этом примере пороговая температура между моментами времени t1 и t2 может зависеть от температуры газов внутри накопительного резервуара смешивания газа, а также газов, входящих в резервуар из впускной системы. Это может быть благоприятный момент для введения газов с высокой температурой в выпускной коллектор для стимуляции сжигания несгоревшего топлива. В данной ситуации температура охлаждающей жидкости относительно ниже, и, таким образом, охлаждающая жидкость не течет в резервуар, так что дополнительное охлаждение газов уменьшено.
Запрошенный крутящий момент двигателя (график 502) между моментами времени t1 и t2 остается относительно постоянным, а нагрузка двигателя показана относительно низкой. Это может соответствовать фазе прогрева двигателя и/или фазе движения в крейсерском режиме, при которых запрошенный крутящий момент остается низким. В этом примере может быть запрошена ПВВ для увеличение температуры одного или более устройств снижения токсичности отработавших газов для снижения выбросов двигателя. Поскольку газы в начале направляют из накопительного резервуара смешивания газа в выпускной коллектор и/или перепускной канал турбины между моментом времени t1 и моментом времени t2, количество воздуха в резервуаре уменьшается (график 522), и давление в резервуаре уменьшается (график 524). Однако, количество воздуха в накопительном резервуаре смешивания газа достигает приблизительно постоянной величины, поскольку свежий воздух течет внутрь резервуара из впускного коллектора с целью введения в выпускной коллектор. Аналогично, давление в резервуаре достигает относительно постоянной величины вследствие потока впускного воздуха в резервуар и из него в выпускной коллектор.
Между моментами времени t2 и t3 запрошенный крутящий момент (график 502) снова увеличивается. В результате этого температура охлаждающей жидкости (график 510) также увеличивается. Пороговая температура (график 512) остается той же, т.к. поток ПВВ все еще увеличивается (график 514). Количество воздуха в резервуаре (график 522) начинает увеличиваться, и давление в резервуаре (график 524) начинает увеличиваться. В этом примере за счет увеличенного запрошенного крутящего момента на двигатель происходит увеличение количества отработавших газов, что, в свою очередь, позволяет компрессору турбонагнетателя вращаться быстрее. В накопительный резервуар смешивания газа подается больше впускного воздуха, и, хоть впускной воздух также выходит из резервуара и поступает в выпускную систему, большее количество газов поступает в резервуар, чем выходит из него.
Температура охлаждающей жидкости двигателя (график 510) продолжает увеличиваться и в момент времени t3 достигает пороговой температуры (график 512). В ответ на достижение пороговой температуры в момент времени t3, охлаждающей жидкости позволяют течь в резервуар (как показано графиком 504).
Между моментами времени t3 и t4 запрошенный крутящий момент (график 502) остается приблизительно постоянным. Температура охлаждающей жидкости двигателя (график 510) продолжает увеличиваться выше пороговой температуры (график 512). Поток охлаждающей жидкости в резервуар (график 504) увеличивается в ответ на продолжающийся поток ПВВ (график 514) в сочетании с увеличением температуры охлаждающей жидкости свыше порогового значения температуры. Эффект протекания охлаждающей жидкости в резервуар в данном примере состоит в нагреве газов внутри резервуара (и газов, проходящих через него). Как раскрывалось выше, увеличение температуры впускного газа, протекающего через резервуар, может привести к увеличению реакции сгорания в выпускном коллекторе. Количество воздуха в резервуар продолжает увеличиваться вследствие снижения потока ПВВ (график 514) и относительно постоянного запрошенного крутящего момента (график 502). Другими словами, количество газов, выходящих из резервуара, снижается, в то время как количество газов, поступающих в резервуар, остается относительно постоянным. Давление газов в резервуаре (график 524) также увеличивается вследствие увеличения температуры, обеспечиваемого охлаждающей жидкостью, а также увеличения количества газов, накопленных внутри объема резервуара (как раскрывалось выше).
В момент времени t4 поток ПВВ (график 514) останавливают. Между моментами времени t4 и t4 контроллер определяет, что, вследствие быстрого увеличения запрошенного крутящего момента (график 502), поток РОГ ВД (график 518) увеличивается в соответствии с запрошенным крутящим моментом. В ответ на это контроллер регулирует пороговую величину температуры (график 512) на основе температуры газов, находящихся внутри накопительного резервуара смешивания газа, и температуры, требуемой для РОГ ВД. В ответ на изменение порогового значения температуры и запрос на обеспечение РОГ ВД посредством накопительного резервуара смешивания газа, поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа (график 504) останавливают. Для текущего примера продолжение циркуляции охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа привело бы к нагреву газов внутри резервуара. Предпочтительно удерживать газы для РОГ ВД при более низкой температуре (как раскрывалось при обсуждении фиг. 3А-3В), и, таким образом, поток охлаждающей жидкости останавливают.
Из-за увеличенной потребности в потоке РОГ ВД, количество воздуха в резервуаре (график 522) временной падает для удовлетворения начальной потребности. Количество воздуха в резервуаре затем стабилизируется вследствие увеличенной частоты вращения турбины при увеличении запрошенного крутящего момента. Стабилизированное количество воздуха в резервуаре соответствует равным притоку и оттоку газов в/из резервуар для газа. Увеличенный поток отработавших газов (вследствие увеличенного запрошенного крутящего момента) и увеличенный поток впускного воздуха (вследствие увеличенной частоты вращения компрессора) позволяет увеличить поток в накопительный резервуар смешивания газа. В результате этого давление внутри резервуара (график 524) увеличивается до достижения стабильного значения (соответствующего равным притоку и оттоку газов, как раскрывалось выше).
Между моментами времени t5 и t6 запрошенный крутящий момент двигателя (график 502) начинает уменьшаться. В результате этого температура охлаждающей жидкости (график 510) также начинает уменьшаться. Контроллер определил, что поток РОГ ВД все еще требуется, и отрегулировал поток РОГ ВД (график 518) в соответствии с уменьшенным запрошенным крутящим моментом двигателя. Из-за пониженного запрошенного крутящего момента процентного отношения газов РОГ ВД, подаваемых в двигатель, начинает снижаться. Состав газов РОГ ВД (в частности, отношение свежего впускного воздуха к отработавшим газам) может быть отрегулировано в соответствии с уменьшающимся запрошенным крутящим моментом для обеспечения требуемой величины подачи РОГ ВД. Количество газа в резервуаре (график 522) временно снижается для соответствия потребности в потоке РОГ ВД. Давление внутри резервуара (график 524) остается приблизительно без изменения из-за повышенного процентного отношения газов РОГ в резервуаре. Повышенное процентное отношение газов РОГ указывает на то, что в смесительном резервуаре накоплено сравнительно большое количество горячих отработавших газов, и поэтому давление выше по сравнению с аналогичной массой свежего впускного воздуха. Контроллер выпускает содержимое резервуара и позволяет отработавшим газам течи по пути, обеспечивающему сохранение давления внутри резервуара.
Поскольку запрошенный крутящий момент двигателя продолжает понижаться, контроллер прогнозирует возможность помпажа компрессора. В ответ на это прогнозирование, контроллер постепенно уменьшает поток РОГ ВД до его остановки в момент времени t6. Контроллер также продолжает наполнять накопительный резервуар смешивания газа газом из впускной системы и/или выпускной системы в ожидании возможного помпажа компрессора.
В момент времени t6 запрошенный крутящий момент двигателя (график 502) понизился до величины, при которой может возникнуть помпаж компрессора. В ответ на индикацию возможного помпажа контроллер решает, что воздух из накопительного резервуара смешивания газа нужно выпустить на вход компрессора (график 520) с целью снижения помпажа компрессора. В ответ на решение снизить помпаж контроллер регулирует пороговую температуру охлаждающей жидкости (график 512) до меньшей величины на основе температуры газов в резервуаре. Температура охлаждающей жидкости двигателя (график 510) в момент времени t6 выше, чем новая пороговая температура охлаждающей жидкости, и в соответствии с этим охлаждающая жидкость начинает протекать через накопительный резервуар смешивания газа (график 506). В этом примере контроллер решает, что предпочтительно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости с целью нагрева газов внутри накопительного резервуара смешивания газа. Нагрев газов повышает давление внутри резервуара, и газы при повышенном давлении могут быть выпущены во вход компрессора для снижения помпажа.
Внезапный выпуск газов во вход компрессора (график 520) снижает количество газов, накопленных в резервуаре (522). Уменьшенное количество газов в резервуаре затем приводит к снижению давления газов в резервуаре (график 524). Запрошенный крутящий момент двигателя (график 502) затем начинает снова увеличиваться между моментами времени t6 и t7. При повышении запрошенного крутящего момента возможность помпажа компрессора снижается, и поэтому контроллер снижает поток газов из резервуара во вход компрессора до остановки потока в момент t7. Количество воздуха и давление воздуха внутри резервуара начинает увеличиваться до момента t7.
Между моментами времени t7 и t8 запрошенный крутящий момент (график 502) остается приблизительно постоянным с небольшими колебаниями. Контроллер определяет в момент времени t7, что требуется поток РОГ НД, на основе дополнительных рабочих условий двигателя. В момент времени t7 контроллер начинает увеличивать поток газов РОГ НД (график 516) в двигатель из накопительного резервуара смешивания газа. В соответствии с потоком РОГ НД контроллер регулирует пороговое значение температуры охлаждающей жидкости (512) до большей величины на основе температуры газов внутри накопительного резервуара смешивания газа. Однако, между моментами времени t7 и t8 температура охлаждающей жидкости двигателя (график 510) все еще выше пороговой величины, и поэтому охлаждающая жидкость не протекает через накопительный резервуар смешивания газа. Благоприятным будет поток газов РОГ НД с более низкими температурами (как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 3А-3В), и, таким образом, протекание охлаждающей жидкости через резервуар между моментами времени t7 и t8 привело бы к неблагоприятному эффекту повышения температуры газов.
Устойчивый запрошенный крутящий момент двигателя приводит к благоприятной возможности наполнения накопительного резервуара смешивания газа. В результате этого количество воздуха в резервуаре (график 522) начинает увеличиваться. Отношение воздуха отработавших газов к впускному воздуху изменяют посредством контроллера для поддержания постоянного давления (график 524) внутри резервуара.
После момента времени t8 температура охлаждающей жидкости двигателя (график 510) уменьшается ниже пороговой температуры охлаждающей жидкости (график 512). В соответствии со сниженной температурой охлаждающей жидкости в сочетании с продолжающимся запросом на РОГ НД, контроллер начинает пропускать охлаждающую жидкость в накопительный резервуар смешивания газа (график 508). Поток охлаждающей жидкости охлаждает газы внутри резервуара, и контроллер регулирует процентное отношение газов РОГ внутри резервуара для поддержания постоянного давления (график 524) внутри резервуара. Приток и отток газов в/из резервуара стабилизируется, так что после момента времени t8 в резервуаре содержится постоянное количество газов. Кроме того, поток РОГ НД достигает постоянной величины (график 516) в соответствии с запрошенным крутящим моментом двигателя (график 502).
Таким путем, контроллер в системе двигателя может регулировать поток газов в накопительный резервуар смешивания газа из впускной системы и/или выпускной системы на основе рабочих условий двигателя. Контроллер также может регулировать поток газов из накопительного резервуара смешивания газа в одно или более мест во впускной системе и одно или более мест в выпускной системе на основе рабочих условий двигателя. На поток газов в/из накопительного резервуара смешивания газа может оказывать влияние, по меньшей мере частично, температура охлаждающей жидкости двигателя. Контроллер может определять пороговую температуру охлаждающей жидкости для каждого происходящего процесса (в частности, поток РОГ НД, ПВВ и т.п.) и регулировать поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа на основе сравнения температуры охлаждающей жидкости двигателя с пороговой температурой охлаждающей жидкости. Поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа регулируют посредством контроллера на основе температуры охлаждающей жидкости. Поток охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа также регулируют на основе одного или более запросов на по меньшей мере частичный выпуск газов, содержащихся в накопительном резервуаре смешивания газа, для обеспечения системы двигателя подачей вторичного воздуха (ПВВ), рециркуляцией отработавших газов низкого давления (РОГ НД), рециркуляцией отработавших газов высокого давления (РОГ ВД) и/или контролем помпажа компрессора. Технический эффект регулирования потока охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа на основе одного или более запросов на ПВВ, РОГ НД, РОГ ВД и/или контроль помпажа компрессора состоит в контроле температуры газов, выпускаемых из накопительного резервуара смешивания газа во впускную/выпускную системы. Согласно одному примеру, выпуск газов из накопительного резервуара смешивания газа может быть отложен до тех пор, пока температура газа внутри резервуара не достигнет требуемой температуры, при этом требуемая температура основана на местоположении выпуска (в частности, в одно или более мест во впускной системе и/или выпускной системе). Таким путем, могут контролировать температуру газов ПВВ, РОГ НД, РОГ ВД и газов контроля помпажа компрессора для увеличения к.п.д. двигателя. Путем регулирования потоков газов в/из накопительного резервуара смешивания газа и охлаждающей жидкости в/из накопительного резервуара смешивания газа, характеристики двигателя могут быть улучшены.
На фиг. 6-9 представлены дополнительные варианты осуществления теплообменника, который может включать в себя аналогичные признаки смесительного накопительного резервуара (в частности, теплообменника), представленные выше при обсуждении фиг. 1-2. Однако, варианты осуществления теплообменника (с соответствующие приемы управления), представленные на фиг. 6-12, включают в себя теплообменник со встроенным устройством рекуперации энергии, причем устройство рекуперации энергии физически и по текучей среде соединено с теплообменником. Конкретнее, на фиг. 6 и фиг. 8 показаны дополнительные чертежи примерных систем двигателя, содержащих теплообменник, который может включать в себя аналогичные признаки, что и смесительный накопительный резервуар по фиг. 1. Система 600 двигателя, показанная на фиг. 6, и система 800 двигателя, показанная на фиг. 8, включают в себя несколько компонентов, аналогичным тем же компонентам системы 166 двигателя, показанной на фиг. 1, и имеют те же ссылочные номера. Компоненты, показанные на фиг. 6 и фиг. 8, включенные в состав системы 166 двигателя по фиг. 1 и упомянутые выше при обсуждении фиг. 1, могут не упоминаться снова при дальнейшем обсуждении фиг. 6 и фиг. 8 ниже. Аналогично, на фиг. 7 и фиг. 9 показаны дополнительные варианты осуществления теплообменника (в частности, теплообменника 700 по фиг. 7 и теплообменника 900 по фиг. 9), причем теплообменник 700 может использоваться в качестве теплообменника 601, показанного на фиг. 6, а теплообменник 900 может использоваться в качестве теплообменника 801 на фиг. 8. Обратимся сперва к фиг. 6, система 600 двигателя включает в себя двигатель 168, головку 182 цилиндров и камеры сгорания (такие как камера 180 сгорания), а также топливные инжекторы (такие как топливный инжектор 179). Система 600 двигателя также включает в себя турбонагнетатель 174, состоящий из вала 171, компрессора 184 и турбины 186. Компрессор 184 турбонагнетателя 174 размещен внутри впускной системы 670, в то время как турбина 186 турбонагнетателя 174 размещена внутри выпускной системы 672. Турбина 186 и компрессор 184 соединен посредством вала 171, как раскрывалось при обсуждении фиг. 1. Впускная система 670 включает в себя несколько компонентов, аналогичных компонентам, показанным на фиг. 1, таким как впускной канал 181, воздухоочиститель 183, охладитель 185 наддувочного воздуха, дроссель 187, впускной коллектор 176 и датчик 175 давления. Аналогично, выпускная система 672 включает в себя несколько компонентов, аналогичных компонентам, показанным на фиг. 1, таким как выпускной коллектор 178, датчик 177 давления, первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов, датчик 189 температуры, второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов, датчик 195 температуры, датчик 191 температуры, датчик 192 расхода и выпускной трубопровод 193.
Система 600 двигателя также включает в себя теплообменник 601, соединенный со впускной системой 670 и выпускной системой 672. Теплообменник 601 выполнен с возможностью приема воздуха из впускной системы 670 и выпуска этого воздуха, а также приема отработавших газов из выпускной системы 672 и выпуска этих газов, как раскрывается детальнее ниже при обсуждении фиг. 7.
