СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ
SYSTEM FOR TURBOCHARGED ENGINE (OPTIONS) AND METHOD FOR TURBOCHARGED ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее описание относится к системам и способам рециркуляции выхлопных газов в подаваемый газ двигателя внутреннего сгорания, в частности, при холодном запуске двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства снижения токсичности выхлопных газов, такие как каталитические нейтрализаторы, обеспечивают более высокое сокращение выбросов вредных веществ после достижения заданной рабочей температуры, обозначаемой как температура розжига. В условиях холодного запуска двигателя, устройства снижения токсичности выхлопных газов могут работать при температурах ниже их температуры розжига. Выхлопные газы при холодном запуске двигателя, выпущенные до того, как устройство снижения токсичности выхлопных газов достигло своей температуры розжига, могут ухудшить качество выхлопных газов транспортного средства и внести вклад в значительную долю общего количества выбросов выхлопных газов. Таким образом, различные подходы направлены на снижение количества выхлопных газов при холодном запуске.
Один из примеров подхода, описанный в US 8,464,542 (МПК F17C 11/00, F25B 19/00, опубл. 18.06.2013), включает в себя снижение уровня влажного выхлопа, достигающего до каталитического нейтрализатора, посредством использования системы для улавливания жидкости выхлопа. Здесь, выхлопные газы двигателя конденсируются с образованием жидкости выхлопа, и жидкость выхлопа накапливается в уловителе. После того, как каталитический нейтрализатор достигает температуры розжига, жидкость выхлопа выпускается обратно из ловушки в выхлопную систему. Однако авторы выявили потенциальные проблемы, связанные с таким подходом. Например, добавление уловителя в выхлопную систему может привести к увеличению затрат на производство и дизайн. Вдобавок к уловителю, компоненты, такие как дефлектор, могут также входить в выхлопную систему для конденсации выхлопных газов, которые также могут внести свой вклад в себестоимость. Кроме того, уловленная жидкость выхлопа не может не быть выпущена полностью во время работы транспортного средства. В результате, жидкость выхлопа может накапливаться в ловушке с течением времени, что приводит к отказу системы ловушки. Таким образом, могут потребоваться дополнительные датчики и соединения для того, чтобы постоянно контролировать систему ловушки, дополнительно увеличивая сложность конструкции и себестоимость.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из примеров, некоторые из указанных выше проблем могут быть по меньшей мере частично, решены посредством системы для двигателя с турбонаддувом, содержащей:
выпускной канал;
ограничительный клапан, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и ниже по потоку от турбины и перепускной заслонки в выпускном канале напротив датчика содержания кислорода; и
канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, соединенный с выпускным каналом через ограничительный клапан для протекания выхлопных газов двигателя во впускной канал выше по потоку от впуска компрессора в условиях холодного запуска.
В одном из вариантов предложена система, в которой датчик содержания кислорода расположен в выпускном канале по меньшей мере частично ниже по потоку от ограничительного клапана и выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительный клапан содержит ограничительную пластину и шарнир, причем ограничительная пластина вращается вокруг оси шарнира, расположенного ниже по потоку от переднего края пластины, которая в закрытом положении расположена заподлицо с внутренней стенкой выпускного канала.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина содержит металл.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина имеет открытую конфигурацию, причем открытая конфигурация ограничительной пластины блокирует первое количество выхлопных газов двигателя и отводит первое количество выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина в открытой конфигурации обеспечивает протекание второго количества выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина имеет закрытую конфигурацию, причем закрытая конфигурация ограничительной пластины обеспечивает протекание всех выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина поворачивается на угол до 90 градусов относительно оси шарнира.
В одном из вариантов предложена система, в которой ограничительная пластина поворачивается на угол до 180 градусов относительно оси шарнира.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая контроллер с машиночитаемыми инструкциями для:
определения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов; и
определения отверстия ограничительного клапана на основании температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов для протекания количества выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ для двигателя с турбонаддувом, включающий в себя этап, на котором:
при операции холодного запуска, когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов ниже пороговой
открывают ограничительный клапан, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и ниже по потоку от турбины, для протекания первого количества выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции выхлопных газов при протекании второго количества выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, причем первое количество и второе количество регулируют на основании температуры каталитического нейтрализатора.
В одном из вариантов предложен способ, в котором канал рециркуляции соединяет выпускной канал с впускным каналом в положении выше по потоку от компрессора.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором открывают перепускную заслонку для увеличения первого количества выхлопных газов на третье количество при осуществлении протекания первого и второго количеств.
В одном из вариантов предложен способ, в котором этап открытия ограничительного клапана включает в себя этап, на котором регулируют угол между плоскостью ограничительной пластины ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира ограничительного клапана, расположенного на нижней по потоку стороне клапана.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором уменьшают угол между плоскостью ограничительной пластины ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира ограничительного клапана при увеличении температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором уменьшают отверстие перепускной заслонки при увеличении температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов одновременно с уменьшением угла ограничительной пластины ограничительного клапана.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых при температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов около пороговой температуры или больше закрывают ограничительный клапан и открывают перепускную заслонку на основании одного или более параметров работы двигателя.
В одном из еще дополнительных аспектов предложена система для двигателя с турбонаддувом, содержащая:
выпускной коллектор, содержащий ограничительный клапан, управляющий первым количеством неочищенных выхлопных газов, протекающих на впуск компрессора через канал, соединяющий выпускной коллектор в положении выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и впуск компрессора, причем ограничительный клапан поворачивается вокруг шарнира на самом нижнем по потоку конце ограничительного клапана.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая контроллер с постоянными инструкциями, хранящимися в памяти, содержащими инструкции для регулирования отверстия ограничительного клапана на основании температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов для отведения первого количества выхлопных газов двигателя на впуск компрессора при температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов ниже пороговой температуры.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно содержит инструкции для закрывания клапана рециркуляции выхлопных газов низкого давления, и регулирования отверстия ограничительного клапана на основании требуемой величины рециркуляции выхлопного газа для отведения второго количества выхлопных газов двигателя на впуск компрессора при температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов выше пороговой температуры и при обнаружении загрязнения охладителя рециркулируемых выхлопных газов низкого давления.
В качестве примера, при холодном запуске двигателя, в то время как температура устройства снижения токсичности выхлопных газов, такого как каталитический нейтрализатор, ниже пороговой температуры (например, температуры розжига), ограничительный клапан может быть открыт для того, чтобы блокировать часть выхлопных газов двигателя в выпускном канале предварительного каталитического нейтрализатора. Заблокированная часть выхлопных газов может не протекать через каталитический нейтрализатор и может отводиться на впуск компрессора через канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, соединяющим выпускной канал в положении выше по потоку от каталитического нейтрализатора и ниже по потоку от турбины с впускным каналом перед компрессором. Кроме того, ограничительный клапан может не полностью заблокировать все количество выхлопных газов в выпускном канале. Оставшаяся часть выхлопных газов, не заблокированная ограничительным клапаном, может протекать через каталитический нейтрализатор для обеспечения нагрева каталитического нейтрализатора. После того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет пороговой температуры, ограничительный клапан может быть закрыт для того, чтобы остановить рециркуляцию выхлопных газов через канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, и все количество выхлопных газов может протекать через каталитический нейтрализатор.
Таким образом, ограничительный клапан может использоваться для того, чтобы уменьшить количество выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор при температуре каталитического нейтрализатора ниже его температуры розжига. При снижении количества выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор, количество выхлопных газов при холодном запуске может быть уменьшено.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлено схематичное изображение системы двигателя, включающей в себя систему рециркуляции выхлопных газов при холодном запуске и перепускная заслонка.
На фиг.2 представлена блок-схема системы рециркуляции выхлопных газов при холодном запуске, которая входит состав выхлопной системы двигателя, показанной на фиг.1.
На фиг. 3A представлено схематичное изображение системы рециркуляции выхлопных газов при холодном запуске, включающей в себя ограничительный клапан потока выхлопных газов в открытом положении.
