СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (РОГ) ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING EXHAUST GAS RECIRCULATION (EGR) FOR ENGINE

Область применения
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для рециркуляции отработавших газов в цилиндры атмосферного двигателя внутреннего сгорания.
Предпосылки/ сущность изобретения
Атмосферный двигатель внутреннего сгорания может включать в себя рециркуляцию отработавших газов (РОГ) для уменьшения работы насосных ходов двигателя и выбросов окислов азота (NOx). Отработавшие газы могут возвращаться к впускному коллектору двигателя, когда давление во впускном коллекторе ниже давления в выпускном коллекторе. Более низкое давление во впускном коллекторе обеспечивает движущую силу для втягивания отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. Атмосферный двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен с впускными клапанами, которые закрываются в конце такта сжатия цилиндра таком образом, что часть заряда в цилиндре (например, воздуха и топлива) может выталкиваться обратно во впускной коллектор двигателя. Благодаря выталкиванию части заряда обратно во впускной коллектор двигателя двигатель может работать при более высоком давлении во впускном коллекторе, тем самым, уменьшая работу насосных ходов двигателя. Однако позднее закрытие впускных клапанов может затруднить пропускание требуемого количества рециркулирующих отработавших газов (РОГ) к цилиндрам двигателя, поскольку между впускным коллектором двигателя и выпускным коллектором двигателя может иметь место меньший перепад давления. Кроме того, позднее закрытие впускных клапанов может иметь два эффекта, воздействующих на детонационный стук двигателя, один положительный и один отрицательный. Позднее закрытие впускных клапанов снижает эффективную степень сжатия двигателя, что уменьшает нагрев при сжатии, но это преимущество может быть нивелировано нагреванием заряда, выталкиваемого обратно в систему впуска, при этом заряд нагревается стенками цилиндра, головкой блока цилиндров и теплом, исходящим от поршня. В связи с этим было бы желательно обеспечить двигатель, обладающий преимуществами позднего момента закрытия впускных клапанов и РОГ, но лишенный недостатка нагрева проталкиваемого обратно заряда.
Автор настоящего изобретения выявил потенциальные проблемы, связанные с такими системами, и разработал способ, позволяющий снижать подверженность двигателя детонации, одновременно уменьшая выбросы NOx и работу насосных ходов двигателя. В частности, изобретатель предложил способ для двигателя, включающий в себя: выталкивание второй части отработавших газов из камеры сгорания в цилиндре во время цикла работы в очистной коллектор в первый момент времени, при этом цилиндр входит в состав атмосферного двигателя; и выталкивание холодного воздуха из цилиндра в очистной коллектор во время цикла работы цилиндра во второй момент времени, при этом второй момент времени отличается от первого момента времени.
За счет выталкивания отработавших газов и холодного воздуха в очистной коллектор можно проталкивать холодный воздух и отработавшие газы во впускной коллектор двигателя таким образом, чтобы к цилиндрам двигателя могли подаваться охлажденные РОГ. Охлажденные РОГ могут уменьшать NOx, а выталкивание холодного воздуха обратно во впускной коллектор позволяет двигателю работать при более высоких давлениях во впускном коллекторе для уменьшения работы насосных ходов двигателя. Кроме того, может быть снижена подверженность двигателя детонации, поскольку РОГ охлаждаются, и любой воздух, который был нагрет при всасывании, может рециркулировать и повторно охлаждаться.
Настоящее раскрытие может обеспечивать несколько преимуществ. Например, данный подход может уменьшать работу насосных ходов двигателя, тем самым, уменьшая потребление топлива двигателем. Помимо этого, данный подход может снижать подверженность двигателя детонации таким образом, чтобы уменьшать ухудшение параметров двигателя. Кроме того, данный подход может обеспечивать подачу РОГ к цилиндрам двигателя в условиях широко открытого дросселя для уменьшения выработки NOx в двигателе.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Подробное раскрытие изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Подробное раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение системы атмосферного двигателя с разветвленной системой выпуска отработавших газов.
На фиг. 2 показано детальное поперечное сечение цилиндра двигателя системы двигателя.
На фиг. 3А и 3B показан пример механизмов привода клапанов.
На фиг. 4 показан пример фаз газораспределения (моментов открытия или закрытия) впускных и выпускных клапанов цилиндра для одного из цилиндров двигателя, показанного на фиг. 1.
На фиг. 5 показан пример последовательности работы двигателя.
На фиг. 6 показан пример способа управления работой двигателя.
Подробное раскрытие изобретения
Следующее описание относится к системам и способам для обеспечения РОГ для двигателя. В одном примере двигатель может включать в себя разветвленную систему выпуска отработавших газов с выпускным коллектором и очистным коллектором, как показано на фиг. 1. Двигатель включает в себя цилиндры, подробнее показанные на фиг. 2. Тюльпанообразными клапанами цилиндра двигателя можно управлять при помощи приводов, показанных на фиг. 3А и 3B. Впускными и выпускными клапанами двигателя можно управлять, открывая и закрывая их, как показано на фиг. 4. Пример последовательности работы двигателя представлен на фиг. 5, который показывает, как можно управлять фазами газораспределения выпускных клапанов и клапана РОГ для увеличения давления во впускном коллекторе и проталкивания РОГ к цилиндрам двигателя. Способ управления двигателем показан на фиг. 6.
В нижеследующем описании работающий или активируемый тюльпанообразный клапан указывает на то, что он открывается и/или закрывается в соответствии с установленными фазами газораспределения для данного набора условий. Аналогичным образом, деактивируемый или неработающий тюльпанообразный клапан указывает на то, что клапан поддерживается в закрытом состоянии во время цикла работы двигателя, если не оговорено противное.
На фиг. 1 изображена структурная схема многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания, который может входить в состав движительной системы автомобиля. Двигатель 10 включает в себя множество камер сгорания (например, цилиндров), которые могут покрываться сверху головкой блока цилиндров (не показана). В примере, показанном на фиг. 1, двигатель 10 включает в себя цилиндры 12, 14, 16 и 18, расположенные в виде однорядной конфигурации с 4 цилиндрами. Кроме того, двигатель 10 может представлять собой четырехтактный двигатель. Однако следует понимать, что, хотя на фиг. 1 показаны четыре цилиндра, двигатель 10 может включать в себя любое количество цилиндров в любой конфигурации, например, V-6, I-6, V-12, схему с 4-мя оппозитными цилиндрами и т.д. Кроме того, цилиндры, показанные на фиг. 1, могут иметь конфигурацию цилиндра, такую как конфигурация цилиндра, показанная на фиг. 2, как подробнее раскрыто ниже. Каждый из цилиндров 12, 14, 16 и 18 включает в себя два впускных клапана, в том числе первый впускной клапан 2 и второй впускной клапан 4, и два выпускных клапана, в том числе первый выпускной клапан (называемый в настоящей заявке продувочным клапаном) 8 и второй выпускной клапан (называемый в настоящей заявке очистным клапаном) 6. Впускные клапаны и выпускные клапана могут называться в настоящей заявке впускными клапанами цилиндра и выпускными клапанами цилиндра соответственно. Как дополнительно объясняется ниже со ссылкой на фиг. 2, регулирование фаз газораспределения (например, момента открытия, момента закрытия, продолжительности открытия и т.д.) для каждого из впускных клапанов может осуществляться при помощи различных систем синхронизации кулачкового (распределительного) вала или электрических механизмов. В одном примере как первые входные клапаны 2, так и вторые входные клапаны 4 могут быть регулироваться до получения одинаковых фаз газораспределения (например, чтобы они открывались и закрывались в один и тот же момент во время цикла работы двигателя). В альтернативном примере управление первыми впускными клапанами 2 и вторыми впускными клапанами 4 может осуществляться при различных фазах газораспределения. Кроме того, управление первыми выпускными клапанами 8 может осуществляться при фазе газораспределения, отличной от фазы газораспределения вторых выпускных клапанов 6, как дополнительно раскрыто ниже. Второй выпускной клапан 6 открывается и закрывается дважды во время каждого цикла работы двигателя (например, два оборота для четырехтактного двигателя).
Каждый цилиндр принимает впускной воздух (или смесь впускного воздуха и рециркуляционных отработавших газов, как дополнительно объясняется ниже) из впускного коллектора 44 при помощи канала 28 для впуска воздуха. Впускной коллектор 44 соединен по текучей среде с цилиндрами при помощи впускных окон (например, трактов). Например, впускной коллектор 44 показан на фиг. 1, соединенным по текучей среде с каждым первым впускным клапаном 2 каждого цилиндра при помощи первых впускных окон 20. Кроме того, впускной коллектор 44 соединен по текучей среде с каждым вторым впускным клапаном 4 каждого цилиндра при помощи вторых впускных окон 22. В результате этого каждое впускное окно цилиндра может выборочно сообщаться с цилиндром, с которым оно соединено по текучей среде, через соответствующий один из первых впускных клапанов 2 или вторых впускных клапанов 4. Воздух и/или топливо может подаваться к цилиндру через каждое впускное окно, которое соединено с ним по текучей среде.
