ДВИГАТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ
VARIABLE COMPRESSION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для двигателя с изменяемой степенью сжатия.
Уровень техники и раскрытие сущности изобретения
Двигатель, работающий в условиях изменяющейся нагрузки и частоты вращения, может быть улучшен за счет использования изменяемой степени сжатия двигателя. Например, во время низких нагрузок двигателя, степень сжатия двигателя может быть увеличена для увеличения мощности двигателя. Во время высоких нагрузок двигателя степень сжатия может быть уменьшена до пороговых уровней, которые минимизируют возникновение детонации двигателя вследствие высокой температуры и давления в камерах сгорания двигателя. Таким образом, степень сжатия двигателя можно регулировать, то есть, изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя и других факторов. За счет изменения степени сжатия в зависимости от условий работы двигателя можно улучшить общую производительность и эффективность двигателя.
Были предложены многочисленные подходы для регулирования степени сжатия, предусматривающие изменения геометрии камеры сгорания двигателя и изменения других вспомогательных компонентов двигателя. Один пример подхода предложен Ма в заявке на патент США 5101776. В этом случае двигатель с изменяемой степенью сжатия содержит камеру сгорания, соединенную со вспомогательной камерой посредством проходного канала, содержащего тарельчатый клапан. Для достижения низких степеней сжатия двигателя тарельчатый клапан может быть открыт для прохождения потока газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания во вспомогательную камеру. В качестве альтернативы высокие степени сжатия в двигателе могут быть реализованы посредством закрытия тарельчатого клапана для изоляции вспомогательной камеры от основной камеры сгорания.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в такой системе. Например, энергия, содержащаяся в газообразных продуктах сгорания, которые отводят из основной камеры сгорания во вспомогательную камеру, не может быть соответствующим образом восстановлена во время работы двигателя. Кроме того, в вышеупомянутой конструкции двигателя с изменяемой степенью сжатия требуется существенная модификация геометрии камеры сгорания, что может привести к дополнительному усложнению производства и повысить сложность такого узла.
В одном примере раскрытые выше проблемы могут быть решены при использовании системы двигателя, которая может содержать: изменение степени сжатия цилиндра посредством выборочного выпуска газообразных продуктов сгорания из цилиндра в коллектор через стравливающий клапан на головке цилиндра; и преобразование выпущенных газообразных продуктов сгорания в пригодную для использования электроэнергию в турбогенераторе, присоединенном ниже по потоку от стравливающего клапана. Коллектор может быть выполнен с внутренним каналом, позволяющим отвести газообразные продукты сгорания из цилиндра в турбогенератор, когда стравливающий клапан и запорный клапан переведены в открытое положение.
За счет регулирования потока газообразных продуктов сгорания из цилиндра в коллектор можно изменять степень сжатия двигателя в зависимости от условий работы двигателя при производстве электрической энергии с использованием газообразных продуктов сгорания, отведенных из одного или нескольких цилиндров. Таким образом, степень сжатия двигателя можно изменять, не изменяя геометрию ни одного из цилиндров, но обеспечивая при этом улучшенные характеристики двигателя в широком диапазоне частот вращения и нагрузок двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема примера системы двигателя.
На фиг. 2 показана схема системы двигателя, содержащей головку цилиндра, смонтированную на блоке цилиндров.
На фиг. 3 показана схема системы коллектора, присоединенной к головке цилиндра и позволяющей отводить газообразные продукты сгорания из одного или нескольких цилиндров к турбогенератору.
На фиг. 4 показан фронтальный разрез системы коллектора, присоединенной к головке цилиндра и позволяющей отводить газообразные продукты сгорания от одной или нескольких камер сгорания к турбогенератору.
На фиг. 5 показан поперечный разрез системы коллектора, присоединенной к головке цилиндра.
На фиг. 6 показан способ регулирования степени сжатия в двигателе для выработки требуемого крутящего момента двигателя.
На фиг. 7 показана графическая иллюстрация степени сжатия и крутящего момента двигателя в зависимости от изменения положения регулировочного клапана, положения дросселя и от момента зажигания.
Фиг. 3-5 выполнены с приблизительным сохранением пропорций, но в случае необходимости могут использоваться и другие относительные размеры.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для двигателя с изменяемой степенью сжатия. На фиг. 1 показана система двигателя, имеющая регулировочный клапан, который могут регулировать для изменения степени сжатия двигателя посредством отведения газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания в систему коллектора, соединенную с турбогенератором. Регулировочный клапан могут регулировать в зависимости от условий работы двигателя посредством контроллера двигателя для изменения степени сжатия двигателя. Цилиндр может быть смонтирован на блоке цилиндров, соединенном с головкой цилиндра, как показано на фиг. 2. Воздух, поступающий в камеру сгорания, может быть смешан с впрыснутым топливом, что позволяет образовать воздушно-топливную смесь, которая может быть воспламенена для выработки мощности двигателя. Система коллектора, соединенная с головкой цилиндра, может содержать коллектор, выполненный с внутренним каналом, позволяющим направить газообразные продукты сгорания, отведенные из камеры сгорания, в турбогенератор, как показано на фиг. 3-5. Выполненный с возможностью сервисного обслуживания запорный клапан и/или фильтр твердых частиц, соединенный с коллектором, обеспечивает чистоту внутри системы и предотвращает противоток газообразных продуктов сгорания или любое нежелательное обратное движение в область, расположенную выше по потоку. Кроме того, газовый датчик, соединенный с коллектором в области ниже по потоку от запорного клапана, предназначен для обнаружения присутствия несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания для сжигания до поступления этих продуктов в турбогенератор. Если в газообразных продуктах сгорания в коллекторе обнаружено несгоревшее топливо, то могут использовать контроллер двигателя для управления работой воспламенителя, соединенного с коллектором, что позволяет воспламенить несгоревшее топливо перед поступлением газообразных продуктов сгорания в турбогенератор. После входа в турбогенератор газообразные продукты сгорания могут поворачивать колесо турбины, что обеспечивает выработку электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии в двигателе. Любые отработавшие газы, созданные в системе коллектора, могут быть направлены в систему рециркуляции отработавших газов, в которой отработавшие газы могут быть перенаправлены в воздушный впускной коллектор.
Пример способа регулирования степени сжатия в двигателе, имеющем регулировочный клапан, соединенный с камерой сгорания и коллектором, соединенным с турбогенератором, показан на фиг. 6. Степень сжатия можно изменять посредством регулирования момента срабатывания регулировочного клапана, положения дросселя и момента зажигания. Когда клапан переводят в открытое положение, часть газообразных продуктов сгорания в камере сгорания может быть отведена в коллектор для уменьшения степени сжатия двигателя. Отведенные газообразные продукты сгорания в коллекторе могут затем проходить к турбогенератору, что позволяет вырабатывать электроэнергию. В качестве альтернативы степень сжатия можно изменять посредством регулирования положения дросселя и/или момента зажигания как раскрыто на фиг. 6. Момент срабатывания регулировочного клапана, положение дросселя и/или момент зажигания могут регулировать для обеспечения степени сжатия и выработки крутящего момента двигателя, как проиллюстрировано графическим примером на фиг. 7. Степень сжатия двигателя могут изменять посредством регулирования момента срабатывания регулировочного клапана, и/или положения дросселя, и/или момента зажигания, что позволяет сохранять значение крутящего момента двигателя близким к требуемому значению крутящего момента двигателя. Газообразные продукты сгорания, отводимые из камеры сгорания, когда регулировочный клапан и запорный клапан переведены в открытое положение, могут быть перенаправлены в турбогенератор, что позволяет вырабатывать электроэнергию для управления компонентами двигателя и другими системами транспортного средства. Таким образом, степень сжатия двигателя могут изменять для улучшения характеристик двигателя, с одновременной выработкой электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии в двигателе.
На фиг. 1 показано, что впускной канал 42 может содержать дроссель 62, содержащий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере контроллер 12 может изменять положение дроссельной заслонки 64 посредством сигнала, направляемого на электромотор или на исполнительный механизм, входящий в состав дросселя 62, причем эта конфигурация обычно упоминается как электронное управление дросселем (ЭУД). Таким образом, дросселем 62 могут управлять для изменения количества впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть поданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя ПД. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для направления соответствующих сигналов МРВ и АДК в контроллер 12.
В камеру 30 сгорания могут подавать топливо через топливный инжектор 66, снабжаемый топливом из топливной системы 115. Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для воздушно-топливной смеси в камере 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания, в ответ на сигнал опережения зажигания 03 от контроллера 12 для выбранного рабочего режима. Хотя в данном случае показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 100 могут работать в режиме компрессионного зажигания, с использованием искры зажигания или без нее. После воспламенения воздушно-топливная смесь в камере 30 сгорания может сгореть с образованием газообразных продуктов сгорания, который обеспечивает энергию, необходимую для движения поршня.
