СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к системам и способам ускорения прогрева каталитического нейтрализатора выхлопных газов, в частности, при холодном запуске двигателя.
Уровень техники
Системы двигателя транспортных средств могут включать в себя различные вакуумные приводы, такие как тормоза транспортного средства, которые используют разрежение в качестве приводного усилия. Разрежение типично подается двигателем через соединение с впускным коллектором, который находится на близком к бараметрическому давлении, когда впускной дроссель частично закрыт и регулирует поток воздуха в двигатель. В некоторых примерах вакуумные насосы с приводом от двигателя или с электрическим приводом могут использоваться для пополнения разрежения во впускном коллекторе в условиях (например, при холодном запуске и прогреве двигателя), когда разрежение во впускном коллекторе не дает достаточного разрежения для приведения в действие всех различных вакуумных приводов. Однако вакуумные насосы с приводом от двигателя могут неблагоприятно снижать экономию топлива наряду с тем, что вакуумные насосы с электрическим приводом могут испытывать недостаток в долговечности, одновременно являясь дорогостоящими, тяжелыми и шумными. В, кроме того, других примерах эжекторы, расположенные в разных местоположениях в системе двигателя, могут использоваться для обеспечения по меньшей мере части разрежения, используемого приводами (см. например, US 2011247594, МПК F02M33/02, опубл. 13.10.2011). В частности, поток воздуха и/или выхлопных газов через эжектор может использоваться, чтобы формировать разрежение для использования вакуумными приводами. Однако, поскольку формирование разрежения на эжекторе имеет отношение к потоку через эжектор, изменения потока воздуха или потока выхлопных газов, к примеру, в условиях работы с наддувом или при рециркуляции выхлопных газов, могут наносить ущерб формированию разрежения на эжекторе.
Сущность полезной модели
Авторы выявили проблемы у этих вариантов выбора и предложили системы и способы более надежного формирования разрежения в разных условиях работы двигателя с дополнительным преимуществом ускорения прогрева каталитического нейтрализатора.
В одном из подходов предложена система двигателя, содержащая:
двигатель, содержащий впуск и выпуск;
дроссель ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в выпуске двигателя;
систему рециркуляции выхлопных газов (EGR), содержащую отвод EGR для рециркуляции очищенных каталитическим нейтрализатором выхлопных газов из выше по потоку от выпускного дросселя на впуск двигателя, причем отвод EGR содержит охладитель EGR выше по потоку от клапана EGR, и перепускной канал, соединяющий выпуск охладителя EGR с выпуском двигателя ниже по потоку от выпускного дросселя, при этом перепускной канал содержит эжектор; и
контроллер с машинно-читаемыми командами для:
работы системы двигателя в первом режиме EGR с выпускным дросселем, открытым в большей степени, для рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя при направлении первого, меньшего количества выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор; и
работы системы двигателя во втором режиме EGR с выпускным дросселем, закрытым в большей степени, для рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя при направлении второго, большего количества выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор.
В одном из вариантов предложена система, в которой, при работе в первом режиме EGR, клапан EGR открыт в большей степени, причем открывание клапана EGR основано на части выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск двигателя, при этом при работе во втором режиме EGR клапан EGR закрыт в большей степени, причем закрывание клапана EGR основано на закрывании выпускного дросселя для поддержания рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер содержит дополнительные команды для формирования разрежения на эжекторе при работе в каждом из первого и второго режимов EGR, при этом большая величина разрежения формируется на эжекторе при работе во втором режиме EGR по сравнению с первым режимом EGR, причем разрежение используется одним или более вакуумными приводами двигателя, присоединенными к эжектору.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер содержит дополнительные команды для осуществления перехода системы двигателя с работы в первом режиме на работу во втором режиме в ответ на увеличение потребности в разрежении от одного или более вакуумных приводов двигателя.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер содержит дополнительные команды для:
работы системы двигателя в третьем режиме без EGR с каждым из дросселя и клапана EGR, полностью закрытыми для направления третьего количества выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор, причем третье количество является более высоким, чем каждое из первого и второго количества, при этом система двигателя работает в третьем режиме в ответ на температуру двигателя ниже, чем пороговая температура.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер содержит дополнительные команды для осуществления перехода из третьего режима в первый режим в ответ на температуру двигателя выше, чем пороговая температура.
В одном из вариантов предложена система, в которой, при осуществлении перехода из третьего режима в первый режим, открывание выпускного дросселя увеличивается с увеличением температуры на выпуске охладителя EGR, а открывание клапана EGR увеличивается с увеличением потребности в EGR двигателя.
В одном из вариантов осуществления способ для двигателя включает в себя при рециркуляции некоторого количества выхлопных газов на впуск двигателя закрывание выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора для усиления формирования разрежения на выпускном эжекторе и закрывание клапана EGR для поддержания величины рециркуляции выхлопных газов.
Представленный подход может предлагать несколько преимуществ. Например, может достигаться быстрый разогрев каталитического нейтрализатора. Посредством быстрого разогрева каталитического нейтрализатора может снижаться выделение выбросов с выхлопными газами при холодном запуске двигателя. Дополнительно, разрежение может формироваться в обильных количествах именно в этом состоянии (разогрева каталитического нейтрализатора), когда оно имеется в распоряжении в меньшей степени через впускной коллектор. Это достигается посредством направления выхлопных газов через эжектор, таким образом снижая необходимость в вакуумных насосах с приводом от двигателя или с электрическим приводом для дополнения разрежения впускного коллектора. Кроме того, посредством регулировки клапана EGR согласованно с выпускным дросселем, разрежение может формироваться в присутствии потока EGR, а также когда флуктуирует поток выхлопных газов через канал EGR. Одновременно, требуемые скорость EGR и разбавление в двигателе могут поддерживаться так, чтобы не ухудшалась работа двигателя.
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 системы двигателя.
Фиг.2 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для регулировки клапана противодавления выхлопных газов и клапана EGR при холодном запуске двигателя, чтобы ускорять прогрев двигателя и активизацию каталитического нейтрализатора.
Фиг.3 показывает примерную регулировку клапана противодавления выхлопных газов и клапана EGR для ускорения прогрева двигателя согласно настоящей полезной модели.
Фиг.4 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для работы системы двигателя по фиг.1 в различных рабочих режимах, основанных на температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов, потребностях EGR двигателя и потребностях разрежения двигателя.
Фиг.5 показывает примерную регулировку клапана противодавления выхлопных газов и клапана EGR для удовлетворения потребностей разрежения и EGR двигателя согласно настоящей полезной модели.
Описание предпочтительных вариантов осуществления полезной модели
Предусмотрены способы и системы для ускорения прогрева двигателя и активизации каталитического нейтрализатора в двигателе транспортного средства, таком как система двигателя по фиг.1. При холодном запуске и прогреве двигателя синергетические выгоды повышенного противодавления выхлопных газов и повышенного отвода тепла в охладителе EGR могут преимущественно использоваться для быстрого подъема температуры двигателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнения процедуры управления, такой как примерная процедура по фиг.2, чтобы дросселировать клапан выхлопных газов, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов для подъема противодавления выхлопных газов, к тому же при закрывании клапана EGR, чтобы обеспечивать протекание по меньшей мере части дросселированных выхлопных газов через охладитель EGR. Повышенное противодавление дает возможность быстрого повышения температуры двигателя посредством захвата горячих выхлопных газов в цилиндрах двигателя наряду с тем, что поток дросселированных выхлопных газов через охладитель EGR обеспечивает дополнительное повышение температуры хладагента двигателя посредством отвода тепла выхлопных газов в охладителе EGR. Синергетическое объединение дает возможность более быстрой активизации каталитического нейтрализатора выхлопных газов, к тому же при принятии мер в ответ на проблемы NVH (шума, вибраций, неплавности движения) холодного запуска двигателя. Контроллер также может быть выполнен с возможностью исполнения процедуры управления, такой как примерная процедура по фиг.4, чтобы обеспечивать работу и осуществлять переход системы двигателя между различными режимами работы на основании потребностей в прогреве двигателя, потребностей в EGR и потребностей в разрежении. Посредством регулировки одного или более из клапана EGR и выпускного дросселя EGR может обеспечиваться при разогреве каталитического нейтрализатора выхлопных газов и получении разрежения на выпускном эжекторе. Примерные регулировки клапана и выпускного дросселя описаны на фиг.3 и 5.
