СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
METHOD (OPTIONS) AND SYSTEM FOR EXHAUST GAS HEAT RECOVERY

Область техники
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для рекуперации тепла отработавших газов на теплообменнике отработавших газов.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели могут содержать систему рекуперации тепла отработавших газов для рекуперации тепловой энергии отработавших газов, образующихся в двигателе внутреннего сгорания. При этом происходит передача тепла от горячих отработавших газов на хладагент через систему теплообменника отработавших газов. Тепло от хладагента, циркулирующего через теплообменник отработавших газов, можно использовать, например, для обогрева головки блока цилиндров и пассажирского салона и, тем самым, повышения топливной экономичности и создания более комфортных условий для пассажиров. В гибридно-электрических транспортных средствах рекуперация тепла отработавших газов повышает топливную экономичность за счет того, что температуру двигателя можно сохранять дольше, что позволяет быстрее глушить двигатель и дольше эксплуатировать транспортное средство в режиме электрической тяги.
Отбор тепла отработавших газов также возможен на охладителе системы рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Охладитель газов РОГ может быть соединен с системой подачи газов РОГ для понижения температуры рециркулируемых отработавших газов перед их подачей во впускной коллектор. РОГ позволяет снизить выбросы NOx в отработавших газах. Кроме того, РОГ позволяет снизить потери на дросселирование при низких нагрузках и повысить предел детонации.
Известен ряд решений для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения газов РОГ. В одном примере выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выпускном канале установлен отводной клапан. Во время холодного пуска горячие отработавшие газы перенаправляют на отводном клапане по магистрали РОГ в охладитель газов РОГ, где происходит передача тепла на хладагент двигателя. Затем отработавшие газы, после прохождения через охладитель газов РОГ, возвращают в выпускной канал в месте, расположенном ниже по потоку от отводного клапана, но выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов по направлению потока отработавших газов.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки вышеуказанных решений. Например, могут возникнуть трудности с размещением магистрали РОГ, отводного клапана и возвратной трубки перед каталитическим нейтрализатором отработавших газов. Кроме того, во время холодного пуска, отвод отработавших газов в охладитель газов РОГ может привести к задержке прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов и, следовательно, достижения температуры активации. Кроме того, отводной клапан работает в неохлажденной среде, что может сократить срок его службы.
Авторы настоящего изобретения определили решение, позволяющее как минимум частично преодолеть вышеуказанные недостатки. В одном примере способ для двигателя содержит шаги, на которых: в режиме холодного пуска, до достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов, направляют отработавшие газы, отобранные из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника; а после достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов направляют отработавшие газы, отобранные из второго выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в указанный теплообменник и осуществляют передачу тепла от отработавших газов хладагенту двигателя в указанном теплообменнике. Это позволяет обеспечить прогрев хладагента без задержки достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов. Так можно повысить топливную экономичность двигателя с одновременным сокращением выбросов двигателя.
В одном примере система двигателя может быть выполнена с первым выпускным коллектором, куда поступают отработавшие газы из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, и вторым выпускным коллектором, куда поступают отработавшие газы из второго выпускного клапана каждого цилиндра. Кроме того, в состав второго выпускного коллектора может быть включен теплообменник, а ниже по потоку от теплообменника может быть расположен клапан РОГ для регулирования рециркуляции отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника во впускной коллектор. Когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже температуры активации каталитического нейтрализатора, отработавшие газы можно отбирать из первого выпускного клапана и подавать в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной коллектор в обход теплообменника. После достижения температуры активации каталитического нейтрализатора, если температура хладагента двигателя ниже пороговой, отработавшие газы можно отбирать из второго выпускного клапана и направлять в теплообменник, где происходит передача тепла отработавших газов на хладагент двигателя для его прогрева. Кроме того, когда температура хладагента двигателя ниже пороговой, для уменьшения конденсации отработавших газов, возможной при их попадании на относительно холодные части двигателя, РОГ можно не осуществлять. Поэтому в режимах холодного пуска, клапан РОГ может быть закрыт, а отработавшие газы из области ниже по потоку от теплообменника можно направлять обратно в каталитический нейтрализатор отработавших газов по возвратному каналу.
Таким образом, направление отработавших газов в обход теплообменника и их подача непосредственно в каталитический нейтрализатор отработавших газов позволяют ускорить активацию каталитического нейтрализатора. После активации каталитического нейтрализатора, направление отработавших газов непосредственно в теплообменник также позволяет ускорить прогрев двигателя. Кроме того, отсутствие РОГ до того, как двигатель будет прогрет, позволяет уменьшить конденсацию отработавших газов.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящей заявки.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1А схематически изображена система безнаддувного двигателя с разветвленным выпускным коллектором, содержащая теплообменник и клапан РОГ, выполненный регулируемым, согласно одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 1В схематически изображена система безнаддувного двигателя с разветвленным выпускным коллектором, содержащая теплообменник и клапан РОГ, выполненный трехпозиционным, согласно еще одному варианту осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 2 схематически изображена камера сгорания системы двигателя по ФИГ. 1А или 1В.
На ФИГ. 3 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через разветвленный выпускной коллектор в зависимости от параметров работы двигателя.
На ФИГ. 4 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа с возможностью реализации для увеличения потока отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, для использования совместно со способом на ФИГ. 3.
На ФИГ. 5 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа с возможностью реализации для увеличения потока отработавших газов в теплообменник, для использования совместно со способом на ФИГ. 3.
На ФИГ. 6 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через разветвленный выпускной коллектор во время работы прогретого двигателя в зависимости от потребности в газах РОГ, для использования совместно со способом на ФИГ. 3.
На ФИГ. 7 изображена схема, иллюстрирующая пример изменения положений первого выпускного клапана, второго выпускного клапана и клапана РОГ для регулирования потока РОГ и потока отработавших газов через разветвленный выпускной коллектор, согласно первому варианту осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 8 изображена схема, иллюстрирующая пример изменения положений первого выпускного клапана, второго выпускного клапана и клапана РОГ, выполненного трехпозиционным, для регулирования потока РОГ и потока отработавших газов через разветвленный выпускной коллектор, согласно второму варианту осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 9 изображена схема, иллюстрирующая пример изменения положений первого выпускного клапана, второго выпускного клапана и клапана РОГ для регулирования потока РОГ и потока отработавших газов через разветвленный выпускной коллектор, согласно третьему варианту осуществления раскрываемого изобретения.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для регулирования потока отработавших газов в системе двигателя, содержащей разветвленный выпускной коллектор, например, в системе двигателя на ФИГ. 1А, 1В и 2, для ускорения активации каталитического нейтрализатора отработавших газов с одновременным улучшением прогрева двигателя и уменьшением конденсации отработавших газов в системе двигателя. А именно, до активации каталитического нейтрализатора и в режимах холодного пуска, весь поток отработавших газов или его большую часть можно направлять в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан каждого цилиндра двигателя и первый коллектор для ускорения активации каталитического нейтрализатора, при этом отработавшие газы можно не направлять в теплообменник, расположенный во втором, другом, выпускном коллекторе. После достижения температуры активации каталитического нейтрализатора, если температура хладагента двигателя ниже пороговой, весь поток отработавших газов или его большую часть можно направлять в теплообменник через второй выпускной клапан каждого цилиндра двигателя и второй коллектор для ускорения прогрева хладагента с возможностью последующего возврата охлажденных отработавших газов из теплообменника в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Кроме того, до тех пор, пока температура двигателя не достигнет пороговой, можно не осуществлять рециркуляцию отработавших газов для уменьшения конденсации отработавших газов в системе двигателя и системе рециркуляции отработавших газов. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например, алгоритмов на ФИГ. 3-6, для изменения положения клапана (клапанов) системы для регулирования потока отработавших газов через систему разветвленного коллектора в системах на ФИГ. 1А, 1В и 2 соответственно. Примеры работы систем на ФИГ. 1А, 1В и 2 представлены со ссылками на ФИГ. 7-9 соответственно.
На ФИГ. 1А представлена принципиальная схема многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания, могущего входить в состав силовой установки автомобиля. Двигатель 10 может содержать множество камер 20 сгорания (то есть цилиндров). В раскрытом примере двигатель 10 содержит четыре рядно расположенных цилиндра. При этом в других примерах двигатель 10 может содержать два или более цилиндров, например, 3, 5, 8, 10 или более цилиндров, расположенных по другой схеме, например, V-6, I-6, V-12, оппозитной 4-цилиндровой, оппозитной и т.п.
Каждый из цилиндров 20 двигателя 10 может быть выполнен с возможностью приема всасываемого воздуха из впускного коллектора 27 по воздухозаборному каналу 28. Заборный канал 28 может содержать впускной воздушный дроссель 62 ниже по потоку от воздушного фильтра 60. Положение дросселя 62 может изменять система 15 управления посредством привода дросселя (не показан), соединенного с возможностью связи с контроллером 12. Изменение положения дросселя 62 позволяет всасывать то или иное количество свежего воздуха из атмосферы в двигатель 10 и подавать в цилиндры двигателя под давлением не выше барометрического (или атмосферного) по заборному каналу 28. Впускной коллектор 27 может быть соединен с камерами сгорания через впускные каналы (не показаны). Каждый впускной канал выполнен с возможностью подачи воздуха и (или) топлива в цилиндр, с которым он соединен, для сгорания. Каждый впускной канал цилиндра выполнен с возможностью выборочного сообщения с цилиндром через один или несколько впускных клапанов. В раскрытом примере каждый цилиндр 20 показан с двумя впускными клапанами I1 и I2. В одном примере от впускного коллектора 27 может быть сформирован заборный канал с возможностью выборочной связи с каждым впускным клапаном. В других вариантах осуществления заборный канал для единственного цилиндра может быть разветвлен вблизи цилиндра на два смежных пути со стенкой между ними, при этом каждый путь разветвленного канала связан с одним впускным клапаном. В другом примере каждым из двух впускных клапанов можно управлять таким образом, чтобы открывать их при достижении определенных частот вращения двигателя, следовательно, указанные клапаны могут сообщаться с впускным коллектором через общий впускной канал.
Отработавшие газы могут покидать любую из камер сгорания через соединенные с ней два выпускных окна. В раскрытом примере каждый из цилиндров 20 соединен с первым выпускным окном 33 через первый выпускной клапан Е1 и со вторым выпускным окном 31 через второй выпускной клапан Е2. Каждое выпускное окно каждого цилиндра может вести в разные выпускные коллекторы для направления той или иной порции отработавших газов. В некоторых вариантах осуществления профили подъема для первого и второго клапанов могу быть разными для направления первой порции отработавших газов (в настоящем описании именуемой «свободно выпускаемая порция») и второй, последующей, порции (также именуемой «принудительно выпускаемая порция») в разные коллекторы. Например, первые выпускные окна 33 из каждого цилиндра 20 могут быть соединены с первым выпускным коллектором 57 через тракты 22. Аналогичным образом, вторые выпускные окна 31 из каждого цилиндра 20 могут быть соединены со вторым выпускным коллектором 59 через тракты 24. Таким образом, каждая камера 20 сгорания выполнена с возможностью выпуска газообразных продуктов сгорания (в настоящем описании также именуемых «отработавшие газы») в первый выпускной коллектор 57 через первый выпускной клапан Е1 и во второй выпускной коллектор 57 через второй выпускной клапан. Такая выпускная система, содержащая два выпускных коллектора, один из которых предназначен для направления одной порции отработавших газов, а другой - для направления остальной порции отработавших газов, будет именоваться в настоящем описании «разветвленная выпускная система».