Теплообменник 601 включает в себя устройство 604 рекуперации энергии, которое электрически соединено с аккумуляторной батареей 602. Согласно одному примеру, устройство 604 рекуперации энергии встроено в теплообменник 601, так чтобы устройство 604 рекуперации энергии было соединено по текучей среде и физически (в частности, непосредственно соединено без каких-либо промежуточных компонентов, разделяющих устройство 604 рекуперации энергии и теплообменник 601) с теплообменником 601. Как рассматривается подробнее ниже, каналы устройства рекуперации энергии, выполненные с возможностью пропускания отработавших газов, могут быть непосредственно соединены с каналами теплообменника, выполненного с возможностью протекания отработавших газов.
Устройство 604 рекуперации энергии может представлять собой термоэлектрический генератор (такой как генератор Зеебека, устройство Пельтье и т.п.), выполненный с возможностью преобразования тепла в электроэнергию. Например, первая сторона (не показана) устройства 604 рекуперации энергии может поддерживаться приблизительно при первой температуре посредством теплового соединения с первым резервуаром температуры. Тепловое соединение между первой стороной устройства рекуперации энергии и первым резервуаром температуры может включать в себя такие компоненты, как теплоотводы, вентиляторы, контуры циркуляции охлаждающей жидкости и т.п. в непосредственном контакте с первым резервуаром температуры для передачи тепловой энергии от первой стороны в резервуар. Первый резервуар температуры может содержать среду и/или поверхность с температурой, которая ниже температуры отработавших газов двигателя (в частности, окружающего воздуха), и может обладать сравнительно высокой удельной теплоемкостью и/или удельным объемом так, чтобы передача тепловой энергии от первой стороны устройства рекуперации энергии первому резервуару не затрагивала значительно температуру первого резервуара температуры. Вторая сторона устройства рекуперации энергии термически соединена с отработавшими газами двигателя так, чтобы вторая сторона устройства рекуперации энергии могла принимать тепловую энергию и могла нагреваться отработавшими газами. Тепловое соединение между второй стороной устройства рекуперации энергии и отработавшими газами может включать в себя такие компоненты, как теплоотводы, вентиляторы, контуры циркуляции текучей среды и т.п. в непосредственном контакте с отработавшими газами для передачи тепловой энергии от отработавших газов на вторую сторону устройства рекуперации энергии.
Аккумуляторная батарея 602 может быть выполнена с возможностью хранения электроэнергии, генерируемой устройством 604 рекуперации энергии, и подачи электроэнергии в систему 600 двигателя. Например, аккумуляторная батарея 602 может хранить электроэнергию при условиях работы двигателя, таких как раскрываемые при обсуждении фиг. 11-12 ниже. Согласно одному примеру, аккумуляторная батарея может хранить электроэнергию из устройства 604 рекуперации энергии в периоды высокой нагрузки двигателя. Накопленная электроэнергия из аккумуляторной батареи 602 может затем быть подана в систему 600 двигателя в ответ на запрос от контроллера, такого как контроллер 669 системы 667 управления. Согласно одному примеру, накопленная электроэнергия в аккумуляторной батарее 602 может использоваться во время холодного запуска двигателя и/или для подачи энергии к одному или более электрических компонентов 603 системы 600 двигателя. Примерные электрические компоненты (такие как электрические компоненты 603) могут включать в себя вспомогательные устройства системы 600 двигателя (например, лампы пассажирского салона транспортного средства), контроллер (такой как контроллер 669), один или более гидравлических насосов, нагреватели, компрессоры и т.д. Электрический компонент 603, показанный на фиг. 6, не ограничен примерами электрических компонентов, упомянутых выше. Система 600 двигателя может также содержать дополнительные электрические компоненты (в частности, помимо электрического компонента 603, не показаны), электрически соединенные с аккумуляторной батареей 602.
Контроллер 669 может иметь аналогичную конструкцию и конфигурацию, что и контроллер 169, раскрытый выше при обсуждении фиг. 1. Однако, контроллер 669 содержит инструкции и логику, специально предназначенную для работы системы 600 двигателя. В частности, контроллер 669 выполнен с инструкциями, хранящимися в долговременной памяти, для работы теплообменника 601, устройства 604 рекуперации энергии и исполнительных механизмов 663, связанных с клапанами (в частности, такими как четырехходовой клапан 650, четырехходовой клапан 633, трехходовой клапан 630, клапан 610, клапан 646 и т.д.), и датчиков в системе 600 двигателя.
Впускная система 670 и выпускная система 672 системы 600 двигателя содержат каждая множество каналов, соединенных с теплообменником 601 для прохождения газов в теплообменник 601. Канал 608 для впускного воздуха размещен выше по потоку от охладителя 185 наддувочного воздуха и ниже по потоку от компрессора 184 для подачи сжатого впускного воздуха во впускное окно 612 теплообменника 601. Клапан 610 размещен внутри канала 608 для впускного воздуха и может быть приведен в действие контроллером 669 для увеличения или уменьшения потока впускного воздуха в теплообменник 601. Обратный клапан 611 соединен с каналом 608 для впускного воздуха для снижения вероятности протекания сжатого впускного воздуха из впускного окна 612 теплообменника 601 обратно через канал 608 для впускного воздуха.
Первый канал 616 для отработавших газов соединен с выпускной системой 672 выше по потоку от первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов и подает отработавшие газы из выпускной системы 672 в первое окно 620 для отработавших газов теплообменника 601. Клапан 618 размещен внутри первого канала 616 для отработавших газов и может быть приведен в действие контроллером 669 для увеличения или уменьшения потока отработавших газов в теплообменник 601 через первый канал 616 для отработавших газов. Обратный клапан 619 соединен с первым каналом 616 для отработавших газов для снижения вероятности протекания отработавших газов из первого окна 620 для отработавших газов теплообменника 601 обратно через первый канал 616 для отработавших газов.
Четырехходовой клапан 633 размещен ниже по потоку от первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов и выше по потоку от турбины 186 в выпускной системе 672. Четырехходовой клапан 633 соединен с выпускным трубопроводом 193 и может быть приведен в действие (в частности, открыт, закрыт или перемещен с одно из множества положений между полностью открытым и полностью закрытым) для увеличения или уменьшения потока отработавших газов через выпускной трубопровод 193. Четырехходовой клапан 633 дополнительно соединен со вторым каналом 615 для отработавших газов и перепускным каналом 635 турбины. Отработавшие газы могут течь из выпускной системы 672 через второй канал 615 для отработавших газов во второе окно 623 для отработавших газов теплообменника 601, когда четырехходовой клапан 633 приведен в действие (в частности, открыт или закрыт) контроллером 669 в соответствии с примерами, раскрываемыми ниже. Приведение в действие четырехходового клапана 633 может увеличить или уменьшить поток отработавших газов из выпускного трубопровода 193 во второй канал 615 для отработавших газов. Обратный клапан 621 соединен со вторым каналом 615 для отработавших газов для снижения вероятности протекания отработавших газов из второго окна 623 для отработавших газов теплообменника 601 обратно через второй канал 615 для отработавших газов.
Четырехходовой клапан 633 может быть нормально закрыт для второго канала 615 для отработавших газов и перепускного канала 635 турбины для того, чтобы газы не текли во второй канал 615 для отработавших газов и перепускной канал 635 турбины через выпускной трубопровод 193. Однако, четырехходовой клапан 633 может быть приведен в действие (в частности, открыт) контроллером 669 для возможности протекания газов через четырехходовой клапан 633 из выпускного трубопровода во второй канал 615 для отработавших газов и/или в перепускной канал 635 турбины.
Согласно первому примеру, четырехходовой клапан 633 может быть открыт для второго канала 615 для отработавших газов и первого участка 637 выпускного трубопровода 193 для увеличения потока газов из выпускного трубопровода 193 во второй канал 615 для отработавших газов, но закрыт для перепускного канала 635 турбины для снижения потока газов через перепускной канал 635 турбины, закрыт для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для снижения потока газов к турбине 186 или закрыт и для перепускного канала 635 турбины, и для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для снижения потока газов к турбине 186 и к перепускному каналу 635 турбины. Таким путем, четырехходовой клапан 633, размещенный ниже по потоку от первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов, увеличивает поток отработавших газов в теплообменник 601 из выпускного коллектора 178 через второй канал 615 для отработавших газов, соединенный с выпускным трубопроводом 193. Согласно второму примеру, четырехходовой клапан 633 может быть открыт для перепускного канала 635 турбины и первого участка 637 выпускного трубопровода 193 для увеличения потока отработавших газов из выпускного трубопровода 193 в перепускной канал 635 турбины, и закрыт для второго канала 615 для отработавших газов для снижения потока газов ко второму каналу 615 для отработавших газов, закрыт для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для снижения потока газов к турбине 186 или закрыт и для второго канала 615 для отработавших газов, и для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для снижения потока газов ко второму каналу 615 для отработавших газов и турбине 186. Таким путем, четырехходовой клапан 633 может уменьшить поток отработавших газов через турбину 186 и уменьшить поток отработавших газов через второй канал 615 для отработавших газов к теплообменнику 601. Согласно третьему примеру, четырехходовой клапан 633 может быть открыт для первого участка 637 выпускного трубопровода 193, открыт для второго канала 615 для отработавших газов и открыт для перепускного канала 635 турбины для увеличения потока газов из выпускного трубопровода 193 во второй канал 615 для отработавших газов и перепускной канал 635 турбины, и закрыт для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для снижения потока газов через выпускной трубопровод 193 к турбине 186. Таким путем, первая часть потока газов, проходящих через выпускной трубопровод 193, направлена к теплообменнику 601 через второй канал 615 для отработавших газов, в то время как вторая часть потока газов направлена мимо турбины 186 через перепускной канал 635 турбины. Согласно четвертому примеру, четырехходовой клапан 633 может быть открыт для первого участка 637 выпускного трубопровода 193 и для второго участка 639 выпускного трубопровода 193 для увеличения потока газов из выпускного коллектора 178 через выпускной трубопровод 193 к турбине 186, но закрыт для перепускного канала 635 турбины для снижения потока газов к перепускному каналу 635 турбины, закрыт для второго канала 615 для отработавших газов для снижения потока газов к второму каналу 615 для отработавших газов или закрыт и для перепускного канала 635 турбины, и для второго канала 615 для отработавших газов для снижения потока газов к перепускному каналу 635 турбины и второму каналу 615 для отработавших газов. Таким путем, четырехходовой клапан 633 может увеличивать поток отработавших газов через турбину 186 (в частности, с целью увеличения частоты вращения турбины). Согласно пятому примеру, четырехходовой клапан 633 может быть открыт или закрыт для первого участка 637 выпускного трубопровода 193, второго участка 639 выпускного трубопровода 193, перепускного канала 635 турбины и второго канала 615 для отработавших газов для увеличения или снижения потока отработавших газов к турбине 186, перепускному каналу 635 турбины и второму каналу 615 для отработавших газов.
Путем приведения в действие четырехходового клапана 633 в соответствии с примерами, раскрытыми выше, теплообменник 601 может принимать отработавшие газы из выпускного трубопровода 193 ниже по потоку от первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов (в частности, во время условий, при которых желательно увеличение температуры первого устройства 188 снижения токсичности отработавших газов посредством потока отработавших газов, например, во время холодного запуска двигателя). Кроме того, поток газов в выпускной трубопровод 193 может быть выборочно отведен мимо турбины 186 через перепускной канал 635 турбины для снижения рабочей частоты вращения турбины 186 (в частности, для снижения вероятности возникновения закупоривания компрессора, например, во время периодов высокой нагрузки двигателя). Приведение в действие четырехходового клапана 633 может включать в себя открытие или закрытие клапана для увеличения или уменьшения прохождения потока из одного или более присоединенных каналов через четырехходовой клапан 633. Приведение в действие может также включать в себя увеличение или уменьшение величины открытия четырехходового клапана 633 до некоторого положения между полностью открытым и полностью закрытым с целью увеличения или уменьшения прохождения потока из одного или более присоединенных каналов через четырехходовой клапан 633.
Теплообменник 601 дополнительно соединен с множеством каналов впускной системы 670 и выпускной системы 672 для вывода газов из теплообменника 601. Первый возвратный канал 629 (в частности, такой же, как и второй внешний разветвленный канал 129, показанный на фиг. 1 и раскрытый выше при обсуждении фиг. 1) соединен с первым возвратным окном 628 теплообменника 601 и направляет потока сжатого воздуха из теплообменника 601. Потоком сжатого воздуха из теплообменника 601 через первый возвратный канал 629 управляют путем приведения в действие трехходового клапана 630 (в частности, аналогичного трехходовому клапану 130, показанному на фиг. 1 и раскрытому выше при обсуждении фиг. 1). Трехходовой клапан 630 дополнительно соединен с первым каналом 632 подачи вторичного воздуха (ПВВ) (в частности, таким как первый канал 132 ПВВ, показанный на фиг. 1 и раскрытый выше при обсуждении фиг. 1) и вторым каналом 631 подачи вторичного воздуха (ПВВ) (в частности, таким как второй канал 131 ПВВ, показанный на фиг. 1 и раскрытый выше при обсуждении фиг. 1). Второй канал 631 ПВВ соединен с перепускным каналом 635 турбины.
Трехходовой клапан 630 приводят в действие (например, открывают или закрывают) посредством контроллера 669 различными способами, раскрытыми при обсуждении приведения в действие трехходового клапана 130 по фиг. 1. Например, трехходовой клапан 630 может быть открыт для первого возвратного канала 629 и первого канала 632 ПВВ для увеличения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 через первый возвратный канал 629 в первый канал 632 ПВВ, и закрыт для второго канала 631 ПВВ для уменьшения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 во второй канал 631 ПВВ. Альтернативно, трехходовой клапан 630 может быть открыт для первого возвратного канала 629 и второго канала 631 ПВВ для увеличения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 во второй канал 631 ПВВ через первый возвратный канал 629, и закрыт для первого канала 632 ПВВ для уменьшения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 в первый канал 632 ПВВ. Согласно дополнительному примеру, трехходовой клапан 630 может быть открыт для первого возвратного канала 629 для увеличения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 через первый возвратный канал 629, и открыт или закрыт для первого канала 632 ПВВ и второго канала 631 ПВВ для увеличения или уменьшения потока сжатого воздуха из первого возвратного канала 629 в первый канал 632 ПВВ и второй канал 631 ПВВ.
Теплообменник 601 дополнительно соединен со вторым возвратным каналом 648 через второе возвратное окно 613 и с третьим возвратным каналом 649 через третье возвратное окно 644. Второй возвратный канал 648 соединен с впускным каналом 181 впускной системы 670 ниже по потоку от воздухоочистителя 183 и выше по потоку от компрессора 184. Поток сжатого воздуха из теплообменника 601 через второй возвратный канал 648 регулируют путем приведения в действие клапана 646. Клапан 646 может быть приведен в действие (например, открыт или закрыт) посредством контроллера 669 для увеличения или уменьшения потока сжатого воздуха из теплообменника 601 во впускной канал 181. Согласно одному примеру, клапан 646 может быть открыт для увеличения потока сжатого воздуха к компрессору 184 с целью снижения вероятности возникновения помпажа компрессора.
Третий возвратный канал 649 присоединен между третьим возвратным окном 644 и четырехходовым клапаном 650. Поток отработавших газов из третьего возвратного окна 644 теплообменника 601 через третий возвратный канал 649 можно регулировать, когда четырехходовой клапан 650 приведен в действие (в частности, открыт или закрыт) контроллером 669 в соответствии с примерами, раскрытыми ниже. Приведение в действие четырехходового клапана 650 может увеличить или уменьшить поток отработавших газов из теплообменника 601 в третий возвратный канал 649.
Четырехходовой клапан 650 может быть нормально закрыт для третьего возвратного канала 649 для того, чтобы газы не текли из теплообменника 601 в третий возвратный канал 649. Однако, четырехходовой клапан 650 может быть приведен в действие контроллером 669 для протекания отработавших газов через четырехходовой клапан 650 из теплообменника в один или более из множества каналов, соединенных с четырехходовым клапаном 650, таких как магистраль 651 возврата отработавших газов, канал 607 РОГ высокого давления (ВД) или канал 652 РОГ низкого давления (НД).
