СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДВИГАТЕЛЯ
METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING ENGINE TEMPERATURE

Ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка заявляет приоритет временной патентной заявки США 62/067254 «Способ и система для контроля температуры двигателя», поданной 22 октября 2014 г., содержание которой целиком включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для поддержания температуры двигателя и/или температуры катализатора выпускного тракта в целях контроля выброса твердых частиц из двигательной системы, выполненной с возможностью осуществления пропуска зажигания.
Уровень техники
После запуска двигателя из холодного состояния имеет место тенденция увеличения токсичных выбросов из двигателя и увеличения потребления топлива. Причиной этого является то, что поверхности камер сгорания имеют низкую температуру, что приводит с плохому испарению топлива, в результате чего на поверхностях камер сгорания остается топливная пленка даже после того, как произошел акт воспламенения. Наличие зоны богатой топливом над такой пленкой, и испарение топлива из пленки после того, как прошел акт воспламенения, может приводить к увеличению выбросов углеводородов и твердых частиц. Кроме того, холодное моторное масло приводит к увеличению потерь на трение.
В последние годы двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием выполняют с возможностью работы с изменяемым числом активных или отключенных цилиндров в целях экономии топлива, при этом общее воздушно-топливное отношение смеси по отработавшим газам можно поддерживать на уровне близком к стехиометрическому. В таких двигателях можно изменять эффективный рабочий объем за счет пропуска подачи топлива в определенные цилиндры согласно нумерованной схеме зажигания в цилиндрах, которую можно также назвать схемой пропуска зажигания ("skip-fire" pattern). Например, как показано в патенте США 8651091, топливный контроллер двигателя может непрерывно циклически чередовать, в какие конкретно цилиндры производить подачу топлива, какие цилиндры пропускать, и в течение какого числа актов воспламенения в цилиндрах продолжать действие данной схемы зажигания. Кроме того, можно выборочно отключать индивидуальные механизмы клапанов в каждом цилиндре. За счет пропуска подачи топлива в выбранные цилиндры можно поддерживать работу активных цилиндров близко к их оптимальной эффективности, что увеличивает общий к.п.д. работы двигателя.
Раскрытие изобретения
Установлено, что индивидуально управляемые клапаны цилиндров, которые отключены выборочным образом, можно эффективно использовать для увеличения скорости прогрева цилиндров на протяжении ездового цикла. В частности, работой клапана цилиндра, в котором на следующем цикле, в силу нагрузки на двигателе, не будет осуществляться воспламенение можно управлять так, чтобы удерживать отработавшие газы в цилиндре, и тем самым быстрее нагревать поверхности камеры сгорания. Согласно одному примеру, некоторые из вышеупомянутых проблем могут быть решены посредством способа, который увеличивает скорость прогрева двигателя во время отключения цилиндров, и который содержит: выбор цилиндра для отключения; и в цикле воспламенения, непосредственно предшествующем отключению - поддержание выпускного клапана выбранного цилиндра в закрытом состоянии во время такта выпуска цилиндра. Таким образом, быстродействующие механизмы индивидуального клапана цилиндра могут быть эффективно использованы для увеличения температуры поверхностей камеры сгорания.
В качестве примера, в ответ на падение нагрузки на двигателе контроллер может выбрать схему индивидуальных цилиндров и их механизмов для выборочного отключения. При этом контроллер может выбрать число цилиндров и наименования цилиндров, которые подлежат отключению. В цилиндре, который выбран для отключения, в котором не будет осуществляться воспламенение в следующем двигательном цикле, выпускной клапан можно держать закрытым во время такта выпуска в цикле зажигания, который непосредственно предшествует отключению. Точнее, вместо выпуска отработавших газов, производится удержание горячих газов в цилиндре за счет того, что выпускной клапан не открывается. Тогда отработавшие газы удерживаются в цилиндре, в то время как на следующем цикле производится его отключение.
Таким образом, за счет удержания горячих отработавших газов в цилиндре, во время следующего цикла нагрев поверхности камеры сгорания происходит гораздо быстрее. Вследствие этого, прогрев двигателя в целом также происходит быстрее. Кроме того, более продолжительное удержание отработавших газов в отключенном цилиндре улучшает продолжающееся окисление углеводородов, которые остаются камере сгорания, что приводит к уменьшению токсичных выбросов в этом цикле. В целом улучшаются показатели работы двигателя.
Могут быть использованы и другие действия с клапанами в различных комбинациях, чтобы ускорить прогрев двигателя, а также дать возможность ускорить прогрев катализатора. Например, на подлежащий отключению цилиндр может нормальным образом подаваться зажигание, и нормальным образом может производиться эвакуация отработавших газов в двигательном цикле, который предшествует отключению. С другой стороны, цилиндр может быть выполнен так, чтобы производилось всасывание воздуха, не подавалось топливо, и осуществлялся выпуск свежего заряда. Согласно еще одному примеру, может производиться всасывание в цилиндр, осуществляться зажигание, но не производиться выпуск отработавших газов. Если всасывать и пропускать воздух сквозным образом, то выпускаемый воздух можно смешивать с отработавшими газами из других цилиндров, которые работают со слегка обогащенной смесью, чтобы получить в месте расположения катализатора топливо и воздух. Реакция между топливом и воздухом в каталитическом нейтрализаторе генерирует тепло, и приводит к быстрому выходу катализатора на рабочую температуру. Другие варианты осуществления могут заключаться во всасывании воздуха и подаче топлива на тактах всасывания или сжатия, но без подачи искры, чтобы подготовить воздушно-топливную смесь для катализатора. Более того, можно производить засасывание воздуха в цилиндр, выполнять сжатие, но не подавать топливо впредь до такта выпуска, который происходит после впрыска. Последний способ может также включать в себя подачу искры близко к такту выпуска и воспламенение на фазе выпуска, чтобы обеспечить тепловой поток в направлении катализатора. Таким образом, в различных сочетаниях могут быть использованы различные комбинации подачи зажигания, неподачи зажигания, подачи зажигания после впрыска, работы с обогащенной смесью в некоторых цилиндрах, и одновременной накачки воздуха другими цилиндрами и т.п., чтобы при этом создавать в двигательной системе известные пульсации крутящего момента, и обеспечить приемлемые показатели двигателя по шуму, вибрациям и неплавности ШВН (NVH, Noise/Vibration/Harshness).
Кроме того, цилиндры, в которых воспламенение осуществлялось нормальным образом (активные цилиндры), могут работать при повышенной нагрузке более стабильно, и могут быть устойчивы в отношении дополнительного запаздывания искры. Дополнительное запаздывание искры может быть с пользой применено в указанных условиях, чтобы создать дополнительный тепловой поток в двигателе и в катализаторе.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает пример варианта размещения компонентов двигательной системы.
Фиг. 2 представляет частичный вид двигателя.
Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма для настройки работы клапана цилиндра во время и до отключения цилиндра в целях ускорения прогрева двигателя.
Фиг. 4 изображает пример настройки клапана цилиндра во время перехода в режим работы с пропуском зажигания в целях сокращения выбросов твердых частиц.
Осуществление изобретения
В настоящем изобретении предложены способы и системы для регулирования профиля работы клапана цилиндра при управлении двигателем, выполненном с возможностью выборочного отключения цилиндров (что также может быть названо работой с пропуском зажигания), как в двигательной системе, приведенной на фиг. 1-2. Контроллер может регулировать работу выпускного клапана цилиндра, выбранного для отключения. Например, контроллер может исполнять алгоритм, такой как алгоритм, изображенный на фиг. 3, чтобы удерживать закрытым выпускной клапан цилиндра, подлежащего отключению в последующем двигательном цикле. Благодаря удержанию горячих отработавших газов в цилиндре во время отключения, может быть повышена температура поверхностей камеры сгорания, и ускорен прогрев двигателя. Пример такого регулирования изображен на фиг. 4. Таким образом, может быть уменьшен выброс твердых частиц из холодных цилиндров.