Двигатель 10 может содержать систему 70 нейтрализации отработавших газов в общем выпускном канале. Система нейтрализации отработавших газов может содержать первое устройство 72 снижения токсичности выбросов и второе устройство 73 снижения токсичности выбросов. В некоторых примерах устройство 72 снижения токсичности выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. В других примерах первое устройство 72 снижения токсичности выбросов может представлять собой одно или несколько из следующих устройств: окислительный каталитический нейтрализатор дизельного двигателя ОКНДД (DOC) и каталитический нейтрализатор избирательного восстановления КНИВ (SCR). Аналогичным образом, второе устройство 73 снижения токсичности выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. В некоторых примерах второе устройство снижения токсичности выбросов может представлять собой одно или несколько из следующих устройств: окислительный каталитический нейтрализатор дизельного двигателя (ОКНДД) и каталитический нейтрализатор избирательного восстановления (КНИВ). Кроме того, в одном примере как первое, так и второе устройства 72 и 73 снижения токсичности выбросов могут содержать несколько блоков носителя каталитического нейтрализатора. В другом примере как первое, так и второе устройства 72 и 73 снижения токсичности выбросов могут включать в себя несколько устройств снижения токсичности выбросов с несколькими блоками носителя каждое.
Отработавшие газы могут течь из каждого цилиндра 10 в первые выпускные тракты 22 через первый выпускной клапан Е1 и далее в первый выпускной коллектор 57 и первый выпускной канал 162 с последующим поступлением в систему 70 нейтрализации отработавших газов в общем выпускном канале 86. То есть отработавшие газы из каждого цилиндра 20 можно подавать в систему 70 нейтрализации отработавших газов через первый выпускной клапан Е1, первые выпускные тракты 22, первый выпускной коллектор 57, первый выпускной канал 162 и общий выпускной канал 86. После прохождения через систему 70 нейтрализации отработавших газов, отработавшие газы могут быть направлены в выхлопную трубу 58.
Двигатель 10 может также содержать теплообменник 80 во втором канале 55, соединенном со вторым выпускным коллектором 59. Через теплообменник 80 может циркулировать хладагент для эффективного охлаждения проходящих через него отработавших газов с их последующим поступлением либо в магистраль 56 РОГ, либо сбросом в атмосферу через возвратный канал 85, общий канал 86, систему 70 нейтрализации отработавших газов и выхлопную трубу 58. Газообразные продукты сгорания из каждого цилиндра 20 можно подавать в теплообменник 80 через второй выпускной клапан Е2 каждого цилиндра, выпускные тракты 24, второй выпускной коллектор 59 и второй выпускной канал 55. Кроме того, ниже по потоку от теплообменника 80 (ниже по направлению потока отработавших газов) может быть расположен клапан 82 рециркуляции отработавших газов (РОГ) для регулирования потока отработавших газов через магистраль 56 РОГ и теплообменник 80. Клапан 82 РОГ можно открывать для пропуска регулируемого количества отработавших газов во впускной коллектор 27 для обеспечения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов.
В одном варианте осуществления, раскрытом на ФИГ. 1А, клапан 82 РОГ может быть выполнен бесступенчато-регулируемым для дозирования величины потока рециркуляции отработавших газов во впускной коллектор. Если клапан 82 РОГ выполнен регулируемым, та или иная порция отработавших газов может течь из теплообменника 80 в возвратный канал 85 (как указано стрелками 83) во всех положениях клапана 82 РОГ. В некоторых примерах клапан 82 может включать в себя два отдельных клапана: двухпозиционный клапан для блокирования или пропуска потока отработавших газов в канал 85 и регулируемый клапан, расположенный за двухпозиционным клапаном по направлению потока отработавших газов из вторых выпускных клапанов Е2 в теплообменник 86, для регулирования потока отработавших газов в канал 56.
Второй вариант осуществления клапана 82 РОГ раскрыт на ФИГ. 1В. На ФИГ. 1В изображена система безнаддувного двигателя с разветвленным выпускным коллектором, содержащая теплообменник и клапан РОГ, выполненный трехпозиционным. Многие из элементов на ФИГ. 1В соответствуют элементам с аналогичными номерами позиций, уже раскрытым в описании ФИГ. 1А; для краткости такие элементы не будут раскрываться повторно.
Как показано на ФИГ. 1В, вместо регулируемого клапана РОГ, ниже по потоку от теплообменника 80 может быть расположен клапан 92 РОГ, выполненный трехпозиционным. А именно, когда работу клапанов каждого цилиндра 20 регулируют с помощью одного или нескольких приводов клапанов (не показаны) так, что открытие первого выпускного клапана Е1 происходит в первый момент, а второго выпускного клапана Е2 - во второй, другой, момент, второй момент второго выпускного клапана Е2 можно изменять для регулирования величины потока рециркуляции отработавших газов. В подобных случаях, когда второй момент используют для дозирования потока рециркуляции отработавших газов, клапан 92 РОГ может быть выполнен трехпозиционным с возможностью попеременной установки в первое, второе или третье положение, что позволяет выбирать разные пути для потока отработавших газов. В первом положении клапан 92 РОГ может пропускать все отработавшие газы из теплообменника 80 в магистраль 56 рециркуляции отработавших газов и далее во впускной коллектор 27. В настоящем примере клапан 92 РОГ показан в первом положении. Во втором положении клапан 92 РОГ может пропускать все отработавшие газы из теплообменника 80 в возвратный канал 85 и далее в систему 70 нейтрализации отработавших газов. В третьем положении клапан 92 РОГ может блокировать поток отработавших газов из теплообменника 80 как в магистраль 56 рециркуляции отработавших газов, так и в возвратный канал 85. Привод клапана (не показан) выполнен с возможностью установки клапана РОГ в первое, второе или третье положение по сигналам от контроллера 12. Или же клапан 92 может быть выполнен как два отдельных клапана: первый двухпозиционный клапан для блокирования или пропуска потока отработавших газов в канал 85 и второй двухпозиционный клапан (то есть второй двухпозиционный клапан, расположенный за первым двухпозиционным клапаном по направлению потока отработавших газов из выпускных клапанов Е2 в теплообменник 80) для блокирования или пропуска потока газов в канал 56. Привод первого клапана (не показан) выполнен с возможностью открытия или закрытия первого двухпозиционного клапана, а привод второго - с возможностью открытия или закрытия второго двухпозиционного клапана.
Вернемся к ФИГ. 1А: как раскрыто выше, отработавшие газы из каждого цилиндра 20 можно подавать в теплообменник 80 через выпускные клапаны Е2, тракты 24, второй выпускной коллектор 59 и второй выпускной канал 55, а из теплообменника 80 - во впускной коллектор 27 и (или) в систему нейтрализации отработавших газов в зависимости от положения клапана РОГ. Отработавшие газы также могут течь из каждого цилиндра 20 в систему 70 нейтрализации отработавших газов в обход теплообменника 80 через первые выпускные клапаны Е1, выпускные тракты 22, первый выпускной коллектор 57, первый выпускной канал и общий канал 86. Работу выпускных клапанов Е1 и Е2 можно регулировать для направления всех отработавших газов только через выпускные клапаны Е1, или направления всех отработавших газов через выпускные клапаны Е2, или направления той или иной порции отработавших газов через выпускные клапаны Е1, а остальной порции отработавших газов - через выпускные клапаны Е2, в зависимости от параметров работы двигателя. Регулирование работы выпускных клапанов будет подробно раскрыто на примерах ФИГ. 3-9.
Таким образом, газообразные продукты сгорания, выходящие из цилиндра, можно направлять по отдельности двумя частями по двум разным выпускным каналам, образованным разветвленным выпускным коллектором. Например, в одном цикле сгорания первый выпускной клапан Е1 цилиндра 20 может направить первую порцию отработавших газов в систему 70 нейтрализации отработавших газов через первый выпускной клапан Е1 и первый выпускной канал 162, а второй выпускной клапан Е2 того же цилиндра (20) может направить вторую порцию отработавших газов в теплообменник 80 по второму каналу 55.
Каждый цилиндр 20 показан соединенным с двумя форсунками 74 и 76 на цилиндр. Топливные форсунки 76 показаны соединенными непосредственно с соответствующим цилиндром для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности топливного импульса ДТИ-1 (FPW-1), полученного от контроллера 12 через электронный формирователь. Так топливная форсунка 76 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск (далее также именуемый «НВ») топлива в цилиндр 20. Несмотря на то, что на ФИГ. 1А и 1В форсунка показана расположенной сбоку от цилиндра 20, в другом варианте она может быть расположена над поршнем, например, вблизи свечи зажигания. Такое расположение может способствовать лучшему смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за пониженной испаряемости некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка 76 может быть расположена над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания.
Топливные форсунки 74 показаны установленными в воздухозаборном канале 27, а не в цилиндре 20, что обеспечивает известный из уровня техники распределенный впрыск топлива (далее также именуемый «РВТ») во впускное окно выше по потоку от цилиндра 20. Топливная форсунка 74 выполнена с возможностью впрыска топлива, поступившего из топливной системы, пропорционально длительности топливного импульса ДТИ-2, полученного от контроллера 12 через второй электронный формирователь. Следует отметить, что для обеих систем впрыска топлива можно использовать единственный электронный формирователь или несколько формирователей.
В другом примере любая из топливных форсунок 74 и 76 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска топлива непосредственно в цилиндр 20. В еще одном примере любая из топливных форсунок 74 и 76 может быть выполнена как форсунка распределенного впрыска топлива выше по потоку от впускных клапанов I1 и I2. Хотя это и не показано на ФИГ. 1А и 1В, топливо может поступать в топливные форсунки из топливной системы, содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
В некоторых примерах искру зажигания на свечи зажигания (не показаны) может подавать бесконтактная система зажигания (не показана), соединенная с камерами 20 сгорания, по сигналу контроллера 12.
Двигателем 10 можно как минимум частично управлять с помощью системы 15 управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 15 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (несколько примеров которых раскрыты в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы на множество исполнительных устройств 81. В одном примере в число датчиков 16 могут входить датчики давления и температуры воздуха на входе и датчики давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP), расположенные в заборном канале. В число прочих датчиков могут входить: датчик давления на входе дросселя ДВД (TIP) для оценки давления на входе дросселя (ДВД) и (или) датчик температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха на дросселе ТВД (ТСТ), установленный ниже по потоку от дросселя в заборном канале. Дополнительные датчики и исполнительные устройства системы подробно раскрыты ниже на примере ФИГ.2. В еще одном примере в число исполнительных устройств 81 могут входить топливные форсунки и дроссель 62. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения входных данных от различных датчиков, обработки этих входных данных и приведения в действие исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входных данных в соответствии с командой или кодом, запрограммированным в нем и относящимся к одному или нескольким алгоритмам. Алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке на примерах ФИГ. 3-6, выполняют во взаимодействии с различными компонентами, представленными на ФИГ. 1, 2.
На ФИГ. 2 изображен частичный вид 200 одного цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Компоненты, раскрытые ранее на ФИГ. 1А, представлены с теми же номерами позиций и не раскрываются повторно, при этом, в одном примере, компоненты на ФИГ. 1А и 2 или ФИГ. 1В и 2 можно комбинировать для создания общего примера конфигурации, поэтому компоненты, раскрытые на примере ФИГ. 2, также могут относиться к системе на ФИГ. 1А или 1В.