Система 150 коллектора может быть использована для изменения степени сжатия двигателя 100. Система 150 коллектора может содержать регулировочный клапан 152, коллектор 154, запорный клапан 156, газовый датчик 158 продуктов сгорания и воспламенитель 160. Когда регулировочный клапан 152 переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания, находящиеся в камере 30 сгорания, могут быть отведены в коллектор 154 для изменения степени сжатия цилиндра. Моменты срабатывания и продолжительность открытия и закрытия регулировочного клапана 152 могут регулировать в зависимости от условий работы двигателя, например в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. Когда отмеренное количество газообразных продуктов сгорания проходит через секцию коллектора 154 после запорного клапана 156, газовый датчик 158 может обнаружить любое несгоревшее топливо в газообразных продуктах сгорания до поступления их в турбогенератор 162. Если несгоревшее топливо обнаружено в газообразных продуктах сгорания, то могут включить воспламенитель 160 посредством контроллера 12 для воспламенения несгоревшего топлива, прежде чем газообразные продукты сгорания попадут к турбогенератору 162. Воспламенитель 160 могут выключить, когда все несгоревшее топливо в газообразных продуктах сгорания будет перемещено в область ниже по потоку, в турбогенератор 162, и эти газы пройдут запорный клапан 156, расположенный выше по потоку от турбогенератора, что предотвращает любое возвращение или противоток газа назад, в область выше по потоку от камеры сгорания, что позволяет приложить всю первичную и/или вторичную энергию, полученную от процесса сжигания, к колесу турбины, расположенному внутри турбогенератора 162. После входа в турбогенератор 162 газообразные продукты сгорания заставляют колесо турбины вырабатывать электроэнергию, которая может быть направлена к центрам расхода энергии или для хранения в аккумулятор, для использования по требованию, как показано стрелкой 164. Заряд аккумулятора может использоваться для управления транспортным средством или для управления компрессором механического нагнетателя, соединенного с двигателем на транспортном средстве. Любые остаточные отработавшие газы в турбогенераторе 162 перенаправляют в систему РОГ через выпускной канал 166. Как показано на фиг. 3-5, контроллер 12 может использоваться для регулирования положения регулировочного клапана 152 и запорного клапана 156 посредством направления сигналов 168 и 170 соответственно к каждому клапану. Контроллер 12 может также использоваться для управления воспламенителем 160. Например, контроллер 12 может направить сигнал 174 для включения воспламенителя после получения сигнала 172 от газового датчика 158, указывающего на присутствие несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания в коллекторе 154. Производительностью турбогенератора 162 могут управлять посредством контроллера 12 в зависимости от условий работы двигателя. Например, турбогенератор 162 может получить сигнал 176 от контроллера 12, когда количество газообразных продуктов сгорания, подаваемых в турбогенератор, изменяется в результате изменения частоты вращения и нагрузки двигателя.
Датчик 124 давления может быть соединен с выпускным каналом 48 ниже по потоку от выпускного клапана 54 и выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 124 давления располагают преимущественно вблизи выпускного клапана 54 для измерения давления в выпускном коллекторе (ДВК). В одном варианте осуществления датчик давления может представлять собой измерительный преобразователь давления. Контроллер двигателя может вычислить нестабильность крутящего момента цилиндра на основе взвешенного выходного сигнала датчика давления.
x
x
Показано, что устройство 70 снижения токсичности отработавших газов расположено в выпускном канале 48 ниже по потоку от датчика 124 давления. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), выполненный с возможностью уменьшения количества оксидов азота (NO) и окисления монооксида углерода и не сожженных углеводородов. В некоторых вариантах осуществления устройство 70 может представлять собой ловушку NO, какое-либо другое устройство снижения токсичности отработавших газов или комбинацию этих устройств.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть выполнена с возможностью направления требуемой части отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Контроллер 12 может изменять количество газов РОГ, подаваемых во впускной канал 42, посредством клапана 142 РОГ. Кроме того, внутри канала РОГ может быть расположен датчик 144 РОГ, который может обеспечить информацию по одному или нескольким параметрам из следующих: давление, температура и концентрация отработавших газов. При некоторых условиях система РОГ может использоваться для регулирования температуры воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и калибровочных значений, показанный в данном конкретном примере в виде микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы отдатчиков, присоединенных к двигателю 100, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: данные измерения поступающего массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; значение давления в выпускном коллекторе (ДВК) от датчика 124 давления; значение температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, присоединенного к охлаждающей рубашке 114; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или от датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; крутящий момент цилиндра от датчика крутящего момента коленчатого вала, соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 по сигналу ПЗ. Контроллер 12 может также использовать различные исполнительные механизмы, показанные на фиг.1, для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.
Носитель информации в виде постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирован посредством машиночитаемых данных, представляющих собой долговременно хранящиеся инструкции, выполняемые микропроцессорным устройством 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, подразумеваемых, но не перечисленных явным образом.
Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных и выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
На фиг. 2 показана схема двигателя 200 (например, двигателя 100, показанного на фиг. 1) используемого для обеспечения движущей силы в транспортном средстве. В изображенном примере двигатель 200 содержит головку цилиндра 202, присоединенную к блоку цилиндров 204, формирующему камеру 206 сгорания. Двигатель 200 выполнен с возможностью осуществления процесса сгорания в камере 206 сгорания. Впускной клапан 208 установлен в двигателе 200 для подачи впускного воздуха в цилиндр 206 в течение выбранных интервалов времени. Соответственно, выпускной клапан 210 установлен в двигателе 200 для направления отработавших газов из камеры 206 сгорания в расположенную ниже по потоку выпускную систему в течение выбранных интервалов времени. Несмотря на то, что двигатель 200 изображен как имеющий только один цилиндр, в других примерах двигатель 200 может содержать больше одного цилиндра.
Стрелка 212 иллюстрирует поток впускного воздуха от компонентов впускной системы выше по потоку, например из впускных трубопроводов, впускного коллектора, дросселя, компрессора и т.д. к впускному клапану 208. С другой стороны, стрелка 214 иллюстрирует поток отработавших газов к расположенным ниже по потоку компонентам, например к выпускным трубопроводам, к выпускному коллектору, устройству снижения токсичности отработавших газов (или к нескольким таким устройствам), турбине и т.д. от выпускного клапана 210.
В двигателе 200 также присутствует система 216 подачи топлива. Система 216 подачи топлива выполнена с возможностью направления топлива для сгорания в цилиндр 206 в течение требуемых интервалов времени. Система 216 подачи топлива содержит инжектор 218 непосредственного впрыска, в конкретном проиллюстрированном примере, и расположенные выше по потоку от него компоненты 220. Расположенные выше по потоку компоненты 220, например топливные насосы, клапаны, трубопроводы и т.д., выполнены с возможностью подачи топлива в топливный инжектор 218. Однако, дополнительно или в качестве альтернативы в состав системы 216 подачи топлива может входить инжектор впрыска во впускные каналы, выполненный с возможностью подачи топлива в канал, расположенный выше по потоку от цилиндра. Двигатель 200 выполнен с возможностью осуществления четырехтактного цикла сгорания в двигателе. Такты процесса сгорания содержат такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска, раскрытые в настоящем документе более подробно. Устройство зажигания (не показанное на схеме) также может присутствовать в двигателе 200. Устройство зажигания может быть выполнено с возможностью обеспечения искры в цилиндре 206 в течение выбранных интервалов времени. Однако в других примерах устройство зажигания может отсутствовать в двигателе, и двигатель может быть выполнен с возможностью осуществления компрессионного зажигания или может представлять собой двухтактный двигатель.
Система 222 коллектора (например, система 150 коллектора, показанная на фиг. 1) может быть выполнена с возможностью получения газообразных продуктов сгорания из одного или нескольких цилиндров, что позволяет изменять степень сжатия в двигателе 200. Система 222 коллектора может содержать регулировочный клапан 224, коллектор 226, запорный клапан 228, газовый датчик 230 продуктов сгорания и воспламенитель 232. Когда регулировочный клапан 224 переводят в открытое положение, то могут направить газообразные продукты сгорания из камеры 206 сгорания в коллектор 226 для регулирования степени сжатия двигателя. Моменты срабатывания и продолжительность открытия и закрытия регулировочного клапана 224 могут регулировать в зависимости от условий работы двигателя, например в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. Когда запорный клапан 228 переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания могут проходить через секцию коллектора 226, соединенную с газовым датчиком 230, имеющим возможность обнаружения любого несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания до их поступления в турбогенератор 234, расположенный ниже по потоку от газового датчика. Если в газообразных продуктах сгорания обнаружено несгоревшее топливо, то включают воспламенитель 232 для воспламенения несгоревшего топлива перед тем, как газообразные продукты сгорания попадут в турбогенератор 234. Воспламенитель 232 могут выключить, когда все несгоревшее топливо в газообразных продуктах сгорания пройдет через турбогенератор 234, при этом запорный клапан 228 поддерживают закрытым во время этого вторичного события сгорания, что позволяет исключить любой нежелательный противоток в область, расположенную выше по потоку от турбогенератора. После поступления в турбогенератор 234 газообразные продукты сгорания могут поворачивать колесо турбины (не показанное на схеме) для выработки электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии, как показано стрелкой 236. Любые остаточные отработавшие газы в турбогенераторе 234 перенаправляют в систему РОГ через выпускной канал 238.
