СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ЦИЛИНДРАМИ, СОЕДИНЕННЫМ С ДВУХСПИРАЛЬНЫМ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ)
SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING ENGINE WITH DISENGAGED CYLINDERS, CONNECTED TO DOUBLE-HELICAL TURBOSUPERCHARGER (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к компоновке турбонагнетателя для двигателя с отключаемыми цилиндрами (ДОЦ).
Уровень техники/Раскрытие изобретения
В двигателях с турбонаддувом могут использовать двухспиральные конфигурации турбонагнетателя. В двухспиральной конфигурации турбонагнетателя вход в выпускную турбину могут разделять на два отдельных канала, соединенных с выпускными направляющими каналами выпускного коллектора таким образом, чтобы развести импульсы выходящих из цилиндров двигателя отработавших газов, которые могут повлиять друг на друга.
Например, в типовом рядном четырехцилиндровом (14) двигателе с порядком зажигания в цилиндрах 1-3-4-2, выпускные направляющие каналы выпускного коллектора от цилиндра 1 и цилиндра 4 могут быть соединены с первым входом двухспиральной турбины, а выпускные направляющие каналы выпускного коллектора от цилиндра 2 и цилиндра 3 могут быть соединены со вторым входом указанной двухспиральной турбины, причем второй вход отличается от первого входа. Разделение импульсов отработавших газов таким способом может иметь результатом повышенную эффективность доставки отработавших газов к турбине и может повысить выходную мощность турбины.
Тем не менее, вышеописанная конфигурация может быть неприменимой для двигателя с другим порядком зажигания в цилиндрах. Например, может быть предусмотрено, чтобы события воспламенения в четырехцилиндровом двигателе происходили в следующем порядке: 1-3-2-4. В таком сценарии соединение выпускных направляющих каналов выпускного коллектора от цилиндров 1 и 4 с первым входом и соединение выпускных направляющих каналов от цилиндров 2 и 3 со вторым входом двухспиральной турбины может привести к тому, что импульсы отработавших газов будут мешать друг другу, что приведет к снижению объемного к.п.д. и повлияет на раскручивание турбины.
Авторы настоящего изобретения идентифицировали вышеуказанную проблему и разработали частично решающий ее подход. В одном подходе способ управления двигателем включает в себя направление отработавших газов от первого крайнего и первого центрального из четырех цилиндров к первой спирали двухспирального турбонагнетателя, направление отработавших газов от второго крайнего и второго центрального из четырех цилиндров ко второй спирали двухспирального турбонагнетателя и, в течение существования первого условия, работу всех цилиндров с по меньшей мере одним неравномерным зажиганием. Взятый в качестве примера двигатель может содержать четыре цилиндра в рядной конфигурации с порядком зажигания 1-3-2-4, как было отмечено выше. По месту расположения в блоке цилиндров цилиндр 1 может быть назван первым крайним цилиндром, цилиндр 4 может быть назван вторым крайним цилиндром, цилиндр 2 может быть назван первым центральным цилиндром (следующим после цилиндра 1), а цилиндр 3 может быть назван вторым центральным цилиндром (следующим после цилиндра 4). Отделяя отработавшие газы от цилиндров 1 и 2 от отработавших газов от цилиндров 3 и 4 можно не допускать встречи импульсов отработавших газов, поступающих от цилиндров 1 и 4 и не допускать встречи импульсов отработавших газов, поступающих от цилиндров 2 и 3.
В качестве другого примера, двигатель с турбонаддувом с отключаемыми цилиндрами может содержать четыре расположенные в один ряд цилиндра, причем два цилиндра по месту их расположения будут крайними цилиндрами, а остальные два цилиндра по месту их расположения будут центральными цилиндрами. Двигатель может быть выполнен с возможностью того, чтобы зажигания в цилиндрах происходили в следующим порядке: первый крайний цилиндр - второй центральный цилиндр - второй крайний цилиндр - первый центральный цилиндр. Чтобы создать условия для достаточного разделения импульсов отработавших газов, выпускные направляющие каналы от первого крайнего и первого центрального цилиндров могут быть соединены по текучей среде с первой спиралью выпускной турбины турбонагнетателя, а выпускные направляющие каналы от второго центрального и второго крайнего цилиндров могут быть соединены по текучей среде со второй спиралью выпускной турбины турбонагнетателя. Двигатель может работать с неравномерным зажиганием в цилиндрах, при котором зажигание в первом крайнем цилиндре происходит посередине интервала между зажиганиями во втором центральном и втором крайнем цилиндрах, а зажигания в первом центральном, втором центральном и втором крайнем цилиндрах происходят с интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. То есть зажигание в первом крайнем цилиндре может происходить примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания во втором крайнем цилиндре и за 120 градусов угла поворота коленчатого вала до зажигания во втором центральном цилиндре. Двигатель также может работать в режиме с отключаемыми цилиндрами (или в режиме, когда не все цилиндры включены в работу) путем отключения первого крайнего цилиндра и работы остальных трех цилиндров с интервалом в 240 градусов поворота коленчатого вала.
Таким образом, двигатель с турбонаддувом и порядком зажигания в цилиндрах 1-3-2-4 может работать с разделением импульсов отработавших газов. Подавая отработавшие газы от цилиндров 1 и 2 в первую спираль выпускной турбины, и направляя отработавшие газы от цилиндров 3 и 4 во вторую спираль выпускной турбины, можно снизить воздействие друг на друга импульсов отработавших газов в режиме неравномерного зажигания. Каждая спираль выпускной турбины может принимать импульсы отработавших газов, отделенные друг от друга по меньшей мере 240 градусами угла поворота коленчатого вала в режиме со всеми работающими цилиндрами с неравномерным зажиганием и в режиме с сокращенным числом работающих цилиндров с равномерным зажиганием. Разделение импульсов отработавших газов с помощью двухспирального турбонагнетателя может создать условия для более эффективного извлечения кинетической энергии из отработавших газов. Следовательно, двигатель может работать с увеличенной выходной мощностью и улучшенной топливной экономичностью.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображен пример цилиндра, содержащегося в двигателе.
На фиг. 2 схематически изображена компоновка четырехцилиндрового двигателя с двухспиральным турбонагнетателем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 показан коленчатый вал в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 показана альтернативная компоновка выпускной системы для осуществления, показанного на фиг. 2.
На фиг. 5 схематически показан двигатель, содержащий коленчатый вал, уравновешивающий вал и распределительный вал в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6-8 показаны схемы установки моментов зажигания в различных режимах работы двигателя.
На фиг. 9 показан пример блок-схемы алгоритма выбора ДОЦ или не-ДОЦ режима по условиям работы двигателя.
На фиг. 10 показан пример блок-схемы алгоритма перехода между различными режимами работы двигателя в зависимости от условий работы двигателя, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 11 продемонстрированы примеры графиков, иллюстрирующих выбор режима работы двигателя по нагрузке двигателя и частоте вращения двигателя.
На фиг. 12 показан пример компоновки изображенного на фиг. 2 двигателя со встроенным выпускным коллектором.
На фиг. 13 представлена альтернативная компоновка выпускной системы двигателя, изображенного на фиг.12.
На фиг. 14 показан вариант осуществления изображенного на фиг. 2 двигателя с системой переключения профиля кулачков, позволяющей двигателю работать существенно в трехцилиндровом режиме.
На фиг. 15 показан пример установок фаз клапанного распределения для показанного на фиг. 14 варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 16 показан пример блок-схемы управления двигателем, показанным на фиг. 14.
На фиг. 17 показан пример блок-схемы алгоритма перехода между различными режимами работы приведенного в качестве примера и показанного на фиг. 14 двигателя.
На фиг. 18 показан пример переходов между двумя ДОЦ режимами и одним не-ДОЦ режимом работы двигателя.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к управлению системой двигателя, такой как система двигателя, показанная на фиг. 1. Система двигателя может быть четырехцилиндровым двигателем, способным работать в режиме двигателя с отключаемыми цилиндрами (ДОЦ) и соединенным с турбонагнетателем с двойной спиралью так, как это показано на фиг. 2. Четырехцилиндровый двигатель может включать в себя выпускную систему с симметричной компоновкой, показанной на фиг. 2, или с асимметричной компоновкой, показанной на фиг. 4. Кроме того, двигатель может включать в себя коленчатый вал, такой как коленчатый вал, показанный на фиг. 3, выполненный с возможностью работы двигателя в трехцилиндровом или двухцилиндровом режимах, причем в каждом из них зажигание в цилиндрах происходит равномерно, как показано на фиг. 6 и фиг. 8 соответственно. Двигатель также может работать в четырехцилиндровом режиме с неравными интервалами между зажиганиями в цилиндрах, как показано на фиг. 7. Контроллер может быть выполнен с возможностью выбора режима работы двигателя по нагрузке двигателя и может совершать переключения между этими режимами (фиг. 9 и фиг. 10) при изменении запроса крутящего момента (фиг. 18), нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя (фиг. 11). В приведенном в качестве примера двигателе вращение коленчатого вала может уравновешиваться одиночным уравновешивающим валом, как показано на фиг. 5, вращающимся в направлении, противоположном направлению вращения двигателя. Показанная на фиг. 2 система двигателя может быть модифицирована включением в ее состав интегрированного выпускного коллектора (ИВК) с симметричной компоновкой (фиг. 12) или асимметричной компоновкой (фиг. 13) выпускной системы. Дополнительный вариант осуществления двигателя (фиг. 14) может включать в себя двигатель, способный работать главным образом в трехцилиндровом ДОЦ режиме с меньшим количеством переходов в четырехцилиндровый режим. При этом работа двигателя в трехцилиндровом режиме может включать в себя работу либо с меньшей продолжительностью впуска, либо с большей продолжительностью впуска (фиг. 15). Контроллер может выбирать (фиг. 16) режим работы двигателя по нагрузке двигателя и может совершать переключение (фиг. 17) между доступными режимами при изменениях нагрузки двигателя.
На фиг. 1 схематически показан двигатель 10 внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Двигателем 10 можно управлять по меньшей мере частично посредством системы управления, включающей в себя контроллер 12, и воздействия водителя 132 через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали, предназначенный для выработки пропорционального сигнала положения педали (ПП).
Камера 30 сгорания (также известная, как цилиндр 30) двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 36. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывать во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную трансмиссионную систему (не показана) может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 40 может быть связан стартер, обеспечивающий запуск двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газы горения через выпускной коллектор 48 и выпускной канал 58. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 выборочно могут сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В показанном на фиг. 1 примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться кулачковым приводом через соответствующие системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 52 кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков, установленных на одном или нескольких распределительных валах (не показаны на фиг. 1), и могут использовать одну или несколько из следующих систем: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или систему изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые может использовать контроллер 12 для изменения работы клапанов. Угловое положение впускного и выпускного распределительных валов может быть определено датчиками 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных вариантах осуществления также возможно, чтобы впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 управлялись электрическим приводом клапанов. Например, цилиндр 30 альтернативно может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом, а выпускной клапан может управляться кулачковым приводом, включающим в себя системы ППК и/или ИФКР.
Топливная форсунка 66 показана непосредственно связанной с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ), принимаемого от контроллера 12 посредством электронного драйвера 99. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый прямой впрыск (ПВ) топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть смонтирована в боковине камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо можно доставлять к топливной форсунке 66 посредством топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания альтернативно или дополнительно может включать в себя топливную форсунку, размещенную во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей так называемый впрыск топлива во впускные каналы, чтобы впрыскивать топливо во впускной канал выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 91 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания (ОЗ) в выборочных режимах работы. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного зажигания с искрой зажигания или без искры зажигания.
Двигатель 10 также может содержать устройство сжатия, такое как турбонагнетатель или механический нагнетатель, имеющие по меньшей мере компрессор 94, расположенный вдоль впускного канала 42. В случае турбонагнетателя, компрессор 94 можно приводить в действие по меньшей мере посредством выпускной турбины 92 (например, через вал), расположенной вдоль выпускного канала 58. Компрессор 94 затягивает воздух из впускного канала 42 для снабжения нагнетательной камеры 46. Отработавшие газы раскручивают выпускную турбину 92, связанную с компрессором 94 через вал 96. В случае механического нагнетателя, компрессор 94 можно приводить в действие по меньшей мере двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя выпускной турбины. При этом степень сжатия, обеспечиваемая для одного или нескольких цилиндров двигателя турбонагнетателем или механическим нагнетателем, может варьироваться контроллером 12.
В турбонагнетателе поперек выпускной турбины 92 может быть установлен регулятор 69 давления наддува. В частности, регулятор 69 давления наддува может быть включен в состав перепускного канала 67, связывающего вход и выход выпускной турбины 92. Степенью наддува, обеспечиваемого выпускной турбиной, можно управлять, регулируя положение регулятора 69 давления наддува.
Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с дросселем 62, имеющим дроссельную заслонку 64. В данном частном примере положение дроссельной заслонки 64 может быть изменено контроллером 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительное устройство (не показано на фиг. 1), входящие в состав дросселя 62, причем эта конфигурация обычно называется электронным управлением дросселем (ЭУД). Положение дросселя может быть изменено электромотором посредством вала. Дроссель 62 может управлять потоком воздуха от впускной нагнетательной камеры 46 во впускной коллектор 44 и камеру 30 сгорания (а также в другие цилиндры двигателя). Информация о положении дроссельной заслонки 64 может быть передана контроллеру 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД) от датчика 158 положения дросселя.
Датчик 126 отработавших газов показан связанным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой датчик, подходящий для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик или датчик универсальный или широкодиапазонный содержания кислорода в отработавших газах (УСКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями (КОГ), датчик нагреваемый содержания кислорода в отработавших газах (НСКОГ), датчик оксидов азота (NOx), углеводорода (НС) или оксида углерода (СО). Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано размещенным вдоль по выпускному каналу 58 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов и выпускной турбины 92. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Не показанная на иллюстрациях система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть использована для направления нужной части отработавших газов из выпускного канала 58 во впускной коллектор 44. Альтернативно, путем управления моментами срабатывания выпускных и впускных клапанов, часть газов горения может быть удержано в камерах сгорания, представляя собой внутреннюю РОГ.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающего устройство 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 командует разнообразными исполнительными устройствами, такими как дроссельная заслонка 64, регулятор 69 давления наддува, топливная форсунка 66 и т.п. Контроллер 12 показан принимающим, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для измерения положения педали, регулируемого оператором 132 транспортного средства; измерение давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 121 давления, связанного со впускным коллектором 44, измерение давления наддува от датчика 122 давления, связанного с нагнетательной камерой 46; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; измерение поступающей в двигатель массы воздуха по сигналу датчика 120 массового расхода воздуха (МРВ), и измерение положения дросселя (ПД) от датчика 158. Также может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан) для обработки данных о нем контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего раскрытия датчик 118 коленчатого вала, который может использоваться в качестве датчика частоты вращения двигателя, может выдавать заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала, что позволяет определить частоту вращения двигателя (ЧВД) в оборотах в минуту. Эти импульсы могут быть переданы контроллеру 12 в качества сигнала ПЗ, указанного выше.
Согласно вышеприведенному описанию, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр имеет свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания и т.д. Кроме того, в раскрываемых здесь примерах осуществления, двигатель может быть связан со стартером (не показан), предназначенным для запуска двигателя. На стартер может быть подано напряжение, например, когда водитель поворачивает ключ в замке зажигания на рулевой колонке. Стартер выходит из сцепления с двигателем после запуска двигателя, например, когда за заданное время двигатель 10 достигнет заданной частоты вращения.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, включающий в себя: такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. По впускному коллектору 44 в цилиндр 30 поступает воздух, и поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема цилиндра 30. Положение, в котором поршень 36 находится вблизи низа цилиндра в конце своего хода (то есть когда объем цилиндра 30 максимален), специалистами в данной области техники характерно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра, сжимая при этом воздух внутри цилиндра 30. Положение, в котором поршень 36 находится в конце своего хода вверху ближе всего к головке цилиндра (то есть когда объем цилиндра 30 минимален), специалистами в данной области техники характерно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания поступает топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняют известными способами и средствами, такими как свеча 91 зажигания, в результате чего происходит сжигание топливовоздушной смеси. Дополнительно или альтернативно для воспламенения топливовоздушной смеси могут использовать сжатие. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в момент вращения вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 54, открывая сгоревшей топливовоздушной смеси путь в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что описание выше по тексту приведено только в качестве примера, и что моменты открытия или закрытия клапанов могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана, раннего закрытия впускного клапана или другие варианты.