На фиг. 1 изображен пример двигателя 10, содержащего первый блок 15а и второй блок 15b. В представленном примере двигатель 10 представляет собой двигатель со схемой расположения цилиндров V8, при этом каждый из блоков цилиндров - первый и второй - содержат по четыре цилиндра. Двигатель 10 содержит впускной коллектор 16 с дросселем 20 и выпускной коллектор 18, связанный с системой 30 снижения токсичности выбросов. Система 30 снижения токсичности выбросов содержит один или более каталитических нейтрализаторов и датчики воздушно-топливного отношения, показанные на фиг. 2. Согласно примеру, который не носит ограничительного характера, двигатель 10 может быть включен в состав системы привода пассажирского транспортного средства (автомобиля).
Система двигателя 10 может содержать цилиндры 14 с выборочно отключаемыми впускными клапанами 50 и выборочно отключаемыми выпускными клапанами 56. Согласно одному примеру, впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 56 выполнены с возможностью электрического приведения в действие посредством индивидуальных электрических исполнительных органов. Хотя в примере показано, что у каждого цилиндра имеется один впускной клапан и один выпускной клапан, согласно другим примерам, как показано на фиг. 2, каждый цилиндр может содержать несколько выборочно отключаемых впускных клапанов и/или несколько выборочно отключаемых выпускных клапанов.
При определенных условиях, когда не требуется полный крутящий момент двигателя, один или более цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для отключения (далее это будет называться индивидуальным отключением цилиндров). Данная процедура может заключаться в выборочном отключении одного или более цилиндров только первого блока 15а, одного или более цилиндров только второго блока 15b, или одного или более цилиндров каждого блока - первого и второго. Числа и наименования отключаемых цилиндров могут быть симметричными или асимметричными.
В процессе отключения выбранные цилиндры могут быть отключены путем закрытия индивидуальных механизмов клапанов цилиндров, например, механизмов впускных клапанов, механизмов выпускных клапанов или сочетания механизмов обоих видов клапанов. Клапаны цилиндров можно выборочно отключать посредством гидравлически управляемых лифтеров (например, лифтеров, связанных с толкателями клапанов), посредством механизма переключения профилей кулачков, в котором для отключения клапанов используется рабочий выступ кулачка без подъема, или посредством электрически управляемых механизмов клапанов цилиндров, связанных с каждым цилиндром. Кроме того, в отключенные цилиндры может быть прекращена подача топлива и искры зажигания, например, путем отключения топливных форсунок цилиндров.
Согласно некоторым примерам, система двигателя 10 может содержать выборочно отключаемые топливные форсунки (непосредственного впрыска топлива), при этом выбранные цилиндры могут быть отключены путем перекрытия соответствующих топливных форсунок при одновременном поддержании работы впускных и выпускных клапанов, так чтобы прокачка воздуха через цилиндры могла продолжаться.
В то время как выбранные цилиндры оказываются отключенными, в оставшихся включенных или активных цилиндрах продолжается осуществление горения, при этом их топливные форсунки и механизмы клапанов цилиндров работают, оставаясь активными. Чтобы выполнить требования по крутящему моменту, двигатель вырабатывает крутящий момент той же величины на активных цилиндрах. Это требует более высокого уровня давления в коллекторе, что приводит к снижению потерь на движение поршней и к увеличению к.п.д. двигателя. Кроме того, меньшая эффективная площадь поверхности (только от включенных цилиндров), которая подвержена воздействию горения, снижает тепловые потери в двигателе, увеличивая тепловой к.п.д. двигателя.
Цилиндры можно отключать, чтобы обеспечить определенную схему зажигания (или пропуска зажигания) на основе специализированного алгоритма управления. Точнее, на выбранных «пропускаемых» рабочих циклах не производится подача зажигания (воспламенение не осуществляется), в то время как на других «активных» рабочих циклах зажигание подается (воспламенение происходит). При желании фазу подачи искры, связанной с выбранным зажиганием выбранной рабочей камеры, можно регулировать исходя из порядка зажигания или предыстории зажигания выбранной рабочей камеры. Контроллер 12 двигателя может быть оснащен подходящей логикой, о чем будет сказано ниже, для определения схемы отключения цилиндров (или пропуска зажигания), исходя из условии работы двигателя.
Двигатель 10 может работать на различных видах топлива, которые могут подаваться посредством топливной системы 8. Управление двигателем 10 может осуществляться по меньшей мере частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков 17, связанных с двигателем 10 (и рассмотренных согласно фиг. 2), и передавать управляющие сигналы различным исполнительным органам 81, связанным с двигателем и/или автомобилем (и рассмотренным согласно фиг. 2). В число указанных различных датчиков могут входить, например, разнообразные датчики температуры, давления и воздушно-топливного отношения.
Контроллер 12 может содержать генератор запускающих импульсов и задатчик последовательности для определения схемы цилиндров, исходя из требуемой выходной мощности двигателя и текущих условий работы двигателя. К примеру, генератор запускающих импульсов может использовать управление с адаптивным предсказанием, чтобы динамически вычислять запускающий импульсный сигнал, который указывает, в каких цилиндрах должно происходить воспламенение, и через какие интервалы, чтобы получить требуемую выходную мощность (т.е. рассчитывать схему зажигания/пропуска зажигания в цилиндрах). Схема зажигания (воспламенения) в цилиндрах может быть отрегулирована, чтобы получить требуемую выходную мощность, не создавая при этом чрезмерной или неприемлемой вибрации в двигателе. Как таковая, схема цилиндров может быть выбрана исходя из конструкции двигателя, например, в зависимости от того, имеет ли двигатель V-образное расположение цилиндров, рядное расположение, в зависимости от числа цилиндров в двигателе и т.п. Исходя из выбранной схемы цилиндров, могут быть закрыты индивидуальные механизмы клапанов выбранных цилиндров, и прекращена подача топлива и искры в цилиндры.
Поскольку данный цилиндр обладает оптимальной эффективностью вблизи точки максимальной производительности, для уменьшения выходной мощности может быть выбрана более низкая частота актов воспламенения. Например, если пропускать каждый второй цилиндр, то в среднем можно получить половинную мощность. По возможности равномерное разнесение актов зажигания позволяет минимизировать вибрации, вызванные изменением выходного крутящего момента. Решение вопроса о том, все ли цилиндры должны быть включены в схему пропуска зажигания, может зависеть от того, какая требуется доля мощности, и от других соображений, включая температуру двигателя.
Таким образом, путем настройки схемы цилиндров посредством индивидуальных механизмов клапанов цилиндров и топливных форсунок индивидуальных цилиндров можно получить требуемую мощность двигателя за счет более эффективного управления меньшим числом цилиндров, и тем самым уменьшить расход топлива.