Двигатель 10 изображен содержащим камеру 20 сгорания (цилиндр), рубашку 214 охлаждения и стенки 232 цилиндра с расположенным между ними поршнем 236, соединенным с коленчатым валом 240. Камера 20 сгорания показана сообщающейся с заборным каналом 146 и выпускным каналом 148 через впускной клапан 252 и выпускной клапан 256 соответственно. Как было раскрыто ранее на ФИГ. 1А, каждый цилиндр двигателя 10 выполнен с возможностью выпуска продуктов сгорания по двум каналам. На описываемом виде 200 выпускной канал 148 представляет первое выпускное окно, ведущее из цилиндра к турбине (например, выпускное окно 33 на ФИГ. 1А и 1В), а второй выпускной канал, ведущий к каталитическому нейтрализатору отработавших газов, не показан на данном виде.
Как также было раскрыто на ФИГ. 1А, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать два (или более) впускных клапана и два (или более) выпускных клапана. На изображенном виде 200 впускной клапан 252 и выпускной клапан 256 расположены в верхней области камеры 20 сгорания. Впускным клапаном 252 и выпускным клапаном 256 может управлять контроллер 12 с помощью соответствующих систем кулачковых приводов, содержащих один или несколько кулачков. В системах кулачковых приводов можно использовать одну или несколько из следующих систем: переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (WT) и (или) изменения высоты подъема клапанов ИВПК (WL) для регулирования работы клапанов. В раскрываемом примере каждым впускным клапаном 252 управляет кулачок 251 впускного клапана, а каждым выпускным клапаном 256 -кулачок 253 выпускного клапана. Положение впускного клапана 252 и выпускного клапана 256 могут определять датчики 255 и 257 положения клапана соответственно.
В других вариантах впускной и (или) выпускной клапаны могут быть электроприводными. Например, цилиндр 20 может содержать впускной клапан с электроприводом и выпускной клапан с кулачковым приводом, включая ППК и (или) ИФКР. В других вариантах впускными и выпускными клапанами можно управлять с помощью общего привода или системы привода клапанов, или привода или системы привода изменения фаз газораспределения.
В одном примере кулачок 251 впускного клапана содержит отдельные и разные выступы кулачка, обеспечивающие возможность использования разных профилей кулачков (например, для изменения фаз газораспределения, высоты подъема, продолжительности открытия клапана и т.п.) для каждого из двух впускных клапанов камеры 20 сгорания. Аналогичным образом, кулачок 253 выпускного клапана может содержать отдельные и разные выступы кулачка, обеспечивающие возможность использования разных профилей кулачков (например, для изменения фаз газораспределения, высоты подъема, продолжительности открытия клапана и т.п.) для каждого из двух выпускных клапанов камеры 20 сгорания. В другом примере кулачок 251 впускного клапана может содержать общий выступ или схожие выступы, обеспечивающие возможность использования по существу схожих профилей кулачков для каждого из двух впускных клапанов.
Кроме того, можно использовать разные профили кулачков для разных выпускных клапанов для отделения отработавших газов, выпускаемых при низком давлении в цилиндре, от отработавших газов, выпускаемых под давлением отработавших газов. Например, первый профиль кулачка выпускного клапана выполнен с возможностью открытия первого выпускного клапана из закрытого положения непосредственно перед достижением НМТ (нижней мертвой точки) во время рабочего хода в камере 20 сгорания и закрытия этого выпускного клапана задолго до достижения верхней мертвой точки (ВМТ) для выборочного удаления газов фазы свободного выпуска из камеры сгорания. Кроме того, второй профиль кулачка выпускного клапана может быть расположен с возможностью открытия второго выпускного клапана из закрытого положения приблизительно в середине такта выпуска и закрытия его до достижения поршнем ВМТ для выборочного удаления принудительно выпускаемой порции отработавших газов.
Кроме того, на ФИГ. 2 изображен датчик 226 отработавших газов, соединенный с выпускным каналом 148. Датчик 226 может быть расположен в выпускном канале выше по потоку от одного или нескольких устройств снижения токсичности выбросов, например, устройства 72 на ФИГ. 1А и 1В. Датчик 226 можно выбрать из числа датчиков, подходящих для получения показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO) (как показано на фигуре), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. Расположенные ниже по потоку устройства снижения токсичности выбросов могут представлять собой устройства одного или нескольких из следующих типов: трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), накопитель NOx, устройства снижения токсичности выбросов других типов или их комбинацию.
Температуру отработавших газов можно оценивать с помощью одного или нескольких датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. Или же температуру отработавших газов можно выводить из таких параметров работы двигателя, как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.п.
Цилиндр 20 может иметь степень сжатия, представляющую собой отношение объема при нахождении поршня 236 в нижней точке к объему при нахождении поршня в верхней точке. Обычно степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, где используют разные топлива, степень сжатия может быть выше. Это возможно, например, при использовании топлив с высоким октановым числом или высокой скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть выше при использовании непосредственного впрыска в связи с влиянием последнего на детонацию в двигателе.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 91 зажигания для воспламенения. Система 288 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 20 сгорания с помощью свечи 91 зажигания по сигналу опережения зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 91 зажигания может отсутствовать, например, в двигателе 10 с возможностью автоматического зажигания или зажигания при впрыске топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 20 показан содержащим одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 20 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности топливного импульса впрыска топлива (ДТИ), полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 268. Так топливная форсунка 66 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск топлива (также именуемый «НВ») в цилиндр 20 сгорания. На ФИГ.2 топливная форсунка 66 показана в виде боковой форсунки, однако она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечей 91 зажигания. Такое расположение может способствовать лучшему смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за пониженной испаряемости некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания. В другом варианте форсунка 66 может представлять собой форсунку распределенного впрыска, подающую топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 20.
Топливо на топливную форсунку 66 может поступать из топливной системы 8, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. Или же топливо может подавать одноступенчатый топливный насос при более низком давлении, и в этом случае моменты непосредственного впрыска во время такта сжатия могут быть более ограниченными, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут содержать преобразователь давления, направляющий сигнал в контроллер 12. Топливные баки в топливной системе 8 выполнены с возможностью содержать разные типы топлива, например, топлива с разными свойствами и составами. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смеси и (или) комбинации этих отличий, и т.п. В некоторых вариантах осуществления топливная система 8 может быть соединена с системой рекуперации топливных паров, содержащей канистру для накапливания топливных паров, образующихся при дозаправке и в течение суток. Топливные пары можно удалять продувкой из канистры в цилиндры двигателя во время работы двигателя при наличии условий для продувки. Например, удаляемые продувкой пары могут естественным образом всасываться в цилиндр по первому заборному каналу при давлении не выше барометрического.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 2 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой команды в долговременной памяти, исполняемые микропроцессором 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, в том числе показания: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 48 массового расхода воздуха; температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов от датчика температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов (не показан), температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 212 температуры, связанного с рубашкой 214 охлаждения двигателя; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 220 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 240; положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 98, ВТО в цилиндре от датчика 226 КОГ, и аномального сгорания от датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе можно использовать для получения показаний разрежения или давления во впускном коллекторе.
В зависимости от входных сигналов от вышеуказанных одного или нескольких датчиков, контроллер 12 может регулировать работу одного или нескольких исполнительных устройств, например, топливной форсунки 66, дросселя 62, свечи 91 зажигания, впускных/выпускных клапанов и кулачков, привода клапана РОГ и т.п. Контроллер выполнен с возможностью получения входных данных от различных датчиков, обработки этих входных данных и приведения в действие исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входных данных в соответствии с командой или кодом, запрограммированным в нем и относящимся к одному или нескольким алгоритмам. Алгоритмы управления будут раскрыты ниже на примерах ФИГ. 3-6.
ФИГ. 3 иллюстрирует пример способа 300 с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через блок перепуска отработавших газов на ФИГ. 1А или 1В. Команды для реализации способа 300 и остальных способов, включенных в настоящее описание, может выполнять контроллер в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1А, 1В и 2. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы системы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 302 алгоритм включает в себя оценку и (или) измерение текущих параметров работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут входить, например, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов, температура хладагента двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов и т.п.
На шаге 304 способ 300 предусматривает проверку того, превышает ли первая температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, например, каталитического нейтрализатора 72 отработавших газов на ФИГ. 1А или 1В, первый порог. Например, первая температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть ниже первого порога, когда двигатель транспортного средства работает в режимах холодного пуска.
Если будет установлено, что первая температура не превышает первый порог, способ 300 следует на шаг 308. На шаге 308 способ 300 включает в себя направление потока отработавших газов в обход теплообменника, например, теплообменника 80 на ФИГ. 1А или 1В, и подачу отработавших газов напрямую в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной коллектор, например, первый выпускной коллектор 57 на ФИГ. 1А или 1В. Когда первая температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, подача отработавших газов напрямую в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов позволяет ускорить нагрев каталитического нейтрализатора отработавших газов. Для пропуска отработавших газов в обход теплообменника и подачи их в блок нейтрализации отработавших газов, можно отрегулировать работу первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя и второго выпускного клапана каждого цилиндра. Регулирование первого выпускного клапана и второго выпускного клапана каждого цилиндра будет подробно раскрыто ниже на примере ФИГ. 4.
Если будет установлено, что первая температура не ниже первого порога (то есть, если ответ на шаге 304 будет "ДА"), способ 300 следует на шаг 306. На шаге 306 способ 300 предусматривает проверку того, превышает ли первая температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов вторую пороговую температуру. В одном примере вторая пороговая температура может представлять собой температуру активации каталитического нейтрализатора, при которой происходит активация каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. Температура активации каталитического нейтрализатора может представлять собой температуру, при которой каталитические реакции в каталитическом нейтрализаторе происходят в достаточной степени, например, с КПД выше 75%. Если первая температура не превышает второй порог, а остается не ниже первой пороговой температуры, способ 300 следует на шаг 308. На шаге 308 способ 300 включает в себя поддержание без изменений текущего потока отработавших газов. Текущий поток отработавших газов может представлять собой поток отработавших газов в последний момент времени перед тем, как первая температура достигла первой пороговой температуры или последний момент времени перед тем, как первая температура упала ниже второй пороговой температуры. Поддержание без изменений текущего потока отработавших газов включает в себя поддержание без изменений текущей работы клапанов двигателя. Текущая работа клапанов двигателя может представлять собой работу клапанов двигателя в последний момент времени перед тем, как первая температура достигла первой пороговой температуры или последний момент времени перед тем, как первая температура упала ниже второй пороговой температуры. Например, если первая температура отработавших газов возросла с последней по времени температуры ниже первого порога до текущей температуры на уровне первого порога, можно оставить без изменений поток отработавших газов, имевший место при последней по времени температуре ниже первого порога. То есть может быть продолжена подача отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника. При этом, если первая температура отработавших газов упала с последней по времени температуры выше второго порога до текущей температуры ниже второго порога, можно оставить без изменений поток отработавших газов, существовавший при последней по времени температуре выше второй пороговой температуры.
Если будет установлено, что первая температура превышает второй порог, способ 300 следует на шаг 312. На шаге 312 способ 300 предусматривает проверку того, превышает ли температура хладагента двигателя пороговую температуру хладагента. В одном примере температуру хладагента двигателя можно определять по температуре головки блока цилиндров, полученной от датчика температуры в головке блока цилиндров. В другом примере температуру хладагента двигателя можно определять по показанию датчика температуры, расположенного в контуре хладагента.