На фиг. 2 показана принципиальная схема многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, который может быть двигателем 10, показанным на фиг. 1. Вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 2, включает в себя систему 202 ИФКР, систему 204 ППК, турбонагнетатель 290 и устройство 70 снижения токсичности отработавших газов. Следует понимать, что показанные на фиг. 1 компоненты системы двигателя имеют те же самые позиционные номера и не описываются заново.
Двигатель 10 может включать в себя некоторое количество камер 212 сгорания (то есть цилиндров), которые сверху могут быть закрыты головкой 216 блока цилиндров. В показанном на фиг. 2 примере двигатель 10 включает в себя четыре камеры сгорания: 31, 33, 35 и 37. Следует понимать, что у цилиндров может быть общий блок цилиндров (не показан) и общий картер (не показан).
Как было описано выше со ссылкой на фиг. 1, каждая камера сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42. Впускной коллектор 44 может быть связан с камерами сгорания через впускные окна. Каждое впускное окно может подавать воздух и/или топливо для горения в связанный с ним цилиндр. Каждое впускное окно может выборочно сообщаться с цилиндром через один или несколько впускных клапанов. Показанные на фиг. 2 цилиндры 31, 33, 35 и 37 имеют по два впускных клапана каждый. Например, цилиндр 31 имеет два впускных клапана I1 и I2, цилиндр 33 имеет два впускных клапана I3 и I4, цилиндр 35 имеет два впускных клапана I5 и I6, а цилиндр 37 имеет два впускных клапана I7 и I8.
Четыре цилиндра 31, 33, 35 и 37 расположены по рядной схеме, в которой цилиндры 31 и 37 являются по своему расположению крайними, а цилиндры 33 и 35 - центральными. Другими словами, в блоке цилиндров цилиндры 33 и 35 расположены рядом друг с другом между цилиндрами 31 и 37. При этом крайние цилиндры 31 и 37 могут быть названы расположенными по бокам центральных цилиндров 33 и 35. Хотя двигатель 10 и изображен рядным четырехцилиндровым двигателем, следует понимать, что другие осуществления могут предусматривать другое количество цилиндров.
Каждая камера сгорания может выпускать газы горения через один или несколько выпускных клапанов в связанные с ними выпускные окна. Показанные на фиг. 2 цилиндры 31, 33, 35 и 37 имеют по два выпускных клапана каждый для выпуска газов горения. Например, цилиндр 31 имеет два выпускных клапана Е1 и Е2, цилиндр 33 имеет два выпускных клапана Е3 и Е4, цилиндр 35 имеет два выпускных клапана Е5 и Е6, а цилиндр 37 имеет два выпускных клапана Е7 и Е8.
Для того чтобы выпускать газы горения, каждый цилиндр может быть связан с соответствующим выпускным окном. В показанном на фиг. 2 примере выпускное окно 20 принимает отработавшие газы из цилиндра 31 через выпускные клапаны Е1 и Е2. Аналогичным образом, выпускное окно 22 принимает покидающие цилиндр 33 отработавшие газы через выпускные клапаны Е3 и Е4, выпускное окно 24 принимает отработавшие газы из цилиндра 35 через выпускные клапаны Е5 и Е6, а выпускное окно 26 принимает покидающие цилиндр 37 отработавшие газы через выпускные клапаны Е7 и Е8. Далее отработавшие газы направляют через систему разветвленного коллектора на выпускную турбину 92 турбонагнетателя 290. Отметим, что в показанном на фиг. 2 примере разветвленный выпускной коллектор не встроен в головку 216 блока цилиндров.
Как показано на фиг. 2, выпускное окно 20 может быть связано по текучей среде с первой приемной трубой 23 посредством направляющего канала 39, а выпускное окно 22 может сообщаться по текучей среде с первой приемной трубой 23 через направляющий канал 41. Кроме того, выпускное окно 24 может быть связано по текучей среде со второй приемной трубой 25 через направляющий канал 43, а выпускное окно 26 может сообщаться по текучей среде со второй приемной трубой 25 через направляющий канал 45. Таким образом, цилиндры 31 и 33 могут выпускать свои газы горения в первую приемную трубу 23 через соответствующие выпускные окна 20 и 22 и через направляющие каналы 39 и 41 соответственно. Направляющие каналы 39 и 41 могут сливаться в первую приемную трубу 23 в Y-образном соединении 250. Цилиндры 35 и 37 могут выпускать свои отработавшие газы через выпускные окна 24 и 26 соответственно во вторую приемную трубу 25 через соответствующие направляющие каналы 43 и 45. Направляющие каналы 43 и 45 могут сливаться во вторую приемную трубу 25 в Y-образном соединении 270. При этом первая приемная труба 23 может не сообщаться по текучей среде с направляющими каналами 43 и 45 от цилиндров 24 и 26 соответственно. Кроме того, вторая приемная труба 25 может не сообщаться по текучей среде с направляющими каналами 39 и 41 от цилиндров 31 и 33 соответственно. Дополнительно, первая приемная труба 23 и вторая приемная труба 25 могут не сообщаться друг с другом. В показанном примере первая приемная труба 23 и вторая приемная труба 25 могут быть не включены в головку 216 блока цилиндров и могут быть элементами, внешними для головки 216 блока цилиндров.
Каждая камера сгорания может принимать топливо от топливных форсунок (не показаны), непосредственно связанных с цилиндром, в качестве форсунок прямого впрыска, и/или от топливных форсунок, связанных с впускным коллектором, в качестве форсунок впрыска во впускные каналы. Кроме того, воздушные заряды внутри каждого цилиндра могут воспламеняться искрой от соответствующих свечей зажигания (не показаны). В других вариантах осуществления камеры сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного зажигания, с искрой зажигания или без нее.
Как описывалось ранее со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 может содержать турбонагнетатель 290. Турбонагнетатель 290 может содержать выпускную турбину 92 и впускной компрессор 94, соединенные на общем валу 96. Лопасти выпускной турбины 92 могут быть вынуждены вращаться вокруг общего вала 96, когда часть потока отработавших газов, выходящего из двигателя 10, наталкивается на лопасти турбины. Впускной компрессор 94 может быть соединен с выпускной турбиной 92 таким образом, что компрессор 94 может приводиться в действие тогда, когда лопасти выпускной турбины 92 вынужденно вращаются. При приведении его в действие компрессор 94 может затем направлять находящийся под давлением газ через нагнетательную камеру 46 и охладитель 90 наддувочного воздуха во впускной коллектор 44, откуда его можно направить в двигатель 10. Таким образом, турбонагнетатель 290 может быть выполнен с возможностью подачи находящегося под давлением заряда воздуха на впуск двигателя.
Впускной канал 42 может содержать впускной дроссель 62 ниже по потоку от охладителя 90 наддувочного воздуха. Положение дросселя 62 может регулироваться системой 15 управления посредством исполнительного устройства (не показано) дросселя, связанного с контроллером 12 с возможностью обмена информацией с ним. Изменяя положение впускного дросселя 62 при работающем компрессоре 94, можно затягивать в двигатель 10 из атмосферы некоторый объем свежего воздуха, охлаждать его охладителем 90 наддувочного воздуха и подавать в цилиндры двигателя под давлением компрессора (или давлением наддува) через впускной коллектор 44. Для уменьшения помпажа компрессора по меньшей мере часть воздушного заряда, сжатого компрессором 94, может рециркулировать на вход компрессора. Для рециркуляции на вход компрессора охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку от охладителя 90 наддувочного воздуха может быть предусмотрен рециркуляционный канал 49 компрессора. Для регулирования объема охлажденного потока, рециркулирующего на вход компрессора, может быть предусмотрен рециркуляционный клапан 27 компрессора.
Турбонагнетатель 290 может быть выполнен в виде многоспирального турбонагнетателя, в котором выпускная турбина 92 содержит некоторое количество спиралей. В иллюстрируемом осуществлении выпускная турбина 92 включает в себя две спирали, то есть первую спираль 71 и вторую спираль 73. Соответственно, турбонагнетатель 290 может быть турбонагнетателем с двойной спиралью (или двухспиральным) с по меньшей мере двумя раздельными путями для втекания отработавших газов в выпускную турбину 92 и протекания через нее. Двухспиральный турбонагнетатель 290 может быть выполнен с возможностью разделения отработавших газов из цилиндров, импульсы отработавших газов которых интерферируют при подаче в выпускную турбину 92. То есть первая спираль 71 и вторая спираль 73 могут использоваться для подачи в выпускную турбину 92 разделенных потоков отработавших газов.
В показанном на фиг. 2 примере первая спираль 71 показана получающей отработавшие газы от цилиндров 31 и 33 через первую приемную трубу 23. Вторая спираль 73 показана сообщающейся по текучей среде со второй приемной трубой 25 и принимающей отработавшие газы от цилиндров 35 и 37. Таким образом, отработавшие газы могут быть направлены от первого крайнего цилиндра (цилиндр 31) и первого центрального цилиндра (цилиндр 33) в первую спираль 71 двухспирального турбонагнетателя 290. А отработавшие газы от второго крайнего цилиндра (цилиндр 37) и второго центрального цилиндра (цилиндр 35) могут быть направлены во вторую спираль 73 двухспирального турбонагнетателя 290. Первая спираль 71 может не получать отработавшие газы из второй приемной трубы 25, а вторая спираль 73 может не получать импульсы отработавших газов из первой приемной трубы.
Выпускная турбина 92 может включать в себя по меньшей мере один регулятор давления наддува для управления степенью наддува, обеспечиваемого указанной выпускной турбиной. Как показано на фиг. 2, для регулирования объема отработавших газов, направляемых в обход выпускной турбины 92, общий регулятор 69 давления наддува может содержаться в перепускном канале 67, соединяющем собой вход и выход турбины 92. При этом часть отработавших газов, текущих по направлению к первой спирали 71 от первой приемной трубы 23, может быть отведена по каналу 65 за регулятор 69 давления наддува в перепускной канал 67. Кроме того, другая часть отработавших газов, текущих во вторую спираль 73 из второй приемной трубы 25, может быть отведена по каналу 63 через регулятор 69 давления наддува. Отработавшие газы, выходящие из выпускной турбины 92 и/или регулятора 69 давления наддува, могут проходить через устройство 70 снижения токсичности отработавших газов и покидать транспортное средство через выхлопную трубу (не показана). В альтернативных двухспиральных системах каждая спираль может включать в себя соответствующий регулятор давления наддува для регулирования объема отработавших газов, проходящих через выпускную турбину 92.
Каждый из описанных выше цилиндров 31, 33, 35 и 37 содержит два впускных клапана и два выпускных клапана. При этом каждый впускной клапан выполнен с возможностью перевода между открытым положением, которое позволяет впускному воздуху поступать в соответствующий цилиндр, и закрытым положением, существенно перекрывающим доступ впускного воздуха из соответствующего цилиндра. На фиг. 2 показаны впускные клапаны I1-I8, приводимые в движение общим впускным распределительным валом 218. Впускной вал 218 содержит множество впускных кулачков, выполненных с возможностью управления открытием и закрытием впускных клапанов. Управление каждым впускным клапаном может выполняться одним или несколькими впускными кулачками, что будет рассмотрено далее по тексту. В некоторых вариантах осуществления для управления впускными клапанами могут быть предусмотрены один или несколько дополнительных впускных кулачков. Кроме того, управление впускными клапанами может вестись приводными системами впускных клапанов.
Каждый выпускной клапан является перемещаемым между открытым положением, при котором отработавшие газы могут выходить из соответствующего цилиндра, и закрытым положением, при котором отработавшие газы по существу удерживают внутри соответствующего цилиндра. На фиг. 2 показаны выпускные клапаны Е1-Е8, приводимые в движение общим выпускным распределительным валом 224. Выпускной распределительный вал 224 содержит множество выпускных кулачков, выполненных с возможностью управления открытием и закрытием выпускных клапанов. Управление каждым выпускным клапаном может выполняться одним или несколькими выпускными кулачками, что будет рассмотрено далее по тексту. В некоторых вариантах осуществления для управления выпускными клапанами могут быть предусмотрены один или несколько дополнительных выпускных кулачков. Кроме того, управление выпускными клапанами может вестись приводными системами выпускных клапанов.
Приводные системы впускных клапанов и приводные системы выпускных клапанов могут также включать в себя толкатели клапанов, штанги толкателей, коромысла, и т.д. Такие устройства и элементы могут управлять приведением в движение впускных клапанов и выпускных клапанов, преобразуя вращательное движение кулачков в поступательное движение клапанов. В других примерах клапаны могут приводиться в движение дополнительными профилями выступов кулачков на распределительных валах, и при этом профили выступов кулачков для разных клапанов могут обеспечивать разную высоту подъема кулачка, продолжительность периода открытого положения клапана и/или фазы срабатывания кулачков. Однако при необходимости могут быть использованы и другие компоновки распределительного вала (с верхним расположением и/или со штангами толкателей). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров 212 может иметь только один выпускной клапан и/или впускной клапан, или более двух выпускных и/или впускных клапанов. В других примерах выпускные клапаны и впускные клапаны могут приводиться в движение общим распределительным валом. Тем не менее, в альтернативных вариантах осуществления по меньшей мере один из впускных клапанов и/или выпускных клапанов может приводиться в движение своим собственным независимым распределительным валом или другим устройством.
Двигатель 10 может быть двигателем с отключаемыми цилиндрами (ДОЦ), в котором некоторые из четырех цилиндров 212 можно при необходимости отключать посредством одного или нескольких механизмов. При этом, когда двигатель 10 работает в ДОЦ режиме, контроллер может быть выполнен с возможностью деактивации впускных и выпускных клапанов выбранных цилиндров. Впускные и выпускные клапаны выбранных цилиндров в режиме ДОЦ можно деактивировать, переключая толкатели клапана, переключая коромысла или переключая следящие ролики толкателей.
В настоящем примере отключаемыми являются цилиндры 31, 35 и 37. Каждый из этих цилиндров отличается первым и вторым впускными кулачками на каждый впускной клапан, установленными на общем впускном распределительном валу 218, и первым и вторым выпускными кулачками на каждый выпускной клапан, установленными на общем выпускном распределительном валу 224.
Первые впускные кулачки имеют первый профиль выступа для открытия впускных клапанов на первую продолжительность впуска. В показанном на фиг. 2 примере первые впускные кулачки С1 и С2 цилиндра 31, первые впускные кулачки С5, С6 цилиндра 33, первые впускные кулачки С9, С10 цилиндра 35 и первые впускные кулачки С13, С14 цилиндра 37 могут иметь одинаковый профиль выступа, открывающий соответствующие впускные клапаны на одинаковую продолжительность и высоту. В других примерах первые впускные кулачки разных цилиндров могут иметь разные профили выступов. Вторые впускные кулачки показаны как кулачки с нулевым выступом, который может иметь профиль для сохранения закрытого положения соответствующих впускных клапанов. То есть кулачки с нулевым выступом участвуют в деактивации соответствующих клапанов в ДОЦ режиме. В показанном на фиг. 2 примере вторые впускные кулачки N1, N2 цилиндра 31, вторые впускные кулачки N5, N6 цилиндра 35 и вторые впускные кулачки N9, N10 цилиндра 37 являются кулачками с нулевым выступом. Эти кулачки с нулевым выступом могут деактивировать соответствующие впускные клапаны в цилиндрах 31, 35 и 37.
Кроме того, каждый из впускных клапанов может приводиться в движение соответствующей приводной системой, функционально связанной с контроллером 12. Как показано на фиг. 2, впускные клапаны I1 и I2 цилиндра 31 могут приводиться в движение посредством приводной системы А2, впускные клапаны I3 и I4 цилиндра 33 могут приводиться в движение посредством приводной системы A4, впускные клапаны I5 и I6 цилиндра 35 могут приводиться в движение посредством приводной системы А6, а впускные клапаны I7 и I8 цилиндра 37 могут приводиться в действие посредством приводной системы А8.