На фиг. 3B представлено схематичное изображение системы рециркуляции выхлопных газов при холодном запуске, включающей в себя ограничительный клапан потока выхлопных газов в закрытом положении.
На фиг. 3C представлено схематичное изображение системы рециркуляции выхлопных газов при холодном запуске, включающей в себя ограничительный клапан потока выхлопных газов в положении, которое делает возможным максимальную рециркуляцию выхлопных газов двигателя.
На фиг. 4 представлена блок-схема работы высокого уровня, иллюстрирующая процедуру, которая может быть реализована для регулировки ограничительного клапана потока выхлопных газов для того, чтобы рециркулировать отходящие выхлопные газы.
На фиг. 5 показан пример регулирования ограничительного клапана потока выхлопных газов при холодном запуске в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 и 7 показан пример регулирования перепускной заслонки и ограничительного клапана потока выхлопных газов, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 8 показан пример регулирования ограничительного клапана потока выхлопных газов для удовлетворения потребностей EGR в условиях засорения EGR охладителя, в соответствии с настоящим изобретением.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы и системы предназначены для уменьшения количества выхлопных газов двигателя, проходящих через каталитический нейтрализатор, при холодном запуске двигателя в транспортном средстве, оснащенном двигателем внутреннего сгорания, как например система двигателя, показанная на фиг. 1. Система рециркуляции выхлопных газов, такая как система рециркуляции, показанная на фиг. , может входить состав выхлопной системы двигателя, показанной на фиг. , для того, чтобы рециркулировать выхлопные газы двигателя. Система рециркуляции может включать в себя ограничительный клапан, показанный на фиг. 3A-3C, для регулирования количества выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор, и отвода выхлопных газов к впуску компрессора. Контроллер может быть сконфигурирован так, чтобы исполнять управляющую программу, такую как типовая программа, показанная на фиг.4, для регулирования положения ограничительного клапана, основываясь на температуре каталитического нейтрализатора. В некоторых примерах, в дополнение к регулированию ограничительного клапана может регулироваться перепускная заслонка, как показано на фиг.1, с тем, чтобы уменьшить поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска. Примеры регулирования ограничительного клапана и перепускной заслонки показаны на фиг.5-7. В некоторых примерах система рециркуляции, показанная на фиг.2, может быть использована для рециркуляции выхлопного газа в условиях засорения охладителя при рециркуляции выхлопного газа (LP-EGR) при низком давлении. Пример регулирования ограничительного клапана и LP-EGR клапана в условиях засорения LP-EGR охладителя приведены на фиг.8.
На фиг.2 представлено схематичное изображение системы 106 транспортного средства. Система 106 транспортного средства включает в себя систему 108 двигателя, включающую в себя двигатель 100, соединенный с системой 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 воздушную дроссельную заслонку 182, расположенную ниже по потоку от впускного компрессора 152 и впускного охладителя 184 наддувочного воздуха. Дроссельная заслонка 182 может быть выполнена с возможностью регулировать поток всасываемого газа (например, нагнетаемого всасываемого воздуха), поступающего во впускной коллектор 144 двигателя. Выпуск 125 включает в себя выпускной коллектор 148, ведущий к выхлопному патрубку 145, который направляет отработавший газ в атмосферу через выхлопную трубу 135.
Двигатель 100 может быть форсированным двигателем, включающим в себя форсирующее устройство, такое как турбокомпрессор 150. Турбокомпрессор 150 может включать в себя впускной компрессор 152, расположенный вдоль впускного канала 142, и турбину 154, работающую на выхлопных газах, расположенную вдоль выпускного канала 145. Компрессор 152 может, хотя бы частично, приводиться в движение турбиной 154 через вал 156. Степень нагнетания, обеспечиваемая турбокомпрессором, может изменяться посредством регулятора двигателя. Байпасный клапан турбины, описываемый в настоящем документе, как например перепускная заслонка 155, может предоставляться вдоль байпасного канала 153 турбины, подсоединенного параллельно к турбине для предоставления возможности выхлопным газам обойти турбину 154. Путем регулирования положения перепускной заслонки, количество выхлопного газа, подаваемого через турбину, можно менять, тем самым изменяя степень нагнетания, подаваемого на впуск двигателя.
В дополнительных вариантах осуществления аналогичный байпасный канал, управляемый через байпасный клапан (не показан), может быть подсоединен параллельно к впускному компрессору, так что весь сжатый компрессором 152 всасываемый воздух или его часть может повторно использоваться во впускном канале 142 выше по потоку компрессором 152. Регулируя положение байпасного клапана компрессора, давление во впускной системе, может быть ослаблено при определенных условиях для того, чтобы уменьшить эффекты помпажа.
Возможный охладитель 184 всасываемого воздуха может предусматриваться после компрессора 152 во впускном канале для того, чтобы снизить температуру всасываемого воздуха, сжатого турбокомпрессором. В частности, промежуточный охладитель 184 может быть включен выше потоку от дроссельной заслонки 182 или встраиваться во впускной коллектор 144.
Система 122 снижения токсичности выхлопных газов, соединенная с выпускным каналом 145, включает в себя каталитический нейтрализатор 170. Каталитический нейтрализатор 170 может включать в себя несколько блоков каталитического нейтрализатора, в одном из примеров. В другом примере, могут использоваться несколько каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, каждый с несколькими блоками. В одном из примеров каталитический нейтрализатор 170 может быть трехкомпонентным нейтрализатором. В других примерах, каталитический нейтрализатор 170 может быть окислительным нейтрализатором, уловителем отходящих оксидов азота, устройством выборочной каталитической нейтрализации выхлопных газов (SCR), сажевым фильтром или другим устройством доочистки выхлопных газов. Хотя каталитический нейтрализатор 170 расположен ниже по потоку от турбины 154 в вариантах осуществления, описываемых в настоящем документе, в других вариантах осуществления катализатор 170 может быть расположен выше по потоку от турбины турбокомпрессора или в другом месте в выпускном канале двигателя, не отходя от объема настоящего изобретения.
Система 106 транспортного средства дополнительно включает в себя EGR систему 161 низкого давления (LP-EGR). LP-EGR система 161 включает в себя EGR канал 163, который соединяет выпускной канал 145, ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов и выше по потоку от дроссельной заслонки 164 выхлопных газов, с воздушным впускным каналом 142, выше по потоку от компрессора 152. EGR охладитель 162, расположенный в EGR канале 163, таким образом, охлаждает поступающий отработавший газ. Положение EGR клапана 159, расположенного в EGR канале 163 со стороны впускного канала EGR охладителя 162, может регулироваться контроллером 120 для изменения количества и/или скорости выхлопного газа, повторно циркулирующего из выпускного канала к впускному каналу через LP-EGR систему. В некоторых вариантах осуществления один или несколько датчиков могут быть расположены внутри LP-EGR канала 163 для того, чтобы обеспечить индикацию одного или более из: давления, температуры, и отношения количества воздуха к количеству топлива в выхлопном газе, циркулирующем через LP-EGR канал. Например, датчик 118 температуры может быть соединен с выпуском (со стороны впускного канала) EGR охладителя 162 и может быть выполнен с возможностью обеспечения оценки температуры на выходе EGR охладителя. Отработавший газ, циркулирующий через LP-EGR канал 163, может быть разбавлен свежим всасываемым воздухом в точке смешения, находящейся на стыке LP-EGR канала 163 и впускного канала 142. В частности, регулируя положение EGR клапана 159, можно регулировать разбавление EGR потока.
Канал 157 рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора может быть предоставлен для того, чтобы иметь жидкостное сообщение выпускного канала в месте выше по потоку от каталитического нейтрализатора 170 с воздушным впускным каналом 142. Ограничительный клапан 169, расположенный на стыке выпускного канала и канала рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора может использоваться для того, чтобы блокировать выхлопные газы двигателя выпускном канале и отклонять выхлопные газы двигателя на впуск компрессора через канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска. Ограничительный клапан может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов. Кроме того, как детализировано применительно к Фиг.4, канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора может использоваться для доставки LP-EGR к воздушному впускному каналу в условиях выхода из строя LP-EGR охладителя.