На фиг. 3 раскрыто схематическое изображение 300 системы 302 коллектора, присоединенной к головке 304 цилиндра двигателя (например, двигателя 100, показанного на фиг. 1) для перенаправления газообразных продуктов сгорания от множества цилиндров 320 к электрическому турбогенератору 332. Система 302 коллектора содержит коллектор 308, регулировочный клапан 316, запорный клапан и/или фильтр 326, газовый датчик 328 продуктов сгорания и воспламенитель 330. Запорный клапан и/или фильтр 326 может представлять собой систему, содержащую фильтр твердых частиц, выполненный с возможностью сервисного обслуживания, и клапан, выполненный с возможностью управления потоком газообразных продуктов сгорания из коллектора 308 в турбогенератор 332, с фильтрацией газообразных продуктов сгорания, проходящих через коллектор. Система 302 коллектора может быть смонтирована на компоненте, расположенном рядом с двигателем, например, на корпусе кулачкового вала, на крышке корпуса кулачкового вала, или может быть прикреплена к внешней поверхности 306 головки 304 цилиндра. В этом примере система 302 коллектора может быть смонтирована на монтажном выступе 315 коллектора. Внутренняя поверхность 346 головки 304 цилиндра может быть присоединена к блоку цилиндров (не показанному на схеме), содержащему множество цилиндров 320. Газообразные продукты сгорания из каждой камеры 320 сгорания могут быть перенаправлены в турбогенератор 332 через коллектор 308. Турбогенератор 332 может содержать верхнюю часть 334, среднюю часть 336 и нижнюю часть 338. Верхняя часть 334 может содержать выступающую крышку 335, прикрепленную к коническому корпусу. Средняя часть 336 может содержать множество круговых колец, формирующих переход к нижней части 338, содержащей цилиндрическую трубу. Нижняя часть 338 может соединяться с компонентами двигателя, выполненными с возможностью потребления электроэнергии, как показано стрелкой 340. Кроме того, турбогенератор 332 может быть соединен с выпускным каналом 342, ведущим к системе рециркуляции отработавших газов (РОГ), расположенной в направлении, показанном стрелкой 344.
Во время работы двигателя топливо может быть подано в каждую камеру 320 сгорания через топливный инжектор 322, смонтированный на боковой части головки цилиндра. Впрыснутое топливо может смешиваться с воздухом, поданным в цилиндр для образования воздушно-топливной смеси, которая может быть подожжена посредством свечи 324 зажигания. Воспламененная воздушно-топливная смесь сгорает с образованием газообразных продуктов сгорания, которые обеспечивают энергию для работы двигателя. В зависимости от условий работы двигателя, газообразные продукты сгорания в каждой камере 320 сгорания могут быть направлены в проточную линию 318 для регулирования степени сжатия двигателя. Газообразные продукты сгорания могут поступать в проточную линию 318, как показано стрелкой 325. Работу регулировочного клапана 316 могут выборочно регулировать для управления количеством газообразных продуктов сгорания, подаваемых в коллектор 308. В некоторых вариантах осуществления регулировочный клапан 316 может быть раскрыт как стравливающий клапан. В этом случае следует отличать стравливающий клапан от выпускного клапана в узле головки цилиндра.
Множество проточных линий 310 может быть соединено с коллектором 308 посредством соединителей 312, что позволяет направить поток газообразных продуктов сгорания из камеры 320 сгорания в коллектор, когда регулировочный клапан 316 переведен в открытое положение. Размер каждой проточной линии 310 может быть соответственно определен внутренним проточным каналом 314, который может направлять газообразные продукты сгорания из камеры 320 сгорания в коллектор 308. Например, во время низких нагрузок двигателя регулировочный клапан 316 может оставаться закрытым во время умеренно высоких нагрузок двигателя и может быть переведен в первое положение, при котором первое количество газообразных продуктов сгорания может быть отведено из камеры 320 сгорания в коллектор 308, и сжатие воздушно-топливной смеси в цилиндре обеспечивает первую степень сжатия. В другом примере, во время высоких нагрузок двигателя, регулировочный клапан 316 могут перевести во второе положение, при котором второе количество газообразных продуктов сгорания может быть отведено из камеры 320 сгорания в коллектор 308, и сжатие воздушно-топливной смеси в цилиндре обеспечивает вторую степень сжатия, которая меньше первой степени сжатия. В качестве альтернативы продолжительность открытия регулировочного клапана могут регулировать для изменения степени сжатия двигателя. Таким образом, степень сжатия двигателя могут регулировать посредством изменения положения регулировочного клапана и/или продолжительности открытия регулировочного клапана. Запорный клапан и/или фильтр 326 может быть постоянно открытым, обеспечивая прохождение положительного потока текучей среды в направлении ниже по потоку (к турбогенератору) при одновременном ограничении или предотвращении любого противотока газообразных продуктов сгорания выше по потоку с возвращением в камеру сгорания. Когда газообразные продукты сгорания в коллекторе 308 перемещаются в область ниже по потоку к турбогенератору 332, газовый датчик 328, установленный в коллекторе, ниже по потоку от запорного клапана и/или фильтра 326, может обнаружить несгоревшее топливо в газообразных продуктах сгорания. Если в коллекторе 308 обнаружено несгоревшее топливо, то контроллер двигателя (например, контроллер 12, показанный на фиг. 1) может включить воспламенитель 330 для воспламенения несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания, перед направлением газообразных продуктов сгорания в турбогенератор 332. Когда газообразные продукты сгорания поступают в турбогенератор 332, они могут приводить в движение колесо турбины, что позволяет вырабатывать электроэнергию, которая может быть направлена в центры расхода энергии двигателя, как показано стрелкой 340, указывающей направление. Например, электроэнергия, выработанная турбогенератором 332, может поступать к компонентам двигателя, имеющим электрический привод, или к электрическим системам транспортного средства. В другом примере электроэнергия, выработанная турбогенератором, может быть сохранена в аккумуляторе, соединенном с турбогенератором, с возможностью дальнейшего использования. После того как энергия газообразных продуктов сгорания преобразована в электроэнергию, любые остаточные отработавшие газы в турбогенераторе 332 поступают в выпускной канал 342, где отработавшие газы перенаправляются в систему РОГ, как показано стрелкой 344.
На фиг. 4 раскрыт вид 400 спереди разреза системы 302 коллектора, присоединенной к головке 304 цилиндра для отведения газообразных продуктов сгорания из каждой камеры 320 сгорания к турбогенератору 332. Система 302 коллектора может быть установлена на головке 304 цилиндра с использованием монтажного выступа 315 коллектора, присоединенного к внешней поверхности 306 головки цилиндра. Например, монтажный выступ 315 коллектора может быть присоединен к головке цилиндра посредством зажима или посредством любых других подходящих средств механической сборки.
Как показано на фиг. 4, монтажный выступ 315 коллектора может содержать вертикальную колонку 402, соединенную с монтажной площадкой 404, имеющей изогнутую кольцевую часть 405. Например, монтажная площадка 404 может иметь горизонтально расположенный рычаг, соединенный с внешней частью коллектора 308. Коллектор 308 может быть соединен по текучей среде с проточной линией 310 на первом конце 406, который может быть расположен выше искривленного соединения 408 проточной линии. Второй конец 410 проточной линии 310 может содержать чашку 412 уплотнения, которая может иметь соответствующий размер для установки в ней уплотняющего кольца 414 круглого сечения регулировочного клапана 316. Когда регулировочный клапан 316 переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания из камеры 320 сгорания могут проходить в коллектор 308. Например, степень открытия клапана могут регулировать для создания изменяемого потока газообразных продуктов сгорания из камеры 320 сгорания в систему 302 коллектора, что позволяет изменять степень сжатия двигателя в зависимости от условий работы двигателя, например в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. Кроме того, регулировочный клапан 316 могут перевести в закрытое положение для остановки потока газообразных продуктов сгорания из камеры 320 сгорания в коллектор 308. За счет регулирования потока газообразных продуктов сгорания из камеры 320 сгорания в систему 302 коллектора могут регулировать степень сжатия двигателя в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя и других параметров двигателя.