Как и в случае впускных клапанов, каждый из отключаемых цилиндров (31, 35 и 37) имеет первый выпускной кулачок и второй выпускной кулачок, установленные на общем выпускном распределительном валу 224. Первые выпускные кулачки могут иметь первый профиль выступа, обеспечивающий первые продолжительность выпуска и подъем клапана. В показанном на фиг. 2 примере первые выпускные кулачки С3 и С4 цилиндра 31, первые выпускные кулачки С7 и С8 цилиндра 33, первые выпускные кулачки С11, С12 цилиндра 35 и первые выпускные кулачки С15, С16 цилиндра 37 могут иметь одинаковый первый профиль выступа, открывающий соответствующие выпускные клапаны на определенные продолжительность и высоту подъема. В других примерах первые выпускные кулачки для различных цилиндров могут иметь различные профили выступа. Вторые выпускные кулачки показаны в виде кулачков с нулевым выступом, которые могут иметь профиль, предназначенный для сохранения закрытого положения своих соответствующих выпускных клапанов. То есть кулачки с нулевым выступом участвуют в деактивации выпускных клапанов в ДОЦ режиме. В показанном на фиг. 2 примере вторые выпускные кулачки N3, N4 цилиндра 31, вторые выпускные кулачки N7, N8 цилиндра 35 и вторые выпускные кулачки N11, N12 цилиндра 37 являются кулачками с нулевым выступом. Эти кулачки с нулевым выступом могут деактивировать соответствующие выпускные клапаны в цилиндрах 31, 35 и 37.
Кроме того, каждый из выпускных клапанов может приводиться в движение соответствующей приводной системой, функционально связанной с контроллером 12. Таким образом, выпускные клапаны Е1 и Е2 цилиндра 31 могут приводиться в движение посредством приводной системы А1, выпускные клапаны Е3 и Е4 цилиндра 33 могут приводиться в движение посредством приводной системы A3, выпускные клапаны Е5 и Е6 цилиндра 35 могут приводиться в движение посредством приводной системы А5, а выпускные клапаны Е7 и Е8 цилиндра 37 могут приводиться в движение приводной системой А7.
Цилиндр 33 (или первый центральный цилиндр) может быть включаемым и может не включать в себя кулачки с нулевым выступом для своих впускных и выпускных клапанов. Следовательно, впускные клапаны I3 и I4 цилиндра 33 могут быть недеактивируемыми и могут приводиться в движение первыми впускными кулачками С5 и С6 соответственно. То есть впускные клапаны I3 и I4 цилиндра 33 могут не приводиться в движение кулачками с нулевым выступом. Аналогичным образом, выпускные клапаны Е3 и Е4 могут быть недеактивируемыми и могут приводиться в движение только первыми выпускными кулачками С7 и С8. То есть выпускные клапаны Е3 и Е4 не приводятся в движение кулачками с нулевым выступом. Следовательно, каждый впускной клапан и каждый выпускной клапан цилиндра 33 может быть приведен в движение одним соответствующим кулачком.
Следует понимать, что другие варианты осуществления могут включать в себя различные известные в уровне техники механизмы для деактивации впускных и выпускных клапанов в цилиндрах. В таких вариантах осуществления для деактивации могут не применять кулачки с нулевым выступом. Например, в системах гидравлических толкателей со следящим роликом для деактивации цилиндра могут не применяться кулачки с нулевым выступом.
Кроме того, другие варианты осуществления могут включать в себя сокращенные приводные системы. Например, одиночная приводная система может приводить в действие и впускные клапаны I1 и I2, так же как и выпускные клапаны Е1 и Е2. Эта одиночная приводная система заменит собой приводные системы А1 и А2, обеспечивая для цилиндра 31 одну приводную систему. Также возможны другие комбинации приводных систем.
Система 204 ППК может быть выполнена с возможностью продольного перемещения определенных частей впускного распределительного вала 218 с тем, чтобы впускные клапаны I1-I8 могли переходить с работы на своих первых впускных кулачках на работу на вторых впускных кулачках и наоборот (когда такая конфигурация применяется). Кроме того, система 204 ППК может быть выполнена с возможностью продольного перемещения определенных частей выпускного распределительного вала 204 с тем, чтобы выпускные клапаны Е1-Е8 могли переходить с работы на своих первых выпускных кулачках на работу на вторых выпускных кулачках и наоборот. Таким образом, система 204 ППК может переключаться между режимами работы с первым кулачком для открытия клапана на первую продолжительность и со вторым кулачком для открытия клапана на вторую продолжительность. В приведенном примере система 204 ППК может переключать кулачки для впускных клапанов в цилиндрах 31, 35 и 37 между первым кулачком для открытия впускных клапанов на первую продолжительность и вторым кулачком с нулевым выступом сохранения впускных клапанов закрытыми. Кроме того, система 204 ППК может переключать кулачки для выпускных клапанов в цилиндрах 31, 35 и 37 между первым кулачком для открытия выпускных клапанов на первую продолжительность и вторым кулачком с нулевым выступом для сохранения выпускных клапанов закрытыми. В примере цилиндра 33, система 204 ППК не может переключать кулачки для впускных и выпускных клапанов, так как цилиндр 33 выполнен с одним кулачком на клапан и не может быть деактивируемым.
Система 204 ППК может принимать от контроллера 12 сигналы на переключение между разными профилями кулачков для различных цилиндров в двигателе 10 в зависимости от условий работы двигателя. Например, в условиях низкой нагрузки на двигатель, он может работать в двухцилиндровом режиме. При этом посредством системы 204 ППК могут быть отключены цилиндры 35 и 37 путем переключения кулачков каждого клапана с первого впускного и первого выпускного кулачков на второй впускной кулачок с нулевым выступом и второй выпускной кулачок с нулевым выступом. Одновременно с этим, цилиндры 31 и 33 могут оставаться работающими, при этом их впускные и выпускные клапаны будут приводиться в движение соответствующими первыми кулачками.
В другом примере при средней нагрузке двигателя, он может работать в трехцилиндровом режиме. При этом система 204 ППК может быть выполнена с возможностью приведения в действие впускных и выпускных клапанов цилиндров 33, 35 и 37 их соответствующими первыми кулачками. Одновременно с этим, цилиндр 31 может быть отключен системой 204 ППК путем переключения привода впускных и выпускных клапанов цилиндра 31 на их соответствующие вторые кулачки с нулевым выступом.
Двигатель также может включать в себя систему 202 ИФКР. Система 202 ИФКР может быть двойной системой независимого изменения фаз кулачкового распределения для изменения моментов срабатывания впускных клапанов и выпускных клапанов независимо друг от друга. Система 202 ИФКР включает в себя фазовращатель 230 впускного распределительного вала и фазовращатель 232 выпускного распределительного вала для изменения моментов срабатывания клапанов. Система 202 ИФКР может быть выполнена с возможностью изменения моментов срабатывания клапанов в сторону опережения или запаздывания путем изменения в сторону опережения или запаздывания моментов срабатывания кулачков (пример рабочего параметра двигателя) и может управляться посредством контроллера 12. Система 202 ИФКР может быть выполнена с возможностью изменения моментов открытия и закрытия клапана за счет изменения взаимного расположения коленчатого вала и распределительного вала. Например, система 202 ИФКР может быть выполнена с возможностью поворота впускного распределительного вала 218 и/или выпускного распределительного вала 224 независимо от коленчатого, чтобы изменить моменты срабатывания клапанов в сторону опережения или запаздывания. В некоторых вариантах осуществления система 202 ИФКР может быть устройством, приводимым в действие от крутящего момента кулачка, выполненным с возможностью быстрого изменения момента срабатывания кулачка. В некоторых вариантах осуществления такие моменты срабатывания клапанов, как закрытие впускного клапана (ЗВпК) и закрытие выпускного клапана (ЗВыпК) могут быть изменены устройством непрерывного изменения высоты подъема клапанов (НИВПК).
Вышеописанные системы и устройства управления клапанами/кулачками могут иметь гидравлический привод, электрический привод или комбинацию этих приводов.
Двигатель 10 может управляться по меньшей мере частично системой 15 управления, включающей в себя контроллер 12, и входным воздействием оператора транспортного средства посредством устройства ввода (фиг. 1). Система 15 управления показана принимающей информацию от множества датчиков 16 (разнообразные примеры которых были приведены со ссылкой на фиг. 1) и посылающей управляющие сигналы на множество исполнительных устройств 81. В качестве одного примера, система 15 управления и контроллер 12 могут посылать управляющие сигналы на систему 204 ППК и систему 202 ИФКР и получать от этих систем показания момента срабатывания и/или выбора кулачка. В качестве другого примера, исполнительные устройства 81 могут включать в себя топливные форсунки, регулятор 69 давления наддува, рециркуляционный клапан 27 компрессора и дроссель 62. Контроллер 12 может получать входную информацию от различных датчиков, обрабатывать ее и по результатам обработки входных данных приводить в действие исполнительные устройства, действуя на основе инструкции или кода, запрограммированного в указанном контроллере и соответствующих одному или нескольким алгоритмам. Дополнительные датчики и исполнительные устройства системы будут представлены ниже со ссылкой на фиг. 5.
На фиг. 4 показан альтернативный пример осуществления двигателя 10 с ассиметричной компоновкой выпускной системы, отличающейся от симметричной компоновки, представленной на фиг. 2. В частности, ассиметричная компоновка включает в себя направление отработавших газов из цилиндра 31 (или первого крайнего цилиндра) к первой спирали 71 выпускной турбины 92 и направление отработавших газов из цилиндров 33, 35 и 37 (или первого центрального цилиндра, второго центрального цилиндра и второго крайнего цилиндра) ко второй спирали 73 выпускной турбины 92. В отличие от этого, вариант осуществления на фиг. 2 показан с симметричной компоновкой выпускной системы, в которой каждая из первой спирали 71 и второй спирали 73 выпускной турбины 92 получают отработавшие газы из двух цилиндров. Симметричная компоновка выпускной системы может обеспечить улучшенную эффективность турбины по сравнению с асимметричной компоновкой выпускной системы.
В показанном на фиг. 4 примере первая спираль 71 выпускной турбины 92 может получать отработавшие газы только от цилиндра 31 через выпускное окно 20 и направляющий канал 39, в то время как вторая спираль 73 выпускной турбины 92 может получать отработавшие газы из цилиндров 33, 35 и 37 через соответствующие выпускные окна 22, 24 и 26 и соответствующие направляющие каналы 41, 43 и 45. Кроме того, направляющие каналы 41, 43 и 45 могут сливаться в приемную трубу 425 перед тем, как отработавшие газы будут доставлены в выпускную турбину 92. Как показано на фиг. 4, направляющие каналы 43 и 45 могут сливаться в приемную трубу 425 в Y-образном соединении 470. Кроме того, направляющий канал 41 может соединяться с приемной трубой 425 в Y-образном соединении 450. Приемная труба 425 может направлять продукты горения в первую трубу 461, доставляющую отработавшие газы во вторую спираль 73 выпускной турбины 92. В условиях, когда требуется меньший наддув, может быть открыт регулятор 69 давления наддува, чтобы принять порцию отработавших газов из приемной трубы 425 через канал 63. Аналогичным образом, порция отработавших газов может быть отведена от направляющего канала 39 (и первой спирали 71) через канал 65 и за регулятор 69 давления наддува.
В одном примере асимметричной компоновки вторая спираль 73 может быть по размерам большей, чем первая спираль 71. Например, вторая спираль 73 может быть выполнена с возможностью приема большего количества отработавших газов, чем то, которое может быть получено от трех цилиндров (33, 35 и 37).
Дополнительные подробности показанных на фиг. 2 и фиг. 4 симметричной и асимметричной компоновок выпускной системы будут представлены со ссылкой на фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8. Следует понимать, что представленные компоновки выпускной системы могут обеспечить более компактное расположение деталей и узлов внутри двигателя между турбонагнетателем и головкой блока цилиндров.
Как было указано выше, показанный на фиг. 1 и фиг. 2 двигатель может работать в режиме ДОЦ (с отключением цилиндров) или в режиме не-ДОЦ (с зажиганием во всех цилиндрах). Для того чтобы обеспечить преимущества по экономии топлива при пониженных значениях параметра шума, вибрации и неплавности работы (ШВНР), приведенный в качестве примера двигатель 10 главным образом может работать либо в равномерном трехцилиндровом ДОЦ режиме, либо в равномерном двухцилиндровом ДОЦ режиме. Первая версия четырехцилиндрового коленчатого вала, в котором зажигания в двигателе (или такты цилиндров) происходят с интервалом в 180 градусов угла поворота коленчатого вала (УПКВ), может вносить ШВНР из-за неодинаковости интервалов между зажиганиями в цилиндрах при работе в трехцилиндровом режиме. Например, в четырехцилиндровом двигателе с первой версией коленчатого вала, использование порядка зажигания в цилиндрах 1-3-4-2 может привести к тому, что при работе в трехцилиндровом режиме (1-3-4) зажигания в цилиндрах могут происходить через неравномерные интервалы: 180°-180°-360°.
Для того чтобы двигатель 10 работал в трехцилиндровом режиме с улучшенными показателями ШВНР, желательно иметь коленчатый вал, позволяющий обеспечивать равномерное зажигание в трехцилиндровом режиме. Например, может быть разработан коленчатый вал, при отключенном четвертом цилиндре обеспечивающий зажигание в остальных трех цилиндрах через интервалы в 240°. Имея коленчатый вал, позволяющий обеспечить равномерное зажигание в цилиндрах в трехцилиндровом режиме, двигатель 10 в этом режиме можно использовать в течение более продолжительных периодов, что может улучшить топливную экономичность и показатели ШВНР.
Соответственно, на фиг. 3 показан приведенный в качестве примера коленчатый вал 300, который можно использовать для работы двигателя 10 в двухцилиндровом или трехцилиндровом режиме с равномерным зажиганием в цилиндрах. На фиг. 3 коленчатый вал показан на виде в аксонометрии. Коленчатый вал 300 может быть коленчатым валом 40, показанным на фиг. 1. Показанный на фиг. 3 коленчатый вал может быть применен в двигателе, таком, как двигатель 10, показанный на фиг. 2 и фиг. 4, имеющий рядную конфигурацию, при которой цилиндры выровнены в один ряд. С коленчатым валом 300 может быть Связано множество поршней 36, как показано на чертеже. Кроме того, так как двигатель 10 является рядным четырехцилиндровым двигателем, то на фиг. 3 изображены четыре поршня, расположенные в один ряд вдоль длины коленчатого вала 300.
Коленчатый вал 300 имеет торцевой конец 330 коленчатого вала (также называемый передним концом) с торцом 334 коленчатого вала для монтажа на нем шкивов и/или установки гармонического демпфера (не показан), предназначенного для гашения крутильных колебаний. Коленчатый вал 300 также имеет фланцевый конец 310 (также называемый задним концом) с фланцем 314, выполненным с возможностью крепления к нему маховика (не показан). При этом генерируемая в результате горения топлива энергия может быть передана от поршней коленчатому валу и маховику, которые передают эту энергию трансмиссии, тем самым обеспечивая транспортному средству движущую силу.
Коленчатый вал 300 также может содержать множество шатунных шеек, коренных шеек, перемычек (также называемых щеками) и противовесов. В показанном примере коленчатый вал 300 включает в себя переднюю коренную шейку 332 и заднюю коренную шейку 316. Кроме этих двух коренных шеек на двух концах коленчатого вала, коленчатый вал 300 также включает в себя три коренные шейки 326, расположенные между передней коренной шейкой 332 и задней коренной шейкой 316. Таким образом, коленчатый вал 300 имеет пять коренных шеек, каждая из которых выровнена на центральной оси 350 вращения. Коренные шейки 316, 332 и 326 несут на себе подшипники, выполненные с возможностью создания условий для вращения двигателя 300, обеспечивая при этом опору для него. В альтернативных вариантах осуществления у коленчатого вала может быть больше или меньше пяти коренных шеек.