Одно или более из впускных окон может содержать клапаном управления движением заряда (КУДЗ). Как показано на фиг. 1, каждое первое впускное окно 20 каждого цилиндра содержит КУДЗ 24. КУДЗ 24 могут также называться клапанами управления вертикальным завихрением или клапанами управления горизонтальным завихрением. КУДЗ 24 могут ограничивать поток воздуха, поступающий в цилиндры через первые впускные клапаны 2. В примере на фиг. 1 каждый КУДЗ 24 может включать в себя клапанную пластину; однако возможны и другие конструкции клапана. Следует отметить, что в контексте настоящего описания КУДЗ 24 находится в «закрытом» положении, когда он полностью активирован и клапанная пластина может быть полностью наклонена внутрь соответствующего первого впускного окна 20, тем самым, максимально препятствуя потоку воздушного заряда. Альтернативно, КУДЗ 24 находится в «открытом» положении, когда он деактивирован, при этом клапанная пластина полностью может быть полностью повернута так, чтобы лежать, по существу, параллельно потоку воздуха, тем самым, в значительной мере сводя к минимуму или устраняя препятствия потоку воздушного заряда. КУДЗ могут, по существу, поддерживаться в «открытом» положении и активироваться только при переходе в «закрытое» положение когда требуются условия горизонтального завихрения. Как показано на фиг. 1, только одно впускное окно каждого цилиндра содержит КУДЗ 24. Однако в альтернативных примерах оба впускных окна каждого цилиндра могут содержать КУДЗ 24. Контроллер 12 может активировать клапаны КУДЗ 24 (например, при помощи привода клапана, который может быть соединен с вращающимся валом, непосредственно соединенным с каждым КУДЗ 24) для перевода КУДЗ в открытые или закрытые положения, или множество положений между открытым и закрытым положениями в соответствии с условиями работы двигателя (такими как частота вращения/нагрузка двигателя, и/или при активной продувке через вторые выпускные клапаны 6), как дополнительно объясняется ниже. Согласно изложенному в настоящем документе, продувочный воздух или продувочное охлаждение камеры сгорания может относиться к впускному воздуху, протекающему от одного или более впускных клапанов каждого цилиндра ко вторым выпускным клапанам 6 (и во второй выпускной коллектор 80) во время периода перекрытия клапанов между впускными клапанами и вторыми выпускными клапанами 6 (например, период, когда и впускные клапаны, и вторые выпускные клапаны 6 открыты одновременно) без сгорания продувочного воздуха.
Двухступенчатая топливная система высокого давления (такая как топливная система, показанная на фиг. 2) может использоваться для генерирования давлений топлива на форсунках 66. В силу этого топливо может непосредственно впрыскиваться в цилиндры через форсунки 66. Бесконтактная система 88 зажигания обеспечивает искру зажигания для цилиндров 12, 14, 16 и 18 при помощи свечи 92 зажигания в ответ на сигнал от контроллера 12. Каждый из цилиндров 12, 14, 16 и 18 соединен по текучей среде с двумя выпускными окнами для направления продувочной и очистной частей газов, выделяющихся при горении, по-отдельности. Конкретно, как показано на фиг. 1, выделяющиеся при горении газы (например, очистная часть) выпускаются или выталкиваются из цилиндров 12, 14, 16 и 18 во второй выпускной коллектор (называемый в настоящей заявке очистным коллектором) 80 через вторые выпускные тракты (например, окна) 82, а также (например, продувочная часть) в первый выпускной коллектор (называемый в настоящей заявке продувочным коллектором) 84 через первые выпускные тракты (например, окна) 86. Вторые выпускные тракты 82 проходят от цилиндров 12, 14, 16 и 18 до второго выпускного коллектора 80. Второй выпускной коллектор изолирован от первого выпускного коллектора при закрытом клапане 54 РОГ и закрытых очистных выпускных клапанах 6.
Каждый выпускной тракт может избирательно сообщаться с цилиндром, с которым он соединен по текучей среде, через выпускной клапан. Например, вторые выпускные тракты 82 сообщаются с соответствующими цилиндрами через вторые выпускные клапаны 6, а первые выпускные тракты 86 сообщаются с соответствующими цилиндрами через первые выпускные клапаны 8. Вторые выпускные тракты 82 изолированы от первых выпускных трактов 86, когда по меньшей мере один выпускной клапан каждого цилиндра находится в закрытом положении. Отработавшие газы не могут протекать напрямую между выпускными трактами 82 и 86. Описанная выше система выпуска отработавших газов может называться в настоящей заявке разветвленной системой выпускных коллекторов, в которой первая часть отработавших газов от каждого цилиндра выводится в первый выпускной коллектор 84, а вторая часть отработавших газов от каждого цилиндра выводится во второй выпускной коллектор 80, и в которой первый и второй выпускные коллекторы не сообщаются непосредственно друг с другом (например, никакой канал не соединяет напрямую два выпускных коллектора друг с другом и, таким образом, первая и вторая части отработавших газов не смешиваются друг с другом в первом и втором выпускных коллекторах).
Отработавшие газы, выходящие из выпускного коллектора 84, поступают в первое устройство 70 снижения токсичности отработавших газов и второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов, при этом второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов расположено в выпускном канале 74 ниже по потоку от первого устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. В одном примере устройства 70 и 72 снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя один или более блоков-носителей каталитического нейтрализатора. В некоторых примерах устройства 70 и 72 снижения токсичности отработавших газов могут представлять собой трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. В другом примере второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов может содержать бензиновый сажевый фильтр (БСФ). В одном примере первое устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может включать в себя каталитический нейтрализатор, а второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов может включать в себя БСФ. После прохождения через устройства 70 и 72 снижения токсичности отработавших газов отработавшие газы могут направляться наружу к выхлопной трубе и в атмосферу.
Выпускной канал 74 дополнительно содержит множество датчиков отработавших газов, осуществляющих электронную связь с контроллером 12 системы 15 управления, как подробнее раскрыто ниже. Как показано на фиг. 1, выпускной канал 74 содержит первый датчик 90 кислорода, расположенный между первым устройством 70 снижения токсичности отработавших газов и вторым устройством 72 снижения токсичности отработавших газов. Первый датчик 90 кислорода может быть выполнен с возможностью измерения содержания кислорода в отработавших газах, поступающих во второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов. Выпускной канал 74 может содержать один или более дополнительных датчиков кислорода, расположенных вдоль выпускного канала 74, таких как второй датчик 91 кислорода, расположенный в выпускном коллекторе 84 выше по потоку от первого устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. В некоторых примерах может быть предусмотрен третий датчик 93 кислорода, расположенный ниже по потоку от второго устройства 72 снижения токсичности отработавших газов. Таким образом, второй датчик 91 кислорода может быть выполнен с возможностью измерения содержания кислорода в отработавших газах, поступающих в первое устройство 70 снижения токсичности отработавших газов, а третий датчик 93 кислорода может быть выполнен с возможностью измерения содержания кислорода в отработавших газах, выходящих из второго устройства 72 снижения токсичности отработавших газов. В одном примере один или более датчиков 90, 91 и 93 кислорода могут представлять собой универсальные датчики содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ). Альтернативно, датчики 90, 91 и 93 кислорода могут быть заменены бистабильным датчиком кислорода в отработавших газах. Выпускной канал 74 может содержать различные другие датчики, такие как один или более датчиков давления и/или температуры. Например, как показано на фиг. 1, датчик 96 давления расположен в выпускном канале 74 между первым устройством 70 снижения токсичности отработавших газов и вторым устройством 72 снижения токсичности отработавших газов. В связи с этим датчик 96 давления может быть выполнен с возможностью измерения давления отработавших газов, поступающих во второе устройство 72 снижения токсичности отработавших газов. И датчик 96 давления, и датчик 90 кислорода расположены в выпускном канале 74 в месте, где проточный канал 98 соединяется с выпускным каналом 74.
Второй выпускной коллектор 80 непосредственно соединен с каналом 50 рециркуляции отработавших газов (РОГ). Канал 50 РОГ присоединен непосредственно между вторым выпускным коллектором 80 и впускным каналом 28 на впуске 199 системы рециркуляции отработавших газов. В связи с этим отработавшие газы (или продувочный воздух, как дополнительно объясняется ниже) направляют из второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28, выше по потоку от дросселя 62, по каналу 50 РОГ. Как показано на фиг. 1, канал 50 РОГ включает в себя охладитель 52 РОГ, выполненный с возможностью охлаждения отработавших газов, протекающих от второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28 и клапану 54 РОГ. Контроллер 12 выполнен с возможностью активации и регулирования положения клапана 54 РОГ для управления величиной потока воздуха и потока отработавших газов по каналу 50 РОГ. При закрытом положении клапана 54 РОГ отработавшие газы или впускной воздух не могут протекать от второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28 выше по потоку от дросселя 62. Далее, при открытом положении клапана 54 РОГ отработавшие газы и/или продувочный воздух могут протекать от второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28 выше по потоку от дросселя 62. Контроллер 12 может дополнительно устанавливать клапан 54 РОГ во множество положений между полностью открытым и полностью закрытым.
В альтернативном варианте осуществления канал РОГ может быть присоединен между вторым выпускным коллектором 80 и впускным каналом 28 в месте, находящемся ниже по потоку от дросселя 62.
