ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к двигателю, имеющему устройства регулировки клапанов для избирательного изменения потока выхлопных газов из цилиндра в каждое из трубопровода рециркуляции выхлопных газов и системы выпуска.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Рециркуляция выхлопных газов (EGR) может использоваться в двигателях для снижения выбросов (например, выбросов оксидов азота), улучшения допустимых пределов детонации, улучшения эффективности сгорания и снижения потерь на дросселирование. EGR может применяться в двигателях, использующих воспламенение от сжатия или искровое зажигание. Система EGR может обеспечивать протекание выхлопных газов из одного или более цилиндров в двигателе в систему впуска двигателя через трубопровод EGR. Клапаны EGR могут быть расположены в трубопроводах EGR для регулирования потока выхлопных газов через трубопроводы.
В US 2012/0260897 (МПК F02D41/00, F02M25/07, опубл. 18.10.2012) раскрыта система EGR, имеющая два выделенных цилиндра с EGR, каждый цилиндр имеет два выпускных клапана, выполненных с возможностью обеспечения протекания выхлопных газов в трубопровод EGR или устройство очистки выхлопных газов в системе выпуска на основании конфигурации клапанных узлов в трубопроводах, присоединяющих цилиндры к системе EGR и системе выпуска. Более точно, система EGR применяет три внешних клапанных узла для регулирования потока выхлопных газов в систему EGR и систему выпуска.
Авторы выявили несколько недостатков у системы EGR, раскрытой в US 2012/0260897. Например, клапанные узлы могут быть уязвимы для термической деградации от высокотемпературных выхлопных газов, протекающих через них. Дополнительно, клапаны EGR могут быть дорогостоящими, увеличивая стоимость транспортного средства. Более того, клапанные узлы могут повышать потери в трубопроводе EGR, а также системе выпуска наряду с тем, что выпускные трубопроводы сами по себе снижают компактность двигателя.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и разработали двигатель, содержащий:
трубопровод рециркуляции выхлопных газов (EGR) в сообщении по текучей среде между первым выпускным клапаном в цилиндре и системой впуска; и
выпускной трубопровод в сообщении по текучей среде между вторым выпускным клапаном в цилиндре и устройством снижения токсичности выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен двигатель, в котором трубопровод EGR присоединен только между первым выпускным клапаном и системой впуска, причем трубопровод EGR присоединен к системе впуска в местоположении выше по потоку от всех цилиндров двигателя.
В одном из вариантов предложен двигатель, дополнительно содержащий систему регулировки клапанов, присоединенную к первому и второму выпускным клапанам цилиндра, для приведения в действие и прекращения работы клапанов.
В одном из вариантов предложен двигатель, в котором система регулировки клапанов содержит механизм прекращения работы, присоединенный к первому и второму выпускным клапанам.
В одном из дополнительных аспектов предложен двигатель, содержащий:
трубопровод рециркуляции выхлопных газов (EGR) в сообщении по текучей среде с первым выпускным клапаном в цилиндре и системой впуска;
выпускной трубопровод в сообщении по текучей среде со вторым выпускным клапаном в цилиндре и устройством снижения токсичности выхлопных газов;
первое устройство переключения профиля кулачка (CPS), присоединенное к первому выпускному клапану, избирательно приводя в работу клапан; и
второе устройство CPS, присоединенное ко второму выпускному клапану, избирательно приводя в работу клапан.
В одном из вариантов предложен двигатель, дополнительно содержащий систему управления, присоединенную к первому устройству CPS и второму устройству CPS, выполненную с возможностью:
введения в действие циклического срабатывания первого выпускного клапана в первом рабочем состоянии для обеспечения протекания выхлопных газов из цилиндра в трубопровод EGR через первое устройство CPS; и
введения в действие циклического срабатывания второго выпускного клапана во втором рабочем состоянии для обеспечения протекания выхлопных газов из цилиндра в выпускной трубопровод через второе устройство CPS, причем трубопровод EGR и выпускной трубопровод разделены по текучей среде.
В одном из вариантов предложен двигатель, в котором второй выпускной клапан больше, чем первый выпускной клапан, причем двигатель дополнительно содержит второй цилиндр, включающий в себя два или более выпускных клапанов в сообщении по текучей среде с устройством снижения токсичности выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен двигатель, в котором первый и второй выпускные клапаны имеют разные профили подъема, когда введены в действие.
В одном из вариантов предложен двигатель, дополнительно содержащий турбину, расположенную выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов, выпускной трубопровод, включающий в себя выпуск, расположенный выше по потоку от турбины, и турбину, присоединенную к компрессору в системе впуска.
Таким образом, в одном из вариантов двигатель дополнительно может включать в себя систему регулировки клапанов, такую как первая система профилей кулачков (CPS), для избирательного ввода в действие первого выпускного клапана и второго выпускного клапана. Таким образом, система регулировки клапанов может использоваться для регулировки величины EGR, подаваемой в систему впуска, и количества выхлопных газов, подаваемых в систему выпуска из одиночного цилиндра через выделенные клапаны и трубопроводы цилиндра. В результате, эффективность сгорания может улучшаться, а выбросы (например, выбросы оксидов азота) могут снижаться без сложной сети выпускных дросселей (хотя выпускные дроссели могли бы быть добавлены, если требуется).