Запорный клапан и/или фильтр 326 может быть соединен с коллектором 308 для управления обратным потоком газообразных продуктов сгорания с движением назад или (выше по потоку) в камеру сгорания. Запорный клапан и/или фильтр 326 всегда обеспечивает движение потока газообразных продуктов сгорания в направлении ниже по потоку в турбогенератор 332. В этом случае коллектор 308 оказывается соединенным по текучей среде с турбогенератором 332, что обеспечивает прохождение газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания в турбогенератор 332. Газообразные продукты сгорания, поступающие в турбогенератор 332, могут приводить в движение колесо 418, смонтированное во внутренней области 416 турбогенератора, что позволяет вырабатывать электроэнергию, которая может быть передана в центры расхода энергии в двигателе, как показано стрелкой 340 с указанием направления. Например, энергия выпущенных газообразных продуктов сгорания может быть преобразована в электроэнергию, которая может быть сохранена для будущего использования в аккумуляторе, соединенном с турбогенератором. В другом примере двигатель может быть установлен в гибридном транспортном средстве, которое может двигаться за счет крутящего момента мотора, когда крутящий момент получают от электромотора, питаемого электроэнергией, полученной из аккумулятора. Например, когда двигатель достигает требуемого крутящего момента или пороговой частоты вращения, регулировочный клапан 316 могут перевести в закрытое положение. Когда регулировочный клапан 316 переводят в закрытое положение, никакой поток газообразных продуктов сгорания не поступает в коллектор 308 или в турбогенератор 332.
Турбогенератор 332 может содержать выступающую часть 422 с внутренним углублением, размер которого может соответствовать размеру устанавливаемого в него стержня для закрепления колеса 418 турбины во внутренней области 416 турбогенератора, как раскрыто далее со ссылкой на фиг. 5.
Таким образом, система 302 коллектора может содержать коллектор 308, выполненный с внутренним каналом, позволяющим отводить газообразные продукты сгорания из камеры 320 сгорания в турбогенератор, когда регулировочный клапан 316 переводят в открытое положение. За счет регулирования потока газообразных продуктов сгорания из камеры 320 сгорания в систему 302 коллектора можно изменять степень сжатия двигателя с одновременной выработкой электрической энергии с использованием части газообразных продуктов сгорания, отводимых из каждой камеры 320 сгорания.
На фиг. 5 раскрыт вид 500 с поперечным разрезом системы 302 коллектора, присоединенной к внешней поверхности 306 головки 304 цилиндра. Как показано на фиг. 5, часть системы 302 коллектора содержит коллектор 308, запорный клапан и/или фильтр 326, газовый датчик 328, воспламенитель 330 и турбогенератор 332, присоединенный к выпускному каналу 342, соединенному по текучей среде с системой РОГ.
Коллектор 308 может быть прикреплен к головке 304 цилиндра через монтажную площадку 404, соединенную с вертикальной колонкой 402 монтажного выступа 315 коллектора. После присоединения к монтажному выступу 315 коллектора, коллектор 308 может находиться в поверхностном контакте с кольцевой частью 405 монтажной площадки 404. Коллектор 308 может надежно удерживаться на месте монтажной площадкой 404, в результате чего конец системы 302 коллектора, расположенный ниже по потоку и содержащий турбогенератор 332, может поддерживаться монтажным выступом 315 коллектора. Коллектор 308 может представлять собой круглую трубу соответствующего размера, имеющую внутренний диаметр 502, обеспечивающий прохождение различного количества газообразных продуктов сгорания из цилиндра в турбогенератор 332. Например, внутренний диаметр 502 коллектора 308 может быть выбран в диапазоне от 19 мм до 21 мм. В другом примере коллектор 308 может иметь толщину 504 стенок, соответствующую первому диапазону от 1,8 мм до 2,5 мм для первой части коллектора 308 от камеры 320 сгорания до запорного клапана и/или фильтра 326, и соответствующую второму диапазону от 2,8 мм до 3,2 мм для второй части коллектора 308 от запорного клапана и/или фильтра 326 до турбогенератора 332. Коллектор 308 может быть выполнен из долговечного материала, например из нержавеющей стали ASTM А268 UNS S40900 или другого подходящего материала, который способен противостоять высоким температурам газообразных продуктов сгорания, отводимых из одной или нескольких камер сгорания.
Часть газообразных продуктов сгорания, образующихся в каждом цилиндре двигателя, может быть перенаправлена в систему 302 коллектора через регулировочный клапан (например, регулировочный клапан 316, показанный на фиг. 3-4), посредством перевода этого клапана в открытое положение. Например, регулировочный клапан выполнен с возможностью регулирования между минимальным углом и максимальным углом, причем когда клапан устанавливают на минимальный угол открытия, никакой поток или небольшое количество газообразных продуктов сгорания не может проходить из камеры сгорания в коллектор, а когда клапан устанавливают на максимальный угол открытия, в коллектор может проходить большое количество газообразных продуктов сгорания. Запорный клапан и/или фильтр 326, соединенный с коллектором 308, может использоваться для управления потоком газообразных продуктов сгорания из коллектора 308 в турбогенератор 332. Запорный клапан и/или фильтр 326 может содержать кольцевой корпус 505, выполненный с внутренним каналом 506, содержащим герметизирующую пластину 508. Например, запорный клапан и/или фильтр 326 может представлять собой комбинацию клапана и фильтра. Внутренний канал 506 может иметь внутренний диаметр, обеспечивающий прохождение потока газообразных продуктов сгорания из коллектора 308 в турбогенератор 332. Положение герметизирующей пластины 508 могут регулировать посредством контроллера (например, контроллера 12, показанного на фиг. 1), причем герметизирующая пластина в открытом положении обеспечивает прохождение потока газообразных продуктов сгорания из коллектора 308 в турбогенератор 332 во время работы двигателя. Например, положение герметизирующей пластины 508 могут регулировать таким образом, чтобы герметизирующая пластина находилась в частично открытом положении или полностью открытом положении, что обеспечивает широкий диапазон количества газообразных продуктов сгорания, имеющих возможность проходить из коллектора 308 в турбогенератор 332. В других примерах контроллер может регулировать положение герметизирующей пластины 508, устанавливая ее в закрытое положение, что позволяет прекратить движение потока газообразных продуктов сгорания из коллектора 308 в турбогенератор 332.
Газовый датчик 328, расположенный ниже по потоку от запорного клапана и/или фильтра 326, может быть выполнен с возможностью обнаружения любого несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания до поступления их в турбогенератор 332. Например, газовый датчик 328 может содержать кольцевую секцию 510 с отверстием 512, имеющим соответствующий размер для установки элемента 514 датчика с рабочим наконечником 516. В одном примере чувствительный элемент 514 датчика может быть расположен в отверстии 512 таким образом, чтобы часть чувствительного элемента проходила наружу из кольцевой секции 510, и рабочий наконечник 516 мог проходить во внутреннюю область коллектора 308. Например, газовый датчик 328 может измерять количество несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания посредством измерения или оценки содержания углеводородов в газообразных продуктах сгорания. Измеренное или оцененное содержание углеводородов в газообразных продуктах сгорания могут сравнить с пороговым уровнем углеводородов для определения количества несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания. Если измеренное или оцененное содержание углеводородов в газообразных продуктах сгорания превышает пороговый уровень углеводородов, то могут сделать вывод, что газообразные продукты сгорания содержат несгоревшее топливо. В качестве альтернативы, если измеренное или оцененное содержание углеводородов в газообразных продуктах сгорания меньше порогового уровня углеводородов, то могут сделать вывод, что газообразные продукты сгорания не содержат несгоревшее топливо. В альтернативных примерах газовый датчик 328 может измерять количество несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания на основе других параметров топлива, отличных от содержания углеводородов.
Если в газообразных продуктах сгорания обнаружено несгоревшее топливо, то контроллер может включить воспламенитель 330 для сжигания любого несгоревшего топлива, поступающего в область ниже по потоку от запорного клапана и/или фильтра 326, до того, как газообразные продукты сгорания попадут в турбогенератор 332. Воспламенитель 330 может содержать кольцевую секцию 518 с отверстием 520, имеющим соответствующий размер для установки стержня 522 воспламенителя. Например, стержень 522 воспламенителя может содержать наконечник 524 воспламенителя, проходящий во внутреннюю область коллектора 308. Когда воспламенитель включен, наконечник 524 воспламенителя может находиться в контакте с газообразными продуктами сгорания для обеспечения начальной искры для воспламенения топлива в газообразных продуктах сгорания. Таким образом, несгоревшее топливо в газообразных продуктах сгорания может быть сожжено до поступления в турбогенератор 332. За счет сжигания любого несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания может быть повышена эффективность турбогенератора 332 при одновременном сокращении выбросов топлива в отработавших газах.