Фиг. 2 изображает пример конструкции камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать управляющие параметры от управляющей системы, содержащей контроллер 12, и команду от оператора (водителя) 130 автомобиля через устройство 132 ввода. В данном примере, устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала (РР Pedal Position) пропорционального положению педали ПП. Цилиндр (или камера сгорания) 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 и расположенный внутри поршень 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140, так чтобы происходило преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского автомобиля через систему трансмиссии. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 140 может быть связан мотор стартера, чтобы дать возможность производить запуск двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 кроме цилиндра 14 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых конструкциях один или более впускных каналов может содержать устройство повышения давления, например, воздушный нагнетатель или турбонагнетатель. Например, на фиг. 2 показано, что двигатель 10 оснащен турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, который расположен между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176, приводимой в действие отработавшими газами, которая расположена по ходу выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в движение посредством турбины 176 через вал 180; при этом устройство повышения давления выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, согласно другим примерам, таким, в которых двигатель 10 оснащен воздушным нагнетателем, турбина 176 может быть при желании исключена из конструкции, а компрессор 174 может приводиться в движение механической мощностью от мотора или ДВС. По ходу впускного канала двигателя может быть предусмотрен дроссель 20 с дроссельной заслонкой 164 для изменения величины воздушного потока и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен после компрессора 174, как показано на фиг. 2, или в ином варианте он может быть расположен перед компрессором 174.
Помимо цилиндра 14 выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10. Показано, что с выпускным каналом 148 в точке перед устройством 178 снижения токсичности отработавших газов связан датчик 128 выхлопных газов. Датчиком 128 может служить любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения отработавшего газа, к примеру, универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), датчик кислорода в отработавших газах ДКО (EGO, Exhaust Gas Oxygen) (показан на фиг. 2), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах НДКОГ (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный катализатор ТКК (TWC, Three-Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или комбинацию указанных устройств.
Температура отработавших газов может быть измерена посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. Согласно иному варианту, температура отработавших газов может быть рассчитана исходя из условий (параметров) работы двигателя, таких как обороты, нагрузка, воздушно-топливное отношение ВТО (AFR, Air-Fuel Ratio), задержка подачи искры и т.п. Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена на основе сигналов одного или более датчиков 128 выхлопных газов. Следует понимать, что в ином варианте оценку температуры отработавших газов можно производить посредством комбинации вышеописанных способов измерения температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. К примеру, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых конструкциях каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться при помощи контроллера 12 путем воздействия кулачка посредством системы 151 кулачкового привода. Аналогично, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться при помощи контроллера 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может содержать один или более кулачков, и может реализовывать одну или более из следующих систем газораспределения: систему CPS переключения профилей кулачков (Cam Profile Switching), систему VCT изменения фаз газораспределения (Variable Cam Timing), систему VVT переменного газораспределения (Variable Valve Timing) и/или систему VVL переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов (Variable Valve Lift), которые могут приводиться в действие контроллером 12 в целях изменения программы работы клапанов. Действие впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять посредством датчиков положения клапанов (не показаны) и/или соответственно датчиков 156 и 157 кулачковых распределительных валов (распредвалов). В других конструкциях управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться посредством электрического привода. Например, как вариант, цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый электрически, и выпускной клапан, управляемый кулачками с использованием систем CPS и VCT. В каких-то еще конструкциях впускными и выпускными клапанами можно управлять посредством общего привода или системы привода, или посредством привода или системы привода VVT.
Цилиндр 14 характеризуется степенью сжатия, которая представляет собой отношение объема камеры, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке НМТ к объему камеры, когда поршень находится в верхней мертвой точке ВМТ. Стандартно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако, в некоторых примерах, когда используются другие виды топлива, степень сжатия может быть увеличенной. Это может иметь место, когда используются высокооктановые виды топлива или виды топлива с увеличенной скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия может также быть увеличена, когда используется непосредственный впрыск в силу его влияния на детонацию в двигателе.
Согласно некоторым вариантам осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать искровую свечу 192 зажигания для инициирования воспламенения. При определенных режимах работы система 190 зажигания может обеспечивать искрой камеру 14 сгорания посредством искровой свечи 192 в ответ на сигнал опережения зажигания ОЗ (SA Spark Advance) от контроллера 12.
Согласно некоторым вариантам осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или более форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве примера, который не носит ограничительного характера, показано, что цилиндр 14 содержит две форсунки 166 и 170. Форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью доставки топлива, получаемого от топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рейки. Как вариант, топливо можно доставлять при помощи одноступенчатого топливного насоса при пониженном давлении, но в этом случае на фазу непосредственного впрыска топлива на такте сжатия может накладываться более сильное ограничение, чем если бы использовалась топливная система высокого давления. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления, вырабатывающий сигнал для контроллера 12.
Показано, что топливная форсунка 166 связана непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в камеру пропорционально длительности сигнала импульса впрыска топлива ИВТ-1 (FPW-1 Fuel Pulse Width), принимаемого от контроллера 12 через электронный усилитель (драйвер) 168. При таком способе топливная форсунка 166 реализует так называемый непосредственный впрыск топлива в цилиндр 14. Хотя на фиг. 2 показано, что форсунка 166 расположена на боковой стороне цилиндра, в ином варианте она может быть расположена над поршнем, например, вблизи свечи зажигания 192. Такое расположение может улучшить перемешивание и горение при работе двигателя на спиртосодержащем топливе в силу пониженной летучести некоторых видов спиртосодержащего топлива. С другой стороны, в целях улучшения перемешивания форсунка может быть расположена сверху и вблизи впускного клапана.
Показано, что топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, при этом реализуется так называемый впрыск топлива во впускной канал в точку перед цилиндром 14. Топливная форсунка 170 может осуществлять впрыск топлива, получаемого от топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала ИВТ-2, получаемого от контроллера 12 через драйвер 171. Следует отметить, что для обеих систем впрыска топлива может быть использован один драйвер 168 или 171, или несколько драйверов, например, как изображено, драйвер 168 - для топливной форсунки 166, и драйвер 171 - для топливной форсунки 170.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь различные характеристики. Отличия могут заключаться, например, в размере: форсуночное отверстие одной форсунки может быть больше, чем у другой. Прочие отличия, помимо других возможных, могут заключаться в различных углах распыла, различных рабочих температурах, различной направленности, различных моментах времени впрыска, различных характеристиках распыла, различном расположении и т.п. Более того, различные эффекты могут быть достигнуты в зависимости от пропорции распределения подаваемого топлива между форсунками 166 и 170.
Топливо можно подавать обеими форсунками в цилиндр во время одного цикла работы цилиндра. К примеру, каждая форсунка может впрыскивать часть общего количества подаваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 14. В сущности, даже для одного акта воспламенения впрыскиваемое топливо можно вводить в различные моменты времени из форсунки впрыска во впускной канал и из форсунки непосредственного впрыска. Кроме того, для одного акта воспламенения в течение цикла может быть выполнено множество актов подачи топлива. Такой многократный впрыск можно выполнять во время такта сжатия, такта впуска или на любом подходящем сочетании этих тактов.
Как говорилось выше, на фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. В сущности, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания и т.п. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее число цилиндров, включая 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из указанных цилиндров может содержать некоторые или все различные компоненты, которые были рассмотрены и изображены на фиг. 2 для цилиндра 14.
Двигатель может также содержать один или более каналов рециркуляции отработавшего газа РОГ (EGR, Exhaust Gas Recirculation) для передачи части отработавшего газа из выпускного тракта двигателя во впускную систему. В сущности, благодаря рециркуляции части отработавшего газа, можно влиять на разбавление всасываемого воздуха отработавшим газом, что может улучшить показатели работы двигателя на счет снижения образования NOx в двигателе, уменьшения пиковых температур при горении в цилиндрах, а также давлений, потерь в дросселе и выбросов NOx. В изображенном варианте осуществления изобретения отработавший газ может быть передан из выпускного канала 148 обратно во впускной канал 144 через канал 141 РОГ. Количество отработавшего газа, передаваемого по контуру рециркуляции во впускной канал 144, можно изменять при помощи контроллера 12 посредством клапана 143 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть установлен датчик 145 РОГ, и может быть осуществлена индикация одного из следующих параметров: давления, температуры и концентрации отработавшего газа.