Впускной канал 28 содержит электронный дроссель 62 впускного воздуха, взаимодействующий с впускным коллектором 44. Положение дроссельной заслонки 64 дросселя 62 может регулироваться системой 15 управления при помощи исполнительного механизма дросселя (не показан), соединенного с контроллером 12 с возможностью связи. Путем модулирования дросселя 62 впускного воздуха некоторое количество холодного воздуха может всасываться из атмосферы и/или вместе с некоторым количеством рециркуляционных отработавших газов из одного или более каналов РОГ, ведущих к двигателю 10, может подаваться к цилиндрам двигателя по впускному коллектору 44.
Второй выпускной коллектор 80 и/или вторые выпускные тракты 82 могут содержать один или более датчиков (таких как датчики давления, кислорода и/или температуры), расположенных в них. Например, как показано на фиг. 1, второй выпускной коллектор 80 включает в себя датчик 34 давления и датчик 36 кислорода, расположенные в нем и выполненные с возможностью измерения давления и содержания кислорода, соответственно, отработавших газов и продувочного (например, впускного) воздуха, выходящих из вторых выпускных клапанов 6 и поступающих во второй выпускной коллектор 80.
Впускной канал 28 может содержать один или более дополнительных датчиков (таких как дополнительные датчики давления, температуры, расхода и/или кислорода). Например, как показано на фиг. 1, впускной канал 28 содержит датчик 48 массового расхода воздуха (МРВ), расположенный выше по потоку от дросселя 62 и места, где канал 50 РОГ соединяется с впускным каналом 28. Датчик 37 впускного давления может располагаться во впускном канале 28 выше по потоку от дросселя 62. В некоторых примерах, как показано на фиг. 1, датчик 39 содержания кислорода во впускном воздухе может располагаться во впускном канале 28 выше по потоку от дросселя 62. Кроме того, датчик 122 давления воздуха во впускном коллекторе (например, ДВК) и датчик 123 температуры во впускном коллекторе расположены во впускном коллекторе 44 выше по потоку от всех цилиндров двигателя
В некоторых примерах двигатель 10 может быть соединен с электродвигателем/аккумуляторной системой (как показано на фиг. 2) в гибридном транспортном средстве. Гибридное транспортное средство может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, или их разновидность или комбинацию. Кроме того, в некоторых примерах могут применяться другие конфигурации двигателей, например, дизельный двигатель.
Управление двигателем 10 может по меньшей мере частично осуществляться при помощи системы 15 управления, содержащей контроллер 12, а также входных данных от водителя транспортного средства, подаваемых при помощи устройства ввода (не показано на фиг. 1). Система 15 управления показана принимающей информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке) и передающей сигналы управления на множество исполнительных устройств 81. В качестве одного примера, датчики 16 могут включать в себя датчики давления, температуры и кислорода, расположенные во впускном канале 28, впускном коллекторе 44, выпускном коллекторе 84 и втором выпускном коллекторе 80, как описано выше. Другие датчики могут включать в себя датчик давления на входе дросселя (ДВД) для оценивания давления на входе дросселя (ДВД) и/или датчик температуры на входе дросселя для оценивания температуры на входе дросселя (ТВД), присоединенный ниже по потоку от дросселя во впускном канале. Дополнительные системные датчики и исполнительные механизмы подробно рассмотрены ниже со ссылкой на фиг. 2. В качестве другого примера, исполнительные механизмы 81 могут включать в себя топливные форсунки, исполнительные механизмы для клапанов 63, 42, 54, 59, 32, 97, 76 и дроссель 62. Исполнительные механизмы 81 могут также включать в себя различные приводы синхронизации кулачкового вала, соединенные с впускными и выпускными клапанами цилиндра. Контроллер 12 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и инициировать срабатывание исполнительных механизмов в ответ на обработанные входные данные на основе команды или кода, запрограммированных в памяти контроллера 12, в соответствии с одной или несколькими программами. Примеры управляющих программ описаны в настоящей заявке со ссылкой на фиг. 5. Например, регулирование потока РОГ от второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28 может включать в себя регулирование привода клапана 54 РОГ для регулирования величины потока отработавших газов, протекающего к впускному каналу 28 от второго выпускного коллектора 80. В другом примере регулирование потока РОГ от второго выпускного коллектора 80 к впускному каналу 28 может включать в себя регулирование привода кулачкового вала выпускных клапанов для регулирования момента открытия вторых выпускных клапанов 6.
В результате этого первый и второй выпускные коллекторы на фиг. 1 могут быть выполнены с возможностью раздельного направления продувочной (например, первой части) и очистной (например, второй части) частей отработавших газов. Первый выпускной коллектор 84 может направлять импульс продувки отработавших газов к устройству 70 снижения токсичности отработавших газов, тогда как второй выпускной коллектор 80 может направлять очистную часть отработавших газов к впускному каналу 28 по каналу 50 РОГ.
Обратимся теперь к ФИГ. 2, на котором показан частичный вид одного цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания, который может быть установлен на транспортном средстве 200. В связи с этим, компоненты, предварительно введенные на фиг. 1, представлены теми же позиционными обозначениями и не вводятся повторно. Двигатель 10 изображен с камерой 230 сгорания (цилиндром), рубашкой 214 охлаждения и стенками 232 цилиндра с поршнем 236, расположенным в ней и присоединенным к коленчатому валу 240. Камера 230 сгорания показана сообщающейся с впускным каналом 20 и выпускным каналом 82 через соответствующий впускной клапан 2 и выпускной клапан 6. Впускной клапан 4 и выпускной клапан 8 (не показаны) выполнены аналогично впускному клапану 2 и выпускному клапану 6. Как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 1, каждый цилиндр двигателя 10 может выпускать продукты горения по двум трубкам. В изображенном примере выпускной канал 82 представляет второй выпускной тракт (например, окно), ведущий от цилиндра к турбине (такой как второй выпускной тракт 82 на фиг. 1), в то время как первый выпускной тракт на этом виде не показан.
Как подробно показано также на фиг. 1, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать два впускных клапана и два выпускных клапана. На изображенном виде впускной клапан 2 и выпускной клапан 6 расположены в верхней части камеры 230 сгорания. Впускным клапаном 2 и выпускным клапаном 6 может управлять контроллер 12, используя соответствующие системы кулачкового привода, включающие в себя один или более кулачков или электрических приводов, показанных подробнее на фиг. 3А и 3B. Системы кулачкового привода могут использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК) для изменения работы клапанов. В изображенном примере каждым впускным клапаном 2 управляет кулачок 251 впускного клапана, а каждым выпускным клапаном 6 управляет кулачок 253 выпускного клапана. Положение впускного клапана 2 и выпускного клапана 6 может определяться датчиками 255 и 257 положения клапанов соответственно. Как отмечено выше, в одном примере управление всеми выпускными клапанами каждого цилиндра может осуществляться одним и тем же кулачковым валом выпускных клапанов. В связи с этим фазы газораспределения очистных (вторых) выпускных клапанов и продувочных (первых) выпускных клапанов могут регулироваться вместе при помощи одного кулачкового вала, однако каждый из них может иметь разные фазы газораспределения относительно друг друга. В другом примере управление очистным выпускным клапаном каждого цилиндра может осуществляться при помощи первого кулачкового вала выпускных клапанов, а управление продувочным выпускным клапаном каждого цилиндра может осуществляться при помощи другого, второго кулачкового вала выпускных клапанов. В результате этого фазы газораспределения очистных клапанов и продувочных клапанов могут регулироваться по отдельности друг от друга. В альтернативных примерах система(-ы) установки фаз кулачкового распределения или газораспределения очистных и/или продувочных выпускных клапанов может (могут) использовать кулачок в кулачковой системе, систему мультивоздушного типа на очистных клапанах и/или электронное управление подъемом клапанов на очистных клапанах.
Так, в некоторых примерах, управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться при помощи электропривода клапанов, как показано на фиг. 3B. Например, цилиндр 230 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, управляемый при помощи электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, включающего в себя системы ППК и/или ИФКР. В других примерах управление впускными и выпускными клапанами может осуществляться при помощи общего привода или системы активации клапанов, или привода или системы активации изменения фаз газораспределения.
В одном примере кулачок 251 впускного клапана содержит отдельные и различные выступы кулачка, которые обеспечивают различные профили клапанов (например, фазы газораспределения, высоту подъема клапанов, продолжительность и т.д.) для каждого из двух впускных клапанов камеры 230 сгорания. В одном примере кулачок 253 выпускного клапана содержит отдельные и различные выступы кулачка, которые обеспечивают различные профили клапанов (например, фазы газораспределения, высоту подъема клапанов, продолжительность и т.д.) для каждого из двух выпускных клапанов камеры 230 сгорания. В другом примере кулачок 251 впускного клапана может содержать общий выступ или аналогичные выступы, которые обеспечивают по существу аналогичный профиль клапана для каждого из двух впускных клапанов.