Фиг.1 показывает схематичное изображение системы 106 транспортного средства. Система 106 транспортного средства включает в себя систему 108 двигателя, включающую в себя двигатель 100, присоединенный к системе 122 снижения токсичности выхлопных газов. Двигатель 100 включает в себя множество цилиндров 130. Двигатель 100 также включает в себя впуск 123 и выпуск 125. Впуск 123 может принимать свежий воздух из атмосферы через впускной канал 142. Воздух, поступающий во впускной канал 142, может фильтроваться воздушным фильтром 190. Впускной канал 142 может включать в себя воздушный впускной дроссель 182, расположенный ниже по потоку от впускного компрессора 152 и охладителя 184 всасываемого наддувочного воздуха. Впускной дроссель 182 может быть выполнен с возможностью регулировать поток всасываемых газов (например, подвергнутого наддуву всасываемого воздуха), поступающих во впускной коллектор 144 двигателя. Выпуск 125 включает в себя выпускной коллектор 148, ведущий в выпускной канал 145, который направляет выхлопные газы в атмосферу через выхлопную трубу 135.
Двигатель 100 может быть двигателем с наддувом, включающим в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель 150. Турбонагнетатель 150 может включать в себя впускной компрессор 152, расположенный вдоль впускного коллектора 142, и турбину 154 с приводом от выхлопной системы, расположенную вдоль выпускного канала 145. Компрессор 152 может по меньшей мере частично приводиться в движение турбиной 154 через вал 156. Величина наддува, выдаваемого турбонагнетателем, может меняться контроллером двигателя. В некоторых вариантах осуществления перепускной канал, регулируемый посредством регулятора давления наддува (не показан), может быть присоединен в параллель турбине с приводом от выхлопной системы так, чтобы некоторая часть или все выхлопные газы, текущие через выпускной канал 145, могли обходить турбину 154. Посредством регулировки положения регулятора давления наддува количество выхлопных газов, подаваемых через турбину, может меняться, тем самым меняя величину наддува, подаваемого на впуск двигателя.
В дополнительных вариантах осуществления подобный перепускной канал, управляемый перепускным клапаном (не показан), может быть присоединен в параллель впускному компрессору так, чтобы некоторая часть или весь всасываемый воздух, сжатый компрессором 152, мог подвергаться рециркуляции во впускной канал 142 выше по потоку от компрессора 152. Посредством регулировки положения перепускного клапана компрессора давление в системе впуска может сбрасываться в выбранных условиях, чтобы уменьшать воздействия нагрузки помпажа компрессора.
Возможный охладитель 184 наддувочного воздуха может быть включен в состав ниже по потоку от компрессора 152 во впускном канале, чтобы понижать температуру всасываемого воздуха, сжатого турбонагнетателем. Более точно, доохладитель 184 может быть включен в состав выше по потоку от впускного дросселя 182 или встроен во впускной коллектор 144.
Система 122 снижения токсичности выхлопных газов, присоединенная к выпускному каналу 145, включает в себя каталитический нейтрализатор 170. Каталитический нейтрализатор может включать в себя многочисленные брикеты катализатора в одном из примеров. В еще одном примере могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Каталитический нейтрализатор 170, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа. В других примерах каталитический нейтрализатор 170 может быть окислительным каталитическим нейтрализатором, уловителем обедненных NOx, устройством избирательного каталитического восстановления (SCR), сажевым фильтром или другим устройством очистки выхлопных газов. Несмотря на то, что каталитический нейтрализатор 170 расположен ниже по потоку от турбины 154 в вариантах осуществления, описанных в материалах настоящего описания, в других вариантах осуществления каталитический нейтрализатор 170 может быть расположен выше по потоку от турбины турбонагнетателя или в другом местоположении в выпускном канале двигателя, не выходя из объема настоящей полезной модели.
Выпускной дроссель или клапан 164 противодавления может быть расположен в выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов. В вариантах осуществления, описанных в материалах настоящего описания, контроллер 120 может управлять положением выпускного дросселя 164 на основании различных условий работы и значений параметров двигателя (например, холодного запуска, уровня накопленного разрежения, выключения двигателя и т.д.). В других вариантах осуществления выпускной дроссель, выпускной канал и другие компоненты могут быть выполнены так, чтобы выпускной дроссель управлялся механически, как необходимо в различных условиях работы двигателя, без вмешательства системы управления. Как конкретизировано со ссылкой на фиг.2, выпускной дроссель 164 может избирательно закрываться контроллером 120 в условиях холодного запуска двигателя, чтобы быстро поднимать давление и температуру выхлопных газов. Посредством дросселирования выпускного клапана большее количество горячих выхлопных газов может захватываться в цилиндре двигателя, дополнительно поднимая температуру выхлопных газов и ускоряя достижение расположенным ниже по потоку каталитическим нейтрализатором выхлопных газов его температуры активизации.
По существу, улучшение переноса тепла в двигатель и каталитический нейтрализатор выхлопных газов посредством дросселирования выхлопных газов может приписываться по меньшей мере двум эффектам. Прежде всего, более высокая плотность (медленнее движущихся) выхлопных газов вследствие более высокого давления выхлопных газов улучшает перенос тепла на килограмм потока выхлопных газов. Иначе говоря, при дросселировании выхлопные газы высокой температуры проводят больше времени в соприкосновении с каталитическим нейтрализатором, требуемым получателем тепла. Кроме того, расширение в атмосферу после каталитического нейтрализатора (например, после трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов) понижает температуру ниже температуры окружающей среды, создавая эффект теплового насоса. Следовательно, по существу все тепло выхлопных газов может регенерироваться, не требуя добавления теплообменника. В частности, посредством использования выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора время и температура, с которыми данная масса выхлопных газов находится в соприкосновении с частями двигателя, существенно увеличиваются. Это ускоряет активизацию каталитического нейтрализатора. Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что изображенный вариант осуществления добивается расширения выхлопных газов после каталитического нейтрализатора посредством выпускного дросселя, в альтернативных вариантах осуществления то же самое может достигаться посредством диафрагмы после каталитического нейтрализатора в выпускном канале 145 двигателя.
Выпускной дроссель 164 может поддерживаться в полностью открытом положении (или широко открытым дросселем) во время большинства условий работы двигателя, но может быть выполнен с возможностью закрываться для повышения противодавления выхлопных газов в определенных условиях, как будет детализировано ниже. В одном из вариантов осуществления выпускной дроссель 164 может иметь два уровня ограничения, полностью открытый или полностью закрытый. Однако, в альтернативном варианте осуществления, положение выпускного дросселя 164 может переменно регулироваться на множество уровней ограничения контроллером 120.
Как детализировано в материалах настоящего описания, регулировки положения выпускного дросселя могут оказывать влияние на поток воздуха через двигатель. Например, полностью закрытый выпускной дроссель может объясняться посредством такого понятия, как «картофелина в выхлопной трубе», которая ограничивает поток выхлопных газов, тем самым вызывая повышение противодавления выхлопных газов выше по потоку от закрытого выпускного дросселя. Это повышение противодавления выхлопных газов ведет к непосредственному повышению температуры выхлопных газов, которое может преимущественно использоваться в выбранных условиях (например, при холодном запуске и прогрева двигателя) для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления при закрывании выпускного дросселя установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию, чтобы дополнительно поднимать температуру выхлопных газов, тем самым дополнительно ускоряя активизацию каталитического нейтрализатора.
Чтобы компенсировать воздействия регулировки выпускного дросселя на поток воздуха двигателя, могут регулироваться один или более других компонентов двигателя. В качестве примера, по мере того как выпускной дроссель закрывается, массовый расход воздуха может изначально снижаться, и, таким образом, впускной дроссель, такой как впускной дроссель 182, может открываться, чтобы впускать большее количество воздуха в двигатель для поддержания скорости вращения двигателя и снижения колебания крутящего момента. Таким образом, в то время как выпускной дроссель используется для управления противодавлением, поток воздуха может регулироваться для ограничения крутящего момента на выходном валу двигателя. В качестве еще одного примера, установка момента зажигания может регулироваться (например, подвергаться опережению), в то время как закрывается выпускной дроссель, чтобы улучшать стабильность сгорания. В некоторых вариантах осуществления регулировки установки фаз клапанного распределения также могут использоваться (например, регулировки в отношении величины перекрытия клапанов) вместе с регулировками положения дросселя для улучшения стабильности сгорания. Например, установки фаз распределения впускных и/или выпускных клапанов могут регулироваться для регулировки внутренней рециркуляции выхлопных газов и повышения стабильности сгорания.