Турбогенератор 332 может содержать колесо 418, установленное внутри внутреннего отверстия 530, сформированного в верхней части 334. Колесо 418 турбины может быть установлено в турбогенераторе 332 с использованием рамы 532, которая содержит вал 534, среднюю секцию 536 и нижнюю секцию 538. Вал 534 рамы 532 может быть закреплен в отверстии, сформированном в верхней части 334 турбогенератора 332. Нижняя часть внутреннего отверстия 530 может быть закрыта пластиной 540. Например, пластина 540 может представлять собой круглую пластину, прилегающую к нижней части внутреннего отверстия 530. Часть коллектора 308 может быть соединена с первой частью пластины 540 для формирования первого контактного сопряжения 542, и часть выпускного канала 342 может быть соединена со второй частью пластины 540 для формирования второго контактного сопряжения 544. Углубление 546, сформированное в центральной секции пластины 540, может иметь соответствующий размер для установки части средней секции 536 рамы 532, причем эта секция проходит во внутреннее отверстие 530. Когда колесо 526 турбины присоединено к верхней части 334, колесо 526 турбины может сформировать зазор 548 между нижним краем колеса 418 и внутренней поверхностью 550 пластины 540. Например, зазор 548 может иметь соответствующий размер для обеспечения вращения колеса 418 вокруг оси 552 турбогенератора 332. Газообразные продукты сгорания, поступающие в турбогенератор 332, могут приводить в движение колесо 418, что позволяет вырабатывать электроэнергию, которая может быть направлена в центры расхода энергии в двигателе или может быть запасена в аккумуляторе, как показано стрелкой 340 с указанием направления. Заряд аккумулятора может использоваться для обеспечения работы транспортного средства или для обеспечения работы компрессора механического нагнетателя, соединенного с двигателем транспортного средства. Наружная поверхность 554 нижней секции 538 может быть расположена ниже пластины 540 с образованием зазора 556 между нижней секцией 538 и пластиной 540. После того как энергия газообразных продуктов сгорания преобразована в электроэнергию, любые остаточные отработавшие газы в турбогенераторе 332 могут быть направлены в выпускной канал 342, откуда отработавшие газы могут быть поданы в систему РОГ, как показано стрелкой 344.
Таким образом, коллектор 308 может быть использован для отведения газообразных продуктов сгорания из цилиндра в турбогенератор 332, когда регулировочный клапан переведен в открытое положение. За счет регулирования потока газообразных продуктов сгорания из цилиндра можно изменять степень сжатия в двигателе в зависимости от условий работы двигателя, с одновременной выработкой электрической энергии, которая может быть использована для обеспечения работы компонентов двигателя и систем транспортного средства.
На фиг. 6 показан способ 600, иллюстрирующий пример способа управления степенью сжатия в двигателе, имеющем регулировочный клапан (например, регулировочный клапан 316, показанный на фиг. 3-4) соединенный с цилиндром и коллектором (например, с коллектором 308, показанным на фиг. 3-5), причем коллектор соединен с турбогенератором (например, с турбогенератором 332, показанным на фиг. 3-5). Способ обеспечивает регулирование степени сжатия двигателя до соответствующих пороговых значений, которые позволяют минимизировать возникновение детонации в двигателе при обеспечении более высоких характеристик двигателя.
Инструкции для выполнения способа 600 и других раскрытых в настоящем документе способов могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и совместно с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, от датчиков, раскрытых выше со ссылкой на фиг. 1-2. Контроллер может использовать приводы двигателя в системе двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами. Способ, показанный на фиг. 6, может использоваться в сочетании с системами, показанными на фиг. 1-5.
На шаге 602 способ 600 может содержать определение требуемого крутящего момента в зависимости от условий работы двигателя. Например, условия работы двигателя могут содержать, но без ограничения этим списком, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, положение педали акселератора, скорость транспортного средства, температуру двигателя, предрасположенность к детонации и массовый расход газообразных продуктов сгорания.
Затем, на шаге 604 способ может содержать установку следующих параметров: момент срабатывания регулировочного клапана, момент зажигания, положение дросселя и давление наддува, в зависимости от условий работы двигателя и требуемого крутящего момента. Например, значения момента срабатывания регулировочного клапана, момента зажигания, положения дросселя и давления наддува могут установить в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя и/или в зависимости от крутящего момента двигателя. В одном примере регулировочный клапан, соединенный с каждым цилиндром (например, регулировочный клапан 316, соединенный с камерой 320 сгорания, как показано на фиг. 4) может быть переведен в закрытое положение во время высокой нагрузки двигателя и высокой частоты вращения двигателя. Это может обеспечить работу двигателя с более высокой степенью сжатия при одновременной выработке крутящего момента, соответствующего высокой нагрузке двигателя. В других примерах регулировочный клапан может быть переведен в открытое положение во время низких и средних комбинаций нагрузки и частоты вращения двигателя. В этом случае часть газообразных продуктов сгорания, образующихся в одном или нескольких цилиндрах, может быть отведена в коллектор для изменения степени сжатия. Газообразные продукты сгорания могут затем поступать из коллектора в турбогенератор (например, в турбогенератор 332, показанный на фиг. 3-5). В другом примере регулировочный клапан может быть частично открыт, причем степень открытия клапана могут регулировать для обеспечения достаточного запаса, позволяющего уменьшить возможность возникновения детонация. Например, если предрасположенность к детонации в цилиндре увеличивается, то могут увеличить степень открытия регулировочного клапана. В ответ на указание детонации могут дополнительно регулировать степень открытия регулировочного клапана (например, могут увеличить степень открытия) для обеспечения быстрого устранения детонации.
Аналогичным образом, момент зажигания, положение дросселя и давление наддува могут регулировать (в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя) для изменения степени сжатия. Например, при более высоких частотах вращения и нагрузках двигателя момент зажигания могут задержать на небольшое значение относительно оптимального момента зажигания (ОМЗ), в то время как впускной дроссель могут поддерживать в более открытом положении, чтобы немного уменьшить степень сжатия и обеспечить некоторое уменьшение детонации.
В других примерах, при высоких частотах вращения и нагрузках двигателя, могут поддерживать в частично открытом состоянии клапан рециркуляции компрессора, присоединенный параллельно впускному компрессору, что позволяет обеспечить некоторый запас для предотвращения помпажа. В ответ на отпускание педали акселератора, когда может произойти помпаж, клапан рециркуляции компрессора могут быстро перевести в полностью открытое положение, что позволяет уменьшить давление наддува и сместить параметры работы двигателя в сторону от условий возникновения помпажа.
После определения настроек для регулировочного клапана, момента зажигания, положения дросселя и давления наддува способ 600 может перейти к шагу 606. На шаге 606 способ 600 может содержать определение, присутствует ли детонация в двигателе. Детонация в двигателе может произойти, когда температура и давление воздушно-топливной смеси в цилиндре двигателя превышает соответствующие пороговые уровни, что приводит к самовоспламенению смеси. Детонация может образовывать ударную волну, которая может приводить к быстрому увеличению температуры и давления в цилиндре, что может повредить компоненты двигателя. Детонация в двигателе может быть обнаружена датчиком детонации, установленном на двигателе и имеющим возможность измерения, например, вибрации двигателя.
Если обнаружена детонация в двигателе, то способ может перейти к шагу 608. На шаге 608 способ 600 может содержать регулирование момента срабатывания регулировочного клапана и/или момента зажигания для управления степенью сжатия и уменьшения детонации. За счет управления работой регулировочного клапана или регулирования момента зажигания может быть уменьшена степень сжатия для уменьшения температуры и давления в цилиндре.
Таким образом, интенсивность детонации может быть уменьшена за счет запаздывания момента зажигания. Однако использование запаздывания зажигания приводит к увеличению расхода топлива. Интенсивность детонации также может быть уменьшена за счет уменьшения степени сжатия цилиндра, в котором происходит детонация, что может быть выполнено посредством увеличения степени открытия регулировочного клапана. Хотя это приводит к уменьшению крутящего момента и производительности двигателя, по меньшей мере часть работы двигателя, рассеянной в результате открытия регулировочного клапана, может быть восстановлена посредством работы турбогенератора, присоединенного ниже по потоку от регулировочного клапана. В ответ на указание детонации контроллер может сравнить увеличение расхода топлива, связанное с использованием запаздывания зажигания, с уменьшением производительности двигателя, связанным с открытием регулировочного клапана (с учетом производительности двигателя, восстановленный посредством электрической турбины), и выбрать соответствующее действие для уменьшения детонации. Например, когда увеличение расхода топлива, связанное с использованием запаздывания зажигания, меньше, то для уменьшения детонации могут выбрать задержку момента зажигания относительно ОМЗ. Для сравнения, когда уменьшение производительности двигателя, связанное с открытием регулировочного клапана, меньше, то регулировочный клапан могут переместить в более открытое положение (относительно его текущего положения) при поддержании момента зажигания на уровне ОМЗ.
В одном примере, когда выбирают регулирование работы регулировочного клапана для уменьшения детонации, могут перевести регулировочный клапан от частично открытого положения в более открытое (например, полностью открытое) положение, что позволяет отреагировать на присутствие детонации посредством быстрого перенаправления газообразных продуктов сгорания из цилиндра в коллектор. Момент зажигания могут поддерживать на уровне или близко к ОМЗ при одновременном увеличении степени открытия регулировочного клапана. Продолжительность открытия регулировочного клапана, а также степень открытия клапана, могут регулировать в зависимости от условий работы двигателя и требуемого уменьшения температуры и давления в цилиндре таким образом, чтобы это уменьшение обеспечивало необходимое уменьшение детонации. В результате, степень сжатия двигателя могут уменьшить до пороговой степени сжатия, обеспечивающей снижение температуры и давления в цилиндре для уменьшения нежелательных эффектов детонации в двигателе. Газообразные продукты сгорания в коллекторе могут направить ниже по потоку к турбогенератору, где газообразные продукты сгорания могут приводить в движение колесо турбины для выработки электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии в двигателе или в транспортном средстве. Например, регулировочный клапан могут открыть в большей степени или поддерживать в открытом состоянии более длительное время до тех пор, пока не исчезнет указание детонации, полученное от датчика детонации (или в течение некоторого времени после этого). Затем регулировочный клапан могут возвратить в менее открытое положение, и степень сжатия цилиндра может быть возвращена к более высокому значению, которое обеспечивает более высокую эффективность двигателя.
