СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УСКОРЕНИЯ ПРОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD (EMBODIMENTS) AND ENGINE WARM-UP ACCELERATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к ускорению прогрева двигателя путем применения принудительной вентиляции картера нагретым воздухом.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ / СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В условиях холодного запуска двигатель и трансмиссия транспортного средства могут быть охлаждены до окружающей температуры. Следовательно, каждый элемент двигателя и трансмиссии должен быть прогрет до желаемой рабочей температуры. Время, затрачиваемое на преодоление низкой температуры трансмиссии и достижение оптимальной рабочей температуры, может быть значительным. Во время прогрева двигателя в нем может наблюдаться высокое трение вследствие того, что жидкости двигателя, в частности моторное масло, при сравнительно низкой температуре имеют повышенную вязкость, а кроме того, тепло может рассеиваться в охладитель двигателя, снижая тем самым термический к.п.д. двигателя. В сумме, эти эффекты могут привести к снижению экономии топлива, возрастанию износа двигателя, а также к увеличению выброса отработавших газов. Таким образом, ускорение прогрева двигателя сулит разнообразные преимущества.
Были разработаны различные методы ускорения нагрева двигателя в процессе холодного запуска. К примеру, всасываемый воздух двигателя может быть нагрет специальным нагревателем. В других методах для ускорения нагрева в процессе запуска используются регулировки момента впрыска топлива и/или момента зажигания. Авторы настоящего изобретения установили, что теплопередача к внутренним элементам двигателя может быть еще усилена нагревом свежего воздуха, поступающего в картер. В частности, это может повышать скорости теплопередачи при низких окружающих температурах. В принципе, были также разработаны разнообразные методы нагрева картерных газов. К примеру, всасываемый воздух может быть нагрет путем нагрева узла, связанного с системой забора воздуха, например так, как раскрыто в документе US 2797674. В качестве другого примера: в документе US 20050016474 показано, что всасываемый воздух может быть подан в картер после прохода через нагревательную камеру, которую нагревают тепловым излучением цилиндров двигателя и отработавших газов.
Однако проблема таких методов состоит в том, что для них необходим специальный нагреватель, который может увеличить сложность и стоимость конструкции. Кроме того, работа нагревателя может привести к снижению экономии топлива. Мало того, нагрев воздуха впускного коллектора может негативно отразиться на детонационном пределе двигателя и может снизить максимальную выходную мощность двигателя. В системах, построенных на теплообмене через хладагент, максимальная температура хладагента может ограничивать количество теплоты, которое может быть передано. Кроме того, сравнительно медленный прогрев хладагента может ограничивать ту часть времени поездки, которая может быть использована на нагрев всасываемого воздуха или картерных газов. Таким образом, нагрев всасываемого в двигатель воздуха может существенно отличаться от нагрева воздуха, целенаправленно подаваемого в картер. И может также отличаться от нагрева арматуры (проводимого во избежание замерзания), через которую проходит картерный воздух, выходя из картера.
В одном из примеров некоторые из вышеуказанных проблем могут быть, по меньшей мере частично, решены для двигателя, в котором забор свежего воздух с целью его нагрева производят через промежуточное пространство, разделяющее двойные стенки выпускной системы, и затем направляют нагретый воздух в картер. Таким образом, нагрев двигателя может быть ускорен.
Например, двигатель может содержать выпускной коллектор с двойными стенками, выполненный как теплообменник отработавшие газы - воздух. Свежий воздух, всасываемый (с наддувом или без наддува) выше по потоку относительно впускного дросселя, втягивают через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками для нагрева воздуха теплом выпуска. Нагретый воздух затем направляют в картер для принудительной вентиляции картера (ПВК). Это позволяет передавать тепло внутренним частям двигателя. Скорость теплопередачи возрастает по мере снижения окружающей температуры, позволяя повысить теплопередачу в условиях холодного запуска двигателя. Другими словами, большее количество тепла успешно передается в в место, подходящее для нагрева двигателя, когда быстрый прогрев двигателя требуется более всего. Картерные пары, выпущенные из картера, затем поступают во впускной коллектор двигателя ниже по потоку относительно впускного дросселя. Однако температура картерных паров может быть ниже температуры нагретого воздуха, поступающего в картер. К примеру, картерные пары могут иметь температуру большей части картера. Другими словами, нагрев картерного воздуха не приводит к соответственному возрастанию температуры картерных паров, поступающих в двигатель. В результате не возникает проблем, связанных с нагревом воздуха впускного коллектора, например, ухудшения детонационного предела или снижения максимальной выходной мощности. Такое решение может быть также применено к системам вентиляции картера, работающим с преимущественно постоянным расходом, - для дальнейшего улучшения разделения просочившегося газа и масла.
Таким образом, выпускной коллектор с двойными стенками, раскрытый в настоящем описании, синергетически сочетает функциональности благодаря тому, что именно тогда, когда желателен нагрев двигателя, нагретый всасываемый воздух может быть втянут в картер для ускорения теплопередачи в двигателе, без нагрева картерных газов, подаваемых во впускной канал двигателя. Посредством ускорения нагрева двигателя в процессе его холодного запуска достигается экономия топлива, а также повышение характеристик двигателя и параметров выброса отработавших газов. В принципе, при низких окружающих температурах может произойти замерзание потока из картера в выходном канале, и оно может быть усилено холодным, влажным вентиляционным воздухом, поступающим в картер. В предлагаемом решении подача нагретого воздуха в картер снижает потребность в нагреве арматуры ПВК для предотвращения обледенения. В принципе, это приводит к дальнейшему росту экономии топлива и повышению характеристик ПВК.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание дано для представления в упрощенной форме отдельных идей, которые далее раскрываются в подробном описании. Вышеприведенное не имеет цели представить ключевые или существенные признаки заявляемого объекта, объем которого определяется только формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Далее, заявляемый объект не ограничен вариантами осуществления, устраняющими какие-то недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части данного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение примера двигателя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2 дано схематическое изображение примера выпускного коллектора с двойными стенками.
На ФИГ. 3 представлено схематическое изображение поперечного разреза выпускного коллектора с двойными стенками ФИГ. 2.
На ФИГ. 4 представлено схематическое изображение подачи нагретого воздуха в картер через выпускной коллектор с двойными стенками в двигателе без наддува.
На ФИГ. 5 представлено схематическое изображение нагрева нагнетаемого воздуха пропуском через выпускной коллектор с двойными стенками перед подачей в картер.
На ФИГ. 6 представлено схематическое изображение подачи нагретого нагнетаемого воздуха в картер.
На ФИГ. 7 показана высокоуровневая блок-схема способа подачи нагретого всасываемого воздуха в картер для ускорения нагрева двигателя.
На ФИГ. 8 представлен пример связи расхода ПВК и теплопередачи в двигателе.
На ФИГ. 9 показана высокоуровневая блок-схема диагностирования отсоединения трубки подачи всасываемого воздуха.