Согласно первому примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649 и канала 607 РОГ ВД для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 607 РОГ ВД, но закрыт для канала 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к каналу 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 в месте ниже по потоку от компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ ВД, подаваемых в систему 600 двигателя. Согласно второму примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649 и магистрали 651 возврата отработавших газов для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к магистрали 651 возврата отработавших газов, но закрыт для канала 652 РОГ НД и канала 607 РОГ ВД для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к каналу 652 РОГ НД и каналу 607 РОГ ВД. Таким путем, четырехходовой клапан 650 уменьшает подачу отработавших газов во впускную систему 670 и увеличивает подачу отработавших газов обратно в выпускную систему 672. Согласно третьему примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649 и канала 652 РОГ НД для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 652 РОГ НД, но закрыт для канала 607 РОГ ВД и магистрали 651 возврата отработавших газов для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к каналу 607 РОГ ВД и магистрали 651 возврата отработавших газов. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 в месте выше по потоку компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ НД, подаваемых в систему 600 двигателя. Согласно четвертому примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649, канала 607 РОГ ВД и канала 652 РОГ НД для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 607 РОГ ВД и каналу 652 РОГ НД, но закрыт для магистрали 651 возврата отработавших газов для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к магистрали 651 возврата отработавших газов. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 как выше по потоку, так и ниже по потоку от компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ НД и РОГ ВД, подаваемых в систему 600 двигателя. Согласно пятому примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649, канала 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов, но закрыт для канала 607 РОГ ВД для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к каналу 607 РОГ ВД. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 выше по потоку компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ НД, подаваемых в систему 600 двигателя и увеличивает подачу отработавших газов обратно в выпускную систему 672 через магистраль 651 возврата отработавших газов. Согласно шестому примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649, канала 607 РОГ ВД и магистрали 651 возврата отработавших газов для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 607 РОГ ВД и магистрали 651 возврата отработавших газов, но закрыт для канала 652 РОГ НД для снижения потока газов из третьего возвратного канала 649 к каналу 652 РОГ НД. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 ниже по потоку от компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ ВД, подаваемых в систему 600 двигателя и увеличивает подачу отработавших газов обратно в выпускную систему 672 через магистраль 651 возврата отработавших газов. Согласно седьмому примеру приведения в действие четырехходового клапана 650, четырехходовой клапан 650 может быть открыт для третьего возвратного канала 649, канала 607 РОГ ВД, канала 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов для увеличения потока газов через третий возвратный канал 649 к каналу 607 РОГ ВД, каналу 652 РОГ НД и магистрали 651 возврата отработавших газов. Таким путем, четырехходовой клапан 650 увеличивает подачу отработавших газов во впускную систему 670 как выше по потоку, так и ниже по потоку от компрессора 184 для регулирования количества газов РОГ НД и РОГ ВД, подаваемых в систему 600 двигателя, и увеличивает подачу отработавших газов обратно в выпускную систему 672 через магистраль 651 возврата отработавших газов.
Путем приведения в действие четырехходового клапана 650 с помощью контроллера 669 в соответствии с примерами, раскрытыми выше, через теплообменник 601 могут течь отработавшие газы для обеспечения РОГ ВД и/или РОГ НД на основе условий работы двигателя (в частности, во время условий, при которых желательно уменьшить выбросы окислов азота (NOx), а нагрузка двигателя достаточно высока). Кроме того, поток газов из теплообменника 601 может быть выборочно отведен обратно в выпускную систему 672 через магистраль 651 возврата отработавших газов для снижения количества газов РОГ, подаваемых в систему 600 двигателя (в частности, во время условий, при которых желательно высокое процентное отношение свежего впускного воздуха, например, при открытии дросселя). Приведение в действие четырехходового клапана 650 может включать в себя полное открытие или закрытие клапана для увеличения или уменьшения прохождения потока из одного или более присоединенных каналов через четырехходовой клапан 650. Приведение в действие может также включать в себя увеличение или уменьшение величины открытия четырехходового клапана 650 до некоторого положения между полностью открытым и полностью закрытым с целью увеличения или уменьшения прохождения потока из одного или более присоединенных каналов через четырехходовой клапан 650.
За счет такой конфигурации системы 600 двигателя теплообменник 601 может получать отработавшие газы из выпускной системы 672 и впускной воздух из впускной системы 670. Теплообменник может преобразовывать тепловую энергию отработавших газов в электроэнергию посредством устройства 604 рекуперации энергии, размещенного внутри теплообменника 601 и соединенного с аккумуляторной батареей 602. Теплообменник 601 может затем вернуть впускной воздух и/или отработавшие газы во впускную систему 670 и/или выпускную систему 672 для обеспечения РОГ, ПВВ и/или снижения помпажа компрессора. Таким путем, характеристики двигателя могут быть улучшены.
На фиг. 7 показан вариант осуществления теплообменника, такого как теплообменник 601, показанный на фиг. 6. Теплообменник 700, показанный на фиг. 7, включает в себя устройство рекуперации энергии (такое как устройство 604 рекуперации энергии, показанное на фиг. 6 и раскрытое выше при обсуждении фиг. 6), первое множество каналов 703, присоединенных между входным коллектором 705 впускного воздуха и выходным коллектором 708 впускного воздуха внутри корпуса 702 теплообменника 700, и второе множество каналов 709, присоединенных между входным коллектором 706 отработавших газов и выходным коллектором 707 отработавших газов внутри корпуса 702 теплообменника 700. Первое множество каналов 703 в второе множество каналов 709 теплообменника 700 выполнены вблизи друг от друга внутри внутреннего объема теплообменника 700 для облегчения передачи тепловой энергии от отработавших газов, текущих через второе множество каналов 709, впускному воздуху, текущему через первое множество каналов 703. Согласно одному примеру, второе множество каналов 709 может быть расположено приблизительно перпендикулярно первому множеству каналов 703 внутри корпуса 702 теплообменника 700 для увеличения области взаимодействия между вторым множеством каналов 709 и первым множеством каналов 703. Область взаимодействия между первым множеством каналов 703 и вторым множеством каналов 709 может содержать теплопроводный материал (например, металл) для облегчения передачи тепловой энергии от отработавших газов, текущих через второе множество каналов 709, впускному воздуху, текущему через первое множество каналов 703, при сохранении изолирования отработавших газов от впускного воздуха. Другими словами, газы внутри второго множества каналов 709 могут обмениваться тепловой энергией с впускным воздухом внутри первого множества каналов 703, но первое множество каналов 703 и второе множество каналов 709 не обмениваются газами друг с другой и/или не допускают смешивания газов.
В корпусе 702 теплообменника 700 размещено соединенное с ним множество входных и выходных окон, функционирующих аналогично окнам теплообменника 601, показанным на фиг. 6. Вариант осуществления теплообменника, показанный на фиг. 7, включает в себя первое входное окно 720 для отработавших газов, второе входное окно 714 для отработавших газов, входное окно 738 для впускного воздуха, выходное окно 742 для впускного воздуха и выходное окно 764 для отработавших газов. Другие варианты осуществления могут содержать иное число окон. Например, согласно одному варианту осуществления (не показанному), первое входное окно 720 для отработавших газов и второе входное окно 714 для отработавших газов могут быть объединены в единое входное окно для отработавших газов, принимающее поток отработавших газов из множества каналов.
Окна облегчают втекание и вытекание газов в теплообменник/из теплообменника 700. Первое входное окно 720 для отработавших газов соединено с первым входным каналом 716 для отработавших газов, таким как первый канал 616 для отработавших газов, показанный на фиг. 6 и раскрытый при обсуждении фиг. 6 выше. Первый входной канал 716 для отработавших газов соединен с местом выше по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов выпускной системы, таким как первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов выпускной системы 672, показанное на фиг. 6, и обеспечивает прохождение отработавших газов в теплообменник в направлении, обозначенном стрелкой 718. Второе входное окно 714 для отработавших газов соединено со вторым входным каналом 710 для отработавших газов, таким как второй канал 615 для отработавших газов, показанный на фиг. 6 и раскрытый при обсуждении фиг. 6 выше. Второй входной канал 710 для отработавших газов соединен с местом ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов выпускной системы и обеспечивает прохождение отработавших газов в теплообменник 700 в направлении, обозначенном стрелкой 712.
Входное окно 738 для отработавших газов соединено с каналом 734 для впускного воздуха, таким как канал 608 для впускного воздуха, показанный на фиг. 6 и раскрытый при обсуждении фиг. 6 выше. Канал 734 для впускного воздуха соединен с впускной системой ниже по потоку от компрессора, такого как компрессор 184 впускной системы 670, показанный на фиг. 6. Канал 734 впускного воздуха обеспечивает протекание впускного воздуха из впускной системы в теплообменник 700 в направлении, обозначенном стрелкой 736.
Сжатый впускной воздух течет через входное окно 738 для впускного воздуха во входной коллектор 705 для впускного воздуха (внутри внутренней части теплообменника 700) к первому множеству каналов 703 (которые могут называться в настоящей заявке впускными каналами 703 теплообменника). Впускной воздух течет через впускные каналы 703 теплообменника к выходному коллектору 708 для впускного воздуха и направляется к выходному окну 742 для впускного воздуха.
Выходное окно 742 для впускного воздуха соединено с первым выходным каналом 744 для впускного воздуха. Впускной воздух вытекает из выходного окна 742 для впускного воздуха через первый выходной канал 744 для впускного воздуха в направлении, обозначенном стрелкой 746. Первый выходной канал 744 для впускного воздуха соединен со вторым выходным каналом 750 для впускного воздуха через первый клапан 748. Второй выходной канал 750 для впускного воздуха (в частности, аналогичный второму возвратному каналу 648, показанному на фиг. 6) выборочно пропускает газы из теплообменника 700 в место выше по потоку от компрессора во впускной системе посредством приведения в действие клапана 748 контроллером (таким как контроллер 669, показанный на фиг. 6). Например, поток газов через второй выходной канал 750 для впускного воздуха из теплообменника 700 в направлении, показанном стрелкой 752, может быть увеличен или уменьшен путем приведения в действие клапана 748.
Первый выходной канал 744 для впускного воздуха дополнительно соединен с первым каналом 753 подачи вторичного воздуха и вторым каналом 756 подачи вторичного воздуха через единственный клапан 754 (в частности, трехходовой клапан 754). Первый канал 753 подачи вторичного воздуха (в частности, такой как первый канал 632 ПВВ, показанный на фиг. 6) выборочно пропускает отработавшие газы из теплообменника 700 в направлении, показанном стрелкой 755, в место выше по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов (такого как первое устройство 188 снижения токсичности отработавших газов, показанное на фиг. 6) выпускной системы (такой как выпускная система 672, показанная на фиг. 6) посредством приведения в действие трехходового клапана 754. Трехходовой клапан 754 могут открывать или закрывать посредством контроллера множеством способов аналогично приведению в действие трехходового клапана 630, раскрытому выше при обсуждении фиг. 6. Например, контроллер может открыть или закрыть трехходовой клапан 754 для первого канала 753 ПВВ для увеличения или уменьшения потока газов из первого выходного канала 744 для впускного воздуха в первый канал 753 ПВВ. Второй канал 756 подачи вторичного воздуха выборочно пропускает газы из теплообменника 700 в направлении, показанном стрелкой 758, в место ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов и ниже по потоку от турбины (такой как турбина 186, показанная на фиг. 6) посредством приведения в действие трехходового клапана 754. Например, контроллер может открыть или закрыть трехходовой клапан 754 для второго канала 756 ПВВ для увеличения или уменьшения потока газов из первого выходного канала 744 для впускного воздуха во второй канал 756 ПВВ. Таким путем, поток газов из теплообменника 700 через первый канал 753 ПВВ может быть отрегулирован путем открытия или закрытия трехходового клапана 754 для первого канала 753 ПВВ, поток газов из теплообменника 700 через второй канал 756 ПВВ может быть отрегулирован путем открытия или закрытия трехходового клапана 754 для второго канала 756 ПВВ, а поток через оба канала - первый канал 753 ПВВ и второй канал 756 ПВВ может быть отрегулирован путем открытия или закрытия трехходового клапана для первого канала 753 ПВВ и второго канала 756 ПВВ. Поток газов в первый канал 753 ПВВ и во второй канал 756 ПВВ может быть дополнительно отрегулирован путем открытия или закрытия (посредством контроллера) трехходового клапана 754 для первого выходного канала 744 для впускного воздуха и не открытия или не закрытия трехходового клапана 754 или для первого канала 753 ПВВ, или для второго канала 756 ПВВ.
В первом примере приведения в действие трехходового клапана 754 трехходовой клапан 754 может быть открыт для первого канала 753 ПВВ контроллером для увеличения потока газов из теплообменника 700 в первый канал 753 ПВВ, и закрыт для второго канала 756 ПВВ контроллером для уменьшения потока газов из теплообменника 700 во второй канал 756 ПВВ. Путем увеличения потока газов в первый канал 753 ПВВ, первое устройство снижения токсичности отработавших газов может достичь повышенной температуры с более высокой скоростью вследствие экзотермической реакции между подаваемыми газами и несгоревшим топливом в выпускной системе. Во втором примере приведения в действие трехходового клапана 754 трехходовой клапан 754 может быть закрыт для первого канала 753 ПВВ контроллером для уменьшения потока газов из теплообменника 700 в первый канал 753 ПВВ, и открыт для второго канала 756 ПВВ контроллером для увеличения потока газов из теплообменника 700 во второй канал 756 ПВВ. Путем увеличения потока газов во второй канал 756 ПВВ, второе устройство снижения токсичности отработавших газов (в частности, такое как второе устройство 190 снижения токсичности отработавших газов, показанное на фиг. 6) ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов, может достичь повышенной температуры с более высокой скоростью вследствие экзотермической реакции между подаваемыми газами и несгоревшим топливом в выпускной системе. В третьем примере приведения в действие клапана 754 трехходовой клапан 754 может быть открыт или закрыт для первого канала 753 ПВВ и для второго канала 756 ПВВ контроллером для увеличения или уменьшения потока газов из теплообменника 700 в первый канал 753 ПВВ и во второй канал 756 ПВВ. Путем регулирования (в частности, увеличения или уменьшения) потока в первый канал 753 ПВВ и во второй канал 756 ПВВ из теплообменника 700, совокупный поток газов из впускной системы в выпускную систему может быть увеличен или уменьшен для улучшения характеристик двигателя.
Отработавшие газы из выпускной системы текут через первый входной канал 716 для отработавших газов, соединенный с первым входным окном 720 для отработавших газов, в теплообменник 700. Поток газов через первый входной канал 716 для отработавших газов может быть увеличен или уменьшен контроллером посредством приведения в действие первого клапана (в частности, такого как клапан 618, показанный на фиг. 6). Отработавшие газы из выпускной системы также текут через второй входной канал 710 для отработавших газов, соединенный со вторым входным окном 714 для отработавших газов, в теплообменник 700. Поток газов через второй входной канал 710 для отработавших газов может быть увеличен или уменьшен контроллером посредством приведения в действие второго клапана (в частности, такого как клапан четырехходовой клапан 633, показанный на фиг. 6).
Первый входной канал 716 для отработавших газов пропускает газы из места выше по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов теплообменник 700, а второй входной канал 710 для отработавших газов пропускает газы из места ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов в теплообменник 700 (как раскрывалось выше). Газы, текущие через второй входной канал 710 для отработавших газов, могут иметь более низкую температуру, чем газы, текущие через первый входной канал 716 для отработавших газов, вследствие взаимодействия отработавших газов с первым устройством снижения токсичности отработавших газов. Например, первое устройство снижения токсичности отработавших газов может получать часть тепловой энергии отработавших газов перед тем, как отработавшие газы пройдут через второй входной канал 710 для отработавших газов. Путем приведения в действие первого клапана и/или второго клапана контроллером для регулирования потока отработавших газов в теплообменник через первый входной канал 716 для отработавших газов и второй входной канал 710 для отработавших газов, температура отработавших газов, входящих в теплообменник 700, может быть выборочно отрегулирована.
Отработавшие газы, поступающие в первое входное окно 720 для отработавших газов, текут через первый канал 724 для отработавших газов внутри внутренней части теплообменника 700, а отработавшие газы, поступающие во второе входное окно 714 для отработавших газов, текут через второй канал 722 для отработавших газов внутри внутренней части теплообменника 700. Первый канал 724 для отработавших газов и второй канал 722 для отработавших газов оба соединены по текучей среде с устройством 704 рекуперации энергии, размещенным внутри внутренней части теплообменника 700. Вариант осуществления теплообменника 700, показанный на фиг. 7, включает в себя устройство 704 рекуперации энергии, расположенное полностью внутри внутренней части теплообменника 700. Однако, другие варианты осуществления (не показаны) могут включать в себя, что одна или более поверхностей устройства рекуперации энергии расположены вне внутренней части теплообменника.