Количеством выхлопного газа, отводимого через канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора, можно управлять путем регулирования ограничительного клапана 169. В вариантах осуществления, описываемых в настоящем документе, контроллер 120 может управлять положением ограничительного клапана 169, основываясь на различных параметрах работы двигателя и значениях параметра (например, холодный запуск двигателя, выход из строя LP-EGR охладителя и т.д.). В других вариантах осуществления ограничительный клапан может быть выполнен таким образом, что при необходимости ограничительный клапан управляется механически в различных параметрах работы двигателя, без вмешательства системы управления. Как детализировано применительно к Фиг.4, ограничительный клапан может избирательно открываться посредством контроллера 120 в условиях холодного запуска двигателя для того, чтобы отвести выхлопные газы двигателя от места, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, к впуску компрессора. Благодаря использованию ограничительного клапана, количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор до того, как каталитический нейтрализатор достигнет своей температуры розжига, может быть уменьшено.
В силу этого, ограничительный клапан может быть выполнен таким образом, что, когда ограничительный клапан открыт, зона выпускного канала может оставаться незблокированной, чтобы часть выхлопных газов могла протекать через каталитический нейтрализатор. Выхлопные газы могут протекать через турбину, и турбина может выбрасывать выхлопные газы двигателя к каталитическому нейтрализатору в выпускной канал. Ограничительный клапан, расположенный в выпускном канале, может блокировать часть выхлопных газов, вытекающих из турбины и может отводить заблокированную часть выхлопных газов на впуск компрессора. Часть выхлопных газов, не отведенная ограничительным клапаном, может течь к каталитическому нейтрализатору через разблокированную зону между ограничительным клапаном и стенкой выпускного канала.
В некоторых вариантах осуществления в таких условиях, когда ограничительный клапан открыт, перепускная заслонка 155 может быть открыта для того, чтобы направлять поток выхлопных газов в канал 157 рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора и, тем самым, увеличить количество выхлопных газов, рециркулируемых через канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора. Например, при открытии перепускной заслонки, выхлопные газы могут течь через байпасный канал турбины в обход турбины. Выхлопные газы, выходящие из байпасного канала турбины через перепускную заслонку, могут выпускаться под углом (направление потока показано стрелками), что содействует потоку возросшего количества выхлопных газов через канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора. То есть, посредством выпуска выхлопных газов через перепускную заслонку, количество выхлопных газов, протекающих через открытую зону (разблокированную ограничительным клапаном) между ограничительным клапаном и выпускным коллектором, может быть снижено. Следовательно, количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор, может быть снижено. Таким образом, в условиях холодного запуска, операции перепускной заслонки и ограничительного клапана могут быть согласованы с целью дальнейшего снижения количества выхлопных газов при холодном запуске. Пример операций перепускной заслонки и ограничительного клапана будет детализирован со ссылкой на фиг.5, 6 и 7.
Ограничительный клапан 169 может поддерживаться в полностью закрытом положении при большинстве параметров работы двигателя, но может быть выполнен с возможностью открытия для того, чтобы рециркулировать выхлопные газы при определенных условиях, как будет подробно описано ниже со ссылкой на Фиг.4. В силу этого, в условиях холодного запуска, каталитический нейтрализатор может иметь температуру, ниже температуры розжига каталитического нейтрализатора. Выхлопные газы двигателя, проходящие через каталитический нейтрализатор, когда каталитический нейтрализатор имеет температуру, ниже температуры, не могут быть в достаточной степени очищены. В результате, качество выхлопных газов транспортного средства может быть снижено. При использовании в ограничительного клапана для управления количеством выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор, и рециркулиции выхлопных газов к впуску компрессора до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не достигнет температуры розжига, выхлопные газы могут быть улучшены.
Накопление сажи в EGR охладителе 162 может вызвать засорение EGR охладителя. Таким образом, величина EGR, обеспечиваемая через LP-EGR цикл может быть меньше, чем требовалось. Таким образом, в условиях засорения LP-EGR охладителя, EGR может обеспечиваться через канал 157 рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора посредством открытия ограничительного клапана 169. В одном примере, канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора можно использовать вместе с LP-EGR циклом для того, чтобы предоставить требуемую EGR. Например, ограничительный клапан 169 и LP-EGR клапан 159 могут регулироваться для того, чтобы обеспечить требуемую величину EGR. В другом примере LP-EGR клапан 159 может быть закрыт и EGR может быть предоставлена путем открытия ограничительного клапана 169.
В некоторых вариантах осуществления (как показано), система 106 транспортного средства дополнительно включает в себя систему 171 высокого давления EGR (HP-EGR). HP-EGR 171 система включает в себя EGR канал 173, который соединяет выпускной канал 145 перед турбиной 154 с воздушным впускным каналом 142 на выходе из компрессора 152 и выше по потоку от охладителя 184 всасываемого воздуха и дроссельной заслонки 182. EGR охладитель 172, расположенный в EGR канале 173, охлаждает поступающий через него отработавший газ. Положение EGR клапана 179, расположенного в EGR канале 173 со стороны впускного канала EGR охладителя 172, может регулироваться контроллером 120 для изменения количества и/или скорости выхлопного газа, рециркулирующего из выпускного канала к впускному каналу через HP-EGR систему. В некоторых вариантах осуществления один или несколько датчиков могут быть расположены внутри HP-EGR канала 173, для того, чтобы обеспечить выдачу показаний одного или более из: давления, температуры, и отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопного газа, циркулирующего через HP-EGR канал.
Двигателем 100 можно управлять по меньшей мере частично посредством системы 140 управления, включающей в себя контроллер 120, и посредством ввода от водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система управления 140 выполнена с возможностью принимать информацию от множества датчиков 160 (различные примеры которых описываются в настоящем документе) и посылать сигналы управления множеству исполнительных механизмов 180. В качестве одного примера, датчики 160 могут включать в себя датчик 126 содержания кислорода, соединенный с выпускным коллектором 148, датчик 121 давления в коллекторе, соединенный с впускным коллектором 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. В качестве одного примера, датчик содержания кислорода может быть выполнен как универсальный датчик содержания кислорода (UEGO). В некоторых вариантах осуществления, как показано со ссылкой на фиг.3А-3С, датчик содержания кислорода в выхлопных газах может быть расположен по меньшей мере частично ниже по потоку от ограничительного клапана и выше по потоку от каталитического нейтрализатора. В некоторых других вариантах осуществления, датчик содержания кислорода в выхлопных газах может быть расположен ниже по потоку от турбины и выше по потоку от ограничительного клапана.
Различные датчики выхлопных газов также могут быть включены в выпускной канал 145 ниже каталитического нейтрализатора 170, такие как датчики твердых частиц (PM), датчики окислов азота, датчики содержания кислорода, датчики содержания аммиака, датчики содержания углеводородов и т.д. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, отношения количества воздуха к количеству топлива и состава, могут быть подсоединены к различным местам в системе 106 транспортного средства. В качестве другого примера, исполнительные механизмы 180 могут включать в себя топливную форсунку 166, двигатель ограничительного клапана (не показан), EGR клапан 159 и дроссельную заслонку 182. Другие исполнительные механизмы, такие как различные дополнительные клапаны и дроссельные заслонки могут быть подсоединены к различным местам в системе 106 транспортного средства. Контроллер 120 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании инструкции или кода, запрограммированного в нем, соответствующего одной или нескольким программам. Примерная программа управления описывается в настоящем документе применительно к фиг.4.
Обратимся к фиг.2, она изображает систему 102 рециркуляции выхлопных газов для рециркуляции отходящих выхлопных газов с целью сокращения количества выхлопных газов в условиях холодного запуска. Система рециркуляции может быть включена в выпускной канал 145 системы транспортного средства, такой как система транспортного средства, показанная на Фиг.1. Система может быть расположена перед устройством снижения токсичности выхлопных газов, таким как каталитический нейтрализатор 170, для того, чтобы уменьшить количество выхлопного газа, протекающего через каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска. В некоторых примерах, система может функционировать в качестве альтернативного LP-EGR цикла в условиях выхода из строя LP-EGR охладителя.