На ФИГ. 10 представлен пример обнаружения смещения трубки подачи всасываемого воздуха относительно картера.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрыты способы и системы нагрева картера в системе двигателя, например в системе двигателя по ФИГ. 1. Тепло от отработавших газов может нагревать всасываемый воздух при его циркуляции через промежуточное пространство выпускной системы с двойными стенками, например выпускной системы, представленной на ФИГ. 2-3. Всасываемый воздух в двигателе без наддува может быть втянут в промежуточное пространство из места выше по потоку относительно впускного дросселя (ФИГ. 4). В двигателе с наддувом всасываемый воздух может быть втянут в промежуточное пространство из места ниже по потоку относительно компрессора (ФИГ. 5) и выше по потоку относительно впускного дросселя. Альтернативно, нагревать картер (ФИГ. 6) может всасываемый воздух, нагретый компрессором без нагрева в промежуточном пространстве. Контроллер может быть настроен на выполнение программы - например, программы по ФИГ. 7 для прохождения всасываемого воздуха через картер и регулировки впрыска топлива и/или положения дроссельной заслонки исходя из количества картерных паров, текущих во впуск через клапан ПВК. Массовый расход картерных паров через клапан ПВК может возрастать с увеличением теплопередачи в двигатель (ФИГ. 8). Далее, контроллер может быть настроен на диагностирование смещения трубки подачи нагретого воздуха в картер исходя из температуры картера, как показано на ФИГ. 9, 10.
На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в двигательную установку автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, включающей контроллер 12, и посредством команд водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали (ПП) для генерирования сигнала ПП, пропорционального смещению педали. Камера 30 сгорания (или цилиндр 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным внутри поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную трансмиссионную систему (не показана). Далее, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для обеспечения возможности запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 показан заключенным в картер 144, который также содержит смазочное масло 78.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания могут выходить через выпускной коллектор 48 и выпускной патрубок 76. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут выборочно соединяться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В этом примере впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться кулачковым приводом через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут, каждая, содержать один или несколько кулачков, и в них могут использовать одну или несколько систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 регулирования работы клапанов. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определять посредством датчиков положения 55 и 57, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться электрическим клапанным приводом. К примеру, цилиндр 30 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый электрическим клапанным приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, включающим системы (ППК) и/или (ИФКР).
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыска топлива прямо в цилиндр пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый «прямой впрыск» топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть смонтирована, например, в боковине (как показано) или в верхней части камеры сгорания (около свечи зажигания). Топливо могут подавать к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), включающей топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно включать топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44 так, чтобы обеспечивать так называемый «впрыск топлива во впускные каналы» выше по потоку относительно камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом частном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигнала, выдаваемого электродвигателю или приводу, связанному с дросселем 62, эту конфигурацию обычно обозначают как электронное управление дросселя (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может управляться для регулировки поступления всасываемого воздуха в камеру 30 сгорания, наряду с другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может сообщаться контроллеру 12 сигналом положения дросселя (ПД). Во впускном канале 42 могут быть помещены датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для выдачи соответственных сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12.
Система 88 зажигания может обеспечить искру зажигания в камере 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания, управляемой сигналом опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны элементы системы искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного воспламенения, со свечой зажигания или без нее.
Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным патрубком 76 выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик для индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (УСКОГ), бистабильный кислородный датчик, или КОГ, нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (НСКОГ), датчики оксидов азота (NOx), углеводородов (НС) или окиси углерода (СО). Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выпускного патрубка 76 ниже по потоку относительно датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпанентный каталитический нейтрализатор (ТКК), ловушку NOx, различные другие устройства очистки отработавших газов или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления устройство 70 снижения токсичности отработавших газов в процессе работы двигателя 10 можно периодически возвращать в исходное состояние посредством эксплуатации, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя в пределах определенных значений воздушно-топливного отношения.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, включающего: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в данном конкретном примере как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от подсоединенных к двигателю 10 датчиков, в том числе, в дополнение к сигналам, описанным выше, замер массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал температуры картера от датчика температуры, связанного с картером (не показано на ФИГ. 1); сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118, работающего на эффекте Холла (или от датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; замер положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя и замер абсолютного давления воздуха в коллекторе от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может генерироваться контроллером 12 по сигналу ПЗ. Сигнал ДВК отдатчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. Заметим, что могут быть использованы разнообразные комбинации из вышеуказанных датчиков, например датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. В процессе стехиометрической работы датчик ДВК может указывать крутящий момент двигателя. Далее, этот датчик, вместе с замеренной частотой вращения двигателя, может дать оценку заряда (включая воздух) цилиндра. В одном из примеров датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заранее заданный ряд равноотстоящих импульсов за каждый оборот коленчатого вала.
На носителе постоянного запоминающего устройства 106 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессором 102 для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но не указаны конкретно. Примеры способов раскрыты со ссылкой на ФИГ. 7 и 9.
Двигатель 10 может опционно включать компрессионное устройство, например турбонагнетатель или нагнетатель, включающий по меньшей мере компрессор 162, расположенный по ходу впускного канала 42. В случае турбонагнетателя компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться от турбины 164 (например, через вал), расположенной по ходу выпускного патрубка 76. В случае нагнетателя компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться от двигателя и/или электрической машины и может не включать турбины. Таким образом, степень сжатия, обеспечиваемая для одного или нескольких цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или нагнетателя, может варьироваться контроллером 12. Датчик 124 давления наддува (ДН) может быть, подсоединен к впускному патрубку 42 ниже по потоку относительно компрессора 162 для выдачи сигнала ДН на контроллер 12.
На ФИГ. 1 также показан выпускной коллектор 48 с двойными наружными стенками 140, ограничивающими промежуточное пространство 142, через которое может течь воздух. Промежуточное пространство может быть сформировано аналогично тому, как создается полость для жидкости. Другие детали выпускного коллектора с двойными стенками даны в описании ФИГ. 2-3. На ФИГ. показаны канал 146, соединяющий промежуточное пространство 142 с впускным каналом 42 выше по потоку относительно дросселя 62, и, если имеется, компрессор 162. В принципе, всасываемый воздух может быть втянут из впускного патрубка 42 через канал 146 в промежуточное пространство 142, где всасываемый воздух может быть нагрет передачей тепла от отработавших газов, текущих через выпускной коллектор 48. В примере двигателя с наддувом дополнительный канал 148 может втягивать всасываемый нагнетаемый воздух ниже по потоку относительно компрессора 162 и охладителя надувочного воздуха (не показан). Затем всасываемый нагнетаемый воздух перед направлением его в промежуточное пространство 142 может течь через вытяжной вентилятор 182 в канал 148. В некоторых вариантах осуществления всасываемый нагнетаемый воздух, втянутый в канал 148, может быть подан в канал 146, откуда нагнетаемый воздух может перетечь в промежуточное пространство выпускного коллектора. Всасываемый воздух, поступающий в промежуточное пространство, может быть нагрет теплопередачей через двойные стенки выпускного коллектора. В обоих вариантах осуществления, с наддувом и без наддува, всасываемый воздух, нагретый посредством прохождения через промежуточное пространство 142, может быть направлен в картер 144 через канал 154 и маслоотделитель 152. Картер 144 может также быть связан по текучей среде с впускным коллектором 44 через канал 165, чтобы картерные пары могли выйти из картера 144 и могли быть засосаны в двигатель. Картерные пары могут включать просочившиеся газы из цилиндров, и эти газы могут быть направлены во впускной коллектор 44 через клапан 136 ПВК. Далее, частицы масла, присутствующие в картерных парах, могут быть избирательно отфильтрованы через второй маслоотделитель 162 перед подачей картерных паров во впускной коллектор 44.