Если будет установлено, что температура хладагента двигателя ниже пороговой температуры хладагента, способ 300 следует на шаг 314. Пороговая температура хладагента может зависеть от потребности в обогреве салона, необходимой температуры головки блока цилиндров и т.п. Соответственно, чем выше потребность в обогреве салона, тем выше может быть пороговая температура хладагента. На шаге 314, в связи с тем, что первая температура выше второго порога (после того, как произошла активация каталитического нейтрализатора каталитического нейтрализатора отработавших газов), а температура хладагента двигателя ниже пороговой температуры хладагента, способ 300 включает в себя изменение положения клапана РОГ, например, клапана 82 РОГ на ФИГ. 1А или клапана 92 РОГ на ФИГ. 1В, и подачу отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через теплообменник. Например, если клапан РОГ выполнен как регулируемый клапан 82 РОГ, клапан РОГ может быть закрыт.При этом, если клапан РОГ выполнен как клапан 92 РОГ (то есть если клапан РОГ выполнен трехпозиционным), клапан РОГ может быть установлен во второе положение, о котором шла речь в описании ФИГ. 1В. В любом случае, клапан РОГ можно установить в положение, позволяющее отработавшим газам поступать в каталитический нейтрализатор отработавших газов через теплообменник и возвратный канал, например, канал 85 на ФИГ. 1.
Направление потока отработавшие газы через теплообменник перед их подачей в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов обеспечивает возможность передачи большей части тепла из отработавших газов на хладагент двигателя через теплообменник. Кроме того, закрытие клапана РОГ до тех пор, пока двигатель не будет прогрет до необходимой температуры (то есть до тех пор, пока не будет достигнута пороговая температура хладагента двигателя), позволяет уменьшить конденсацию отработавших газов во впускном коллекторе и контуре рециркуляции отработавших газов ниже по потоку от теплообменника, содержащем клапан РОГ и магистраль РОГ между теплообменником и впускным коллектором. Для подачи отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через теплообменник можно отрегулировать работу первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя и второго выпускного клапана каждого цилиндра. Регулирование первого выпускного клапана, второго выпускного клапана и клапан РОГ для прогрева хладагента и для уменьшения конденсации будет подробно раскрыто на примере ФИГ. 5.
Затем способ 300 может перейти с шага 314 на шаг 318. На шаге 318 происходит рекуперация сбросного тепла на теплообменнике. А именно, происходит передача тепла из отработавших газов на хладагент, циркулирующий через теплообменник. Передача тепла из отработавших газов на хладагент в месте ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов обеспечивает преимущество, состоящее в возможности использования тепла отработавших газов, оставшегося после нагрева каталитического нейтрализатора отработавших газов, для нагрева хладагента, циркулирующего через теплообменник. В результате, отработавшие газы выходят из теплообменника охлажденными.
На следующем шаге 320 хладагент, нагретый путем передачи тепла на теплообменнике, можно направить в двигатель и (или) на сердцевину обогревателя с помощью насоса хладагента для обеспечения возможности его использования для нагрева других компонентов транспортного средства во время холодного пуска двигателя, например, головки блока цилиндров, блока цилиндров двигателя и пространства салона транспортного средства.
На шаге 322 способ 300 включает в себя передачу тепла от хладагента на один или несколько компонентов транспортного средства в зависимости от потребностей транспортного средства в обогреве. При холодном пуске температура салона транспортного средства может быть низкой, в связи с чем может быть нужен обогрев салона. Поэтому, в связи с потребностью в обогреве салона согласно запросу водителя транспортного средства (например, в соответствии с уставкой температуры в салоне), тепло может быть передано от хладагента в салон через сердцевину обогревателя. Например, поток воздуха в салон может быть пропущен через сердцевину обогревателя, что позволяет обогреть салон. Одновременно с удовлетворением потребности в обогреве салона, нагретый хладагент также можно направить на блок цилиндров двигателя и головку блока цилиндров для повышения температуры двигателя, и, тем самым, эксплуатационных показателей двигателя в условиях низких температур.
Если на шаге 312 будет установлено, что температура хладагента двигателя не ниже пороговой, способ 300 следует на шаг 316. На шаге 316 способ 300 включает в себя направление отработавших газов через теплообменник в зависимости от потребности в газах РОГ. А именно, работу первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, второго выпускного клапана каждого цилиндра и клапана РОГ можно регулировать в зависимости от потребности в газах РОГ таким образом, чтобы отработавшие газы текли через теплообменник только при наличии потребности в газах РОГ. Если потребность в газах РОГ отсутствует, поток отработавших газов может быть направлен в обход теплообменника для ограничения дальнейшего роста температуры хладагента. Регулирование первых выпускных клапанов, вторых выпускных клапанов и клапана РОГ в зависимости от потребности в газах РОГ, когда температура хладагента превышает пороговую, будет подробно раскрыто на примере ФИГ. 6.
Таким образом, направление потока отработавших газов в обход теплообменника или через него перед подачей на впуск или в каталитический нейтрализатор отработавших газов в зависимости от температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов и температуры хладагента двигателя позволяет ускорить достижение температуры активации каталитического нейтрализатора с одновременным ускорением прогрева хладагента и уменьшением конденсации.
В некоторых примерах поток отработавших газов можно регулировать в зависимости от нескольких порогов температуры хладагента. Например, первую пороговую температуру хладагента можно определять в зависимости от необходимой температуры головки блока цилиндров, а второй порог температуры хладагента - в зависимости от необходимой температуры головки блока цилиндров и потребностей в обогреве салона транспортного средства. Второй порог может быть выше первого. Второй порог также может зависеть от потребностей в обогреве салона. В некоторых примерах первый и второй пороги могут быть одинаковыми (например, при отсутствии потребности в обогреве салона). Когда температура хладагента ниже первого порога, РОГ можно не осуществлять для уменьшения конденсации, и все отработавшие газы или большую их часть можно подавать в теплообменник до направления в каталитический нейтрализатор отработавших газов для ускорения прогрева хладагента. Когда температура хладагента не ниже первого порога, но ниже второго порога, РОГ можно осуществлять с учетом необходимого расхода РОГ, что расширяет диапазон применения РОГ. Кроме того, отработавшие газы можно подавать в теплообменник для удовлетворения потребностей в обогреве салона. Таким образом, все отработавшие газы или большую их часть можно направлять в теплообменник (например, путем выключения первых выпускных клапанов, или изменения в сторону опережения моментов первых выпускных клапанов, или увеличения высоты подъема первых выпускных клапанов) в зависимости от потребности в газах РОГ, при этом охлажденные отработавшие газы можно подавать во впускной коллектор через клапан РОГ. Остальные отработавшие газы можно подавать из теплообменника в каталитический нейтрализатор отработавших газов по возвратному каналу. Когда температура хладагента не ниже второй пороговой температуры хладагента, когда необходимый расход РОГ равен нулю, все отработавшие газы или большую их часть можно направлять в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника (например, путем выключения вторых выпускных клапанов, или изменения в сторону запаздывания моментов вторых выпускных клапанов, или уменьшения высоты подъема вторых выпускных клапанов) во избежание чрезмерного роста температуры хладагента. Если необходимый расход РОГ больше нуля, когда температура хладагента не ниже второй пороговой температуры хладагента, поток отработавших газов в теплообменник может зависеть от потребности в газах РОГ, а остальная часть потока отработавших газов из цилиндров может поступать в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника.
Обратимся к ФИГ. 4, на которой изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа 400 для управления первым выпускным клапаном каждого цилиндра, вторым выпускным клапаном каждого цилиндра и клапаном РОГ для ускорения активации каталитического нейтрализатора отработавших газов. Способ 400 может выполнять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1А или 1В, во взаимодействии со способом 300 на ФИГ. 3. А именно, способ 400 можно выполнять в связи с тем, что температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога. Контроллер может изменять параметры одного или нескольких исполнительных устройств в соответствии с раскрытым ниже способом в зависимости от сигналов, полученных от одного или нескольких датчиков системы транспортного средства. Например, в зависимости от показания датчика температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, контроллер может задействовать систему кулачкового привода выпускных клапанов, содержащую один или несколько кулачков выпускного клапана (например, кулачок 253 выпускного клапана на ФИГ. 2), для изменения работы клапанов для регулирования потока отработавших газов. Контроллер может задействовать одну или несколько из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и (или) изменения высоты подъема клапанов (ИВПК) для регулирования работы клапанов.
На шаге 402 способ 400 включает в себя изменение положений первых выпускных клапанов, вторых выпускных клапанов и клапана РОГ для направления потока отработавших газов в обход теплообменника и направления отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной коллектор. Соответственно, в первом варианте осуществления способа 400, как указано на шаге 404, способ 400 включает в себя выключение второго выпускного клапана и поддержание первого выпускного клапана включенным. То есть во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра контроллер может задействовать систему кулачкового привода выпускных клапанов для открытия первого выпускного клапана, подающего отработавшие газы в первый выпускной коллектор, и закрытия второго выпускного клапана, подающего отработавшие газы во второй выпускной коллектор. Выключение вторых выпускных клапанов позволяет направлять все отработавшие газы, образующиеся при сгорании в цилиндре, в систему нейтрализации отработавших газов через первые выпускные клапаны и первый выпускной коллектор. То есть отработавшие газы не направляют через теплообменник, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога. Направление всего потока отработавших газов напрямую в систему нейтрализации отработавших газов позволяет использовать тепло из отработавших газов непосредственно для нагрева каталитических нейтрализаторов отработавших газов в выпускном канале. Кроме того, в данном варианте осуществления можно использовать клапан РОГ, например, клапан 82 РОГ, выполненный как регулируемый клапан РОГ. Клапан РОГ (то есть регулируемый клапан РОГ) можно закрывать для блокирования потока отработавших газов из канала 86 в рециркуляционный канал 56 через возвратный канал 85.
Во втором варианте осуществления способа 400, как указано на шаге 406, первый момент первых выпускных клапанов и (или) второй момент вторых выпускных клапанов можно изменить для подачи в каталитический нейтрализатор отработавших газов с большей тепловой энергией для повышения температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов. А именно, моменты первых выпускных клапанов можно изменить в сторону опережения для направления большего количества отработавших газов с большей тепловой энергией в каталитический нейтрализатор отработавших газов, а моменты вторых выпускных клапанов - в сторону запаздывания для направления остальных отработавших газов с меньшей тепловой энергией в теплообменник. Кроме того, в данном варианте осуществления, в котором изменяют моменты выпускных клапанов для регулирования потока отработавших газов, вместо регулируемого клапана РОГ можно использовать клапан РОГ, например, клапан 92 РОГ на ФИГ.1 В, выполненный трехпозиционным. Кроме того, второй момент вторых выпускных клапанов можно изменять в зависимости от необходимого расхода РОГ, если РОГ осуществляют. Как раскрыто в настоящем описании на примере ФИГ. 1В, если клапан РОГ выполнен трехпозиционным, его можно устанавливать в первое положение, второе положение или третье положение. В первом положении клапан РОГ может пропускать поток отработавших газов во впускной коллектор после прохождения через теплообменник, а величину потока отработавших газов на впуск можно регулировать путем регулирования второго момента второго выпускного клапана. Во втором положении клапан РОГ может пропускать поток отработавших газов в выпускной канал 85 через теплообменник 80, а в третьем положении клапан РОГ может блокировать поток отработавших газов в выпускной канал 85 и в рециркуляционный канал, например, канал 56, и впускной коллектор, например, впускной коллектор 27. Соответственно, в условиях, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, трехпозиционный клапан можно устанавливать в третье положение для блокирования потока отработавших газов в выпускной канал и впускной коллектор. В целом, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, первый момент первого выпускного клапана изменяют в сторону опережения, а (или) второй момент второго выпускного клапана изменяют в сторону запаздывания, а клапан РОГ устанавливают для работы в третьем положении.