Устройство 704 рекуперации энергии представляет собой устройство (такое как устройство Пельтье, как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 6), которое использует тепло отработавших газов для генерации электроэнергии. Например, отработавшие газы могут течь из первого входного окна 720 для отработавших газов и/или из второго входного окна 714 для отработавших газов во входное окно 726 устройства 704 рекуперации энергии через первый канал 724 для отработавших газов или второй канал 722 для отработавших газов соответственно. Отработавшие газы, текущие через входное окно 726 устройства 704 рекуперации энергии, передают тепловую энергию электропроводному элементу 784 устройства 704 рекуперации энергии. Отработавшие газы могут затем выходить из устройства рекуперации энергии через выходное окно 728 в направлении, показанном стрелкой 732, течь через входной коллектор 706 для отработавших газов, соединенный с выходным окном 728, и течь в каналы 709 для отработавших газов теплообменника внутри внутренней части теплообменника 700. Таким путем, выходное окно 728 устройства рекуперации энергии непосредственно соединено с входным коллектором 706 для отработавших газов внутри теплообменника 700. Таким образом, отработавшие газы текут непосредственно из устройства 704 рекуперации энергии во внутреннюю часть теплообменника 700.
Клапан 785 внутри внутренней части устройства 704 рекуперации энергии может регулировать поток отработавших газов из входного окна 726 к электропроводному элементу 784. Например, клапан 785 может быть расположен внутри первого канала 786 устройства, в то время как электропроводный элемент 784 может быть расположен внутри второго канала 788 устройства. Первый канал 786 устройства, второй канал 788 устройства, клапан 785 и электропроводный элемент 784 могут каждый быть установлены внутри внутренней части устройства 704 рекуперации энергии.
Согласно одному примеру, клапан 785 может быть открыт для входного окна 726 и первого канала 786 устройства для увеличения потока отработавших газов в направлении, показанном стрелкой 787, но закрыт для второго канала 788 устройства для уменьшения потока отработавших газов в направлении, показанном стрелкой 789. Таким путем, поток отработавших газов через устройство 704 рекуперации энергии может не увеличивать выход устройства 704 рекуперации энергии.
Согласно второму примеру, клапан 785 может быть открыт для входного окна 726 и второго канала 788 устройства для увеличения потока отработавших газов в направлении, показанном стрелкой 789, но закрыт для первого канала 786 устройства для уменьшения потока отработавших газов в направлении, показанном стрелкой 787. Таким путем, поток отработавших газов к электропроводному элементу 784 может быть увеличен, и выход устройства 704 рекуперации энергии может увеличиться.
В третьем примере клапан может быть открыт или закрыт для входного окна 726, для первого канала 786 устройства и для второго канала 788 устройства для увеличения или уменьшения потока отработавших газов в направлениях стрелок 787 и 789. Таким путем, совокупный поток отработавших газов через устройство рекуперации энергии может быть отрегулирован.
В примерах открытия или закрытия клапана 785, как раскрывалось выше, открытие или закрытие клапана 785 (по отношению к одному или более соответствующих каналов) может включать в себя полное открытие клапана 785, полное закрытие клапана 785 или регулирование величины открытия клапана 785 в одно из множества положений между полностью открытым и полностью закрытым. Кроме того, когда устройство 704 рекуперации энергии описывается как «активное» или «работающее» в контексте настоящей заявки, расход отработавших газов направлении стрелки 788 (в частности, к электропроводному элементу) может быть выше порогового расхода. Когда устройство рекуперации энергии описывается как «неактивное» или «неработающее» в контексте настоящей заявки, расход отработавших газов направлении стрелки 788 может быть ниже порогового расхода.
Во время работы устройства 704 рекуперации энергии (как раскрывается более подробно ниже при обсуждении фиг. 10) электропроводный элемент 784 устройства 704 рекуперации энергии может быть нагрет посредством контакта с отработавшими газами, входящими во входное окно 726. Часть тепловой энергии, передаваемой электропроводному элементу устройства 704 рекуперации энергии, преобразуется в электроэнергию устройством 704 рекуперации энергии. В результате этого отработавшие газы, выходящие из устройства 704 рекуперации энергии, могут иметь меньшую тепловую энергию, чем отработавшие газы, входящие в устройство 704 рекуперации энергии, когда отработавшие газы текут в направлении стрелки 789 через устройство 704 рекуперации энергии. Другими словами, отработавшие газы, выходящие из выходного окна 728, могут иметь более низкую температуру, чем отработавшие газы, входящие во входное окно 726, когда устройство 704 рекуперации энергии активно. Таким путем, устройство 704 рекуперации энергии может использоваться для охлаждения отработавших газов и генерирования электроэнергии для системы двигателя (такой как система 600 двигателя, показанная на фиг. 6).
Выходное окно 728 устройства 704 рекуперации энергии соединено с входным коллектором 706 для отработавших газов, а входной коллектор 706 для отработавших газов соединен с каналами 709 для отработавших газов теплообменника. Газы, выходящие из выходного окна 728 устройства 704 рекуперации энергии, текут через входной коллектор 706 для отработавших газов в каналы 709 для отработавших газов теплообменника. Каналы 709 для отработавших газов теплообменника затем направляют отработавшие газы через выходной коллектор 707 для отработавших газов к выходному окну 764 для отработавших газов (соединенному с выходным коллектором 707 для отработавших газов) в направлении, показанном стрелкой 760.
Выходное окно 764 для отработавших газов соединено с каналом 766 вне внутренней части теплообменника 700. Четырехходовой клапан 768 (в частности, такой как четырехходовой клапан 650, показанный на фиг. 6) соединен с каналом 766 (в частности, таким как третий возвратный канал 649, показанный на фиг. 6), каналом 778 РОГ НД (в частности, таким как канал 652 РОГ НД, показанный на фиг. 6), каналом 772 РОГ ВД (в частности, таким как канал 607 РОГ ВД, показанный на фиг. 6) и магистралью 776 возврата отработавших газов (в частности, такой как магистраль 651 возврата отработавших газов, показанная на фиг. 6). Четырехходовой клапан 768 может быть приведен в действие (в частности, открыт или закрыт контроллером для увеличения или уменьшения потока газов из выходного окна 764 для отработавших газов теплообменника 700 через канал 766 в один или более из следующего: канал 772 РОГ ВД, канал 778 РОГ НД или магистраль 776 возврата отработавших газов, аналогично приведению в действие четырехходового клапана 650, раскрытому выше при обсуждении фиг. 6.
Согласно одному примеру приведения в действие четырехходового клапана 768, четырехходовой клапан 768 может быть открыт для канала 772 РОГ ВД и открыт для канала 766 для увеличения потока газов из канала 766 через канал 772 РОГ ВД, и закрыт для канала 778 РОГ НД для уменьшения потока газов через канал 778 РОГ НД, закрыт для магистрали 776 возврата отработавших газов уменьшения потока газов через магистраль 776 возврата отработавших газов, или закрыт и для канала 778 РОГ НД, и для магистрали 776 возврата отработавших газов для уменьшения потока газов и в канал 778 РОГ НД, и в магистраль 776 возврата отработавших газов. В этой конфигурации теплообменник 700 направляет отработавшие газы в направлении, показанном стрелкой 770, во впускную систему для обеспечения РОГ ВД (как раскрывалось при обсуждении фиг. 6). Согласно другому примеру, четырехходовой клапан 768 может быть открыт для канала 778 РОГ НД для увеличения потока газов через канал 778 РОГ НД, и закрыт для канала 772 РОГ ВД для уменьшения потока газов через канал 772 РОГ ВД, закрыт для магистрали 776 возврата отработавших газов для уменьшения потока газов через магистраль 776 возврата отработавших газов, или закрыт и для канала 772 РОГ ВД, и для магистрали 776 возврата отработавших газов для уменьшения потока газов и в канал 772 РОГ ВД, и в магистраль 776 возврата отработавших газов. В этой конфигурации теплообменник 700 направляет отработавшие газы в направлении, показанном стрелкой 780, во впускную систему для обеспечения РОГ НД. Согласно еще одному примеру, четырехходовой клапан 768 может быть открыт для магистрали 776 возврата отработавших газов для увеличения потока газов через магистраль 776 возврата отработавших газов, и закрыт для канала 772 РОГ ВД для уменьшения потока газов через канал 772 РОГ ВД, закрыт для канала 778 РОГ НД для уменьшения потока газов через канал 778 РОГ НД, или закрыт и для канала 772 РОГ ВД, и для канала 778 РОГ НД для уменьшения потока газов и в канал 772 РОГ ВД, и в канал 778 РОГ НД. В этой конфигурации теплообменник 700 направляет отработавшие газы в направлении, показанном стрелкой 774, обратно в выпускную систему в место выше по потоку от турбины через магистраль 776 возврата отработавших газов (в частности, аналогичную магистрали 651 возврата отработавших газов, показанной на фиг. 6). Согласно еще одному примеру, четырехходовой клапан 768 может быть открыт или закрыт для канала 778 РОГ НД, канала 772 РОГ ВД и для магистрали 776 возврата отработавших газов для увеличения или уменьшения потока газов через канал 778 РОГ НД, канал 772 РОГ ВД и магистраль 776 возврата отработавших газов, или четырехходовой клапан 768 может быть открыт или закрыт для канала 766 для увеличения или уменьшения потока газов из выходного окна 764 для отработавших газов. В этой конфигурации четырехходовой клапан 768 может регулировать поток отработавших газов в каждый из трех вышеуказанных каналов.
Согласно примеру работы теплообменника 700 в соответствии с компоновкой, показанной на фиг. 7 (и раскрытой выше), отработавшие газы текут в теплообменник 700 через оба канала - первый входной канал 716 для отработавших газов и второй входной канал 710 для отработавших газов. Отработавшие газы текут в устройство 704 рекуперации энергии и передают первую часть тепловой энергии устройству 704 рекуперации энергии. Устройство 704 рекуперации энергии преобразует некоторое количество (основанное на к.п.д. устройства рекуперации энергии) первой части тепловой энергии в электроэнергию и накапливает электроэнергию в аккумуляторной батарее (в частности, такой как аккумуляторная батарея 602, показанная на фиг. 6). Отработавшие газы затем вытекают устройства 704 рекуперации энергии через выходное окно 728, текут через входной коллектор 706 для отработавших газов в каналы 709 для отработавших газов теплообменника. Тем временем, впускной воздух из впускной системы течет через канал 734 для впускного воздуха каналы 703 для впускного воздуха теплообменника через входное окно 738 для впускного воздуха. Отработавшие газы, текущие через каналы 709 для отработавших газов теплообменника, передают вторую часть тепловой энергии впускному воздуху, текущему через каналы 703 для впускного воздуха теплообменника, за счет близости каналов 709 для отработавших газов теплообменника к каналам 703 для впускного воздуха теплообменника. Посредством этого взаимодействия температура впускного воздуха увеличивается, а температура отработавших газов уменьшается. Трехходовой клапан 754 затем открывают с помощью контроллера для второго канала 756 ПВВ для увеличения потока впускного воздуха во второй канал 756 ПВВ. Увеличенный поток впускного воздуха повышает температуру второго устройства снижения токсичности отработавших газов за счет экзотермической реакции между воздухом и отработавшими газами в выпускной системе, как раскрывалось выше. Четырехходовой клапан 768 открывают для канала 778 РОГ НД с помощью контроллера для увеличения потока отработавших газов из каналов 709 для отработавших газов теплообменника через канал 778 РОГ НД и во впускную систему. Увеличенный поток отработавших газов во впускную систему обеспечивает РОГ НД и снижает вредные выбросы из выпускной системы.
Вышеуказанная работа теплообменника 700 является одним примером протекания отработавших газов и впускного воздуха через теплообменник 700 в соответствии с конфигурацией, показанной на фиг. 7, и не ограничивает собой объем настоящего изобретения. Дополнительные способы работы раскрыты при обсуждении фиг. 10-12 ниже. Путем регулирования потока отработавших газов и впускного воздуха через теплообменник посредством приведения в действие клапанов, соединенных с входным и выходным окнами теплообменника (таких как трехходовой клапан 754 и четырехходовой клапан 768), могут быть повышены рабочие характеристики двигателя.
На фиг. 8 показано схематическое представление третьей системы двигателя, содержащей теплообменник. Система 800 двигателя по фиг. 8 содержит некоторые компоненты, аналогичные компонентам системы 600 двигателя, показанным на фиг. 6. Идентичные компоненты на фиг. 6 и фиг. 8 могут иметь аналогичные ссылочные номера и могут не упоминаться снова при обсуждении фиг. 8 ниже.
Система 800 двигателя содержит систему 867 управления. Система управления 867 состоит из датчиков 865, исполнительных механизмов 863 и контроллера 869. Датчики 865 могут включать в себя некоторые датчики (датчики температуры, датчики давления и т.д.), аналогичные показанным на фиг. 6 и могут включать в себя дополнительные датчики, показанные на фиг. 8, как раскрывалось ниже. Аналогично, исполнительные механизмы 863 могут включать в себя некоторые исполнительные механизмы (в частности, исполнительные механизмы клапанов), как раскрывалось при обсуждении фиг. 6, и могут включать в себя дополнительные исполнительные механизмы, как раскрывается ниже. Контроллер 869 может иметь аналогичную структуру и конфигурацию, что и контроллер 669, показанный на фиг. 6. Однако, контроллер 869 содержит дополнительные инструкции и/или логику в долговременной памяти для управления потоком охлаждающей жидкости внутри компонентов системы 800 двигателя. В частности, контроллер 869 содержит инструкции для регулирования потока охлаждающей жидкости в соответствии с измеренной или оцененной температурой отработавших газов (как раскрывается при обсуждении фиг. 11-12 ниже).
Теплообменник 801 соединен с впускной системой 670 и с выпускной системой 672 системы 800 двигателя и содержит устройство 604 рекуперации энергии. Согласно одному примеру, устройство 604 рекуперации энергии встроено в теплообменник 801, так чтобы устройство 604 рекуперации энергии было соединено по текучей среде и физически (в частности, непосредственно соединено без каких-либо промежуточных компонентов, разделяющих устройство 604 рекуперации энергии и теплообменник 801) с теплообменником 801. Теплообменник 801 системы 800 двигателя дополнительно соединен по текучей среде с радиатором 861. Теплообменник 801 выполнен с возможностью получения охлаждающей жидкости из радиатора 861 и возврата охлаждающей жидкости в радиатор 861. Охлаждающую жидкость направляют внутри теплообменника 801 через множество каналов для охлаждающей жидкости (как показано на фиг. 9 и раскрыто при обсуждении фиг. 9 ниже).
Теплообменник 801 содержит входное окно 864 для охлаждающей жидкости и выходное окно 854 для охлаждающей жидкости. Входное окно 864 для охлаждающей жидкости соединено с первым каналом 860 для охлаждающей жидкости, а первый канал 860 для охлаждающей жидкости соединен с радиатором 861. Клапан 862 дополнительно соединен с первым каналом 860 для охлаждающей жидкости с целью регулирования потока охлаждающей жидкости в теплообменник 801. Например, клапан 862 может быть приведен в действие (в частности, открыт или закрыт контроллером 869 для увеличения или уменьшения потока охлаждающей жидкости из радиатора 861 в теплообменник 801 в соответствии с рабочими условиями теплообменника 801. Датчик 858 температуры соединен с первым каналом 860 для охлаждающей жидкости и может передавать сигнал контроллеру 869 для индикации температуры охлаждающей жидкости внутри первого канала 860 для охлаждающей жидкости. Теплообменник 801 может возвращать охлаждающую жидкость в радиатор 861 через второй канал 856 для охлаждающей жидкости, соединенный с теплообменником 801 (через выходное окно 854 для охлаждающей жидкости) и радиатором 861.