Таким образом, свежий воздух может быть втянут из места выше по потоку относительно впускного дросселя 62 в промежуточное пространство 142 выпускного коллектора 48 с двойными стенками, служащего теплообменником между отработавшими газами и воздухом. Нагретый всасываемый воздух может быть подан в картер для получения преимуществ прогрева. В частности, картер можно нагреть для ускорения теплопередачи к внутренним частям двигателя без существенного нагрева картерных паров, выпускаемых из картера во впуск двигателя. Нагрев картера снижает потребность в нагреве арматуры ПВК для предотвращения обледенения. В процессе работы при высокой нагрузке, направлением всасываемого воздуха через промежуточное пространство 142 может также охлаждаться выпускной коллектор 48. Дополнительные особенности и варианты осуществления настоящего изобретения будут раскрыты ниже со ссылкой на ФИГ. 4-6.
Как описано выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, но подобным же образом каждый цилиндр может содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
Обратимся теперь к ФИГ. 2, на которой представлен пример выпускного коллектора 200 с двойными наружными стенками 202. На ФИГ. 3 представлен поперечный разрез выпускного коллектора 200 по ФИГ. 2, показывающий промежуточное пространство 204 между двойными наружными стенками, через которое может течь всасываемый воздух. Следует понимать, что промежуточное пространство 204 отличается от внутренней полости 206 выпускного коллектора 200, через который могут течь отработавшие газы. Итак, всасываемый воздух, текущий через промежуточное пространство 204, может быть нагрет передачей тепла от горячих отработавших газов, текущих во внутренней полости 206.
Таким образом, система двигателя по ФИГ. 1-3 позволяет применить для двигателя способ, в котором свежий воздух втягивают через промежуточное пространство двойных стенок выпускной системы для нагрева этого воздуха, и затем нагретый всасываемый воздух направляют в картер. Картерные пары, выпущенные из картера сквозь нагретый всасываемый воздух, затем направляют во впускной коллектор и засасывают в цилиндр в процессе работы двигателя.
На ФИГ. 4-6 представлены различные варианты осуществления прогрева картера с использованием нагретого всасываемого воздуха. Конкретно, на ФИГ. 4 показан пример прогрева картера в двигателе без наддува, в то время как на ФИГ. 5 и 6 представлены примеры прогрева картера в двигателе с наддувом, содержащем турбонагнетатель. Далее, на ФИГ. 4 и 5 показан однонаправленный тракт потока всасываемого воздуха из впускного патрубка в картер и, вслед за тем, во впускной коллектор. В этих примерах может возникнуть обратный поток воздуха во впускной патрубок выше по потоку относительно дросселя, но если обратный поток считается нежелательным, он может быть предотвращен дополнительными трубками.
На ФИГ. 4 представлен пример нагрева всасываемого воздуха через выпускной коллектор 440 с двойными стенками (показан в разрезе) в двигателе, который не содержит устройства наддува. В показанном примере большая часть свежего всасываемого воздуха, как правило, поступает во впускной патрубок 418 и, исходя из условий работы двигателя, регулируется впускным дросселем 406 перед втеканием во впускной коллектор 408. Отрегулированный поток всасываемого воздуха затем подается из впускного коллектора 408 в цилиндры 410 для сгорания с топливом. Отработавшие газы от сгорания затем выводят в выпускной коллектор 440. Выпускной коллектор 440 выполнен с двойными наружными стенками, ограничивающими промежуточное пространство 416, как было объяснено выше в связи с ФИГ. 2, 3.
Система 450 принудительной вентиляции картера ПВК связана с впускным коллектором двигателя ниже по потоку относительно впускного дросселя 406 так, что картерные газы из картера 430 могут быть контролируемым образом направлены во впуск двигателя. В процессе нормальной работы двигателя газы в цилиндрах 410 могут утекать мимо поршней. Эти просочившиеся газы могут содержать несгоревшее топливо, продукты горения и воздух. Просочившиеся газы могут разжижать и загрязнять масло, вызывая коррозию элементов двигателя, способствуя увеличению количества осадка, снижая защитные и смазочные свойства масла. При повышенных частотах вращения двигателя просочившиеся газы могут увеличить давление в картере настолько, что могут произойти утечки масла через уплотненные поверхности двигателя. Система 450 ПВК может помочь контролируемым образом провентилировать картер и удалить просочившиеся газы из картера двигателя, чтобы ослабить эти вредные воздействия просочившихся газов, и может слить их с всасываемым в двигатель потоком так, что они могут быть сожжены в двигателе. Перенаправляя просочившиеся газы во впуск двигателя, система 450 ПВК помогает снизить выбросы двигателя, так как предотвращает выход просочившихся газов в атмосферу.
Система 450 ПВК содержит клапан 434 ПВК, расположенный в канале 436. Клапан 434 ПВК может содержать обычный клапан ПВК или двухтактный клапан ПВК. Далее, клапан ПВК может представлять собой однопутевой клапан, обеспечивающий однонаправленный поток картерных газов из картера 430 во впускной коллектор 408. Клапан 434 ПВК может быть соединен по текучей среде каналом 436 с картером 430 и соединен по текучей среде каналом 436 с впускным коллектором 408 двигателя. Расход картерных газов через клапан 434 ПВК может меняться с изменением условий работы двигателя, например, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, разряжения во впускном коллекторе и температуры картера. Температура картера может отслеживаться с помощью датчика 462 температуры, связанного с картером 430. Система 450 ПВК дополнительно содержит два маслоотделителя 432 и 452 для отделения паров масла от просочившихся газов. Маслоотделитель 432 отделяет большую часть масла от потока газа, когда картерный воздух поступает в двигатель через впускной коллектор. Маслоотделитель 452 отделяет большую часть масла от потока газа, когда картерный воздух поступает в двигатель через впускной патрубок 418 двигателя. Этот тракт может использоваться менее часто и может быть назван трактом застойного воздуха, так как в этих условиях намеренной подачи свежего воздуха не происходит.