В дополнение к этому, различные профили кулачков для различных выпускных клапанов могут использоваться для отделения отработавших газов, выпускаемых при низком давлении в цилиндре, от отработавших газов, выпускаемых при давлении выхлопа. Например, профиль кулачка первого выпускного клапана может открывать из закрытого положения первый выпускной клапан (например, продувочный клапан) непосредственно перед НМТ (нижней мертвой точкой) такта расширения камеры 230 сгорания и закрывать тот же выпускной клапан задолго до ВМТ (верхней мертвой точки) для избирательного выпуска продувочных газов из камеры сгорания. Кроме того, профиль кулачка второго выпускного клапана может быть расположен таким образом, чтобы открывать из закрытого положения второй выпускной клапан (например, очистной клапан) перед средней точкой такта выпуска и закрывать его вскоре после ВМТ для избирательного выпуска очистной части отработавших газов.
Таким образом, фазы газораспределения первого выпускного клапана и второго выпускного клапана позволяют изолировать газы продувки цилиндра от очистной части отработавших газов, тогда как любые остаточные отработавшие газы в объеме мертвого пространства цилиндра могут вычищаться при помощи продувки через него холодного впускного воздуха во время положительного перекрытия клапанов между впускным клапаном и очистными выпускными клапанами. Благодаря пропусканию первой части отработавших газов (например, отработавшие газы более высокого давления) через устройство снижения токсичности отработавших газов и пропусканию второй части отработавших газов (например, отработавших газов более низкого давления) и продувочного воздуха, циркулирующих к воздухозаборнику двигателя, температуры сгорания могут быть уменьшены, а давление во впускном коллекторе повышено, тем самым, уменьшая работу насосных ходов двигателя и выбросы окислов азота (NOx).
Цилиндр 230 может обладать степенью сжатия, представляющей собой соотношение объемов, когда поршень 236 расположен между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании других видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании высокооктановых видов топлива или топлива с повышенной скрытой энтальпией испарения. Степень сжатия может также быть увеличена при использовании непосредственного впрыска вследствие его воздействия на детонационный стук двигателя.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 92 зажигания для инициирования сгорания. Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 230 сгорания при помощи свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания 03 от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Однако в некоторых примерах свеча 92 зажигания быть исключена, например, когда двигатель 10 может инициировать сгорание посредством автоматического зажигания или посредством впрыска топлива, как может обстоять дело в случае некоторых дизельных двигателей.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 230 показан содержащим одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 230 сгорания для непосредственного впрыскивания в нее топлива пропорционально длительности импульсного сигнала впрыска, принятого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск (в дальнейшем называемый также НВ) топлива в цилиндр 230 сгорания. Хотя на фиг. 2 форсунка 66 показана в виде боковой форсунки, она может также быть расположена сверху над поршнем, например, возле места расположения свечи 92 зажигания. Такое положение позволяет улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие более низкой летучести спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативного варианта, форсунка может располагаться сверху возле впускного клапана для улучшения смешивания. В альтернативном примере форсунка 66 может представлять собой инжектор распределительного впрыска, подающий топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 230.
Топливо можно подавать к топливной форсунке 66 из топливной системы 280 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативного варианта, топливо можно подавать одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, причем в этом случае установка момента непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченной во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это не показано на чертеже, топливные баки могут иметь датчик давления, обеспечивающий сигнал для контроллера 12. Топливные баки в топливной системе 280 могут содержать топливо с различными свойствами, например, различные топливные составы. Эти различия могут включать в себя различное содержание спирта, различное октановое число, различную теплоту парообразования, различные топливные смеси и/или комбинации вышеперечисленного и т.д. В некоторых примерах топливная система 280 может быть соединена с системой улавливания паров топлива, включающей в себя адсорбер для хранения, заправки и суточных паров топлива. Пары топлива могут вытесняться при помощи продувки из адсорбера в цилиндры двигателя во время работы двигателя, когда условия продувки выполняются. Например, продувочные пары могут естественным образом (без наддува) всасываться в цилиндр через первый впускной канал при давлении, равном или более низком, чем барометрическое давление.
Контроллер 12 на фиг. 2 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанный в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. В постоянном запоминающем устройстве 106 носителя информации могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие команды, выполняемые микропроцессором 102 для осуществления раскрытых ниже способов и программ, а также других вариантов, предполагаемых, но не перечисленных конкретно. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 48 массового расхода воздуха; показание температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 212 температуры, связанного с рубашкой 214 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 220 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 240; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122, сигнал аномального сгорания от датчика детонации (не показан) и сигнал датчика ускорения коленчатого вала (не показан). Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления во впускном коллекторе можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе.
В зависимости от входных данных, поступающих от одного или более из вышеперечисленных датчиков, контроллер 12 может регулировать один или более исполнительных механизмов, таких как топливная форсунка 66, дроссель 62, свеча 92 зажигания, впускные/выпускные клапаны и кулачки и т.д. Контроллер может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и инициировать исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные на основе запрограммированной в них команды или кода в соответствии с одной или несколькими программами.
В некоторых примерах транспортное средство 200 может представлять собой гибридное транспортное средство с несколькими источниками крутящего момента, имеющимися на одном или более колесах 260 транспортного средства. В других примерах транспортное средство 200 представляет собой традиционное транспортное средство только с одним двигателем, или электромобиль, оснащенный только электромашиной(-ами). В примере, показанном на фиг. 2, транспортное средство включает в себя двигатель 10 и электромашину 262. Электромашина 262 может представлять собой электродвигатель или электродвигатель/генератор. Коленчатый вал 240 двигателя 10 и электромашины 262 соединены при помощи трансмиссии 264 с колесами 260 транспортного средства, когда одна или более муфт 266 приведены в состояние сцепления. В изображенном примере первая муфта 266 предусмотрена между коленчатым валом 240 и электромашиной 262, а вторая муфта 266 предусмотрена между электромашиной 262 и трансмиссией 264. Контроллер 12 может посылать сигнал приводу каждой муфты 266 для сцепления или расцепления муфты таким образом, чтобы присоединять или отсоединять коленчатый вал 240 от электромашины 262 и присоединенных к ней компонентов, и/или присоединять или отсоединять электромашину 262 от трансмиссии 264 и присоединенных к ней компонентов. Трансмиссия 264 может представлять собой коробку передач, систему планетарной передачи или другой тип трансмиссии. Силовой агрегат может быть выполнен различными способами, включая параллельное, последовательное или параллельно-последовательное гибридное транспортное средство.
Электропитание поступает на электромашину 262 от тяговой аккумуляторной батареи 270 для обеспечения крутящего момента для колес 260 транспортного средства. Электромашина 262 может также действовать в качестве генератора для обеспечения электрической энергии для зарядки аккумулятора 270, например, при выполнении операции торможения.
Обратимся теперь к ФИГ. 3А, на котором показана первая приводная система тюльпанообразных клапанов цилиндра. В этом неограничивающем примере выпускные клапаны могут открываться и закрываться при помощи кулачкового вала 253 выпускных клапанов. Кулачковый вал 253 выпускных клапанов включает в себя два выступа кулачков для открытия и закрытия выпускного клапана 6 дважды за каждые два оборота двигателя. Кулачковый вал 253 выпускных клапанов включает в себя первый выступ кулачка 306, который управляет выпускным тюльпанообразным клапаном 6, и второй выступ кулачка 306, который также управляет выпускным тюльпанообразным клапаном 6. Угловое расстояние между первым выступом кулачка 306 и вторым выступом кулачка 306 фиксировано, но положения выступов кулачков 306 и 308 могут регулироваться относительно положения коленчатого вала. Управление выпускным тюльпанообразным клапаном 8 осуществляется при помощи единственного выступа кулачка 310, при этом выпускной тюльпанообразный клапан 8 открывается и закрывается один раз через каждые два оборота двигателя.
Управление впускными клапанами осуществляется при помощи кулачкового вала 251 впускных клапанов. Управление впускным тюльпанообразным клапаном 2 осуществляется при помощи единственного выступа кулачка 302, а управление впускным тюльпанообразным клапаном 4 осуществляется при помощи единственного выступа кулачка 304. Выступы кулачков 302 и 304 открывают и закрывают впускные тюльпанообразные клапаны 2 и 4 один раз за каждые два оборота двигателя. Положения выступов кулачков 302 и 304 можно регулировать относительно положения коленчатого вала.
Таким образом, управление впускными и выпускными клапанами может осуществляться при помощи кулачковых валов впускных и выпускных клапанов. Кулачковые валы впускных и выпускных клапанов могут включать в себя один выступ кулачка для каждого продувочного выпускного клапана и два выступа кулачка для каждого очистного выпускного клапана. Два выступа кулачка для каждого очистного выпускного клапана позволяют поршню обеспечивать отработавшие газы и воздух высокого давления для второго, или очистного выпускного коллектора.
Обратимся теперь к ФИГ. 3B, на котором показана вторая приводная система тюльпанообразных клапанов цилиндра. В этом примере впускные тюльпанообразные клапаны 2 и 4 открывают и закрывают при помощи электроклапанных приводов 350 и 352. Работа электроклапанных приводов может быть или не быть основана на положении коленчатого вала двигателя. Если работа электроклапанных приводов не основана на положении коленчатого вала двигателя, электроклапанные привода 350 и 352 могут открывать и закрывать впускные клапаны 2 и 4 в один и тот же или различные моменты времени.