В одном из примеров первое устройство CPS активизирует управление клапаном у первого выпускного клапана в первом состоянии и запрещает управление клапаном у первого выпускного клапана во втором состоянии. Дополнительно, второе устройство CPS активизирует управление клапаном у второго выпускного клапана во втором состоянии и запрещает управление клапаном у второго выпускного клапана в первом рабочем состоянии. Таким образом, по существу все из выхлопных газов из цилиндра могут подвергаться протеканию в трубопровод EGR в первом состоянии и подвергаться протеканию в устройство снижения токсичности выхлопных газов во втором состоянии. Первое состояние может быть, когда двигатель находится ниже пороговой температуры. В результате, устройство снижения токсичности выхлопных газов может достигать температуры розжига быстрее. Первое состояние также может предоставлять возможность для улучшенных пиковых рабочих характеристик двигателя, отводя энтальпию выхлопных газов такого цилиндра в турбину турбонагнетателя. Во втором состоянии выхлопные газы из такого цилиндра направляются во впускной коллектор в качестве EGR, улучшая экономию топлива посредством улученной эффективности сгорания, пониженных насосных потерь и ослабленной тенденции детонации. В альтернативном варианте осуществления одиночное устройство переключения кулачков может управлять совместным введением в действие/прекращением работы обоих, первого и второго, клапанов.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя;
фиг.2 показывает примерный выпускной клапан и устройство переключения профиля кулачка (CPS), которые могут быть включены в двигатель, показанный на фиг.1;
фиг.3 показывает еще один примерный выпускной клапан и устройство CPS, которые могут быть включены в двигатель, показанный на фиг.1;
фиг.4 показывает примерный толкатель, включенный в устройство CPS, показанное на фиг.3; и
фиг.5-7 показывает различные способы работы двигателя.
Фиг.3 и 4 начерчены приблизительно в масштабе, однако, если требуется, могут использоваться другие относительные размеры.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В материалах настоящего описания описан двигатель. Двигатель может включать в себя устройство регулировки клапанов, выполненное с возможностью обеспечения и прекращения потока выхлопных газов из цилиндра в трубопровод рециркуляции выхлопных газов (EGR) из цилиндра в систему выпуска. Например, первый выпускной клапан в цилиндре (присоединенный к каналу EGR, ведущему во впуск двигателя) может приводиться в действие в некоторых условиях наряду с тем, что второй выпускной клапан в цилиндре (присоединенном к выпуску других цилиндров) может приводиться в действие в других условиях. Таким образом, введение в действие/прекращение работы во время циклов сгорания в двигателе могут использоваться для регулировки потока выхлопных газов в выделенные трубопровод EGR и выпускной трубопровод. Например, по существу все из выхлопных газов в цилиндре могут протекать в трубопровод EGR (а не в систему выпуска) или систему выпуска (а не в трубопровод EGR) в разных условиях, тем самым используя выхлопные газы такого цилиндра для улучшенной экономии топлива или розжига и пиковой производительности последующей очистки выхлопных газов, как требуется. Поэтому, трубопровод EGR может не включать в себя клапан EGR в одном из примеров, если требуется. В результате, себестоимость двигателя может снижаться. Дополнительно, выпускные клапаны могут быть не равными по размеру в одном из примеров, чтобы обеспечивать разные уровни потока выхлопных газов в трубопровод EGR и выпускной трубопровод для улучшения работы с EGR и без EGR посредством обеспечения требуемых скоростей потока выхлопных газов в системы EGR и выпуска.
Фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя 10 внутреннего сгорания, включенного в силовую установку транспортного средства 100. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой 80 управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Система 20 впуска и система 22 выпуска также включены в транспортное средство 100. Система 20 впуска и система 22 выпуска изображены в качестве являющихся отдельными от двигателя 10. Однако следует принимать во внимание, что системы впуска и/или выпуска или части этих систем могут быть встроены в двигатель в одном из примеров.
Система 20 впуска выполнена с возможностью снабжать двигатель 10 всасываемым воздухом. Система 20 впуска включает в себя компрессор 24, выполненный с возможностью повышать давление, а потому, массу всасываемого воздуха. Таким образом, подвергнутый наддуву воздух может подаваться в двигатель 10 для повышения эффективности и/или отдачи сгорания, если требуется. В одном из примеров компрессор может быть компрессором с переменной геометрией. Однако, в других примерах, геометрия лопаток ротора может быть постоянной. Стрелка 26 обозначает поток всасываемого воздуха в компрессор 24. Кроме того, в других примерах, компрессор 24 может не быть включен в транспортное средство 100. Поэтому, в некоторых примерах двигатель 10 может быть безнаддувным. Компрессор 24 может быть с возможностью вращения присоединен к турбине 28 в системе 22 выпуска, обсужденной подробнее в материалах настоящего описания. Компрессор 24 и турбина 28 могут быть включены в турбонагнетатель 30. Компрессор 24 и турбина 28 могут быть механически соединены через приводной вал (не показан) и/или другое пригодное механическое соединение. Однако, в других примерах, компрессор 24 может быть с возможностью вращения присоединен к коленчатому валу 32, чтобы выдавать то, что обычно указывается ссылкой как наддув, в двигатель.
Всасываемый воздух может подаваться в компрессор 24 через воздухозаборник, который может включать в себя воздушный фильтр, в некоторых примерах. Компрессор 24 находится в сообщении по текучей среде с охладителем 34 наддувочного воздуха, выполненным с возможностью отводить тепло из всасываемого воздуха, протекающего через него. Тепло, отведенное из всасываемого воздуха, может переноситься в окружающую среду в некоторых примерах. Впускной трубопровод, обозначенный посредством стрелки 35, дает возможность сообщения по текучей среде между компрессором 24 и охладителем 34 наддувочного воздуха. Стрелка 39 обозначает сообщение по текучей среде между охладителем 34 наддувочного воздуха и впускным коллектором 36 через впускной трубопровод.