Система 106 транспортного средства дополнительно включает в себя систему 161 EGR низкого давления (LP-EGR). Система 161 LP-EGR включает в себя канал 163 EGR, который соединяет выпускной канал 145 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов и выше по потоку от выпускного дросселя 164 с воздушным впускным каналом 142 выше по потоку от компрессора 152. Охладитель 162 EGR, расположенный в канале 163 EGR, охлаждает выхлопные газы, протекающие через него, как будет детализировано ниже. Положение клапана 159 EGR, расположенного в канале 163 EGR на стороне впускного канала охладителя 162 EGR, может регулироваться контроллером 120 для изменения количества и/или скорости выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции из выпускного канала во впускной канал через систему LP-EGR. В некоторых вариантах осуществления один или более датчиков могут быть расположены в канале 163 LP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, подвергаемых рециркуляции по каналу LP-EGR. Например, датчик 118 температуры может быть присоединен к выпуску (на стороне впускного канала) охладителя 162 EGR и может быть выполнен с возможностью выдавать оценку температуры на выпуске охладителя EGR. Как конкретизировано ниже, при холодном запуске и прогрева двигателя открывание выпускного дросселя 164 может регулироваться на основании температуры на выпуске охладителя EGR, чтобы ускорять разогрев температуры двигателя. Выхлопные газы, подвергнутые рециркуляции по каналу 163 LP-EGR, могут разбавляться свежим воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 163 LP-EGR и впускного канала 242. Более точно, посредством регулировки положения клапана 159 EGR может регулироваться разбавление потока EGR.
По существу, когда клапан 159 EGR закрыт, по меньшей мере часть выхлопных газов может направляться через охладитель 162 EGR. Как конкретизировано со ссылкой на фиг.2, посредством избирательного увеличения количества (горячих) выхлопных газов, направляемого через охладитель 162 EGR, может увеличиваться отвод тепла на охладителе EGR. Поскольку охладитель EGR является теплообменником, выполненным с возможностью обмениваться с хладагентом, который по текучей среде присоединен к системе охлаждения двигателя, дополнительное тепло, отведенное в охладителе EGR, может использоваться для нагрева хладагента двигателя, тем самым разогревая двигатель. Посредством использования этого отвода тепла для повышения температуры двигателя в выбранных условиях работы, таких как при холодном запуске и прогреве двигателя, активизация каталитического нейтрализатора выхлопных газов может ускоряться, к тому же, наряду с уменьшением проблем NVH, испытываемых при холодном запуске. По существу, это дает более эффективный способ регенерации скрытого тепла из воды в выхлопных газах.
Перепускной канал 165 может быть включен в систему 106 транспортного средства, чтобы соединять по текучей среде канал 163 EGR с выпускным каналом 145. В частности, перепускной канал 165 может соединять канал 163 EGR на стороне впускного канала охладителя 162 EGR с выпускным каналом 145 ниже по потоку от выпускного дросселя 164 (по существу в выхлопной трубе 135). Перепускной канал 163 дает по меньшей мере части выхлопных газов возможность выпускаться в атмосферу по каналу через охладитель 162 EGR. В частности, в условиях, когда клапан 159 EGR закрыт, выхлопные газы (такие как дросселированные выхлопные газы, сформированные при закрывании дросселя 164) могут направляться в канал 163 EGR, затем в охладитель 162 EGR, а затем в выхлопную трубу 135 через перепускной канал 165. Посредством вентиляции некоторого количества выхлопных газов через перепускной канал 165, когда закрыт клапан 159 EGR, давление выхлопных газов в канале 163 EGR (выше по потоку и в охладителе 162 EGR) может поддерживаться в определенных пределах. По существу, это уменьшает повреждение в отношении компонентов системы LP-EGR. В сравнении, в условиях, когда клапан 159 EGR открыт, на основании степени открывания клапана 159 EGR и выпускного дросселя 164, а кроме того, на основании запрошенной величины EGR и отношения давлений во впускном и впускном коллекторах выхлопные газы могут протекать из выше по потоку от выпускного дросселя 164 в ниже по потоку от EBV 164, через охладитель 162 EGR и перепускной канал 165, или из ниже по потоку от выпускного дросселя 164 на сторону впускного канала охладителя 162 EGR через промежуточный канал.
В некоторых вариантах осуществления (как изображено) эжектор 168 может быть расположен в перепускном канале 165. Побудительный поток выхлопных газов через эжектор 168 может использоваться для формирования разрежения в отверстии всасывания эжектора 168. Отверстие всасывания эжектора 168 может быть соединено с и расположено в вакуумном резервуаре 177. Накопленное разрежение затем может подаваться на один или более потребителей разрежения системы транспортного средств, таких как усилитель тормозов, вспомогательные устройства передней части (FEAD), система принудительной вентиляции картера, клапаны с вакуумным приводом и т.д. Датчик 192 разрежения может быть присоединен к вакуумному резервуару 177, чтобы давать оценку имеющегося в распоряжении разрежения. В некоторых примерах выхлопные газы могут протекать с впуска эжектора 168 (на стороне впускного канала эжектора) на выпуск эжектора 268 (на стороне выпускного канала эжектора). В дополнение к разрежению из эжектора 168, вакуумный резервуар 177 может быть соединен с одним или более дополнительными источниками разрежения, такими как другие эжекторы, расположенные внутри системы 106 транспортного средства, вакуумные насосы с электрическим приводом, вакуумные насосы с приводом от двигателя и т.д.
В зависимости от положения выпускного дросселя 164 и клапана 159 EGR, некоторое количество или все из выхлопных газов, выходящих из каталитического нейтрализатора 170, могут обходить клапан противодавления выхлопных газов, поступать в канал EGR и протекать через перепускной канал 165, обеспечивая побудительный поток через эжектор 168. Например, когда выпускной дроссель 164 открыт, а клапан EGR закрыт, выпускной дроссель не ограничивает поток выхлопных газов через выпускной канал 145, и небольшое количество или нисколько выхлопных газов, текущих в выпускном канале 145 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170, обходят выпускной дроссель через канал 165 (в зависимости от величины потока выхлопных газов и относительных диаметров каналов 145 и 165). Когда выпускной дроссель частично открыт, а клапан EGR закрыт, в зависимости от величины потока выхлопных газов и относительных диаметров каналов 145 и 165 некоторое количество выхлопных газов может протекать в обход выпускного дросселя наряду с тем, что оставшаяся часть выхлопных газов отводится через эжектор 168 через канал 165, обходя выпускной дроссель. Когда выпускной дроссель полностью закрыт и клапан EGR закрыт, весь поток выхлопных газов направляется в канал 165. Когда клапан EGR открыт, на основании открывания клапана EGR, по меньшей мере часть выхлопных газов, выходящих из каталитического нейтрализатора 170, может обходить клапан противодавления выхлопных газов, поступать в канал EGR и подвергаться рециркуляции во впускной канал 142. Как конкретизировано со ссылкой на фиг.4, на основании потребностей в подогреве двигателя, потребностей в разрежении и потребностей в EGR, положение выпускного дросселя и клапана EGR может регулироваться для работы системы двигателя в одном из многочисленных режимов работы. При действии таким образом потребности в EGR подогреве двигателя могут удовлетворяться, к тому же, наряду с преимущественным формированием разрежения в выпускном эжекторе 168.
В некоторых вариантах осуществления (как изображено) система 106 транспортного средства дополнительно включает в себя систему 171 EGR высокого давления (HP-EGR). Система 171 HP-EGR включает в себя канал 173 EGR, который соединяет выпускной канал 145 выше по потоку от турбины 154 с воздушным впускным каналом 142 ниже по потоку от компрессора 152 и выше по потоку от охладителя 184 наддувочного воздуха и впускного дросселя 182. Охладитель 172 EGR, расположенный в канале 173 EGR, охлаждает выхлопные газы, протекающие через него. Положение клапана 179 EGR, расположенного в канале 173 EGR на стороне впускного канала охладителя 172 EGR, может регулироваться контроллером 120 для изменения количества и/или скорости выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции из выпускного канала во впускной канал через систему HP-EGR. В некоторых вариантах осуществления один или более датчиков могут быть расположены в канале 173 HP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, подвергаемых рециркуляции по каналу HP-EGR.