Коленчатый вал 300 также включает в себя первую шатунную шейку 348, вторую шатунную шейку 346, третью шатунную шейку 344 и четвертую шатунную шейку 342 (расположенные от торцевого конца 330 до фланцевого конца 310). То есть в совокупности, у коленчатого вала имеются четыре шатунные шейки. Тем не менее, возможны коленчатые валы, имеющие иное количество шатунных шеек. Каждая из шатунных шеек 342, 344, 346 и 348 может быть механически и шарнирно связана с соответствующими шатунами 312 поршней, а через них - с соответствующими поршнями 36. Следует понимать, что в процессе работы двигателя коленчатый вал 300 вращается вокруг центральной оси 350 вращения. Щеки 318 коленчатого вала могут обеспечивать опору шатунным шейкам 342, 344, 346 и 348. Щеки 318 коленчатого вала могут также связывать каждую из шатунных шеек с коренными шейками 316, 332 и 326. Кроме того, щеки 318 коленчатого вала могут быть механически связаны с противовесами 320 для гашения колебаний в коленчатом валу 300. Следует упомянуть, что на фиг. 3 могут быть помечены не все щеки коленчатого вала.
Вторая шатунная шейка 346 и первая шатунная шейка 348 показаны в одинаковом расположении относительно центральной оси 350 вращения. То есть поршни, связанные с первой шатунной шейкой 348 и второй шатунной шейкой 346 соответственно, могут находиться в одинаковых положениях на своих соответствующих тактах. Первая шатунная шейка 348 может быть также выровнена со второй шатунной шейкой 346 относительно центральной оси 350 вращения. Кроме того, вторая шатунная шейка 346, третья шатунная шейка 344 и четвертая шатунная шейка 342 могут быть разнесены друг от друга на угловое расстояние в 120 градусов при вращении вокруг центральной оси 350 вращения. Например, как показано на фиг. 3 для коленчатого вала 300, третья шатунная шейка 344 показана поворачивающейся к зрителю, четвертая шатунная шейка 342 движется в сторону от зрителя (в плоскость бумаги), а вторая шатунная шейка 346 и первая шатунная шейка 348 стоят на одной линии в плоскости бумаги чертежа.
На врезке 360 схематически изображен коленчатый вал 300 с показанными положениями четырех шатунных шеек относительно друг друга и относительно центральной оси 350 вращения. На врезке 370 схематически изображен вид сбоку коленчатого вала, если смотреть на него с заднего конца (или фланцевого конца 310), смотрящего в сторону переднего конца (или торцевого конца 330) вдоль центральной оси 350 вращения. На врезке 370 указаны относительные положения шатунных шеек относительно центральной оси коленчатого вала 300 и центральной оси 350 вращения.
На врезке 360 четвертая шатунная шейка 342 и третья шатунная шейка 344 показаны перемещающимися в существенно противоположных направлениях относительно друг друга. То есть если смотреть с конца задней коренной шейки 316 в сторону передней коренной шейки 332, то третья шатунная шейка 344 относительно центральной оси 350 вращения наклонена направо, в то время как четвертая шатунная шейка 342 наклонена налево. Угловое расположение третьей шатунной шейки 344 относительно четвертой шатунной шейки 342 также показано на врезке 370.
Кроме того, можно видеть, что третья шатунная шейка 344 и четвертая шатунная шейка 342 не могут быть расположены прямо напротив друг друга. Эти шатунные шейки могут быть расположены на угловом расстоянии в 120 градусов в направлении по часовой стрелке, причем этот угол, в частности, измеряется от третьей шатунной шейки 344 в сторону четвертой шатунной шейки 342, если смотреть от фланцевого конца 310 (заднего конца), когда задняя коренная шейка 316 направлена к торцевому концу 330 с передним коренным подшипником 332. Четвертая шатунная шейка 342 и третья шатунная шейка 344 поэтому наклонены друг относительно друга на угол относительно центральной оси 350 вращения. Также третья шатунная шейка 344 и вторая шатунная шейка 346 наклонены друг относительно друга на угол относительно центральной оси 350 вращения. Кроме того, первая шатунная шейка 348 и вторая шатунная шейка 346 показаны выровненными друг с другом и параллельными друг другу относительно центральной оси 350 вращения. Дополнительно, первая шатунная шейка 348 и вторая шатунная шейка 346 расположены рядом друг с другом. Как показано на врезке 370, вторая шатунная шейка 346, третья шатунная шейка 344 и четвертая шатунная шейка 342 расположены на угловом расстоянии 120 градусов друг от друга, причем это угловое расстояние измеряется относительно центральной оси коленчатого вала 300. Кроме того, первая шатунная шейка 348 и вторая шатунная шейка 346 расположены вертикально над центральной осью 350 вращения (например, на нуле градусов), а третья шатунная шейка 344 расположена на угловом расстоянии в 120 градусов по часовой стрелке от первой шатунной шейки 348 и второй шатунной шейки 346. Четвертая шатунная шейка 342 расположена на угловом расстоянии 120 градусов против часовой стрелки от первой шатунной шейки 348 и второй шатунной шейки 346.
Следует понимать, что, несмотря на то, что первая шатунная шейка 348 показана выровненной со второй шатунной шейкой 346, и каждый из двух поршней, связанных с первой шатунной шейкой 348 и второй шатунной шейкой 346, на фиг. 3 показан в положении ВМТ, два соответствующих поршня могут находиться в конце различных тактов. Например, поршень, связанный с первой шатунной шейкой 348, может находиться в конце такта сжатия, в то время как поршень, связанный со второй шатунной шейкой 346, может находиться в конце такта выпуска. То есть связанный с первой шатунной шейкой 348 поршень может находиться на угловом расстоянии 360 градусов УПКВ от поршня, связанного со второй шатунной шейкой 346, если рассматривается случай рабочего цикла двигателя в 720 градусов УПКВ.
Показанная на фиг. 3 компоновка шатунных шеек поддерживает порядок зажигания в цилиндрах в последовательности 3-2-4 в трехцилиндровом режиме. При этом порядок зажигания в цилиндрах 3-2-4 включает в себя зажигание в третьем цилиндре с поршнем, связанным с третьей шатунной шейкой 344, после чего зажигание происходит во втором цилиндре с поршнем, связанным со второй шатунной шейкой 346, после чего зажигание происходит в четвертом цилиндре с поршнем, связанным с четвертой шатунной шейкой 342. При этом события горения разнесены на интервал 240° УПКВ.
Компоновка шатунных шеек также может механически ограничивать порядок зажигания в цилиндрах, когда все цилиндры включаются в работу в не-ДОЦ режиме. При этом порядок 1-3-2-4 зажигания в цилиндрах может включать в себя зажигание в первом цилиндре с поршнем, связанным с первой шатунной шейкой 348, после чего зажигание происходит в третьем цилиндре со своим поршнем, связанным с третьей шатунной шейкой 344. Зажигание во втором цилиндре с поршнем, связанным со второй шатунной шейкой 346, может произойти после зажигания в третьем цилиндре, а после этого зажигание происходит в четвертом цилиндре, связанном с четвертой шатунной шейкой 342. В примере двигателя 10 с коленчатым валом 300, события зажигания в цилиндрах в последовательности 1-3-2-4 могут происходить со следующими неравномерными интервалами: 120°-240°-240°-120°. Так как первая шатунная шейка 348 выровнена со второй шатунной шейкой 346, и такты их поршней происходят с интервалом 360° УПКВ, то события зажигания в первом и втором цилиндрах также происходят с интервалом 360° относительно друг друга. События зажигания в цилиндрах двигателя будут рассмотрены подробнее со ссылкой на фиг. 6, 7 и 8.
На фиг. 5 схематически показан двигатель 10, включающий в себя цилиндры, распределительные валы и коленчатый вал, что было описано со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 4. При этом компоненты системы двигателя, обозначенные на фиг. 1 - фиг. 4, на фиг. 5 имеют те же самые позиционные номера. Следует понимать, что двигатель 10 показан на виде, противоположном показанному на фиг. 2 и фиг. 4. Другими словами, цилиндр 31 на фиг. 2 и фиг. 4 показан крайним левым, а на фиг. 5 - крайне правым цилиндром 31. Аналогично, цилиндры 33, 35 и 37 показаны в обратном порядке.
Показанный на фиг. 5 коленчатый вал 300 двигателя 10 приводится в движение возвратно-поступательным движением поршней 36, связанных с коленчатым валом 300 шатунами 312. Вращательное движение коленчатого вала 300 приводит в движение впускной распределительный вал 218 и одиночный уравновешивающий вал 574. Впускной распределительный вал 218 может быть связан с коленчатым валом 300 посредством механического соединения 564 (например, цепью или ремнем газораспределительного механизма и т.д.), в то время как уравновешивающий вал 574 может быть связан с коленчатым валом 300 механическим соединением и системой 578 шестерней. Положение впускного распределительного вала 218 может быть определено датчиком 572 положения впускного распределительного вала. Аналогичный датчик может определять положение выпускного распределительного вала 224 (не показан).
Одиночный уравновешивающий вал 574 может быть утяжеленным валом, предназначенным для компенсирования вибраций в процессе работы двигателя. В одном примере уравновешивающий вал 574 может иметь качающуюся пару для балансировки цилиндров 33, 35 и 37 с одиночным грузом, добавленным для балансировки цилиндра 31. Кроме того, одиночный уравновешивающий вал 547 может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения двигателя 300. Кроме того, одиночный уравновешивающий вал 574 может вращаться с той же частотой вращения, что и коленчатый вал 300. Одиночного уравновешивающего вала может быть достаточно для компенсирования вибраций, возникающих в процессе работы двигателя 10, так как двигатель 10 может главным образом работать в трехцилиндровом или двухцилиндровом равномерных режимах. Кроме того, двигатель может испытывать меньшее количество переходов между ДОЦ и не-ДОЦ режимами. Используя одиночный уравновешивающий вал вместо пары уравновешивающих валов, вращающихся с частотой, вдвое превышающей частоту вращения двигателя, можно достичь снижения потерь на трение, результатом чего может быть снижение расхода топлива.
Двигатель на фиг. 5 показан с четырьмя цилиндрами (как и на фиг. 2 и фиг. 4) 31, 33, 30 35 и 37, расположенными в один ряд. Как описывалось ранее, четыре цилиндра имеют по два впускных клапана и по два выпускных клапана. Впускной распределительный вал 218 включает в себя по два кулачка для каждого впускного клапана цилиндров 31, 35 и 37: первый кулачок предназначен для открытия соответствующего впускного клапана на заданную продолжительность и высоту, а второй кулачок с нулевым выступом предназначен для деактивации впускных клапанов в этих цилиндрах. Как было отмечено со ссылкой на фиг. 2, цилиндр 33 является включаемым и включает в себя по одному впускному кулачку на каждый впускной клапан. Выпускной распределительный вал 224 не показан на фиг. 5.
На фиг. 5 показаны четыре шатунные шейки коленчатого вала 300, связанные со своими соответствующими поршнями. В показанном примере первая шатунная шейка 348 связана с поршнем в цилиндре 31 (или в первом цилиндре), вторая шатунная шейка 346 связана с поршнем в цилиндре 33 (или во втором цилиндре), третья шатунная шейка 344 связана с поршнем в цилиндре 35 (или в третьем цилиндре), а четвертая шатунная шейка 342 связана с поршнем в цилиндре 37 (или в четвертом цилиндре). Как было разъяснено выше со ссылкой на фиг. 3, первая шатунная шейка 348 показана выровненной со второй шатунной шейкой 346, но связанные с этими шейками поршни могут быть разнесены друг от друга на 360 градусов УПКВ в своих рабочих тактах. Соответственно, в цилиндрах 31 и 33 поршни могут находиться на тактах, отделенных друг от друга 360 градусами УПКВ. Как было сказано выше, цилиндр 31 может находиться в конце своего такта сжатия, в то время как цилиндр 33 может находиться в конце своего такта выпуска. То есть в описываемом здесь варианте осуществления цилиндры 31 и 33 могут находиться на тактах рабочего цикла двигателя, отделенных друг от друга на 360 градусов УПКВ. Дополнительно, как описывалось выше, вторая шатунная шейка 346, третья шатунная шейка 344 и четвертая шатунная шейка 342 могут быть расположены вдоль коленчатого вала с интервалом примерно 120 градусов. Кроме того, цилиндры 33, 35 и 37 могут находиться на тактах рабочего цикла двигателя, отделенных друг от друга на 240 градусов УПКВ.
Работа двигателя 10, в частности, порядок зажигания в цилиндрах, будет далее описаны со ссылкой на фиг. 6 - фиг. 8, на которых показаны схемы моментов зажигания для четырех цилиндров двигателя 10. На фиг. 6 показана схема зажигания в цилиндрах двигателя 10 в двухцилиндровом ДОЦ режиме. На фиг. 7 показана схема зажигания в цилиндрах двигателя 10 в трехцилиндровом ДОЦ режиме, а на фиг. 8 показана схема зажигания в цилиндрах двигателя 10 в не-ДОЦ режиме, когда все цилиндры включены в работу. Следует понимать, что показанные на фиг. 6 - фиг. 8 цилиндры 1, 2, 3 и 4 соответствуют цилиндрам 31, 33, 35 и 37, показанным на фиг. 2, фиг. 4 и фиг. 5 соответственно. На каждой схеме номер цилиндра показан на оси у, а такты двигателя показаны на оси х. Кроме того, зажигание и соответствующее ему событие горения в каждом цилиндре показаны звездочками, расположенными между тактами сжатия и расширения соответствующего цилиндра. Кроме того, дополнительные схемы 604, 704 и 804 в круге, представляющем собой 720 градусов УПКВ, показывают события зажигания в цилиндрах в каждом активном цилиндре в каждом режиме.
На фиг. 6 проиллюстрирована схема зажигания в цилиндрах двигателя 10 в двухцилиндровом ДОЦ режиме. При этом цилиндры 3 и 4 отключают посредством приведения в действие впускных и выпускных клапанов этих цилиндров соответствующими кулачками с нулевым выступом. В порядке зажигания в цилиндрах 1-2-1-2 зажигания в цилиндрах 1 и 2 могут происходить с интервалом 360 градусов УПКВ. Как показано на фиг. 6, цилиндр 1 может начинать такт сжатия в то же самое время, как цилиндр 2 будет начинать такт выпуска. То есть каждый такт рабочего цикла в цилиндрах 1 и 2 происходит с интервалом 360 градусов УПКВ. Например, такт выпуска в цилиндре 2 может произойти через 360 градусов УПКВ после такта выпуска в цилиндре 1. Аналогичным образом, события зажигания в двигателе происходят с интервалом в 360 градусов УПКВ, и, соответственно, такты расширения в двух активных цилиндрах происходят с интервалом 360 градусов УПКВ относительно друг друга. Двухцилиндровый ДОЦ режим может использоваться в течение существования условий низкой нагрузки двигателя, когда запрошенный крутящий момент ниже. Работа в двухцилиндровом режиме также позволяет достичь экономии топлива.
На фиг. 7 проиллюстрирован пример схемы зажигания в цилиндрах двигателя 10 в приведенном в качестве примера трехцилиндровом ДОЦ режиме, когда работают три цилиндра. В этом примере цилиндр 1 может быть отключен, в то время как цилиндры 2, 3 и 4 остаются включенными. События зажигания и горения в двигателе и между тремя включенными цилиндрами могут происходить с интервалом в 240 градусов УПКВ аналогично трехцилиндровому двигателю. При этом события зажигания в цилиндрах могут происходить через равномерные интервалы. Аналогичным образом, каждый из тактов рабочего цикла двигателя в трех цилиндрах может происходить с интервалом в 240 градусов УПКВ. Например, такт выпуска в цилиндре 4 может происходить примерно через 240 градусов УПКВ после такта выпуска в цилиндре 2. Аналогичным образом, такт выпуска в цилиндре 3 может происходить через 240 градусов УПКВ после такта выпуска в цилиндре 4. Аналогичный порядок может иметь зажигание в цилиндрах двигателя. В качестве примера порядка зажигания в цилиндрах в трехцилиндровом ДОЦ режиме можно привести последовательность 2-4-3-2-4-3. Как показано на схеме 704, зажигание в цилиндре 3 может происходить примерно через 240 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 4, зажигание в цилиндре 2 может происходить примерно через 240 градусов УПКВ после события зажигания в цилиндре 3, а зажигание в цилиндре 4 может происходить примерно через 240 градусов УПКВ после события зажигания в цилиндре 2. Таким образом, способ эксплуатации двигателя может включать в себя, в течение первого ДОЦ режима в имеющем четыре цилиндра двигателе, отключение первого из четырех цилиндров и зажигание во втором, третьем и четвертом цилиндрах, причем каждое событие зажигания происходит с интервалом 240 градусов УПКВ.
