СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ С ДВОЙНЫМ НЕЗАВИСИМЫМ НАДДУВОМ ЦИЛИНДРОВ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к системам обеспечения наддува двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания могут включать в себя турбонагнетатели для увеличения выходного крутящего момента двигателя. Например, для двигателей, габариты которых были уменьшены для улучшения показателей экономии топлива, может потребоваться использование наддува, обеспечивающего компенсацию потерь мощности двигателя, связанных с данным уменьшением габаритов, и такой наддув может быть обеспечен турбонагнетателем (например, турбонагнетатель может обеспечивать наддув за счет принудительной подачи впускного воздуха, улучшая тем самым выходной крутящий момент двигателя). При этом использование одного только турбонагнетателя может быть связано с рядом недостатков, поскольку может наложить ограничения на возможную степень уменьшения габаритов двигателя. Это связано с тем, что в этом случае может быть невозможным обеспечить желаемое отношение давлений или поведение при работе в переходных условиях для всего диапазона работы двигателя. Кроме того, в более общем случае при переходных условиях может происходить отставание изменения выходной мощности (турбояма), что может привести к нежелательной задержке выходного крутящего момента двигателя.
Кроме того, когда поток выхлопных газов от нескольких цилиндров двигателя проходит к впуску турбины турбонагнетателя, могут возникнуть нежелательные наложения между цилиндрами в зависимости от порядка зажигания и установки фаз клапанного распределения цилиндров, что может создавать помехи для сгорания топлива. В качестве одного из примеров возникновения нежелательных перекрестных помех в работе цилиндров в двигателе с турбонаддувом можно привести четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом, имеющий порядок зажигания в цилиндрах 1-3-4-2, где цилиндры 1 и 4 являются внешними цилиндрами блока, а цилиндры 2 и 3 являются внутренними цилиндрами блока. Взаимодействие между внешними цилиндрами и внутренними цилиндрами может происходить выше по потоку относительно турбины турбонагнетателя. Например, в случае позднего выпуска выхлопных газов из цилиндра 1, цилиндр 3 также может начать выпуск газов, что может увеличить давление и температуру газа в цилиндре 1, а также может увеличить содержание оставшихся веществ в данном цилиндре. В результате может быть оказано отрицательное влияние на сгорание топлива, может быть увеличена вероятность детонации, и для достижения желаемой мощности двигателя может потребоваться обеспечение большего наддува. Описанные проблемы могут окончательно ограничить доступную мощность двигателя.
Для разрешения вышеназванных проблем могут быть использованы различные подходы. Для решения проблемы задержки в работе турбонагнетателя в некоторых случаях для обеспечения наддува наряду с турбонагнетателем предлагают использовать нагнетатель (воздушный компрессор), причем указанные устройства могут быть использованы в определенное время. Например, в патенте US 2010/0263375 (который может быть выбран в качестве ближайшего аналога) описана система наддува, включающая в себя турбонагнетатель и нагнетатель, функционирующий или как компрессор, или как расширитель. Нагнетатель обеспечивает наддув при низких оборотах двигателя, а при более высоких оборотах двигателя наддув обеспечивает турбонагнетатель, а нагнетатель при этом работает как расширитель и обеспечивает охлаждение. В данном подходе выхлопные газы из всех цилиндров двигателя проходят через турбину турбонагнетателя, что может вызывать нежелательные взаимные помехи в работе цилиндров, что может оказать отрицательное влияние на сгорание топлива.
Для решения проблемы нежелательных взаимных помех в работе цилиндров в некоторых подходах может быть использован турбонагнетатель с двойной улиткой (см., например, документ US 2011/302917). Турбонагнетатели с двойной улиткой позволяют решить проблему нежелательных взаимных помех в работе цилиндров за счет обеспечения двух путей вывода выхлопных газов для цилиндров, чьи импульсы выпуска выхлопных газов могут оказывать взаимное влияние друг на друга, при этом каждый из этих путей вывода выхлопных газов ведет к отдельной турбине. Например, в четырехцилиндровом двигателе с порядком зажигания цилиндров 1-3-4-2, перекрытие выпускных клапанов может происходить между цилиндрами 1 и 2 во время хода расширения цилиндра 1. Однако благодаря тому, что турбонагнетатель с двойной улиткой обеспечивает отдельные пути вывода выхлопных газов для цилиндров 1 и 2, выпуск выхлопных газов из цилиндра 1 не оказывает влияния на сгорание топлива в цилиндре 2. Кроме того, поскольку такое перекрытие клапанов не оказывает отрицательного влияния на сгорание, продолжительность периода открытого состояния клапана может быть увеличена, тем самым уменьшая работу двигателя по нагнетанию и увеличивая эффективность использования топлива. Несмотря на эти преимущества, было обнаружено несколько недостатков использования турбонагнетателя с двойной улиткой. Турбонагнетатели с двойной улиткой могут быть относительно дорогостоящими и иметь небольшой срок службы в силу их более сложной конструкции по сравнению с отдельным турбонагнетателем. Кроме того, их функциональность при высоких температурах может быть неполной.
Было обнаружено, что использование в системе двигателя нагнетателя для решения проблемы турбоямы при переходных режимах работы, или замена обычного турбонагнетателя на турбонагнетатель с двойной улиткой для решения проблемы возникновения нежелательных взаимных помех в работе цилиндров, может не привести к получению желаемых результатов, и даже может привести к появлению новых проблем, например, описанных выше. Таким образом, необходимо разработать систему двигателя и способы ее эксплуатации, которые позволят обеспечить наддув с использованием или только турбонагнетателя, или как турбонагнетателя, так и нагнетателя, и решить проблему возможного возникновения турбоямы при переходных условиях.
Раскрытие полезной модели
Настоящая полезная модель относится к системе двигателя, в которой через турбину турбонагнетателя проходит поток выхлопных газов не из всех цилиндров двигателя, а только из одной подгруппы цилиндров, что позволяет избежать нежелательных взаимных помех в работе цилиндров, даже когда перекрываются периоды открывания выпускных клапанов данных цилиндров (что зависит от порядка зажигания).
В частности, предложенная система двигателя содержит встроенный выпускной коллектор и расположенную в ряд группу цилиндров, состоящую из двух внутренних цилиндров и двух внешних цилиндров по бокам от внутренних, где каждый из цилиндров сообщается только с одним из четырех выпускных патрубков встроенного выпускного коллектора. При этом выпускные патрубки внутренних цилиндров сливаются в первую камеру, а выпускные патрубки внешних цилиндров сливаются во вторую камеру. Первая и вторая камеры могут представлять собой единственные отводы для выпуска выхлопных газов из встроенного выпускного коллектора и не сообщаться по потоку друг с другом в пределах встроенного выпускного коллектора.