Контроллер 12 на фиг. 2 изображен в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство МПУ 106 (CPU, Central Processor Unit), порты 108 ввода/вывода (I/O, Input/Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представленную в данном примере постоянным запоминающим устройством ПЗУ 110 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство ОЗУ 112 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство ЭЗУ 114 (КАМ, Keep Alive Memory) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода всасываемого воздуха МРВ (MAF Mass Air Flow) от датчика 122; сигнал температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ Engine Coolant Temperature) отдатчика 116, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал (PIP Profile Ignition Pickup) профиля зажигания ПЗ от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал от датчика положения дросселя ПД (TP Throttle Position); сигнал MAP абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAF Manifold Absolute Pressure) от датчика 124. Сигнал частоты вращения вала двигателя ЧВД (RPM Revolutions per Minute) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК абсолютного давления в коллекторе от соответствующего датчика может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Среди еще других датчиков могут быть датчики уровня топлива, датчики состава топлива, связанные с топливным баком (-ами) топливной системы.
В постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны данные, считываемые компьютером, и представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106 для реализации способов, которые будут рассмотрены ниже, а также иных вариантов, возможность существования которых предполагается, но которые конкретно не рассматриваются. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков (фиг. 1-2), и использует различные исполнительные органы (фиг. 1-2), чтобы регулировать работу двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.
Таким образом, система фиг. 1-2 позволяет осуществить способ для двигателя, содержащий: выбор цилиндра для отключения; и в цикле воспламенения, непосредственно предшествующем отключению - поддержание выпускного клапана выбранного цилиндра в закрытом состоянии во время такта выпуска цилиндра. Согласно одному примеру, выбранным цилиндром является первый цилиндр, а способ дополнительно содержит: выбор второго, другого цилиндра для отключения, и в цикле воспламенения непосредственно предшествующем отключению - открытие выпускного клапана второго цилиндра, который был закрыт во время такта выпуска второго цилиндра. Отключение может быть выполнено в ответ на падение нагрузки на двигателе. Поддержание состояния выполняется после того, как температура отработавшего газа превысит пороговую температуру.
Согласно другому примеру, способ для двигателя содержит: отключение схемы цилиндров, принадлежащей индивидуальным механизмам цилиндров, схемы цилиндров, содержащей первый отключенный цилиндр и второй активный цилиндр, причем в ответ на команду на отключение первого цилиндра выпускной клапан первого цилиндра удерживают закрытым на такте выпуска цикла зажигания, непосредственно предшествующем отключению первого цилиндра.
Фиг. 3 изображает пример алгоритма 300 для регулирования индивидуальных механизмов клапанов цилиндров во время отключения цилиндров в ответ на температуру двигателя, температуру отработавших газов и/или температуру катализатора отработавших газов. Способ позволяет запирать отработавшие газы в отключенном цилиндре, и тем самым поддерживать поверхность камеры сгорания цилиндра в горячем состоянии во время отключения. За счет уменьшения охлаждения отключенного цилиндра снижается частота повторного включения цилиндра при одновременном сокращении выброса твердых частиц из отключенного цилиндра. Инструкции для осуществления алгоритма 300 могут быть исполнены контроллером на основе инструкций, записанных в память контроллера совместно с сигналами, получаемыми от датчиков двигательной системы, таких, какие были рассмотрены согласно фиг. 1-2. Контроллер может использовать исполнительные органы двигательной системы для регулирования работы двигателя - такие органы, какие были рассмотрены согласно фиг. 1-2, в соответствии с алгоритмами, которые будут рассмотрены ниже.
На шаге 302 производится оценивание и/или измерение условий (параметров) работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут, например, входить: обороты двигателя, задаваемый водителем крутящий момент, температура двигателя, наружные условия, такие как наружная температура, влажность и барометрическое давление, уровень наддува и т.п. На шаге 304, исходя из измеренных условий, может быть произведена проверка, выполняются ли условия для отключения цилиндров. Согласно одному примеру, можно считать, что условия для отключения цилиндров выполняются, если нагрузка двигателя меньше пороговой, или задаваемый водителем крутящий момент ниже порогового. Если условия для отключения цилиндров не выполняются, то на шаге 305 алгоритм поддерживает все цилиндры двигателя включенными.
Если условия для отключения цилиндров выполняются, то на шаге 306 контроллер может выбрать схему отключения цилиндров исходя из нагрузки на двигателе, выбор схемы отключения цилиндров может быть дополнительно основан на одном или более из следующих факторов: оборотах двигателя, скорости автомобиля, температуре двигателя, уровне шума, вибрации и неплавности работы двигателя ШВН, и выбранной передаче в трансмиссии (например, включен ли в данный момент двигатель на первую передачу с первым, более низким передаточным отношением, или на вторую передачу со вторым, более высоким передаточным отношением). Определение схемы отключения цилиндров заключается в определении числа и наименований цилиндров, которые подлежат отключению, и далее в определении продолжительности отключения. Например, контроллер может определить число актов воспламенения или циклов двигателя, в течение которого предстоит поддерживать выбранные цилиндры в отключенном состоянии. Суммарное число отключенных/активных цилиндров может зависеть от общего фактического числа цилиндров двигателя и задаваемого водителем крутящего момента. Согласно примеру, который не несет ограничительного характера, два цилиндра могут быть отключены в четырехцилиндровом двигателе, три цилиндра могут быть отключены в шестицилиндровом двигателе и четыре цилиндра могут быть отключены в восьмицилиндровом двигателе. Согласно некоторым примерам, один и тот же набор цилиндров можно выбирать для отключения всякий раз, когда выполняются условия для отключения цилиндров; в то время как согласно другим примерам, наименования отключаемых цилиндров можно изменять всякий раз, когда выполняются условия для отключения цилиндров.
В качестве примера, контроллер может извлекать схему отключения цилиндров из таблицы соответствия, записанной в память контроллера. Схемы отключения цилиндров могут быть сохранены в таблице соответствия, как функция нагрузки двигателя для данной конструкции двигателя. Согласно одному примеру, при более низких нагрузках на двигателе схема отключения цилиндров может заключаться в зажигании в каждом втором или третьем цилиндре. В качестве примера, в четырехцилиндровом двигателе с линейным расположение цилиндров, при нумерации цилиндров от 1 до 4 и схеме зажигания 1-3-4-2 при нормальных условиях работы, когда нет отключенных цилиндров и все цилиндры активны, зажигание в цилиндры можно подавать в очередности 134213421342 и т.д. В ответ на факт выполнения условий для отключения цилиндров, чтобы снизить расход топлива контроллер может перевести двигатель на схему с отключением цилиндров, при которой зажигание подается на каждый третий цилиндр, что приводит к очередности 1хх2хх4хх3хх1хх, где x означает пропуск зажигания в цилиндре.