В процессе холодного запуска двигателя картер 430 может быть нагрет втягиванием небольшой части более холодного свежего всасываемого воздуха (показан квадратной штриховкой) в канал 414 через отверстие 426, расположенное выше по потоку относительно дросселя 406. Этот более холодный всасываемый воздух может протечь по каналу 414 в промежуточное пространство 416, где он может быть нагрет поверхностями выпускного коллектора 440 с двойными стенками посредством передачи тепла от отработавших газов, как показано позицией 424. Нагретый картерный свежий воздух (показан перекрестной штриховкой) может затем течь в картер 430 через трубку 422 подачи всасываемого воздуха, причем трубка 422 подачи воздуха в картер связана по текучей среде с первым, расположенным выше по потоку маслоотделителем 452. В картере нагретый картерный свежий воздух может передать тепло картеру 430 и внутренним частям двигателя, ускорив прогрев двигателя.
Количество теплоты, переданной в картер, а тем самым и внутренним частям двигателя, может определяться разницей температур между картером и всасываемым воздухом (которая зависит от окружающей температуры), а также расходом вентиляции картера. Таким образом, скорость теплопередачи может быть выше при более низких окружающих температурах, например при холодном запуске двигателя. Например, при расходе вентиляции картера, равном 4 г/с и разнице температур 200°С, количество добавленной теплоты составит: 4 г/с × 200°С × 1 Дж/гК = 800 Вт. Так как это тепло непосредственно передают внутренним частям двигателя через картер, прогрев двигателя в процессе холодного запуска ускоряется. Как показывает график 802 на диаграмме 800 (на ФИГ. 8), с ростом расхода ПВК количество теплоты, переданной в картер и внутренним частям двигателя, может также соответственно возрастать.
Температура воздуха, поступающего в промежуточное пространство выпускного коллектора, ниже температуры воздуха, выходящего из промежуточного пространства выпускного коллектора, и, кроме того, температура картерных паров, втянутых из картера (то есть выходящих из картера), ниже температуры нагретого воздуха, поступающего в картер (то есть нагретого картерного свежего воздуха). Температура картерных паров, выходящих из картера, остается на уровне температуры большей части картера. Это ослабляет такие связанные с непреднамеренным нагревом воздуха впускного коллектора проблемы, как снижение максимальной мощности двигателя и ухудшение детонационного предела двигателя. В принципе, детонационный предел достигается в условиях высокой нагрузки, когда приток свежего воздуха ПВК прекращается вследствие приближения к нулю разряжения во впускном коллекторе. Таким образом, именно тогда, когда нагретый поток может потенциально оказать направленное негативное воздействие, этот нагретый поток прекращается.
Нагретый картерный свежий воздух направляют в картер, вследствие чего картерные пары вытягиваются из картера (при температуре картера). Картерные пары затем направляют во впускной коллектор 408 через клапан 434 ПВК. Второй маслоотделитель 432 может отделять масло от всасываемого воздуха и паров, выходящих из картера 430, перед тем как они вновь поступят во впускной коллектор 408. Расход свежего картерного воздуха и картерных паров через клапан 434 ПВК может регулироваться разряжением двигателя. К примеру, при повышенных частотах вращения и нагрузках двигателя, когда впускное разряжение повышено (то есть давление в коллекторе понижено), расход картерных паров в канал 414 и затем через клапан 434 ПВК может возрастать.
Далее, в примере по ФИГ. 4 свежий картерный воздух может течь только в одном направлении. В частности, однонаправленный поток может включать втекание воздуха из впускного патрубка 418 выше по потоку относительно дросселя 406 через канал 414, через промежуточное пространство 416, через трубку 422 подачи всасываемого воздуха и в картер 430, пройдя расположенный выше по потоку маслоотделитель 452. Однонаправленный поток может продолжиться из картера 430 через расположенный ниже по потоку маслоотделитель 432, через канал 436, через клапан 434 ПВК во впускной коллектор 408 ниже по потоку относительно впускного дросселя 406. Другими словами, всасываемый воздух не может течь из картера 430 по каналу 422 через промежуточное пространство 416 в канал 414, чтобы войти во впускной канал 418 выше по потоку относительно дросселя 406. В некоторых вариантах осуществления вследствие однонаправленного потока потребность в расположенном выше по потоку маслоотделителе 452 может быть снижена, что позволяет исключить маслоотделитель 452. Это само по себе дает преимущество уменьшения числа элементов.
Как было объяснено выше, всасываемый воздух, поступающий в двигатель без наддува по ФИГ. 4, может иметь окружающую температуру, которая при холодном запуске существенно ниже температуры отработавших газов. Таким образом, в двигателе без наддува всасываемый воздух, поступающий в промежуточное пространство 416, может быть холоднее и, следовательно, может быть нагрет до более высокой температуры передачей тепла от отработавших газов. Температура нагретого всасываемого воздуха (в данном описании также обозначаемого как свежий картерного воздух), в конце концов поступающего в картер 430 по каналу 422, может быть оценена датчиком 462 температуры, подсоединенным к картеру 430 вблизи входной стороны трубки 422 подачи воздуха в картер. Как показано на ФИГ. 4, датчик 462 температуры может быть подсоединен с той же стороны картера 430, что и трубка 422 подачи воздуха в картер. Канал 422 в одном из примеров может быть выполнен в виде трубки. В другом примере канал 422 может быть трубой. В альтернативных примерах датчик 462 температуры может быть включен в канал 422 или в канал 436. Однако датчик температуры не может подсоединяться внутри картера 430.
Как показано на ФИГ. 4, втягивание свежего воздуха в картер включает в себя втягивание свежего воздуха выше по потоку относительно впускного дросселя. Для сравнения, втягивание картерных паров во впускной коллектор включает в себя втягивание картерных паров ниже по потоку относительно впускного дросселя.
Обратимся теперь к ФИГ. 5 и 6, они дают примеры нагрева картера в системе двигателя, содержащего устройство наддува. Конкретно, при наличии наддува всасываемый воздух втягивают в картер из места ниже по потоку относительно компрессора и выше по потоку относительно впускного дросселя и направляют в картер для прогрева двигателя. Всасываемый воздух, втянутый ниже по потоку относительно компрессора, может быть нагрет в процессе сжатия в компрессоре. Вариант 500 осуществления по ФИГ. 5 показывает дальнейший нагрев сжатого нагнетаемого воздуха посредством прохода через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками перед подачей нагретого всасываемого воздуха в картер. Вариант 600 осуществления по ФИГ. 6 может не включать в себя дополнительный нагрев сжатого нагнетаемого воздуха перед направлением всасываемого нагнетаемого воздуха в картер. Элементы, ранее описанные на ФИГ. 4, отмечены на ФИГ. 5 и 6 теми же номерами и повторно не описываются.