Одновременно могут также выполнить регулирование давления наддува. Например, в ответ на указание детонации, в то время, когда регулировочный клапан открыт для уменьшения температуры и давления в цилиндре, могут компенсировать снижение давления наддува посредством увеличения степени открытия дросселя, уменьшения степени открытия клапана рециркуляции компрессора и/или посредством уменьшения степени открытия выпускного клапана в виде перепускной заслонки.
В альтернативном варианте осуществления могут регулировать момент зажигания за счет задержки искрового зажигания, для уменьшения степени сжатия. Уменьшение степени сжатия может привести к уменьшению температуры и давления в цилиндре, и, тем самым, может минимизировать влияние детонации в двигателе на характеристики двигателя. После регулирования момента срабатывания регулировочного клапана и/или момента зажигания способ 600 может перейти к шагу 610.
Кроме того, если на шаге 606 детонация в двигателе не обнаружена, то способ может перейти к шагу 610. На шаге 610 способ 600 может содержать определение, присутствует ли быстрый переходный процесс по крутящему моменту. Быстрый переходный процесс по крутящему моменту может содержать внезапное увеличение крутящего момента или внезапное уменьшение крутящего момента. Например, быстрый переходный процесс по крутящему моменту может произойти, когда транспортное средство остановлено в ответ на отпускание педали акселератора или на нажатие водителем педали тормоза. В качестве альтернативы быстрый переходный процесс по крутящему моменту может происходить, когда транспортное средство ускоряется после остановки, например, во время запуска транспортного средства или в ответ на нажатие педали акселератора. Если присутствует быстрый переходный процесс по крутящему моменту, то способ 600 переходит к шагу 612. В противном случае способ переходит к шагу 614 для возобновления работы двигателя в обычном режиме, если отсутствует быстрый переходный процесс по крутящему моменту. Например, когда отсутствует переходный процесс по крутящему моменту, то могут возвратить момент зажигания к значению ОМЗ (если ранее была использована задержка момента зажигания), и затем регулировочный клапан могут вернуть в номинальное положение в зависимости от предрасположенности двигателя к детонации. Например, регулировочный клапан могут вернуть в частично открытое положение.
На шаге 612 способ 600 может содержать согласование изменений момента срабатывания регулировочного клапана, положения дросселя и давления наддува в течение порогового интервала времени, в ответ на присутствие переходного процесса по крутящему моменту. Контроллер двигателя может внести изменения в момент срабатывания регулировочного клапана, в положение дросселя и может изменить давление наддува на время, которое позволяет фактическому крутящему моменту двигателя соответствовать требуемому крутящему моменту двигателя. Например, в ответ на требование переходного отрицательного крутящего момента, например, когда водитель использует педаль тормоза или отпускает педаль акселератора, контроллер может уменьшить степень открытия регулировочного клапана (например, может закрыть регулировочный клапан) и перевести дроссель в более закрытое положение для уменьшения крутящего момента двигателя для того, чтобы остановить транспортное средство. В альтернативном примере, когда водитель использует педаль акселератора для запуска транспортного средства, контроллер может временно поддерживать регулировочный клапан в закрытом положении и может перевести дроссель в открытое положение для увеличения крутящего момента двигателя, обеспечивая ускорение транспортного средства. Когда транспортное средство достигает пороговой скорости, контроллер может перевести регулировочный клапан в более открытое положение, для направления газообразных продуктов сгорания из цилиндра двигателя в коллектор, соединенный с турбогенератором, изменяя, таким образом, степень сжатия двигателя при поддержании фактического крутящего момента двигателя на уровне, близком к требуемому крутящему моменту двигателя.
Затем на шаге 614 двигатель возобновляет обычный режим работы, при котором продолжается процесс сжигания воздушно-топливной смеси в двигателе для производства крутящего момента, необходимого для движения транспортного средства. Регулировочный клапан в каждом цилиндре двигателя могут периодически переводить в открытое и затем в закрытое положение во время работы двигателя. Когда регулировочный клапан переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания могут проходить из цилиндра в коллектор. Запорный клапан (например, запорный клапан и/или фильтр 326, показанный на фиг. 3-5) на коллекторе останавливает противоток газообразных продуктов сгорания обратно в камеру сгорания. Запорный клапан всегда разрешает прохождение газообразных продуктов сгорания в направлении ниже по потоку, в турбогенератор 332. Газовый датчик (например, газовый датчик 328, показанный на фиг. 3-5), соединенный с коллектором 308, может использоваться для обнаружения любого несгоревшего топлива в газообразных продуктах сгорания, причем это топливо может быть воспламенено посредством воспламенителя (например, воспламенителя 330, показанного на фиг. 3-5) до поступления в турбогенератор. После поступления в турбогенератор газообразные продукты сгорания приводят в движение колесо турбины (например, колесо 418 турбины, показанное на фиг. 4-5), что позволяет вырабатывать электроэнергию, которая может быть распределена по центрам расходования энергии в двигателе или в транспортном средстве. Любые остаточные отработавшие газы, образованные после выработки электроэнергии, могут быть перенаправлены в систему РОГ, с помощью которой отработавшие газы могут быть поданы во впускной коллектор.
Таким образом, степень сжатия в двигателе могут изменять за счет регулирования момента срабатывания регулировочного клапана, изменения положения дросселя и момента зажигания. Регулировочный клапан могут перевести в открытое положение для уменьшения детонации в двигателе и уменьшения воздействия высокой температуры и высокого давления на цилиндре, что может происходить при высоких степенях сжатия. Когда клапан переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания могут отвести из цилиндров двигателя в коллектор, что позволяет уменьшить степень сжатия и уменьшить температуру и давление в цилиндре. Газообразные продукты сгорания в коллекторе могут направить к турбогенератору, что позволяет вырабатывать электроэнергию. Таким образом, система двигателя предусматривает способ изменения степени сжатия двигателя для достижения улучшенной производительности двигателя при одновременной выработке электроэнергии, используемой для работы компонентов двигателя.
На фиг. 7 показан пример графика, отображающего регулирование момента срабатывания регулировочного клапана, положения дросселя и момента зажигания для изменения степени сжатия и крутящего момента двигателя. Последовательность на фиг. 7 может быть реализована посредством выполнения инструкций в системе, показанной на фиг. 1-5, согласно способам, показанным на фиг. 6. Вертикальные маркеры моментов времени Т0-Т3 отображают значимые моменты времени в этой последовательности. Во всех раскрытых ниже графиках время отложено вдоль горизонтальной оси, причем значения времени увеличиваются от левой стороны каждого графика к правой стороне каждого графика.
Первый график сверху на фиг. 7 изображает изменение степени сжатия относительно времени. По вертикальной оси отложены значения степени сжатия в двигателе, причем степень сжатия увеличивается в направлении вертикальной оси. Линия 702 отображает степень сжатия.
Второй график сверху на фиг. 7 изображает положение регулировочного клапана относительно времени. По вертикальной оси отложены значения положения регулировочного клапана. Закрытое положение регулировочного клапана соответствует горизонтальной оси, а открытое положение регулировочного клапана указано в направлении вертикальной оси. Степень открытия регулировочного клапана увеличивается в направлении вертикальной оси. Линия 704 отображает положение регулировочного клапана. В альтернативных вариантах осуществления регулировочный клапан может упоминаться как стравливающий клапан.
Третий график сверху на фиг. 7 изображает положение дроссельного клапана относительно времени. По вертикальной оси отложены значения положения дроссельного клапана. Закрытое положение дроссельного клапана соответствует горизонтальной оси, а открытое положение дроссельного клапана указано в направлении вертикальной оси. Степень открытия клапана дроссельного клапана увеличивается в направлении вертикальной оси. Линия 706 отображает положение дросселя.
Четвертый график сверху на фиг. 7 изображает изменение крутящего момента двигателя относительно времени. По вертикальной оси отложены значения крутящего момента двигателя, причем крутящий момент двигателя увеличивается в направлении вертикальной оси. Линия 708 отображает требуемый крутящий момент двигателя, а линия 710 отображает фактический крутящий момент двигателя.
Пятый график сверху на фиг. 7 изображает изменение момента зажигания относительно времени. По вертикальной оси отложены значения момента зажигания, причем момент зажигания увеличивается в направлении вертикальной оси. Линия 716 отображает фактический момент зажигания, а линия 718 отображает оптимальный момент зажигания (ОМЗ).