Система 102 может включать в себя впуск 104, такой как впуск выхлопных газов, который может быть соединен с зоной 110 ограничения, которая, в свою очередь, может быть соединена с каталитическим нейтрализатором 170 выхлопных газов. Впуск 104 может быть расположен ниже по потоку от турбины и перед каталитическим нейтрализатором 170 выхлопных газов. Впуск 104 может быть выполнен с возможностью обеспечивать прохождение выхлопных газов в зону ограничения из двигателя, как описано в отношении фиг.1. В одном из примеров впуск 104 может принимать выхлопные газы двигателя из турбины турбокомпрессора. В другом примере, впуск 104 может принимать выхлопные газы двигателя из байпасного канала турбины через перепускную заслонку. В еще одном примере впуск 104 может принимать выхлопные газы двигателя от турбины и от байпасного канала турбины.
Зона ограничения может быть дополнительно соединена с впуском 112 компрессора через канал 157 рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора. Канал 157 может быть выполнен с возможностью протекания выхлопных газов двигателя из двигателя к впуску компрессора в условиях холодного запуска для того, чтобы уменьшить количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, прежде чем каталитический нейтрализатор выхлопных газов достигнет своей рабочей температуры. В некоторых примерах, в дополнение к рециркуляции выхлопных газов двигателя в условиях холодного запуска, канал 157 может быть использован для рециркуляции выхлопных газов двигателя от расположенной ниже по потоку турбины к расположенному выше по потоку компрессору в условиях засорения EGR охладителя.
Датчик 126 содержания кислорода в выхлопных газах может быть соединен с выпускным каналом по меньшей мере частично ниже по потоку от зоны ограничения и перед каталитическим нейтрализатором выхлопных газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для предоставления выдачи показаний отношения количества воздуха к количеству топлива в выхлопных газах, таким как линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода), имеющий два устойчивых состояния датчик содержания кислорода в выхлопных газах или EGO, HEGO (обогреваемый EGO), NOx, HC или CO датчик. В некоторых примерах, датчик 126 может быть соединен с выпускным каналом выше по потоку от зоны ограничения.
Зона ограничения может включать в себя ограничительный клапан, детализированный на фиг.1, и дополнительно детализированный со ссылкой на фиг.3А-3С. Ограничительный клапан может использоваться для регулирования потока выхлопных газов двигателя на впуск компрессора через канал 157 ограничения предварительного каталитического нейтрализатора. Кроме того, контроллер 120 двигателя может быть предоставляться для того, чтобы сделать возможным управление системой 102. Например, контроллер может принимать информацию о температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов и может регулировать положение ограничительного клапана на основании полученной информации.
Таким образом, система 102 рециркуляции выхлопных газов, показанная на фиг.2, может использоваться для блокировки и рециркуляции выхлопных газов двигателя, вытекающего из турбины и/или байпаса турбины, тем самым снижая количество выхлопных газов двигателя, поступающего в каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска.
На фиг.3А, 3В, и 3C представлены схематичное изображения зоны 110 ограничения, входящей в систему 102 рециркуляции выхлопных газов, такую как система рециркуляции, показанная на фиг.2, для рециркуляции части выхлопных газов двигателя из места выше по потоку от каталитического нейтрализатора к впуску компрессора в условиях холодного запуска. В частности, на фиг.3А представлен ограничительный клапан 169 системы рециркуляции выхлопных газов в открытом положении. Ограничительный клапан может использоваться для регулирования количества рециркулируемых выхлопных газов. На фиг.3В представлен ограничительный клапан 169 в закрытом положении, и на фиг.3C представлен ограничительный клапан 169 в положении, в котором возможна максимальная блокировка выхлопных газов двигателя. Посредством рециркуляции выхлопных газов двигателя, может быть снижено количество выхлопных газов, доходящих до каталитического нейтрализатора до того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет температуры розжига.
Ограничительный клапан может быть расположен в выпускном канале 145 системы двигателя, показанной на фиг.1, в положении выше по потоку от каталитического нейтрализатора 170 выхлопных газов и датчика выхлопных газов 126, и вниз по потоку от турбины, работающей на выпускных газах, и перепускной заслонки. В частности, ограничительный клапан может быть расположен на стыке, где канал 157 рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора соединяется с выпускным каналом. Ограничительный клапан может регулировать поток выхлопных газов в канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора.
Ограничительный клапан может включать в себя пластину 306 и эта пластина может быть прикреплена к стенке выпускного канала 145 посредством шарнира 307. Шарнир может быть ниже по потоку от переднего края пластины. То есть, шарнир может быть на стороне клапана ниже по потоку. Пластина может поворачиваться относительно оси шарнира для открытия и закрытия. Другими словами, пластина может поворачиваться вокруг оси шарнира. В одном из примеров пластина может поворачиваться на угол до 90 градусов относительно оси шарнира. В другом примере, пластина может поворачиваться на угол до 180 градусов относительно оси шарнира. Когда ограничительный клапан находится в открытом положении, пластина ограничительного клапана может находиться на пути потока (показан сплошными стрелками) выхлопных газов и может блокировать некоторое количество выхлопных газов двигателя в выпускном канале, и отклонять заблокированные выхлопные газы двигателя в канал 157 рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора. Пластина может быть изготовленным как одно целое куском металла, прикрепленным к выхлопному патрубку посредством шарнира. Кроме того, пластина может иметь такую форму, что, когда клапан находится в закрытом положении (как показано на фиг.3В), пластина соосна участку выпускного канала, и нет никаких серьезных возмущений потока из-за ограничительного клапана для потока выхлопных газов через выпускной канал.
В одном из примеров выпускной канал может включать в себя модифицированную стенку 310, как показано на фиг.3А-3С, для расположения пластины ограничительного клапана так, что когда ограничительный клапан закрыт, пластина ограничительного клапана находится на одном уровне с плоскостью выпускного канала и не может быть никакого сопротивления потоку выхлопных газов через выпускной канал.
Ограничительный клапан может приводиться в действие сервоприводом 308. Сервопривод может быть, например, электрическим сервоприводом. Сервопривод может взаимодействовать с контроллером для регулирования положения ограничительного клапана.
В открытом положении, как показано на фиг.3А, ограничительный клапан может препятствовать достижению частью выхлопных газов каталитического нейтрализатора и позволить оставшейся части выхлопных газов пройти через каталитический нейтрализатор. Часть выхлопных газов, которым воспрепятствовали достичь каталитического нейтрализатора, могут протекать через канал 157 к впуску компрессора. Оставшееся количество выхлопных газов (то есть, выхлопных газов, не протекающих через канал к впуску компрессора) может протекать через каталитический нейтрализатор, а затем выпускаться в атмосферу.
Количество выхлопных газов, протекающих через канал к впуску компрессора, может регулироваться путем регулирования положения ограничительного клапана. Положение ограничительного клапана может регулироваться посредством регулирования угла между плоскостью ограничительной пластины ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира ограничительного клапана. Например, до тех пор, пока не будет достигнут предельный угол, так как угол между плоскостью пластины и перпендикулярной осью шарнира возрастает, количество выхлопных газов, протекающих через канал к впуску компрессора может увеличиваться. В одном из примеров, как показано на фиг.3C, ограничительный клапан может блокировать максимальное количество выхлопных газов, когда угол между плоскостью пластины и перпендикулярной осью шарнира составляет 90 градусов. То есть, предельный угол может составлять 90 градусов. Однако, даже при полном открытии, еще есть область между концом пластины и внутренней стенкой выпускного канала так, что некоторый поток проходит к каталитическому нейтрализатору выброса и выхлопной трубе и затем во внешнюю среду. Кроме того, в любом открытом положении, ограничительный клапан может не блокировать все выхлопные газы от достижения каталитического нейтрализатора. То есть, в любом открытом положении, ограничительный клапан может позволить части выхлопных газов течь через датчик выхлопных газов и каталитический нейтрализатор, чтобы позволить нагреваний датчика выхлопных газов и каталитического нейтрализатора.