Система двигателя также содержит турбонагнетатель с турбиной, впускное отверстие которой сообщается только с первой камерой из двух указанных; и нагнетатель, установленный параллельно компрессору турбонагнетателя выше по потоку относительно впускного коллектора двигателя. Выпускное отверстие турбины может сообщаться со второй камерой выше по потоку относительно ближнего каталитического нейтрализатора.
Система двигателя также может содержать муфту сцепления, соединяющую с возможностью разъединения коленчатый вал двигателя с нагнетателем, а также промежуточный охладитель, расположенный в канале выше по потоку относительно впускного коллектора и ниже по потоку относительно параллельно расположенных нагнетателя и компрессора.
Система двигателя также может содержать перепускной канал турбины, соединяющий впускное отверстие турбины с выпускным отверстием турбины, причем в этом канале расположен перепускной дроссель.
Система двигателя также может содержать первый канал рециркуляции выхлопных газов, соединяющий вторую камеру с впускным каналом компрессора, второй канал рециркуляции выхлопных газов, соединяющий выпускной канал турбины с впускным каналом компрессора, и третий канал рециркуляции выхлопных газов, соединяющий впускной канал турбины с выпускным каналом компрессора.
В соответствии с одним примером способа эксплуатации такой системы, к турбине турбонагнетателя может быть направлен поток выхлопных газов только от первой подгруппы цилиндров через встроенный выпускной коллектор IEM, а поток выхлопных газов от второй подгруппы цилиндров может быть направлен через встроенный выпускной коллектор IEM в обход турбины. Поток выхлопных газов из первой подгруппы цилиндров может быть направлен к турбине через первую камеру, а поток из второй подгруппы цилиндров может быть направлен в окружающую среду через вторую камеру.
Способ эксплуатации системы также может предусматривать зажигание в цилиндрах второй подгруппы (внешние цилиндры блока) раньше зажигания в цилиндрах первой подгруппы (внутренние цилиндры блока) и поддержание такого порядка зажигания.
Впускной воздух может быть сжат с помощью или только нагнетателя, или только турбонагнетателя, или с помощью как нагнетателя, так и турбонагнетателя.
Поток впускного воздуха направляют к нагнетателю, а не к компрессору турбонагнетателя, при переходных условиях (например, нажатие водителем педали газа), когда скорость вращения турбины ниже порогового значения. Для этого можно увеличить степень открытия первого дросселя ниже по потоку относительно нагнетателя, и уменьшить степень открытия второго дросселя ниже по потоку относительно компрессора. Привод нагнетателя может в этом случае обеспечиваться от турбины, которая получает поток выхлопных газов только от подгруппы внутренних цилиндров двигателя.
Поток впускного воздуха направляют и к нагнетателю, и к компрессору при устойчивых условиях работы, когда скорость вращения турбины выше порогового значения и запрашиваемый водителем крутящий момент выше порогового значения. Для этого увеличивают степень открытия второго дросселя и регулируют степень открытия первого дросселя.
Поток впускного воздуха направляют только к компрессору, а не к нагнетателю, при устойчивых условиях работы, когда скорость вращения турбины выше порогового значения а запрашиваемый водителем крутящий момент ниже порогового значения. Для этого увеличивают степень открытия второго дросселя, закрывают первый дроссель и отсоединяют нагнетатель от коленчатого вала двигателя.
При этом, если наблюдаются условия для помпажа компрессора, нагнетатель соединяют с коленчатым валом двигателя с помощью муфты сцепления, а при увеличении степени открытия первого дросселя уменьшают степень открытия второго дросселя.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является увеличение продолжительности периода открытого состояния клапана, и, следовательно, уменьшение работы по нагнетанию и повышение эффективности использования топлива.
Дополнительным техническим результатом является уменьшение времени достижения каталитическим нейтрализатором его рабочей температуры, а следовательно, улучшение качества выбросов двигателя. Этот эффект обеспечивается за счет того, что поток выхлопных газов от второй подгруппы цилиндров не идет через турбину и может проходить через ближний каталитический нейтрализатор.
Кроме того, за счет использования встроенного выпускного коллектора, который может быть совместим с предложенной системой двигателя, могут быть снижены затраты на материалы корпуса турбонагнетателя.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 схематично представлен пример системы рядного четырехцилиндрового двигателя с двойным независимым наддувом, которая содержит турбонагнетатель и нагнетатель.
На Фиг.2 проиллюстрирован пример способа эксплуатации турбонагнетателя и нагнетателя при наличии переходных условий работы и запроса крутящего момента.
На Фиг.3 представлен пример способа реализации различных режимов наддува.
На Фиг.4 представлен пример способа регулирования положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня нежелательных выбросов двигателя.
На Фиг.5 представлен пример способа управления работой двигателя для решения проблемы помпажа.
Осуществление полезной модели
Нижеприведенное описание относится к способам и системам обеспечения наддува двигателя внутреннего сгорания с помощью как нагнетателя, так и турбонагнетателя. Как показано на Фиг.1, система двигателя может включать в себя нагнетатель, установленный параллельно с турбонагнетателем выше по потоку впускного коллектора, с клапанами для регулирования путей прохождения потоков впускного воздуха. Система может также включать в себя встроенный выпускной коллектор (IEM), в котором выхлопные газы от первой подгруппы цилиндров направляют в первую камеру (напорный канал), а выхлопные газы от второй подгруппы цилиндров проходят во вторую камеру. Первая и вторая камеры могут не сообщаться друг с другом в пределах встроенного выпускного коллектора, первая камера может сообщаться с впуском турбины, в то время как вторая камера может не сообщаться с первой камерой или с впуском турбины. Описываемая система может быть использована для получения преимуществ, связанных с использованием турбонагнетателя, и при этом позволяет избежать таких недостатков, как турбояма (за счет использования для проведения наддува нагнетателя наряду с турбонагнетателем), и нежелательных взаимных помех в работе цилиндров (за счет направления потоков выхлопных газов из соседних по порядку зажигания цилиндров в отдельные, не связанные друг с другом камеры).