Дроссель 37 присоединен к впускному трубопроводу 35. Дроссель 37 выполнен с возможностью регулировать величину потока воздуха через впускной трубопровод 35. Дроссель 37 расположен ниже по потоку от компрессора 24 и выше по потоку от охладителя 34 наддувочного воздуха. Однако, предполагались другие подходящие положения дросселя, такие как ниже по потоку от охладителя 34 наддувочного воздуха.
Охладитель 34 наддувочного воздуха может быть выполнен в размере, необходимом для требуемой величины отвода тепла из всасываемого воздуха. Таким образом, охладитель 34 наддувочного воздуха действует в качестве теплообменника. В некоторых примерах охладитель 34 наддувочного воздуха может быть наделен размером, чтобы обеспечивать требуемую величину охлаждения для газов EGR.
Система 20 впуска дополнительно включает в себя впускной коллектор 36 и впускные направляющие 38. В некоторых примерах впускной коллектор 36 и/или впускные направляющие 38 могут быть интегрированы в двигатель 10. Впускной коллектор 36 находится в сообщении по текучей среде с охладителем 34 наддувочного воздуха. Впускные направляющие 38 находятся в сообщении по текучей среде с впускными клапанами 40 в двигателе 10. Впускные клапаны 40 включены в или присоединены к цилиндрам (41, 42, 43 и 44) в двигателе 10. Впускные клапаны 40 выполнены с возможностью открываться и закрываться, чтобы разрешать и запрещать поток всасываемого воздуха из впускных направляющих 38 в цилиндры (41, 42, 43 и 44). Впускные клапаны 40, например, могут быть тарельчатыми клапанами.
Двигатель 10 изображен в качестве имеющего четыре цилиндра (41, 42, 43 и 44) в рядной конфигурации, у которой плоскость продолжается через центральную линию каждого из цилиндров. Однако предполагались другие конфигурации цилиндров. В изображенном примере каждый цилиндр в двигателе 10 включает в себя два впускных клапана. Однако двигатель с альтернативным количеством впускных клапанов на цилиндр также предполагался. Дополнительно, впускная направляющая предусмотрена для каждого впускного клапана.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в цилиндры (41, 42, 43 и/или 44) через устройства 45 зажигания (например, свечи зажигания) в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12 в выбранных режимах работы. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых примерах цилиндры (41, 42, 43 и/или 44) двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с или без искры зажигания.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя систему подачи топлива. Система подачи топлива может включать в себя топливные форсунки, присоединенные непосредственно к каждому из цилиндров, обеспечивая то, что указывается ссылкой как непосредственный впрыск топлива. Дополнительно или в качестве альтернативы, множество топливных форсунок может быть расположено выше по потоку от впускных клапанов 40, обеспечивая то, что указывается ссылкой как впрыск топлива во впускной канал. Система подачи топлива может включать в себя топливный бак, топливный насос, включающий в себя заборную трубку, расположенную в топливном баке. Топливная форсунка может находиться в сообщении по текучей среде с топливными форсунками.
Цилиндры (41, 42 и 43), каждый, могут включать в себя два выпускных клапана 46. Каждый из выпускных клапанов 46 может открываться и закрываться, чтобы давать возможность и препятствовать протеканию выхлопных газов из цилиндров (41, 42 и 43) в систему 22 выпуска. Однако предполагались цилиндры с альтернативным количеством выпускных клапанов. Выпускные клапаны в цилиндрах (41, 42 и 43) могут быть по существу идентичными по размеру и функциональным возможностям. Однако размер и функциональные возможности выпускных клапанов 46 могут меняться в других примерах. Выпускные клапаны 46 находятся в сообщении по текучей среде с выпускным коллектором 52. Выпускные направляющие 54 находятся в сообщении по текучей среде с выпускными клапанами 46 и выпускным коллектором 52. Выпускные направляющие 54 являются типами выпускных трубопроводов. Однако, в других примерах, другой тип выпускного трубопровода может давать возможность сообщения по текучей среде между выпускными клапанами и выпускным коллектором.
Цилиндр 44 включает в себя первый выпускной клапан 48 и второй выпускной клапан 50. В одном из примеров первый выпускной клапан 48 может не быть равным по размеру второму выпускному клапану 50. Более точно, первый выпускной клапан 48 может быть меньшим, чем второй выпускной клапан 50. Первый выпускной клапан 48 находится в сообщении по текучей среде с системой 20 впуска. Трубопровод 56 EGR обеспечивает сообщение по текучей среде между первым выпускным клапаном 48 и системой 20 впуска. Таким образом, трубопровод 56 EGR находится в сообщении по текучей среде между первым выпускным клапаном и системой впуска. Трубопровод 56 EGR включает в себя выпуск 57, открывающийся во впускной трубопровод 35. Таким образом, трубопровод 56 EGR обеспечивает протекание газа EGR в систему 20 впуска в местоположении ниже по потоку от компрессора 24 и выше по потоку от охладителя 34 наддувочного воздуха. Таким образом, охладитель 34 наддувочного воздуха может обеспечивать охлаждение для подвергнутого наддуву воздуха из компрессора 24, а также газа EGR. Охладитель 34 наддувочного воздуха может быть наделен размером, чтобы обеспечивать требуемую величину охлаждения двух протоков.