Когда ограничительный клапан находится в закрытом положении, как показано на фиг.3B, пластина ограничительного клапана может находиться вровень с внутренней поверхностью выпускного канала, которая подвергается воздействию выхлопных газов. То есть, угол между плоскостью пластины и перпендикулярной осью шарнира может быть равен нулю. Кроме того, когда ограничительный клапан закрыт, канал 157 может быть изолирован от выпускного канала и таким образом, никакие выхлопные газы не могут протекать через канал и все выхлопные газы могут проходить через каталитический нейтрализатор без какого-либо сопротивления со стороны ограничительного клапана.
В одном из примеров в условиях холодного запуска, контроллер может открыть ограничительный клапан для того, чтобы дать возможность первому количеству выхлопных газов течь через канал и на впуск компрессора, а второе количество выхлопных газов (второе количество может быть количеством выхлопных газов, которые не течет через канал на впуск компрессора) может протекать через каталитический нейтрализатор. Первое количество и второе количество могут соответствовать отверстию ограничительного клапана. Отверстие ограничительного клапана может соответствовать температуре каталитического нейтрализатора. Кроме того, датчик выхлопных газов может подвергаться воздействию второго количества выхлопных газов. После того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет температуры розжига каталитического нейтрализатора, контроллер может закрыть ограничительный клапан для того, чтобы дать возможность всем выхлопным газам, входящим в выпускной канал ниже по потоку от работающей на выпускных газах турбины и перепускной заслонки, проходить через каталитический нейтрализатор.
В другом примере система может содержать выпускной канал; ограничительный клапан, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и ниже по потоку от турбины и перепускной заслонки в выпускном канале напротив датчика содержания кислорода; и канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, соединенный с выпускным каналом через ограничительный клапан для протекания выхлопных газов двигателя во впускной канал выше по потоку от впуска компрессора в условиях холодного запуска. Датчик содержания кислорода может быть расположен в выпускном канале по меньшей мере частично ниже по потоку от ограничительного клапана и выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Ограничительный клапан может включать в себя ограничительную пластину и шарнир, причем ограничительная пластина вращается вокруг оси шарнира, шарнир ниже по потоку от переднего края пластины, пластина в закрытом положении расположена заподлицо с внутренней стенкой выпускного канала. Ограничительная пластина может содержать металл. Кроме того, ограничительная пластина может включать в себя открытую конфигурацию, причем открытая конфигурация ограничительной пластины блокирует первое количество выхлопных газов двигателя и отводит первое количество выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции. Ограничительная пластина в открытой конфигурации может дать возможность второму количеству выхлопных газов двигателя течь через каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Более того, ограничительная пластина может включать в себя закрытую конфигурацию, закрытая конфигурация ограничительной пластины может дать возможность всем выхлопным газам двигателя течь через каталитический нейтрализатор выхлопных газов. В одном из примеров, ограничительная пластина может поворачиваться на угол до 90 градусов относительно оси шарнира. В другом примере, ограничительная пластина может поворачиваться на угол до 180 градусов относительно оси шарнира. Система может дополнительно содержать контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: определения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов; и определения отверстия ограничительного клапана на основании температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов для протекания количества выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции.
Таким образом, ограничительный клапан может использоваться для рециркуляции части выхлопных газов на впуск компрессора в условиях холодного запуска. Посредством снижения количества выхлопных газов, достигающих до каталитического нейтрализатора до того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет его температуры розжига, количество выхлопных газов при холодном запуске может быть уменьшено.
Обратимся к фиг.4, программа 400 показывает способ регулирования положения ограничительного клапана (такого как ограничительный клапан, показанный на фиг.1, 3A, 3B, и 3C) при холодном запуске двигателя для уменьшения количества выхлопных газов, достигающих до каталитического нейтрализатора до того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет своей рабочей температуры.
На этапе 402 программа включает в себя подтверждение холодного запуска двигателя. Например, это может быть определено, если температура двигателя (например, как выведенная из температуры хладагента двигателя) ниже порогового значения. После подтверждения холодного запуска двигателя, на этапе 404, может быть определено, ниже ли температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов (T_cat) температуры розжига каталитического нейтрализатора (T_light-off). Другими словами, это может быть определено, является ли температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов ниже его рабочей температуры. Если да, то программа может перейти к этапу 406.
На этапе 406, контроллер может регулировать ограничительный клапан для того, чтобы отвести часть выхлопных газов двигателя от области выше по потоку от выпускного канала на впуск компрессора до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не достигнет температуры розжига. Например, контроллер может регулировать положение ограничительного клапана на основании температуры каталитического нейтрализатора. То есть, в условиях, когда температура каталитического нейтрализатора ниже температуры розжига каталитического нейтрализатора, положение ограничительного клапана, определяемое углом между плоскостью пластины (например, пластины 306 на фиг.3А, 3В и 3C) ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира (например, шарнира 307 на фиг.3A, 3В и 3C) может быть функцией температуры каталитического нейтрализатора. Например, в условиях, когда температура каталитического нейтрализатора ниже температуры розжига каталитического нейтрализатора, контроллер может регулировать ограничительный клапан таким образом, чтобы как только температура каталитического нейтрализатора возрастала, угол между плоскостью пластины и перпендикулярной осью шарнира мог уменьшаться.
Далее на этапе 406, в некоторых примерах, в дополнение к регуляции ограничительного клапана, контроллер может регулировать отверстие перепускной заслонки для дальнейшего повышения количества подвергнутых рециркуляции выхлопных газов в условиях холодного запуска. Благодаря направлению потока выхлопных газов от байпасного канала турбины в выпускной канал через перепускную заслонку (например, как показано на фиг.1), количество выхлопных газов, заблокированных ограничительным клапаном и отведенных в канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, может увеличиваться, так как отверстие перепускной заслонки увеличивается. Далее в условиях, когда температура каталитического нейтрализатора ниже температуры розжига каталитического нейтрализатора, так как температура каталитического нейтрализатора увеличивается, контроллер может регулировать положение перепускной заслонки так, что отверстие перепускной заслонки может уменьшаться одновременно с уменьшением угла ограничительной пластины в ограничительном клапане.
Возвратимся к этапу 404, если температура каталитического нейтрализатора превышает температуру розжига каталитического нейтрализатора, программа может перейти к этапу 410. На этапе 410, контроллер может определить, обнаружено ли засорение LP-EGR охладителя. Например, засорение EGR охладителя может быть определено на основании большего, чем пороговое изменение давления, изменения перепада давления на EGR охладителе. Соответственно, накопление сажи в EGR охладителе может привести к засорению EGR охладителя. Следовательно, эффективность EGR охлаждения может снизиться, ведя к ухудшению экономии топлива и увеличению количества выхлопных газов.
Если засорение LP-EGR охладителя определяется на этапе 410, программа может перейти к 412. На этапе 412 контроллер может закрыть LP-EGR клапан. Далее на этапе 414 контроллер может регулировать положение ограничительного клапана с тем, чтобы использовать канал (такой как канал 157 рециркуляции выхлопных газов на фиг.1), соединяющий выпускной канал в месте выше по потоку от каталитического нейтрализатора и ниже по потоку от турбины с впуском компрессора, в качестве альтернативного EGR канала. Далее на этапе 414, перепускная заслонка может регулироваться на основании параметров работы двигателя. То есть, в условиях засорения EGR охладителя, когда температура каталитического нейтрализатора выше температуры розжига каталитического нейтрализатора, перепускная заслонка может регулироваться на основании параметров работы двигателя. Параметры работы двигателя могут включать в себя температуру хладагента двигателя, температуру масла в двигателе, массу воздушного потока (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, от датчика давления наддува), давление на входе дроссельной заслонки (TIP), скорость вращения двигателя, скорость вращения холостого хода, атмосферное давление, крутящий момент, требуемый водителем (например, от датчика положения педали), температура воздуха, скорость транспортного средства и т.д.