Таким образом, изображенная система дает как регенерирование тепла выхлопных газов по требованию, так и формирование разрежения по требованию за счет повышенного противодавления выхлопных газов (только во время требования). По существу, есть три функции, которым требуется давление выхлопных газов. Первой функцией является EGR. Более точно, EGR необходимо минимальное противодавление, чтобы протекать при существующих состоянии двигателя и потребности в расходе EGR. Во-вторых, регенерации тепла выхлопных газов требуется определенное противодавление для достижения ею цели переноса тепла. В заключение, эжектору нужно заданное противодавление выхлопных газов для достижения заданной скорости откачки. Контроллер использует стратегию арбитража, которая выбирает противодавление выхлопных газов на основании приоритетов и ограничений всей системы, давая возможность удовлетворения различных потребностей.
Двигатель 100 может управляться, по меньшей мере частично, системой 140 управления, включающей в себя контроллер 120, и входными сигналами от водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 140 управления выполнена с возможностью принимать информацию с множества датчиков 160 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания) и отправлять сигналы управления на множество исполнительных механизмов 180. В качестве одного из примеров, датчики 160 могут включать в себя датчик 126 кислорода выхлопных газов, присоединенный к выпускному коллектору 148, датчик 121 MAP, присоединенный к впускному коллектору 144, датчик 117 температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов, датчик 119 давления выхлопных газов, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора 170 в выхлопной трубе 135, датчик 128 температуры выхлопных газов и датчик 129 давления выхлопных газов, расположенные ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170 в выхлопной трубе 135, и датчик 192 разрежения, расположенный в вакуумном резервуаре 177. Различные датчики выхлопных газов также могут быть включены в выпускной канал 145 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170, такие как датчики твердых частиц (PM), датчики NOx, датчики кислорода, датчики аммиака, датчики углеводородов и т.д. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, топливно-воздушного соотношения и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 106 транспортного средства. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы 180 могут включать в себя форсунку 166, выпускной дроссель 164, клапан 159 EGR и впускной дроссель 182. Другие исполнительные механизмы, такие как многообразие дополнительных клапанов и заслонок, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 106 транспортного средства. Контроллер 120 может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или кода, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг.2 и 4.
Далее, с обращением к фиг.2, процедура 200 изображает способ регулировки положения клапана EGR (такого как клапан EGR в системе EGR низкого давления) и клапана противодавления выхлопных газов при холодном запуске и прогрева двигателя, чтобы ускорять прогрев и активизацию каталитического нейтрализатора, к тому же, при принятии мер в ответ на проблемы NVH холодного запуска двигателя.
На этапе 202 процедура включает в себя подтверждение холодного запуска двигателя. Например, может определяться, находится ли температура двигателя (например, в качестве выведенной из температуры хладагента двигателя) ниже порогового значения. В еще одном примере может определяться, находится ли температура в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов ниже пороговой температуры, к примеру, ниже температуры активизации или розжига. Если нет, процедура может заканчиваться.
По подтверждению холодного запуска двигателя, на этапе 203, процедура включает в себя закрывание клапана противодавления выхлопных газов после каталитического нейтрализатора (или выпускного дросселя). В одном из примеров закрывание выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора включает в себя полное закрывание дросселя. В еще одном примере закрывание выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора включает в себя перемещение выпускного дросселя из текущего положения в более закрытое положение. Посредством закрывания выпускного дросселя противодавление выхлопных газов может повышаться, тем самым повышая температуру выхлопных газов, которая содействует ускорению прогрева каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В дополнение, в то время как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится ниже пороговой температуры и в то время как выпускной дроссель закрыт, процедура включает в себя осуществление запаздывания установки момента искрового зажигания. Посредством осуществления запаздывания установки момента зажигания температура выхлопных газов может повышаться дальше, дополнительно содействуя ускорению прогрева каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Величина применяемого запаздывания зажигания может регулироваться на основании температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Например, с увеличением разности между температурой каталитического нейтрализатора выхлопных газов и пороговой температурой может применяться большее запаздывание зажигания (до тех пор, пока не ухудшается стабильность сгорания).
На этапе 204 процедура включает в себя закрывание клапана EGR. В одном из примеров закрывание клапана EGR включает в себя полное закрывание клапана EGR. В еще одном примере закрывание клапана EGR включает в себя перемещение клапана EGR из текущего положения в более закрытое положение. В материалах настоящего описания, клапан EGR может быть присоединен в системе LP-EGR (такой как система 161 LP-EGR по фиг.1). Посредством закрывания клапана EGR, к тому же при закрывании выпускного дросселя, по меньшей мере часть дросселированных выхлопных газов отводится через охладитель EGR системы LP-EGR. В частности, часть дросселированных выхлопных газов отводится через охладитель EGR, расположенный внутри канала EGR, наряду с сохранением клапана EGR в канале EGR в более закрытом положении, при этом канал EGR присоединяет по текучей среде выпуск двигателя из выше по потоку от выпускного дросселя и ниже по потоку от выпускного дросселя к впуску двигателя выше по потоку от впускного компрессора. В материалах настоящего описания, канал EGR является каналом EGR низкого давления. Другими словами, большая часть очищенных каталитическим нейтрализатором выхлопных газов отбирается из выше по потоку от выпускного дросселя и отводится через охладитель EGR. Поскольку дросселированные выхлопные газы имеют более высокую температуру, прохождение горячих выхлопных газов через охладитель EGR вызывает подъем отвода тепла в охладителе EGR. Поскольку охладитель EGR присоединен к системе охлаждения двигателя, отведенное тепло преимущественно используется для разогрева двигателя и каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске. Таким образом, синергетическое объединение дросселирования выхлопных газов и повышенного отвода тепла в охладителе EGR может использоваться, чтобы способствовать более быстрой активизации каталитического нейтрализатора выхлопных газов, чем может достигаться тем или другим способом в одиночку. Кроме того, посредством использования регулировок выпускного дросселя и клапана EGR сопутствующим образом температура выхлопных газов может повышаться наряду с использованием меньшего запаздывания искрового зажигания, тем самым обеспечивая выгоды экономии топлива при холодном запуске двигателя.
Отведение дополнительно включает в себя направление части дросселированных выхлопных газов с выпуска охладителя EGR на выпуск двигателя ниже по потоку от выпускного дросселя через перепускной канал. Выхлопные газы затем могут вентилироваться в атмосферу. В некоторых вариантах осуществления перепускной канал может включать в себя эжектор. В таких вариантах осуществления часть дросселированных выхлопных газов, направляемых через перепускной канал, может подвергаться потоку через эжектор, давая разрежению возможность получаться на эжекторе. Таким образом, поток дросселированных выхлопных газов через охладитель EGR может использоваться для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора наряду с дополнительным формированием разрежения. Сформированное разрежение затем может использоваться для приведения в действие одного или более вакуумных приводов двигателя (например, усилителя тормозов), которые присоединены к эжектору.
На этапе 206, при работе с закрытыми выпускным дросселем и клапаном EGR, может определяться, находится ли противодавление выхлопных газов выше, чем пороговое давление. В одном из примеров противодавление выхлопных газов может оцениваться в местоположении выше по потоку от выпускного дросселя и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора (например, специализированным датчиком давления). В других примерах противодавление выхлопных газов может логически выводиться на основании по меньшей мере температуры выхлопных газов и положения (или степени закрывания) выпускного дросселя. По существу, закрывание выпускного дросселя может приводить к повышению противодавления (и температуры) выхлопных газов, что используется для разогрева каталитического нейтрализатора. Однако, если противодавление выхлопных газов поднимается слишком далеко, может происходить повреждение компонентов двигателя (например, повреждение у каталитического нейтрализатора выхлопных газов). Таким образом, на этапе 208, в то время как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится ниже пороговой температуры, процедура включает в себя периодическое (или кратковременное) открывание выпускного дросселя в ответ на противодавление выхлопных газов, оцененное выше по потоку от дросселя (и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора), находящееся выше, чем пороговое давление. При сбросе противодавления выхлопных газов процедура переходит на этап 210 с этапа 208. Иначе, если нарастание противодавления выхлопных газов не произошло, процедура переходит прямо на этап 210 с этапа 206.