В третьем варианте осуществления способа 400, как указано на шаге 408, первую высоту подъема первых выпускных клапанов и (или) вторую высоту подъема вторых выпускных клапанов можно изменять для направления большего количества отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов и меньшего количества отработавших газов в теплообменник. А именно, первая высота подъема первых выпускных клапанов может быть больше, чем вторая высота подъема вторых выпускных клапанов. Чем больше первая высота подъема, тем больший поток отработавших газов может быть направлен в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Данный вариант осуществления может содержать бесступенчато-регулируемый клапан РОГ для дозированной подачи потока РОГ во впускной коллектор. В условиях работы двигателя с температурой каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, РОГ можно не осуществлять. Соответственно, клапан РОГ может быть закрыт для блокирования потока во впускной коллектор. При этом клапан РОГ может пропускать поток в выпускной канал после прохождения через теплообменник.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изменение моментов первого выпускного клапана и изменение величины подъема вторых выпускных клапанов можно осуществлять одновременно.
Таким образом, положения первых выпускных клапанов, вторых выпускных клапанов и клапана РОГ можно изменять для направления большего количества отработавших газов в систему нейтрализации отработавших газов для повышения температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов сверх температуры активации каталитического нейтрализатора.
Обратимся к ФИГ. 5, изображающей блок-схему, иллюстрирующую пример способа 500 для управления первыми выпускными клапанами, вторыми выпускными клапанами и клапаном РОГ для повышения температуры хладагента для прогрева двигателя. Способ 500 может выполнять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1А или 1В, во взаимодействии со способом 300 на ФИГ. 3. А именно, способ 500 можно выполнять в связи с тем, что температура хладагента двигателя ниже той или иной пороговой температуры. Контроллер может изменять параметры одного или нескольких исполнительных устройств в соответствии с раскрытым ниже способом в зависимости от сигналов, полученных от одного или нескольких датчиков системы транспортного средства. Например, как раскрыто выше, в зависимости от показания датчика температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, и датчика температуры хладагента двигателя, контроллер может задействовать систему кулачкового привода выпускных клапанов, содержащую один или несколько кулачков выпускного клапана (например, кулачок 253 выпускного клапана на ФИГ. 2) для изменения работы клапанов для регулирования потока отработавших газов. Контроллер может задействовать одну или несколько из систем ППК, ИФКР, ИФГ и (или) ИВПК для регулирования работы клапанов.
На шаге 502 способ 500 включает в себя регулирование потока отработавших газов для подачи всех отработавших газов или большей их части в теплообменник. В первом варианте осуществления способа 500, как показано на шаге 504, способ 500 предусматривает выключение первых выпускных клапанов и поддержание вторых выпускных клапанов включенными для подачи отработавших газов из цилиндра во второй выпускной коллектор через вторые выпускные клапаны. То есть, во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра вторые выпускные клапаны открыты, а первые выпускные клапаны закрыты. В результате, отработавшие газы направляют в теплообменник через вторые выпускные клапаны и второй выпускной коллектор с последующим направлением в систему нейтрализации отработавших газов. Таким образом, происходит передача тепловой энергии из отработавших газов на хладагент двигателя через теплообменник. В результате, температура хладагента двигателя возрастает. Кроме того, когда температура хладагента двигателя ниже порога, РОГ можно не осуществлять для уменьшения конденсации в системе двигателя и системе РОГ. Соответственно, клапан РОГ может быть закрыт.Данный вариант осуществления может содержать клапан РОГ, выполненный как регулируемый клапан РОГ, например, клапан 82 РОГ на ФИГ. 1А. Клапан РОГ (то есть регулируемый клапан РОГ) можно закрывать для блокирования потока отработавших газов из канала 86 в рециркуляционный канал 56 через возвратный канал 85.
Во втором варианте осуществления способа 500, как указано на шаге 506, первый момент первого выпускного клапана и второй момент второго выпускного клапана можно изменять для направления всех отработавших газов или большей их части через теплообменник с последующим направлением через систему нейтрализации отработавших газов. Кроме того, как раскрыто выше, если изменяют моменты первого и второго выпускных клапанов, клапан РОГ может быть выполнен трехпозиционным (например, клапан 92 РОГ на ФИГ. 1В). Когда необходимо направить больше энергии отработавших газов через теплообменник для нагрева хладагента, клапан РОГ может быть установлен во второе положение. В результате, отработавшие газы с большей тепловой энергией текут из цилиндров в теплообменник через вторые выпускные клапаны и клапан РОГ ниже по потоку от теплообменника. На клапане РОГ отработавшие газы отводят в каталитический нейтрализатор отработавших газов для нейтрализации отработавших газов. Таким образом, второй момент второго выпускного клапана, первый момент первого выпускного клапана и положение клапана РОГ можно регулировать для направления большего количества высокоэнергетических отработавших газов через теплообменник для повышения температуры хладагента двигателя.
В третьем варианте осуществления способа 500, как показано на шаге 508, первую высоту подъема и вторую высоту подъема можно регулировать для направления большего количества отработавших газов через теплообменник. А именно, вторую высоту подъема можно увеличивать, а первую высоту подъема - уменьшать. Кроме того, клапан РОГ может быть закрыт во впускной коллектор до тех пор, пока температура хладагента двигателя не превысит пороговую. Как раскрыто выше, в данном варианте осуществления можно применять клапан РОГ, выполненный регулируемым.
Далее, на ФИГ.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа 600 для управления первыми выпускными клапанами, вторыми выпускными клапанами и клапаном РОГ в условиях, когда двигатель прогрет, и температура каталитического нейтрализатора отработавших газов превышает соответствующий порог, в зависимости от потребности в газах РОГ. Способ 600 может выполнять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1А или 1В, во взаимодействии со способом 300 на ФИГ. 3А именно, способ 600 можно выполнять в связи с тем, что температура хладагента двигателя не ниже пороговой. Контроллер может изменять параметры одного или нескольких исполнительных устройств в соответствии с раскрытым ниже способом в зависимости от сигналов, полученных от одного или нескольких датчиков системы транспортного средства.
На шаге 602 способ 600 предусматривает проверку того, нужна ли РОГ. В одном примере РОГ нужна при заранее определенных параметрах работы двигателя. Например, когда температура хладагента двигателя превышает пороговую, когда нагрузка двигателя превышает пороговую, и когда частота вращения двигателя превышает пороговую. Если будет установлено, что РОГ нужна, способ 600 следует на шаг 604. На шаге 604 способ 600 включает в себя, в первом варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 614, поддержание первых выпускных клапанов и вторых выпускных клапанов включенными. То есть во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра первые и вторые выпускные клапаны могут быть открыты для направления отработавших газов через первые выпускные клапаны в первый коллектор и далее в выпускной канал, содержащий первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, и направления отработавших газов через второй выпускной клапан во второй коллектор и далее в теплообменник. Кроме того, в данном варианте осуществления, можно применять клапан РОГ, выполненный регулируемым. Соответственно, положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от потребности в газах РОГ. А именно, чем больше потребность в газах РОГ, тем больше может быть проход клапана РОГ для направления большего количества РОГ во впускной коллектор. Остальные отработавшие газы, не подаваемые во впускной коллектор, можно перенаправлять из клапана РОГ обратно в выпускной канал и далее в каталитический нейтрализатор отработавших газов в системе нейтрализации отработавших газов.
Во втором варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 616, можно регулировать моменты первого выпускного клапана и (или) второго выпускного клапана. А именно, моменты второго выпускного клапана можно регулировать в зависимости от необходимого расхода РОГ. Кроме того, в данном варианте осуществления можно применять клапан РОГ, выполненный трехпозиционным (например, клапан 92 РОГ на ФИГ. 1В). Клапан РОГ можно устанавливать в первое положение (как раскрыто на примере ФИГ. 1В) для пропуска потока отработавших газов во впускной коллектор по магистрали 56 рециркуляции отработавших газов.
В третьем варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 618, можно регулировать высоту подъема первого выпускного клапана и (или) высоту подъема второго выпускного клапана. А именно, высоту подъема первого выпускного клапана можно увеличивать, а высоту подъема второго выпускного клапана - уменьшать. Кроме того, в данном варианте осуществления можно применять клапан РОГ, выполненный регулируемым. Соответственно, положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от потребности в газах РОГ. Таким образом, уменьшение потока отработавших газов в теплообменник и увеличение потока отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов позволяет ограничить чрезмерный рост температуры хладагента двигателя с одновременным обеспечением необходимой рециркуляции отработавших газов.
Если на шаге 602 будет установлено, что РОГ не нужна, способ 600 следует на шаг 606. На шаге 606 способ 600 включает в себя подачу большей части или всех отработавших газов напрямую в каталитический нейтрализатор отработавших газов без направления отработавших газов через теплообменник. Соответственно, в первом варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 608, способ 600 предусматривает выключение вторых выпускных клапанов и поддержание первых выпускных клапанов включенными. То есть во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра первые выпускные клапаны могут быть открыты, а вторые выпускные клапаны - закрыты. Кроме того, в данном варианте осуществления можно применять клапан РОГ, выполненный регулируемым. Соответственно, клапан РОГ может быть закрыт.Открытие первых выпускных клапанов и закрытие вторых выпускных клапанов позволяет направлять поток отработавших газов в обход теплообменника, при этом отработавшие газы поступают в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первые выпускные клапаны и первый выпускной коллектор.
Во втором варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 610, способ 600 предусматривает изменение в сторону опережения моментов первых выпускных клапанов, изменение в сторону запаздывания моментов вторых выпускных клапанов и установку клапана РОГ (выполненного трехпозиционным в данном варианте осуществления) в третье положение. В третьем положении клапан РОГ может блокировать поток отработавших газов в выпускной канал и впускной коллектор. Таким образом, изменение моментов первых выпускных клапанов в сторону опережения, а вторых выпускных клапанов - в сторону запаздывания, позволяет подавать большую часть отработавших газов с большей тепловой энергией в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первые выпускные клапаны и первый выпускной коллектор. Остальные отработавшие газы с меньшей тепловой энергией поступают в теплообменник и далее в систему нейтрализации отработавших газов после прохождения через теплообменник. В результате, когда РОГ не нужна, а температура хладагента двигателя превышает соответствующий порог, ограничивают чрезмерный рост температуры хладагента двигателя под воздействием потока отработавших газов.
В третьем варианте осуществления способа 600, как указано на шаге 612, высота подъема первого выпускного клапана может быть увеличена, а высота подъема второго выпускного клапана - уменьшена, а клапан РОГ (выполненный регулируемым в данном варианте осуществления) может быть закрыт.
Таким образом, направление большей части или всего потока отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов и пропуска в теплообменник уменьшенного потока отработавших газов или блокирование потока отработавших газов в теплообменник позволяют ограничить чрезмерный рост температуры хладагента двигателя.
Каждый из способов 400, 500 и 600 раскрыт в первом, втором и третьем вариантах осуществления. Во вторых вариантах осуществления способов изменяют моменты выпускных клапанов; при этом, при реализации второго варианта осуществления, клапан РОГ может быть выполнен трехпозиционным (например, клапан 92 РОГ на ФИГ. 1В). В первых вариантах осуществления способов регулируют включение или выключение выпускных клапанов; а в третьих вариантах осуществления способов регулируют высоту подъема выпускных клапанов. Кроме того, при применении первых и третьих вариантов осуществления, клапан РОГ может быть выполнен регулируемым или бесступенчато-регулируемым (например, клапан 82 РОГ на ФИГ. 1А). Следует понимать, что примеры, где применяют комбинацию регулирования включения/выключения выпускных клапанов (о котором идет речь в первых вариантах осуществления способов) с регулированием высоты подъема клапанов (о котором идет речь в третьих вариантах осуществления способов) также входят в объем раскрываемого здесь изобретения.