Когда перепускная заслонка закрыта (закрытие определяется на основании параметров работы двигателя), положение ограничительного клапана может основываться на величине EGR, запрашиваемой самой по себе. Например, так как величина запроса на EGR увеличивается, угол между плоскостью пластины (например, пластины 306 на фиг.3A, 3B и 3C) и перпендикулярной осью шарнира (например, шарнира 307 на фиг.3A, 3B и 3C) ограничительного клапана может увеличиться для того, чтобы сделать возможной рециркуляцию через канал большего количества выхлопных газов. Когда перепускная заслонка открыта, положение ограничительного клапана может быть основано на требуемой величине EGR и отверстии перепускной заслонки.
Возвратимся к этапу 410, если засорения EGR охладителя не обнаружено, программа может перейти к этапу 416. На этапе 416, контроллер может регулировать ограничительный клапан таким образом, что все выхлопные газы на выходе из турбины и перепускной заслонки пропускаются через каталитический нейтрализатор. Например, контроллер может дать сигнал сервоприводу, закрыть канал, соединяющий выпускной канал выше по потоку от каталитического нейтрализатора с впуском компрессора. То есть, контроллер может регулировать положение ограничительного клапана к закрытому положению (как показано, например, на фиг.3В). Далее на этапе 416, перепускная заслонка может регулироваться на основании параметров работы двигателя. Как раскрыто выше, параметры работы двигателя могут включать в себя температуру хладагента двигателя, температуру масла в двигателе, массу воздушного потока (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, от датчика давления наддува), давление на входе дроссельной заслонки (TIP), скорость вращения двигателя, скорость вращения холостого хода, атмосферное давление, крутящий момент, требуемый водителем (например, от датчика положения педали), температура воздуха, скорость транспортного средства и т.д.
Возвратимся к этапу 402, если двигатель не работает в условиях холодного запуска, программа может перейти к этапу 410. От этапа 410 программа может выполняться, как указано выше.
Взятые вместе, в условиях холодного запуска, когда температура каталитического нейтрализатора ниже температуры розжига, ограничительный клапан может регулироваться с тем, чтобы отвести выхлопные газы двигателя из выпускного канала выше по потоку от каталитического нейтрализатора к впуску компрессора. Таким образом, ограничительный клапан может использоваться для уменьшения количества выхлопных газов при холодном запуске. Кроме того, в условиях, когда температур каталитического нейтрализатора выше температуры розжига, ограничительный клапан и канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора может использоваться для протекания EGR, если обнаруживается засорение LP-EGR охладителя.
В одном из примеров, способ для двигателя с турбонаддувом может содержать: при операции холодного запуска, когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов ниже пороговой, открытие ограничительного клапана, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и ниже по потоку от турбины для протекания первого количества выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции выхлопных газов при протекании второго количества выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, причем первое количество и второе количество отрегулированы на основании температуры. Канал рециркуляции может соединять выпускной канал с впускным каналом в положении выше по потоку от компрессора. Кроме того, перепускная заслонка может открываться для увеличения первое количество выхлопных газов посредством третьего количества при протекании первого и второго количеств. Открытие ограничительного клапана может включать в себя регулирование угла между плоскостью ограничительной пластины ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира ограничительного клапана, шарнира на стороне клапана вниз по потоку. Угол между плоскостью ограничительной пластины ограничительного клапана и перпендикулярной осью шарнира ограничительного клапана может уменьшаться по мере того, как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов увеличивается. Далее, отверстие перепускной заслонки может уменьшаться по мере того, как температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов увеличивается одновременно с уменьшением угла ограничительной пластины ограничительного клапана. Когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов около пороговой температуры или больше, ограничительный клапан может закрываться и перепускной заслонкой можно управлять на основании одного или более параметров работы двигателя.
Регулирование ограничительного клапана в условиях холодного запуска теперь показывается со ссылкой на пример, показанный на фиг.5. В частности, диаграмма 500 показывает положение ограничительного клапана на графике 502, количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор на графике 504, количество выхлопных газов, отводимых на впуск компрессора на графике 506, и температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов на графике 508. Все графики строятся в зависимости от времени (по оси абсцисс).
До t1, двигатель не может работать. При t1, двигатель может быть запущен. В частности, в ответ на то, что температура (508) каталитического нейтрализатора выхлопных газов ниже пороговой температуры (T_light-off), в момент t1 может быть инициирован холодный запуск двигателя. При холодном запуске, из-за того, что температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры, двигатель может эксплуатироваться с открытым ограничительным клапаном (502) с тем, чтобы отвести количество выхлопных газов на впуск компрессора. Количество отводимых выхлопных газов может быть основано на температуре каталитического нейтрализатора.
При холодном запуске, то есть в момент t1, ограничительный клапан может регулироваться так, чтобы можно было блокировать протекание максимального количества выхлопных газов через каталитический нейтрализатор и рециклировать это количество на впуск компрессора. Однако, как обсуждалось выше применительно к фиг.3А-3С, даже когда ограничительный клапан устанавливается в положение, чтобы дать возможность максимальному количеству выхлопных газов рециклироваться, ограничительный клапан может не блокировать все выхлопные газы. Следовательно, в момент t1, часть выхлопных газов может течь через датчик выхлопных газов (например, датчик 126 на фиг.1-3C) и каталитический нейтрализатор выхлопных газов (например, каталитический нейтрализатор 170 на фиг 1-3C) для того, чтобы сделать возможным нагрев датчика и каталитического нейтрализатора.
Между t1 и t2, в момент t2, и между t2 и t3, работа двигателя может продолжаться и температура (508) каталитического нейтрализатора может возрастать. Так как температура каталитического нейтрализатора возрастает, ограничительный клапан может регулироваться снижения количества выхлопных газов, возвращающихся на впуск компрессора. Поэтому, так как температура каталитического нейтрализатора возрастает, контроллер может регулировать ограничительный клапан (502) с тем, чтобы уменьшить количество выхлопных газов, рециклированных на впуск (506) компрессора. Однако, температура (508) каталитического нейтрализатора может продолжать оставаться ниже пороговой температуры (T_ light-off).
В момент t3, температура (508) каталитического нейтрализатора может достигнуть порогового значения температуры (T_light- off). Значит, каталитический нейтрализатор может выйти на оптимальную рабочую температуру. Непосредственно после достижения каталитическим нейтрализатором своей оптимальной рабочей температуры, контроллер может закрыть ограничительный клапан (502) для того, чтобы остановить рециркуляцию выхлопных газов на впуск компрессора и все выхлопные газы могут течь через каталитический нейтрализатор.
Таким образом, ограничительный клапан может регулироваться на основании температуры каталитического нейтрализатора снижения количества выхлопных газов, протекающий через каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска. Посредством уменьшения потока выхлопных газов через каталитический нейтрализатор до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не достигнет температуры розжига, количество выхлопных газов при холодном запуске может быть уменьшено.
Обратимся к фиг.6, представлен пример регулирования перепускной заслонки и ограничительного клапана в виде реакции на температуру каталитического нейтрализатора. В частности, диаграмма 600 изображает положение перепускной заслонки на графике 602, положение ограничительного клапана на графике 604, поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор выхлопных газов на графике 606, поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка не регулируется, на графике 607, и температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов на графике 608. Все графики строятся в зависимости от времени (по оси абсцисс).
До t1, двигатель не может работать. В момент t1, двигатель может быть запущен в параметре холодного запуска. В частности, при запуске двигателя, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть ниже пороговой температуры (T_light-off). В момент t1, ограничительный клапан может открываться (602), чтобы блокировать протекание количества выхлопных газов в каталитический нейтрализатор и чтобы отводить количество выхлопных газов на впуск компрессора. Кроме того, перепускная заслонка может открываться в момент t1 для дальнейшего увеличения количества выхлопных газов, протекающих в канал на впуск компрессора. Когда перепускная заслонка открыта, выхлопные газы двигателя могут обойти турбину, и могут быть выпущены в выпускной канал ниже по потоку от турбины. Направление выпуска выхлопных газов через перепускную заслонку может быть таким, что увеличенное количество выхлопных газов, может быть заблокировано и отведено на впуск компрессора, по сравнению с состоянием, когда перепускная заслонка не открыта. Следовательно, уменьшенное количество выхлопных газов может протекать через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, когда перепускная заслонка открыта (кривая 608) по сравнению с состоянием, когда перепускная заслонка не открыта. Кривая 607 отображает поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка не открыта. Перепускная заслонка и ограничительный клапан могут оставаться открытыми до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора (кривая 608) не достигнет порогового значения (T_light-off). То есть, t1 и t2, при t2, между t2 и t3, перепускная заслонка и ограничительный клапан могут быть открыты, вследствие чего максимальное количество выхлопных газов можно рециркулировать через впуск компрессора.