В примере по ФИГ. 5 (вариант осуществления 500) большая часть свежего всасываемого воздуха, как правило, поступает во впускной канал 418 и течет через компрессор 502, где давление воздуха может быть повышено и где воздух может также быть нагрет в процессе сжатия. Затем этот всасываемый нагнетаемый воздух может протечь через охладитель 504 наддувочного воздуха перед регулировкой впускным дросселем 406 и втеканием во впускной коллектор 408.
Меньшая часть всасываемого воздуха может быть втянута в канал 514 из места ниже по потоку относительно компрессора 502 через первый патрубок 506. Отверстие (или вытяжной вентилятор) 508 может быть соединено с первым патрубком 506, чтобы регулировать поток всасываемого нагнетаемого воздуха, текущего из места высокого давления ниже по потоку относительно компрессора в канал 514. Таким образом, вытяжной вентилятор 508 может играть роль дозирующего отверстия. Далее, часть всасываемого воздуха может быть втянута в канал 520 при работе двигателя как с наддувом, так и без наддува. На выходе из канала 520 всасываемый воздух может быть смешан с картерными парами, выпущенными из картера, и подан во впускной коллектор ниже по потоку относительно впускного дросселя 406.
Всасываемый воздух, втянутый в канал 514 из места ниже по потоку относительно компрессора 502 при работе с наддувом, может быть компрессионно нагрет. Следовательно, всасываемый воздух, поступающий в канал 514 из места ниже по потоку относительно компрессора (см. теплый нагнетаемый воздух, показанный косой штриховкой), может быть теплее окружающего воздуха, а также теплее воздуха, поступающего в канал 514 из места выше по потоку относительно компрессора. Таким образом, всасываемый воздух, поступающий в канал 514 при работе двигателя без использования наддува, может быть холоднее, чем всасываемый воздух, втянутый при работе двигателя с использованием наддува.
Канал 514 может подавать теплый всасываемый нагнетаемый воздух в промежуточное пространство 416 выпускного коллектора 440 с двойными стенками, где теплый всасываемый воздух может быть дополнительно нагрет передачей тепла от отработавших газов. Нагретый всасываемый воздух (показан перекрестной штриховкой) может затем быть направлен в картер 430 через трубку 422 подачи всасываемого воздуха; этот воздух поступает в картер 430 со стороны 534. Тепло передается от поступающего в картер горячего свежего картерного воздуха непосредственно картеру и внутренним частям двигателя, ускоряя тем самым прогрев двигателя. После передачи тепла внутренним частям двигателя, свежий воздух картера может выйти из картера 430 через маслоотделитель 432. Картерные пары затем направляют через канал 436 и клапан 434 ПВК во впускной коллектор 408 в месте ниже по потоку относительно дросселя 406. Как и в примере по ФИГ. 4, всасываемый воздух после передачи своего тепла элементам в картере может выйти из картера 430 с более низкой температурой. Таким образом, температура картерного потока, выходящего из картера, может быть ниже температуры нагретого воздуха, поступающего в картер. Следует заметить, что картер в примере по ФИГ. 5 содержит один, расположенный ниже по потоку маслоотделитель 432. В этом случае однонаправленный поток всасываемого воздуха через картер позволяет использовать один маслоотделитель 432 (в отличие от примера по ФИГ. 6) с выходной стороны 536 картера 430. Всасываемый воздух может течь в одном направлении от места ниже по потоку относительно компрессора 502 по каналу 514 через промежуточное пространство 416 и через трубку 422 подачи всасываемого воздуха в картер 430. Далее, однонаправленный поток может включать всасываемый воздух, выходящий из картера 430 через маслоотделитель 432 с выходной стороны 536, текущий по каналу 436 через клапан 434 ПВК и поступающий во впускной коллектор 408 ниже по потоку относительно впускного дросселя. Таким образом, аналогично ФИГ. 4, всасываемый воздух не может выйти из картера 430 с входной стороны 534 и идти через трубку 422 подачи всасываемого воздуха и через промежуточное пространство 416 в канал 514. При наддуве свежий воздух проходит через картер 430 во впускной воздуховод двигателя. Когда же наддува нет, картерные пары проходят через картер во впускной коллектор. Таким образом, система по ФИГ. 5 создает однонаправленную принудительную вентиляцию картера в каждый момент, как при работе как с использованием наддува, так и без использования наддува.
Итак, в процессе холодного запуска двигателя нагретый свежий воздух втягивают в картер. Далее, свежий воздух втягивают в картер при работе как с использованием наддува, так и без использования наддува. Направляя всасываемый воздух в картер через промежуточное пространство, этот всасываемый воздух при его проходе можно нагреть теплопередачей через стенку выпускного коллектора. Направляя всасываемый нагнетаемый воздух в картер через промежуточное пространство, всасываемый воздух можно нагреть сжатием, а также теплопередачей через стенку выпускного коллектора.
Обратимся теперь к ФИГ. 6, на которой показан другой вариант 600 осуществления нагрева картера в системе двигателя с наддувом. Конкретно, картер нагревают горячим всасываемым нагнетаемым воздухом, втянутым из места ниже по потоку относительно компрессора, причем без дополнительного нагрева всасываемого нагнетаемого воздуха посредством прохождения через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками. Другими словами, горячий всасываемый нагнетаемый воздух, втянутый ниже по потоку относительно компрессора, течет непосредственно в картер.
В то время как большая часть всасываемого воздуха может в показанном примере течь через компрессор 502, через охладитель 504 наддувочного воздуха и через впускной дроссель 406 во впускной коллектор 408, меньшая часть всасываемого нагнетаемого воздуха может быть для нагрева картера 430 втянута из места ниже по потоку относительно компрессора. Эта меньшая часть всасываемого воздуха может войти в первый патрубок 606 через отверстие 625 из места ниже по потоку относительно компрессора 502 и выше по потоку относительно охладителя 504 наддувочного воздуха. Эта меньшая часть (показана косой штриховкой) всасываемого воздуха может находиться под давлением наддува и может также вследствие компрессионного нагрева иметь температуру выше окружающей температуры. Поэтому вытяжной вентилятор 608 может быть подсоединен к первому патрубку 606, чтобы обеспечить дозированный поток воздуха в патрубок 606 от источника повышенного давления. Первый патрубок 606 связан по текучей среде с каналом 436, который, в свою очередь, соединяет по текучей среде картер 430 через клапан 434 ПВК с выпускным коллектором 408 в месте ниже по потоку относительно впускного дросселя 406.