Следует понимать, что в трехцилиндровом ДОЦ режиме интервалы зажигания в цилиндрах, равные 240 градусам УПКВ, могут быть примерными. В одном примере интервал зажигания между цилиндром 3 и цилиндром 2 может составлять 230 градусов УПКВ. В другом примере интервал зажигания между цилиндром 3 и цилиндром 2 может составлять точно 240 градусов УПКВ. Еще в одном примере интервал зажигания между цилиндром 3 и цилиндром 2 может составлять 255 градусов УПКВ. Аналогичным образом, интервал зажигания между цилиндром 2 и цилиндром 4 может варьироваться в диапазоне от 230 до 255 градусов УПКВ. Аналогичной изменчивостью могут обладать интервалы зажигания между цилиндром 4 и цилиндром 3. Также возможны и другие вариации.
При рассмотрении фиг. 2 (или фиг. 4) можно полагать, что порядок зажигания в цилиндрах 2-4-3 позволит достичь лучшей балансировки и улучшенных показателей ШВНР. Например, цилиндр 2 представляет собой цилиндр 33, показанный на фиг. 2 и фиг. 4, и расположен на месте первого центрального цилиндра, цилиндр 4 представляет собой цилиндр 37, показанный на фиг. 2 и 4, и расположен на месте второго крайнего цилиндра, а цилиндр 3 представляет собой цилиндр 35, показанный на фиг. 2 и фиг. 4 и расположен на месте второго центрального цилиндра. Исходя из расположения включенных цилиндров внутри блока цилиндров, порядок зажигания 2-4-3 может обеспечить лучшую балансировку и снизить шумность, вибрацию и неплавность работы.
Кроме того, трехцилиндровый ДОЦ режим может быть выбран для работы двигателя на холостом ходу. Шум и вибрация могут быть более заметными при работе двигателя на холостом ходу, и для этих условий более подходящим режимом может быть трехцилиндровый режим с равномерными интервалами между зажиганиями в цилиндрах.
На фиг. 8 показан пример схемы зажигания в цилиндрах в приведенном в качестве примера не-ДОЦ режиме работы двигателя 10, в котором все цилиндры остаются включенными. В не-ДОЦ режиме из-за особенности конструкции коленчатого вала 300 зажигания в цилиндрах двигателя 10 могут происходить неравномерно. В одном примере показанный на фиг. 3 коленчатый вал 300 может обеспечивать порядок зажигания в цилиндрах, показанный на фиг. 8. Как видно по рассматриваемому примеру, зажигание в цилиндре 1 может происходить между зажиганиями в цилиндрах 4 и 3. В одном примере зажигание в цилиндре 1 может происходить примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 4. В одном примере зажигание в цилиндре 1 может происходить ровно через 120 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 4. В другом примере зажигание в цилиндре 1 может происходить через 115 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 4. Еще в одном примере зажигание в цилиндре 1 может происходить через 125 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 4. Кроме того, зажигание в цилиндре 1 может происходить примерно за 120 градусов УПКВ до зажигания в цилиндре 3. Например, зажигание в цилиндре 1 может происходить в диапазоне от 115 до 125 градусов УПКВ до зажигания в цилиндре 3. Дополнительно, в цилиндрах 2, 3 и 4 события горения топлива могут продолжать происходить с интервалом 240 градусов УПКВ относительно друг друга, причем событие горения топлива в цилиндре 1 будет происходить примерно посередине интервала между событиями горения топлива в цилиндре 4 и цилиндре 3. То есть порядок зажигания в цилиндрах в двигателе 10 может быть следующим: 1-3-2-4 (или 2-4-1-3 или 3-2-4-1 или 4-1-3-2, так как процесс зажигания в цилиндрах является циклическим) с неравномерными интервалами, причем неравномерное зажигание происходит в цилиндре 1. Как показано на схеме 804, зажигание в цилиндре 3 может происходить примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 1, зажигание в цилиндре 2 может происходить примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 3, зажигание в цилиндре 4 может происходить примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 2, а зажигание в цилиндре 1 может снова происходить примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 4. В других примерах интервалы между событиями зажигания в четырех цилиндрах могут отличаться от интервалов, представленных выше.
Соответственно, в не-ДОЦ режиме работы представленного в качестве примера двигателя 10, способ эксплуатации двигателя может включать в себя зажигание в трех цилиндрах с зажиганием в промежуточном по очереди цилиндре с интервалом в первое количество градусов угла поворота коленчатого вала между ранним цилиндром и поздним цилиндром и зажигание в четвертом цилиндре между ранним цилиндром и поздним цилиндром с интервалом в два раза большим первого количества градусов. Со ссылкой на фиг. 8, способ включает в себя зажигание в трех цилиндрах, таких как цилиндры 4, 1 и 3, причем промежуточным по очереди цилиндром может быть цилиндр 1, зажигание в котором происходит с интервалом в первое количество градусов угла поворота коленчатого вала, например, 120° между более ранним цилиндром, цилиндром 4 и более поздним цилиндром, цилиндром 3. Зажигание в четвертом цилиндре, в этом примере цилиндре 2, может происходить с интервалом в два раза большим первого количества градусов, например, в 240° между более поздним цилиндром, цилиндром 3, и более ранним цилиндром, цилиндром 4. Двигатель 10 может иметь последовательность зажигания в цилиндрах 1-3-2-4-1-3-2-4, таким образом, что по порядку зажигания будут происходить в более раннем цилиндре, промежуточном цилиндре и более позднем цилиндре (например, цилиндрах 4, 1 и 3 соответственно), и при этом зажигание в четвертом цилиндре, цилиндре 2, будет происходить на угловом удалении от трех цилиндров и не в интервале между зажиганиями в трех цилиндрах 4, 1 и 3. Например, зажигание в четвертом цилиндре может происходить после более зажигания в позднем цилиндре. Кроме того, зажигания в четырех цилиндрах могут механически принудительно происходить в указанном выше порядке. В другом примере никакие другие зажигания в цилиндрах не могут происходить в какие либо моменты между указанными.
Дополнительно, в течение существования определенного условия, которым может быть средняя нагрузка двигателя, промежуточный по очереди цилиндр (цилиндр 1) можно отключить, а зажигание в более раннем цилиндре, более позднем цилиндре и четвертом цилиндре может происходить через равномерные интервалы примерно в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. При этом порядок зажигания в цилиндрах может быть следующим: более ранний цилиндр, более поздний цилиндр, четвертый цилиндр.
Другими словами, четырехцилиндровый двигатель может включать в себя коленчатый вал, выполненный с возможностью зажигания в трех из четырех цилиндров с интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала и зажигания в оставшемся цилиндре из четырех посередине интервала между зажиганиями в двух из трех цилиндров, зажигание в которых происходит с интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Примером может быть следующая последовательность зажигания: зажигание в первом цилиндре, зажигание во втором цилиндре примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в первом цилиндре, зажигание в третьем цилиндре примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания во втором цилиндре, зажигание в четвертом цилиндре примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в третьем цилиндре и зажигание в первом цилиндре примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в четвертом цилиндре. Таким образом, зажигание в первом цилиндре может происходить на угловом расстоянии примерно 120 градусов УПКВ между четвертым и вторым цилиндром, а зажигание в третьем цилиндре может происходить на угловом расстоянии в 240 градусов УПКВ (или удвоенном угловом расстоянии в 120 градусов УПКВ) между четвертым и вторым цилиндрами. Двигатель также может работать в трехцилиндровом режиме, в котором первый цилиндр отключают, а зажигание во втором, третьем и четвертом цилиндрах происходит с интервалом примерно в 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. Дополнительно, двигатель может работать в двухцилиндровом режиме, в котором отключают два цилиндра, а зажигание в остальных двух цилиндрах происходит с интервалом в 360 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга.
Далее будет продолжено рассмотрение симметричной и ассиметричной компоновок выпускной системы, изображенных на фиг. 2 и фиг. 4. Как было представлено выше, в показанной на фиг. 2 симметричной компоновке, первая спираль 71 выпускной турбины 92 принимает отработавшие газы от цилиндров 31 и 33, а вторая спираль 73 выпускной турбины 92 принимает отработавшие газы от цилиндров 35 и 37. В альтернативном варианте осуществления компоновка может быть асимметричной, такой как показана на фиг. 4, в которой из цилиндра 31 отработавшие газы попадают непосредственно в первую спираль 71, в то время как цилиндры 33, 35 и 37 испускают свои газы горения во вторую спираль 73. Выпуская отработавшие газы непосредственно, цилиндр 31 может выпускать свои продукты горения только в первую спираль 71 и не во вторую спираль 73.
В первой версии четырехцилиндрового двигателя, включающего в себя разделенный выпускной коллектор с двухспиральным турбонагнетателем, выпускные направляющие каналы от цилиндров 1 и 4 (первый и второй крайние цилиндры или цилиндры 31 и 37) могут подавать их объединенный поток отработавших газов в первую спираль выпускной турбины, в то время как цилиндры 2 и 3 (первый и второй центральные цилиндры или цилиндры 33 и 35) могут подавать свои отработавшие газы во вторую спираль выпускной турбины. Такая компоновка выпускной системы может подходить для четырехцилиндрового двигателя с порядком зажигания в цилиндрах 1-3-4-2, чтобы импульс давления отработавших газов от цилиндра 1 не мог помешать цилиндру 2 испускать свои отработавшие газы.
Тем не менее, во второй версии, например, в приведенном в качестве примера и показанном на фиг. 2, фиг. 4 и фиг. 5 варианте осуществления четырехцилиндрового двигателя 10 с порядком зажигания в цилиндрах 1-3-2-4 (то есть когда зажигание происходит последовательно в цилиндрах 31, 35, 33, 37), описанная для первой версии компоновка выпускной системы может оказаться неподходящей и ухудшающей эффективность турбины. Например, если приведенный в качестве примера и показанный на фиг. 2, фиг. 4 и фиг. 5 двигатель 10 будет иметь компоновку выпускной системы как у первой версии, импульс давления отработавших газов от цилиндра 31 (первый крайний цилиндр) может помешать цилиндру 37 (второй крайний цилиндр) испускать свои отработавшие газы. Как видно на фиг. 8, цилиндр 31 (или цилиндр 1) может заканчивать свой такт расширения и открывать свои выпускные клапаны тогда, когда у цилиндра 37 (или цилиндра 4) выпускные клапаны еще будут оставаться открытыми. Поэтому для того, чтобы разделить импульсы отработавших газов и увеличить энергию импульсов, приводящую в движение турбину, вторая версия может включать в себя выпускные направляющие каналы от цилиндров 1 и 2 (или цилиндров 31 и 33), сходящиеся в первую приемную трубу 23, и выпускные направляющие каналы от цилиндров 3 и 4 (или цилиндров 35 и 37 соответственно), сходящиеся во вторую приемную трубу 25.
Следует понимать, что в симметричной компоновке первая спираль 71 принимает импульсы отработавших газов от цилиндров 31 и 33, которые отделены друг от друга по меньшей мере 360 градусами УПКВ, в то время как вторая спираль 73 принимает импульсы отработавших газов от цилиндров 33 и 37, которые отделены друг от друга по меньшей мере 240 градусами УПКВ. Таким образом, каждая спираль может получать импульс отработавших газов, отделенный от следующего импульса по меньшей мере 240 градусами УПКВ.
Таким образом, способ эксплуатации двигателя 10 в не-ДОЦ режиме может включать в себя направление отработавших газов из первого крайнего (цилиндр 31) и первого центрального (цилиндр 33) из четырех цилиндров в первую спираль 71 двухспирального турбонагнетателя 290, направление отработавших газов из второго крайнего (цилиндр 37) и второго центрального (цилиндр 35) из указанных четырех цилиндров во вторую спираль 73 двухспирального турбонагнетателя 290 и зажигание во всех цилиндрах в неравномерном режиме, например, с по меньшей мере одним неравномерным зажиганием. Способ может включать в себя зажигание во всех цилиндрах в неравномерном режиме следующим образом: зажигание во втором центральном цилиндре через 120 градусов УПКВ после зажигания в первом крайнем цилиндре, зажигание в первом центральном цилиндре через 240 градусов УПКВ после зажигания во втором центральном цилиндре, зажигание во втором крайнем цилиндре через 240 градусов УПКВ после зажигания в первом центральном цилиндре и зажигание в первом крайнем цилиндре через 120 градусов УПКВ после зажигания во втором крайнем цилиндре. То есть события зажигания в первом крайнем цилиндре и первом центральном цилиндре могут быть отделены друг от друга по меньшей мере 360 градусами УПКВ, в то время как события зажигания во втором крайнем цилиндре и втором центральном цилиндре могут быть отделены друг от друга по меньшей мере 240 градусами УПКВ.
Первый режим ДОЦ может включать в себя работу двигателя 10 в трехцилиндровом режиме. Способ эксплуатации двигателя 10 в трехцилиндровом режиме может включать в себя отключение первого крайнего цилиндра (цилиндр 31) и направление отработавших газов только от первого центрального цилиндра (цилиндр 33) в первую спираль 71 двухспирального турбонагнетателя. Вторая спираль 73 может продолжать получать отработавшие газы от второго крайнего и второго центрального цилиндров. Первый ДОЦ режим может использоваться в течение существования первого условия, которое может включать в себя условие работы двигателя на холостом ходу (для уменьшения ШВНР). Первый ДОЦ режим можно также использовать в условиях средних нагрузок двигателя.
Второй ДОЦ режим может включать в себя работу двигателя 10 в двухцилиндровом режиме. Способ эксплуатации двигателя 10 в двухцилиндровом режиме может включать в себя отключение второго крайнего цилиндра (цилиндр 37) и второго центрального цилиндра (цилиндр 33). То есть двигатель может работать включением в работу первого крайнего цилиндра (цилиндр 31) и первого центрального цилиндра (цилиндр 33). Второй ДОЦ режим может использоваться в течение существования условий низкой нагрузки двигателя.
В примере асимметричной компоновки выпускной системы, показанной на фиг. 4, первая спираль 71 выпускной турбины 92 может принимать отработавшие газы примерно через каждые 720 градусов УПКВ, в то время как вторая спираль 73 выпускной турбины 92 может принимать импульсы отработавших газов примерно через каждые 240 градусов УПКВ. В этой компоновке также каждая спираль может принимать импульс отработавших газов, который отделен от следующего импульса по меньшей мере 240 градусами УПКВ. В трехцилиндровом режиме первая спираль 71 может не получать импульсов отработавших газов, так как цилиндр 31 может быть отключен. Тем не менее, вторая спираль 73 может продолжать получать отработавшие газы, испускаемые тремя включенными цилиндрами (цилиндры 33, 35 и 37).
В двухцилиндровом режиме цилиндры 35 и 37 могут быть отключены. При этом первая спираль 71 может принимать импульсы отработавших газов от цилиндра 31 примерно через каждые 720 градусов УПКВ, в то время как вторая спираль 73 может принимать импульсы отработавших газов от цилиндра 33 примерно через каждые 720 градусов УПКВ. Соответственно, выпускная турбина может принимать импульсы отработавших газов примерно через каждые 360 градусов УПКВ.
На фиг. 2, 4, 12, 13 и 14 настоящего раскрытия спираль 73 показана в виде встроенной спирали, размещенной ближе к центральному корпусу турбонагнетателя 290. Кроме того, на вышеуказанных чертежах спираль 71 показана размещенной дальше от центрального корпуса турбонагнетателя 290. Следует понимать, что в других примерах, в пределах объема настоящего раскрытия, спирали 73 и 71 могут быть поменяны местами.