По существу, закрывание клапана и выпускного дросселя и отведение выхлопных газов через охладитель EGR выполняется в течение некоторой продолжительности времени, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не находится выше пороговой температуры. Например, оно может продолжаться до тех пор, пока каталитический нейтрализатор выхлопных газов не был активизирован в достаточной мере. Соответственно, на этапе 210 определяется, находится ли температура выхлопных газов (или температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов) на или выше пороговой температуры, такой как температура розжига каталитического нейтрализатора (T_lightoff). Если нет, на этапе 212 выпускной дроссель и клапан EGR могут поддерживаться в более закрытом положении до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не достаточно высока.
По существу, даже после того как каталитический нейтрализатор был в достаточной мере прогрет, двигатель может не быть прогретым в достаточной мере, приводя к проблемам NVH при холодном запуске двигателя. Таким образом, даже после того, как каталитический нейтрализатор активизирован, выпускной дроссель и клапан EGR могут поддерживаться закрытыми, чтобы продолжать отводить тепло в охладителе EGR для разогрева двигателя (посредством нагревания хладагента двигателя). Соответственно, после того как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится выше пороговой температуры, на этапе 214 процедура включает в себя поддержание выпускного дросселя закрытым и клапана EGR закрытым при обеспечении опережения установки момента искрового зажигания (или уменьшением величины запаздывания зажигания). В материалах настоящего описания, установка момента зажигания может подвергаться опережению для снижения разогрева выхлопных газов посредством регулировки установки момента зажигания. Осуществление опережения установки момента зажигания может включать в себя осуществление опережения установки момента искрового зажигания от установки момента с запаздыванием, которая была установлена на этапе 203, по направлению к исходной установке момента, которая была установлена до этапа 203. В качестве альтернативы, установка момента зажигания может подвергаться опережению (или может уменьшаться запаздывание зажигания) в установку момента, основанную на преобладающих условиях работы двигателя.
Затем, на этапе 216 температура на выпуске охладителя EGR может оцениваться, и может определяться, является ли температура на выпуске EGR более высокой, чем пороговая температура. Температура на выпуске охладителя EGR, например, может оцениваться датчиком температуры, присоединенным в канале EGR ниже по потоку от охладителя EGR (таким как датчик 118 по фиг.1). В одном из примеров пороговая температура может соответствовать температуре, при или выше которой двигатель может быть прогретым в достаточной мере, и могут уменьшаться проблемы NVH. По существу, выпускной дроссель и клапан EGR могут поддерживаться закрытыми до тех пор, пока температура на выпуске охладителя EGR не прогрета в достаточной мере.
На этапе 218, после того как температура на выпуске EGR поднялась выше пороговой температуры, выпускной дроссель может открываться (или перемещаться в более открытое положение). В альтернативном примере, после того как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится выше пороговой температуры, выпускной дроссель может регулироваться на основании температуры на выпуске охладителя EGR, причем выпускной дроссель смещается из более закрытого положения в более открытое положение с увеличением температуры на выпуске охладителя EGR.
На этапе 220, после того как температура на выпуске EGR поднялась выше пороговой температуры, клапан EGR тоже может открываться (или перемещаться в более открытое положение), если требуется EGR. В частности, открывание клапана EGR может регулироваться на основании потребности в EGR двигателя (и разбавлении в двигателе).
Таким образом, при холодном запуске и прогреве двигателя двигатель может перезапускаться с каждым закрытым из выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора и клапана EGR. При закрытых клапанах по меньшей мере часть дросселированных выхлопных газов может отводиться в обход выпускного дросселя через охладитель EGR и эжектор. Каждый из выпускного дросселя и клапана, в таком случае, может поддерживаться закрытым до тех пор, пока каждая из температуры выхлопных газов и температуры на выпуске охладителя EGR не находится выше порогового значения. Это не только ускоряет активизацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов, но также снижает проблемы NVH холодного запуска двигателя. Таким образом, посредством использования повышения противодавления выхлопных газов и увеличения отвода тепла в охладителе EGR синергетические преимущества достигаются по той причине, что каждая из температуры двигателя и температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов поднимаются до уровней активизации быстрее, чем было бы возможным в ином случае с тем или другим из повышения противодавления выхлопных газов или увеличения отвода тепла в охладителе EGR. В дополнение, поток выхлопных газов может в нужное время и в нужном месте использоваться для формирования разрежения, разрежение впоследствии используется для приведения в действие различных вакуумных приводов двигателя. Посредством своевременного формирования дополнительного разрежения при холодном запуске и прогрева двигателя наряду с ускорением разогрева двигателя и активизации каталитического нейтрализатора снижается необходимость в работы специализированных вакуумных насосов для различных вакуумных приводов.
Следует принимать во внимание, что фиг.2 не упоминает формирование разрежения в приведенной блок-схеме. Это происходит потому, что при работе каталитического нейтрализатора в режиме разогрева эжектор уже снабжается высоким противодавлением и, таким образом, дает значительный вклад в формирование разрежения. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, фиг.2 дополнительно может включать формирование разрежения в блок-схеме последовательности операций.
Координация регулировок клапана противодавления выхлопных газов и клапана EGR для ускорения активизации каталитического нейтрализатора наряду с подъемом температуры двигателя далее показана со ссылкой на пример по фиг.3. Более точно, многомерная характеристика 300 изображает температуру на выпуске охладителя EGR на графике 301, температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов на графике 302, противодавление выхлопных газов на графике 304, регулировки выпускного дросселя на графике 306 и регулировки установки момента зажигания на графике 308. Все графики начерчены во времени (вдоль оси x).
В t1 двигатель может запускаться и прогреваться. В частности, в ответ на температуру каталитического нейтрализатора двигателя (302) ниже порогового значения (T_light-off) холодный запуск двигателя может инициироваться в t1. При холодном запуске двигателя двигатель работает с закрытым каждым из выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора и клапана EGR (не показанного). В изображенном примере выпускной дроссель и клапан EGR закрываются полностью, однако, следует принимать во внимание, что, в альтернативных примерах, выпускной дроссель и клапан EGR могут перемещаться в более закрытое положение. Закрывание выпускного дросселя побуждает противодавление выхлопных газов, оцененное выше по потоку (например, непосредственно выше по потоку) от выпускного дросселя, возрастать (304), а также повышаться температуру каталитического нейтрализатора (302).
При закрытом выпускном дросселе по меньшей мере часть дросселированных выхлопных газов отводится в канал EGR (или отвод EGR), включающий в себя клапан EGR и охладитель EGR, расположенный выше по потоку от клапана EGR. В настоящем примере каждый из клапана EGR и охладителя EGR может быть расположен в канале EGR низкого давления, канал EGR присоединяет по текучей среде выпуск двигателя из выше по потоку от выпускного дросселя и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора к впуску двигателя выше по потоку от впускного компрессора. Повышенный поток нагретых выхлопных газов через охладитель EGR вызывает подъем температуры в охладителе EGR (как показано повышением температуры на выпуске охладителя EGR, 301). Это, в свою очередь, вызывает повышенный отвод тепла в охладителе EGR, тепло отводится в хладагент двигателя. Нагретый хладагент, в таком случае, ведет к повышению температуры двигателя, что помогает уменьшать проблемы NVH двигателя при холодном запуске, к тому же, наряду с содействием прогреву каталитического нейтрализатора выхлопных газов. При клапане EGR, также закрытом, нагретые выхлопные газы, отведенные через охладитель EGR, затем подвергаются потоку с выпуска охладителя EGR в перепускной канал, который присоединяется обратно к выпуску двигателя ниже по потоку от выпускного дросселя. Оттуда выхлопные газы вентилируются в атмосферу. По существу объединение закрывания выпускного дросселя и клапана EGR (для повышения противодавления и температуры выхлопных газов, а также отвода тепла в охладителе EGR) ускоряет разогрев каталитического нейтрализатора. В частности, как изображено, подход дает температуре каталитического нейтрализатора возможность достигать порогового значения (T_lightoff) за меньшее время, чем было бы возможным без закрывания обоих клапанов (заявленный подход, начатый в t1, дает температуре каталитического нейтрализатора возможность достигать порогового значения в t2, в то время как в отсутствие заявленного подхода температура каталитического нейтрализатора достигала бы порогового значения в t4, как изображено пунктирным графиком 303).