На шаге 308 производится проверка, ожидается ли охлаждение цилиндра или охлаждение двигателя. Согласно одному примеру, некоторое охлаждение двигателя можно ожидать, когда двигатель работает при низких или очень слабых нагрузках в течение продолжительного времени (например, при нагрузке меньшей пороговой нагрузки в течение времени более длительного, чем пороговая продолжительность, или с отключением цилиндров в течение времени более длительного, чем пороговая продолжительность). Согласно другому примеру, охлаждение двигателя можно ожидать, если автомобиль движется по дороге с отрицательным уклоном (то есть, движется под гору). Согласно другому примеру, охлаждение двигателя можно ожидать, если, если наружная температура низкая. И согласно еще одному примеру, охлаждение двигателя может происходить, если температура двигателя сравнительно низкая, и происходит отпускание педали акселератора. Как таковое, охлаждение цилиндров двигателя может приводить к ухудшению показателей по токсичным выбросам, при последующем обратном включении цилиндров (реактивации). Дополнительно, при работе с более холодными цилиндрами может быть выше расход топлива. Если охлаждение цилиндров не ожидается, то на шаге 310 алгоритм совершает переход на работу двигателя со схемой отключения цилиндров, которая была определена на шаге 306.
Если ожидается охлаждение цилиндров, то на шаге 312 может быть, во-первых, произведена проверка, достаточно ли высока температура отработавших газов. В частности, может быть получено подтверждение, что температура отработавших газов выше пороговой температуры, чтобы обеспечить выход катализатора на рабочую температуру. Если температура отработавших газов недостаточно высока, то на шаге 313 алгоритм задерживает отключение цилиндров до тех пор, пока температура отработавших газов не станет достаточно высокой. Такая задержка позволяет сократить выброс твердых частиц за счет уменьшения охлаждения поверхностей камер сгорания.
Однако, следует понимать, что согласно некоторым примерам, даже когда температура отработавших газов ниже пороговой, контроллер может перейти к шагу 314, чтобы отключить один или более цилиндров двигателя, полагаясь при этом на дополнительное регулирование клапанов цилиндров, которое будет рассмотрено ниже на шаге 318, чтобы увеличить температуру отработавших газов и ускорить выход катализатора на рабочую температуру. При этом преимущества отключения цилиндров могут быть достигнуты за более продолжительное время работы двигателя.
Если на шаге 312 выясняется, что температура отработавших газов достаточно высокая, тогда на шаге 314 алгоритм указывает один или более цилиндров, которые должны быть отключены в следующем цикле двигателя (например, на основе схемы отключения цилиндров, выбранной на шаге 306). То есть, исходя из нагрузки двигателя может быть указан первый цилиндр, на который подается зажигание в текущем цикле, но на который не будет подаваться зажигание в следующем цикле. Первый цилиндр может отличаться от второго цилиндра, на который подается зажигание в каждом текущем цикле и следующем цикле (активного цилиндра двигателя). На шаге 316 поддерживают работу указанного цилиндра (-ов) в текущем цикле, при этом выпускной клапан поддерживают закрытым на такте выпуска. То есть, вместо того, чтобы выпустить отработавшие газы, и дать возможность цилиндру работать в следующем цикле с небольшим зарядом, или со свежим воздухом, отработавшие газы удерживают в цилиндре, не открывая выпускные клапаны после воспламенения в цилиндре, и до тех пор, пока цилиндр снова не будет включен. Благодаря удержанию горячих отработавших газов в цилиндре для следующего цикла (когда цилиндр отключен), поверхности камеры сгорания данного цилиндра могут сохранять тепло более продолжительное время. За счет аналогичного отключения выпускных клапанов на одном или более других цилиндрах, которые запрограммированы на отключение, обеспечивается нагрев цилиндра, хотя конкретный цилиндр отключен. В сущности, это дает возможность двигателю постепенно прогреваться. За счет удержания отработавших газов в цилиндре на более продолжительное время также улучшаются условия для продолжения окисления углеводородов, содержащихся в камере сгорания и в отработавших газах, что приводит к снижению токсичных выбросов для данного цикла.
Согласно одному примеру, определение выбранной схемы отключения цилиндров включает в себя определение того, что выбранный цилиндр (-ры) должен быть отключен на протяжении определенного числа циклов двигателя. При этом поддержание выпускного клапана выбранного цилиндра закрытым зависит от того, превышается ли число циклов двигателя пороговое число. Например, когда число циклов двигателя превышает пороговое число, отключение может привести к значительному охлаждению цилиндра, что может потребовать большего количества топлива, когда впоследствии цилиндр будет снова включен. Указанное пороговое число может зависеть от одного или более следующих факторов: температуры хладагента двигателя, наружной температуры и температуры цилиндра, причем пороговое число уменьшается, когда уменьшается любой из факторов -температура хладагента двигателя, наружная температура и температура цилиндра. В данном случае, благодаря удержанию впускного клапана закрытым, в цилиндре, подлежащем отключению, удерживается большее количество тепла и на более долгое время, что снижает влияние отключения на охлаждение цилиндра.
Следует понимать, что когда впоследствии данные цилиндры снова включаются, выпускной клапан отключенного цилиндра может быть открыт раньше, чем будет открыт впускной клапан (-ны), чтобы дать возможность вытолкнуть остаточные газы, которые заперты в цилиндре, прежде чем всасывать в цилиндр свежий заряд. Это позволяет сократить случаи пропуска воспламенения во время повторного включения цилиндра. Например, выпускной клапан отключенного цилиндра может быть открыт в цикле двигателя на такте выпуска, который непосредственно предшествует повторному включению. Согласно одному примеру, выпускной клапан может быть открыт вблизи начала такта выпуска. В сущности, выпускной клапан может быть открыт на такте выпуска позднее, как если бы этого требовало более позднее принятие решения, однако, отработавший газ мог бы испытать сжатие во время такта выпуска, что привело бы к потерям в совершаемой работе при последующем открытии выпускного клапана.
Как возможный вариант, на шаге 318 наряду с отключением выпускного клапана цилиндра, выбранного для отключения в следующем цикле, может быть отрегулирована работа клапанов одного или более других цилиндров, которые подлежат отключению, или остаются активными. В результате могут быть созданы различные комбинации пропуска зажигания. Например, в то время как в первый цилиндр подается зажигание и производится выпуск отработавших газов нормальным образом, второй цилиндр может быть настроен на всасывание воздуха без подачи топлива и выпуск свежего заряда. Согласно еще одному примеру, воздух из такого цилиндра может быть смешан с отработавшим газом из других цилиндров, которые работают со смесью чуть более богатой, чем стехиометрическая смесь, чтобы обеспечить подачу топлива и воздуха в катализатор, где они должны вступить в реакцию и выработать тепло, что приводит к быстрому выходу катализатора на рабочую температуру. Другие варианты могут включать всасывание воздуха и подачу топлива на такте всасывания или сжатия, но без подачи искры, так чтобы в месте расположения катализатора создать воздушно-топливную смесь с заданным отношением. Более того, засосанный воздух можно подвергнуть сжатию, но не подавать топливо до тех пор, пока не наступит такт выпуска, чтобы обеспечить «послевпрыск» (post-injection). Это можно сопровождать подачей искры в момент времени близкий к акту выпуска, чтобы обеспечить воспламенение в фазе выпуска. Это создает дополнительный тепловой поток для катализатора.
Выбор между различными вариантами может быть основан на факторе ШВН, а также факторе возбуждающих импульсов. Например, акт воспламенения богатой смеси может добавлять крутящий момент и/или импульс крутящего момента в систему. Однако, послевпрыск на такте выпуска может создавать в системе только тепло без импульса момента, что тем самым приводит к другим характеристикам ШВН.