Таким образом, способ эксплуатации двигателя в не-ДОЦ режиме с асимметричной компоновкой выпускной системы может включать в себя направление потока отработавших газов из первого крайнего (цилиндр 31) из четырех цилиндров в первую спираль 71 двухспирального турбонагнетателя 290, направление потока отработавших газов из первого центрального (цилиндр 33), второго крайнего (цилиндр 37) и второго центрального (цилиндр 35) из указанных четырех цилиндров во вторую спираль 73 двухспирального турбонагнетателя 290 и в течение существования первого условия работу всех цилиндров с по меньшей мере одним неравномерным зажиганием. Первое условие может включать в себя условия высокой нагрузки двигателя. Неравномерное зажигание может включать в себя интервал зажигания, аналогичный тому, который быть описан выше для симметричной компоновки выпускной системы, причем зажигание в каждом из первого центрального цилиндра, второго крайнего цилиндра и второго центрального цилиндров может происходить с интервалами в 240 градусов УПКВ, а зажигание в первом крайнем цилиндре может происходить примерно посередине интервала между зажиганиями во втором крайнем цилиндре и втором центральном цилиндре. Кроме того, зажигание в первом крайнем цилиндре может происходить примерно через 120 градусов УПКВ после зажигания во втором крайнем цилиндре и примерно за 120 градусов УПКВ до зажигания во втором центральном цилиндре. При этом первый крайний цилиндр может быть единственным цилиндром с неравномерным зажиганием.
В течение существования второго условия двигатель может работать в трехцилиндровом режиме, в котором первый крайний цилиндр отключают, а зажигание в остальных трех цилиндрах происходит с одинаковыми интервалами. Например, остальные три цилиндра могут работать с равными интервалами между зажиганиями относительно друг друга. При этом зажигание в первом центральном цилиндре, втором крайнем цилиндре и втором центральном цилиндре могут происходить с интервалом в 240 градусов УПКВ между зажиганиями в каждом из цилиндров. Вторым условием для использования трехцилиндрового режима могут быть условия нагрузки двигателя ниже средней. В другом примере трехцилиндровый режим могут использовать при работе двигателя на холостом ходу.
В течение существования третьего условия двигатель может работать в двухцилиндровом режиме, в котором отключают второй крайний цилиндр и второй центральный цилиндр. При этом зажигания в остальных цилиндрах, то есть первом крайнем цилиндре и первом центральном цилиндре, могут происходить с одинаковыми интервалами в 360 градусов УПКВ. Третьим условием для использования двухцилиндрового ДОЦ режима могут быть условия низкой нагрузки двигателя.
Следует понимать, что двухцилиндровый ДОЦ режим, трехцилиндровый ДОЦ режим и не-ДОЦ режим могут также использовать в двигателе без наддува. В таком примере турбонагнетатель может не использоваться.
На фиг. 9 показан пример алгоритма 900 для определения режима работы двигателя транспортного средства по нагрузке двигателя. В частности, по нагрузкам двигателя могут быть выбраны двухцилиндровый ДОЦ режим, трехцилиндровый ДОЦ режим и не-ДОЦ режим работы. Кроме того, по изменениям нагрузок двигателя могут быть определены переходы между этими режимами. Управление выполнением алгоритма 900 могут производить посредством контроллера, такого как контроллер 12 двигателя 10.
На этапе 902 алгоритм включает в себя оценивание и/или измерение условий работы двигателя. Эти условия могут включать в себя, например, следующие: частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, заданный крутящий момент (например, по сигналу датчика положения педали), давление воздуха в коллекторе (ДВК), массовый расход воздуха (МРВ), давление наддува, температуру двигателя, момент зажигания, температуру во впускном коллекторе, границы детонации и т.д.
На этапе 904 алгоритм включает в себя определение режима работы двигателя по оцененным условиям работы двигателя. Например, нагрузка двигателя может быть важным фактором в определении режима работы двигателя, которым может быть двухцилиндровый ДОЦ режим, трехцилиндровый ДОЦ режим и не-ДОЦ режим (также называемый режимом со всеми включенными в работу цилиндрами). В другом примере режим работы двигателя может также определяться заданным крутящим моментом. Больший запрошенный крутящий момент может требовать работу двигателя в не-ДОЦ режиме, то есть в четырехцилиндровом режиме. Уменьшение запрошенного крутящего момента может позволить перевести двигатель в ДОЦ режим. Как будет представлено далее со ссылкой на фиг. 11, в частности на схему 1140, режим работы двигателя может определяться сочетанием частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Таким образом, на этапе 906 алгоритм 900 может определить, не находится ли двигатель в условиях высокой (или очень высокой) нагрузки. Например, двигатель может испытывать повышенные нагрузки при преодолении транспортным средством крутых подъемов. В другом примере может быть включена система кондиционирования воздуха, что также повысит нагрузку на двигатель. Если определяют, что существует условие высокой нагрузки двигателя, то алгоритм 900 продолжает свое выполнение переходом на этап 908 для включения в работу всех цилиндров и работы в не-ДОЦ режиме. В случае приведенного в качестве примера и показанного на фиг. 2, 4 и 5 двигателя 10, в не-ДОЦ режиме могут работать все четыре цилиндра. Таким образом, не-ДОЦ режим может быть выбран при очень высоких нагрузках двигателя и/или очень высоких частотах вращения двигателя.
Далее, на этапе 910 зажигание в четырех цилиндрах может происходить в следующей последовательности: 1-3-2-4, причем зажигания в цилиндрах 2, 3 и 4 будут происходить с интервалом примерно 240 градусов УПКВ, а зажигание в цилиндре 1 будет происходить примерно посередине интервала между зажиганиями в цилиндре 4 и цилиндре 3. Как было описано выше, когда включены в работу все цилиндры, то зажигание в первом цилиндре (цилиндр 3) может происходить через 120 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 1, зажигание во втором цилиндре (цилиндр 2) может происходить через 240 градусов УПКВ после зажигания в первом цилиндре, зажигание в третьем цилиндре (цилиндр 4) может происходить через 240 градусов УПКВ после зажигания во втором цилиндре, а зажигание в четвертом цилиндр (цилиндр 1) может происходить через 120 градусов УПКВ после зажигания в третьем цилиндре. Алгоритм затем может перейти на этап 926.
Если на этапе 906 определяют, что условия высокой нагрузки двигателя не существуют, то алгоритм 900 переходит на этап 912, на котором он может определить, не существуют ли условия низкой нагрузки двигателя. Например, нагрузка на двигатель может быть небольшой, когда транспортное средство движется с крейсерской скоростью по трассе. В другом примере снижение нагрузки двигателя может наблюдаться, когда транспортное средство спускается под уклон. Если на этапе 912 определяют существование низкой нагрузки двигателя, то алгоритм 900 продолжается этапом 916 для работы двигателя в двухцилиндровом ДОЦ режиме. Дополнительно, на этапе 918 зажигание в двух включенных цилиндрах (цилиндр 1 и 2) может происходить с интервалом в 360 градусов УПКВ. Затем алгоритм 900 может перейти на этап 926.
Если определяют, что условия низкой нагрузки двигателя не присутствуют, то алгоритм 900 переходит на этап 920, на котором он может определить работу со средней нагрузкой двигателя. Затем, на этапе 922, двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме, в котором цилиндр 1 может быть отключен, а цилиндры 2, 3 и 4 могут быть включены в работу. Кроме того, на этапе 924 зажигание в трех включенных цилиндрах может происходить с интервалом 240 градусов УПКВ относительно друг друга, так, что события горения топлива в двигателе будут происходить с интервалом 240 градусов УПКВ.
После того, как будет выбран режим работы двигателя, и будет начата работа двигателя в выбранном режиме (например, на одном из этапов 910, 916 или 924), алгоритм 900 на этапе 926 может определить, происходят ли изменения нагрузки двигателя. Например, транспортное средство может завершить подъем в гору и выехать на более горизонтальную дорогу, и при этом существующая высокая нагрузка двигателя снизится до умеренной (или низкой нагрузки). В другом примере может быть выключена система кондиционирования воздуха. Еще в одном примере транспортное средство может ускориться на трассе для обгона других транспортных средств, и при этом нагрузка двигателя может увеличиться с небольшой нагрузки до умеренной или высокой нагрузки. Если на этапе 926 будет определено, что изменения нагрузки нет, то алгоритм 900 перейдет на этап 928 для продолжения работы двигателя в выбранном режиме. В противном случае, на этапе 930 двигатель может быть переведен в другой режим работы в зависимости от изменения нагрузки двигателя. Переходы из режима в режим подробнее будут раскрыты со ссылкой на фиг. 10, где показан пример алгоритма 1000 для перехода двигателя из текущего режима работы в другой режим работы по результатам определения нагрузки двигателя.
Для того чтобы обеспечить плавность перехода и снизить скачки крутящего момента, на этапе 932 могут быть отрегулированы различные параметры двигателя. Например, может быть желательным сохранение на постоянном уровне запрошенного водителем крутящего момента до, в процессе и после перехода между режимами работы ДОЦ. При этом, когда возобновляют работу цилиндров, для сохранения постоянным выходного крутящего момента, потребный воздушный заряд и, следовательно, ДВК для возвращаемых в работу цилиндров могут уменьшить (так как станет работать большее количество цилиндров). Для достижения требуемого уменьшенного воздушного заряда в процессе подготовки к переходу можно постепенно уменьшать открытие дросселя. В момент самого перехода, то есть при возобновлении работы цилиндра, открытие дросселя может быть уменьшено существенно, чтобы обеспечить требуемый расход воздуха. Это позволит в процессе перехода уменьшить воздушный заряд без внезапного падения крутящего момента двигателя и при этом незамедлительно уменьшить уровни воздушного заряда и ДВК до нужного уровня в начальный момент возобновления работы цилиндра. Дополнительно или альтернативно, может быть установлена задержка момента зажигания, чтобы сохранить постоянным крутящий момент на всех цилиндрах, что позволит сгладить скачки крутящего момента цилиндра. Когда будет восстановлено достаточное ДВК, момент зажигания может быть восстановлен, а положение дросселя повторно отрегулировано. В дополнение к регулировкам дросселя и момента зажигания, для компенсации скачков крутящего момента могут быть также отрегулированы моменты срабатывания клапанов. Выполнение алгоритма 900 может быть закончено после этапа 932.
Следует отметить, что когда указывается, что относительная частота вращения (или нагрузка или какой-либо другой параметр) высока или низка, это указание относится к относительной частоте вращения в сравнении с диапазоном доступных частот вращения (или нагрузок или каких-либо других подобных параметров соответственно). То есть низкие нагрузки или частоты вращения двигателя могут быть более низкими относительно средних и высоких нагрузок и частот вращения двигателя соответственно. Высокие нагрузки и частоты вращения двигателя могут быть более высокими относительно средних (или умеренных) нагрузок или частот вращения двигателя соответственно. Средние или умеренные нагрузки и частоты вращения двигателя могут быть более низкими относительно высоких и очень высоких нагрузок и частот вращения двигателя. Кроме того, средние или умеренные нагрузки и частоты вращения двигателя могут быть более высокими относительно низких нагрузок и частот вращения двигателя соответственно.
На фиг. 11 показаны примеры схем 1120, 1140 и 1160, показывающих графики зависимости нагрузки двигателя от частоты вращения двигателя. В частности, схемы показывают различные режимы работы двигателя, возможные при различных комбинациях нагрузки и частоты вращения двигателя. Каждая из схем показывает частоту вращения двигателя, отложенную по оси x, и нагрузку двигателя, отложенную по оси у. Линией 1122 показана наивысшая нагрузка, под которой двигатель может работать при данной частоте вращения. Зона 1124 представляет собой четырехцилиндровый не-ДОЦ режим для четырехцилиндрового двигателя, такого как описанный выше двигатель 10. Зона 1148 представляет собой трехцилиндровый ДОЦ режим со стандартными продолжительностями впуска, а зона 1126 представляет собой двухцилиндровый ДОЦ режим для четырехцилиндрового двигателя.
Схема 1120 иллюстрирует пример первой версии четырехцилиндрового двигателя, для которой единственным доступным ДОЦ режимом является опция двухцилиндрового ДОЦ режима (не так, как в вариантах осуществления по настоящему раскрытию). Двухцилиндровый режим (зона 1126) может главным образом использоваться при низких нагрузках двигателя и умеренных скоростях вращения двигателя. При всех прочих комбинациях частота вращения - нагрузка двигателя, может использоваться не-ДОЦ режим (зона 1124). Как можно видеть по схеме 1120, зона 1126 занимает собой меньшую часть площади под линией 1122 по сравнению с площадью, представляющей не-ДОЦ режим (зона 1124). Поэтому двигатель, работающий с двумя доступными режимами (ДОЦ и не-ДОЦ) может дать относительно небольшие улучшения по топливной экономичности по сравнению с двигателем без отключения цилиндров. Кроме того, так как переход между двумя режимами подразумевает включение в работу или отключение двух из четырех цилиндров, для компенсации скачков крутящего момента при этих переходах могут потребоваться более глубокие управляющие вмешательства (например,  изменения момента зажигания одновременно с регулировками дросселя и моментов срабатывания клапанов). Как отмечалось выше, первая версия четырехцилиндрового двигателя может не обеспечить опцию работы в трехцилиндровом режиме из-за проблем с ШВНР.
Схема 1140 иллюстрирует пример работы двигателя для одного варианта осуществления настоящего раскрытия, например, показанного на фиг. 2, 4 и 5 двигателя 10. Здесь двигатель может работать в одном из двух доступных ДОЦ режимов, улучшая топливную экономичность по сравнению с опцией первой версии, описанной со ссылкой на схему 1120. Двигатель может работать в двухцилиндровом ДОЦ режиме, как в примере согласно схеме 1120, при низких нагрузках двигателя и умеренных частотах вращения двигателя. Кроме того, двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме в условиях низкой нагрузки и низкой частоты вращения двигателя, в условиях умеренной нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя, и в условиях умеренной нагрузки и высокой частоты вращения двигателя. В условиях очень высокой частоты вращения двигателя при любых нагрузках и в условиях очень высокой нагрузки при любых частотах вращения двигателя может быть использован не-ДОЦ режим работы.
Рассматривая схему 1140, следует понимать, что приведенный в качестве примера и показанный на фиг. 2, 4 и 5 двигатель может работать существенно в трехцилиндровом или двухцилиндровом режимах работы. Не-ДОЦ режим может быть выбран только в условиях высокой нагрузки двигателя и очень высокой частоты вращения двигателя. Поэтому можно достичь относительно большего улучшения топливной экономичности. Как было описано ранее, двигатель может работать в трехцилиндровом и двухцилиндровом режимах работы с равномерным зажиганием в цилиндрах, что позволяет снизить проблемы ШВНР. При работе в не-ДОЦ режиме можно использовать неравномерную схему зажигания в цилиндрах, которая может иметь результатом явное ухудшение отработавших газов.
Следует также понимать, что в приведенном в качестве примера и показанном на фиг. 2, 4 и 5 варианте осуществления двигателя 10, большей частью переходы из режима в режим могут включать в себя переходы из двухцилиндрового ДОЦ режима в трехцилиндровый ДОЦ режим или переходы из трехцилиндрового ДОЦ режима в не-ДОЦ режим. Кроме того, в меньшем количестве могут случаться переходы, включающие в себя переход из четырехцилиндрового не-ДОЦ режима в двухцилиндровый ДОЦ режим (и наоборот). Следовательно, в приведенном в качестве примера и показанном на фиг. 2, 4 и 5 варианте осуществления двигателя 10 системой управления можно реализовывать более плавные и легкие переходы. В целом, за счет снижения ШВНР, а также более плавного управления двигателем можно улучшить дорожные качества транспортного средства.