Обратимся к ФИГ. 7, на которой изображена схема 700, иллюстрирующая пример работы первого выпускного клапана (например, клапана Е1 на ФИГ. 1А или 1В), второго выпускного клапана (например, клапана Е2 на ФИГ. 1А или 1В), и клапана РОГ (например, клапана 82 РОГ на ФИГ. 1А) для регулирования потока отработавших газов в теплообменник (например, теплообменник 80 на ФИГ. 1А или 1В) и первый каталитический нейтрализатор отработавших газов (например, каталитический нейтрализатор 72 отработавших газов на ФИГ. 1А или 1В), входящие в состав выпускной системы двигателя с разветвленным выпускным коллектором, например, системы двигателя 10 на ФИГ. 1А или 1В. А именно, поток отработавших газов можно регулировать в зависимости от первой температуры каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов и температуры хладагента двигателя. Последовательность на ФИГ. 7 может быть реализована путем выполнения команд в системе на ФИГ. 1-2 согласно способам на ФИГ 3, 4, 5 и 6. Вертикальные метки в моменты t1-t12 представляют рассматриваемые моменты последовательности. На всех раскрытых ниже графиках ось X представляет время, значения которого растут с левой стороны к правой стороне каждого графика.
Первый сверху график на ФИГ. 7 изображает изменение нагрузки двигателя во времени. Ось Y представляет нагрузку двигателя, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 702 представляет нагрузку двигателя.
Второй сверху график на ФИГ. 7 представляет изменение температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов (то есть температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов) во времени. Ось Y представляет температуру первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 704 представляет изменение температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. Горизонтальная линия 703 представляет первый порог температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов, а горизонтальная линия 705 - второй порог температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов. Вторая пороговая температура превышает первую пороговую температуру.
Третий сверху график на ФИГ. 7 описывает изменение температуры второго каталитического нейтрализатора отработавших газов (то есть температуры второго каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного ниже (по направлению потока отработавших газов) первого каталитического нейтрализатора отработавших газов), во времени. Ось Y представляет температуру второго каталитического нейтрализатора отработавших газов, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 706 представляет изменение температуры второго каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Четвертый сверху график на ФИГ. 7 описывает изменение потока отработавших газов через первый каталитический нейтрализатор отработавших газов во времени. Ось Y представляет поток через первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, возрастающий в направлении стрелки оси Y. Линия 708 представляет поток через первый каталитический нейтрализатор отработавших газов. Например, поток отработавших газов может поступать из цилиндра двигателя в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый клапан и первый выпускной коллектор (например, первый выпускной коллектор 57 на ФИГ. 1А или 1В).
Пятый сверху график на ФИГ. 7 отражает изменение массового расхода порции отработавших газов через теплообменник во времени. Ось Y представляет поток через теплообменник, возрастающий в направлении стрелки оси Y. Линия 710 представляет массовый расход отработавших газов через каталитический нейтрализатор. Например, отработавшие газы с указанным массовым расходом можно подавать из цилиндра двигателя в каталитический нейтрализатор через второй клапан и второй выпускной коллектор (например, второй выпускной коллектор 59 на ФИГ. 1А или 1В).
Шестой сверху график на ФИГ. 7 отражает изменение положения первого выпускного клапана во времени. Ось Y представляет открытое или закрытое положение первого выпускного клапана во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра. Линия 712 представляет изменение положения первого выпускного клапана
Седьмой сверху график на ФИГ. 7 отражает изменение положения второго выпускного клапана во времени. Ось Y представляет открытое или закрытое положение второго выпускного клапана во время такта выпуска рабочего цикла цилиндра. Линия 714 представляет изменение положения второго выпускного клапана.
Восьмой сверху график на ФИГ. 7 отражает изменение положения клапана РОГ во времени. Ось Y представляет величину прохода клапана РОГ, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 716 представляет продолжительность открытия клапана во время свободного выпуска.
Девятый сверху график на ФИГ. 7 отражает изменение температуры хладагента двигателя во времени. Ось Y представляет температуру хладагента двигателя, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 718 представляет изменение температуры хладагента двигателя. Горизонтальная линия 720 представляет пороговую температуру хладагента двигателя.
В основе второй пороговой температуры может лежать необходимая температура для активации каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов; при этом пороговая температура хладагента может зависеть от потребности в обогреве салона транспортного средства и необходимой температуры головки блока цилиндров.
В моменты до t1 двигатель может работать с температурой первого каталитического нейтрализатора отработавших газов (704) ниже первого порога (703). Первый порог может быть ниже температуры активации каталитического нейтрализатора. Кроме того, температура хладагента двигателя (718) ниже порога температуры хладагента (720). То есть двигатель может работать в режимах холодного пуска. Когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, а температура хладагента двигателя ниже порога температуры хладагента, приоритет может быть отдан повышению температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, а не повышению температуры хладагента. Поэтому, для повышения температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, все отработавшие газы, образующиеся в процессе сгорания в цилиндре, могут быть направлены из цилиндра через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов. Соответственно, первый выпускной клапан цилиндра включен для направления отработавших газов через первый выпускной клапан в первый выпускной коллектор, а второй выпускной клапан цилиндра выключен. Кроме того, для уменьшения конденсации, РОГ можно не осуществлять, пока температура хладагента двигателя ниже указанного порога. Поэтому клапан РОГ может быть закрыт.В закрытом положении клапан РОГ может блокировать поток во впускной коллектор с возможностью пропуска потока отработавших газов обратно в выпускной канал по возвратному каналу, например, возвратному каналу 85 на ФИГ. 1А или 1В.
В момент t1 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов равна первой пороговой температуре. Когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов находится на первом пороге, между первым и вторым порогами или на втором пороге, двигатель может работать с поддержанием выпускных клапанов в их последних по времени положениях. То есть может быть продолжено направление отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника до тех пор, пока температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов не превысит второй порог. Поэтому в момент t1 первый выпускной клапан оставляют включенным, а второй выпускной клапан оставляют в выключенном состоянии для направления потока отработавших газов напрямую в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор для нагрева каталитического нейтрализатора. Кроме того, в момент t1 клапан РОГ может оставаться закрытым.
Между t1 и до момента непосредственно перед t2 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов находится между первым и вторым порогами. Поэтому, как сказано выше, двигатель может работать с поддержанием выпускных клапанов в их последних по времени состояниях. В результате, первый выпускной клапан оставляют включенным, а второй выпускной клапан - выключенным.
В момент t2 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов возрастает сверх второй пороговой температуры. Как сказано выше, вторая пороговая температура может представлять собой температуру, при которой происходит активация каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. При этом температура хладагента двигателя может оставаться ниже указанного порога. Когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов выше второй пороговой температуры, а температура хладагента двигателя ниже указанного порога, отработавшие газы направляют в теплообменник для повышения температуры хладагента через теплообменник. Соответственно, первый выпускной клапан выключают, а второй выпускной клапан включают. Выключение первого выпускного клапана и включение второго выпускного клапана позволяет направлять отработавшие газы сначала в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор. То есть в момент t2 поток отработавших газов через теплообменник возрастает, а массовый расход отработавших газов, текущих напрямую в каталитический нейтрализатор падает. Таким образом, за счет тепловой энергии отработавших газов нагревают хладагент двигателя через теплообменник. Кроме того, в момент t2, поскольку температура хладагента двигателя остается ниже пороговой температуры хладагента, клапан РОГ может оставаться закрытым. Соответственно, в момент t2 отработавшие газы текут из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор; а затем - из теплообменника в выпускной канал (например, выпускной канал 58), содержащий первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, по возвратному каналу.
Между t2 и t3 может иметь место рост нагрузки двигателя (например, из-за задействования педали акселератора). Кроме того, температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов падает, так как всю тепловую энергию отработавших газов направляют в теплообменник для нагрева хладагента двигателя; а температура хладагента двигателя возрастает, но остается ниже указанного порога. При этом между t2 и до момента непосредственно перед t3 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть не ниже первого порога, но ниже второго порога. В связи с тем, что температура каталитического нейтрализатора отработавших газов не ниже первого порога, но ниже второго порога, двигатель работает с поддержанием выпускных клапанов в последнем по времени состоянии. Соответственно, между t2 и t3 первый выпускной клапан может оставаться выключенным, а второй выпускной клапан - включенным, и может быть продолжен нагрев хладагента отработавшими газами. То есть между t2 и t3 отработавшие газы не текут напрямую в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов. Вместо этого, отработавшие газы текут в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор, а затем - в выпускной канал, содержащий первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, по возвратному каналу.
В момент непосредственно перед t3 температура каталитического нейтрализатора отработавших газов может упасть ниже первого порога. В связи с падением температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, в момент t3 первый выпускной клапан включают, и второй выпускной клапан включают. Как следствие, отработавшие газы текут напрямую в каталитический нейтрализатор в обход теплообменника. То есть поток отработавших газов используют для нагрева каталитического нейтрализатора. Кроме того между t2 и t3 и в момент t3 клапан РОГ может оставаться закрытым.
В момент t4 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов выше второго порога, а температура хладагента двигателя остается ниже пороговой температуры хладагента. В связи с тем, что температура первого каталитического нейтрализатора выше второго порога, а температура хладагента двигателя ниже указанного порога, между t4 и t5 первый выпускной клапан выключен, второй выпускной клапан включен для направления потока отработавших газов в теплообменник из цилиндра для нагрева хладагента, а клапан РОГ остается закрытым.
В момент t5 и моменты между t5 и t8 температура хладагента двигателя может оставаться ниже пороговой температуры хладагента. Поэтому в эти моменты клапан РОГ может быть закрыт.Кроме того, первый выпускной клапан может быть включен, а второй выпускной клапан - выключен, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов падает ниже первого порога, для подачи потока отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов и в обход теплообменника. Когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов возрастает сверх второго порога, первый выпускной клапан может быть выключен, а второй выпускной клапан - включен, для подачи потока отработавших газов сначала в теплообменник для нагрева хладагента с последующим направлением охлажденных отработавших газов из теплообменника в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов по возвратному каналу. Кроме того, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов находится на первом пороге, между первым и вторым порогами, или на втором пороге, двигатель может работать с поддержанием первого и второго выпускных клапанов в последних по времени состояниях.
В момент t9 температура хладагента двигателя может достигнуть пороговой температуры хладагента. Кроме того, в момент t9 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть выше второго порога. В связи с тем, что температура хладагента выше указанного порога, положение выпускных клапанов можно изменить для ограничения дальнейшего роста температуры хладагента. Кроме того, в связи с превышением пороговой температуры хладагента, РОГ можно осуществлять в зависимости от необходимого расхода РОГ. Поэтому между t9 и t10 отработавшие газы направляют напрямую в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника для ограничения роста температуры хладагента. То есть между t9 и t10 первый выпускной клапан включен, а второй выпускной клапан - выключен. Кроме того, между t9 и t10 необходимый расход РОГ может быть равен нулю. Поэтому клапан РОГ может быть закрыт.
В момент времени непосредственно перед t10 может иметь место рост необходимого расхода РОГ. В связи с ростом необходимого расхода РОГ, в момент t10 клапан РОГ может быть установлен из закрытого положения в более открытое, при этом величина его прохода зависит от необходимого расхода РОГ. Кроме того, в момент t10 первые и вторые выпускные клапаны могут быть включены. То есть в момент t10 первая порция отработавших газов поступает в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор; вторая порция отработавших газов поступает в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор и далее во впускной коллектор из теплообменника через клапан РОГ; а третья порция отработавших газов поступает в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор с направлением обратно в выпускной канал (содержащий первый каталитический нейтрализатор отработавших газов) из теплообменника по возвратному каналу.