В одном из примеров трубопровод 56 EGR может быть присоединен только между первым выпускным клапаном 48 и системой 20 впуска, трубопровод EGR присоединен к системе впуска в местоположении выше по потоку от всех цилиндров двигателя. Кроме того, в одном из примеров трубопровод 56 EGR может не быть присоединен к выпускным клапанам любого другого цилиндра двигателя. В одном из примеров трубопровод 56 EGR может быть не прегражденным регулируемым клапаном между первым выпускным клапаном и системой впуска.
Цилиндр 44 может указываться ссылкой как цилиндр с EGR, а цилиндры (41, 42 и 43), например, могут указываться ссылкой как цилиндры без EGR. Второй выпускной клапан 50 находится в сообщении по текучей среде с выпускным коллектором 52. Таким образом, поток выхлопных газов из цилиндра (41, 42, 43 и 44) может сливаться в единый поток выхлопных газов в выпускном коллекторе в некоторых условиях работы.
Выпускной трубопровод 58 обеспечивает сообщение по текучей среде между вторым выпускным клапаном 50 и выпускным коллектором 52. Таким образом, выпускной трубопровод 58 находится в сообщении по текучей среде между вторым выпускным клапаном 50 в цилиндре и устройством 60 снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, второй выпускной клапан 50 находится в сообщении по текучей среде с турбиной 28 и устройством 60 снижения токсичности выхлопных газов, расположенным ниже по потоку от турбины 28, в системе 22 выпуска. Выпускной трубопровод 58 отделен по текучей среде от трубопровода 56 EGR. Устройство 60 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями. В некоторых примерах устройство 60 снижения токсичности выхлопных газов может быть первым из множества устройств снижения токсичности выхлопных газов, расположенных в системе выпуска. В некоторых примерах, при работе двигателя 10, устройство 60 снижения токсичности выхлопных газов может периодически регулироваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливно-воздушного соотношения. Выпускной трубопровод, обозначенный посредством стрелки 62, дает возможность сообщения по текучей среде между турбиной 28 и устройством 60 снижения токсичности выхлопных газов. Выпускной трубопровод, обозначенный посредством стрелки 64, дает возможность сообщения по текучей среде между выпускным коллектором 52 и турбиной 28.
Двигатель 10, кроме того, может включать в себя распределительный вал 66 для впускных клапанов. Дополнительно или в качестве альтернативы, электронный привод клапана может использоваться для приведения в действие по меньшей мере некоторых впускных клапанов в двигателе. Распределительный вал 66 для впускных клапанов включает в себя множество впускных рабочих выступов 68 кулачка, выполненных с возможностью циклически приводить в движение впускные клапаны 40. Распределительный вал 66 для впускных клапанов механически присоединен к коленчатому валу 32, обозначенному посредством стрелки 62. Коленчатый вал 32 может быть механически присоединен к поршням (не показанным), расположенным в цилиндрах (41, 42, 43 и 44). Подшипники 69 выполнены с возможностью поддерживать распределительный вал 66 для впускных клапанов и содействовать вращению распределительного вала для впускных клапанов.
Двигатель, кроме того, может включать в себя распределительный вал 70 для выпускных клапанов. Распределительный вал 70 для выпускных клапанов включает в себя множество выпускных рабочих выступов 72 кулачка, выполненных с возможностью циклически приводить в движение выпускные клапаны 46. Более точно, в изображенном примере один кулачок предусмотрен для каждого из выпускных клапанов 46. Однако другие конфигурации и компоновки кулачков предполагались для выпускных клапанов 46. Подшипники 73 выполнены с возможностью поддерживать распределительный вал 70 для выпускных клапанов и содействовать вращению распределительного вала для выпускных клапанов. Распределительный вал 70 для выпускных клапанов механически присоединен к коленчатому валу 32, обозначенному посредством стрелки 74. Регулируемая установка фаз кулачкового распределения может использоваться в двигателе 10, если требуется.
Распределительный вал 70 для выпускных клапанов дополнительно включает в себя множество кулачков, связанных с цилиндром 44. Выпускные кулачки, соответствующие цилиндру 44, могут быть включены в первое устройство 76 CPS и второе устройство 78 CPS. Первое устройство 76 CPS и второе устройство 78 CPS могут быть включены в механизм 79 прекращения работы в системе 81 регулировки клапанов. Следует принимать во внимание, что предполагались системы регулировки клапанов, имеющие дополнительные или альтернативные пригодные компоненты.
Следует принимать во внимание, что система 81 регулировки клапанов может быть включена в двигатель 10. Система 81 регулировки клапанов может быть присоединена к первому и второму выпускным клапанам (48 и 50) цилиндра 44 и выполнена с возможностью вводить в действие и прекращать работу клапанов.
Первое устройство 76 CPS присоединено к или встроено в первый выпускной клапан 48. Подобным образом, второе устройство 78 CPS присоединено к или встроено во второй выпускной клапан 50. Первое устройство 76 CPS выполнено с возможностью избирательно вводить в действие и прекращать циклическое срабатывание первого выпускного клапана 48. Подобным образом, второе устройство 78 CPS выполнено с возможностью избирательно вводить в действие и прекращать циклическое срабатывание второго выпускного клапана 50. Таким образом, устройство CPS может избирательно вводить в действие управление клапаном своих соответствующих выпускных клапанов. Система 80 управления и, в особенности, контроллер 12 находятся в электронном соединении с первым устройством 76 CPS и вторым устройством 78 CPS. Однако, в других примерах, контроллер CPS может быть выполнен с возможностью регулировать работу устройств CPS.