В некоторых вариантах осуществления, где перепускной канал включает в себя эжектор, выхлопные газы отводятся в обход выпускного дросселя через охладитель EGR и эжектор. Когда эжектор включен в состав, поток выхлопных газов через эжектор может использоваться, давая разрежению возможность формироваться на горловине эжектора, полученное разрежение затем выдается в один или более потребителей разрежения двигателя (к примеру, для приведения в действие усилителя тормозов, для продувки бачка, для вентиляции картера и т.д.)
При прогреве, в то время как температура на выпуске охладителя EGR и температура каталитического нейтрализатора находятся ниже своих соответствующих пороговых значений и в то время как выпускной дроссель и клапан EGR закрыты (между t1 и t2), установка момента искрового зажигания может подвергаться запаздыванию от MBT (308). В частности, величина применяемого запаздывания зажигания может увеличиваться, чтобы дополнительно повышать температуры выхлопных газов и дополнительно ускорять активизацию каталитического нейтрализатора.
В t2 температура каталитического нейтрализатора может находиться выше пороговой температуры T-lightoff, но температура на выпуске охладителя EGR все еще может быть ниже требуемого порогового значения (T_egrcot). Таким образом, после t2 каждый из выпускного дросселя и клапана может поддерживаться закрытым до тех пор, пока температура на выпуске охладителя EGR не находится выше порогового значения. В дополнение, после того как каталитический нейтрализатор достиг пороговой температуры, и в то время как температура на выпуске охладителя EGR является возрастающей в направлении порогового значения, величина запаздывания зажигания от MBT, которая применяется, может уменьшаться. То есть, установка момента искрового зажигания может подвергаться опережению по направлению к (или возвращаться к) MBT. В одном из примеров установка опережения зажигания может возвращаться на исходную регулировку, используемую до t1.
Между t2 и t3 температура на выпуске охладителя EGR достигает порогового значения T_egrcot. Таким образом, между t2 и t3, по мере того как температура на выпуске охладителя EGR возрастает выше порогового значения, выпускной дроссель перемещается в более открытое положение. Это предоставляет возможность повышаться противодавлению и температуре выхлопных газов. В дополнение, большая часть очищенных каталитическим нейтрализатором выхлопных газов вентилируется в атмосферу через выпускной дроссель наряду с тем, что всего лишь меньшая оставшаяся часть вентилируется в атмосферу в обход дросселя при протекании через охладитель EGR и перепускной канал. Следовательно, вскоре после t2 температура на выпуске EGR продолжает повышаться недолго, но затем, по мере того как выпускной дроссель открывается и температура выхлопных газов падает, температура на выпуске EGR также начинает падать и стабилизироваться на более низком значении. Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что изображенный пример показывает выпускной дроссель, являющийся постепенно перемещаемым в более открытое положение после t2, в альтернативных вариантах осуществления выпускной дроссель может полностью закрываться в t2.
В то время как температура на выпуске охладителя EGR находится ниже порогового значения, выпускной дроссель может периодически открываться в ответ на противодавление выхлопных газов выше по потоку от выпускного дросселя, находящееся выше порогового давления. Например, как показано на 305, в ответ на противодавление выхлопных газов (304), поднимающееся выше порогового значения T_ebp, выхлопной клапан может кратковременно открываться для сброса противодавления.
По выбору, клапан EGR может открываться после того, как был открыт выпускной дроссель, чтобы обеспечивать требуемую величину рециркуляции выхлопных газов. По существу, требуемая величина EGR может определяться на основании условий работы двигателя и потребностей в разбавлении в двигателе. Например, если требуется большее разбавление в двигателе, клапан EGR может перемещаться в более открытое положение.
В некоторых вариантах осуществления различные регулировки выпускного дросселя и клапана EGR могут выполняться для работы системы двигателя в различных режимах. В одном из примеров система двигателя может содержать двигатель, включающий в себя впуск и выпуск, турбонагнетатель, включающий в себя впускной компрессор и турбину с приводом от выхлопной системы, каталитический нейтрализатор выхлопных газов и выпускной дроссель после каталитического нейтрализатора. Система дополнительно может включать в себя систему EGR, включающую в себя канал EGR, охладитель EGR и клапан EGR, система присоединяет по текучей среде выпуск двигателя ниже по потоку от каталитического нейтрализатора и выше по потоку от выпускного дросселя к впуску двигателя выше по потоку от компрессора. Ответвление канала или перепускной канал, включающие в себя эжектор, могут присоединять по текучей среде выпуск охладителя EGR к выпуску двигателя ниже по потоку от выпускного дросселя. Система двигателя дополнительно может включать в себя контроллер с машинно-читаемыми командами для работы системы в различных режимах. Например, система двигателя может работать в первом режиме с закрытыми каждым из выпускного дросселя и клапана EGR и при обеспечении потока выхлопных газов из каталитического нейтрализатора через охладитель EGR, а затем через эжектор. В качестве еще одного примера, система может работать во втором режиме с открытыми каждым из выпускного дросселя и клапана EGR и при обеспечении потока выхлопных газов из каталитического нейтрализатора через эжектор, а затем через эжектор. Во время обоих, первого и второго, режимов разрежение может формироваться на эжекторе. Контроллер может подвергать работе систему в первом режиме в условиях, когда каталитический нейтрализатор выхлопных газов находится ниже пороговой температуры, при работе системы во втором режиме в условиях, когда каталитический нейтрализатор выхлопных газов находится выше пороговой температуры, и потребность в разрежении двигателя является более высокой, чем пороговое значение. В некоторых вариантах осуществления, наряду с работой в первом режиме, установка момента искрового зажигания может подвергаться запаздыванию на более высокую величину. В сравнении, наряду с работой во втором режиме, установка момента искрового зажигания подвергается запаздыванию на меньшую величину.
Далее, с обращением к фиг.4, показана примерная процедура 400 согласованной регулировки клапана EGR и выпускного дросселя, чтобы поддерживать величину потока EGR в двигатель наряду с удовлетворением потребностей в разрежении различных потребителей разрежения двигателя.
На этапе 402 способ включает в себя оценку условий работы двигателя. Это может включать в себя измерение и/или логический вывод условий, таких как температура двигателя, температура и давление выхлопных газов, барометрическое давление, скорость вращения двигателя, уровень наддува, давление в коллекторе, поток воздуха в коллекторе и т.д. На этапе 404, на основании оцененных условий работы, может определяться потребность в EGR двигателя. Например, может определяться величина разбавления или остаточных газов в двигателе, требуемая для улучшения рабочих характеристик двигателя и стабильности сгорания. На основании определенной потребности в EGR может определяться положение клапана EGR. В частности, открывание клапана EGR может определяться на основании потребности в EGR, открывание клапана EGR увеличивается (то есть клапан EGR перемещается в более открытое положение) с увеличением потребности в EGR.
На этапе 406 может определяться, является ли температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов более высокой, чем пороговая температура, к примеру, выше температуры розжига. Другими словами, может определяться, требуются ли регулировки клапана EGR и выпускного дросселя для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора. Если каталитический нейтрализатор достаточно горяч и активизирован, то, на этапе 410, процедура включает в себя определение, является ли потребность в разрежении двигателя более высокой, чем пороговое значение. Например, может определяться, есть ли кратковременное повышение потребности в разрежении, обусловленное приведением в действие одного или более потребителей разрежения/вакуумных приводов системы двигателя. В альтернативном примере, может определяться, необходимо ли разрежению в коллекторе пополняться, чтобы давать возможность приведения в действие различных потребителей разрежения системы двигателя.