Описанный процесс сжатия с помощью нагнетателя и/или турбонагнетателя, может быть назван «стратегией разделенного наддува», и такая стратегия может обеспечить множество преимуществ. За счет включения в состав системы нагнетателя можно обеспечить мгновенный наддув в широком диапазоне рабочих условий двигателя, включая переходные условия, такие как нажатие педали газа, тем самым решая проблему турбоямы, связанную с использованием только турбонагнетателя. Другими словами, при использовании нагнетателя может быть достигнут максимально возможный крутящий момент (так называемое «колено момента»); передаточное отношение ременной передачи и рабочий объем нагнетателя могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить колено момента при низких оборотах, в то время как габариты и масса турбонагнетателя могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивать требуемый наддув в условиях пиковой мощности. Эта стратегия может обеспечить более широкую кривую крутящего момента по сравнению с обычным двигателем с турбонаддувом. Кроме того, добавление нагнетателя в систему также позволяет уменьшить габариты и массу турбонагнетателя таким образом, что размеры турбонагнетателя могут соответствовать размерам, соответствующим двухцилиндровому, а не четырехцилиндровому двигателю, что является более эффективным с точки зрения затрат и занимаемого пространства. Кроме того, независимо от того, обеспечивается наддув использованием только турбонагнетателя, или нагнетателя и турбонагнетателя вместе, или только нагнетателя, такая система двигателя может быть способна проводить обработку выхлопных газов при температуре 1050°С, тем самым увеличивая экономию топлива и обеспечивая соответствие выбросов двигателя предъявляемым к ним требованиям. Например, использование жаропрочных материалов в корпусе турбины может обеспечить лучшее соотношение компонентов топливовоздушной смеси (λ=1), что может позволить потоку выхлопных газов проходить до каталитического нейтрализатора (нейтрализаторов) в системе управления выбросами в горячем состоянии. Более того, в условиях помпажа компрессора системе двигателя может быть передан управляющий сигнал для временного отвода потока впускного воздуха к нагнетателю, пока проблема помпажа не будет решена. И, наконец, при работе двигателя в условиях высокой полезной мощности двигателя нагнетатель может быть отсоединен от коленчатого вала двигателя, в результате чего впускной воздух не будет проходить через нагнетатель, что может уменьшить рабочую нагрузку коленчатого вала и, тем самым, увеличить выходную мощность, а также срок службы двигателя.
На Фиг.1 схематично изображена система 100 двигателя, которая может быть включена в систему обеспечения движения автомобиля. Система 100 двигателя представляет собой многоцилиндровый двигатель. Как будет подробно описано ниже, турбонагнетатель 102 и нагнетатель 104 входят в состав двигателя, чтобы по отдельности или совместно обеспечивать наддув двигателя в зависимости от рабочих условий. В показанных вариантах выполнения система 100 двигателя представляет собой однорядный четырехцилиндровый двигатель (14) с четырьмя цилиндрами, расположенными в блоке двигателя.
Блок двигателя включает в себя коленчатый вал 108 и четыре цилиндра 110. Эти четыре цилиндра обозначены цифрами 1, 2, 3 и 4 соответственно, где цилиндры 1 и 4 представляют собой внешние цилиндры, а цилиндры 2 и 3 представляет собой внутренние цилиндры (например, цилиндры 2 и 3 расположены рядом друг с другом и между цилиндрами 1 и 4 данного блока). В данном описании внутренние цилиндры 2 и 3 могут быть названы первой подгруппой цилиндров, а внешние цилиндры 1 и 4 могут быть названы второй подгруппой цилиндров, причем внешние цилиндры могут быть обозначены как расположенные с двух сторон от внутренних цилиндров. Несмотря на то, что система 100 двигателя описана как система однорядного двигателя с четырьмя цилиндрами, следует понимать, что система 100 двигателя в других вариантах выполнения может иметь и другое количество цилиндров. Каждый из цилиндров 110 может иметь свечу зажигания и топливную форсунку для подачи топлива напрямую в камеру сгорания. При этом в альтернативных вариантах выполнения каждый из цилиндров 110 может не иметь свечу зажигания и/или топливную форсунку прямого впрыска.
Система 100 двигателя может управляться, по меньшей мере частично, управляющей системой 194. Представленная управляющая система 194 получает информацию от множества датчиков 196 и направляет управляющие сигналы нескольким исполнительным механизмам 198. Датчики 196 могут представлять собой, например, датчики давления, датчики соотношения компонентов топливовоздушной смеси и датчики состава. Исполнительные механизмы 198 могут представлять собой, например, муфту с электрическим управлением, распределительные клапаны и дроссели, которые будут описаны далее. Управляющая система 194 может включать в себя контроллер 112, который может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать полученные входные данные и запускать различные исполнительные механизмы в соответствии с обработанными входными данными на основании имеющихся в нем запрограммированных команд или кода, соответствующих одной или более процедуре. Также контроллер 112 может получать входные данные от водителя 132 автомобиля через устройство 130 ввода данных. В одном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала положения педали (РР).
Система 100 двигателя включает в себя впускную систему 114. Поток окружающего воздуха может поступать во впускную систему через первый впускной канал 116. Скорость потока данного впускного воздуха можно контролировать, по меньшей мере, частично, с помощью первого дросселя 118. Соответственно, положение первого дросселя может быть использовано в качестве рабочего параметра двигателя для регулирования потока воздуха, поступающего в двигатель. Выше по потоку относительно первого дросселя 118 в первом впускном канале 116 может быть расположен воздушный фильтр 120 для удаления твердых сажевых частиц из впускного воздуха.
Ниже по потоку относительно первого дросселя 118 первый впускной канал 116 разделен на два параллельных канала: канал 122 нагнетателя и канал 124 компрессора. В канале 122 нагнетателя расположены нагнетатель 104 и дроссель 126 нагнетателя, ниже его по потоку. Аналогичным образом, в канале 124 компрессора расположены компрессор 128 турбонагнетателя 102 и дроссель 136 компрессора, ниже его по потоку. Участок канала 124 компрессора выше по потоку относительно компрессора 128 может быть назван впуском компрессора, а участок канала 124 компрессора ниже по потоку относительно компрессора 128 может быть назван выпуском компрессора. Аналогичным образом, участок канала 122 нагнетателя выше по потоку относительно нагнетателя 104 может быть назван впуском нагнетателя, а участок канала 122 нагнетателя ниже по потоку относительно нагнетателя 104 может быть назван выпуском нагнетателя. Выпуск компрессора и выпуск нагнетателя объединяются ниже по потоку относительно дросселя 136 компрессора и дросселя 126 нагнетателя во второй впускной канал 138, который ведет к впускному коллектору 140. Конфигурация впускного коллектора 140 может предусматривать подачу впускного воздуха и/или топлива в цилиндры 110. Как показано на Фиг.1, впускной коллектор 140 может разветвляться на несколько впускных патрубков 150, каждый из которых сообщается с одним из цилиндров 110. Каждый цилиндр 110 может получать впускной воздух из впускного коллектора 140 через соответствующий соединенный с данным цилиндром впускной патрубок 150. Каждый впускной патрубок может быть выборочно соединен с соответствующим цилиндром 110 с помощью одного или более впускных клапанов данного цилиндра. Таким образом, сжимаемый нагнетателем 104 и/или компрессором 128 воздух может проходить в цилиндры 110 через впускной коллектор 140. Конфигурация нагнетателя 104 и компрессора 128 турбонагнетателя 102 может предусматривать увеличение массы воздуха, поступающей в по меньшей мере один из цилиндров 110. Таким образом, нагнетатель и компрессор могут контролировать, по меньшей мере частично, величину воздушного потока, поступающего в систему 100 двигателя. Величина сжатия, обеспечиваемая для одного или более цилиндров 110 турбонагнетателем и/или нагнетателем, может регулироваться контроллером 112.
Пример, представленный на Фиг.1, может быть преимущественным для порядка зажигания в цилиндрах 110, который представляет собой 1-3-4-2. При этом возможен также и другой порядок зажигания в цилиндрах 110.