Между t10 и t11 температура хладагента двигателя может оставаться выше указанного порога; первые и вторые выпускные клапаны включены; а положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от необходимого расхода РОГ.
В момент t11 необходимый расход РОГ может упасть до нуля. В связи с изменением потребности в газах РОГ до нуля, клапан РОГ устанавливают в закрытое положение (отсутствие потока во впускной коллектор). Кроме того, первый выпускной клапан включен, а второй выпускной клапан закрыт для направления отработавших газов напрямую из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника для ограничения чрезмерного роста температуры хладагента двигателя.
Между t11 и t12 необходимый расход РОГ может оставаться нулевым. Следовательно, клапан РОГ закрыт (отсутствие потока во впускной коллектор); первый выпускной клапан включен; а второй выпускной клапан выключен.
В момент t12 и далее положение клапана РОГ регулируют в зависимости от необходимого расхода РОГ. Кроме того, первые и вторые выпускные клапаны включают, когда необходимый расход РОГ больше нуля; или когда необходимый расход РОГ равен нулю, поток через теплообменник останавливают, а все отработавшие газы направляют в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника.
Обратимся к ФИГ. 8, на которой изображена схема 800, иллюстрирующая еще один пример управления первым выпускным клапаном (например, клапаном Е1 на ФИГ. 1А или 1В), вторым выпускным клапаном (например, клапаном Е2 на ФИГ. 1А или 1В) и трехпозиционным клапаном (например, клапаном 92 РОГ на ФИГ. 1В) для регулирования потока отработавших газов в теплообменник (например, теплообменник 80 на ФИГ. 1А или 1В) и первый каталитический нейтрализатор отработавших газов (например, каталитический нейтрализатор 72 отработавших газов на ФИГ. 1А или 1В), входящие в состав выпускной системы двигателя с разветвленным выпускным коллектором, например, системы двигателя 10 на ФИГ. 1А или 1В. А именно, поток отработавших газов можно регулировать в зависимости от первой температуры каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов и температуры хладагента двигателя. Последовательность на ФИГ. 8 может быть реализована путем выполнения команд в системе на ФИГ. 1-2 согласно способам на ФИГ. 3, 4, 5 и 6. Вертикальные метки в моменты t1-t12 представляют рассматриваемые моменты последовательности. На всех раскрытых ниже графиках ось X представляет время, значения которого растут с левой стороны к правой стороне каждого графика.
Первый, второй, третий, четвертый, пятый и девятый сверху графики на ФИГ. 8 схожи с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и девятым графиками на ФИГ. 7. Поэтому эти графики имеют аналогичные номера, и их описание будет опущено для краткости. Шестой, седьмой и восьмой сверху графики на ФИГ. 8 будут кратко описаны ниже.
Шестой сверху график на ФИГ. 8 представляет изменение момента первого выпускного клапана во времени. Ось Y представляет первый момент, при этом степень запаздывания уменьшается в направлении стрелки оси Y. Линия 812 представляет изменение момента первого выпускного клапана.
Седьмой сверху график на ФИГ. 8 представляет изменение момента второго выпускного клапана во времени. Ось Y представляет второй момент, при этом степень запаздывания уменьшается в направлении стрелки оси Y. Линия 814 представляет изменение момента второго выпускного клапана.
Восьмой сверху график на ФИГ. 8 представляет изменение положения трехпозиционного клапана во времени. Ось Y представляет первое, второе и третье положения трехпозиционного клапана. В первом положении трехпозиционный клапан может пропускать все отработавшие газы из теплообменника в магистраль рециркуляции отработавших газов (например, магистраль 56 на ФИГ. 1А или 1В), а затем - во впускной коллектор (например, впускной коллектор 27 на ФИГ. 1А или 1В). Во втором положении трехпозиционный клапан 92 может пропускать все отработавшие газы из теплообменника в возвратный канал, а затем - в систему нейтрализации отработавших газов. В третьем положении трехпозиционный клапан 92 может блокировать поток отработавших газов из теплообменника и в магистраль рециркуляции отработавших газов, и в возвратный канал. Линия 816 представляет изменение положения трехпозиционного клапана.
В моменты до t1, для повышения температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов поток отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов увеличивают путем изменения в сторону опережения первого момента первого выпускного клапана и изменения в сторону запаздывания второго момента второго выпускного клапана. Изменение в сторону опережения первого момента первого выпускного клапана позволяет подавать отработавшие газы с большей энергией (расширяющиеся газы в цилиндре до достижения поршнем цилиндра НМТ во время такта выпуска) в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор. Отработавшие газы с меньшей энергией (остаточные газы в цилиндре) можно подавать в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор. Кроме того, для уменьшения конденсации, РОГ можно не осуществлять, пока температура хладагента двигателя ниже указанного порога. Поэтому трехпозиционный клапан может находиться в третьем положении. В третьем положении трехпозиционный клапан может блокировать поток во впускной коллектор и предотвращать поступление отработавших газов обратно в выпускной канал через возвратный канал 85. В третьем положении трехпозиционный клапан может эффективно предотвращать выход отработавших газов из двигателя через второй выпускной клапан и канал 55. Все отработавшие газы могут покидать цилиндр через первый клапан через коллектор 57.
Когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов находится на первом пороге, между первым и вторым порогами, или на втором пороге, двигатель может работать с поддержанием выпускных клапанов с их последними по времени моментами. Поэтому в момент t1 и между t1 и до момента непосредственно перед t2 первый выпускной клапан работает с моментом первого выпускного клапана, измененным в сторону опережения, и моментом второго выпускного клапана, измененным в сторону запаздывания, для направления отработавших газов с большей энергией в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор для нагрева каталитического нейтрализатора. Кроме того, в момент t1 трехпозиционный клапан может оставаться закрытым. То есть трехпозиционный клапан может быть установлен в третье положение, в котором клапан РОГ блокирует поток отработавших газов во впускной коллектор и в каталитический нейтрализатор отработавших газов.
В момент t2, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов выше второй пороговой температуры, и температура хладагента двигателя ниже указанного порога, отработавшие газы с большей энергией направляют в теплообменник для повышения температуры хладагента через теплообменник. Соответственно, момент второго выпускного клапана изменяют в сторону опережения, а момент первого выпускного клапана изменяют в сторону запаздывания. Изменение в сторону опережения момента второго выпускного клапана и изменение в сторону запаздывания момента первого выпускного клапана позволяет направить большую порцию отработавших газов с большей энергией в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор. Таким образом, в момент t2 массовый расход отработавших газов через теплообменник возрастает, а массовый расход отработавших газов через каталитический нейтрализатор падает. Так за счет тепловой энергии отработавших газов нагревают хладагент двигателя через теплообменник. Кроме того, в момент t2, поскольку температура хладагента двигателя остается ниже пороговой температуры хладагента, трехпозиционный клапан может оставаться закрытым только во впускной коллектор (второе положение). Соответственно, в момент t2 отработавшие газы текут из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор; а затем текут из теплообменника в выпускной канал (например, выпускной канал 58), содержащий первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, по возвратному каналу (например, возвратному каналу 85 на ФИГ. 1А или 1В).
Между t2 и до момента непосредственно перед t3, в связи с тем, что температура каталитического нейтрализатора отработавших газов не ниже первого порога, но ниже второго порога, двигатель работает с поддержанием без изменения моментов выпускных клапанов. Соответственно, между t2 и t3 момент второго выпускного клапана может оставаться измененным в сторону опережения, а момент первого выпускного клапана может оставаться измененным в сторону запаздывания. То есть можно продолжить нагрев хладагента отработавшими газами.
В момент t3 и моменты между t3 и t8 температура хладагента двигателя может оставаться ниже порога температуры хладагента. Поэтому в эти моменты трехпозиционный клапан может быть закрыт во впускной коллектор. То есть трехпозиционный клапан может работать во втором положении для пропуска потока отработавших газов из теплообменника в возвратный канал и далее в каталитический нейтрализатор отработавших газов, либо трехпозиционный клапан может работать в третьем положении, блокируя поток отработавших газов как в рециркуляционную магистраль, так и в возвратный канал. Положение трехпозиционного клапана в эти моменты может зависеть от необходимого потока через теплообменник и температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, как указано на 814 и раскрыто ниже.
Кроме того, момент первого выпускного клапана может быть изменен в сторону опережения, а момент второго выпускного клапана - в сторону запаздывания, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов падает ниже первого порога, для подачи большей части потока отработавших газов в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов и в обход теплообменника. Когда момент второго выпускного клапана изменяют в сторону запаздывания в связи с падением температуры второго каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, трехпозиционный клапан может работать во втором положении.
Кроме того, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов возрастает сверх второго порога, момент первого выпускного клапана может быть изменен в сторону запаздывания, а момент второго выпускного клапана - в сторону опережения, для подачи большей части потока отработавших газов сначала в теплообменник для нагрева хладагента с последующим направлением потока охлажденных отработавших газов из теплообменника в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов по возвратному каналу.
Когда момент второго выпускного клапана изменяют в сторону опережения в связи с возрастанием температуры первого каталитического нейтрализатора отработавших газов сверх первого порога, трехпозиционный клапан может работать в третьем положении.
Кроме того, когда температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов находится на первом пороге, между первым и вторым порогами, или на втором пороге, двигатель может работать с поддержанием без изменения последних по времени моментов первого и второго выпускных клапанов.
В момент t9, поскольку температура хладагента выше пороговой температуры хладагента, РОГ можно осуществлять в зависимости от необходимого расхода РОГ. Кроме того, в момент t9 температура первого каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть выше второго порога. В связи с тем, что температура хладагента выше указанного порога, моменты выпускных клапанов можно изменить для ограничения дальнейшего роста температуры хладагента. Поэтому в момент t9 и между t9 и t10 большинство отработавших газов направляют в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника для ограничения роста температуры хладагента. То есть в момент t9 и между t9 и t10 момент первого выпускного клапана изменяют в сторону опережения и (или) момент второго выпускного клапана изменяют в сторону запаздывания. Кроме того, в момент t9 и между t9 и t10 необходимый расход РОГ может быть равен нулю. Поэтому трехпозиционный клапан может быть закрыт (третье положение).
В момент времени непосредственно перед t10 может иметь место рост необходимого расхода РОГ. В связи с ростом необходимого расхода РОГ, в момент t10 трехпозиционный клапан может быть установлен из закрытого положения в первое положение, в котором он пропускает поток отработавших газов из теплообменника во впускной коллектор. Необходимый расход РОГ можно обеспечить путем регулирования моментов первого и второго выпускных клапанов. Например, если поток РОГ необходимо увеличить, момент второго выпускного клапана можно изменить в сторону большего опережения относительно момента первого выпускного клапана. Таким образом, в момент t10 первая порция отработавших газов поступает в первый каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор; вторая порция отработавших газов поступает в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор, и далее во впускной коллектор из теплообменника через трехпозиционный клапан.
Между t10 и t11 температура хладагента двигателя может оставаться выше указанного порога; при этом моменты первого и второго выпускных клапанов можно регулировать в зависимости от необходимого расхода РОГ. Кроме того, клапан РОГ может быть оставлен в первом положении.