На этапе 412, если нет (дополнительной) потребности в разрежении, процедура включает в себя работу системы двигателя в первом режиме EGR (Mode_EGR1) с выпускным дросселем, открытым в большей степени для рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя, при направлении первого, меньшего количества выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор. В материалах настоящего описания при рециркуляции требуемого количества выхлопных газов на впуск двигателя, меньшее количество очищенных каталитическим нейтрализатором и дросселированных выхлопных газов вентилируется в атмосферу по прохождению через охладитель EGR (где отводится некоторая часть тепла), а затем через эжектор и затем в выпускной канал ниже по потоку от выпускного дросселя. По меньшей мере некоторое разрежение потенциально получается на эжекторе при работе в этом первом режиме, разрежение формируется на горловине эжектора вследствие потока выхлопных газов через нее. По существу, когда выхлопные газы протекают через эжектор, существует потенциальная возможность создавать поток всасывания. Однако реальный поток может зависеть от условий эжектора и давления в вакуумном резервуаре. При работе в первом режиме EGR с выпускным дросселем, открытым в большей степени, клапан EGR также может открываться в большей степени, причем открывание клапана EGR основано на части выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск двигателя. То есть, клапан EGR может смещаться в более открытое положение, причем более открытое положение выбирается, чтобы удовлетворять потребности в EGR двигателя.
В сравнении, на этапе 414, если есть потребность в разрежении, процедура включает в себя работу системы двигателя во втором режиме EGR (Mode_EGR2) с выпускным дросселем, закрытым в большей степени для рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя, при направлении второго, большего количества выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор. Закрывание выпускного дросселя, например, может выполняться в ответ на приведение в действие вакуумного привода или в ответ на снижение измеренного/логически выведенного разрежения в вакуумном резервуаре, присоединенном к вакуумному приводу. В материалах настоящего описания, посредством закрывания выпускного дросселя большее количество выхлопных газов может отводиться в канал EGR. Более высокое противодавление, сформированное выше по потоку от выпускного дросселя, может вызывать возмущения EGR, обусловленные усилением потока EGR вследствие закрывания выпускного дросселя. Таким образом, при работе во втором режиме EGR клапан EGR может быть закрытым в большей степени, закрывание клапана EGR основано на закрывании выпускного дросселя для поддержания рециркуляции части выхлопных газов на впуск двигателя. Например, по мере того как выпускной дроссель перемещается в более закрытое положение, клапан EGR также может перемещаться в более закрытое положение, чтобы сохранять порцию EGR, выдаваемую на впуск двигателя. В материалах настоящего описания при рециркуляции требуемого количества выхлопных газов на впуск двигателя, большее количество очищенных каталитическим нейтрализатором и дросселированных выхлопных газов вентилируется в атмосферу по прохождению через охладитель EGR (где отводится большее количество тепла), а затем через эжектор и затем в выпускной канал ниже по потоку от выпускного дросселя. Как в первом режиме, по меньшей мере некоторое разрежение потенциально получается на эжекторе при работе во втором режиме, разрежение формируется на горловине эжектора вследствие потока выхлопных газов через нее. Однако большая величина разрежения получается на эжекторе при работе во втором режиме EGR по сравнению с первым режимом EGR вследствие большего потока выхлопных газов через эжектор во втором режиме. В обоих, первом и втором, режимах EGR разрежение, полученное на эжекторе, может использоваться одним или более вакуумными приводами двигателя, присоединенными к эжектору.
В некоторых вариантах осуществления контроллер может контролировать температуру выхлопных газов в первом и втором режимах. Контроллер также может контролировать противодавление выхлопных газов, оцененное выше по потоку от выпускного дросселя, во время режимов работы. В частности, при уменьшении открывания выпускного дроссельного клапана во втором режиме может быть повышение противодавления выхлопных газов и температуры выхлопных газов. В этом отношении, в ответ на температуру выхлопных газов, поднимающуюся выше пороговой температуры, контроллер может увеличивать открывание каждого из выпускного дросселя и клапана EGR для нахождения температуры выхлопных газов в пределах требуемого диапазона. Подобным образом, в ответ на противодавление выхлопных газов, поднимающееся выше порогового давления, открывание каждого из выпускного дросселя и клапана EGR может увеличиваться для уменьшения противодавления. В одном из примеров регулировки, выполняемые в первом и втором режимах, которые основаны на повышении температуры выхлопных газов и/или противодавлении, могут быть кратковременными изменениями. В этом отношении, как только давление и температура находятся в пределах требуемого диапазона, могут возобновляться исходные регулировки для дросселя и клапана EGR.
Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что изображенная процедура показывает контроллер двигателя, выбирающий режим работы системы двигателя на основании потребности в разрежении, в альтернативном варианте осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью осуществлять переход системы двигателя с работы в первом режиме на работу во втором режиме в ответ на повышение потребности в разрежении от одного или более вакуумных приводов двигателя. Например, первый режим может быть установленным по умолчанию режимом работы EGR, и контроллер может переключать систему двигателя на второй режим работы EGR, чтобы поддерживать EGR, к тому же, наряду с использованием потока выхлопных газов для формирования разрежения для удовлетворения потребности в разрежении двигателя.
Возвращаясь на этап 406, если каталитический нейтрализатор в недостаточной степени прогрет или активизирован, к примеру, при холодном запуске и прогреве двигателя, то на этапе 408 процедура включает в себя осуществление работы системы двигателя в третьем режиме без EGR (Mode_3) с каждым из выпускного дросселя и клапана EGR, полностью закрытым, чтобы направлять третье количество выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через эжектор. В материалах настоящего описания, посредством закрывания выпускного дросселя, большее количество выхлопных газов может отводиться в канал EGR наряду с тем, что более высокое противодавление, сформированное выше по потоку от выпускного дросселя, может использоваться для нагрева выхлопных газов и ускорения активизации каталитического нейтрализатора. Одновременно, посредством закрывания клапана EGR нагретые выхлопные газы, отведенные в канал EGR, могут проталкиваться, чтобы протекать через охладитель EGR, а затем через эжектор до вентиляции в атмосферу. Посредством осуществления потока нагретых выхлопных газов через охладитель EGR большее количество тепла может обмениваться охладителем EGR с системой охлаждения двигателя, предоставляя температуре двигателя возможность возрастать. Это синергетически предоставляет выхлопным газам двигателя возможность нагреваться и дополнительно ускоряет активизацию каталитического нейтрализатора. Таким образом, третье количество выхлопных газов, пропущенных через охладитель EGR в третьем режиме, может быть более высоким, чем каждое из первого и второго количеств, хотя третье количество может не подвергаться рециркуляции на впуск двигателя.
Несмотря на то, что изображенная процедура показывает контроллер двигателя, осуществляющий работу системы двигателя в третьем режиме в ответ на температуру двигателя ниже, чем пороговая температура, в дополнительных вариантах осуществления контроллер может осуществлять переход системы двигателя из третьего режима в первый режим в ответ на температуру выхлопных газов и/или температуру двигателя выше, чем (соответствующие) пороговые температуры. При осуществлении перехода из третьего режима в первый режим открывание выпускного дросселя может увеличиваться с увеличением температуры на выпуске охладителя EGR, наряду с тем, что открывание клапана EGR может увеличиваться с увеличением потребности в EGR двигателя. В, кроме, того еще дополнительных вариантах осуществления контроллер может осуществлять переход системы двигателя из третьего режима во второй режим в ответ на температуру выхлопных газов и/или температуру двигателя, находящиеся выше, чем (соответствующие) пороговые температуры, и увеличение потребности в разрежении двигателя.
В общем и целом, посредством выбора одного из разных режимов работы двигателя могут удовлетворяться различные потребности двигателя. Вообще, каждому из формирования разрежения, регенерации тепла выхлопных газов и EGR необходим определенный уровень противодавления выхлопных газов для достижения своего целевого значения. Посредством сбора всех этих потребностей и выдачи целевого противодавления выхлопных газов, которое является достаточно высоким, чтобы служить всем трем назначениям, не превышая предельных значений давления или температуры, контроллер двигателя может удовлетворять все потребности оптимизированным образом.