Компрессор 128 турбонагнетателя 102 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 142, соединенной с выхлопной системой 144 двигателя с помощью вала 146. Относительно простое строение турбонагнетателя 102, например, по сравнению с турбонагнетателем с двойной улиткой, может позволить выгодно использовать в конструкции данного турбонагнетателя жаропрочные материалы. Нагнетатель 104 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не являться турбиной. Например, как показано на Фиг.1, нагнетатель 104 может быть соединен с коленчатым валом 108 системы 100 двигателя с помощью муфты 174 с электронным управлением. Контроллер 112 может управлять муфтой 174, чтобы соединять коленчатый вал 108 с нагнетателем 104, когда требуется сжатие впускного воздуха с использованием нагнетателя. Когда нагнетатель соединен с коленчатым валом с помощью этой муфты, привод нагнетателя для сжатия впускного воздуха может быть обеспечен двигателем. Поскольку переходное время отклика турбонагнетателя 102 в некоторых условиях может превышать 1 секунду, нагнетатель 104 может обеспечить время отклика, например, в 0,2 секунды по всему диапазону оборотов. Когда сжатие впускного воздуха с использованием нагнетателя не требуется, например, при условиях, когда для сжатия впускного воздуха используют только турбонагнетатель, нагнетатель может быть отсоединен от коленчатого вала с помощью указанного сцепления так, чтобы он не оказывал влияния на нагрузку двигателя, что является преимуществом.
В варианте воплощения, представленном на Фиг.1, во втором впускном канале 138 установлен промежуточный охладитель 148. Промежуточный охладитель 148 может увеличить коэффициент полезного действия двигателя и уменьшить детонацию за счет уменьшения температуры впускного воздуха, которая в условиях проведения наддува может быть нежелательно высокой, когда происходит сжатие впускного воздуха нагнетателем и/или турбонагнетателем.
Ниже по потоку относительно промежуточного охладителя 148 во втором впускном канале 138 может быть установлен второй дроссель 176, предназначенный для регулирования потока впускного воздуха, идущего от компрессора и/или нагнетателя к двигателю.
Выхлопная система 144 системы 100 двигателя может включать в себя встроенный выпускной коллектор 152, выполненный с возможностью выпускать отработанные продукты сгорания из цилиндров 110. Встроенный выпускной коллектор 162 может иметь выпускные патрубки 154, каждый из которых может быть выборочно соединен с соответствующим цилиндром 110 через один или более выпускных клапанов данного цилиндра (не показаны). Выпускные патрубки, соединенные с цилиндрами 2 и 3 соответственно, объединяются внутри встроенного выпускного коллектора 152 в первой камере 156, а выпускные патрубки, соединенные, соответственно, с цилиндрами 1 и 4, объединяются внутри встроенного выпускного коллектора 152 во второй камере 158. Первая и вторая камеры не сообщаются друг с другом, и выпускные патрубки, соединенные с цилиндрами разных подгрупп, также не сообщаются. Таким образом, выпуск выхлопных газов из цилиндров разных подгрупп может быть полностью разделен, так что обратная вспышка из одного цилиндра не может оказать отрицательного влияния на соседний по порядку зажигания цилиндр.
Встроенный выпускной коллектор 152 может включать в себя систему 178 охлаждения. Система 178 охлаждения может получать хладагент от двигателя и направлять его через встроенный выпускной коллектор. Хладагент может прокачиваться с помощью насоса через блок двигателя до встроенного выпускного коллектора и через него, через один или более параллельных и/или последовательных каналов, до выхода из встроенного выпускного коллектора, и затем направляться к радиатору.
Первая и вторая камеры 156 и 158 могут распространяться за пределы встроенного выпускного коллектора 152. За пределами встроенного выпускного коллектора 152 первая камера 156 направляет поток выхлопных газов от первой подгруппы цилиндров (например, от внутренних цилиндров 2 и 3) через турбину 142 турбонагнетателя 102, в то время как вторая камера 158 направляет поток выхлопных газов от второй подгруппы цилиндров (например, от внешних цилиндров 1 и 4) напрямую к одному или более устройству управления выбросами, которые могут быть расположены во второй камере 158 для обработки выхлопных газов двигателя в данном канале перед выпуском окружающую среду. Так как поток выхлопных газов, идущий через вторую камеру, проходит в обход турбины, может быть уменьшена работа по накачке в одном или двух цилиндрах, соединенных со второй камерой, что может увеличить эффективность использования топлива. После прохождения через турбину 142, выхлопные газы из первой камеры направляются во вторую камеру выше по потоку относительно устройств управления выбросами через выпускной канал 160 турбины. В варианте, показанном на Фиг.1, одно или более устройств управления выбросами включают в себя ближний каталитический нейтрализатор 162 и хвостовой каталитический нейтрализатор 164.
По выбору в данную систему может быть включен перепускной канал 166 турбины, чтобы выхлопные газы из первой камеры 156 могли обходить турбину 142 за счет регулирования положения перепускного дросселя 168, расположенного в перепускном канале турбины. Перепускной канал 166 турбины может быть соединен с первой камерой 156 выше по потоку относительно турбины 142 и с выпускным каналом 160 турбины, чтобы соединить указанные два канала. Когда перепускной дроссель 168 полностью закрыт, весь поток выхлопных газов первой камеры 156 может быть направлен через турбину 142, и затем через выпускной канал 160 турбины. Когда перепускной дроссель 168 полностью закрыт, по существу весь поток выхлопных газов первой камеры 156 может проходить в обход турбины 142 и непосредственно в выпускной канал турбины. Таким образом, количество выхлопных газов, идущих в обход турбины, может быть отрегулировано с помощью регулирования положения перепускного дросселя 168.
Также по выбору в систему может быть включен перепускной канал 170 каталитического нейтрализатора, так что выхлопные газы могут быть направлены в обход ближнего каталитического нейтрализатора 162. Один конец перепускного канала 170 каталитического нейтрализатора может быть соединен с выпускным каналом 160 турбины между второй камерой 158 и местом пересечения перепускного канала 166 турбины и выпускного канала 160 турбины. Другой конец перепускного канала 170 каталитического нейтрализатора может быть соединен со второй камерой 158 между ближним нейтрализатором и хвостовым нейтрализатором. В перепускном канале каталитического нейтрализатора может быть расположен перепускной дроссель 172 каталитического нейтрализатора. Когда перепускной дроссель 172 каталитического нейтрализатора находится в полностью открытом состоянии, поток выхлопных газов выпускного канала турбины может проходить через перепускной канал каталитического нейтрализатора и за счет этого проходить в обход ближнего каталитического нейтрализатора. В противоположность этому, когда перепускной дроссель 172 каталитического нейтрализатора находится в полностью закрытом состоянии, поток выхлопных газов выпускного канала турбины может проходить через выпускной канал турбины во вторую камеру 158 выше по потоку ближнего каталитического нейтрализатора 162. В некоторых вариантах воплощения изобретения степень открывания перепускного дросселя каталитического нейтрализатора может быть отрегулирована так, что желаемая часть выхлопных газов выпускного канала турбины проходит в обход ближнего каталитического нейтрализатора, в то время как оставшаяся часть выхлопных газов продолжает идти по выпускному каналу турбины и проходит через ближний нейтрализатор.