В момент t3, температура каталитического нейтрализатора может достичь температуры розжига. Непосредственно после достижения каталитическим нейтрализатором своей температуры розжига, контроллер может закрыть перепускную заслонку и ограничительный клапан. В примере, показанном здесь на Фиг.6, перепускная заслонка (602) регулируется так, чтобы она была либо полностью открыта (например, между t1 и t3), либо полностью закрыта (например, после t3), и ограничительный клапан (кривая 604) регулируется так, что клапан может либо блокировать и отводить максимальное количество выхлопных газов двигателя (например, между t1 и t3), либо позволить всем выхлопным газам двигателя, достигшим зоны ограничения, пройти через каталитический нейтрализатор (например, после t3).
В другом примере, показанном на фиг.7, положение перепускной заслонки и ограничительного клапана может регулироваться для того, чтобы изменять на основании температуры каталитического нейтрализатора. В частности, диаграмма 700 изображает положение перепускной заслонки на графике 702, положение ограничительного клапана на графике 704, поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор на графике 706, поток выхлопных газов через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка не регулируется, на графике 707, и температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов на графике 708. Все графики строятся в зависимости от времени (по оси абсцисс).
До t1, двигатель не может работать. В момент t1, двигатель может эксплуатироваться в условиях холодного запуска, и температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть ниже первой пороговой температуры 709, меньше чем температура розжига (T_light-off) каталитического нейтрализатора. В результате, количество выхлопных газов двигателя может быть подвергнуто рециркуляции из выпускного канала к впуску компрессора через канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора посредством открытия ограничительного клапана (кривая 704) для того, чтобы уменьшить количество выхлопных газов двигателя при холодном запуске, протекающих через каталитический нейтрализатор выхлопных газов до того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет своей температуры розжига. Далее, в момент t1, перепускная заслонка может быть открыта для увеличения количество выхлопных газов двигателя, рециркулируемых через канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора. При открытии перепускной заслонки выхлопные газы могут течь через байпасный канал 153 турбины, расположенный выше по потоку от турбины, и могут быть выпущены в выпускной канал ниже по потоку от турбины и выше по потоку от ограничительного клапана тем самым в обход турбины. Выхлопные газы, протекающие через перепускную заслонку, могут быть выпущены в выпускной канал так, что количество выхлопных газов, заблокированных ограничительным клапаном, может быть увеличено и отведено на впуск компрессора. Например, для данного открытого положения ограничительного клапана, количество выхлопных газов, заблокированных и отводимых на впуск компрессора, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, посредством ограничительного клапана, может быть больше, если перепускная заслонка открыта, по сравнению с количеством выхлопных газов, заблокированных ограничительным клапаном, когда перепускная заслонка не открыта. Увеличенное блокирование выхлопных газов двигателя ограничительным клапаном, когда перепускная заслонка открыта, может иметь место по причине направления потока выхлопных газов из байпаса турбины. Другими словами, при любом данном открытом положении ограничительного клапана количество выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор, может быть меньше, когда перепускная заслонка открыта (706), чем количество выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка не открыта (кривая 707).
В момент t2, температура каталитического нейтрализатора может достигнуть первого температурного порога. После того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет первого порога, перепускную заслонку можно привести в менее открытое положение, тем самым позволяя части выхлопных газов течь через турбину. Далее, ограничительный клапан также может быть приведен в менее открытое положение. Таким образом, выхлопные газы, протекающие через каталитический нейтрализатор, могут постепенно возрастать. Однако, как указано выше, когда температура каталитического нейтрализатора меньше, чем температура розжига, количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка и ограничительный клапан открыты (кривая 706), может быть меньше, чем количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор, когда перепускная заслонка закрыта, а ограничительный клапан открыт (кривая 707).
Регулирование положения перепускной заслонки и ограничительного клапана может основываться на температуре каталитического нейтрализатора. Например, пока температура каталитического нейтрализатора ниже температуры розжига, так как температура каталитического нейтрализатора возрастает, отверстие перепускной заслонки может уменьшиться, и отверстие ограничительного клапана может уменьшаться. Следовательно, по мере того, как температура каталитического нейтрализатора увеличивается, количество рециркулируемых выхлопных газов от расположенного выше по потоку каталитического нейтрализатора к впуску компрессора может уменьшиться. Другими словами, в условиях холодного запуска, так как температура каталитического нейтрализатора (кривая 708) приближается к своей температуре розжига (T_light- off), перепускная заслонка и ограничительный клапан (кривые 702 и 704, соответственно) могут быть отрегулированы так, что количество выхлопных газов, протекающих через каталитический нейтрализатор (кривая 706) может увеличиваться.
В момент t3, температура каталитического нейтрализатора может достичь температуры розжига. Следовательно, ограничительный клапан можно закрыть. Перепускной заслонкой можно управлять, основываясь на параметрах работы двигателя. Параметры работы двигателя могут включать в себя температуру хладагента двигателя, температуру масла в двигателе, массу воздушного потока (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, от датчика давления наддува), давление на входе дроссельной заслонки (TIP), скорость вращения двигателя, скорость вращения холостого хода, атмосферное давление, крутящий момент, требуемый водителем (например, от датчика положения педали), температура воздуха, скорость транспортного средства и т.д. В этом примере, перепускной заслонкой можно управлять, чтобы ее закрыть, и все количество выхлопных газов могло течь через турбину и затем течь через каталитический нейтрализатор. В некотором другом примере, перепускная заслонка может быть отрегулирована так, что часть выхлопных газов может течь через байпас турбины для того, чтобы довести скорость турбины до желаемой скорости.
Таким образом, положением ограничительного клапана и в перепускной заслонки можно скоординировано управлять для того, чтобы уменьшить поток выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не достигнет своей рабочей температуры. Следовательно, количество выхлопных газов при холодном запуске может быть сокращено.
Теперь покажем регулирование положения ограничительного клапана для обеспечения EGR в условиях засорения EGR охладителя со ссылкой на пример, показанный на фиг.8. В частности диаграмма 800 отображает требуемый EGR поток на кривой 803, определяемый EGR потоком, предоставляемым посредством регулирования ограничительного клапана на кривой 802, регулирование EGR клапана в условиях засорения EGR охладителя на кривой 804, регулирование EGR клапана, когда EGR охладитель не загрязнен на кривой 805, и регулирование ограничительного клапана для обеспечения требуемой EGR на кривой 806.
До t1, двигатель может быть работающим в отсутствие запроса на EGR. Таким образом, двигатель может работать с закрытым EGR клапаном (804).
В момент t1, потребность двигателя в EGR может возрастать (пунктирная линия 803). В частности, некая доза EGR может быть запрошена с тем, чтобы обеспечить разбавление для двигателя. Для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, EGR клапан может быть переведен в более открытое положение (805), где более открытое положение основывается на параметрах работы двигателя. Посредством открытия EGR клапана, требуемое количество выхлопного газа может быть возвращено во впускное отверстие двигателя (сплошная линия 802). Как детализировано применительно к фиг.2, EGR клапан может быть в составе EGR канала, или EGR отбора, соединяя выхлоп двигателя, выше по потоку от дроссельной заслонки, с впускным отверстием двигателя. Кроме того, EGR канал может включать в себя EGR охладитель, присоединенный ниже по потоку от стыка EGR канала и выхлопа двигателя и выше по потоку от EGR клапана. Таким образом, при рециркуляции, требуемое количество выхлопного газа, очищенного каталитическим нейтрализатором, может быть отведено от расположенной выше по потоку от дроссельной заслонки выхлопных газов в EGR канал, где он может течь через EGR охладитель и затем через (открытый) EGR клапан, прежде чем будет возвращен во впускное отверстие двигателя, выше по потоку от впускного компрессора.