Выпускные тюльпанообразные клапаны 6 и 8 открывают и закрывают при помощи электроклапанных приводов 354 и 356. Электроклапанные приводы 354 и 356 могут работать синхронно или асинхронно с коленчатым валом двигателя. Кроме того, электроклапанный привод 354 может открывать и закрывать выпускной клапан 6 дважды за каждые два оборота двигателя, тогда как электропривод 356 клапана может открывать и закрывать выпускной клапан 8 один раз за каждые два оборота двигателя. Таким образом, управление впускными и выпускными клапанами может осуществляться при помощи электроклапанных приводов. Управление электроклапанными приводами может осуществляться совместно или независимо друг от друга. Электроклапанные приводы 350-356 могут прямо или косвенно открывать впускные и выпускные клапаны.
Таким образом, система, представленная на фиг. 1-3B, предусматривает систему, содержащую: атмосферный двигатель, включающий в себя систему впуска, множество продувочных выпускных клапанов и множество очистных выпускных клапанов; выпускной коллектор, соединенный с двигателем и сообщающийся по текучей среде с множеством продувочных выпускных клапанов; очистной коллектор, соединенный с двигателем, причем очистной коллектор сообщается со множеством очистных выпускных клапанов; охладитель отработавших газов, соединенный с очистным коллектором; клапан рециркуляции отработавших газов, расположенный в канале между охладителем отработавших газов и впуском; и кулачковый вал, включающий в себя один выступ для каждого из множества продувочных клапанов и два выступа для каждого из очистных выпускных клапанов. В первом примере система дополнительно включает в себя контроллер, содержащий исполняемые команды, сохраняемые в долговременной памяти, для закрытия клапана рециркуляции отработавших газов при нагрузках двигателя, превышающих пороговую. Во втором примере система может также дополнительно содержать дополнительные команды, обеспечивающие работу кулачкового вала с опережением в ответ на увеличение нагрузки двигателя. В третьем примере система содержит дополнительные команды для пропускания отработавших газов к цилиндрам двигателя в условиях широко открытого дросселя. Система дополнительно содержит регулируемый кулачковый вал впускных клапанов. Система, кроме того, содержит дроссель и впуск рециркуляции отработавших газов, при этом дроссель расположен выше по потоку от впуска рециркуляции отработавших газов.
Обратимся теперь к ФИГ. 4, на котором последовательность 4 показывает пример фаз газораспределения относительно положения поршня для цилиндра двигателя, содержащего 4 клапана: два впускных клапана и два выпускных клапана, таких как представлены на фиг. 1-3B. Последовательность, показанная на фиг. 4, может быть обеспечена при помощи системы, показанной на фиг. 1-3B, в соответствии со способом, показанным на фиг. 6. Последовательность, показанная на фиг. 4, описывает один цикл работы цилиндра четырехтактного двигателя. Цикл работы цилиндра начинается в верхней мертвой точке такта сжатия (например, 0 ГУПКВ) и заканчивается в верхней мертвой точке такта сжатия при 720 ГУПКВ позднее. Пример на фиг. 4 вычерчен по существу в соответствии с масштабом, несмотря на то, что все без исключения точки не помечены численными значениями. В связи с этим относительные различия фаз газораспределения могут оцениваться при помощи размеров на чертеже. Однако при необходимости можно использовать и другие относительные фазы газораспределения.
Последовательность 300 изображает положение двигателя вдоль горизонтальной оси в градусах угла поворота коленчатого вала (ГУПКВ). Кривая 402 показывает положения поршня (вдоль вертикальной оси) с учетом мест его расположения относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ), а также с учетом мест его расположения в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, расширения и выпуска) цикла работы двигателя. Подъем для каждого из описанных клапанов возрастает в направлении соответствующих стрелок вертикальной оси.
Во время работы двигателя каждый цилиндр, как правило, выполняет четырехтактный цикл, содержащий такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускные клапаны закрываются, а впускные клапаны открываются. Воздух вводится в цилиндр по соответствующему впускному каналу, и поршень цилиндра перемещается ко дну цилиндра, увеличивая объем внутри цилиндра. Положение, при котором поршень находится возле дна цилиндра и в конце своего такта (например, когда камера сгорания достигает наибольшего объема), специалисты в данной области техники, как правило, называют, нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия впускные клапаны и выпускные клапаны закрыты. Поршень перемещается к головке блока цилиндров, сжимая воздух внутри камеры сгорания. Точку, в которой поршень находится в конце своего такта ближе всего к головке блока цилиндров (например, когда камера сгорания достигает наименьшего объема), специалисты в данной области техники, как правило, называют, верхней мертвой точкой (ВМТ). В ходе процесса, называемого в настоящей заявке впрыском, топливо вводят в камеру сгорания. В ходе процесса, называемого в настоящей заявке зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняют при помощи известного средства зажигания, такого как свеча зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ. Коленчатый вал преобразует это перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска в традиционной конструкции выпускные клапаны открывают для выпуска остаточной сгоревшей топливно-воздушной смеси в соответствующие выпускные каналы, а поршень возвращается к ВМТ. В этом описании вторые выпускные (очистные) клапаны могут открываться после начала такта выпуска и оставаться открытыми до момента после окончания такта выпуска, тогда как первые выпускные (продувочные) клапаны закрыты, а впускные клапаны открыты для выдувания остаточных отработавших газов продувочным воздухом. Кроме того, второй выпускной клапан (например, клапан 6 на фиг. 1) может отрываться и закрываться второй раз во время тактов впуска и сжатия для выталкивания воздуха во второй выпускной коллектор 80. Все газы во втором выпускном коллекторе направляют во впускной коллектор, откуда они могут повторно вводиться в цилиндры и повышать давление во впускном коллекторе для уменьшения работы насосных ходов двигателя. Кривая 404 показывает первые фазы газораспределения, высоту подъема и продолжительность для первого впускного клапана (Int_1), тогда как кривая 406 показывает вторые фазы газораспределения, подъем и продолжительность для второго впускного клапана (Int_2), соединенного с впускным каналом цилиндра двигателя. Кривая 408 показывает пример фаз газораспределения, подъем и продолжительность для первого выпускного клапана (Exh_1, который может соответствовать первым, или продувочным выпускным клапанам 8, показанным на фиг. 1), сообщающегося по текучей среде с первым выпускным коллектором (например, продувочным выпускным коллектором 84, показанным на фиг. 1) цилиндра двигателя, тогда как кривая 410 показывает пример первых фаз газораспределения, высоты подъема и продолжительности для второго выпускного клапана (Exh_2, который может соответствовать вторым, или очистным выпускным клапанам 6, показанным на фиг. 1), сообщающегося по текучей среде со вторым выпускным коллектором (например, очистным выпускным коллектором 80, показанным на фиг. 1) цилиндра двигателя. Кривая 412 показывает пример вторых фаз газораспределения, подъем и продолжительность для второго выпускного клапана в цикле работы цилиндра. Как уже уточнялось, первый выпускной коллектор направляет выходные газы через первый выпускной клапан к устройству 70 снижения токсичности отработавших газов, а второй выпускной коллектор направляет выходные газы через второй выпускной клапан к впускному каналу по каналу 50 РОГ. Первый и второй выпускные коллекторы могут быть отдельными друг от друга, как объясняется выше.
В изображенном примере первый и второй впускные клапаны полностью открываются из закрытого положения при общих фазах газораспределения (кривые 404 и 406), начиная близко от ВМТ такта впуска, непосредственно перед ГУПКВ2 (например, в ВМТ такта впуска или сразу же после нее) и закрываются после того, как последующий такт сжатия начинается после ГУПКВ3 (например, после НМТ). Кроме того, при полном открытии два впускных клапана могут быть открыты при одной и той же высоте подъема L1 клапана в течение одного и того же интервала времени (продолжительности) D1. В других примерах два клапана могут работать при различных фазах газораспределения посредством регулирования фазирования, высоты подъема или продолжительности в зависимости от условий работы двигателя. Впускные клапаны закрыты, когда кривые 404 и 406 не видны. Вертикальная ось для Int_1 и Int_2 представляет высоту подъема впускных клапанов, при этом высота подъема впускных клапанов возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Высота подъема впускных клапанов равна нулю на горизонтальной оси.
Обратимся теперь к выпускным клапанам, в которых фазы газораспределения первого выпускного клапана и второго выпускного клапана разнесены во времени друг относительно друга. Кроме того, второй выпускной клапан Exh_2 открывается и закрывается дважды за время цикла работы двигателя. Конкретно, первый выпускной клапан открывается из закрытого положения при первых фазах газораспределения (кривая 408), более ранних (т.е. происходящих с опережением) в цикле работы двигателя, чем фазы газораспределения (кривая 410), при которых второй выпускной клапан открывается из закрытого положения. Конкретно, первые фазы газораспределения для открытия первого выпускного клапана находятся между ВМТ и НМТ такта расширения, до ГУПКВ1 (например, до НМТ такта выпуска), тогда как фазы газораспределения для открытия второго выпускного клапана находятся после НМТ такта выпуска, после ГУПКВ1, но до ГУПКВ2. Первый (кривая 408) выпускной клапан закрывается до окончания такта выпуска, а второй (кривая 410) выпускной клапан закрывается после окончания такта выпуска. Таким образом, второй выпускной клапан остается открытым, немного перекрываясь с открытием впускных клапанов. Кроме того, второй выпускной клапан открывается второй раз во время того же цикла двигателя после верхней мертвой точки (ВМТ) такта впуска и до нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска. Второй выпускной клапан закрывается второй раз во время того же цикла работы двигателя после НМТ такта впуска и до ВМТ такта сжатия цилиндра.