Всасываемый воздух, поступающий в первый патрубок 606, может дозироваться вытяжным вентилятором 608 и может течь через обратный клапан в канал 436. В соединении 642 всасываемый воздух может течь в канал 436 к картеру 430 через первый маслоотделитель 652. Горячий всасываемый воздух, поступающий в картер 430 через первый маслоотделитель 652, может переносить тепло в картер и к внутренним частям двигателя, ускоряя тем самым прогрев двигателя. Картерные пары, выпущенные благодаря втягиванию горячего всасываемого воздуха, могут затем быть направлены через второй маслоотделитель 632 в канал 622. Отсюда картерные пары могут быть поданы через патрубок 614 во впускной патрубок 418 в месте 620 выше по потоку относительно компрессора. Картерные пары могут быть направлены на вход компрессора после прохода через промежуточное пространство 416 в выпускном коллекторе 440 с двойными стенками. Картерные пары, поданные на вход компрессора, могут иметь более низкую температуру, чем воздух, поступающий в картер. В частности, на выходе из картера воздух имеет температуру картера, которая очень близка к температуре масла. Причина этого в небольшом расходе (4 литра/сек) картерных паров, выходящих в значительный объем (20 литров) впускного патрубка; и таким образом, время пребывания газа значительно, кроме того, газ проходит лабиринтный тракт.
При работе без использования наддува свежий картерный воздух может быть втянут из места выше по потоку относительно дросселя 406 и выше по потоку относительно компрессора 502 через патрубок 614. В этом случае всасываемый воздух втягивают с использованием разряжения впускного коллектора в промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками, и нагретый всасываемый воздух затем подают в картер. Картерные пары, имеющие температуру большей части картера, затем подают во впуск двигателя ниже по потоку относительно впускного дросселя 406 через канал 436 и клапан 434 ПВК. Таким образом, в варианте осуществления по ФИГ. 6 возможен двунаправленный поток воздуха между впускным коллектором и картером. Маслоотделители 652 и 632, расположенные по разные стороны картера 430, обеспечивают отделение масла из картерных паров при их течении в любом из двух возможных направлений.
Таким образом, картер вместе с элементами двигателя может быть нагрет в процессе холодного запуска двигателя. В примере двигателя без наддува всасываемый воздух может быть втянут из места выше по потоку относительно впускного дросселя, и нагретый воздух может быть подан в картер посредством прохождения через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками. В примере двигателя с наддувом всасываемый воздух может быть втянут из места выше по потоку относительно впускного дросселя и ниже по потоку относительно компрессора. После втягивания всасываемого воздуха из места ниже по потоку относительно компрессора всасываемый воздух, нагретый сжатием и, опционально, дополнительно нагретый посредством прохождения через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками, используется для передачи тепла элементам картера. С помощью прогрева картера и передачи тепла непосредственно внутренним частям двигателя, требующим прогрева в процессе холодного запуска, прогрев двигателя может быть ускорен.
Нагрев картерного воздуха передачей тепла от нагретого всасываемого воздуха может не приводить к соответственному возрастанию температуры картерных паров, поступающих во впускной коллектор. Таким образом, температура картерных паров может остаться равной температуре большей части картера, что снижает вероятность непреднамеренного нагрева впускного коллектора. Соответственно, можно избежать таких эффектов, как, например, снижение мощности двигателя и негативное влияние на детонационный предел.
Как было отмечено выше, датчик 462 температуры, связанный с картером 430, может быть выполнен для измерения температуры воздуха, поступающего в картер. Этот датчик может позволить контроллеру подтвердить получение нагретого всасываемого воздуха. По мере возрастания количества нагретого всасываемого воздуха, поступившего в картер, оцениваемая датчиком температуры температура воздуха, поступающего в картер, может повышаться. Кроме того, всасываемый воздух, поступающий через трубку 422, нагревается, проходя через промежуточное пространство, поэтому с ростом температуры отработавших газов температура всасываемого воздуха, поступающего через трубку 422 подачи всасываемого воздуха, также возрастает. Контроллер двигателя может, таким образом, предсказать ожидаемую температуру картера (или заменяющую ее температуру моторного масла), исходя из температуры отработавших газов и также исходя из расхода картера. В этом случае, как представлено на ФИГ. 9, контроллер двигателя может указать на смещение трубки 422, исходя из отклонения оценки температуры картера от ожидаемой температуры картера. К примеру, может быть указано смещение трубки, исходя из того, что температура воздуха, поступающего в картер (оцененная датчиком температуры 462), ниже, чем ожидаемая температура картера (оцененная, исходя из температуры отработавших газов). При обнаружении смещения трубки, вентиляцию картерных паров в атмосферу уменьшают, снижая выбросы двигателя. Пример обнаружения смещения трубки раскрыт со ссылкой на ФИГ. 10.
Как показано также на ФИГ. 7, исходя из содержания углеводородов в картерных парах, могут выполняться регулировки потоков топлива и/или воздуха для сохранения воздушно-топливного отношения смеси цилиндра. К примеру, положение впускного дросселя может регулироваться исходя из количества картерных паров, втянутых во впускной коллектор, причем открытие впускного дросселя уменьшают, когда поток картерных паров во впускной коллектор возрастает. Это позволяет сохранять воздушно-топливное отношение, к примеру стехиометрическим, даже когда картер вентилируется.
Обратимся теперь к ФИГ. 7, на ней показан пример программы 700 нагрева картера и внутренних частей двигателя, при сохранении воздушно-топливного отношения двигателя. Конкретно, программа позволяет применить нагрев воздуха, втянутого в картер, посредством прохождения через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками. Картер и внутренние части двигателя могут быть прогреты потоком нагретого всасываемого воздуха. Затем картерные пары, втянутые с использованием нагретого воздуха, направляют во впускной коллектор. Далее, для сохранения воздушно-топливного отношения, положение впускного дросселя может регулироваться, исходя из оценки расхода картерных паров через клапан ПВК во впускной коллектор.
На шаге 702 могут быть оценены и/или замерены условия работы двигателя. Так, могут быть оценены, например, следующие условия: требуемый водителем крутящий момент, положение педали, частота вращения двигателя, ДВК, МРВ, ДН, степень наддува и т.д. На шаге 704 свежий всасываемый воздух может быть втянут из места выше по потоку относительно впускного дросселя в картер посредством прохода через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками. При проходе через промежуточное пространство всасываемый воздух может быть нагрет передачей тепла от выпускного коллектора, нагретого потоком горячих отработавших газов. В одном из примеров, в частности в примере системы безнаддувного двигателя на ФИГ. 4, втягивание всасываемого воздуха выше по потоку относительно впускного дросселя включает втягивание свежего всасываемого воздуха в картер при окружающих условиях (температуре и давлении). В другом примере втягивание всасываемого воздуха из места выше по потоку относительно впускного дросселя включает втягивание нагнетаемого воздуха в картер из места выше по потоку относительно дросселя и ниже по потоку относительно компрессора, при этом всасываемый нагнетаемый воздух нагревается при сжатии в компрессоре. К примеру, как показано со ссылкой на систему двигателя с наддувом по ФИГ. 5, втягивание воздуха включает втягивание нагнетаемого нагретого всасываемого воздуха из места ниже по потоку относительно компрессора вытяжным вентилятором через обратный клапан, с дальнейшим нагревом в промежуточном пространстве двойных стенок выпускной системы.