Путем использования различных комбинаций, рассмотренных в отношении шага 318 (при всех комбинациях к двигательной системе прикладываются импульсы крутящего момента известной величины) можно лучше контролировать температуру двигателя и катализатора, обеспечивая приемлемые характеристики ШВН. Более того, в активных цилиндрах можно задавать дополнительное запаздывание искры, чтобы дополнительно усилить тепловой поток, направленный на катализатор. Поскольку при выборочном отключении цилиндров активные цилиндры работают при более высокой средней нагрузке на цилиндр, они могут в большей степени допускать дополнительное запаздывание искры.
В качестве одного примера, в схеме цилиндров для отключения может быть выбран первый цилиндр. У этого первого цилиндра работа впускного и/или выпускного клапана может быть отключена на определенное число циклов двигателя. Кроме того, второй, другой цилиндр может быть выбран для отключения, при этом по меньшей мере часть установленного числа циклов двигателя второй цилиндр работает с одним или более отключенными элементами - отключенным впускным клапаном, отключенным выпускным клапаном, отключенной топливной форсункой -и с задержкой подачи искры.
Согласно примеру, который не имеет ограничительного характера, контроллер двигателя может задействовать второй цилиндр в первом режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка отключена, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска. С другой стороны, контроллер двигателя может задействовать второй цилиндр во втором режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка включена, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска. В ином варианте, контроллер двигателя может задействовать второй цилиндр в третьем режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска или такте сжатия, топливная форсунка включена и топливо подается во время такта сжатия, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска. В другом варианте, контроллер двигателя может задействовать второй цилиндр в четвертом режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка включена, подача искры задержана до такта выпуска, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска. В сущности, различные комбинации настроек клапанов, топлива и искры позволяют передавать компонентам двигателя различное количество тепла. Следует понимать, что возможны еще и другие режимы, отличающиеся от вышеприведенных, чтобы создать комбинацию настроек клапанов, топлива и искры, которая доставляет требуемое количество тепла к двигателю (например, к цилиндру, катализатору и т.п.). Дополнительно, контроллер может выбирать режим работы второго цилиндра на основе температуры двигателя.
В сущности, контроллер может иметь цель либо нагрева катализатора, либо нагрева двигателя/цилиндров двигателя. Согласно одному примеру, контроллер может выбрать режим, другой нежели первый режим (например, один из следующих режимов: второй, третий или четвертый), в ответ на потребность второго цилиндра в большем количестве тепла, чем первого цилиндра (например, когда во втором цилиндре не происходило воспламенение в течение некоторого времени, или, когда разбалансирована система охлаждения), или в ответ на то, что второй цилиндр соединен с другим катализатором нежели первый цилиндр (например, в двигателе с V-образным расположением цилиндров), когда катализатор, связанный со вторым цилиндром, требует дополнительного нагревания, чтобы в достаточной мере выйти на рабочий режим.
Согласно еще одному примеру, при работе с цилиндрами двигателя по схеме с выборочным отключение/включением цилиндров контроллер может задействовать по меньшей мере один из остальных цилиндров, активно подавая искру и обогащенное топливо (т.е. впрыскивая топливо богатое по отношению к стехиометрическому уровню во время такта сжатия), и одновременно задействовать другой из остальных цилиндров, активно подавая искру и обедненное топливо (т.е. впрыскивая топливо бедное по отношению к стехиометрическому уровню во время такта впуска), чтобы увеличить температуру двигателя выше порогового уровня. В данном случае «богатый» цилиндр создавал бы некоторое количество СО и углеводородов в области катализатора, которые вступали бы в реакцию с кислородом, который поставляет в область катализатора «бедный» цилиндр. Таким образом, в выпускном тракте двигателя заряд с богатым воздушно-топливным отношением из цилиндра, работающего с обогащенной смесью, может смешиваться с зарядом с бедным воздушно-топливным отношением из цилиндра, работающего с обедненной смесью, так что в области катализатора происходит экзотермическая реакция. В сущности, это ускоряет разогрев катализатора.
Согласно еще одному примеру, при работе с цилиндрами двигателя по схеме с выборочным отключение/включением цилиндров, чтобы ускорить разогрев катализатора, контроллер может задействовать по меньшей мере один из остальных цилиндров, отключив подачу искры, и подавая топливо в цилиндр при стехиометрическом воздушно-топливном отношении.
На фиг. 4 изображена диаграмма 400, демонстрирующая пример настройки выпускного клапана для четырехцилиндрового двигателя с рядным расположением цилиндров, при котором цилиндры 1-4 расположены друг за другом вдоль блока цилиндров (не показано). Цилиндры 1-4 выполнены с возможностью воспламенения в очередности 1-3-4-2. Диаграмма 400 представляет графики работы впускных клапанов во времени (сплошные линии) и графики работы выпускных клапанов во времени (прерывистые линии) по отношению к положению поршней двигателя на такте (I) впуска, такте (Е) выпуска, рабочем такте (Р) или такте (С) сжатия. На диаграмме 400 дополнительно показаны акты зажигания в цилиндрах звездочками 403а-b, 41 3d, 423a-b, 433а-b, и акты впрыска топлива в цилиндры прямоугольниками 402а-b, 412b, 422a-b, 432b.
В изображенном примере в первом цикле (Цикл_1) на двигатель подается зажигание в очередности 1-3-4-2, при этом в каждый цилиндр двигателя зажигание подается один раз. Затем, в следующем цикле (Цикл_2) двигатель входит в режим с пропуском зажигания, и зажигание на двигатель подается согласно схеме 1-х-4-х, при этом x обозначает пропущенный цилиндр. В данном случае зажигание подается в каждый второй цилиндр, в то время как другой очередной цилиндр пропускается, что дает схему зажигания типа . В данном случае происходит пропуск зажигания в цилиндре 3 после зажигания в цилиндре 1, а затем пропуск зажигания в цилиндре 2 после зажигания в цилиндре 4.
Первый сверху график представляет положение цилиндра номер один (цилиндра 1). И в частности - ход поршня цилиндра номер один, когда вращается коленчатый вал двигателя. Такты цилиндра 1 обозначены в соответствии с положением органов двигателя. Например, вначале цилиндр 1 показан во время такта (I) впуска; двигатель вращается, и цилиндр номер один вступает в такт (С) сжатия, за которым следует рабочий такт (Р) и такт (Е) выпуска. Затем цикл для цилиндра 1 повторяется. Для четырехтактного двигателя цикл цилиндра может составлять 720° угла поворота коленчатого вала (УПКВ), что равно интервалу поворота коленчатого вала для полного цикла двигателя.
Второй сверху график аналогичным образом представляет положение цилиндра номер три (цилиндра 3), и в частности - ход поршня цилиндра номер три, когда вращается коленчатый вал двигателя. Такты цилиндра 3 обозначены в соответствии с положением органов двигателя. Например, вначале цилиндр 3 показан во время такта (Е) выпуска; двигатель вращается, и цилиндр номер три вступает в такт (I) впуска, за которым следует такт (С) сжатия и рабочий такт (Р). Затем данный цилиндр отключается для следующего цикла горения (который мог бы начаться на последующем такте впуска. Третий сверху график аналогичным образом представляет положение цилиндра номер четыре (цилиндра 4), и в частности - ход поршня цилиндра номер четыре, когда вращается коленчатый вал двигателя. Такты цилиндра 4 обозначены в соответствии с положением органов двигателя. Например, вначале цилиндр 4 показан во время рабочего такта (3); двигатель вращается, и цилиндр номер четыре вступает в такт (Е) выпуска, за которым следует такт (I) впуска и такт (С) сжатия. Затем цикл для цилиндра 4 повторяется. Четвертый сверху график аналогичным образом представляет положение цилиндра номер два (цилиндра 2), и в частности - ход поршня цилиндра номер два, когда вращается коленчатый вал двигателя. Такты цилиндра 2 обозначены в соответствии с положением органов двигателя. Например, вначале цилиндр 2 показан во время такта (С) сжатия; двигатель вращается, и цилиндр номер два вступает в рабочий такт (Р), за которым следует такт (Е) выпуска и такт (I) впуска. Затем данный цилиндр отключается для следующего цикла горения (цикл_2).