Таким образом, двигатель может работать с рециркуляцией выхлопных газов, и, в ответ на потребность в разрежении, каждый из выпускного дросселя и клапана EGR может регулироваться согласованно, чтобы удовлетворять потребность в разрежении наряду с поддержанием рециркуляции выхлопных газов. В качестве используемой в материалах настоящего описания работа двигателя с рециркуляцией выхлопных газов включает в себя рециркуляцию части очищенных каталитическим нейтрализатором выхлопных газов из выше по потоку от выпускного дросселя на впуск двигателя через канал EGR, причем канал EGR включает в себя охладитель EGR выше по потоку от клапана EGR. Посредством уменьшения открывания каждого из выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора и клапана EGR для увеличения потока выхлопных газов через охладитель EGR, а затем через выпускной эжектор разрежение может быть разрежением, сформированным на эжекторе, для удовлетворения потребности в разрежении. Посредством уменьшения открывания выпускного дросселя на основании потребности в разрежении наряду с уменьшением открывания клапана EGR на основании уменьшения открывания выпускного дросселя величина рециркуляции выхлопных газов может сохраняться. Посредством поддержания требуемого разбавления в двигателе работа двигателя и стабильность сгорания не ухудшаются наряду с тем, что также удовлетворяется потребность в разрежении.
Координация регулировок клапана противодавления выхлопных газов и клапана EGR для обеспечения EGR, к тому же, наряду с удовлетворением потребностей в разрежении, далее показана со ссылкой на пример по фиг.5. В частности, фиг.5 отражает то обстоятельство, что для достижения целевого расхода EGR необходимо добавочное противодавление выхлопных газов, обеспечиваемое выпускным дросселем. Многомерная характеристика 500 изображает величину EGR на графике 502, разрежение на эжекторе на графике 504, регулировки клапана EGR на графике 506 и регулировки выпускного дросселя на графике 508. Все графики начерчены во времени (вдоль оси x).
До t1 двигатель может быть работающим без запроса EGR. Соответственно, двигатель может работать с закрытым клапаном EGR (506). Выпускной дроссель может оставаться открытым, чтобы предоставлять выхлопным газам возможность вентилироваться в атмосферу через выпускной дроссель. В t1 потребность в EGR двигателя может возрастать (пунктирная линия 501). В частности, величина EGR может запрашиваться, чтобы обеспечивать разбавление в двигателе. Для обеспечения требуемого разбавления в двигателе клапан EGR может (постепенно) смещаться в более открытое положение (506), где более открытое положение основано на условиях работы двигателя. Посредством открывания клапана EGR требуемое количество выхлопных газов может подвергаться рециркуляции на впуск двигателя (сплошная линия 502). Как конкретизировано со ссылкой на фиг.1, клапан EGR может быть включен в канал EGR или отвод EGR, присоединяющий выпуск двигателя выше по потоку от выпускного дросселя к впуску двигателя. Кроме того, канал EGR может включать в себя охладитель EGR, присоединенный ниже по потоку от места соединения канала EGR и выпуска двигателя и выше по потоку от клапана EGR. Таким образом, при рециркуляции требуемое количество очищенных каталитическим нейтрализатором выхлопных газов может отводиться из выше по потоку от выпускного дросселя в канал EGR, где они могут протекать через охладитель EGR, а затем через (открытый) клапан EGR перед рециркуляцией на впуск двигателя выше по потоку от впускного компрессора.
В t2 может быть повышение потребности в разрежении двигателя (пунктирная линия 503). В одном из примеров повышение потребности в разрежении двигателя может быть обусловлено приведением в действие одного или более потребителей разрежения, таких как тормоза транспортного средства. В ответ на повышение потребности в разрежении в t2 выпускной дроссель после каталитического нейтрализатора может закрываться (или перемещаться в более закрытое положение), чтобы увеличивать формирование разрежения (сплошная линия 504) на выпускном эжекторе. Как конкретизировано со ссылкой на фиг.1, выпускной эжектор может быть расположен в перепускном канале, присоединяющем канал EGR ниже по потоку от охладителя EGR к выпуску двигателя ниже по потоку от дросселя. Таким образом, посредством закрывания выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора часть объема выхлопных газов может подвергаться протеканию через охладитель EGR, а затем через выпускной эжектор. То есть, очищенные каталитическим нейтрализатором выхлопные газы могут отводиться из выше по потоку от выпускного дросселя в канал EGR, откуда их часть может протекать через охладитель EGR, а затем через эжектор перед возвратом в выпуск двигателя ниже по потоку от выпускного дросселя, наряду с тем, что оставшаяся часть протекает через клапан EGR на впуск двигателя. Поскольку эжектор присоединен к вакуумному приводу, закрывание выпускного дросселя может выполняться в ответ на приведение в действие вакуумного привода. Разрежение, в таком случае, формируется выхлопными газами, текущими через эжектор (504), и сформированное разрежение может получаться из горловины эжектора и потребляться различными вакуумными приводами двигателя.
Закрывание выпускного дросселя, однако, вызывает повышение противодавления выхлопных газов непосредственно выше по потоку от дросселя. Поскольку это является местоположением, откуда отбирается EGR, в отсутствие каких бы то ни было регулировок клапана EGR, повышение противодавления выхлопных газов может приводить к увеличению EGR, подвергнутой рециркуляции на впуск двигателя. По существу, эти флуктуации EGR могут ухудшать стабильность сгорания и работу двигателя. Таким образом, к тому же, в t2, чтобы поддерживать величину рециркуляции выхлопных газов (на требуемом уровне), клапан EGR также может закрываться (или перемещаться в более закрытое положение). Другими словами, закрывание выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора регулируется на основании потребности в разрежении двигателя, наряду с тем, что закрывание клапана EGR регулируется на основании закрывания выпускного дросселя. В качестве используемого в материалах настоящего описания закрывание клапана EGR включает в себя смещение клапана EGR из более открытого положения (в t2) в более закрытое положение, более закрытое положение основано на закрывании выпускного дросселя. Несмотря на то, что изображенный пример показывает перемещение выпускного дросселя в более закрытое положение в ответ на потребность в разрежении и перемещение клапана EGR в более закрытое положение в ответ на закрывание выпускного дросселя (для поддержания EGR), в альтернативных примерах закрывание выпускного дросселя может включать в себя полное закрывание дросселя, наряду с тем, что закрывание клапана EGR включает в себя полное закрывание клапана EGR.
Между t2 и t3 выпускной дроссель и клапан EGR могут поддерживаться в более закрытых положениях, чтобы продолжать формирование разрежения (504) для удовлетворения потребности (503) в разрежении, к тому же наряду с обеспечением EGR (502) для удовлетворения потребности в EGR (501). В t3, в ответ на падение потребности в разрежении, выпускной дроссель может смещаться обратно в более открытое положение. Падение противодавления выхлопных газов, следовательно, потока EGR компенсируется соответствующим и сопутствующим открыванием клапана EGR так, чтобы EGR поддерживалась после открывания дросселя в t3.
В t4, на основании преобладающих условий работы двигателя, потребность в EGR может снижаться. В ответ на падение потребности в EGR, в t4 клапан EGR может регулироваться на более закрытое положение, чтобы уменьшать количество выхлопных газов, отводимых из выше по потоку от выпускного дросселя на впуск двигателя. Клапан EGR затем может поддерживаться открытым на основании требуемого разбавления в двигателе и других условий работы двигателя.
Таким образом, регулировки выпускного дросселя и клапана EGR могут координироваться в различных условиях работы двигателя, чтобы обеспечивать EGR, ускорять прогрев и выдавать разрежение по мере надобности. При холодном запуске и прогреве двигателя двигатель может перезапускаться с каждым закрытым из выпускного дросселя после каталитического нейтрализатора и клапана EGR. Посредством отведения дросселированных выхлопных газов через охладитель EGR повышение противодавления выхлопных газов может использоваться для подъема температур выхлопных газов, наряду с тем, что повышенный перенос тепла в охладителе EGR синергетически используется для дополнительного ускорения активизации каталитического нейтрализатора, а также уменьшения проблем NVH холодного запуска двигателя. К тому же, посредством направления отведенных дросселированных выхлопных газов через выпускной эжектор поток выхлопных газов может в нужное время и в нужном месте использоваться для формирования разрежения. В условиях холодного запуска двигателя дросселирование выхлопных газов может преимущественно использоваться для усиления выработки разрежения наряду с обеспечением EGR. Посредством закрывания выпускного дросселя и отведения большего количества выхлопных газов через эжектор могут удовлетворяться потребности в разрежении. Наряду с одновременным закрыванием клапана EGR может поддерживаться требуемое разбавление в двигателе. В целом, вырабатывание разрежения может обеспечиваться, не вызывая флуктуаций EGR, а потому, не ухудшая работы двигателя.
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.