Точнее, первый выпускной клапан может начать открываться из закрытого положения до начала такта выпуска (например, между 90 и 40 градусами до НМТ), оставаясь по меньшей мере частично открытым в течение первой части такта выпуска, и может быть полностью закрыт до окончания такта выпуска (например, между 50 и 0 градусов до ВМТ такта выпуска), чтобы собрать продувочную часть импульса отработавших газов. Второй выпускной клапан (кривая 410) может начать открываться из закрытого положения после начала такта выпуска (например, между 40 и 90 градусами после НМТ такта выпуска), оставаясь открытым в течение второй части такта выпуска, и может быть полностью закрыт после начала такта выпуска (например, между 20 и 70 градусов после ВМТ такта впуска), чтобы выпустить очистную часть отработавших газов. Первое открытие 410 второго выпускного клапана во время цикла работы цилиндра может называться открытием второго выпускного клапана для увеличения РОГ. Второй выпускной клапан может открываться второй раз (кривая 412) от приблизительно 60 градусов НМТ такта впуска до приблизительно 90 градусов после НМТ такта сжатия. Второе открытие 412 второго выпускного клапана во время цикла работы цилиндра может называться открытием второго выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе. Кроме того, второй выпускной клапан и впускные клапаны, как показано на фиг. 4, могут иметь фазу положительного перекрытия (например, от интервала между 20 градусами до ВМТ и 40 градусами после ВМТ до интервала между 40 и 90 градусами после ВМТ), чтобы обеспечить возможность продувки при помощи РОГ. Этот цикл, при котором работают все четыре клапана, может повторяться в зависимости от условий работы двигателя.
Кроме того, первый выпускной клапан может быть открыт при первых фазах газораспределения и при первой высоте подъема L2 клапана, тогда как второй выпускной клапан может быть открыт при второй высоте подъема L3 клапана (кривая 410), причем L3 меньше, чем L2. Помимо этого, первый выпускной клапан может быть открыт при первых фазах газораспределения в течение интервала времени D2, тогда как второй выпускной клапан может быть открыт в течение интервала времени D3 и интервала времени D4, причем D3 меньше, чем D2. Интервал времени D4 может быть короче, длиннее или равен интервалу времени D3. Следует понимать, что в альтернативных примерах два выпускных клапана могут иметь одинаковую высоту подъема клапана и/или одинаковую продолжительность открытия, при этом открытие происходит при различных фазах газораспределения.
В результате этого, благодаря использованию разнесенных во времени фаз газораспределения, эффективность и мощность двигателя могут быть увеличены посредством отделения отработавших газов, выпускаемых при более высоком давлении (например, расширяющихся продувочных отработавших газов в цилиндре), от остаточных отработавших газов при низком давлении (например, отработавшие газы, которые остаются в цилиндре после продувки) и их направления по разным каналам. Благодаря подаче остаточных отработавших газов при низком давлении в качестве РОГ вместе с продувочным воздухом к впускному коллектору, температуры в камере сгорания могут быть понижены, а давление во впускном коллекторе повышено таким образом, чтобы можно было уменьшить возможность детонационного стука двигателя и работу насосных ходов двигателя.
В результате этого отработавшие газы могут быть откачаны из цилиндров двигателя при положительном давлении выше атмосферного давления таким образом, чтобы можно было обеспечить подачу РОГ к цилиндрам двигателя, когда двигатель работает при высоких нагрузках (например, близких к условиям широко открытого дросселя). В дополнение к этому, давление во впускном коллекторе может быть повышено для уменьшения работы насосных ходов двигателя, поскольку часть воздуха, всасываемого в цилиндр, может возвращаться в систему впуска воздуха двигателя, в то время как двигатель работает при стехиометрическом воздушно-топливном отношении.
Обратимся теперь к ФИГ. 5, на котором показана последовательность работы для впускных и выпускных клапанов. Последовательность, показанная на фиг. 5, может быть обеспечена при помощи системы, показанной на фиг. 1-3B, в соответствии со способом, показанным на фиг. 6.
Первый сверху график на фиг. 5 представляет собой график нагрузки 502 двигателя в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет нагрузку двигателя, при этом нагрузка двигателя возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Нагрузка двигателя может быть выражена в виде существующего потока воздуха через двигатель, разделенного на максимальный теоретический поток воздуха через двигатель. Соответственно, нагрузка двигателя может быть выражена в виде значения в диапазоне от 0 до 1. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты работы цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска).
Второй сверху график на фиг. 5 представляет собой график фаз газораспределения впускных клапанов цилиндра двигателя в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет фазы газораспределения впускных клапанов, при этом впускные клапаны двигателя открыты, когда кривая 504 находится на более высоком уровне, чем горизонтальная ось. В этом примере оба входных клапана функционируют в соответствии с кривой 504. Таким образом, оба входных клапана открываются и закрываются одновременно. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты работы цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска).
Третий сверху график на фиг. 5 представляет собой график фаз газораспределения продувочного выпускного клапана цилиндра (например, клапана 8 на фиг. 1) в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет фазы газораспределения продувочного выпускного клапана, при этом продувочный выпускной клапан открыт, когда кривая 506 находится на более высоком уровне, чем горизонтальная ось. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты работы цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска).
Четвертый сверху график на фиг. 5 представляет собой график фаз газораспределения очистного выпускного клапана цилиндра (например, клапана 6 на фиг. 1) в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет фазы газораспределения очистного выпускного клапана, при этом очистной выпускной клапан открыт, когда кривые 507-538 находятся на более высоком уровне, чем горизонтальная ось. Открытия очистного выпускного клапана, показанные кривыми 508, 512, 516, 520, 524, 528, 532 и 536, представляют собой фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ к двигателю. Открытия очистного выпускного клапана, показанные кривыми 507, 510, 514, 518, 522, 526, 530, 534 и 538, представляют собой фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе двигателя. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска). Каждое открытие и закрытие очистного выпускного клапана обозначается уникальным номером таким образом, что последовательность может быть подробно раскрыта ниже.
Пятый сверху график на фиг. 5 представляет собой график положения клапана РОГ в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет положение клапана РОГ, при этом клапан РОГ находится в более открытом состоянии, когда кривая 550 находится на более высоком уровне вблизи от стрелки вертикальной оси. Клапан РОГ закрыт на уровне горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты работы цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска).
Шестой сверху график на фиг. 5 представляет собой график требуемой доли РОГ в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Вертикальная ось представляет требуемую долю РОГ, при этом требуемая доля РОГ возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет положение двигателя, при этом каждый описанный такт работы цилиндра отделен маленькой вертикальной чертой. Такты работы цилиндра обозначаются символами I (такт впуска), С (такт сжатия), Р (такт расширения) и Е (такт выпуска).
В момент времени Т0 нагрузка двигателя находится на низком уровне, а клапан РОГ открыт. Впускные клапаны открываются во время первого такта впуска справа от момента времени Т0, а закрываются в начале первого такта сжатия справа от момента времени Т0. Первый выпускной клапан или продувочный клапан закрыт во время такта впуска непосредственно после момента времени Т0. Второй выпускной клапан или очистной клапан закрыт непосредственно после момента времени ТО и снова открывается, как показано кривой 507, в конце первого такта впуска после момента времени Т0. Очистной клапан закрывается вблизи ВМТ впускного такта цилиндра. Требуемая доля РОГ (например, доля РОГ в цилиндре) находится на низком уровне, указывающем на то, что при низкой нагрузке двигателя в цилиндрах двигателя требуется небольшое количество РОГ.
Между моментами времени Т0 и Т1 нагрузка двигателя возрастает с низкого уровня до более высокого уровня в ответ на увеличение задаваемого водителем крутящего момента (не показан). При возрастании нагрузки двигателя фазы газораспределения впускных клапанов устанавливают с опережением. Благодаря установке фаз газораспределения с опережением цилиндр двигателя может всасывать больше воздуха и РОГ в цилиндр. При возрастании частоты вращения двигателя (не показано) с увеличением нагрузки двигателя фазы газораспределения продувочного выпускного клапана устанавливают с опережением. Установка с опережением момента времени открытия продувочного выпускного клапана при увеличении нагрузки и частоты вращения дают отработавшим газам время для того, чтобы покинуть цилиндр при повышенных частотах вращения двигателя. Момент времени открытия второго выпускного клапана также устанавливают с опережением для увеличения потока РОГ к цилиндрам и уменьшения потока продувочного воздуха к цилиндрам двигателя.