Между моментами времени Т0 и Т1 двигатель может работать с приблизительно постоянной степенью (702) сжатия ниже порогового уровня (703) степени сжатия. Например, значение степени (702) сжатия может задано на первом уровне, который меньше порогового уровня (703). Фактический крутящий момент (710) двигателя может находится на стабильном уровне и может быть равен требуемому крутящему моменту (708) двигателя. Положение (704) регулировочного клапана может поддерживаться на первом открытом положении клапана, которое обеспечивает фактический крутящий момент (710) двигателя на стабильном уровне, равном требуемому крутящему моменту (708) двигателя. Например, положение (704) регулировочного клапана могут изменять в диапазоне между углами 0 градусов и 60 градусов. Когда положение регулировочного клапана равно 0 градусов, регулировочный клапан находится в закрытом положении, а когда положение регулировочного клапана равно 60 градусов, регулировочный клапан находится в более открытом положении. В других примерах положение (704) регулировочного клапана могут регулировать между минимальным углом и максимальным углом, где минимальный угол не обеспечивает движение текучей среды или обеспечивает минимальный расход газообразных продуктов сгорания из цилиндра в коллектор (например, в коллектор 308, показанный на фиг.3), а максимальный угол обеспечивает максимальный расход газообразных продуктов сгорания из цилиндра в коллектор.
Кроме того, положение (706) дросселя могут поддерживать открытым, что обеспечивает установившееся течение воздуха во впускной коллектор, откуда воздух может проходить ниже по потоку к камере сгорания, где воздух смешивается с топливом для формирования воздушно-топливной смеси, которую воспламеняют для производства крутящего момента (710) двигателя. Момент (716) зажигания могут установить на уровне оптимального момента зажигания ОМЗ (718).
Когда регулировочный клапан переводят в открытое положение, газообразные продукты сгорания в камере сгорания могут быть отведены из камеры сгорания в коллектор (например, в коллектор 308, показанный на фиг. 3) при поддержании степени (702) сжатия на стабильном уровне ниже порогового уровня (703). Газообразные продукты сгорания могут двигаться из коллектора ниже по потоку к турбогенератору (например, к турбогенератору 332, показанному на фиг. 3-5), когда запорный клапан (например, запорный клапан и/или фильтр 326, показанный на фиг. 3-5), соединенный с коллектором, переводят в открытое положение. После входа в турбогенератор газообразные продукты сгорания поворачивают колесо турбины (например, колесо 418 турбины, показанное на фиг. 4-5) турбогенератора для выработки электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии в двигателе или в транспортном средстве.
В момент времени Т1 степень (702) сжатия могут увеличить выше порогового уровня (703) для увеличения фактического крутящего момента (710) двигателя. Например, степень (702) сжатия могут увеличить от первого уровня до второго уровня, который больше порогового уровня (703). В одном примере увеличение степени (702) сжатия может произойти, когда уменьшается расход газообразных продуктов сгорания (вытекающих из камеры сгорания в коллектор), и положение (706) дросселя изменяют на более открытое положение, обеспечивая, таким образом, больший поток воздуха в камеру сгорания через впускной коллектор. Положение (704) регулировочного клапана могут изменить от открытого положения до полностью закрытого положения, для остановки потока газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания в коллектор.
Между моментами времени Т1 и T2 степень (702) сжатия могут поддерживать на втором уровне, выше порогового уровня (703). Регулировочный клапан (704) могут поддерживать в закрытом положении, и положение (706) дросселя могут поддерживать на уровне, который выше начального положения дросселя до момента времени Т1. Следовательно, фактический крутящий момент (710) двигателя может первоначально быстро увеличиться, прежде чем достигнуть устойчивого уровня, который выше, чем начальный крутящий момент, наблюдаемый между Т0 и Т1. Фактический крутящий момент (710) двигателя может немного снизиться по сравнению с профилем требуемого крутящего момента (708) двигателя. Первое увеличение 712 крутящего момента может быть следствием закрытия регулировочного клапана, а второе увеличение 714 крутящего момента может быть следствием регулирования положения дросселя. Первое увеличение 712 крутящего момента может быть больше второго увеличения 714 крутящего момента. Закрытие регулировочного клапана для остановки потока газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания в коллектор может оказать непосредственное влияние на увеличение степени (702) сжатия, что может привести к быстрому увеличению фактического крутящего момента (710) двигателя. В противоположность этому, регулирование положения (706) дросселя для обеспечения большего потока воздуха в камеру сгорания через впускной коллектор может осуществиться спустя достаточно длительный интервал времени вследствие увеличенного времени прохождения воздуха через впускной коллектор, прежде чем воздух достигнет камеры сгорания. Увеличенная масса воздуха, проходящего в камеру сгорания, может смешиваться с топливом для формирования воздушно-топливной смеси, которую воспламеняют для производства большего крутящего момента (710) двигателя. Однако увеличение фактического крутящего момента двигателя вследствие регулирования положения дросселя может быть меньше по сравнению с увеличением фактического крутящего момента двигателя в зависимости от закрытия регулировочного клапана. Момент (716) зажигания могут постепенно задерживать до уровня, который ниже уровня (718) ОМЗ при поддержании фактического крутящего момента (710) двигателя на стабильном уровне, близком к требуемому крутящему моменту (708) двигателя.
В момент времени Т2 степень (702) сжатия может уменьшиться до уровня, который ниже порогового уровня (703), когда регулировочный клапан переводят из полностью закрытого положения к открытому положению. Например, степень (702) сжатия может уменьшиться от второго уровня до первого уровня, когда регулировочный клапан перемещают во второе открытое положение, при котором степень открытия клапана меньше, чем при первом открытом положении, существующем до момента времени Т1. В других примерах изменение степени сжатия могут выполнить в ответ на указание детонации, причем указание детонации включает в себя обнаружение детонации или ожидание детонации, причем изменение степени сжатия включает в себя уменьшение степени сжатия посредством увеличения степени открытия стравливающего клапана в ответ на указание детонации. В других примерах могут регулировать степень открытия стравливающего клапана и/или продолжительность открытия стравливающего клапана, на основе указания детонации, причем стравливающий клапан поддерживают в более открытом положении или поддерживают открытым более длительное время до тех пор, пока указание детонации не уменьшится ниже порогового значения. Момент (716) зажигания могут регулировать для обеспечения соответствия момента зажигания уровню (718) ОМЗ. В результате, фактический крутящий момент (710) двигателя можно поддерживать на уровне значений, близких к требуемому крутящему моменту (708) двигателя.
После момента времени Т2 степень (702) сжатия могут поддерживать на первом уровне за счет поддержания положения (704) регулировочного клапана во втором открытом положении и постепенного изменения положения (706) дросселя к менее открытому положению для уменьшения потока воздуха в камеру сгорания (через впускной коллектор). Например, расход воздуха в камеру сгорания может быть ниже по сравнению с наблюдаемым расходом воздуха между моментами времени Т1 и 12. Кроме того, момент (716) зажигания могут поддерживать на уровне (718) ОМЗ. Следовательно, степень (702) сжатия сохраняют на втором стабильном уровне, и фактический крутящий момент (710) двигателя может соответствовать требуемому крутящему моменту (708) двигателя.
Таким образом, степень сжатия в двигателе могут изменять за счет регулирования момента срабатывания регулировочного клапана, положения дросселя и момента зажигания для поддержания фактического крутящего момента двигателя на уровне, близком к требуемому крутящему моменту двигателя. Газообразные продукты сгорания, отведенные из камеры сгорания, когда регулировочный клапан и запорный клапан на коллекторе переводят в открытое положение, могут проходить в турбогенератор, где газообразные продукты сгорания могут поворачивать колесо турбины для выработки электроэнергии. Таким образом, степень сжатия в двигателе могут изменять для обеспечения улучшенной производительности двигателя при одновременной выработке электроэнергии, которая может быть распределена по центрам расхода энергии в двигателе.
В дальнейшем представлении, способ для двигателя содержит шаги, на которых: в ответ на первое указание детонации в цилиндре задерживают момент зажигания при поддержании степени сжатия цилиндра посредством закрытия стравливающего клапана, соединенного с головкой цилиндра, причем стравливающий клапан отличен от выпускного клапана; и в ответ на второе указание детонации, поддерживают момент зажигания при одновременном уменьшении степени сжатия цилиндра с детонацией посредством открытия стравливающего клапана. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, стравливающий клапан присоединен выше по потоку от турбогенератора, и причем уменьшение степени сжатия посредством открытия стравливающего клапана включает в себя выпуск по меньшей мере части газообразных продуктов сгорания из цилиндра, направление потока выпущенных газообразных продуктов сгорания через турбогенератор и генерирование в турбогенераторе пригодной для использования электроэнергии посредством указанного направления. Любой из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, может содержать шаги, на которых, в ответ на первое указание детонации и второе указание детонации, оценивают первое ухудшение топливной экономичности, вызванное задержкой момента зажигания при одновременном поддержании на прежнем уровне степени сжатия цилиндра с детонацией посредством закрытия присоединенного стравливающего клапана, и оценивают второе ухудшение производительности, вызванное поддержанием на прежнем уровне момента зажигания при одновременном уменьшении степени сжатия цилиндра посредством открытия стравливающего клапана и направления выпущенных газообразных продуктов сгорания через турбогенератор, расположенный ниже по потоку.