Как показано, трубопровод 56 EGR не включает в себя клапан EGR или охладитель EGR. Следует принимать во внимание, что второе устройство 78 CPS дает возможность регулировки потока выхлопных газов через трубопровод EGR. Таким образом, второе устройство 78 CPS предусматривает функциональные возможности клапана EGR. Однако, в других примерах, по меньшей мере один из клапана EGR и охладителя EGR может быть присоединен к трубопроводу 56 EGR.
Контроллер 12 показан в электронной связи с первым устройством 76 CPS и вторым устройством 78 CPS. Дополнительно, первое устройство 76 CPS и второе устройство 78 CPS могут быть включены в и/или присоединены к системе 80 управления.
В одном из примеров система 80 управления может быть выполнена с возможностью в первом рабочем состоянии вводить в действие циклическое срабатывание первого выпускного клапана для обеспечения протекания выхлопных газов из цилиндра в трубопровод EGR посредством первого устройства CPS, а во втором рабочем состоянии вводить в действие циклическое срабатывание второго выпускного клапана для обеспечения протекания выхлопных газов из цилиндра в выпускной трубопровод посредством второго устройства CPS.
Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 62 системы 22 выпуска выше по потоку от устройства 60 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC или CO. В некоторых примерах датчик 126 выхлопных газов может быть первым одним из множества датчиков выхлопных газов, расположенных в системе выпуска. Например, дополнительные датчики выхлопных газов могут быть расположены ниже по потоку от устройства 60 снижения токсичности выхлопных газов.
Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 106 (например, микросхемы памяти) в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, включенных в двигатель 10, такие как сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Следует принимать во внимание, что, в других примерах, контроллер 12 может принимать сигналы с дополнительных датчиков, таких как датчик положения дросселя, датчик температуры двигателя, датчик скорости вращения двигателя, датчик топливно-воздушного соотношения и т.д.
При работе каждый из цилиндров (41, 42, 43 и 44) в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, обычно, выпускные клапаны закрыты, а впускные клапаны открыты. Воздух, например, вовлекается в цилиндр через впускной коллектор, и поршень перемещается к дну камеры сгорания, чтобы увеличивать объем внутри цилиндра. Положение, в котором поршень находится около дна камеры сгорания и в конце своего хода (например, когда цилиндр находится в своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой в качестве нижней мертвой точки (НМТ). Во время такта сжатия впускные клапаны и выпускные клапаны закрыты. Поршень перемещается по направлению к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри цилиндра. Точка, в которой поршень находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда цилиндр находится в своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известными устройствами воспламенения, такими как свеча зажигания, приводя к сгоранию. Дополнительно или в качестве альтернативы, сжатие может использоваться для воспламенения топливно-воздушной смеси. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ. Коленчатый вал может преобразовывать перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска выпускной клапан открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор, и поршень возвращается в ВМТ. В случае цилиндра 44, только один из выпускных клапанов в цилиндре может открываться во время такта выпуска в некоторых примерах. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры. Дополнительно или в качестве альтернативы, воспламенение от сжатия может быть реализовано в одном или более из цилиндров (41, 42, 43 и 44).
Фиг.2 показывает примерное устройство 200 CPS. Устройство 200 CPS может быть одним из устройств (76 и 78) CPS, показанных на фиг.1. Устройство 200 CPS может вводить в действие или прекращать работу выпускного клапана 202 в зависимости от условий работы двигателя. Например, как описано подробнее ниже, посредством регулировки кулачковых механизмов цилиндра клапан 202 может работать с или без подъема клапана на основании условий работы двигателя. В других примерах выпускные клапаны 202 могут быть выполнены с возможностью работы в многочисленных режимах подъема клапанов, например, высокого подъема клапана, низкого подъема клапана и нулевого подъема клапана, вместо введения в действие или прекращения работы. Выпускной клапан 202 может быть выпускным клапаном 48 или выпускным клапаном 50, показанными на фиг.1.
Устройство 200 CPS включает в себя механизм 282, присоединенный к распределительному валу 70, для регулировки величины подъема клапана для такого клапана и/или для прекращения работы такого клапана. В примере, изображенном на фиг.2, механизм 282 включает в себя два кулачка с разными профилями подъема: рабочим выступом 226 кулачка без подъема и рабочим выступом 228 кулачка с подъемом. Однако следует принимать во внимание, что механизмы могут включать в себя дополнительные профили подъема, не выходя из объема настоящей полезной модели (например, кулачок с высоким подъемом, кулачок с низким подъемом и кулачок без подъема). Следует принимать во внимание, что профили подъема у рабочего выступа 228 кулачка с подъемом могут меняться между устройствами (76 и 78) CPS в одном из примеров. Таким образом, выбранные количества выхлопных газов могут подвергаться протеканию в систему EGR и систему выпуска, когда требуется.
Устройство 200 CPS может управлять распределительным валом 70 для выпускных клапанов, чтобы вводить в действие и прекращать работу цилиндров двигателя посредством контакта между штифтом 272, соединенным с соленоидом 270, и челноком 274. Как показано, змеевидный паз 276 может проходить по окружности челнока, чтобы перемещение штыря в пазу могло оказывать влияние на осевое перемещение челнока вдоль распределительного вала. То есть, устройство 200 CPS может быть выполнено с возможностью перемещать специфичные части распределительного вала в продольном направлении, тем самым вызывая смену режима работы клапанов цилиндра между кулачками 226 и 228 и/или другими кулачками. Таким образом, устройство 200 CPS может переключаться между многочисленными профилями кулачков. Несмотря на то, что не показаны, в гидравлических вариантах осуществления золотниковый клапан вместо штыря может физически взаимодействовать с челноком, чтобы осуществлять осевое перемещение челнока.