Как показано на Фиг.1, система 180 рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из системы выпуска в систему впуска с помощью различных каналов системы EGR. Первый канал 182 системы EGR может соединять вторую камеру 158 с каналом 124 компрессора выше по потоку относительно компрессора 128. Второй канал 184 системы EGR может соединять выпускной канал 160 турбины с каналом 124 компрессора выше по потоку относительно компрессора 128. Третий канал 186 системы EGR может соединять первую камеру 156 с каналом 124 компрессора ниже по потоку относительно компрессора 128. Первый канал 182 системы EGR может содержать первый клапан 188 системы EGR, второй канал 184 системы EGR может содержать второй клапан 190 системы EGR, и третий канал 186 системы EGR может содержать третий клапан 192 системы EGR. Количество рециркулируемых выхлопных газов, подаваемых во впускную систему 114, может быть изменено контроллером 112 с помощью первого, второго и третьего клапанов системы EGR. По выбору, внутри каналов EGR могут быть расположены датчики системы EGR, которые могут предоставлять данные по одному или нескольким параметрам, включающим в себя показания давления, температуры и концентрации выхлопных газов в каждом канале. Система 180 рециркуляции выхлопных газов (EGR) может уменьшить выбросы NOx за счет рециркуляции части выхлопных газов двигателя обратно в впускную систему 114.
На Фиг.2 представлен пример способа 200 эксплуатации турбонагнетателя и нагнетателя на основании наличия переходных условий работы и запроса крутящего момента. Например, способ, представленный на Фиг.2, может быть использован в двигателе, представленным на Фиг.1.
На этапе 202 способ 200 предусматривает установление наличия переходных условий работы. Переходные условия работы могут включать в себя, например, нажатие водителем педали газа и холодный запуск двигателя. При таких переходных условиях использование только компрессора турбонагнетателя не может обеспечить достаточный наддув. При этом по достижении устойчивых условий работы может быть желательным обеспечивать наддув с использованием только компрессора турбонагнетателя, чтобы отсоединить нагнетатель от двигателя с помощью муфты с электронным управлением и, тем самым, уменьшить нагрузку на двигатель.
При наличии переходных условий работы на этапе 202 ответ будет «ДА» и способ 200 переходит на этап 204. На этапе 204 способ 200 предусматривает сжатие впускного воздуха с использованием только нагнетателя. Примерный способ для реализации этапа 204 представлен на Фиг.3 и описан ниже. За счет сжатия впускного воздуха с использованием только нагнетателя, компрессор турбонагнетателя испытывает меньшее сопротивление, что способствует более быстрому раскручиванию турбины турбонагнетателя до желаемой скорости, и в результате желаемый уровень наддува может быть обеспечен с использованием только турбонагнетателя.
После перехода в режим обеспечения наддува с использованием только нагнетателя, способ 200 переходит на этап 206. На этапе 206 способ 200 предусматривает определение того, вращается турбина турбонагнетателя на желаемой скорости или нет. В качестве одного примера, такая желаемая скорость может представлять собой скорость, при которой компрессор турбонагнетателя обеспечивает ту величину наддува, которая позволит достичь запрашиваемого водителем крутящего момента.
Если на этапе 206 будет дан ответ «НЕТ», способ 200 переходит обратно на этап 204, чтобы продолжить сжимать впускной воздух с использованием нагнетателя, чтобы предоставить турбонагнетателю больше времени для раскручивания до желаемой скорости. В противном случае, если на этапе 206 будет дан ответ «ДА», способ 200 переходит на этап 208.
На этапе 208 способ 200 включает в себя определение того, превышает ли запрашиваемый крутящий момент двигателя пороговое значение или нет. В качестве одного примера, пороговое значение может соответствовать величине крутящего момента, которая не может быть достигнута при получении наддува с использованием только нагнетателя или только компрессора турбонагнетателя.
Если на этапе 208 будет дан ответ «НЕТ», то способ 200 переходит на этап 210. На этапе 210 способ 200 предусматривает сжатие впускного воздуха с использованием только компрессора турбонагнетателя. Примерный способ для реализации этапа 210 представлен на Фиг.3 и описан ниже. За счет использования для обеспечения крутящего момента только компрессора турбонагнетателя в условиях, когда запрашиваемый крутящий момент находится на уровне, позволяющем такой режим работы, нагнетатель может быть отсоединен от коленчатого вала двигателя с помощью муфты с электронным управлением, с тем чтобы уменьшить нагрузку двигателя.
В противном случае, если на этапе 208 будет дан ответ «ДА», то способ 200 переходит на этап 212. На этапе 212 способ 200 предусматривает сжатие впускного воздуха с использованием как нагнетателя, так и компрессора турбонагнетателя. Примерный способ реализации этапа 212 представлен на Фиг.3 и описан ниже. Когда запрашиваемый крутящий момент двигателя превышает пороговое значение, наддув двигателя могут обеспечить как нагнетатель, так и турбонагнетатель. При такой работе наддув, обеспечиваемый нагнетателем, решает проблему турбоямы, которая может возникнуть в условиях получения наддува только от турбонагнетателя. Наддув, обеспечиваемый турбонагнетателем, уменьшает потребность в использовании нагнетателя, и, тем самым, уменьшает нагрузку на двигатель и/или потребление энергии, в зависимости от того, что является источником энергии для привода нагнетателя.
Возвращаясь на этап 202, при отсутствии переходных условий работы ответ будет «НЕТ» и способ 200 завершает свою работу.
На Фиг.3 представлен примерный способ 300 для реализации трех режимов наддува. Способ, представленный на Фиг.3, может быть использован, например, для двигателя на Фиг.1, и вместе со способом, представленным на Фиг.2. Способ, представленный на Фиг.2, может быть использован для определения подходящего режима наддува при заданных условиях работы двигателя, а способ, представленный на Фиг.3, может быть использован для реализации такого режима наддува. Следует понимать, что в некоторых примерах эти режимы наддува могут частично совпадать, и что это совпадение может быть динамически отрегулировано для обеспечения выбора силовой передачи с целью оптимизации ощущения от вождения и экономии расхода топлива.
На этапе 302 способ 300 предусматривает определение, какой режим должен быть реализован, например, с помощью способа 200.