На схеме 1160 показана альтернативная работа приведенного в качестве примера двигателя (например, показанного на фиг. 2, 4 и 5 двигателя 10). Здесь опция двухцилиндрового ДОЦ режима является недоступной, и двигатель большую часть времени может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме с равномерным зажиганием в цилиндрах. Например, трехцилиндровый ДОЦ режим может быть использован в условиях низкой нагрузки при низкой, умеренной и высокой частотах вращения двигателя, а также в условиях умеренной нагрузки при низкой, умеренной и высокой частотах вращения двигателя. Переход в не-ДОЦ режим может быть выполнен только в условиях, включающих в себя очень высокие частоты вращения двигателя, высокие нагрузки или очень высокие нагрузки двигателя. В показанном на схеме 1160 примере переходы между не-ДОЦ и ДОЦ режимами могут быть значительно сокращены, что улучшает показатели ШВНР и дает возможность плавного управления двигателем. Кроме того, в примере двигателя 10, только один цилиндр может содержать механизм отключения, что обеспечивает снижение себестоимости. Выгоды по экономии топлива могут выглядеть относительно скромнее по сравнению с работой двигателя по примеру схемы 1140.
Схема 1180 на фиг. 11 иллюстрирует пример работы двигателя в альтернативном варианте осуществлении двигателя, который будет описан ниже со ссылкой на фиг. 14, 15 и 16.
Со ссылкой на фиг. 10 далее описывается алгоритм 1000 для определения переходов между режимами работы двигателя в зависимости от условий по нагрузке двигателя и частоте вращения двигателя. В частности, двигатель может быть переведен из не-ДОЦ режима в один из двух ДОЦ режимов и наоборот, а также может быть переведен из одного ДОЦ режима в другой ДОЦ режим.
На этапе 1002 может быть определен текущий режим работы двигателя. Например, четырехцилиндровый двигатель может работать в не-ДОЦ режиме со всеми включенными в работу цилиндрами, в трехцилиндровом ДОЦ режиме или в двухцилиндровом ДОЦ режиме. На этапе 1004 может быть определено, работает ли двигатель в четырехцилиндровом режиме. Если нет, то алгоритм 1000 может перейти на этап 1006 для определения того, является ли текущий режим работы двигателя трехцилиндровым ДОЦ режимом. Если нет, то на этапе 1008 алгоритм 1000 может определить, работает ли двигатель в двухцилиндровом ДОЦ режиме. Если нет, то алгоритм возвращается на этап 1004.
На этапе 1004, если подтверждается, что присутствует не-ДОЦ режим работы двигателя, то алгоритм 1000 может продолжить свое выполнение на этапе 1010 для подтверждения того, что нагрузка двигателя и/или частота вращения двигателя снизились. Если текущим режимом работы двигателя является не-ДОЦ режим со всеми включенными в работу цилиндрами, то двигатель может испытывать высокие или очень высокие нагрузки. В другом примере не-ДОЦ режим работы двигателя может быть ответом на очень высокую частоту вращения двигателя. То есть если двигатель испытывает очень высокие нагрузки, результатом чего является работа в не-ДОЦ режиме, при снижении нагрузки может произойти смена режима работы. Переход в ДОЦ режим может также стать результатом снижения частоты вращения двигателя. Увеличение нагрузки двигателя или частоты вращения двигателя может не повлечь за собой смену режима работы.
Если подтверждается, что снижения нагрузки и/или частоты вращения двигателя не произошло, то на этапе 1012 может быть сохранен текущий режим работы двигателя, и выполнение алгоритма 1000 может быть завершено. Тем не менее, если определяют, что произошло снижение нагрузки и/или частоты вращения двигателя, то алгоритм 1000 переходит на этап 1014 для определения того, подходит ли произошедшее снижение нагрузки и/или частоты вращения двигателя для работы в трехцилиндровом режиме. Как было описано ранее со ссылкой на схему 1140 на фиг. 11, позволить двигателю работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме может переход к условиям умеренной нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя и к условиям умеренной нагрузки и высокой частоты вращения двигателя. Следует понимать, что переход в трехцилиндровый ДОЦ режим может произойти также в условиях низкой частоты вращения двигателя и низкой нагрузки, что показано на схеме 1140 по фиг. 11. Соответственно, если подтверждается, что существующие условия по нагрузке и/или частоте вращения двигателя позволяют перейти в трехцилиндровый режим, то на этапе 1016 может произойти переход в трехцилиндровый ДОЦ режим. Кроме того, может быть отключен цилиндр 1 из четырех цилиндров, а остальные три цилиндра могут оставаться включенными. Плюс к тому, зажигание в остальных трех цилиндрах может происходить с интервалами 240 градусов УПКВ относительно друг друга. Затем выполнение алгоритма 1000 может быть завершено.
Если на этапе 1014 определяют, что произошедшее снижение нагрузки и/или частоты вращения двигателя не подходит для работы в трехцилиндровом режиме, то алгоритм 1000 продолжается этапом 1018, на котором проверяют, подходит ли произошедшее снижение нагрузки и/или частоты вращения двигателя для работы в двухцилиндровом режиме. Как показано на схеме 1140 по фиг. 11, работать в двухцилиндровом ДОЦ режиме могут позволить низкие нагрузки двигателя при умеренной частоте вращения двигателя. Если нагрузка двигателя и/или частота вращения двигателя не подходят для двухцилиндрового режима, то алгоритм 1000 возвращается на этап 1010. В противном случае, на этапе 1020 может быть выполнен переход из не-ДОЦ режима в двухцилиндровый ДОЦ режим, при этом цилиндры 3 и 4 отключают, а цилиндры 1 и 2 оставляют работающими. Зажигание в цилиндрах 1 и 2 может происходить последовательно с интервалом 360 градусов УПКВ. Выполнение алгоритма 1000 затем может быть завершено.
Если на этапе 1006 подтверждается, что текущий режим работы двигателя является трехцилиндровым ДОЦ режимом, то алгоритм 1000 продолжается этапом 1022, на котором определяют, повысилась ли нагрузка двигателя или очень ли высока частота вращения двигателя. Как показано на схеме 1140, если частота вращения двигателя очень высока, то двигатель может работать в режиме со всеми включенными в работу цилиндрами. Если существующим режимом работы является трехцилиндровый режим, то двигатель перед этим мог находиться в условиях умеренной нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя или в условиях умеренной нагрузки и высокой частоты вращения двигателя. Альтернативно двигатель мог находиться в условиях низкой нагрузки и низкой частоты вращения двигателя. Поэтому при увеличении нагрузки двигателя или при значительном повышении частоты вращения двигателя может произойти смена существующего режима работы. Если повышение нагрузки двигателя и/или очень высокая частота вращения двигателя подтверждаются на этапе 1022, то алгоритм 1000 переходит на этап 1024 для перехода в не-ДОЦ режим. При этом может быть включен в работу цилиндр 1, чтобы двигатель начал работать в четырехцилиндровом режиме с неравномерным зажиганием в цилиндрах.
Если на этапе 1022 не подтверждают увеличение нагрузки и/или очень высокой частоты вращения двигателя, то на этапе 1026 алгоритм может проверить, не произошло ли уменьшения нагрузки двигателя или изменения частоты вращения двигателя. Как было разъяснено выше, если двигатель до этого работал в условиях умеренной нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя, то уменьшение нагрузки может позволить переход в двухцилиндровый ДОЦ режим. В другом примере переход в двухцилиндровый ДОЦ режим может быть также инициирован в случае, если существующие условия низкой нагрузки и низкой частоты вращения сменятся на условия низкой нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя. Еще в одном примере позволить перейти в двухцилиндровый ДОЦ режим может переход из условий низкой нагрузки и высокой частоты вращения в условия низкой нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя. Если изменение частоты вращения и/или снижение нагрузки не подтверждается, то алгоритм 1000 переходит на этап 1012, на котором может быть продолжена работа двигателя в текущем режиме. Однако если подтвердится снижение нагрузки двигателя или изменение частоты вращения двигателя, тогда алгоритм 1000 перейдет на этап 1027 для определения того, позволяют ли произошедшие изменения частоты вращения двигателя и/или снижение нагрузки эксплуатировать двигатель в двухцилиндровом режиме. Например, контроллер может определить, попадают ли текущая частота вращения и/или нагрузка в зону 1126 схемы 1140. Если попадают, то на этапе 1028 двигатель может быть переведен в двухцилиндровый ДОЦ режим. При этом цилиндры 3 и 4 могут быть отключены, цилиндр 1 может быть включен в работу, а цилиндр 2 может быть оставлен включенным в работу. Если снижение нагрузки двигателя и/или изменение частоты вращения не позволяют двигателю работать в двухцилиндровом режиме, то алгоритм 1000 продолжается этапом 1012, на котором двигатель оставляют работать в текущем режиме.
Возвращаясь к этапу 1008, если на нем подтверждается, что текущим режимом работы двигателя является двухцилиндровый ДОЦ режим, то алгоритм 1000 переходит на этап 1030 для определения того, увеличилась ли нагрузка двигателя или изменилась ли частота вращения двигателя. Если текущим режимом работы является двухцилиндровый режим, то до этого двигатель мог испытывать нагрузку от низкой до умеренной при умеренной частоте вращения двигателя. То есть переход из текущего режима может произойти при увеличении нагрузки двигателя. Уменьшение нагрузки может не изменить режим работы двигателя. Кроме того, смена текущего режима может также произойти, если частота вращения двигателя снизится до низкой частоты или повысится до высокой (или очень высокой) частоты. Если на этапе 1030 не подтверждается увеличение нагрузки двигателя и/или изменение частоты вращения двигателя, то алгоритм 1000 переходит на этап 1032, на котором двигатель оставляют работать в текущем двухцилиндровом ДОЦ режиме.
Если на этапе 1030 будет подтверждено увеличение нагрузки двигателя и/или изменение частоты вращения двигателя, то алгоритм 1000 может продолжиться этапом 1034, на котором будет определено, позволяют ли нагрузка двигателя и/или частота вращения двигателя перейти в трехцилиндровый ДОЦ режим. Например, чтобы можно было перейти в трехцилиндровый ДОЦ режим, нагрузка двигателя может находиться на умеренных уровнях. Если да, то режим работы двигателя на этапе 1036 может быть сменен на трехцилиндровый ДОЦ режим. Кроме того, могут быть включены в работу цилиндры 3 и 4, цилиндр 1 может быть отключен, а цилиндр 2 может остаться включенным. Если нагрузка двигателя и/или частота вращения двигателя будут неподходящими для работы двигателя в трехцилиндровом режиме, то алгоритм 1000 может перейти на этап 1038, на котором будет определено, позволяют ли нагрузка двигателя и/или частота вращения двигателя работать двигателю в четырехцилиндровом режиме. Например, нагрузка двигателя может быть очень высокой. В другом примере очень высокой может быть частота вращения двигателя. Если да, то на этапе 1040 могут быть включены в работу цилиндры 3 и 4, а двигатель может быть переведен в не-ДОЦ режим работы. Затем выполнение алгоритма 1000 может быть завершено. Если увеличения нагрузки двигателя и/или изменения частоты вращения будет недостаточно для работы двигателя в режиме со всеми включенными в работу цилиндрами, алгоритм 1000 может вернуться на этап 1030.
Таким образом, контроллер может определять режимы работы двигателя по текущей комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Для вынесения решения по смене режимов работы двигателя может использоваться схема, например такая, как схема 1140. Кроме того, как было отмечено со ссылкой на схему 1160 на фиг. 11, в некоторых примерах доступными режимами работы двигателя могут быть либо трехцилиндровый ДОЦ режим, либо не-ДОЦ режим. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритмов, таких как алгоритмы, показанные на фиг. 9 и 10, для того, чтобы определять режим работы двигателя и переходы между двумя режимами, пользуясь для этого схемой нагрузка двигателя - частота вращения двигателя. При работе двигателя в одном из двух доступных режимов, можно снизить количество смен режимов, что позволить снизить скачки крутящего момента и улучшить плавность управления двигателем.
На фиг. 18 приведена схема 1800, иллюстрирующая примеры переходов из не-ДОЦ режима в ДОЦ режим в двигателе, подобном двигателю 10. На схеме 1800 графиком 1802 показан запрос крутящего момента, графиком 1804 показан режим (двухцилиндровый ДОЦ режим, трехцилиндровый ДОЦ режим и не-ДОЦ режим) работы двигателя, графиком 1806 показан статус включения/отключения цилиндра 1, графиком 1808 показан статус включения/отключения цилиндров 3 и 4, графиком 1810 показано положение дросселя, а графиком 1812 показано опережение зажигания. Все перечисленные выше параметры показаны в виде графика их изменения по времени, отложенному на оси х. В частности, график 1812 показывает задержку зажигания для включенных в работу цилиндров. Также следует понимать, что цилиндр 2 всегда остается включенным в работу и функционирующим во всех режимах работы двигателя. Поясним также, что здесь цилиндр 1 может быть цилиндром 31, показанным на фиг. 2, цилиндр 2 может быть цилиндром 33, показанным на фиг. 2, цилиндр 3 может быть цилиндром 35, показанным на фиг. 2, а цилиндр 4 может быть цилиндром 37, показанным на фиг. 2.
В момент t0 времени двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме, так как запрошен умеренный крутящий момент. При этом цилиндр 1 может быть отключен, а цилиндры 2, 3 и 4 могут быть включенными в работу и зажигание в них может происходить с одинаковыми интервалами в 240 градусов УПКВ. Кроме того, дроссель может находиться в положении между открытым и закрытым положениями, а момент зажигания может быть установлен такой, который обеспечивает требуемый крутящий момент. В момент t1 времени может существенно возрасти запрос крутящего момента. Например, повышение запроса крутящего момента может произойти тогда, когда транспортное средство ускоряют для того, чтобы соблюсти скорость движения потока автомобилей на автомагистрали. В ответ на существенное увеличение запроса крутящего момента, чтобы обеспечить требуемый крутящий момент двигатель может быть переведен в режим со всеми включенными в работу цилиндрами или не-ДОЦ режим (график 1804), и при этом, соответственно, может быть включен в работу цилиндр 1. Кроме того, дроссель может быть открыт полностью для обеспечения максимального потока воздуха, а момент зажигания может остаться исходным (такой как в момент t0).
В момент t2 времени запрос крутящего момента резко падает. Например, влившись в поток на автомагистрали, транспортное средство может достичь крейсерской скорости, что позволит снизиться частоте вращения двигателя и нагрузке двигателя. В ответ на уменьшение запроса крутящего момента и снижение частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, двигатель может быть переведен в двухцилиндровый ДОЦ режим. Кроме того, цилиндры 3 и 4 могут быть отключены, а цилиндр 1 останется включенным в работу и функционирующим. Кроме того, дроссель может быть переведен в положение большего закрытия. Между моментами t2 и t3 дроссель может быть отрегулирован в положение большего закрытия. Задержка зажигания также может быть применена для того, чтобы уменьшить крутящий момент (график 1812). Как показано на фиг. 18, опережение зажигания может быть уменьшено непосредственно перед переходом в момент t2 времени для уменьшения крутящего момента в не-ДОЦ режиме перед переходом в двухцилиндровый режим. Тем самым, крутящий момент в каждом из двух включенных в работу цилиндрах, зажигание в которых происходит после перехода в двухцилиндровый ДОЦ режим, может быть увеличен таким образом, чтобы совокупный крутящий момент, обеспечиваемый двигателем, не падал внезапно, а изменялся плавно. После завершения смены режима момент зажигания может быть восстановлен.
В момент t3 времени запрос крутящего момента может немного повыситься, и двигатель может быть переведен в трехцилиндровый режим, исходя из увеличения нагрузки двигателя. Соответственно, цилиндр 1 может быть отключен, работа цилиндров 3 и 4 могут быть одновременно возобновлена. Кроме того, немного может быть отрегулировано положение дросселя, чтобы увеличить поток воздуха для удовлетворения повышения запроса крутящего момента. Для предотвращения резкого увеличения крутящего момента, в момент t3 времени момент зажигания может быть установлен с задержкой. Как видно, задержка зажигания в момент t3 может быть меньше, чем задержка зажигания в момент t2. После достижения требуемого крутящего момента момент зажигания может быть восстановлен.