В момент t11 необходимый расход РОГ может упасть до нуля и оставаться нулевым между t11 и t12. В связи с изменением потребности в газах РОГ до нуля, трехпозиционный клапан устанавливают в закрытое положение (отсутствие потока во впускной коллектор). Кроме того, для направления отработавших газов напрямую из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника момент первого выпускного клапана может быть изменен в сторону опережения, а момент второго выпускного клапана - в сторону запаздывания.
В момент t12 и далее положение трехпозиционного клапана изменяют в зависимости от необходимого расхода РОГ (то есть закрывают (второе положение), если РОГ не нужна, или устанавливают в первое положение, открытое во впускной коллектор, если РОГ нужна). Кроме того, моменты первого и второго выпускных клапанов регулируют для обеспечения необходимого расхода РОГ, когда необходимый расход РОГ больше нуля; либо, когда необходимый расход РОГ равен нулю, поток через теплообменник сокращают, и направляют большинство отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника.
В некоторых примерах, в дополнение к изменению момента первого выпускного клапана и (или) момента второго выпускного клапана, можно регулировать первую продолжительность открытия первого выпускного клапана и (или) вторую продолжительность открытия второго выпускного клапана. Например, если необходимо увеличить поток отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов, например, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже первого порога, в дополнение к изменению в сторону опережения момента первого выпускного клапана и (или) изменению в сторону запаздывания момента второго выпускного клапана, можно увеличить первую продолжительность открытия и (или) уменьшить вторую продолжительность открытия. Аналогичным образом, если необходимо увеличить поток в теплообменник, например, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов выше второго порога, а температура хладагента двигателя ниже пороговой температуры хладагента, в дополнение к изменению в сторону запаздывания момента первого выпускного клапана и (или) изменения в сторону опережения момента второго выпускного клапана, можно уменьшить первую продолжительность открытия и (или) увеличить вторую продолжительность открытия.
На ФИГ. 9 изображена схема 900, иллюстрирующая еще один пример управления первым выпускным клапаном (например, клапаном Е1 на ФИГ. 1А или 1В), вторым выпускным клапаном (например, клапаном Е2 на ФИГ. 1А или 1В) и клапаном РОГ (например, клапаном 82 РОГ на ФИГ. 1А) для регулирования массового расхода отработавших газов в теплообменник и первый каталитический нейтрализатор отработавших газов в составе выпускной системы системы двигателя с разветвленным выпускным коллектором. А именно, поток отработавших газов можно регулировать в зависимости от первой температуры каталитического нейтрализатора первого каталитического нейтрализатора отработавших газов и температуры хладагента двигателя. Последовательность на ФИГ. 9 может быть реализована путем выполнения команд в системе на ФИГ. 1-2 согласно способам на ФИГ 3, 4, 5 и 6. Вертикальные метки в моменты t1-t12 представляют рассматриваемые моменты последовательности. На всех раскрытых ниже графиках ось X представляет время, значения которого растут с левой стороны к правой стороне каждого графика.
Первый, второй, третий, четвертый, пятый, восьмой и девятый сверху графики на ФИГ. 9 схожи с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, восьмым и девятым графиками на ФИГ. 7. Поэтому графики имеют аналогичные номера, и их описание будет опущено для краткости. Шестой и седьмой сверху графики на ФИГ. 9 будут кратко описаны ниже.
Шестой сверху график на ФИГ. 9 представляет изменение высоты подъема первого выпускного клапана во времени. Ось Y представляет первую высоту подъема, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 912 представляет изменение высоты подъема первого выпускного клапана.
Седьмой сверху график на ФИГ. 9 представляет изменение высоты подъема второго выпускного клапана во времени. Ось Y представляет вторую высоту подъема, возрастающую в направлении стрелки оси Y. Линия 914 представляет изменение высоты подъема второго выпускного клапана.
Как видно из шестого и седьмого графиков, для увеличения потока отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов, высота подъема первого выпускного клапана может быть увеличена, а высота подъема второго выпускного клапана - уменьшена. Аналогичным образом, для увеличения потока в теплообменник, высота подъема первого выпускного клапана может быть уменьшена, а высота подъема второго выпускного клапана - увеличена. Кроме того, как показано, РОГ можно не осуществлять до тех пор, пока температура хладагента двигателя не достигнет пороговой. Когда температура хладагента станет не ниже пороговой, необходимый расход РОГ можно обеспечить путем увеличения потока в теплообменник и регулирования положения клапана РОГ в зависимости от необходимого расхода РОГ. При этом, когда температура хладагента не ниже указанного порога, если РОГ не нужна, поток в теплообменник может быть сокращен путем увеличения высоты подъема первого выпускного клапана и уменьшения высоты подъема второго выпускного клапана для ограничения чрезмерного роста температуры хладагента.
Таким образом, высоту подъема первого выпускного клапана и высоту подъема второго выпускного клапана можно изменять для регулирования потока отработавших газов в разветвленной выпускной системе.
Один вариант осуществления способа для двигателя содержит шаги, на которых, в режиме холодного пуска, до достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов, направляют отработавшие газы, отобранные из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника; и после достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов направляют отработавшие газы, отобранные из второго выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в указанный теплообменник и осуществляют передачу тепла от отработавших газов хладагенту двигателя в указанном теплообменнике. В первом примере способ для двигателя содержит шаг, на котором в указанном режиме холодного пуска после активации каталитического нейтрализатора закрывают клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ) и направляют все отработавшие газы, отобранные из области ниже по потоку от теплообменника, в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно отличается тем, что указанный режим холодного пуска включает в себя температуру хладагента двигателя ниже пороговой температуры хладагента. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и (или) второй примеры и дополнительно содержит шаг, на котором в режиме прогретого двигателя направляют порцию отработавших газов, отобранную из второго выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в теплообменник, и направляют остальную порцию отработавших газов, отобранную из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно содержит шаг, на котором в режиме прогретого двигателя направляют первую порцию из порции отработавших газов, отобранной из области ниже по потоку от теплообменника, на впуск двигателя и направляют остальную, вторую, порцию из порции отработавших газов, отобранной из области ниже по потоку от теплообменника, в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно отличается тем, что режим прогретого двигателя включает в себя температуру хладагента двигателя не ниже пороговой температуры хладагента. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и дополнительно отличается тем, что соотношение первой порции и второй, остальной, порции зависит от необходимого расхода РОГ. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и дополнительно отличается тем, что указанное соотношение возрастает с ростом необходимого расхода РОГ. Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по седьмой и дополнительно отличается тем, что в режиме прогретого двигателя, если необходимый расход РОГ равен нулю, отработавшие газы, отобранные из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, подают в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника. Девятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по восьмой и дополнительно отличается тем, что направление отработавших газов, отобранных из первого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника включает в себя выключение второго выпускного клапана с одновременным поддержанием первого выпускного клапана включенным; причем направление отработавших газов, отобранных из второго выпускного клапана каждого цилиндра двигателя, в теплообменник включает в себя выключение первого выпускного клапана с одновременным поддержанием второго выпускного клапана включенным.
В еще одном варианте осуществления способ для двигателя содержит шаги, на которых в первом состоянии, до достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов и до достижения пороговой температуры хладагента, увеличивают поток отработавших газов из первого выпускного клапана в каталитический нейтрализатор отработавших газов с одновременным уменьшением потока отработавших газов из второго выпускного клапана в теплообменник; во втором состоянии, после достижения температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов и до достижения пороговой температуры хладагента, увеличивают поток отработавших газов из второго выпускного клапана в теплообменник с одновременным уменьшением потока отработавших газов из первого выпускного клапана в каталитический нейтрализатор отработавших газов; и в третьем состоянии, после достижения температуры активации каталитического нейтрализатора и при достижении или превышении пороговой температуры хладагента, направляют порцию потока отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника с одновременным направлением остальной порции потока отработавших газов в теплообменник, при этом соотношение указанной порции потока отработавших газов и остальной порции потока отработавших газов зависит от необходимого расхода РОГ и потребности в обогреве салона. В первом примере способ для двигателя содержит шаги, на которых в третьем состоянии подают первую порцию указанной остальной порции из теплообменника во впускной коллектор через клапан РОГ с одновременной подачей второй порции указанной остальной порции из теплообменника в каталитический нейтрализатор отработавших газов; при этом первая порция зависит от необходимого расхода РОГ. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно отличается тем, что увеличение потока отработавших газов из первого выпускного клапана в каталитический нейтрализатор отработавших газов с одновременным уменьшением потока отработавших газов из второго выпускного клапана в теплообменник включает в себя выключение второго выпускного клапана с одновременным поддержанием первого выпускного клапана включенным. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и (или) второй примеры и дополнительно отличается тем, что увеличение потока отработавших газов из второго выпускного клапана в теплообменник с одновременным уменьшением потока отработавших газов из первого выпускного клапана в каталитический нейтрализатор отработавших газов включает в себя выключение первого выпускного клапана с одновременным поддержанием второго выпускного клапана включенным. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно отличается тем, что направление порции потока отработавших газов в каталитический нейтрализатор отработавших газов в обход теплообменника с одновременным направлением остальной порции потока отработавших газов в теплообменник включает в себя поддержание первого и второго выпускных клапанов включенными. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно отличается тем, что пороговая температура хладагента зависит от необходимой температуры головки блока цилиндров и потребности в обогреве салона транспортного средства. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и дополнительно отличается тем, что в третьем состоянии, если необходимый расход РОГ равен нулю, выключают второй выпускной клапан с одновременным поддержанием первого выпускного клапана включенным и закрывают клапан РОГ.
В еще одном варианте осуществления система содержит цилиндр двигателя, содержащий первый выпускной клапан и второй выпускной клапан; первый выпускной коллектор, соединяющий первый выпускной клапан с первым выпускным каналом, при этом первый канал непосредственно соединен с общим выпускным каналом, содержащим каталитический нейтрализатор отработавших газов; второй выпускной коллектор, соединяющий второй выпускной клапан со вторым, отдельным, выпускным каналом; теплообменник, расположенный во втором выпускном канале; клапан РОГ, расположенный во втором выпускном канале ниже по потоку от теплообменника; возвратный канал, соединяющий клапан РОГ с указанным общим выпускным каналом в месте выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов; и контроллер с машиночитаемыми командами для осуществления следующих действий: подачи отработавших газов из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и первый выпускной коллектор в обход теплообменника, если температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже температуры активации каталитического нейтрализатора; и подачи отработавших газов из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан и второй выпускной коллектор при достижении или превышении температуры активации каталитического нейтрализатора, если температура хладагента двигателя ниже пороговой; а в противном случае - подачи порции отработавших газов из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и подачи остальной порции отработавших газов из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан. В первом примере системы подача отработавших газов из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан включает в себя выключение второго выпускного клапана; причем подача отработавших газов из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан включает в себя выключение первого выпускного клапана; причем подача указанной порции отработавших газов из цилиндра в каталитический нейтрализатор отработавших газов через первый выпускной клапан и подача указанной остальной порции отработавших газов из цилиндра в теплообменник через второй выпускной клапан включают в себя поддержание первого и второго выпускных клапанов включенными. Второй пример системы необязательно включает в себя первый пример и дополнительно отличается тем, что контроллер содержит дополнительные команды для выполнения следующих действий: закрытия клапана РОГ при достижении или превышении температуры активации каталитического нейтрализатора, если температура хладагента двигателя ниже указанного порога; а в противном случае - регулирования положения клапана РОГ в зависимости от необходимого расхода РОГ с одновременным поддержанием первого и второго выпускных клапанов включенными.
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 настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых команд в долговременной памяти с возможностью реализации системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и (или) функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и (или) функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.