Если выбран режим проведения наддува с использованием только нагнетателя, способ 300 переходит с этапа 302 на этап 304. На этапе 304 реализуется режим проведения наддува с использованием только нагнетателя. Это предусматривает на этапе 310 соединение нагнетателя с коленчатым валом двигателя с помощью муфты. Эта муфта может представлять собой муфту с электронным управлением, как муфта 174 на Фиг.1. В данном случае контроллер 112 может передать сигнал на муфту 174 с электронным управлением, что приведет к соединению нагнетателя с коленчатым валом с помощью муфты, если нагнетатель и коленчатый вал еще не были соединены. Таким образом, может быть обеспечен привод компрессора нагнетателя от коленчатого вала двигателя. В других, не ограничивающих, примерах привод компрессора нагнетателя может быть обеспечен от электрического мотора с питанием от аккумулятора, в дополнение к коленчатому валу или вместо него.
Реализация режима проведения наддува с использованием только нагнетателя далее предусматривает на этапе 312 полное закрывание дросселя компрессора и полное открывание дросселя нагнетателя. Как показано на Фиг.1, дроссель 136 компрессора может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 128 турбонагнетателя, а дроссель 126 нагнетателя может быть расположен ниже по потоку относительно нагнетателя 104. За счет полного закрывания дросселя компрессора и полного открывания дросселя нагнетателя, впускной воздух направляется из первого впускного канала 116 в канал 122 нагнетателя, а не в канал 124 компрессора.
На этапе 314 реализация режима проведения наддува с использованием только нагнетателя далее предусматривает полное закрывание перепускного дросселя турбины. Как показано на Фиг.1, перепускной дроссель 168 турбины может быть расположен в перепускном канале 166 турбины. Полное закрывание перепускного дросселя турбины служит для закрывания перепускного канала турбины, в результате чего весь поток выхлопных газов первой камеры будет проходить через турбину 142. За счет направления всего потока выхлопных газов первой камеры через турбину во время реализации режима обеспечения наддува с использованием только нагнетателя, желаемая скорость вращения турбины может быть достигнута быстрее, например, чтобы для проведения наддува использовать только турбонагнетатель, или турбонагнетатель в сочетании с нагнетателем.
На этапе 316 реализация режима проведения наддува с использованием только нагнетателя далее предусматривает регулирование положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя. Пример способа регулирования положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя представлен на Фиг.4 и описан ниже.
Возвращаясь на этап 302, если выбран режим проведения наддува с использованием нагнетателя и компрессора турбонагнетателя, то способ 300 переходит с этапа 302 на этап 306.
На этапе 306 реализуется режим проведения наддува с использованием нагнетателя и компрессора турбонагнетателя. Это предусматривает на этапе 318 соединение нагнетателя с коленчатым валом двигателя с помощью муфты, как было описано выше в отношении этапа 310.
Реализация режима проведения наддува с использованием нагнетателя и компрессора турбонагнетателя далее включает в себя на этапе 320 регулирование степени открывания дросселей компрессора турбонагнетателя и нагнетателя на основании условий работы двигателя. Как показано на фиг.1, дроссель 136 компрессора может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 128 турбонагнетателя и дроссель 126 нагнетателя может быть расположен ниже по потоку относительно нагнетателя 104. Степень открывания дросселя нагнетателя, в дополнение к другим факторам, таким как скорость работы компрессора нагнетателя, влияет на долю впускного воздуха, которая из первого впускного канала 116 будет направлена в канал 122 нагнетателя. Аналогичным образом степень открывания дросселя компрессора турбонагнетателя, в дополнение к другим факторам, таким как скорость работы компрессора турбонагнетателя, влияет на долю впускного воздуха, которая из первого впускного канала 116 будет направлена в канал 124 компрессора. Различные условия работы двигателя могут оказывать влияние на желаемую степень открывания дросселей компрессора турбонагнетателя и нагнетателя. Например, желаемая степень открывания дросселей компрессора турбонагнетателя и нагнетателя соответственно могут представлять собой те степени открывания дросселей, которые в сочетании обеспечат тот уровень наддува, который приведет к обеспечению запрашиваемого крутящего момента двигателя. В качестве другого примера желаемая степень открывания дросселя компрессора турбонагнетателя может зависеть от текущей скорости вращения турбины и (или) вероятности помпажа компрессора при различных степенях открывания дросселя компрессора при текущей скорости вращения турбины.
На этапе 322 реализация режима проведения наддува с использованием нагнетателя и компрессора турбонагнетателя далее предусматривает регулирование степени открывания перепускного дросселя турбины на основании условий работы. Как показано на Фиг.1, перепускной дроссель 168 турбины может быть расположен в перепускном канале 166 турбины. Доля потока выхлопных газов первой камеры 156, которая проходит в обход турбины 142 за счет прохождения через перепускной канал 166 турбины, может зависеть от степени открывания перепускного дросселя 168 турбины. Так как количество выхлопных газов, проходящих через турбину, влияет на скорость вращения турбины, то с помощью регулирования степени открывания перепускного дросселя турбины может быть достигнута желаемая скорость вращения турбины. Желаемая скорость вращения турбины может быть основана на условиях работы двигателя. Например, при условиях, когда возникновение помпажа компрессора является неизбежным, но использование только нагнетателя не позволяет обеспечить достаточный наддув для обеспечения запрашиваемого крутящего момента, степень открывания перепускного дросселя турбины может быть несколько большей, чтобы в некоторой степени уменьшить скорость вращения турбины, при этом продолжая обеспечивать наддув с помощью компрессора турбонагнетателя.
На этапе 324 реализация режима проведения наддува с использованием нагнетателя и компрессора турбонагнетателя далее предусматривает регулирование положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя. Пример способа регулирования положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя представлен на Фиг.4 и описан ниже.
Возвращаясь на этап 302, если выбран режим проведения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя, способ 300 переходит с этапа 302 на этап 308.
На этапе 308 реализуется режим проведения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя. Это предусматривает на этапе 326 отсоединение нагнетателя от коленчатого вала двигателя с помощью муфты, так как обеспечение привода нагнетателя от двигателя во время режима проведения наддува только от компрессора турбонагнетателя может не потребоваться. Муфта может представлять собой муфту с электронным управлением, например муфту 174, представленную на Фиг.1. В данном случае контроллер 112 может передать сигнал на муфту 174 с электронным управлением, что приведет к отсоединению нагнетателя от коленчатого вала, если они соединены. В другом примере привод компрессора нагнетателя может быть обеспечен от электрического мотора, а не от двигателя, и в таком случае будут предприняты другие действия, чтобы отключать привод нагнетателя во время режима проведения наддува с использованием только турбонагнетателя.
Реализация режима проведения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя далее предусматривает на этапе 328 полное открывание дросселя компрессора и полное закрывание дросселя нагнетателя. Как показано на Фиг.1, дроссель 136 компрессора может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 128 турбонагнетателя, а дроссель 126 нагнетателя может быть расположен ниже по потоку относительно нагнетателя 104. За счет полного открывания дросселя компрессора и полного закрывания дросселя нагнетателя впускной воздух направляется из первого впускного канала 116 в канал 124 компрессора, а не в канал 122 нагнетателя
На этапе 330 реализация режима проведения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя далее предусматривает регулирование степени открывания перепускного дросселя турбины на основании условий работы, как было описано в отношении этапа 322.