Устройство 200 CPS может приводить в движение выпускной клапан 202 между открытым положением, предоставляющим выхлопным газам возможность выходить из клапанного отверстия, и закрытым положением, по существу сдерживая газ от выхода из клапанного отверстия. В настоящем примере рабочий выступ 226 кулачка без подъема имеет профиль рабочего выступа кулачка без подъема для прекращения работы соответствующих цилиндров на основании условий работы двигателя. Кроме того, в настоящем примере рабочий выступ 228 кулачка с подъемом имеет профиль рабочего выступа кулачка с подъемом, который больше, чем профиль рабочего выступа кулачка без подъема, для открывания впускного или выпускного клапана.
Механизм 282 кулачка может быть расположен непосредственно над клапаном 202. Кроме того, рабочие выступы (226 и 228) кулачка могут быть с возможностью скольжения прикреплены к распределительному валу 70 для выпускных клапанов.
Стойка 292 кулачка может быть присоединена к головке 210 блока цилиндров двигателя. Однако, в других примерах, стойка кулачка может быть присоединена к другим компонентам блока цилиндров двигателя, например, к опоре распределительного вала или крышке распределительного механизма. Стойка кулачка может поддерживать верхние распределительные валы и может разделять механизмы, расположенные на распределительных валах над клапаном.
Дополнительные элементы, не показанные на фиг.2, могут включать в себя штоки толкателя, коромысла клапана, толкатели клапана и т.д. Такие устройства и признаки могут управлять срабатыванием выпускного клапана, преобразуя вращательное движение кулачков в поступательное движение клапанов.
Конфигурация кулачков, описанная выше, может использоваться для обеспечения управления количеством и временными характеристиками воздуха, подаваемого в, и выхлопных газов из цилиндра 44. Однако другие конфигурации могут использоваться, чтобы давать устройству 200 CPS возможность переключать управление клапаном между двумя или более кулачками. Например, переключаемые толкатели или коромысла клапана могут использоваться для изменения управления клапаном между двумя или более кулачками.
Устройство 200 CPS, описанное выше, может быть с гидравлическим силовым приводом или с электроприводом, или их комбинацией. Сигнальные шины могут отправлять сигналы управления в и принимать измерения установки фаз кулачкового распределения и/или выбора кулачка из устройства 200 CPS. Устройство 200 CPS может быть предпочтительным устройством CPS для использования в цилиндре 44, показанном на фиг.1, в одном из примеров.
Далее, с обращением к фиг.3, изображена еще одна примерная конфигурация устройства 300 CPS для использования с двигателем 10, показанным на фиг.1. Устройство 300 CPS присоединено к выпускному клапану 302. Устройство 300 CPS может быть первым устройством 76 CPS и/или вторым устройством 78 CPS, показанным на фиг.1. Таким образом, в некоторых примерах первое устройство 76 CPS и второе устройство 78 CPS могут быть по существу идентичными. Однако, в других примерах, могут меняться определенные характеристики устройств CPS. Например, профили кулачков могут меняться между устройствами CPS. Таким образом, кулачки в устройствах CPS могут иметь разные профили. Более точно, кулачок, связанный с выпускным клапаном в сообщении по текучей среде с трубопроводом EGR, может иметь более постепенный профиль подъема, чтобы распределять по времени продувочный импульс и обеспечивать плавную подачу EGR в одном из примеров. Дополнительно, выпускной клапан 302 может быть первым выпускным клапаном 48 и/или вторым выпускным клапаном 50, показанными на фиг.1.
Распределительный вал 70 для выпускных клапанов может включать в себя рабочие выступы 310 и 312 кулачка, определяющие профиль подъема для выпускного клапана 302. Дополнительно, следует принимать во внимание, что кулачки в первом устройстве 76 CPS, показанном на фиг.1, могут иметь иные профили, чем кулачки во втором устройстве 78 CPS, показанном на фиг.1. В изображенном примере один рабочий выступ 310 кулачка выводил бы из работы клапан для одного устройства CPS наряду с тем, что другой рабочий выступ 312 кулачка предписывал бы требуемый подъем и продолжительность времени для любого одного из выделенных тракта EGR или выпускного тракта. Таким образом, устройство CPS выводило бы из работы выпускной клапан такта EGR или выпускного тракта наряду с вводом в действие выпускного клапана выпускного тракта или такта EGR с требуемыми подъемом и продолжительностью времени.
В изображенном примере рабочие выступы 310 и 312 кулачков могут иметь идентичные профили подъема. Кроме того, в некоторых примерах рабочий выступ кулачка может быть расположен между рабочими выступами 310 и 312 кулачка. Рабочий выступ кулачка, расположенный между рабочими выступами 310 и 312 кулачка, может иметь иной профиль подъема, чем рабочие выступы 310 и 312 кулачка. В таком примере рабочий выступ кулачка может иметь более низкий профиль подъема, чем рабочие выступы 310 и 312 кулачка. Более точно, низкий профиль подъема может не приводить в движение выпускной клапан 302. Однако, в некоторых примерах, кулачок, расположенный между рабочими выступами 310 и 312 кулачка, может слегка открывать клапан 302. Таким образом, интенсивность EGR может снижаться в зависимости от некоторой энергии выхлопных газов, протекающих в турбину для вариантов с более высоким наддувом.