При низкой нагрузке и низкой частоте вращения двигателя первое открытие второго выпускного клапана происходит в конце такта выпуска, при этом он закрывается во время такта впуска таким образом, что только небольшое количество РОГ вводится в цилиндры двигателя. При низких нагрузках и скоростях двигатель может быть способен выдерживать лишь небольшое количество РОГ. Поэтому количество РОГ ограничивают открытием второго выпускного клапана в конце такта выпуска. Второе открытие второго выпускного клапана происходит в конце такта впуска, а закрытие после второго открытия второго выпускного клапана происходит во время такта сжатия. Эти фазы газораспределения обеспечивают возможность увеличения давления во впускном коллекторе посредством закрытия после второго открытия второго выпускного клапана во время такта сжатия. Таким образом, показанные фазы газораспределения обеспечивают увеличенное давление во впускном коллекторе и небольшое количество РОГ при низких частотах вращения и нагрузках двигателя. При возрастании нагрузки и частоты вращения двигателя первое открытие второго выпускного клапана выполняют с опережением для увеличения потока РОГ к цилиндрам двигателя. Второе открытие второго выпускного клапана обусловливает перекачивание меньшего количества продувочного воздуха к впуску двигателя, поскольку второй выпускной клапан закрывается раньше во время такта сжатия. Однако давление во впускном коллекторе может поддерживаться на более высоком уровне вследствие возросшего потока РОГ. Кроме того, при частичной нагрузке, двигатель выдерживает более высокие скорости потока РОГ и может быть менее подвержен пропускам зажигания, чем при более низких частотах вращения и нагрузках двигателя. Помимо этого, РОГ могут способствовать подавлению образования NOx в цилиндрах двигателя при возрастании нагрузки двигателя. Требуемая доля РОГ возрастает в ответ на повышенные нагрузки двигателя с целью подавления образования NOx в цилиндрах двигателя.
В момент времени Т1 нагрузка двигателя достигает уровня, при котором может быть желательно дальнейшее увеличение потока РОГ к двигателю, поскольку увеличение РОГ может ограничивать мощность двигателя. Требуемую долю РОГ уменьшают для повышения выходной мощности двигателя, при этом клапан РОГ начинает получать команды закрытия все в большей степени.
Между моментом времени Т1 и моментом времени 12 фазы газораспределения впускных клапанов подвергают дальнейшему опережению для увеличения выходной мощности двигателя в ответ на возрастание нагрузки двигателя. Фазы газораспределения продувочного клапана остаются установленными с опережением таким образом, чтобы отработавшие газы могли быть удалены из цилиндра при более высоких частотах вращения двигателя. Первые и вторые моменты закрытия второго выпускного клапана устанавливают с опережением, но поток РОГ к цилиндрам двигателя уменьшают при помощи по меньшей мере частичного закрытия клапана РОГ. В результате этого клапан РОГ может ограничивать поток отработавших газов и воздуха к впускному коллектору при более высоких нагрузках и частотах вращения двигателя для увеличения выходной мощности двигателя. Поскольку цилиндр сжимает воздух и РОГ, которые поступают во второй выпускной коллектор, РОГ могут протекать к цилиндрам двигателя даже в условиях широко открытого дросселя. Количество РОГ, протекающих к цилиндрам двигателя в условиях широко открытого дросселя, может быть основано на компромиссе между энергией, вырабатываемой двигателем, и выбросами двигателя.
В результате этого поток РОГ и продувочного воздуха к впуску двигателя из второго или очистного коллектора может быть ограничен при некоторых условиях (например, низкие частоты вращения и нагрузки двигателя) при помощи фаз газораспределения выпускных клапанов. При других условиях (например, высоких частотах вращения и нагрузках двигателя) поток РОГ и продувочного воздуха к впуску двигателя может ограничиваться или управляться при помощи клапана РОГ.
Обратимся теперь к ФИГ. 6, на котором раскрыт способ управления двигателем. Способ на фиг. 6, может быть включен в систему, показанную на фиг. 1-3B в качестве исполняемых команд, сохраняемых в долговременной памяти. Кроме того, части способа, показанного на фиг. 6, могут представлять собой действия, выполняемые при помощи контроллера 12, показанного на фиг. 1 и 2, для преобразования состояния устройства или исполнительного механизма в реальности.
На шаге 602 способ 600 определяет условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут определяться путем приема входных данных от одного или более датчиков, как описано со ссылкой на фиг. 1-3B. В одном неограничивающем примере способ 600 может определять частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя и температуру двигателя. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 604.
На шаге 604 способ 600 делает вывод о том, включает ли в себя система индивидуальное управление открытием очистного выпускного клапана (например, второго выпускного клапана 6) во время тактов впуска, выпуска и сжатия. Индивидуальное управление открытием очистного выпускного клапана обеспечивает возможность регулирования степени открытия и закрытия при первом открытии очистного выпускного клапана (например, открытии очистного выпускного клапана для увеличения РОГ) независимо от регулировок второго открытия очистного выпускного клапана (например, открытия очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе). Таким образом, если имеет место индивидуальное управление первым открытием очистного выпускного клапана и вторым открытием очистного выпускного клапана, момент открытия при первом открытии очистного выпускного клапана может быть установлен с опережением без установки с опережением момента второго открытия очистного выпускного клапана. Если способ 600 делает вывод о том, что возможность индивидуального управления очистным выпускным клапаном предусмотрена, ответ будет «да», и выполнение способа 600 продолжится на шаге 606. В противном случае ответ будет «нет», и выполнение способа 600 продолжится на шаге 630.
На шаге 606 способ 600 определяет требуемый расход воздуха через двигатель. В одном примере способ 600 определяет требуемый крутящий момент двигателя в ответ на положение педали акселератора и текущую скорость транспортного средства. Требуемый крутящий момент двигателя преобразуют в требуемый расход воздуха через двигатель, который обеспечивает требуемый крутящий момент двигателя. Требуемый расход воздуха через двигатель может представлять собой выходные данные таблицы или функции, которые индексируют при помощи требуемого крутящего момента двигателя. Значения в таблице расхода воздуха через двигатель могут быть определены эмпирически и сохранены в памяти контроллера. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 608 после того, как требуемый расход воздуха через двигатель будет определен.
На шаге 608 способ 600 определяет требуемый расход РОГ. Требуемый расход РОГ может быть определен путем индексирования таблицы или функции эмпирически определенных значений расхода РОГ двигателя. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения, нагрузки или крутящего момента двигателя. Таблица выдает значение требуемого расхода РОГ. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 610.
На шаге 610 способ 600 регулирует фазы газораспределения впускных клапанов и фазы газораспределения продувочного выпускного клапана. В одном примере способ 600 регулирует фазы газораспределения впускных клапанов на основе эмпирически определенных фаз газораспределения впускных клапанов, сохраняемых в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого потока РОГ. Таблица выдает значения фаз газораспределения впускных клапанов (например, момент открытия и/или момент закрытия впускных клапанов), и впускные клапаны получают команды установки указанных фаз газораспределения. Аналогичным образом, фазы газораспределения продувочного выпускного клапана регулируют на основе эмпирически определенных фаз газораспределения выпускных клапанов, сохраняемых в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого потока РОГ. Таблица выдает значения фаз газораспределения продувочного выпускного клапана (например, момент открытия и/или момент закрытия продувочного выпускного клапана), и продувочный выпускной клапан получает команды установки указанных фаз газораспределения.
В одном примере, при более низких частотах вращения двигателя и более низких нагрузках двигателя, фазы газораспределения впускных клапанов могут быть установлены с запаздыванием по сравнению с фазами газораспределения впускных клапанов при более высоких частотах вращения двигателя и более высоких нагрузках двигателя. Фазы газораспределения продувочного выпускного клапана могут также быть установлены с запаздыванием по сравнению с фазами газораспределения продувочного выпускного клапана при более высоких частотах вращения двигателя и более высоких нагрузках двигателя. Таким образом, фазы газораспределения впускных клапанов и фазы газораспределения продувочного выпускного клапана могут быть установлены с опережением в ответ на увеличение частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 612.
На шаге 612 способ 600 регулирует фазы газораспределения очистного выпускного клапана (например, моменты времени открытия и закрытия относительно положения коленчатого вала) для увеличения потока РОГ. Установка фаз газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ предусматривает открытие и закрытие клапана между тактом выпуска и тактом впуска (например, как показано на фиг. 4), и может называться первым открытием очистного выпускного клапана во время цикла работы цилиндра. В одном примере, при более низких частотах вращения двигателя и более низких нагрузках двигателя, фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ устанавливают с запаздыванием при более низких частотах вращения двигателя и нагрузках двигателя таким образом, чтобы уменьшить количество РОГ, протекающих в цилиндры двигателя, когда более высокие скорости РОГ могут привести к пропускам зажигания двигателя. По мере возрастания частоты вращения и нагрузки двигателя фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличенного потока РОГ могут устанавливаться с опережением для увеличения потока РОГ в цилиндры двигателя. Установка с опережением фаз газораспределения этого выпускного клапана позволяет цилиндру увеличивать давление отработавших газов в очистном коллекторе.
В одном примере моменты времени открытия и закрытия для фаз газораспределения очистного выпускного клапана определяют эмпирически и сохраняют в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого расхода РОГ. Таблица или функция выдает моменты открытия и закрытия для очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ к двигателю. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 614.