В момент t1 двигатель не может работать в условиях холодного запуска, и засорение EGR охладителя не может быть определено. Таким образом, в момент t1, ограничительный клапан может быть закрыт. Как детализировано применительно к FIGS. 1, 3А, 3В и 3С, ограничительный клапан (например, такой как ограничительный клапан, изображенный как 169 на фиг.1) может быть включен в выпускной канал. Посредством регулирования отверстия ограничительного клапана, неочищенные выхлопные газы двигателя могут быть подвергнуты рециркуляции из выпускного канала к впуску компрессора через канал ограничения предварительного каталитического нейтрализатора (например, такой как канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора, изображенный как 157 на фиг.2). Канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора может использоваться в условиях холодного запуска для того, чтобы уменьшить количество выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор до того, как температура каталитического нейтрализатора достигнет своей температуры розжига. Кроме того, канал рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора может использоваться в условиях засорения EGR охладителя в качестве альтернативного канала для протекания EGR.
Далее, в момент t2 и между t2 и t3, EGR клапан может регулироваться на основании параметров работы двигателя для того, чтобы обеспечить требуемую EGR и ограничительный клапан может оставаться закрытым. В момент t3, контроллер может определить засорение LP-EGR охладителя. Отработавший газ может содержать сажу, которая может накапливаться в EGR охладителе в течение некоторого времени. Накопление сажи в EGR охладителе может привести к засорению EGR охладителя. Из-за накопления сажи в охладителе EGR, может увеличиться перепад давления на EGR охладителе. Таким образом, величина EGR, обеспечиваемая через EGP цикл (то есть, через EGR канал, включающий в себя охладитель и EGR клапан) может быть меньше чем требуемая. Таким образом, при определении засорения EGR охладителя в момент t3, LP- EGR клапан может быть закрыт (кривая 805) и EGR может обеспечивается путем рециркуляции требуемого количества выхлопных газов через канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора. Для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, ограничительный клапан может быть может быть переведен в открытое положение (кривая 806), в котором регулирование основывается на требуемой величине EGR. Требуемая величина EGR может основываться параметрах работы двигателя. В некоторых примерах, когда перепускная заслонка открыта, положение ограничительного клапана может регулироваться на основании положения перепускной заслонки и требуемой величины EGR. Открывая ограничительный клапан, можно рециркулировать требуемое количество выхлопных газов во впускное отверстие двигателя (сплошная линия 802).
В момент t3 и между t3 и t4, потребность в EGR может оставаться постоянной. Таким образом, положение ограничительного клапана может оставаться открытым положением, регулируемым в момент t3 для обеспечения требуемой EGR, в то время как LP-EGR клапан остается закрытым (кривая 805). Кроме того в момент t4 и после него, потребность в EGR может меняться и на основании изменения потребности в EGR ограничительный клапан может регулироваться так, чтобы обеспечить требуемую EGR. Например, между t4 и t5, потребность в EGR может уменьшиться (кривая 802), и следовательно положение ограничительного клапана можно регулировать так, чтобы ограничительный клапан был менее открытым.
В то время как в примере, показанном на фиг.8, EGR клапан закрыт при определении засорения EGR охладителя и EGR обеспечивается исключительно за счет канала рециркуляции предварительного каталитического нейтрализатора, в некоторых примерах, можно скоординировано регулировать EGR клапан и ограничительный клапан для того, чтобы обеспечить требуемую величину EGR. Например, если ограничительный клапан закрыт, контроллер может определить разницу между величиной EGR, обеспечиваемой через LP-EGR цикл и требуемой величиной EGR. На основании этой разницы, контроллер может затем регулировать ограничительный клапан так, чтобы обеспечить требуемую величину EGR.
Таким образом, в условиях засорения LP-EGR охладителя, ограничительный клапан может использоваться для того, чтобы отводить часть выхлопных газов во впускной канал.
Взятые вместе, ограничительный клапан, расположенный в выпускном канале, и канал рециркуляции выхлопных газов предварительного каталитического нейтрализатора могут использоваться для уменьшения количества выхлопных газов двигателя, протекающих через каталитический нейтрализатор в условиях холодного запуска. Уменьшая выхлопные газы, протекающие через каталитический нейтрализатор, когда температура каталитического нейтрализатора ниже рабочей температуры, можно сократить количество выхлопных газов при холодном запуске.
В одном из примеров система может содержать выпускной канал, имеющий ограничительный клапан, управляющий первым количеством неочищенных выхлопных газов, протекающих на впуск компрессора через канал, соединяющий выпускной канал выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и впуск компрессора, ограничительный клапан, поворачивающийся вокруг шарнира точно на нижнем по потоку конце клапана. Система может дополнительно содержать контроллер с постоянными инструкциями, хранящимися в памяти, содержащими инструкции для регулирования отверстия ограничительного клапана на основании температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов для того, чтобы отводить первое количество выхлопных газов двигателя на впуск компрессора, если температура каталитического нейтрализатор выхлопных газов ниже пороговой температуры. Кроме того, контроллер может включать в себя инструкции для закрытия клапана рециркуляции выхлопных газов низкого давления, и регулирования отверстия ограничительного клапана на основании требуемой величины EGR для того, чтобы отводить второе количество выхлопных газов двигателя на впуск компрессора, если температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов выше пороговой температуры, и если обнаружено загрязнение охладителя циркулирующих выхлопных газов при низком давлении.
В другом изложении, как описано выше, пример способа двигателя с турбонаддувом включает в себя определение того, что двигатель работает при прогреве холодного запуска от внешней температуры, реагируя на температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, которая ниже пороговой. Во время такой определенной операции, способ также может включать в себя, открытие ограничительного клапана, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора выхлопных газов и ниже по потоку от турбины, посредством электронного контроллера, включающего в себя постоянные инструкции, хранящиеся в памяти, для протекания первого количества выхлопных газов двигателя в канал рециркуляции выхлопных газов при протекании второго количества выхлопных газов двигателя через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, причем первое количество и второе количество регулируются контроллером на основании температуры.
Следует отметить, что примеры программы управления и оценки, включенные в настоящий документ, можно использовать с различными конфигурациями двигателя и/или системы транспортного средства. Конкретные программы, описываемые в настоящем документе, могут представлять одну или несколько из любого числа стратегий обработки, такой как событийно-управляемая, управляемая по прерываниям, многозадачная, многопоточная и т.п. По существу, различные показанные действия, операции или функции, могут быть выполнены в показанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опущены. Кроме того, порядок обработки не является необходимым требованием для достижения особенностей и преимуществ примеров вариантов осуществления, описываемых в настоящем документе, но приводится для удобства иллюстрации и описания. Одно или несколько из проиллюстрированных действий или функций может повторно осуществляться в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представить код, который должен быть запрограммирован в машиночитаемом носителе хранения в системе управления двигателем.
Следует иметь в виду, что конфигурации и программы, описываемые в настоящем документе, являются примерными по своему характеру, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать в ограничивающем смысле, так как возможны многочисленные изменения. Например, вышеизложенная технология может быть применена к V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитным 4, и другим типам двигателей. Объект изобретения настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции, и/или свойства, описываемые в настоящем документе.
Следующая формула изобретения особенно отмечает определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Эта формула изобретения может относиться к «некоторому» элементу или «первому» элементу или их эквивалентам. Следует понимать, что такая формула изобретения включает в себя объединение одного или более таких элементов, не требующих и не исключающих два или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или признаков могут быть заявлены путем внесения изменений в настоящую формулу изобретения или через представление новой формулы изобретения в эту или связанную заявку.
Такая формула изобретения, без различия в отношении того шире, уже, равна или отлична от объема первоначальной формулы изобретения, также рассматривается как включенная в объект изобретения настоящего раскрытия.