Переключаемый толкатель 316 выполнен с возможностью взаимодействовать с многочисленными рабочими выступами кулачка распределительного вала 70 для выпускных клапанов. В частности, рабочие выступы 310 и 312 кулачка могут взаимодействовать с наружной верхней поверхностью внешней секции 318 переключаемого толкателя 316. Центральная верхняя поверхность центральной секции 320 переключаемого толкателя 316 не взаимодействует с рабочими выступами кулачка в изображенном примере. Однако, в некоторых примерах, кулачок, расположенный между рабочими выступами 310 и 312 кулачка, может взаимодействовать с центральной секцией 320. Внешняя секция 318 может указываться ссылкой как первая секция, а центральная секция может указываться ссылкой как вторая секция, или наоборот. Таким образом, первая секция может охватывать вторую секцию. Однако предполагалось другое расположение секций. Например, первая секция и вторая секция могут быть расположены бок о бок.
При работе клапана переключаемый толкатель 316 может приводиться в действие в качестве сборочной единицы рабочими выступами 310 и 312 кулачка, чтобы формировать профиль подъема клапана. В качестве альтернативы, внешняя секция 318 может отсоединяться от центральной секции 320, как описано на фиг.3, и переключаемый толкатель 316 может не приводиться в движение рабочими выступами 310 и 312 кулачка. Таким образом, когда центральная секция 320 отсоединена от внешней секции 318 посредством устройства 300 CPS, выпускной клапан 302 не приводится в движение. Таким образом, устройство 300 CPS может активизироваться для избирательного введения в действие и запрещения срабатывания клапана. Следует принимать во внимание, что устройство 300 CPS может находиться в электронном соединении с контроллером 12, показанным на фиг.1, как обсуждено ранее.
Несмотря на то, что этот пример показывает верхнекулачковый двигатель с толкателем, присоединенным к штокам клапанов, толкатели также могут использоваться у двигателя со штанговыми толкателями, и, таким образом, раздвижной толкатель может быть присоединен к штанговому толкателю.
Фиг.3 также показывает пружину 330, присоединенную к клапану 302. Пружина 330 может быть выполнена с возможностью прикладывать возвратное усилие к клапану 302, когда клапан находится в открытом положении. Кроме того, следует принимать во внимание, что клапан 302 может садиться на и уплотнять седло клапана цилиндра 44, показанного на фиг.1, в закрытом положении. Подобным образом, в открытом положении клапан 302 может быть расположен на определенном расстоянии от седла клапана.
Фиг.4 показывает один из примерных переключаемых толкателей 316, включенных в устройство 300 CPS, показанное на фиг.3, в котором стопорный штифт 354 используется для присоединения или отсоединения центральной секции 320 от внешней секции 318. Таким образом, когда штифт находится в застопоренном положении, движение, вызванное контактом с рабочими выступами 310 и 312 кулачка, показанными на фиг.3, побуждает внутреннюю часть следовать движению и, таким образом, приводить в движение шток клапана и клапан, присоединенные к внутренней части. В качестве альтернативы, когда штифт находится в незастопоренном положении, пружина мертвого хода во внутренней секции 356 может побуждать внешнюю секцию 318 перемещаться отдельно от центральной секции 320. В незастопоренном положении внешняя секция 318 может перемещаться вверх и вниз наряду с тем, что выпускной клапан 302, показанный на фиг.3, остается по существу неподвижным. Поэтому, в такой конфигурации выпускной клапан может сдерживаться от срабатывания рабочими выступами 310 и 312 кулачка, показанными на фиг.3. Таким образом, работа выпускного клапана может выводиться из работы устройством CPS.
Следует принимать во внимание, что могут использоваться другие примеры приведения в движение клапанов, если требуется. Например, переключаемый толкатель может приводиться в движение центральным кулачком в незастопоренном положении, имеющем низкий профиль подъема.
В одном из примеров штифт 354 может приводиться в движение посредством гидравлического давления, регулируемого посредством гидравлического клапана, поддерживающего связь с контроллером 12, показанным на фиг.1, для осуществления перехода переключаемого толкателя между застопоренным положением и незастопоренным положением. Кроме того, конфигурация масляного контура может быть выполнена для управления переключением толкателя разных клапанов цилиндра.
Фиг.5 показывает способ 500 работы двигателя. Способ 500 может быть реализован двигателем и системами, обсужденными выше со ссылкой на фиг.1-4, или может быть реализован другими пригодными двигателем и системами.
На этапе 502 способ включает в себя обеспечение протекания выхлопных газов из первого цилиндра в устройство снижения токсичности выхлопных газов. Обеспечение протекания выхлопных газов из первого цилиндра в устройство снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя обеспечение протекания выхлопных газов из первого цилиндра через турбину, расположенную выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов.
Затем, на этапе 504 способ включает в себя введение в действие циклического срабатывания клапана у первого выпускного клапана, присоединенного ко второму цилиндру через первый узел CPS, присоединенный к первому выпускному клапану. На этапе 506 способ включает в себя обеспечение протекания выхлопных газов из второго цилиндра в устройство снижения токсичности выхлопных газов. Обеспечение протекания выхлопных газов из второго цилиндра в устройство снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя на этапе 508 обеспечение протекания выхлопных газов из второго цилиндра в выпускной коллектор, на этапе 510 обеспечение протекания выхлопных газов из выпускного коллектора в турбину, а на этапе 512 обеспечение протекания выхлопных газов из турбины в устройство снижения токсичности выхлопных газов.