Согласно примеру работы теплообменника 801, показанного на фиг. 8, теплообменник 801 может получать впускной воздух из впускной системы 670 через канал 608 для впускного воздуха и может также получать отработавшие газы из выпускной системы 672 через первый канал 616 для отработавших газов и/или второй канал 615 для отработавших газов. Впускной воздух может вытекать из теплообменника 801 через первый возвратный канал 629 и/или второй возвратный канал 648, а отработавшие газы могут вытекать из теплообменника 801 через третий возвратный канал 649. Кроме того, охлаждающая жидкость может течь в теплообменник 801 через первый канал 860 для охлаждающей жидкости, и охлаждающая жидкость может вытекать из теплообменника 801 через второй канал 856 для охлаждающей жидкости. Поток охлаждающей жидкости может увеличиваться или уменьшаться в соответствии с работой устройства 604 рекуперации энергии и измеренной или оцененной температурой отработавших газов (как раскрывается подробнее при обсуждении фиг. 11-12 ниже). В теплообменнике впускной воздух, отработавшие газы и охлаждающая жидкость текут отделенными друг от друга (через множество каналов теплообменника), так что поток охлаждающей жидкости, поток отработавших газов и поток впускного воздуха не смешиваются друг с другом внутри теплообменника. Таким путем, между охлаждающей жидкостью, отработавшими газами и впускным воздухом внутри теплообменника может передаваться только тепло.
Путем регулирования потока охлаждающей жидкости через теплообменник 801, может быть отрегулирована температура впускного воздуха и отработавших газов, текущих через теплообменник 801. Например, контроллер 869 может увеличить поток охлаждающей жидкости в теплообменник 801 с целью уменьшения температуры отработавших газов, текущих через теплообменник 801. Таким путем, может быть обеспечена РОГ с низкой температурой, и рабочие характеристики двигателя могут быть улучшены.
На фиг. 9 показан третий вариант осуществления теплообменника, такого как теплообменник 801, показанный на фиг. 8. Теплообменник 900, показанный на фиг. 9, включает в себя некоторые компоненты, аналогичные компонентам теплообменника 700 по фиг. 7. Компоненты, показанные на фиг. 9, также показанные на фиг. 7 и упомянутые выше при обсуждении фиг. 7, могут не упоминаться снова при дальнейшем обсуждении фиг. 9.
Теплообменник 900, показанный на фиг. 9, включает в себя устройство 704 рекуперации энергии, первое множество каналов 703 (которые могут называться в настоящей заявке каналами 703 для впускного воздуха теплообменника), присоединенных между входным коллектором 705 для впускного воздуха и выходным коллектором 708 для впускного воздуха внутри внутренней части корпуса 902 теплообменника 900, второе множество каналов 709 (которые могут называться в настоящей заявке каналами 709 отработавших газов теплообменника), присоединенных между входным коллектором 706 для отработавших газов и выходным коллектором 707 для отработавших газов внутри внутренней части корпуса 902 теплообменника 900, и множество каналов и клапанов, соединяющих теплообменник 900 с впускной системой (в частности, впускной системой 670, показанной на фиг. 8) и выпускной системой (в частности, выпускной системой 672, показанной на фиг. 8) в конфигурации, аналогичной конфигурации теплообменника 700 по фиг. 7. Теплообменник 900 дополнительно содержит третье множество каналов 910 (которые в настоящей заявке могут называться каналами 910 для охлаждающей жидкости теплообменника), присоединенными между входным коллектором 994 для охлаждающей жидкости и выходным коллектором 995 для охлаждающей жидкости внутри внутренней части корпуса 902 теплообменника 900. Аналогично компоновке, показанной на фиг. 7 и обсуждаемой выше со ссылкой на фиг. 7, каналы 709 для отработавших газов теплообменника и каналы 703 для впускного воздуха теплообменника могут быть расположены перпендикулярно друг другу. Каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника могут быть расположены перпендикулярно каждому из каналов 709 для отработавших газов теплообменника и каналов 703 для впускного воздуха теплообменника, а область взаимодействия между тремя множествами каналов (каналов 709 для отработавших газов теплообменника, каналов 703 для впускного воздуха теплообменника и каналов 910 для охлаждающей жидкости теплообменника) может содержать теплопроводный материал (например, металл). Таким путем, тепловая энергия может передаваться между впускным воздухом, протекающим через каналы 703 для впускного воздуха теплообменника, отработавшими газами, протекающими через каналы 709 для отработавших газов теплообменника, и охлаждающей жидкостью, протекающей через каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника.
Охлаждающая жидкость (в частности, из радиатора, такого как радиатор 861, показанный на фиг. 8) течет через входной канал 982 для охлаждающей жидкости (в частности, такой как первый канал 860 для охлаждающей жидкости, показанный на фиг. 8) в направлении, показанном стрелкой 984. Поток охлаждающей жидкости через входной канал 982 для охлаждающей жидкости регулируют с помощью контроллера (такого как контроллер 869, показанный на фиг. 8) посредством приведения в действие (в частности, открытия или закрытия) клапана 988 (в частности, такого как клапан 862, показанный на фиг. 8), расположенного во входном канале 982 для охлаждающей жидкости. Датчик 986 температуры (в частности, такой как датчик 858 температуры, показанный на фиг. 8) соединен со входным каналом 982 для охлаждающей жидкости и может передавать сигнал контроллеру для индикации температуры охлаждающей жидкости, текущей во входном канале 982 для охлаждающей жидкости.
Входной канал 982 для охлаждающей жидкости соединен с входным окном 990 для охлаждающей жидкости корпуса 902 теплообменника 900. Входное окно 990 для охлаждающей жидкости дополнительно соединено с входным коллектором 994 для охлаждающей жидкости, а входной коллектор 994 для охлаждающей жидкости соединен с каналами 910 для охлаждающей жидкости теплообменника. Охлаждающая жидкость может проходить через входной канал 982 для охлаждающей жидкости во входное окно 990 для охлаждающей жидкости и через входной коллектор 994 для охлаждающей жидкости в каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника. Таким путем, регулируемый (посредством открытия или закрытия клапана 988) поток охлаждающей жидкости может течь из радиатора в каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника 900.
Охлаждающая жидкость течет через каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника и направляется к выходному коллектору 995 для охлаждающей жидкости внутри внутренней части корпуса 902. Выходной коллектор 995 для охлаждающей жидкости соединен с выходным окном 996 для охлаждающей жидкости корпуса 902, а выходное окно 996 для охлаждающей жидкости дополнительно соединено с выходным каналом 998 для охлаждающей жидкости сне внутренней части корпуса 902. Охлаждающая жидкость может протекать из каналов 910 для охлаждающей жидкости теплообменника, через выходной коллектор 995 для охлаждающей жидкости в выходное окно 996 для охлаждающей жидкости и через выходной канал 998 для охлаждающей жидкости в направлении, показанном стрелкой 997.
Путем такого конфигурирования теплообменника 900 каналами 910 для охлаждающей жидкости теплообменника, каналы 910 для охлаждающей жидкости теплообменника могут выборочно получать охлаждающую жидкость из радиатора через входной коллектор 994 для охлаждающей жидкости, соединенный с входным окном 990 для охлаждающей жидкости корпуса 902, и могут возвращать охлаждающую жидкость в радиатор через выходной коллектор 995 для охлаждающей жидкости, соединенный с выходным окном 996 для охлаждающей жидкости корпуса 902. Охлаждающая жидкость может получать тепловую энергию от впускного воздуха, текущего через каналы 703 для впускного воздуха теплообменника, и/или отработавших газов, текущих через каналы 709 для отработавших газов теплообменника, и охлаждающая жидкость может передавать тепловую энергию радиатору. Контроллер может регулировать поток охлаждающей жидкости через радиатор (как раскрывается при обсуждении фиг. 11-12 ниже) посредством открытия или закрытия клапана 982 с целью регулирования величины обмена тепловой энергией (в частности, регулирования температуры) между охлаждающей жидкостью, впускным воздухом и отработавшими газами. Таким путем, характеристики двигателя могут быть улучшены.
На фиг. 10 показан способ 1000 для регулирования работы устройства рекуперации энергии (такого как устройство 704 рекуперации энергии, показанное на фиг. 7 и фиг. 9), соединенного с теплообменником (таким как теплообменник 601, показанный на фиг. 6, или теплообменник 801, показанный на фиг. 8) в соответствии с рабочими условиями двигателя (такого как двигатель 168, показанный на фиг. 6 и фиг. 8). Способ включает в себя повышение, поддержание или уменьшение выхода устройства рекуперации энергии посредством контроллера (такого как контроллер 669, показанный на фиг. 6, или контроллер 869, показанный на фиг. 8) на основе сигналов от датчиков (таких как датчики 665, раскрытые при обсуждении фиг. 6, или датчики 865 по фиг. 8) системы двигателя (такой как система 600 двигателя, показанная на фиг. 6, или система 800 двигателя, показанная на фиг. 8).
Способ на шаге 1002 включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя на основе одного или более выходных сигналов от различных датчиков в системе двигателя (в частности, таких как различные датчики температуры, датчики давления и т.д., как раскрывалось выше) и/или рабочих условий системы двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, расход РОГ (НД и/или ВД), массовый расход воздуха, частоту вращения турбины, давление на входе компрессора, температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, расход охлаждающей жидкости, потребность одного или более электрических компонентов двигателя, температуры отработавших газов, температуры впускного воздуха и т.п. Рабочие условия также могут включать в себя рабочие условия теплообменника (в частности, электрическая мощность устройства рекуперации энергии, температура отработавших газов в выпускной системе, расход газов через теплообменник и т.д.).
Способ переходит на шаг 1004, на котором способ включает в себя обнаружение режима холодного запуска двигателя. Режим холодного запуска может включать в себя перевод двигателя из нерабочего состояния в рабочее состояние, когда температура двигателя ниже пороговой температуры. Пороговая температура может быть основана на стандартной рабочей температуре двигателя во время продолжительных периодов работы с низкой и средней нагрузкой двигателя.
Согласно одному примеру, температуру двигателя могут оценить на основе сигнала, передаваемого в контроллер от одного или более датчиков, выполненных с возможностью определения температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в двигателе. Контроллер может сравнить оцененную величину температуры двигателя с пороговой величиной с целью определения наличия режима холодного запуска двигателя.
Если контроллер определяет, что двигатель находится в режиме холодного запуска на шаге 1004, способ переходит на шаг 1014, на котором способ включает в себя уменьшение выхода устройства рекуперации энергии теплообменника. Выход устройства рекуперации энергии включает в себя электрический ток, генерируемый устройством рекуперации энергии. Электрические ток генерируют в соответствии с передачей тепловой энергии устройству рекуперации энергии от отработавших газов, протекающих через устройство рекуперации энергии. Если выход устройства рекуперации энергии не может быть далее уменьшен (например, если выход равен минимальному значению), контроллер может поддерживать минимальный выход устройства рекуперации энергии. Согласно другому примеру, способ на шаге 1014 может включать в себя отключение устройства рекуперации энергии так, чтобы тепловая энергия не извлекалась от отработавших газов, проходящих через устройство рекуперации энергии в теплообменник.
Например, величина тепловой энергии, передаваемой устройству рекуперации энергии от отработавших газов, может быть пропорциональна температуре и массовому расходу отработавших газов. В результате этого электрический ток, генерируемый устройством рекуперации энергии, может также быть пропорциональным температуре и массовому расходу отработавших газов. Во время режима холодного запуска массовый расход отработавших газов через выпускную систему может быть уменьшен по сравнению с массовым расходом отработавших газов во время усредненных рабочих условий двигателя (в частности, при низких и средних нагрузках двигателя в течение продолжительного периода времени). В результате этого массовый расход отработавших газов через теплообменник (и устройство рекуперации энергии) также может быть уменьшен во время режима холодного запуска. Сниженный расход отработавших газов через теплообменник приводит к уменьшению величины тепловой энергии, доступной для теплообменника от потока отработавших газов во время режима холодного запуска по сравнению с величиной тепловой энергии, доступной для теплообменника от потока отработавших газов во время рабочих условий двигателя, когда температуры двигателя выше порогового значения (в частности, порогового значения холодного запуска, как раскрывалось выше). В ответ на режим холодного запуска, контроллер может уменьшить выход устройства рекуперации энергии с целью уменьшения величины тепловой энергии, передаваемой от отработавших газов, текущих в теплообменник (в частности, для уменьшения охлаждения отработавших газов).
Согласно одному примеру, путем уменьшения выхода устройства рекуперации энергии таким способом во время режима холодного запуска, отработавшие газы, вытекающие из устройства рекуперации энергии и текущие в каналы для отработавших газов теплообменника (такие как каналы 709 для отработавших газов теплообменника, показанные на фиг. 7 и фиг. 9), могут обладать повышенной величиной тепловой энергии по сравнению с отработавшими газами, которые текут через устройство рекуперации энергии, когда его выход не уменьшен. Согласно одному примеру, сохраненная тепловая энергия отработавших газов может быть использована теплообменником для нагрева впускного воздуха, текущего через каналы для впускного воздуха теплообменника (такие как каналы 703 для впускного воздуха теплообменника, показанные на фиг. 7 и фиг. 9). Таким путем, впускной воздух для подачи вторичного воздуха может быть подан в выпускную систему при повышенной температуре для увеличения к.п.д. экзотермической реакции (как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 7).
В одном примере уменьшения выхода устройства рекуперации энергии выход (в частности, генерируемый электрический ток) устройства рекуперации энергии может быть уменьшен путем отведения части отработавших газов от элемента устройства рекуперации энергии, выполненного с возможностью получения тепловой энергии от отработавших газов. Отработавшие газы могут быть отведены посредством приведения в действие клапана (не показан) внутри внутренней части устройства рекуперации энергии с помощью контроллера. Путем регулирования положения (в частности, величины открытия) клапана внутри устройства рекуперации энергии (такого как клапан 785, показанный на фиг. 7 и фиг. 9 и раскрытого выше) посредством контроллера, может быть отрегулирована величина потока отработавших газов, отводимая от устройства рекуперации энергии и направляемая в каналы для отработавших газов теплообменника. Таким путем, уменьшая величину открытия клапана, уменьшают выход устройства рекуперации энергии.
Если холодный запуск не обнаружен на шаге 1004, способ переходит на шаг 1006, на котором способ включает в себя определение того, меньше ли нагрузка двигателя пороговой нагрузки двигателя. Согласно одному примеру, нагрузка двигателя может быть определена на основе выходного крутящего момента двигателя. Согласно одному примеру, пороговая нагрузка двигателя может быть основана на выходном крутящего момента двигателя, типичном для средней рабочей частоты вращения двигателя. Согласно другому примеру, пороговая нагрузка двигателя может указывать на сравнительно низкую нагрузку двигателя, при которой температуры отработавших газов и/или расходы отработавших газов через выпускной канал могут быть снижены. Один или более датчиков, соединенных с двигателем, таких как датчик давления в коллекторе, датчик температуры и/или датчик массового расхода, могут передавать информацию (в частности, сигналы) в контроллер. Контроллер может интерпретировать сигналы от одного или более датчиков для определения нагрузки двигателя.
Если контроллер определяет, что нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки двигателя на шаге 1004, способ переходит на шаг 1014, на котором способ включает в себя уменьшение выхода устройства рекуперации энергии теплообменника, как объяснялось выше.
Во время периодов низкой нагрузки двигателя (в частности, периодов, в которые измеренная нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки двигателя), массовый расход отработавших газов может быть уменьшен по сравнению с периодами средней или высокой нагрузки двигателя. В результате этого контроллер может уменьшить выход устройства рекуперации энергии с целью сохранения тепловой энергии отработавших газов, вытекающих из устройства рекуперации энергии (как раскрывалось выше). Таким путем, отработавшие газы, текущие через каналы для отработавших газов теплообменника, могут передавать тепловую энергию впускному воздуху, текущему через каналы для впускного воздуха теплообменника. Отработавшие газы могут затем быть возвращены в выпускную систему при относительно высокой температуре путем уменьшения выхода устройства рекуперации энергии, по сравнению с отработавшими газами, возвращаемыми в выпускную систему без уменьшения выхода устройства рекуперации энергии.