В еще одном примере втягивание всасываемого воздуха включает втягивание горячего всасываемого нагнетаемого воздуха непосредственно в картер, без прохода через промежуточное пространство выпускного коллектора. Как показано со ссылкой на систему двигателя по ФИГ. 6, это может включать непосредственное втягивание горячего сжатого воздух в картер из места ниже по потоку относительно компрессора вытяжным вентилятором через обратный клапан.
Далее, на шаге 706, нагретый всасываемый воздух может течь в картер, передавая тепло внутренним частям двигателя. Таким образом, прогрев двигателя ускоряется, особенно при холодном запуске двигателя. В примерах двигателя без наддува по ФИГ. 4 и двигателя с наддувом по ФИГ. 5 нагретый всасываемый воздух может войти в картер через трубку 422 подачи всасываемого воздуха. В примере двигателя с наддувом по ФИГ. 6 горячий сжатый воздух может войти в картер по каналу 436. В зависимости от степени наддува, всасываемый воздух, поступающий в картер в примере по ФИГ. 6, может быть холоднее нагретого всасываемого воздуха, поступающего в картер через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками в примерах по ФИГ. 4 и 5.
На шаге 708 картерные пары могут быть втянуты из картера во впускной коллектор. Картерные пары, имеющие температуру картера, могут втечь через клапан ПВК во впускной коллектор ниже по потоку относительно впускного дросселя. Как было отмечено выше со ссылкой на ФИГ. 4-6, температура картерных паров, втянутых из картера, может быть ниже температуры нагретого всасываемого воздуха. К примеру, картерные пары могут сохранять температуру основной части картера. Картерные пары могут втягиваться во впускной коллектор, в зависимости от условий работы двигателя, например, в частности, от степени разряжения впускного коллектора при работе без наддува и в зависимости от степени наддува при работе с наддувом.
На шаге 710, исходя из картерного потока, могут регулироваться один или несколько исполнительных механизмов двигателя для сохранения воздушно-топливного отношения стехиометрическим или близким к стехиометрическому, даже когда картер вентилируют в выпускной коллектор. К примеру, положение впускного дросселя могут регулировать для компенсации потока ПВК. Расход ПВК могут устанавливать, исходя из частоты вращения и нагрузки двигателя. К примеру, при увеличении потока картерных паров во впускной коллектор, открытие впускного дросселя может быть уменьшено. Таким образом, в одном из примеров, когда температура моторного масла повышена, содержание углеводородов в потоке ПВК может быть выше, и топливные форсунки в условиях более высоких температур могут впрыскивать меньше топлива, в более холодных условиях. В другом примере, в процессе холодного запуска двигателя, когда температура моторного масла понижена, содержание углеводородов в потоке ПВК может быть ниже, и топливные форсунки в условиях пониженных температур могут впрыскивать больше топлива, чем при более высоких температурах.
На шаге 712 впрыск топлива и/или момент зажигания могут регулировать исходя из потока ПВК и положения дросселя, чтобы обеспечить регулирование скорости двигателя. К примеру, впрыск топлива может быть снижен при возрастании температуры отработавших газов и возрастании содержания углеводородов в потоке ПВК. Момент зажигания могут также регулировать исходя из потока ПВК и положения дросселя.
Обратимся теперь к ФИГ. 9, на ней представлен пример программы 900 для диагностирования смещения трубки подачи нагретого всасываемого воздуха в картер. Обнаружение смещения подающего трубки производят исходя из того, что температура нагретого воздуха ниже пороговой (или ожидаемой) температуры. В принципе, смещение трубки может явиться причиной выпуска картерных паров в атмосферу, что приведет к возрастанию выбросов. Поэтому положение трубки подачи всасываемого воздуха могут регулярно отслеживать.
На шаге 902 может быть оценена температура картера. В одном из примеров температура картера может быть замерена около входа картера, где поступает нагретый картерный свежий воздух, текущий в однонаправленном картерном потоке. Если определено, что воздух, поступающий в картер, не нагрет отработавшими газами или компрессором, то можно заключить, что трубка подачи воздуха в картер может быть смещена. Температура картера может быть оценена датчиком температуры, связанным с картером, например датчиком температуры 462 по ФИГ. 4-6. Датчик температуры может быть подсоединен к картеру около трубки подачи воздуха в картер. В другом примере датчик температуры может быть расположен у входа картера и со стороны картра любого возможного смещения трубки. На шаге 904 ожидаемая температура картера может быть определена, исходя, по меньшей мере, из температуры выпуска. К примеру, по мере того как температура отработавших газов возрастает и больше теплоты передается от выпускного коллектора всасываемому воздуху, текущему через промежуточное пространство выпускного коллектора, можно ожидать пропорционального возрастания температуры картера. Если датчик температуры начинает показывать, что свежий картерный воздух не нагрет отработавшими газами или компрессором, то может быть сделан вывод о возникновении каких-то неполадок и о вероятном смещении трубки подачи воздуха в картер.
На шаге 906 ожидаемую температуру картера сравнивают с оценкой температуры картера, чтобы установить, не упало ли оцениваемое значение ниже ожидаемой величины. В одном из примеров это может быть установлено, если оцениваемая температура картера ниже ожидаемой температуры картера на величину, превышающую некоторое пороговое значение. В одном из примеров время прогрева картера двигателя может отслеживаться и использоваться для диагностирования смещения трубки. В другом примере смещение трубки может быть установлено исходя из поступления или непоступления в картер горячего воздуха.
Если оцениваемая температура картера не ниже, чем ожидаемая температура, на шаге 910 может быть определено, что трубка подачи воздуха в картер не смещена. То есть можно ожидать, что трубка подачи воздуха в картер газодинамически подсоединена к маслоотделителю у входа картера. В противном случае, если оцениваемая температура картера ниже ожидаемой температуры картера на величину, превышающую пороговое значение, то на шаге 908 может быть указано, что трубка подачи воздуха в картер, подающая всасываемый воздух в картер, смещена. Дополнительно может быть установлен диагностический код указания смещения, и может быть включена сигнальная сампочка неисправности (СЛН). Кроме того, в ответ на указание смещения трубки подачи воздуха в картер может быть снижено давление наддува двигателя. В частности, контроллер может предпринять разнообразные действия, чтобы ограничить ущерб от определенных разъединений трубки. К примеру, если в системе, показанной на ФИГ. 5, трубка будет разъединена у маслоотделителя 432, то предотвращением перевода двигателя в режим наддува будет предотвращен значительный выброс картерных газов в атмосферу. Таким образом, путем сравнения температуры всасываемого воздуха, поступающего в картер через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками, с ожидаемой температурой картера, может быть обнаружено смещение трубка подачи всасываемого воздуха.