На этапе 332 реализация режима проведения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя далее предусматривает регулирование положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя. Пример способа регулирования положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя представлен на Фиг.4 и описан ниже.
На Фиг.4 представлен примерный способ 400 для регулирования положения перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня выбросов двигателя. Способ, представленный на Фиг.4, может быть использован для двигателя на Фиг.1, и может быть реализован в сочетании со способами, представленным на Фиг.2 и 3.
На этапе 402 способ 400 предусматривает определение ожидаемого уровня нежелательных выбросов двигателя при текущих условиях работы двигателя. Например, в различных местах в системах выпуска и впуска могут быть расположены различные датчики 196 для измерения значений параметров, таких как соотношение компонентов во впускной топливовоздушной смеси, температура впускного воздуха или выхлопных газов, содержание NOx в выхлопных газах и так далее. Значения, полученные от этих датчиков, могут быть направлены на контроллер 112, который на основании этих значений может определить ожидаемый уровень нежелательных выбросов, наряду с другими факторами.
На этапе 404 способ 400 предусматривает определение того, превышает ожидаемый уровень нежелательных выбросов пороговое значение или нет. Пороговое значение может представлять собой уровень, при котором количество нежелательных выбросов двигателя превысит допустимую величину при проведении их обработки с использованием только хвостового каталитического нейтрализатора. Допустимая величина может, например, представлять собой законодательно установленное значение, или может быть связана с классификацией двигателей по уровню выбросов.
Если на этапе 404 будет дан ответ «НЕТ», то обработка нежелательных выбросов выхлопных газов может быть проведена без превышения допустимого уровня с использованием только хвостового каталитического нейтрализатора. В таком случае способ 400 переходит с этапа 404 на этап 406, чтобы полностью открыть перепускной дроссель каталитического нейтрализатора. Например, контроллер 112 может направить сигнал на перепускной дроссель каталитического нейтрализатора, чтобы полностью его открыть. Полное открывание перепускного дросселя каталитического нейтрализатора может привести к тому, что поток выхлопных газов как из первой, так и из второй камеры будет проходить в обход ближнего каталитического нейтрализатора 162 за счет прохождения через открытый перепускной канал 170 каталитического нейтрализатора. Выхлопные газы первой камеры могут проходить через турбину 142 и/или через перепускной канал 166 турбины (в зависимости от степени открывания перепускного дросселя 168 турбины), и затем в выпускной канал 160 турбины. Сопротивление потока на входе в ближний нейтрализатор 162 может быть выше, чем сопротивление потока на входе в перепускной канал 170 каталитического нейтрализатора. В силу более низкого сопротивления потока на входе в перепускной канал каталитического нейтрализатора большая часть или весь поток выхлопных газов выпускного канала турбины из первой камеры может проходить через перепускной канал каталитического нейтрализатора, тем самым проходя в обход ближнего каталитического нейтрализатора. Аналогичным образом, большая часть или весь поток выхлопных газов второй камеры 158 может быть направлен в выпускной канал 160 турбины, и затем в перепускной канал 170 каталитического нейтрализатора за счет более низкого сопротивления потока на входе в перепускной канал каталитического нейтрализатора (относительно сопротивления потока на входе в ближний нейтрализатор). Прохождение выхлопных газов в обход ближнего нейтрализатора при условиях, когда это не приведет к превышению допустимого уровня нежелательных выбросов выхлопных газов, может быть использовано, например, для уменьшения частоты проведения необходимой регенерации ближнего каталитического нейтрализатора. После этапа 406 способ 400 завершает свою работу.
В противном случае, если на этапе 404 будет дан ответ «ДА», способ 400 переходит с этапа 404 на этап 408, чтобы определить происходит в данный момент холодный запуск двигателя или нет. Во время холодного запуска двигателя можно ожидать, что уровень нежелательных выбросов выхлопных газов будет высоким. Кроме того, во время холодного запуска двигателя температура нейтрализаторов выхлопных газов может быть ниже рабочего уровня температуры, что может уменьшить способность нейтрализатора к уменьшению нежелательных выбросов выхлопных газов.
Если на этапе 408 дается ответ «ДА», способ 400 переходит на этап 412, чтобы полностью закрыть перепускной дроссель каталитического нейтрализатора. Например, контроллер 112 может направить соответствующий сигнал на перепускной дроссель каталитического нейтрализатора. Полностью закрытый перепускной дроссель каталитического нейтрализатора может привести к тому, что поток выхлопных газов из первой и второй камер будет проходить через ближний нейтрализатор 162 перед тем, как пройти через хвостовой нейтрализатор 164. Такой режим работы может ускорить достижение рабочей температуры в ближнем нейтрализаторе. Кроме того, даже до того, как температура ближнего каталитического нейтрализатора достигла рабочего уровня, нейтрализатор может быть способен в некоторой степени проводить обработку нежелательных выбросов выхлопных газов, в зависимости от типа каталитического нейтрализатора. Соответственно, прохождение потока выхлопных газов через ближний нейтрализатор даже до того, как была достигнута рабочая температура, может быть более предпочтительным вариантом относительно варианта прохождения потока выхлопных газов в обход ближнего каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска двигателя, когда уровень выбросов выхлопных газов является относительно высоким. После этапа 412 способ 400 завершается.
В противном случае, если на этапе 408 будет дан ответ «НЕТ» и холодный запуск двигателя в настоящий момент не происходит, способ 400 переходит на этап 410, чтобы отрегулировать степень открывания перепускного дросселя каталитического нейтрализатора на основании ожидаемого уровня нежелательных выбросов. Так как самый высокой уровень нежелательных выбросов может происходить при холодном запуске двигателя, при других условиях возможно проводить по меньшей мере часть выхлопных газов в обход ближнего каталитического нейтрализатора, тем самым уменьшая частоту, с которой необходимо будет проводить его регенерацию. Соответственно, на основании ожидаемого уровня нежелательных выбросов, определенных на этапе 402, контроллер 112 может определить максимальную степень открывания перепускного дросселя каталитического нейтрализатора, которая будет обеспечивать отсутствие превышения допустимой величины нежелательных выбросов, и в то же время минимизировать поток выхлопных газов, идущих через ближний нейтрализатор. После этапа 410 способ 400 завершается.