Что касается первого цилиндра, то первый процесс в цилиндре представлен кривыми 401а-404а, а последующий процесс в цилиндре 1 представлен кривыми 401b-404b. В ходе каждого из процессов в цилиндре - первого и второго - впускной клапан открывается на такте (401а, 401b) впуска, чтобы обеспечить подачу воздуха в цилиндр. Затем производится подача топлива (402а, 402b) в цилиндры двигателя посредством форсунок непосредственного впрыска или форсунок впрыска во впускной канал. Воздушно-топливная смесь подвергается сжатию и воспламенению (403а, 403b) во время такта сжатия. Пиковое давление в цилиндре может иметь место в ВМТ на такте сжатия или на такте расширения. Отработавшие газы затем высвобождаются путем открытия выпускного клапана на такте выпуска (404а, 404b). В данном случае, поскольку цилиндр 1 остается активным после первого процесса в цилиндре, работа выпускного клапана (кривая 404а) продолжается, как ожидалось.
Что касается четвертого цилиндра, то завершение первого процесса в цилиндре показано символами 423а-424а, а последующий процесс в цилиндре 4 показан кривыми 421b-424b. В ходе каждого из процессов в цилиндре - первого и второго -впускной клапан открывается на такте впуска (421b), чтобы обеспечить поступление воздуха в цилиндр. Затем производится подача топлива (422b) в цилиндры двигателя посредством форсунок непосредственного впрыска или форсунок впрыска во впускной канал. Воздушно-топливная смесь подвергается сжатию и воспламенению (423а, 423b) во время такта сжатия. Пиковое давление в цилиндре может иметь место в ВМТ на такте сжатия или на такте расширения. Отработавшие газы затем высвобождаются путем открытия выпускного клапана на такте выпуска (424а, 424b). Аналогично, поскольку цилиндр 4 остается активным после второго процесса в цилиндре, работа выпускного клапана (424b) продолжается, как ожидалось, и за ней следует другой акт работы впускного клапана и подачи топлива (421с и 422с).
Что касается третьего цилиндра, то первый процесс в цилиндре показан символами 411b-413b, а входе последующего процесса в цилиндре (т.е. во время цикла_2) цилиндр 3 отключается. Точнее, в ходе процесса в цилиндре после 411b-413b происходит отключение подачи топлива, искры и работы клапана в цилиндре 3. В ходе первого процесса в цилиндре (т.е. во время цикла_1), впускной клапан открывается на такте впуска (411b), чтобы обеспечить поступление воздуха в цилиндр. Затем производится подача топлива (412b) в цилиндры двигателя посредством форсунок непосредственного впрыска или форсунок впрыска во впускной канал. Воздушно-топливная смесь подвергается сжатию и воспламенению (413d) во время такта сжатия. Пиковое давление в цилиндре может иметь место в ВМТ на такте сжатия или на такте расширения. Однако, поскольку цилиндр 3 должен быть отключен после первого процесса в цилиндре, отработавшие газы не высвобождаются, а вместо этого удерживаются в цилиндре за счет удержания выпускного клапана закрытым на такте выпуска. В отличие от этого, в ходе процесса в цилиндре, который предшествует первому процессу ы цилиндре, показанному кривыми 411b-413b; работа выпускного клапана (кривая 414а) разрешается, чтобы выпускной клапан продолжал оставаться в открытом состоянии на такте выпуска для высвобождения отработавших газов. За счет закрытия выпускного клапана в ходе процесса в цилиндре 3 (в цикле_1), непосредственно предшествующего отключению цилиндра 3 (в цикле_2), тепло удерживается в камере сгорания, что позволяет нагреть поверхности камеры сгорания цилиндра, и тем самым сократить выброс твердых частиц, когда цилиндр 3 впоследствии снова включается. Кроме того, температура хладагента может быть увеличена (медленно) для остальной части двигателя, что улучшит комфорт для пассажиров.
Аналогично, что касается второго цилиндра, то первый процесс в цилиндре показан символами 431b-433b, а последующий процесс в цилиндре 2 состоит в том, что цилиндр 2 отключается. Точнее, в ходе процесса в цилиндре после 431b-433b происходит отключение подачи топлива, искры и работы клапана в цилиндре 2. В ходе первого процесса в цилиндре, впускной клапан открывается на такте впуска (431b), чтобы обеспечить поступление воздуха в цилиндр. Затем производится подача топлива (432b) в цилиндры двигателя посредством форсунок непосредственного впрыска или форсунок впрыска во впускной канал. Воздушно-топливная смесь подвергается сжатию и воспламенению (433b) во время такта сжатия. Пиковое давление в цилиндре может иметь место в ВМТ на такте сжатия или на такте расширения. Однако, поскольку цилиндр 2 должен быть отключен после первого процесса в цилиндре, отработавшие газы не высвобождаются, а вместо этого удерживаются в цилиндре за счет удержания выпускного клапана закрытым на такте выпуска. В отличие от этого, в ходе процесса в цилиндре, который предшествует первому процессу в цилиндре, показанному кривыми 431b-433b, работа выпускного клапана (кривая 434а) разрешается, чтобы выпускной клапан продолжал оставаться в открытом состоянии на такте выпуска для высвобождения отработавших газов. За счет закрытия выпускного клапана в ходе процесса в цилиндре 2, непосредственно предшествующего отключению цилиндра 2, тепло удерживается в камере сгорания, что позволяет нагреть поверхности камеры сгорания цилиндра, и тем самым сократить выброс твердых частиц, когда цилиндр 2 впоследствии снова включается.
Следует понимать, что когда цилиндры 2 и 3 впоследствии снова включаются (реактивация), выпускной клапан вновь включенного цилиндра может быть открыт раньше, чем будет открыт впускной клапан (-ны), чтобы любые остаточные газы, остающиеся запертыми в цилиндре могли быть вытолкнуты прежде, чем произойдет всасывание свежего заряда в цилиндр. Это позволяет сократить случаи пропуска зажигания во время реактивации цилиндра. Например, в ответ на признаки реактивации цилиндра, выпускной клапан отключенного цилиндра может быть открыт на такте выпуска в цикле двигателя непосредственно предшествующем реактивации, чтобы выпустить остаточные газы. Затем цилиндр может быть снова включен, при этом впускной и выпускной клапаны могут быть приведены в действие соответственно на такте впуска и такте выпуска, как положено. Другими словами, выпускной клапан отключенного цилиндра открывают на такте выпуска непосредственно предшествующем реактивации, а затем на такте выпуска после реактивации.