Если определяют, что измеренная нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки двигателя на шаге 1006, способ переходит на шаг 1008, на котором способ включает в себя определение того, ниже ли температура отработавших газов пороговой температуры отработавших газов. Температура отработавших газов может быть измерена одним или более датчиков, соединенных с выпускной системой, таких как (но не ограничиваясь ими) датчик 189 температуры, показанный на фиг. 8 и фиг. 8. Согласно одному примеру, пороговая температура отработавших газов может быть основана на температуре эффективной работы устройства рекуперации энергии. Как раскрывалось при обсуждении фиг. 6, температура первой стороны устройства рекуперации энергии может поддерживаться ниже температуры второй стороны устройства рекуперации энергии с целью увеличения градиента температуры (в частности, разности температур) на устройстве. В этом случае пороговая температура отработавших газов может быть основана на температуре, определяемой контроллером для достаточного нагрева второй стороны устройства рекуперации энергии до пороговой рабочей температуры.
Если контроллер определяет, что температура отработавших газов ниже пороговой температуры отработавших газов на шаге 1008, способ переходит на шаг 1014, на котором способ включает в себя уменьшение выхода устройства рекуперации энергии теплообменника, как объяснялось выше. Например, контроллер может уменьшить выход устройства рекуперации энергии до тех пор, пока температура отработавших газов, входящих в теплообменник, не увеличится до пороговой температуры отработавших газов с целью обеспечения эффективной работы устройства рекуперации энергии.
Если определяют, что измеренная температура отработавших газов выше или равна пороговой температуре отработавших газов на шаге 1008, способ переходит на шаг 1010, на котором способ включает в себя определение активности регенерации дизельного сажевого фильтра (ДСФ) или бензинового сажевого фильтра (БСФ). Например, перед определением на шаге 1010, контроллер мог инициировать регенерацию сажевого фильтра двигателя (ДСФ для двигателя, работающего на дизельном топливе, или БСФ для двигателя, работающего на бензиновом топливе).
Если контроллер определяет, что регенерация сажевого фильтра двигателя активна на шаге 1010, способ переходит на шаг 1014, на котором способ включает в себя уменьшение выхода устройства рекуперации энергии теплообменника, как объяснялось выше. Уменьшение выхода устройства рекуперации энергии теплообменника в ответ на активность регенерации сажевого фильтра двигателя может привести к увеличению температуры отработавших газов, вытекающих из теплообменника. Увеличенная температура отработавших газов может привести к увеличению эффективности регенерации сажевого фильтра двигателя.
Если контроллер определяет, что регенерация сажевого фильтра двигателя не активна на шаге 1010, способ переходит на шаг 1012, на котором способ включает в себя увеличение или поддержание выхода устройства рекуперации энергии теплообменника. Согласно одному примеру, двигатель может работать с увеличенной нагрузкой двигателя и/или увеличенной температурой отработавших газов. Выход устройства рекуперации энергии может быть уменьшен с целью использования дополнительной тепловой энергии, подаваемой в теплообменник. Согласно второму примеру, контроллер может увеличить поток РОГ низкого давления и/или поток РОГ высокого давления при увеличении нагрузки двигателя и/или в соответствии с дополнительными рабочими условиями двигателя. В этом случае выход устройства рекуперации энергии может быть увеличен для снижения температуры отработавших газов, вытекающих из устройства рекуперации энергии, с целью снижения температуры отработавших газов для подачи РОГ. В третьем примере двигатель может работать с относительно постоянной нагрузкой двигателя в течение продолжительного периода времени, и контроллер может реализовать эффективный уровень выхода устройства рекуперации энергии в соответствии с нагрузкой двигателя. В этой ситуации выход устройства рекуперации энергии может поддерживаться (в частности, не регулироваться контроллером) с целью продолжения подачи эффективной величины генерируемой электроэнергии в систему двигателя.
На фиг. 11 показан способ 1100 для регулирования потока впускного воздуха, отработавших газов и/или охлаждающей жидкости через теплообменник (такой как теплообменник 700, показанный на фиг. 7, и/или теплообменник 900, показанный на фиг. 9) в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии (такого как устройство 704 рекуперации энергии, показанное на фиг. 7 и фиг. 9). Как раскрывается ниже, регулировка одного или более потоков может быть основана на температуре отработавших газов в месте внутри выпускной системы. Альтернативно, регулировка одного или более потоков может быть основана на оцененной температуре отработавших газов внутри теплообменника в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии.
Способ на шаге 1002 включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя на основе одного или более выходных сигналов от различных датчиков в системе двигателя и/или рабочих условий системы двигателя (в частности, таких как различные датчики температуры, датчики давления и т.д., как раскрывалось выше). Рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, расход РОГ (НД и/или ВД), массовый расход воздуха, частоту вращения турбины, давление на входе компрессора, температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, расход охлаждающей жидкости и т.п. Рабочие условия также могут включать в себя рабочие условия теплообменника (в частности, электрическая мощность устройства рекуперации энергии, температура отработавших газов и/или впускного воздуха около теплообменника, расход газов через теплообменник и т.д.).
На шаге 1104 способ включает в себя определение того, выше ли выход устройства рекуперации энергии порогового выхода. Как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 10, выход устройства рекуперации энергии включает в себя электрический ток, генерируемый устройством в соответствии с градиентом температуры на устройстве (в частности, разностью температур между первой стороной устройства и второй стороной устройства). При повышении величины градиента температуры на устройстве также увеличивается электрический ток, генерируемый устройством. Другими словами, выход устройства пропорционален величине тепловой энергии, передаваемой устройству.
Пороговый выход (в частности, пороговый электрический ток) может соответствовать конкретной величине электрического тока, генерируемого устройством. Например, контроллер (такой как контроллер 869, показанный на фиг. 8) может получать электрический сигнал от устройства рекуперации энергии. Контроллер может затем сравнивать величину полученного электрического тока с пороговым электрическим током с целью определения того, выше ли полученный электрический ток порогового электрического тока. Пороговый электрический ток может быть основан частично на минимальном электрическом токе, который указывает на то, что устройство рекуперации энергии работает и извлекает тепловую энергию от отработавших газов, проходящих через устройство рекуперации энергии. Согласно одному примеру, пороговый электрический ток может представлять собой ненулевое пороговое значение. Согласно другому примеру, пороговый электрический ток может быть по существу нулевым так, чтобы когда выход устройства рекуперации энергии выше порогового значения, оно работало и производило электрический ток посредством извлечения тепла от отработавших газов, проходящих через устройство.
Если контроллер определяет на шаге 1104, что выход устройства рекуперации энергии не выше порогового выхода, способ переходит на шаг 1106, на котором способ включает в себя регулирование одного или более из потоков впускного воздуха, отработавших газов или охлаждающей жидкости через теплообменник на основе температуры отработавших газов в выпускной системе выше по потоку от теплообменника. Например, контроллер может получить сигнал от одного или более датчиков температуры, соединенных с выпускной системой в одном или более мест (в частности, соединенных с выпускным коллектором, присоединенных ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности отработавших газов и т.д.). Контроллер может использовать сигналы от датчиков температуры для определения температуры отработавших газов, текущих через выпускную систему. В соответствии с определенной температурой контроллер может регулировать поток впускного воздуха, отработавших газов и/или охлаждающей жидкости через теплообменник посредством приведения в действие одного или более клапанов, соединенных с теплообменником (в частности, таких как четырехходовой клапан 633, показанный на фиг. 6 и фиг. 8).
Согласно одному примеру, контроллер может увеличивать поток охлаждающей жидкости через теплообменник в соответствии с определенной температурой (как раскрывалось выше) с целью охлаждения одного или более из впускного воздуха и отработавших газов, текущих через теплообменник, или контроллер может уменьшать поток охлаждающей жидкости через теплообменник с целью увеличения температуры одного или более из впускного воздуха и отработавших газов, текущих через теплообменник. Когда устройство рекуперации энергии работает с выходом, меньшим порогового выхода, уменьшенная величина тепловой энергии передается от отработавших газов, текущих через устройство рекуперации энергии. Регулирование потока охлаждающей жидкости через теплообменник посредством контроллера может компенсировать снижение охлаждающего эффекта устройства рекуперации энергии из-за сниженного выхода устройства рекуперации энергии.
Согласно другому примеру, контроллер может увеличивать поток впускного воздуха через теплообменник в соответствии с определенной температурой отработавших газов в выпускной системе с целью уменьшения температуры отработавших газов, текущих через теплообменник, или контроллер может уменьшать поток впускного воздуха через теплообменник с целью увеличения температуры отработавших газов, текущих через теплообменник. Таким путем, поток впускного воздуха через теплообменник может обеспечить дополнительный способ регулирования температуры отработавших газов, текущих через теплообменник. Поток впускного воздуха может также использоваться для регулирования температуры отработавших газов, текущих через теплообменник, который не включает в себя поток охлаждающей жидкости (в частности, такой как вариант осуществления теплообменника 700, показанный на фиг. 7).
В еще одном примере регулирование потока отработавших газов через теплообменник может обеспечить регулирование температуры впускного воздуха, текущего через теплообменник. Контроллер может увеличивать поток отработавших газов через теплообменник с целью увеличения температуры впускного воздуха, текущего через теплообменник, или контроллер может уменьшать поток отработавших газов через теплообменник с целью уменьшения температуры впускного воздуха, текущего через теплообменник. Увеличенная температура отработавших газов, текущих через теплообменник вследствие уменьшенной величины тепловой энергии, передаваемой от отработавших газов устройством рекуперации энергии, обеспечивает более эффективный нагрев впускного воздуха, текущего через теплообменник.
Если контроллер определяет на шаге 1104, что выход устройства рекуперации энергии не ниже порогового выхода, способ переходит на шаг 1108, на котором способ включает в себя оценку температуры отработавших газов, входящих в теплообменник из устройства рекуперации энергии, на основе выхода устройства рекуперации энергии. Другими словами, когда электрический ток, генерируемый устройством рекуперации энергии, выше порогового электрического тока, контроллер может оценить температуру отработавших газов, поступающих и текущих через теплообменник, на основе величины электрического тока, генерируемого устройством рекуперации энергии.
Как раскрывалось, величина электрического тока, генерируемого устройством рекуперации энергии, может быть пропорциональна разности температур между первой стороной устройства и второй стороной устройства. Первая сторона устройства может находится в примерном тепловом равновесии с первым резервуаром температуры (как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 6), таким как окружающий воздух, охлаждающая жидкость двигателя и т.д., а температура первого резервуара температуры может быть определена контроллером посредством сигналов от одного или более датчиков температуры, размещенных вблизи первого резервуара температуры. Величина электрического тока, генерируемого устройством рекуперации энергии, может затем быть интерпретирована контроллером с целью вычисления разности температур между первой стороной устройства рекуперации энергии и второй стороной устройства рекуперации энергии на основе инструкций, сохраненных в долговременной памяти контроллера. Контроллер может затем оценить температуру отработавших газов, текущих через теплообменник, на основе вычисленной разности температур между первой стороной устройства рекуперации энергии и второй стороной устройства рекуперации энергии.
После того, как контроллер оценить температуру отработавших газов, текущих через теплообменник на шаге 1108, способ переходит на шаг 1110, где способ включает в себя регулирование одного или более из впускного воздуха, отработавших газов или охлаждающей жидкости, текущих через теплообменник, на основе оцененной температуры отработавших газов. Как раскрывалось выше, (в частности, со ссылкой на 1106), регулирование одного или более из потока охлаждающей жидкости, потока впускного воздуха или потока отработавших газов через теплообменник может отрегулировать температуру впускного воздуха и/или отработавших газов, текущих через теплообменник.
В одном примере способа, на шаге 1110, как показано на шаге 1112, способ включает в себя регулирование потока впускного воздуха через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов. Например, поток впускного воздуха может быть увеличен с целью уменьшения температуры отработавших газов, или поток впускного воздуха может быть уменьшен с целью увеличения температуры отработавших газов. Согласно одному примеру, увеличение потока впускного воздуха может включать в себя регулирование величины открытия клапана, соединенного с выходом для впускного воздуха теплообменника. Клапан (такой как трехходовой клапан 754 или клапан 748, показанные на фиг. 7 и фиг. 9) может быть открыт или закрыт для канала, присоединенного между теплообменником и впускной системой и/или выпускной системой.
В первом примере регулирования потока впускного воздуха через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов выше пороговой температуры, поток впускного воздуха может быть увеличен с целью нагрева впускного воздуха для подачи вторичного воздуха в выпускную систему (в частности, для увеличения эффективности ПВВ), или уменьшен с целью увеличения потока впускного воздуха через впускную систему (в частности, увеличение потока впускного воздуха через впускную систему путем уменьшения величины потока, направляемого в теплообменник).
Во втором примере регулирования потока впускного воздуха через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов ниже пороговой температуры, поток впускного воздуха может быть увеличен с целью уменьшения риска помпажа компрессора без значительного нагрева впускного воздуха (в частности, путем уменьшения обмена тепловой энергией между впускным воздухом и отработавшими газами), или уменьшен с целью увеличения потока впускного воздуха через впускную систему (как раскрывалось выше).
Согласно другому примеру способа на шаге 1110, на шаге 1114 способ включает в себя регулирование потока отработавших газов через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов. Например, поток отработавших газов может быть увеличен с целью увеличения величины тепловой энергии, передаваемой устройству рекуперации энергии, и/или увеличения температуры впускного воздуха, текущего через теплообменник. Другими словами, увеличение потока отработавших газов может увеличить выход устройства рекуперации энергии. Согласно другому примеру, поток отработавших газов может быть уменьшен, если контроллер определяет, что передача тепловой энергии в устройство рекуперации энергии может быть уменьшена (в частности, если аккумуляторная батарея, соединенная с устройством рекуперации энергии, полностью заряжена), и/или требуется уменьшение температуры впускного воздуха, текущего через теплообменник. Согласно одному примеру, увеличение потока отработавших газов может включать в себя регулирование величины открытия клапана, соединенного с выходом для отработавших газов теплообменника. Клапан (такой как четырехходовой клапан 768, показанный на фиг. 7 и фиг. 9) может быть открыт или закрыт для одного или более каналов, присоединенных между теплообменником и впускной системой и/или выпускной системой.
В первом примере регулирования потока отработавших газов через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов выше пороговой температуры, поток отработавших газов может быть увеличен с целью увеличения выхода устройства рекуперации энергии (в частности, для увеличения количества отработавших газов, передающих тепловую энергию устройству рекуперации энергии) или для увеличения к.п.д. второго устройства снижения токсичности отработавших газов, размещенного внутри выпускной системы (в частности, для снижения рабочей температуры второго устройства снижения токсичности отработавших газов ниже пороговой температуры, например, для эффективного удаления NOx из отработавших газов), или уменьшен с целью увеличения величины охлаждения отработавших газов посредством впускного воздуха и/или охлаждающей жидкости с целью подачи охлажденных отработавших газов во впускную систему в качестве РОГ ВД (в частности, путем уменьшения количества отработавших газов, текущих через теплообменник температура отработавших газов регулируется быстрее за счет потоков впускного воздуха и/или охлаждающей жидкости).
Во втором примере регулирования потока отработавших газов через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов ниже пороговой температуры, поток отработавших газов может быть увеличен с целью увеличения выхода устройства рекуперации энергии (в частности, если пороговый заряд аккумуляторной батареи или пороговая потребность в электроэнергии системы двигателя не удовлетворены), или уменьшен с целью увеличения к.п.д. второго устройства снижения токсичности отработавших газов (в частности, путем увеличения рабочей температуры второго устройства снижения токсичности отработавших газов выше пороговой температуры, например, для эффективного удаления NOx из отработавших газов).
Согласно еще одному примеру способа на шаге 1110, на шаге 1116 способ включает в себя регулирование потока охлаждающей жидкости через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если теплообменник выполнен с возможностью протекания охлаждающей жидкости (в частности, такой как теплообменник 900, показанный на фиг. 9). Например, хотя устройство рекуперации энергии получает тепловую энергию от отработавших газов (и уменьшает температуру отработавших газов), в некоторых ситуациях может потребоваться дополнительное охлаждение (в частности, с целью обеспечения более эффективной РОГ для двигателя). Согласно одному примеру, увеличение потока охлаждающей жидкости может включать в себя регулирование величины открытия клапана, соединенного с выходом охлаждающей жидкости теплообменника. Клапан (такой как клапан 988, показанный на фиг. 9) может быть открыт или закрыт для канала, присоединенного между теплообменником и радиатором.