На Фиг.5 представлен пример способа 500 регулирования работы турбонагнетателя и нагнетателя для решения проблемы помпажа компрессора турбонагнетателя. Помпаж компрессора турбонагнетателя представляет собой нежелательное явление, которое может происходить, когда высокая скорость работы компрессора приводит к тому, что сжимается большее количество воздуха, чем двигатель может впустить в заданное время. Высокое давление на выходе компрессора может принудительно уменьшить скорость компрессора и, тем самым, уменьшить скорость вращения турбины. По мере того, как двигатель использует сжатый впускной воздух, скорость вращения турбины может снова увеличиться, и соответствующее увеличение скорости компрессора может снова привести к созданию условий для помпажа. Таким образом, например, при отсутствии изменений в параметрах работы двигателя условия для возникновения помпажа могут сохраняться по мере того, как скорость вращения вала турбонагнетателя неоднократно меняется между быстрой и медленной. Способ 500 обеспечивает решение проблемы таких нежелательных условий для возникновения помпажа за счет использования в системе 100 двигателя как нагнетателя, так и турбонагнетателя.
На этапе 502 способ 500 предусматривает определение того, происходит ли помпаж компрессора турбонагнетателя. Например, контроллер 112 может сделать такое заключение на основании измеренных за определенный промежуток времени значений таких параметров, как скорость вращения вала турбонагнетателя, давление в канале 124 турбонагнетателя ниже по потоку относительно компрессора 128 и тому подобных.
Если на этапе 502 буде дан ответ «НЕТ», помпаж турбонагнетателя не происходит, и способ 500 завершается. В противном случае, если на этапе 502 будет дан ответ «ДА», способ 500 переходит на этап 504. На этапе 504 способ 500 предусматривает соединение нагнетателя с коленчатым валом двигателя с помощью муфты с электронным управлением. Как было описано выше в отношении Фиг.3, на этапах 310 и 318 в результате соединения нагнетателя с коленчатым валом двигателя компрессор нагнетателя может быть приведен в действие от двигателя, а приведенный в действие компрессор может обеспечивать наддув двигателя. Следует понимать, что если нагнетатель уже был подсоединен к коленчатому валу двигателя, например, во время режима обеспечения наддува с использованием компрессора турбонагнетателя и нагнетателя, на этапе 504 можно не предпринимать каких-либо действий.
После шага 504 способ 500 переходит на этап 506. На этапе 506 способ 500 предусматривает уменьшение степени открывания дросселя компрессора и увеличение степени открывания дросселя нагнетателя. Например, величина, на которую будет уменьшена степень открывания дросселя компрессора, и величина, на которую будет увеличена степень открывания дросселя нагнетателя, могут быть основаны на измеренных значениях параметров, связанных с текущими условиями для возникновения помпажа и/или другими условиями работы двигателя. Уменьшение степени открывания дросселя компрессора может привести к уменьшению потока воздуха, проходящего через компрессор 128, что может способствовать смягчению явления помпажа компрессора. Кроме того, увеличение степени открывания дросселя нагнетателя может увеличить количество воздуха, проходящего через нагнетатель 104, так что уменьшенное количество воздуха, проходящего через компрессор турбонагнетателя, не оказывает отрицательного воздействия на обеспечение желаемого уровня наддува двигателя. В качестве одного примера, если в момент обнаружения помпажа двигатель работает в режиме обеспечения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя, дроссель нагнетателя может быть полностью закрыт до тех пор, пока на этапе 506 степень его открывания не будет увеличена. В качестве другого примера, если в момент обнаружения помпажа двигатель работает в режиме обеспечения наддува с использованием и компрессора турбонагнетателя, и нагнетателя, дроссель нагнетателя может быть уже частично открыт, когда на этапе 506 будет увеличена степень его открывания.
После этапа 506 способ 500 переходит на этап 508, чтобы определить, была ли решена проблема помпажа компрессора, или нет, аналогично исходному определению наличия помпажа компрессора. Если делается заключение, что проблема помпажа не была решена, способ 500 переходит обратно на этап 506 для дальнейшего уменьшения степени открывания дросселя компрессора и дальнейшего увеличения степени открывания дросселя нагнетателя. Таким образом, количество воздуха, проходящего через компрессор турбонагнетателя, может быть еще больше уменьшено, чтобы смягчить явление помпажа компрессора, в то время как количество воздуха, проходящего через нагнетатель, может быть еще больше увеличено, чтобы избежать отклонений в обеспечении наддува впускного воздуха, которые могут оказать влияние на выходной крутящий момент двигателя. В другом не ограничивающем примере контроллер 112 может инициировать дополнительные действия для уменьшения помпажа компрессора, например, уменьшить степень открывания первого дросселя 118 для уменьшении общего количества впускного воздуха.
При этом если проблема помпажа была решена, на этапе 508 будет дан ответ «ДА» и способ 500 переходит с этапа 508 на этап 510 для определения текущего режима обеспечения наддува. Например, информация о текущем режиме обеспечения наддува может быть сохранена в памяти системы 194 управления. Эти сохраненные значения могли быть определены до начала реализации способа 500 на основании измеренных значений параметров, таких как степень открывания дросселя компрессора, степень открывания дросселя нагнетателя и состояние соединения муфты, например муфты 174 с электронным управлением на Фиг.1.
Если текущий режим обеспечения наддува представляет собой режим обеспечения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя, способ 500 переходит на этап 512. На этапе 512 способ 500 предусматривает полное закрывание дросселя нагнетателя и полное открывание дросселя компрессора. После этапа 512 способ 500 переходит на этап 514, чтобы отсоединить нагнетатель от коленчатого вала двигателя с помощью муфты с электронным управлением. В результате можно вернуться к режиму обеспечения наддува с использованием только компрессора турбонагнетателя за счет устранения нагнетателя из схемы подачи наддува. В зависимости от источника привода нагнетателя, этап 514 может включать в себя и другие действия, такие как приостановление работы электрического мотора, обеспечивающего привод нагнетателя. После этапа 514 способ 500 завершается.
В противном случае, если текущий режим обеспечения наддува представляет собой обеспечение наддува с использованием и компрессора турбонагнетателя, и нагнетателя, способ 500 переходит на этап 516. На этапе 516 способ 500 предусматривает регулирование степени открывания дросселей компрессора и нагнетателя на основании параметров работы двигателя. Например, степени открывания дросселей могут быть возвращены к тем значениям, которые имели место до начала реализации способа 500. Например, до начала реализации способа 500 контроллер 112 может сохранить данную информацию в памяти системы 194 управления, а на этапе 516 может получить доступ к этой информации, чтобы вернуться к предыдущему положению дросселей. Соответственно, степени открывания дросселей могут быть временно отрегулированы таким образом, чтобы уменьшить помпажа компрессора, после чего, как только проблема помпажа решена, может быть восстановлено их исходное положение. После этапа 516 способ 500 завершается.
Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, описанные процедуры могут быть использованы для различных двигателей и/или конфигураций систем двигателя. Конкретные процедуры могут представлять собой один или несколько принципов обработки, такие как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим, и прочие. По существу, различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, пропущены. Аналогично, порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут быть занесены в память системы управления двигателя в виде машиночитаемых данных.
Специалистам в данной области понятно, что допускаются различные изменения и модификации реализации полезной модели без выхода за рамки ее сущности. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V12, оппозитным четырехцилиндровым, и другим типам двигателей.