Согласно одному примеру, способ для двигателя содержит: выбор цилиндра для отключения; и в цикле двигателя непосредственно предшествующем отключению - поддержание выпускного клапана выбранного цилиндра в закрытом состоянии во время такта выпуска цилиндра. В предшествующем примере выбор цилиндра для отключения дополнительно, или как вариант, зависит от падения нагрузки на двигателе. В любом или всех предшествующих примерах, во время выбора температура отработавших газов дополнительно или как вариант превышает пороговую температуру. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать во время реактивации выбранного цилиндра - открытие выпускного клапана перед открытием впускного клапана, чтобы высвободить запертые отработавшие газы, прежде чем всасывать воздух. В любом или всех предшествующих примерах, открытие выпускного клапана может дополнительно или как вариант включать в себя открытие выпускного клапана во время такта выпуска в цикле двигателя непосредственно предшествующем реактивации. В любом или всех предшествующих примерах, выбранным цилиндром является первый цилиндр, при этом способ может дополнительно или как вариант также содержать выбор второго, другого цилиндра для отключения, и приведение в действие второго цилиндра с одним или более отключенными элементами -отключенным впускным клапаном, отключенной топливной форсункой, отключенной искрой и с задержанной искрой. В любом или всех предшествующих примерах, управление может дополнительно, или как вариант, включать в себя приведение в действие второго цилиндра в первом режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка отключена, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска; приведение в действие второго цилиндра во втором режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка включена, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска; приведение в действие второго цилиндра в третьем режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска или такте сжатия, топливная форсунка включена и топливо подается во время такта сжатия, подача искры отключена, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска; приведение в действие второго цилиндра в четвертом режиме, при котором впускной клапан открыт на такте впуска, топливная форсунка включена, подача искры задержана до такта выпуска, и выпускной клапан открыт во время такта выпуска; и выбор режима на основе температуры катализатора. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать отключение выбранного цилиндра на определенное число циклов двигателя, при этом поддержание выпускного клапана выбранного цилиндра в закрытом состоянии зависит от того, превышает ли число циклов двигателя пороговое число. В любом или всех предшествующих примерах указанное пороговое число дополнительно или как вариант определяют на основе одного или более из следующих параметров: температуры хладагента двигателя, наружной температуры, и температуры цилиндра, при этом пороговое число уменьшается, когда уменьшается любой из параметров: температура хладагента двигателя, наружная температура, и температура цилиндра.
Согласно другому примеру, способ для двигателя содержит: отключение индивидуальных механизмов цилиндров в схеме цилиндров, причем схема цилиндров содержит первый отключенный цилиндр и второй активный цилиндр, при этом в ответ на команду отключения первого цилиндра, а также исходя из температуры двигателя, выпускной клапан первого цилиндра удерживают закрытым на такте выпуска цикла двигателя, который непосредственно предшествует отключению первого цилиндра. В предыдущем примере выпускной клапан первого цилиндра можно дополнительно или как вариант удерживать закрытым в ответ на то, что температура двигателя ниже пороговой температуры. В любом или всех предшествующих примерах схема отключения цилиндров может дополнительно или как вариант также содержать число циклов двигателя, на протяжении которых первый цилиндр поддерживают отключенным, при этом способ может дополнительно или как вариант также содержать реактивацию первого цилиндра после указанного числа циклов двигателя. В любом или всех предшествующих примерах температурой двигателя является дополнительно или как вариант измеренная температура двигателя или прогнозируемая температура двигателя, при этом прогнозируемая температура двигателя заключает в себе температуру двигателя или компонента двигателя, которую ожидают при реактивации. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать во время реактивации - открытие выпускного клапана первого цилиндра перед открытием впускного клапана первого цилиндра, чтобы выпустить запертые отработавшие газы, прежде чем всасывать воздух в первый цилиндр. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать в ответ на тот факт, что прогнозируемая температура двигателя ниже пороговой температуры - приведение в действие третьего цилиндра с впрыском богатой смеси, осуществляемым на такте сжатия, и отключением искры, и одновременное приведение в действие четвертого цилиндра с впрыском бедной смеси, осуществляемым на такте впуска, и отключением искры.
Согласно другому примеру, двигательная система содержит: двигатель, содержащий ряд цилиндров, причем каждый цилиндр содержит впускной и выпускной клапан; механизм отключения для отключения по меньшей мере одного из клапанов - впускного и выпускного - одного из ряда цилиндров; датчик температуры для измерения температуры двигателя; и контроллер. Контроллер может быть оснащен считываемыми компьютером инструкциями, хранящимися в постоянном запоминающем устройстве для: выбора одного цилиндра из ряда цилиндров для отключения, исходя из нагрузки на двигателе; и в первом цикле двигателя - открытия впускного клапана каждого из ряда цилиндров двигателя в время соответствующих тактов впуска, удержания выпускного клапана одного из ряда цилиндров закрытым во время такта выпуска при одновременном открытии выпускных клапанов остальных цилиндров во время соответствующих тактов выпуска; и во втором цикле двигателя, который непосредственно следует за первым циклом двигателя - отключения впускного клапана и выпускного клапана одного из ряда цилиндров при одновременном поддержании остальных цилиндров активными. В предшествующем примере удержание выпускного клапана одного из ряда цилиндров закрытым на такте выпуска может дополнительно или как вариант происходить в ответ на то, что температура двигателя ниже пороговой температуры. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать приведение в действие одного или более из остальных цилиндров с задержкой подачи искры в такт выпуска, чтобы увеличить температуру двигателя выше пороговой. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать приведение в действие по меньшей мере одного из остальных цилиндров с подачей искры и обогащенного топлива при одновременном приведении в действие по меньшей мере другого из остальных цилиндров с подачей искры и обедненного топлива, чтобы увеличить температуру двигателя выше пороговой. Любой или все предшествующие примеры могут дополнительно или как вариант также содержать в третьем цикле двигателя -реактивацию выпускного клапана указанного одного из ряда цилиндров и открытие выпускного клапана на такте выпуска, а также в четвертом цикле двигателя, который непосредственно следует за третьим циклом двигателя - реактивацию впускного клапана указанного одного из ряда цилиндров и открытие впускного клапана на такте впуска.
В дальнейшем представлении способ для двигателя содержит отключение индивидуальных механизмов цилиндров в схеме цилиндров, причем схема цилиндров содержит первый отключенный цилиндр и второй активный цилиндр, при этом в ответ на команду отключения первого цилиндра выпускной клапан первого цилиндра удерживают закрытым на такте выпуска в цикле зажигания, который непосредственно предшествует отключению первого цилиндра.
Таким образом, технический эффект удержания отработавших газов в отключенном цилиндре состоит в том, что польза отключения может быть распространена на более продолжительное время без ухудшения показателей по выбросу токсичных веществ. За счет удержания выпускного клапана цилиндра, подлежащего отключению в следующем цикле, закрытым на такте выпуска, горячие отработавшие газы могут быть заперты в цилиндре, и могут повышать температуру поверхностей камеры сгорания отключенного цилиндра даже в то время, как цилиндр отключен. В сущности, это не только уменьшает необходимость реактивации холодного цилиндра, тем самым снижая расход топлива, но также уменьшает выброс твердых частиц из отключенных цилиндров. Если, в качестве варианта, также задействовать активные цилиндры с варьированием работы клапанов и подачи искры, в то время как другие цилиндры в схеме цилиндров отключать, то можно ускорить прогрев катализатора, и продлить работу двигателя с отключенными цилиндрами. Это позволяет расширить преимущества отключения цилиндров в отношении экономии топлива, улучшить показатели двигателя и снизить расход топлива.
Следует отметить, что включенные в описание примеры алгоритмов управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Способы управления и раскрытые в данном описании алгоритмы можно хранить в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве и можно реализовать посредством управляющей системы, содержащей контроллер в сочетании с датчиками, исполнительными органами и другими аппаратными компонентами двигателя. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции и/или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, включающей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к элементу, как представителю данного класса элементов, или к «первому» элементу, или же к эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.