На шаге 614 способ 600 регулирует фазы газораспределения очистного выпускного клапана (например, моменты времени открытия и закрытия относительно положения коленчатого вала) для увеличения давления во впускном коллекторе. Второе открытие очистного выпускного клапана обеспечивает возможность увеличения давления во впускном коллекторе двигателя, поскольку часть воздуха, поступающего в цилиндр, возвращают к впуску двигателя, тем самым, приводя в соответствие заряд воздуха в цилиндре с требуемым выходным крутящим моментом цилиндра. Установка фаз газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе двигателя предусматривает открытие и закрытие клапана между тактом впуска и тактом сжатия (например, как показано на фиг. 4), и может называться вторым открытием очистного выпускного клапана во время цикла работы цилиндра. В одном примере, при более низких частотах вращения и более низких нагрузках двигателя, фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе двигателя устанавливают с запаздыванием при более низких частотах вращения двигателя и более низких нагрузках двигателя таким образом, чтобы уменьшить работу насосных ходов двигателя, тогда как допустимая величина РОГ для двигателя может быть низкой. По мере возрастания частоты вращения и нагрузки двигателя фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличенного давления во впускном коллекторе могут быть установлены с опережением для уменьшения потока воздуха в цилиндры двигателя, когда двигатель может выдерживать большие количества РОГ.
В одном примере моменты времени открытия и закрытия для фаз газораспределения очистного выпускного клапана определяют эмпирически и сохраняют в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого расхода РОГ. Таблица или функция выдает моменты открытия и закрытия для очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе двигателя. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 616.
На шаге 616 способ 600 регулирует положение клапана РОГ для управления потоком РОГ к двигателю и количеством воздуха, рециркулирующего через цилиндры обратно к впуску двигателя. В одном примере положения клапана РОГ могут быть эмпирически определены и сохранены в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого потока РОГ. В одном примере значения в таблице могут полностью открывать клапан РОГ при более низких нагрузках двигателя таким образом, что управлять потоком РОГ и потоком воздуха обратно к впуску двигателя при помощи фаз газораспределения очистного выпускного клапана. При более высоких нагрузках двигателя клапан РОГ может получать команды закрытия или только частичного открытия таким образом, чтобы клапан РОГ управлял потоком РОГ и воздуха к системе впуска воздуха двигателя при более высоких частотах вращения и нагрузках двигателя. Это обеспечивает возможность установки фаз газораспределения очистного выпускного клапана в положение опережения таким образом, чтобы фазы газораспределения очистного выпускного клапана можно было подвергнуть запаздыванию, если нагрузка двигателя снизится. Кроме того, это позволяет быстро отключать РОГ при достижении высоких нагрузок без необходимости ожидать индексирования кулачкового вала. РОГ протекают к цилиндрам двигателя, когда клапан РОГ по меньшей мере частично открыт в условиях широко открытого дросселя. Способ 600 дает команды перевода выпускных клапанов, впускных клапанов и клапанов РОГ в положения, определенные на шагах 610-616. Выполнение способа 600 завершается.
На шаге 630 способ 600 определяет требуемый расход воздуха через двигатель, как раскрыто выше на шаге 606. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 632 после того, как требуемый расход воздуха через двигатель будет определен.
На шаге 632 способ 600 определяет требуемый расход РОГ, как раскрыто выше на шаге 608. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 634.
На шаге 634 способ 600 регулирует фазы газораспределения впускных клапанов и фазы газораспределения продувочного выпускного клапана, как раскрыто выше на шаге 610. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 636.
На шаге 636 способ 600 одновременно регулирует фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ (например, первое открытие очистного выпускного клапана во время цикла работы цилиндра) и фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе (например, второе открытие очистного выпускного клапана во время цикла работы цилиндра). В одном примере, при более низких частотах вращения и нагрузках двигателя, фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ и фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе устанавливают с запаздыванием при более низких частотах вращения двигателя и более низких нагрузках двигателя таким образом, чтобы уменьшить количество РОГ, протекающих в цилиндры двигателя, и увеличить давление во впускном коллекторе, когда более высокие скорости РОГ могут привести к пропускам зажигания двигателя. По мере возрастания частоты вращения и нагрузки двигателя фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения потока РОГ могут подвергаться опережению для увеличения потока РОГ в цилиндры двигателя и фазы газораспределения очистного выпускного клапана для увеличения давления во впускном коллекторе могут подвергаться опережению для уменьшения потока воздуха к впуску двигателя. Фазы газораспределения очистного выпускного клапана могут регулироваться одновременно посредством регулирования положения единственного кулачкового вала.
В одном примере моменты времени открытия и закрытия для фаз газораспределения очистного выпускного клапана определяют эмпирически и сохраняют в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу или функцию можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого расхода РОГ. Таблица или функция выдает моменты открытия и закрытия для очистного выпускного клапана. Выполнение способа 600 продолжается на шаге 638.
На шаге 638 способ 600 регулирует положение клапана РОГ для управления потоком РОГ к двигателю и количеством воздуха, рециркулирующего через цилиндры обратно к впуску двигателя. В одном примере положения клапана РОГ могут быть эмпирически определены и сохранены в таблице или функции в памяти контроллера. Таблицу можно индексировать при помощи частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя или требуемого потока РОГ. В одном примере значения в таблице могут полностью открывать клапан РОГ при более низких нагрузках двигателя таким образом, чтобы управлять потоком РОГ и потоком воздуха обратно к впуску двигателя при помощи фаз газораспределения очистного выпускного клапана. При более высоких нагрузках двигателя клапан РОГ может получать команды закрытия или только частичного открытия таким образом, чтобы клапан РОГ управлял потоком РОГ и воздуха к системе впуска воздуха двигателя при более высоких частотах вращения и нагрузках двигателя. Это обеспечивает возможность установки фаз газораспределения очистного выпускного клапана в положение опережения таким образом, чтобы фазы газораспределения очистного выпускного клапана можно было подвергнуть запаздыванию, если нагрузка двигателя снизится. Кроме того, это позволяет быстро отключать РОГ при достижении высоких нагрузок без необходимости ожидать индексирования кулачкового вала. Способ 600 управляет переводом выпускных клапанов, впускных клапанов и клапана РОГ в положения, определенные на шагах 634-638. Выполнение способа 600 завершается.
Таким образом, способ на фиг. 6 обеспечивает способ для двигателя, включающий в себя: выталкивание первой части отработавших газов из камеры сгорания в цилиндре во время цикла работы цилиндра в выпускной коллектор, при этом цилиндр входит в состав атмосферного двигателя; выталкивание второй части отработавших газов из камеры сгорания в цилиндре во время указанного цикла, в очистной коллектор; и выталкивание холодного воздуха из цилиндра в очистной коллектор во время цикла работы цилиндра. Способ дополнительно включает в себя возвращение второй части отработавших газов и холодного воздуха к цилиндрам двигателя. Способ предусматривает, что отработавшие газы и холодный воздух возвращают к цилиндрам по каналу, который соединяется с системой впуска воздуха двигателя выше по потоку от дросселя. Способ предусматривает, что отработавшие газы и холодный воздух находятся под давлением, превышающим атмосферное давление. Способ дополнительно включает в себя регулирование фаз газораспределения кулачкового вала для изменения второй части отработавших газов и холодного воздуха, выходящих из цилиндра. Способ дополнительно предусматривает, что холодный воздух не участвует в сгорании в двигателе. Способ дополнительно включает себя охлаждение второй части отработавших газов.
В некоторых примерах способ на фиг. 6 обеспечивает способ для атмосферного двигателя, включающий в себя: во время цикла работы цилиндра, открытие очистного выпускного клапана в первый раз при помощи первого выступа кулачка во время такта выпуска цилиндра, закрытие очистного выпускного клапана во время такта выпуска или во время такта впуска, открытие очистного выпускного клапана во второй раз при помощи второго выступа кулачка во время такта впуска цилиндра, и закрытие очистного выпускного клапана во время такта сжатия цилиндра. Способ дополнительно включает в себя регулирование фаз газораспределения кулачкового вала, который включает в себя первый выступ кулачка и второй выступ кулачка. Способ дополнительно включает в себя установку коленчатого вала с запаздыванием при первой частоте вращения двигателя и первой нагрузке двигателя и установку коленчатого вала с опережением при второй частоте вращения двигателя и второй нагрузке двигателя, причем вторая частота вращения двигателя больше первой частоты вращения двигателя. Способ дополнительно включает в себя выталкивание отработавших газов из цилиндра в очистной коллектор в то время, как очистной выпускной клапан открыт в первый раз, и выталкивание холодного воздуха из цилиндра в очистной коллектор в то время, как очистной выпускной клапан открыт во второй раз. Способ дополнительно включает в себя возвращение отработавших газов и холодного воздуха к впуску двигателя при помощи очистного коллектора. Способ дополнительно включает в себя охлаждение отработавших газов прежде, чем отработавшие газы поступят на впуск. Способ дополнительно включает в себя закрытие клапана РОГ при нагрузках двигателя, превышающих пороговую нагрузку.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь примеров, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения команд в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером. Помимо этого, в некоторых примерах один или более из изображенных шагов могут быть опущены.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.