В первом примере регулирования потока охлаждающей жидкости через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов выше пороговой температуры, поток охлаждающей жидкости может быть увеличен с целью увеличения величины охлаждения отработавших газов за счет охлаждающей жидкости (в частности, для снижения температуры отработавших газов для подачи РОГ с целью снижения деградации двигателя), или уменьшен с целью снижения величины охлаждения отработавших газов за счет охлаждающей жидкости (для увеличения передачи тепловой энергии от отработавших газов впускному воздуху, например, для подачи вторичного воздуха).
Во втором примере регулирования потока отработавших газов через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов, если оцененная температура отработавших газов ниже пороговой температуры, поток охлаждающей жидкости может быть увеличен с целью обеспечения дополнительного охлаждения отработавших газов (в частности, для подачи РОГ, как раскрывалось выше), или уменьшен, если не требуется дополнительное охлаждение отработавших газов (в частности, если устройство рекуперации энергии в достаточной степени охлаждает отработавшие газы посредством передачи тепловой энергии от отработавших газов устройству рекуперации энергии).
Путем определения регулировки для потоков впускного воздуха, отработавших газов и/или потока охлаждающей жидкости на основе оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике или оцененной температуры отработавших газов в выпускной системе (где определение выполняют в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии), температурой отработавших газов, текущих из теплообменника, можно управлять с большей точностью. Например, оцененная температура отработавших газов дает контроллеру дополнительную информацию об условии газов, текущих через теплообменник (в частности, помимо информации о температуре отработавших газов, измеряемой перед их прохождением в устройство рекуперации энергии теплообменника). Таким путем, контроллер может более точно регулировать потоки впускного воздуха и отработавших газов из теплообменника с целью обеспечения подачи РОГ и подачи вторичного воздуха с требуемыми температурами для увеличения рабочих характеристик двигателя. На фиг. 12 показан графический пример регулировок выхода устройства рекуперации энергии (в частности, такого как устройство 704 рекуперации энергии, показанное на фиг. 7 и 9) в соответствии с рабочими условиями двигателя, а также регулировок одного или более из потока впускного воздуха, потока отработавших газов или потока охлаждающей жидкости через теплообменник (в частности, такой как теплообменник 900, показанный на фиг. 9) в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии (который согласно одному примеру может представлять собой величину электрического тока, выдаваемого устройством рекуперации энергии).
Конкретнее, диаграмма 1200 показывает изменения выходного крутящего момента двигателя на графике 1202, изменения выхода устройства рекуперации энергии на графике 1206, изменения температуры отработавших газов в выпускной системе выше по потоку от теплообменника на графике 1210, изменения оцененной температуры отработавших газов, входящих в теплообменник, на графике 1212 и графике 1214, изменения потока впускного воздуха через теплообменник на графике 1216, изменения потока отработавших газов через теплообменник на графике 1218 и изменения потока охлаждающей жидкости через теплообменник на графике 1220.
Температура отработавших газов в выпускной системе может быть определена контроллером (таким как контроллер 869, показанный на фиг. 8) на основе сигнала от одного или более датчиков температуры, соединенных с выпускной системой. Поток впускного воздуха, поток отработавших газов и поток охлаждающей жидкости в теплообменник могут подаваться по множеству каналов, расположенных между теплообменником и радиатором, впускной системой и выпускной системой (и посредством регулировок клапанов, расположенных в тех каналах), таких как каналы, раскрытые выше со ссылкой на фиг. 6-9.
Контроллер может приводить в действие исполнительные механизмы, соединенные с различными клапанами с целью регулирования потока впускного воздуха, отработавших газов и/или охлаждающей жидкости в теплообменник из впускной системы, выпускной системы и радиатора соответственно, как раскрывается ниже.
До момента времени t1 выходной крутящий момент двигателя увеличивается (график 1202). Температура отработавших газов в выпускной системе (график 1206) также увеличивается. Согласно одному примеру, увеличение выходного крутящего момента двигателя и увеличение температуры отработавших газов в выпускной системе может быть обусловлено холодным запуском двигателя (в частности, переводом двигателя из нерабочего состояния в рабочее состояние). Несмотря на увеличение температуры отработавших газов, температура отработавших газов в выпускной системе ниже пороговой температуры (график 1214). В результате этого выход устройства рекуперации энергии (график 1206) ниже порогового выхода (график 1208). В соответствии с выходом устройства рекуперации энергии, регулируют поток впускного воздуха через теплообменник (график 1216), поток отработавших газов через теплообменник (график 1218) и поток охлаждающей жидкости через теплообменник (график 1220) на основе температуры отработавших газов в выпускной системе. Конкретнее, поток впускного воздуха, отработавших газов и охлаждающей жидкости увеличиваются.
Между моментами времени t1 и t2 выходной крутящего момента двигателя (график 502) остается относительно постоянным, и, как показано, нагрузка двигателя относительно низкая. Это может соответствовать фазе прогрева двигателя и/или фазе движения в крейсерском режиме, при которых выходной крутящий момент остается низким. Выходной крутящий момент двигателя ниже порогового выходного крутящего момента (график 1204) между моментами времени t1 и t2. Кроме того, температура отработавших газов в выпускной системе (график 1210) ниже пороговой температуры отработавших газов (график 1215). В соответствии с низким (в частности, ниже порогового значения) выходным крутящим моментом двигателя и низкой температурой отработавших газов в выпускной системе, выход устройства рекуперации энергии (график 1206) не увеличивается. Хотя температура отработавших газов в выпускной системе ниже пороговой температуры между моментами времени t1 и t2, температура отработавших газов продолжает увеличиваться. Поток впускного воздуха, поток отработавших газов и поток охлаждающей жидкости через теплообменник продолжают увеличиваться в соответствии с температурой отработавших газов в выпускной системе. В момент времени t2 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) достигает порогового выходного крутящего момента (график 1204). Кроме того, температура отработавших газов в выпускной системе (график 1210) достигает пороговой температуры отработавших газов (график 1215). Между моментами времени t2 и t3 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) и температура отработавших газов в выпускной системе (график 1210) продолжает увеличиваться. В соответствии с увеличенным выходным крутящим моментом и увеличенной температурой отработавших газов (в частности, выходным крутящим моментом, превышающим пороговый выходной крутящей момент, и температурой отработавших газов, превышающей пороговую температуру отработавших газов), выход устройства рекуперации энергии (график 1206) увеличивается). Поток впускного воздуха (график 1216) и поток отработавших газов (график 1218) в теплообменник остается приблизительно постоянным, в то время как поток охлаждающей жидкости (график 1220) слегка увеличивается в соответствии с увеличением температуры отработавших газов в выпускной системе.
В момент времени t3 выход устройства рекуперации энергии (график 1206) достигает порогового выхода (график 1208). Между моментами времени t3 и t4 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) остается приблизительно постоянным выше порогового выходного крутящего момента (график 1204). Контроллер оценивает температуру отработавших газов внутри теплообменника (график 1212) в соответствии с увеличенным выходом устройства рекуперации энергии (в частности, в соответствии с выходом устройства, превышающим пороговый выход). Оцененная температура отработавших газов изначально ниже температуры отработавших газов в выпускной системе (график 1210) из-за передачи тепловой энергии от отработавших газов в устройство рекуперации энергии (как раскрывалось выше при обсуждении фиг. 10-11). При увеличении выхода устройства рекуперации энергии разность между температурой отработавших газов в выпускной системе и оцененной температурой отработавших газов в теплообменнике также увеличивается. Другими словами, при увеличении выхода устройства рекуперации энергии оцененная температура отработавших газов в теплообменнике снижается по относительно измеренной температуры отработавших газов в выпускной системе (вследствие передачи энергии, раскрытой выше). Потоки впускного воздуха, отработавших газов и охлаждающей жидкости через теплообменник между моментами времени t2 и t3 регулируют в соответствии с оцененной температурой отработавших газов внутри теплообменника (в частности, потоки не регулируют на основе измеренной температурой отработавших газов внутри выпускной системы). Конкретнее, поток впускного воздуха в теплообменник (график 1216) снижается в соответствии с оцененной температурой отработавших газов, поток отработавших газов в теплообменник (график 1218) увеличивается в соответствии с оцененной температурой отработавших газов, и поток охлаждающей жидкости в теплообменник (график 1220) слегка увеличивается в соответствии с оцененной температурой отработавших газов. Увеличение потока отработавших газов и уменьшение потока впускного воздуха может быть результатом сниженной оцененной температуры отработавших газов внутри теплообменника относительно измеренной температуры отработавших газов внутри выпускной системы.
Между моментами времени t4 и t5 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) резко увеличивается. Согласно одному примеру, увеличение выходного крутящего момента двигателя может сопровождаться сигналом от контроллера двигателю на инициирование регенерации сажевого фильтра двигателя (в частности, дизельного сажевого фильтра, бензинового сажевого фильтра и т.п.) из-за предполагаемого увеличения температуры отработавших газов. В ответ на регенерацию сажевого фильтра, выход устройства рекуперации энергии (график 1206) снижается (как раскрывалось при обсуждении фиг. 10). Однако, между моментами времени t4 и t5 выход устройства рекуперации энергии выше порогового выхода (график 1208), и в ответ на это контроллер продолжает оценивать температуру отработавших газов в теплообменнике (график 1212). При уменьшении выхода устройства рекуперации энергии оцененная температура отработавших газов в теплообменнике приближается к измеренной температуре отработавших газов в выпускной системе (график 1210). Оцененная температура отработавших газов и измеренная температура отработавших газов между t4 и t5 увеличиваются из-за увеличенного выходного крутящего момента двигателя. В соответствии с увеличенной оцененной температурой отработавших газов, контроллер увеличивает поток впускного воздуха через теплообменник (график 1216) и увеличивает поток охлаждающей жидкости через теплообменник (график 1220). Контроллер также уменьшает поток отработавших газов через теплообменник (график 1218).
В момент времени t5 выход устройства рекуперации энергии (график 1206) уменьшается ниже порогового выхода (график 1208). Между моментами времени t5 и t6 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) продолжает увеличиваться. В соответствии с тем, что выход устройства рекуперации энергии уменьшается ниже порогового выхода в момент времени t5, контроллер не продолжает оценивать температуру отработавших газов в теплообменнике между моментами времени t5 и t6. Кроме того, поток впускного воздуха (график 1216), поток отработавших газов (1218) и поток охлаждающей жидкости (график 1220) через теплообменник регулируют с помощью контроллера в соответствии с измеренной температурой отработавших газов в выпускной системе (график 1210). Например, измеренная температура отработавших газов в выпускной системе между моментами времени t5 и t6 выше последней оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике в момент времени t5. В соответствии с относительным увеличением температуры отработавших газов (в частности, измеренная температура по сравнению с ранее оцененной температурой), контроллер увеличивает потока впускного воздуха и поток охлаждающей жидкости через теплообменник и снижает поток отработавших газов через теплообменник.
В момент времени t6 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) прекращает увеличиваться и начинает уменьшаться. Согласно одному примеру, изменение выходного крутящего момента двигателя может сопровождаться завершением регенерации сажевого фильтра двигателя (как раскрывалось выше). В ответ на завершение регенерации сажевого фильтра, выход устройства рекуперации энергии (график 1206) начинает увеличиваться. Между моментами времени t6 и t7 выходной крутящий момент двигателя уменьшается, выход устройства рекуперации энергии увеличивается, а температура отработавших газов в выпускной системе (график 1210) увеличивается (в частности, увеличение вследствие остаточного тепла от регенерации сажевого фильтра). Выход устройства рекуперации энергии ниже порогового выхода (график 1208), и в ответ на это, поток впускного воздуха (график 1216), поток отработавших газов (график 1218) и потока охлаждающей жидкости (график 1220) через теплообменник регулируют на основе температуры отработавших газов в выпускной системе. Поток впускного воздуха и поток отработавших газов немного регулируют (в частности, увеличивают и уменьшают, соответственно), но они остаются относительно постоянными. Поток охлаждающей жидкости увеличивают.
В момент времени t7 выход устройства рекуперации энергии (график 1206) увеличивают до порогового выхода (график 1208). Между моментами времени t7 и t8 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) уменьшается, и температура отработавших газов в выпускной системе (график 1210) уменьшается. Выход устройства рекуперации энергии увеличивается, а затем остается относительно постоянным, когда поток впускного воздуха (график 1216), поток отработавших газов (график 1218) и поток охлаждающей жидкости (график 1220) через теплообменник регулируют в соответствии с оцененной температурой отработавших газов в теплообменнике (график 1214). Оцененная температура отработавших газов генерируется контроллером (как раскрывалось выше со ссылкой на оцененную температуру отработавших газов, показанную на графике 1212) в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии, превосходящим пороговый выход в момент t7. При увеличении выхода устройства рекуперации энергии величина тепловой энергии, передаваемой от отработавших газов, поступающих в теплообменник, также увеличивается. В результате этого разность между оцененной температурой отработавших газов в теплообменнике и измеренной температурой отработавших газов в выпускной системе увеличивается синхронно с выходом устройства рекуперации энергии. Другими словами, при увеличении выхода устройства рекуперации энергии оцененная температура отработавших газов в теплообменнике уменьшается относительно измеренной температуры отработавших газов. В соответствии с уменьшением оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике, контроллер уменьшает поток впускного воздуха (график 1216) в теплообменник, увеличивает поток отработавших газов (график 1218) в теплообменник и уменьшает поток охлаждающей жидкости (график 1220) в теплообменник.
В момент времени t8 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) уменьшается ниже порогового выходного крутящего момента (график 1204). Между моментами времени t8 и t9, в соответствии с уменьшением выходного крутящего момента двигателя ниже порогового выходного крутящего момента в момент времени t8, выход устройства рекуперации двигателя (график 1206) начинает уменьшаться. В результате уменьшения выхода устройства рекуперации энергии оцененная температура отработавших газов в теплообменнике (график 1214) начинает приближаться к измеренной температуре отработавших газов в выпускной системе (график 1210). Однако, вследствие уменьшения выходного крутящего момента двигателя оцененная температура отработавших газов и измеренная температура отработавших газов уменьшаются между моментами времени t8 и t9. В соответствии с уменьшением оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике, контроллер увеличивает поток отработавших газов (график 1218) в теплообменник, увеличивает поток впускного воздуха (график 1216) в теплообменник и уменьшает поток охлаждающей жидкости (график 1220) в теплообменник. Согласно одному примеру, поток отработавших газов и поток впускного воздуха могут быть увеличены с целью снижения риска помпажа компрессора, что показано снижением оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике.
В момент времени t9 выходной крутящий момент двигателя (график 1202) увеличился выше порогового выходного крутящего момента (график 1204). После момента времени t9 выходной крутящий момент двигателя остается приблизительно постоянным с редкими небольшими колебаниями. Выход устройства рекуперации энергии (график 1206) увеличивается и затем остается приблизительно постоянным выше порогового выхода (график 1208). В соответствии с выходом устройства рекуперации энергии контроллер продолжает оценивать температуру отработавших газов в теплообменнике (график 1214). Контроллер регулирует поток впускного воздуха (график 1216), поток отработавших газов (график 1218) и поток охлаждающей жидкости (график 1220) в соответствии с оцененной температурой отработавших газов. Поток впускного воздуха регулируют до уменьшения и затем оставляют приблизительно постоянным, поток отработавших газов регулируют для поддержания приблизительно постоянным, а поток охлаждающей жидкости регулируют до уменьшения и затем оставляют приблизительно постоянным. Таким путем, контроллер в системе двигателя может регулировать поток газов в теплообменник из впускной системы и/или выпускной системы на основе рабочих условий двигателя. Контроллер также может регулировать поток газов из теплообменника в одно или более мест во впускной системе и одно или более мест в выпускной системе на основе рабочих условий двигателя. Поток газов и/или охлаждающей жидкости может быть подвержен влиянию, по меньшей мере частично, температуры выхода устройства рекуперации энергии, и измеренной температуры отработавших газов в выпускной системе и/или оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике. Контроллер может сравнивать выход устройства рекуперации энергии с пороговым выходом для регулирования потоков впускного воздуха, отработавших газов и/или охлаждающей жидкости через теплообменник на основе оцененной температуры отработавших газов или измеренной температуры отработавших газов. Технический эффект регулирования потока впускного воздуха, потока отработавших газов и/или потока охлаждающей жидкости в теплообменник в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии состоит в управлении температурой газов, выпускаемых из теплообменника во впускную/выпускную систему и для эффективного генерирования электроэнергии с помощью устройства рекуперации энергии. Согласно одному примеру, поток газов и/или охлаждающей жидкости в теплообменник могут регулировать с целью увеличения конверсии тепловой энергии отработавших газов в электроэнергию с помощью устройства рекуперации энергии. Согласно другому примеру, выход устройства рекуперации энергии могут регулировать с целью увеличения или уменьшения оцененной температуры отработавших газов в теплообменнике. Таким путем, могут контролировать температуру газов для обеспечения ПВВ, РОГ НД, РОГ ВД и газов для снижения помпажа компрессора для увеличения к.п.д. двигателя. Кроме того, тепловую энергию отработавших газов могут использовать в качеству электроэнергии посредством устройства рекуперации энергии теплообменника, и рабочие характеристики двигателя могут быть увеличены.