На этапе 514 способ включает в себя запрещение циклического срабатывания клапана у второго выпускного клапана посредством второго узла CPS. Второй выпускной клапан присоединен ко второму цилиндру, а второй узел CPS присоединен ко второму выпускному клапану. Таким образом, запрещается управление клапаном у второго выпускного клапана. В одном из примеров первый выпускной клапан больше, чем второй выпускной клапан. Однако предполагались другие размеры выпускных клапанов.
На этапе 516 способ включает в себя введение в действие циклического срабатывания клапана у второго выпускного клапана, присоединенного ко второму цилиндру через второй узел CPS, присоединенный ко второму выпускному клапану. Затем, на этапе 518 способ включает в себя обеспечение протекания выхлопных газов из второго цилиндра в систему впуска. Когда в этом режиме, второй цилиндр может работать в альтернативном режиме сгорания (например, обогащенном), чтобы увеличивать допустимые пределы и эффективность сгорания подвергнутых рециркуляции выхлопных газов. На этапе 520 способ включает в себя запрещение циклического срабатывания клапана у первого клапана посредством первого узла CPS. Таким образом, запрещается управление клапаном у первого выпускного клапана.
Этапы 502, 504, 506, 508, 510, 512 и 514 могут быть осуществлены в первом состоянии. С другой стороны, этапы 516, 518 и 520 могут быть осуществлены во втором состоянии. В одном из примеров первое состояние может быть при температуре двигателя ниже порогового значения, а второе состояние может быть при температуре двигателя больше чем или равной пороговому значению. Таким образом, выхлопные газы могут направляться в устройство снижения токсичности выхлопных газов для быстрого прогрева и пониженных выбросов, а затем впоследствии направляться в систему впуска ради выигрышей экономии топлива от EGR после того, как устройство снижения токсичности выхлопных газов достигло требуемой температуры. В еще одном примере первое состояние может возникать, когда скорость вращения/нагрузка двигателя находится в пределах диапазона скорости вращения/нагрузки двигателя или является большей, чем пороговое значение скорости вращения/нагрузки двигателя, для улучшенных крутящего момента и мощности в лошадиных силах двигателя с наддувом, а второе состояние может возникать, когда скорость вращения/нагрузка двигателя не находятся в пределах диапазона скорости вращения/нагрузки двигателя или являются меньшими, чем пороговое значение скорости вращения/нагрузки двигателя. Кроме того еще, в еще одном примере, первое состояние может возникать, когда топливно-воздушное соотношение находится выше порогового значения, а второе состояние возникает, когда топливно-воздушное соотношение находится ниже порогового значения, к примеру, является богатым по стехиометрии, для улучшенных допустимых пределов сгорания и эффективности подвергнутых рециркуляции выхлопных газов.
Фиг.6 показывает способ 600 работы двигателя. Способ 600 может быть реализован двигателем и системами, обсужденными выше со ссылкой на фиг.1-4, или может быть реализован другими пригодными двигателем и системами.
На этапе 602 способ включает в себя направление выхлопных газов из цилиндра только за первый выпускной клапан обратно на впуск выше по потоку от впускного клапана цилиндра. На этапе 604 способ включает в себя направление выхлопных газов из цилиндра только за второй выпускной клапан на выпуск ниже по потоку от цилиндра.
Этап 602 может быть осуществлен в первом состоянии, а этап 604 может быть осуществлен во втором состоянии. В одном из примеров выхлопные газы из цилиндра могут направляться только за второй клапан, чтобы сливаться с выхлопными газами из другого цилиндра, а второе состояние может включать в себя холодный запуск двигателя и максимальное требование крутящего момента, первое состояние является исключающим второе. В таком примере выхлопные газы могут сливаться выше по потоку от каталитического нейтрализатора. Кроме того, в таком примере выхлопные газы могут сливаться ниже по потоку от каталитического нейтрализатора. Кроме того еще, в таком примере выхлопные газы могут сливаться выше по потоку от турбонагнетателя, или выхлопные газы могут сливаться ниже по потоку от турбонагнетателя. Кроме того, в таком примере выхлопные газы могут сливаться в выпускной коллектор, расположенный в пределах головки блока цилиндров, в еще одном примере.
Фиг.7 показывает способ 700 работы двигателя. Способ 700 может быть реализован двигателем и системами, обсужденными выше со ссылкой на фиг.1-4, или может быть реализован другими пригодными двигателем и системами.
На этапе 702 способ включает в себя направление первого количества выхлопных газов из первого выпускного клапана в устройство снижения токсичности выхлопных газов, а на этапе 704 способ включает в себя направление второго количества выхлопных газов из второго выпускного клапана в систему впуска. В некоторых примерах первое количество выхлопных газов может не быть равным второму количеству выхлопных газов.
Следует принимать во внимание, что этапы 702 и 704 могут осуществляться на перекрывающихся или, в некоторых случаях, совпадающих временных интервалах. Дополнительно, этапы 702 и 704 могут осуществляться в первом состоянии. Первое состояние может возникать, когда требуется уменьшенная рециркуляция выхлопных газов, и нагрузка двигателя больше, чем пороговое значение, или находится в пределах диапазона нагрузок, который может быть меньшим, чем максимальная нагрузка с наддувом.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего описания.