Пример обнаружения смещения трубки будет теперь описан со ссылкой на ФИГ. 10. Конкретно, графики 1000 представляют: график 1002 температуры отработавших газов, график 1004 ожидаемой температуры картера и график 1006 оцениваемой температуры картера.
В момент t1 могут существовать условия холодного запуска двигателя. В процессе холодного запуска двигателя температура отработавших газов может быть низкой и температура двигателя может быть низкой. Чтобы при таких условиях ускорить нагрев двигателя, всасываемый воздух подают в картер двигателя после прохода через промежуточное пространство выпускного коллектора с двойными стенками. Картерные пары затем вентилируют во впускной коллектор через клапан ПВК. Таким образом, с ростом температуры отработавших газов в процессе горения в цилиндре в ходе повторного запуска, температура выпускного коллектора может расти, позволяя передавать больше теплоты всасываемому воздуху, проходящему через промежуточное пространство выпускного коллектора. Нагретый всасываемый воздух затем подают в картер, обеспечивая непосредственную теплопередачу картеру и внутренним частям двигателя. Таким образом, с ростом температуры отработавших газов, когда всасываемый воздух подают в картер через промежуточное пространство выпускного коллектора, температура картера ожидаемо должна возрастать. В показанном примере ожидаемая температура картера возрастает с ростом температуры отработавших газов, после того как температура отработавших газов превысит пороговую.
В процессе течения всасываемого воздуха и вентилирования ПВК, оценивают фактическую температуру картера и сравнивают ее с ожидаемой температурой. Температура картера может быть оценена датчиком температуры, связанным с входом картера. В принципе, пока картер принимает нагретый всасываемый воздух, оцениваемая температура может оставаться на уровне или ниже порогового значения ожидаемой температуры. В момент t1 наблюдается внезапное падение оцениваемой температуры. В частности, оцениваемая температура отклоняется (уходит вниз) от ожидаемой температуры на величину, превышающую пороговое значение. Учитывая это отклонение в момент t1, может быть сделан вывод о том, что внезапное охлаждение картера связано с возникшим смещением от входа картера трубки всасываемого воздуха, подающего нагретый всасываемый воздух через промежуточное пространство выпускного коллектора. В принципе, при смещении трубки картерные пары могут быть выпущены в атмосферу, усугубив выбросы двигателя. Поэтому при обнаружении смещения водителю транспортного средства в момент t1 подается сигнал о смещении трубки. Благодаря этому смещение трубки от картера быстро обнаруживается в процессе вентиляции ПВК и может быть немедленно устранено.
В одном из примеров система двигателя содержит впускной коллектор двигателя; впускной дроссель; картер; датчик температуры, связанный с картером для оценки температуры воздуха, поступающего на вход картера; устройство наддува и выпускную систему с двойными наружными стенками, ограничивающими промежуточное пространство. Система двигателя также содержит первый канал, выполненный так, чтобы втягивать воздух из впускного коллектора ниже по потоку относительно устройства наддува и выше по потоку относительно впускного дросселя и подавать воздух, после его прохода через промежуточное пространство, в картер; второй канал, выполненный так, чтобы подавать картерные пары из картера во впускной коллектор ниже по потоку относительно впускного дросселя, и контроллер, содержащий машиночитаемые команды, записанные в нестираемой памяти. Эти команды могут позволить системе двигателя втягивать всасываемый воздух в промежуточное пространство выше по потоку относительно впускного дросселя через первый канал; нагревать втянутый всасываемый воздух при его проходе через промежуточное пространство; направлять нагретый воздух в картер через первый канал и направлять картерные пары, втянутые из картера с использованием нагретого воздуха, во впускной коллектор ниже по потоку относительно дросселя через второй канал. Контроллер может содержать дополнительные команды для индикации смещения первого канала на основании того, что температура воздуха, поступающего на вход картера, ниже пороговой. Далее, контроллер может регулировать положение впускного дросселя, исходя из количества и воздушно-топливного отношения картерных паров, поступивших через второй канал, причем воздушно-топливное отношение оценивают исходя из температуры отработавших газов. В некоторых системах двигателя первый канал может также содержать обратный клапан, создающий однонаправленный поток воздуха в промежуточное пространство при работе с наддувом или без наддува.
Таким образом, прогрев двигателя может быть ускорен подачей в картер нагретого всасываемого воздуха. В то же время картерные пары при температуре картера могут быть направлены во впускной коллектор без нагрева впускного коллектора. Поэтому возникновение таких проблем, как, например, снижение мощности двигателя и снижение детонационных пределов, можно предотвратить. Посредством ускорения прогрева двигателя может быть достигнуто преимущество экономии топлива и может быть снижен износ двигателя. Далее, могут быть сокращены выбросы отработавших газов и повышены характеристики двигателя. Потоком нагретого всасываемого воздуха в картер может также быть снижено обледенение арматуры ПВК, что позволит повысить характеристики системы ПВК.
Заметим, что приведенные для примера стандартные программы управления и оценки, содержащиеся в настоящем изобретении, могут быть применены в различных двигателях и/или вариантах систем транспортных средств. Конкретные стандартные программы, раскрытые в настоящем изобретении, могут представлять собой одну или несколько из любого количества методик обработки, например, управляемую событием, управляемую прерыванием, многозадачную, многопоточную и т.д. По существу, различные проиллюстрированные действия, операции и/или функции могут выполняться в приведенной последовательности, параллельно - или, в некоторых случаях, опускаться. Аналогично, порядок обработки не обязательно должен обеспечивать особенности и преимущества приведенных для примера вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании, но дан для ясности иллюстрации и описания. Одно или несколько из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться повторно, в зависимости от конкретной используемой методики. Далее, раскрытые действия могут графически представлять собой код, записанный в нестираемой памяти на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в настоящем описании, имеют характер примеров и что эти конкретные варианты осуществления не должны толковаться в ограничивающем смысле, так как возможны многочисленные вариации. Так, например, вышеуказанная технология может быть применена к V-образным шестицилиндровым двигателям, I-образным четырехцилиндровым, I-образным шестицилиндровым, V-образным двенадцатицилиндровым, четырехцилиндровым оппозитным и другим типам двигателей. Объект настоящего изобретения включает все новые и неочевидные комбинации и частичные комбинации различных систем и исполнений, а также другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
В нижеследующей формуле изобретения конкретно указаны определенные комбинации и частичные комбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Пункты формулы изобретения могут содержать указания на "некоторый" элемент, или "некоторый первый" элемент, или эквивалентные обозначения. Такие пункты формулы изобретения следует понимать как охватывающие осуществление одного или нескольких упомянутых элементов, не требуя и не исключая наличия двух или большего числа таких элементов. Другие комбинации и частичные комбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены путем изменения представленной формулы изобретения или путем представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такие формулы изобретения, будь то расширенные, суженные, идентичные или отличные по объему от первоначальной формулы изобретения, также рассматриваются как содержащиеся в объекте настоящего изобретения.