Кроме того, в любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, второе ухудшение производительности дополнительно оценивают на основе количества электроэнергии, сгенерированной посредством направления выпущенных газообразных продуктов сгорания через турбогенератор. Любой из предыдущих примеров, может дополнительно или опционально отличаться тем, что во время первого указания детонации первое ухудшение топливной экономичности меньше, чем второе ухудшение производительности, причем во время второго указания детонации второе ухудшение производительности меньше, чем первое ухудшение топливной экономичности. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первое и второе указание детонации включают в себя общую интенсивность детонации. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первое указание детонации включает в себя пониженную интенсивность детонации, а второе указание детонации включает в себя повышенную интенсивность детонации. Дополнительные примеры могут содержать шаги, на которых, в ответ на первое указание детонации уменьшают степень открытия клапана РОГ для уменьшения рециркуляции отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор; и в ответ на второе указание детонации, увеличивают степень открытия клапана РОГ для увеличения рециркуляции отработавших газов из перепускного коллектора, расположенного ниже по потоку от турбогенератора, во впускной коллектор.
В одном примере двигатель может предусматривать: изменение степени сжатия цилиндра за счет выборочного выпуска газообразных продуктов сгорания из цилиндра через стравливающий клапан, расположенный на головке цилиндра; и преобразование выпущенных газообразных продуктов сгорания в пригодную для использования электроэнергию в турбогенераторе, присоединенном ниже по потоку от стравливающего клапана. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, стравливающий клапан отличается от выпускного клапана цилиндра. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, указанное преобразование включает в себя воспламенение несгоревшего топлива в выпущенных газообразных продуктах сгорания выше по потоку от турбогенератора посредством воспламенителя, причем мощность воспламенителя регулируют на основе обнаруженного количества несгоревшего топлива в выпущенных газообразных продуктах сгорания.
В других предыдущих примерах, дополнительно или опционально, преобразование выпущенных газообразных продуктов сгорания в пригодную для использования электроэнергию включает в себя сохранение пригодной для использования электроэнергии в аккумуляторе, соединенном с турбогенератором. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, двигатель присоединен к гибридному транспортному средству, причем в способе дополнительно приводят в движение транспортное средство посредством крутящего момента, полученного от электромотора, приводимого в действие электроэнергией, полученной от аккумулятора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, изменение степени сжатия осуществляют в ответ на указание детонации, причем указание детонации включает в себя обнаружение детонации или ожидание детонации, при этом указанное изменение включает в себя уменьшение степени сжатия в ответ на указание детонации посредством увеличения степени открытия стравливающего клапана. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, степень открытия стравливающего клапана и/или продолжительность открытия стравливающего клапана регулируют на основе указания детонации, причем стравливающий клапан удерживают более открытым или открытым в течение более продолжительного периода времени до тех пор, пока указание детонации не уменьшится ниже порогового значения.
Любые или все из предыдущих примеров, могут дополнительно или опционально включать в себя шаги, на которых после указанного преобразования осуществляют рециркуляцию выпущенных газообразных продуктов сгорания из области ниже по потоку от турбогенератора во впуск двигателя через канал рециркуляции отработавших газов. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, изменение степени сжатия содержит шаги, на которых: увеличивают степень сжатия посредством закрытия стравливающего клапана для удержания газообразных продуктов сгорания в цилиндре; и уменьшают степень сжатия посредством открытия стравливающего клапана для выпуска газообразных продуктов сгорания из цилиндра. Любые или все из предыдущих примеров, могут дополнительно или опционально содержать шаги, на которых поддерживают повышенное давление в коллекторе при изменении степени сжатия, причем указанное поддержание содержит шаги, на которых: в ответ на открытие стравливающего клапана увеличивают степень открытия впускного дросселя, и/или уменьшают степень открытия клапана рециркуляции компрессора, и/или уменьшают степень открытия выпускного клапана в виде перепускной заслонки; и в ответ на закрытие стравливающего клапана уменьшают степень открытия впускного дросселя, и/или увеличивают степень открытия клапана рециркуляции компрессора, и/или увеличивают степень открытия выпускного клапана в виде перепускной заслонки. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, указанное изменение выполняют в ответ на переходное изменение требования водителем крутящего момента, причем переходное изменение требования включает в себя переходное увеличение требования водителем крутящего момента для запуска транспортного средства или переходное уменьшение требования водителем крутящего момента для замедления транспортного средства, причем указанное изменение содержит шаги, на которых: в ответ на переходное увеличение требования водителем крутящего момента закрывают стравливающий клапан для уменьшения степени сжатия и одновременно увеличивают степень открытия впускного дросселя; и в ответ на переходное уменьшение требования водителем крутящего момента открывают стравливающий клапан для увеличения степени сжатия и одновременно уменьшают степень открытия впускного дросселя.
Другой способ может включать в себя шаги, на которых в ответ на указание детонации сравнивают первое ухудшение топливной экономичности, вызванное задержкой момента зажигания при одновременном поддержании на прежнем уровне степени сжатия цилиндра с детонацией посредством закрытия стравливающего клапана, соединенного с головкой цилиндра и отличающегося от выпускного клапана, со вторым ухудшением производительности, вызванным поддержанием на прежнем уровне момента зажигания при одновременном уменьшении степени сжатия цилиндра посредством открытия стравливающего клапана и направления выпущенных газообразных продуктов сгорания через турбогенератор, расположенный ниже по потоку; и открывают стравливающий клапан, если второе ухудшение производительности меньше первого ухудшения топливной экономичности. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, второе ухудшение производительности вычисляют как функцию снижения давления в цилиндре вследствие выпуска газообразных продуктов сгорания через открытый стравливающий клапан и полученной выгоды вследствие увеличения заряда аккумулятора за счет электроэнергии, сгенерированной посредством направления выпущенных газообразных продуктов сгорания через турбогенератор. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, указание детонации включает в себя значение выходного сигнала датчика детонации, превышающее пороговое значение, причем открытие стравливающего клапана включает в себя регулирование продолжительности и степени открытия стравливающего клапана до тех пор, пока значение выходного сигнала датчика детонации не снизится до значения, меньшего, чем пороговое значение. В любых или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ может содержать шаги, на которых закрывают стравливающий клапан и задерживают момент зажигания, если первое ухудшение топливной экономичности меньше второго ухудшения производительности.
В дополнительном примере система двигателя может содержать: цилиндр двигателя, содержащий впускной клапан для получения воздуха из впускного коллектора и выпускной клапан для выпуска газообразных продуктов сгорания в выпускной коллектор; канал РОГ для рециркуляции отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор; головку цилиндра, содержащую стравливающий клапан, ведущий к перепускному коллектору, причем перепускной коллектор содержит воспламенитель, присоединенный выше по потоку от турбогенератора, причем перепускной коллектор соединен с каналом РОГ ниже по потоку от турбогенератора; аккумулятор, соединенный с турбогенератором; датчик детонации, соединенный с головкой цилиндра; кислородный датчик, соединенный с перепускным коллектором выше по потоку от воспламенителя; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для: обеспечения работы цилиндра с повышенной степенью сжатия посредством уменьшения степени открытия стравливающего клапана; обеспечения работы цилиндра с пониженной степенью сжатия посредством увеличения степени открытия стравливающего клапана; во время работы с более низкой степенью сжатия - направление газообразных продуктов сгорания, выпущенных из цилиндра, через турбогенератор; и зарядки аккумулятора электроэнергией, сгенерированной в турбогенераторе за счет указанного направления.
Любые или все из предыдущих примеров, могут дополнительно или опционально содержать шаги, на которых: во время работы с пониженной степенью сжатия обеспечивают рециркуляцию отработавших газов, выпущенных из цилиндра, во впускной коллектор через канал РОГ после их прохождения через турбогенератор.
В других предыдущих примерах, дополнительно или опционально, обеспечивают работу с пониженной степенью сжатия в ответ на значение выходного сигнала датчика детонации, превышающее пороговое значение, причем предусмотрена возможность увеличения степени открытия стравливающего клапана на некоторую величину и удержания его открытым в течение некоторого периода времени до тех пор, пока значение выходного сигнала датчика детонации не уменьшится ниже порогового значения. Другие предыдущие примеры могут дополнительно или опционально содержать: педаль акселератора для получения требования водителя крутящего момента, причем работу с пониженной степенью сжатия обеспечивают в ответ на переходное уменьшение требования водителем крутящего момента, причем работу с повышенной степенью сжатия обеспечивают в ответ на переходное увеличение требования водителем крутящего момента.
На фиг. 1-5 показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными, по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые в настоящем документе термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, только в качестве примера.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением 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 необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке 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 представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы 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. Объект 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 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 наличие 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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.