В одном варианте осуществления способ для накопительного резервуара смешивания газа включает в себя регулирование потока охлаждающей жидкости через накопительный резервуар смешивания газа, соединенный по текучей среде с впускной системой и выпускной системой двигателя в ответ на запрос на подачу вторичного воздуха в выпускную систему и/или рециркуляцию отработавших газов во впускную систему через резервуар, на основе температуры охлаждающей жидкости, входящей в резервуар. В первом примере способа, способ включает в себя, после регулирования потока охлаждающей жидкости через резервуар, подачу вторичного воздуха и/или рециркуляцию отработавших газов по запросу в ответ на то, что температура газов внутри резервуара равна требуемой температуре, причем требуемая температура основана на указанном месте для подачи газов из резервуара во впускную систему и/или выпускную систему. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительного включает в себя, когда запрос является запросом на подачу вторичного воздуха в выпускную систему, выборочную подачу вторичного воздуха в выпускной коллектор и перепускной канал турбины, размещенный в обход турбины, на основе первой температуры каталитического нейтрализатора, расположенного до турбины, и второй температуры каталитического нейтрализатора, расположенного за турбиной. Третий пример способа опционально включает в себя один или более или оба из первого и второго примеров и дополнительного включает в себя, что выборочная подача вторичного воздуха включает в себя подачу вторичного воздуха в выпускной коллектор в ответ на то, что первая температура ниже первой температуры активации каталитического нейтрализатора, расположенного до турбины, и подачу вторичного воздуха в перепускной канал турбины в ответ на то, что вторая температура ниже второй температуры активации каталитического нейтрализатора, расположенного за турбиной. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по третий и дополнительного включает в себя, что в ответ на то, что запрос является запросом на подачу вторичного воздуха в выпускную систему, регулирование потока охлаждающей жидкости включает в себя: увеличение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры; и уменьшение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по четвертый и дополнительного включает в себя после регулирования потока охлаждающей жидкости через резервуар, задержку подачи вторичного воздуха в выпускную систему до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет требуемой температуры охлаждающей жидкости для подачи вторичного воздуха. Шестой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по пятый и дополнительного включает в себя, что пороговую температуру регулируют на основе температуры газа внутри резервуара перед указанным регулированием и требуемой температуры охлаждающей жидкости для подачи вторичного воздуха. Седьмой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по шестой и дополнительного включает в себя, что регулирование потока охлаждающей жидкости включает в себя поддержание текущего потока охлаждающей жидкости через резервуар в ответ на то, что запрос является запросом на подачу вторичного воздуха в выпускную систему с целью увеличения только частоты вращения турбины, независимо от температуры охлаждающей жидкости, входящего в резервуар. Восьмой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по седьмой и дополнительного включает в себя, что в ответ на то, что запрос является запросом на подачу рециркуляции отработавших газов низкого давления во впускную систему, выше по потоку от компрессора, регулирование потока охлаждающей жидкости включает в себя: увеличение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры, и есть индикация наличия конденсата у компрессора, или когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры, и нет индикации наличия конденсата у компрессора; и уменьшение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры, и нет индикации наличия конденсата у компрессора, или когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры, и есть индикация наличия конденсата у компрессора. Девятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по восьмой и дополнительного включает в себя, что в ответ на то, что запрос является запросом на подачу рециркуляции отработавших газов высокого давления во впускную систему, ниже по потоку от компрессора, регулирование потока охлаждающей жидкости включает в себя: увеличение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры; и уменьшение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры. Десятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по девятый и дополнительного включает в себя регулирование потока охлаждающей жидкости через резервуар в ответ на запрос на подачу воздуха во впускную систему, выше по потоку от компрессора, на основе помпажа компрессора, причем регулирование потока охлаждающей жидкости включает в себя: увеличение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой температуры; и уменьшение потока охлаждающей жидкости через резервуар, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой температуры. Одиннадцатый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по десятый и дополнительного включает в себя накопление газов из впускной системы и/или выпускной системы в ответ на одно или более из следующего: величина заряда, накопленного в накопительном резервуаре смешивания газа, ниже порогового уровня, давление наддува выше требуемого давления наддува для запрошенного крутящего момента и режим отсечки топлива при замедлении.
В другом варианте осуществления способ для накопительного резервуара смешивания газа включает в себя, во время первого условия, циркуляцию охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа, расположенный между впускной системой и выпускной системой двигателя, и обеспечение одного или более из подачи вторичного воздуха в выпускную систему и рециркуляции отработавших газов во впускную систему посредством накопительного резервуара смешивания газа; и во время второго условия, отмену рециркуляции охлаждающей жидкости в накопительный резервуар смешивания газа и обеспечение одного или более из подачи вторичного воздуха в выпускную систему и рециркуляции отработавших газов во впускную систему посредством накопительного резервуара смешивания газа. В первом примере способа способ включает в себя, что первое условие включает в себя: в ответ на одно или более из следующего: запрос на обеспечение подачи вторичного воздуха в выпускную систему, когда температура охлаждающей жидкости, поступающей в накопительный резервуар смешивания газа, выше первой пороговой температуры; запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов низкого давления во впускную систему, выше по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости выше второй пороговой температуры и индикация наличия конденсата у компрессора; запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов низкого давления во впускную систему, выше по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости ниже или равна второй пороговой температуре и отсутствие индикации наличия конденсата у компрессора; и запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов высокого давления во впускную систему, ниже по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости ниже или равна третьей пороговой температуре. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя, что второе условие включает в себя: в ответ на одно или более из следующего: запрос на обеспечение подачи вторичного воздуха в выпускную систему, когда температура охлаждающей жидкости, поступающей в накопительный резервуар смешивания газа, равна или ниже первой пороговой температуры; запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов низкого давления во впускную систему, выше по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости выше второй пороговой температуры и отсутствие индикации наличия конденсата у компрессора; запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов низкого давления во впускную систему, выше по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости ниже или равна второй пороговой температуре и есть индикация наличия конденсата у компрессора; и запрос на обеспечение рециркуляции отработавших газов высокого давления во впускную систему, ниже по потоку от компрессора, когда температура охлаждающей жидкости выше третьей пороговой температуры. Третий пример способ опционально включает в себя один или более или оба из первого и второго примеров и дополнительно включает в себя во время первого условия и второго условия задержку обеспечения подачи вторичного воздуха и/или рециркуляции отработавших газов посредством накопительного резервуара смешивания газа до тех пор, пока температура газа внутри накопительного резервуара смешивания газа не достигнет требуемой температуры, причем требуемая температура основана на запрошенном месте во впускной системе или выпускной системе для подачи газов из накопительного резервуара смешивания газа.
В одном варианте осуществления система для двигателя содержит накопительный резервуар смешивания газа, расположенный между впускной системой и выпускной системой двигателя и содержит: первое входное окно для газа, соединенное по текучей среде с выпускным коллектором; второе входное окно для газа, соединенное по текучей среде с впускным каналом ниже по потоку от компрессора; первое выходное окно для газа, соединенное по текучей среде с впускным каналом; второе выходное окно для газа, соединенное с выпускной системой; каналы для охлаждающей жидкости, выполненное с возможностью прохождения охлаждающей жидкости через резервуар; первый клапан, соединенный по текучей среде с каналами для охлаждающей жидкости и выполненный с возможностью регулирования потока охлаждающей жидкости через каналы для охлаждающей жидкости. В первом примере системы для двигателя система для двигателя содержит контроллер, включающий машиночитаемые инструкции для регулирования положения первого клапана в ответ на запрос на подачу газов, накопленных в резервуаре, в выпускную систему через второе выходное окно для газа и/или газов, накопленных в резервуаре, впускную систему через первое выходное окно для газа, на основе температуры охлаждающей жидкости, поступающей в каналы для охлаждающей жидкости. Второй пример системы для двигателя опционально включает в себя первый пример и дополнительно содержит, что второе выходное окно для газа выборочно соединено через второй клапан с выпускным коллектором и перепускным каналом турбины, расположенным в обход турбины выпускной системы. Третий пример системы для двигателя опционально включает в себя один или более или оба из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что первое выходное окно для газа соединено по текучей среде с впускным каналом выше по потоку от компрессора, и при этом накопительный резервуар смешивания газа дополнительно содержит третье выходное окно для газа, соединенное по текучей среде с впускным каналом ниже по потоку от компрессора.
В одном варианте осуществления способ для теплообменника включает в себя пропускание впускного воздуха через теплообменник и выборочную подачу во впускную систему и выпускную систему; пропускание отработавших газов через устройство рекуперации энергии, соединенное с теплообменником, через теплообменник и выборочную подачу во впускную и выпускную системы; и регулирование потока впускного воздуха и отработавших газов через теплообменник в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии. В первом примере способа способ включает в себя, что при пропускании отработавших газов отработавшие газы пропускают непосредственно из устройства рекуперации энергии в теплообменник и при этом поток впускного воздуха и отработавших газов не смешивают в теплообменнике. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя во время пропускания впускного воздуха и отработавших газов через теплообменник, переносят тепловую энергию между впускным воздухом и отработавшими газами внутри теплообменника. Третий пример способа опционально включает в себя один или более или оба из первого и второго примеров и дополнительно включает в себя шаг, на котором регулируют поток охлаждающей жидкости через теплообменник в соответствии с выходом устройства рекуперации энергии. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по третий и дополнительно включает в себя, что регулировка потока охлаждающей жидкости включает в себя уменьшение потока охлаждающей жидкости через теплообменник при увеличении выхода устройства рекуперации энергии. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по четвертый и дополнительно включает в себя, что регулировка потока впускного воздуха и отработавших газов через теплообменник включает в себя одно или более из следующего: уменьшение потока впускного воздуха через теплообменник при увеличении выхода устройства рекуперации энергии, или уменьшение потока отработавших газов через теплообменник при увеличении выхода устройства рекуперации энергии в сторону порогового выхода энергии. Шестой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по пятый и дополнительно включает в себя, что шаг, на котором оценивают температуру отработавших газов, поступающих в теплообменник из устройства рекуперации энергии, на основе выхода устройства рекуперации энергии и температуры отработавших газов в выпускной системе и/или нагрузки двигателя. Седьмой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по шестой и дополнительно включает в себя шаг, на котором эксплуатируют устройство рекуперации энергии в ответ на одно или более из следующего: увеличение выходного крутящего момента двигателя выше порогового выходного крутящего момента двигателя и увеличение температуры отработавших газов в выпускной системе выше пороговой температуры отработавших газов. Восьмой пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по седьмой и дополнительно включает в себя шаг, на котором не эксплуатируют устройство рекуперации энергии в ответ на одно или более из следующего: уменьшение выходного крутящего момента двигателя ниже порогового выходного крутящего момента двигателя, уменьшение температуры отработавших газов в выпускной системе ниже пороговой температуры отработавших газов, активная регенерация сажевого фильтра и холодный запуск двигателя, и пропускают отработавшие газы через устройство рекуперации энергии, без переноса тепла от отработавших газов, и в теплообменник. Девятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по восьмой и дополнительно включает в себя, что пропускание впускного воздуха через теплообменник и выборочно во впускную систему и выпускную систему включает в себя регулирование первого клапана для регулировки потока впускного воздуха из теплообменника во впускную систему, выше по потоку от компрессора, и регулирование второго клапана для регулировки потока впускного воздуха из теплообменника как в область выпускной системы, расположенную выше по потоку от первого каталитического нейтрализатора, так и в область выпускной системы, расположенную ниже по потоку от первого каталитического нейтрализатора. Десятый пример способа опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по девятый и дополнительно включает в себя, что пропускание отработавших газов через теплообменник и выборочно во впускную и выпускную системы включает в себя регулирование единственного клапана для регулировки потока отработавших газов во впускную систему выше по потоку от компрессора, во впускную систему ниже по потоку от компрессора и в выпускную систему выше по потоку от турбины.
В одном варианте осуществления система содержит: теплообменник, соединенный с впускной системой и выпускной системой и содержащий первый набор каналов, выполненных с возможностью пропускания впускного воздуха из впускной системы во впускную и/или выпускную системы, и второй набор каналов, выполненных с возможностью пропускания отработавших газов из выпускной системы во впускную систему или в выпускную систему; и устройство рекуперации энергии, объединенное с теплообменником и соединенное по текучей среде с выпускной системой и вторым набором каналов, причем есть возможность протекания отработавших газов из выпускной системы, через устройство рекуперации энергии и во второй набор каналов. В первом примере системы система содержит выходное окно устройства рекуперации энергии, непосредственно соединенное с выпускным каналом внутри теплообменника. Второй пример системы опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя, что теплообменник содержит: первое входное окно, соединенное с впускной системой посредством первого клапана и первым набором каналов; второе входное окно, непосредственно соединенное с устройством рекуперации энергии и вторым набором каналов; первое выходное окно, соединенное с первым набором каналов и выборочно соединенное с впускной системой, выше по потоку от компрессора посредством второго клапана, и выпускной системой посредством третьего клапана; и второе выходное окно, соединенное с вторым набором каналов и выборочно соединенное с впускной системой выше по потоку от компрессора, впускной системой ниже по потоку от компрессора и выпускной системой посредством четвертого клапана. Третий пример системы опционально включает в себя один или более или оба из первого и второго примеров и дополнительно включает в себя, что устройство рекуперации энергии выборочно соединено по текучей среде с выпускной системой выше по потоку от первого каталитического нейтрализатора отработавших газов и турбины и выпускной системой ниже по потоку от турбины посредством пятого клапана. Четвертый пример системы опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по третий и дополнительно включает в себя контроллер, содержащий память с долговременными машиночитаемыми инструкциями для регулирования одного или более из первого, второго, третьего, четвертого и пятого клапанов на основе выхода устройства рекуперации энергии. Пятый пример системы опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по четвертый и дополнительно включает в себя, что теплообменник дополнительно содержит третий набор каналов, выполненных с возможностью пропускания охлаждающей жидкости, причем третий набор каналов расположен между первым набором каналов и вторым набором каналов. Шестой пример системы опционально включает в себя один или более или каждый из примеров с первого по пятый и дополнительно включает в себя, что устройство рекуперации энергии содержит термоэлектрический генератор, выполненный с возможностью преобразования тепловой энергии отработавших газов в электроэнергию и выдачи электроэнергии в аккумуляторную батарею, электрически соединенную с устройством рекуперации энергии.
В другом варианте осуществления системы система содержит: теплообменник, содержащий первый набор каналов, выполненных с возможностью пропускания впускного воздуха из впускной системы и выборочно во выпускную систему и выпускную систему, второй набор каналов, выполненных с возможностью пропускания отработавших газов из выпускной системы и выборочно во впускную систему выше по потоку от компрессора, во впускную систему ниже по потоку от компрессора и в выпускную систему, и третий набор каналов, выполненных с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости; устройство рекуперации энергии, соединенное физически и по текучей среде с теплообменником и содержащее четвертый набор каналов, непосредственно присоединенных между выпускной системой и вторым набором каналов; и контроллер, содержащий долговременную память с машиночитаемыми инструкциями для: регулирования потока впускного воздуха через первый набор каналов и/или отработавших газов через второй набор каналов и/или охлаждающей жидкости через третий набор каналов на основе количества энергии, сгенерированной устройством рекуперации энергии. В первом пример системы система содержит электрический компонент, электрически соединенный с аккумуляторной батареей, которая электрически соединена с устройством рекуперации энергии и выполнена с возможностью приема от него электроэнергии, и при этом машиночитаемые инструкции дополнительно включают в себя инструкции для работы электрического компонента с помощью энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, посредством устройства рекуперации энергии.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным оснащением 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, раскрываемые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрываемые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.