Таким образом, с целью получения преимуществ по экономии топлива, кроме режима со всеми включенными в работу цилиндрами (не-ДОЦ) и в дополнение к нему, четырехцилиндровый двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме и двухцилиндровом ДОЦ режиме. Раскрываемая здесь система может содержать двигатель, включающий в себя установленные в один ряд четыре цилиндра, три из которых являются отключаемыми, коленчатый вал с четырьмя шатунными шейками, одиночный уравновешивающий вал, вращающийся в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала, и контроллер, выполненный с хранящимися в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемыми инструкциями для того, чтобы в течение существования первого условия, отключать два из трех отключаемых цилиндров и эксплуатировать двигатель, включая в работу с равномерным зажиганием два остальных цилиндра. Первое условие может включать в себя условия низкой нагрузки двигателя. Как было описано выше со ссылкой на приведенный в качестве примера и изображенный на фиг. 2, 4 и 5 двигатель 10, цилиндры 31, 35 и 37 могут быть отключаемыми, а цилиндр 33 может быть неотключаемым. В течение существования условия низкой нагрузки двигателя, следовательно, цилиндры 35 и 37 могут быть отключены, а цилиндры 31 и 33 могут быть включены в работу с равномерным зажиганием с интервалами в 360 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга.
Контроллер также может быть выполнен с возможностью, в течение существования второго условия, отключать один из трех отключаемых цилиндров и эксплуатировать двигатель, включая в работу остальные три цилиндра с равномерным зажиганием. При этом вторым условием могут быть средние нагрузки двигателя, цилиндр 31 двигателя 10 может быть отключен, а цилиндры 33, 35 и 37 включены в работу, чтобы двигатель работал в трехцилиндровом режиме. Кроме того, зажигание во включенных в работу цилиндрах (33, 35 и 37) может происходить с интервалами примерно в 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. В другом примере второе условие может включать в себя условия холостого хода.
Контроллер также может быть выполнен с возможностью того, в течение существования третьего условия, эксплуатировать двигатель со всеми включенными в работу цилиндрами с по меньшей мере одним цилиндром с неравномерным зажиганием. При этом по меньшей мере одним цилиндром с неравномерным зажиганием может быть только цилиндр 31 приведенного в качестве примера двигателя 10, а третье условие может включать в себя условия высоких и очень высоких нагрузок двигателя. Кроме того, когда все цилиндры включены в работу, зажигание в первом цилиндре (например, цилиндре 35 двигателя 10) может происходить на 120 градусах поворота коленчатого вала, зажигание во втором цилиндре (например, цилиндре 33 двигателя 10) может происходить через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в первом цилиндре, зажигание в третьем цилиндре (например, цилиндре 37 двигателя 10) может происходить через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания во втором цилиндре, а зажигание в четвертом цилиндре (например, цилиндре 31 двигателя 10) может происходить через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в третьем цилиндре.
В приведенной в качестве примера системе коленчатый вал может включать в себя вторую шатунную шейку, третью шатунную шейку и четвертую шатунную шейку, расположенные относительно друг друга на угловом расстоянии 120 градусов. Коленчатый вал может также включать в себя первую шатунную шейку, расположенную рядом со второй шатунной шейкой и выровненную с ней.
На фиг. 12 показан вариант осуществления с интегрированным выпускным коллектором (ИВК) с симметричной компоновкой выпускной системы двигателя 10. Компоненты двигателя, включая цилиндры 31, 33, 35 и 37, систему 202 ИФКР, систему 204 ППК, включая распределительные валы и кулачки, турбонагнетатель 290, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов, охладитель 90 наддувочного воздуха являются теми же самыми, что изображены на фиг. 2 и фиг. 4. Компоновка выпускной системы от цилиндров до турбонагнетателя отличается от той, что показана на фиг. 2 и фиг. 4.
Двигатель 10 показан с ИВК 1220, выполненным с возможностью впуска продуктов горения из цилиндров 31, 33, 35 и 37. ИВК 1220 может включать в себя выпускные направляющие каналы 1239, 1241, 1243 и 1245, причем каждый из выпускных направляющих каналов выборочно сообщается с соответствующим цилиндром через одно или несколько выпускных окон и выпускных клапанов данного цилиндра. Кроме того, пары выпускных направляющих каналов могут сливаться внутри ИВК 1220, формируя две приемные трубы. Как показано в примере на фиг. 12, выпускные направляющие каналы 1239 и 1241 могут сливаться в первую приемную трубу 1223 в Y-образном соединении 1250. Выпускные направляющие каналы 1243 и 1245 могут сливаться во вторую приемную трубу 1225 в Y-образном соединении 1270. Первая приемная труба 1223 и вторая приемная труба 1225 могут не сообщаться друг с другом.
Разделенный выпускной коллектор может быть встроен в головку блока цилиндров, формируя ИВК 1220. Следовательно, выпускные направляющие каналы, 1239, 1241, 1243 и 1245, а также выпускные приемные трубы 1223 и 1225 могут также быть встроены внутрь ИВК 1220. Кроме того, выпускной направляющий канал 1239 и выпускной направляющий канал 1241 могут сливаться в ИВК 1220 в Y-образном соединении 1250 таким образом, что первая приемная труба 1223 будет иметь свое начало внутри ИВК 1220. Аналогичным образом, выпускные направляющие каналы 1243 и 1245 могут соединяться внутри ИВК 1220 в Y-образном соединении 1270 таким образом, что вторая приемная труба 1225 будет иметь свое начало внутри ИВК 1220.
Поясним далее, что выпускной направляющий канал 1239 может быть связан по текучей среде с цилиндром 31 через выпускное окно 20, а выпускной направляющий канал 1241 может сообщаться по текучей среде с цилиндром 33 через выпускное окно 22. Первая приемная труба 1223, сформированная соединением выпускных направляющих каналов 1239 и 1241, следовательно, может быть связана по текучей среде с цилиндрами 31 и 33. Аналогичным образом, выпускной направляющий канал 1243 по текучей среде может быть связан с цилиндром 35 посредством выпускного окна 24, а выпускной направляющий канал 1245 может сообщаться по текучей среде с цилиндром 37 посредством выпускного окна 26. Вторая приемная труба 1225, сформированная соединением выпускных направляющих каналов 1243 и 1245, следовательно, может быть связана по текучей среде с цилиндрами 35 и 37. Как показано на фиг. 12 (а также на фиг. 2 и фиг. 4), выпускные направляющие каналы от цилиндров 31 и 33 могут не сообщаться с выпускными направляющими каналами от цилиндров 35 и 37. Кроме того, первая приемная труба 1223 и вторая приемная труба 1225 могут быть полностью отделены друг от друга, так, чтобы вспышка горючей смеси в одном цилиндре не мешала горению в другом цилиндре, зажигание в котором происходит следующим. Первая и вторая приемные трубы (1223 и 1225 соответственно) могут также выходить за пределы ИВК 1220. При этом первая приемная труба 1223 и вторая приемная труба 1225 могут быть единственными выходами для отработавших газов за пределы ИВК 1220.
Как показано на фиг. 12, снаружи ИВК 1220, первая приемная труба 1223 может подавать отработавшие газы от цилиндров 31 и 33 в первую спираль 71 выпускной турбины 92, а вторая приемная труба 1225 может направлять отработавшие газы от цилиндров 35 и 37 во вторую спираль 73 выпускной турбины 92 через канал 61. То есть, первая спираль 71 может быть связана по текучей среде только с первой приемной трубой 1223, а вторая спираль 73 может быть связана по текучей среде только со второй приемной трубой 1225.
Как и в показанных на фиг. 2 и 4 вариантах осуществления, перепускной канал 67 может включать в себя регулятор 69 давления наддува с тем, чтобы отработавшие газы в первой приемной трубе 1223 могли обходить выпускную турбину 92 по каналу 65. Отработавшие газы во второй приемной трубе 1225 могут обходить выпускную турбину 92 по каналу 63 и поступать за регулятор 69 давления наддува.
Таким образом, система может включать в себя встроенный выпускной коллектор (ИВК), группу расположенных в один ряд четырех цилиндров с двумя центральными цилиндрами 33 и 35 и с расположенными по бокам от них двумя крайними цилиндрами 31 и 37. Каждый цилиндр может сообщаться по текучей среде с одним из четырех выпускных направляющих каналов ИВК, причем выпускные направляющие каналы первого крайнего (цилиндр 31) и первого центрального (цилиндр 33) цилиндров сливаются в первую приемную трубу 1223 внутри ИВК 1220, а выпускные направляющие каналы второго крайнего (цилиндр 37) и второго центрального (цилиндр 35) цилиндров сливаются во вторую приемную трубу 1225 внутри ИВК 1220. Система также может включать в себя турбонагнетатель с двухспиральной выпускной турбиной 92, причем первая спираль 71 турбины сообщается по текучей среде с первой приемной трубой 1223, но не со второй приемной трубой 1225, а вторая спираль 73 турбины сообщается по текучей среде со второй приемной трубой 1225, но не с первой приемной трубой 1223. Кроме того, как показано на фиг. 12, первая и вторая приемные трубы могут быть единственными выходами для отработавших газов из ИВК, и внутри ИВК могут не сообщаться друг с другом по текучей среде.
Альтернативой показанному на фиг. 12 варианту осуществления может быть асимметричная компоновка выпускной системы, такая, как показана на фиг. 13. Здесь, как и на фиг. 4, отработавшие газы от цилиндра 31 может быть отделены и направлены в первую спираль 71 выпускной турбины. При этом, отработавшие газы от цилиндров 33, 35 и 37 могут быть объединены и направлены во вторую спираль 73 выпускной турбины 92. Показанный на фиг. 13 вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 4 главным образом наличием ИВК 1220. Все остальные отличительные признаки, включая порядок работы цилиндров и интервалы между импульсами отработавших газов могут быть теми же самыми, что и в варианте осуществления, показанном на фиг. 4.
Выпускной направляющий канал 1339 может выводить отработавшие газы от цилиндра 31 через выпускное окно 20 и сообщаться по текучей чреде с первой приемной трубой 1223, чтобы направлять импульсы отработавших газов в первую спираль 71 выпускной турбины 92. Выпускной направляющий канал 1341, принимающий отработавшие газы от цилиндра 33 через выпускное окно 22, может объединяться с выпускным направляющим каналом 1343, принимающим отработавшие газы от цилиндра 35 через выпускное окно 24. Кроме того, выпускной направляющий канал 1345, принимающий отработавшие газы от цилиндра 37 через выпускное окно 26, может объединяться с выпускными направляющими каналами 1341 и 1343 в Y-образном соединении 1370, образуя вторую приемную трубу 1325. Вторая приемная труба 1325 может направлять отработавшие газы от цилиндров 33, 35 и 37 во вторую спираль 73 выпускной турбины 92 по каналу 1361.
Таким образом, интегрированный выпускной коллектор (ИВК) может быть обеспечен для того, чтобы снизить вес двигателя, площадь поверхности двигателя и затраты на его изготовление. Снижением веса двигателя можно достичь еще большей топливной экономичности, чем та, которая достигается только работой двигателя в трехцилиндровом ДОЦ режиме согласно приведенному выше описанию. Дополнительно, при использовании ИВК, турбонагнетатель можно расположить ближе к цилиндрам, в результате чего в турбину будут выбрасываться более горячие отработавшие газы, что позволит быстрее прогревать устройство снижения токсичности отработавших газов.
На фиг. 14 показан дополнительный вариант осуществления двигателя 10, который может работать главным образом в трехцилиндровом режиме в более широком диапазоне нагрузок и частот вращения двигателя. В частности, двигатель в показанном на фиг. 14 варианте осуществления может содержать отдельный отключаемый цилиндр, в отличие от двигателя, показанного на фиг. 2, 4 и 5, который содержит три цилиндра, которые могут быть отключены. Кроме того, в показанном на фиг. 14 варианте осуществления двигателя, остальные три цилиндра могут быть выполнены с возможностью в некоторых условиях работать с ранним закрытием впускного клапана. При этом многие компоненты двигателя, такие как турбонагнетатель 290, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов и т.д., описанные ранее со ссылкой на фиг. 2 и 12, могут быть такими же и на фиг. 14. Отличающиеся компоненты будут далее описаны отдельно.
Как и в описанных выше вариантах осуществления, показанный на фиг. 14 двигатель содержит четыре цилиндра: первый крайний цилиндр 31, первый центральный цилиндр 33, второй центральный цилиндр 35 и второй крайний цилиндр 37. В иллюстрируемом примере цилиндр 31 является отключаемым, но цилиндры 33, 35 и 37 могут быть неотключаемыми. Интегрированный выпускной коллектор (ИВК) 1220 может участвовать в подаче продуктов горения к турбонагнетателю 290. Более подробно цилиндры будут описаны далее по тексту. Двигатель может быть укомплектован системой ИФКР 202 и системой 204 ППК, которые позволяют эксплуатировать двигатель соответственно с изменяемыми фазами клапанного распределения и с переключением кулачков на разные имеющиеся профили.
Каждый цилиндр двигателя 10 показан с двумя впускными клапанами и двумя выпускными клапанами. В других вариантах осуществления клапанов может быть меньше или больше. Каждый впускной клапан выполнен с возможностью переключения между открытым положением, которое позволяет впускному воздуху поступать в соответствующий цилиндр, и закрытым положением, существенно перекрывающим выход впускного воздуха из соответствующего цилиндра. На фиг. 14 показаны впускные клапаны I1-I8, приводимые в движение общим впускным распределительным валом 218. Впускной распределительный вал 218 содержит некоторое множество впускных кулачков, выполненных с возможностью управления открытием и закрытием впускных клапанов. Управление каждым впускным клапаном может выполняться двумя впускными кулачками, что будет рассмотрено далее по тексту. В некоторых вариантах осуществления для управления впускными клапанами могут предусматриваться один или несколько дополнительных впускных кулачков. Кроме того, управление впускными клапанами может вестись приводными системами впускных клапанов.
Каждый выпускной клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым положением, при котором отработавшие газы могут выходить из соответствующего цилиндра, и закрытым положением, при котором газам существенно перекрывается выход из соответствующего цилиндра. На фиг. 14 показаны выпускные клапаны Е1-Е8, приводимые в движение общим выпускным распределительным валом 224. Выпускной распределительный вал 224 содержит некоторое множество выпускных кулачков, выполненных с возможностью управления открытием и закрытием выпускных клапанов. В показанном варианте осуществления каждый из выпускных клапанов цилиндров 33, 35 и 37 может управляться одиночным выпускным кулачком, что будет описано далее по тексту. В некоторых вариантах осуществления для управления выпускными клапанами могут предусматриваться один или несколько дополнительных выпускных кулачков. Кроме того, управление выпускными клапанами может вестись приводными системами выпускных клапанов.
Показанный на фиг. 14 двигатель 10 может быть двигателем с отключаемыми цилиндрами, в котором в случае необходимости при помощи одного или нескольких механизмов можно отключать только один из четырех цилиндров 212. Как отмечено выше, в данном варианте осуществления цилиндр 31 является единственным цилиндром, содержащим механизм отключения. При этом, когда двигатель работает в режиме ДОЦ, впускные и выпускные клапаны отдельного цилиндра, то есть цилиндра 31, можно отключать, переключая толкатели клапана, переключая коромысла или переключая следящие ролики толкателей.
Как и в примере, показанном на фиг. 2, показанный на фиг. 14 цилиндр 31 для каждого впускного клапана включает в себя первый впускной кулачок и второй впускной кулачок, установленные на общем впускном распределительном валу 218, а для каждого выпускного клапана включает в себя первый выпускной кулачок и второй выпускной кулачок, установленные на общем выпускном распределительном валу 224. Первые впускные кулачки могут иметь первый профиль выступа для открытия впускных клапанов на первую продолжительность впуска и на первую высоту подъема клапана. В показанном на фиг. 14 примере первые впускные кулачки С1 и С2 могут открывать впускные клапаны I1 и I2 соответственно на одинаковую продолжительность впуска и высоту подъема. Вторые впускные кулачки N1 и Т2 показаны как кулачки с нулевым выступом, которые могут иметь профиль для сохранения закрытого положения соответствующих впускных клапанов I1 и I2. Таким образом, когда в ДОЦ режиме цилиндр 31 отключают, кулачки N1 и N2 могут участвовать в деактивации соответствующих впускных клапанов.
Как и для впускных клапанов, для выпускных клапанов цилиндр 31 имеет первый выпускной кулачок и второй выпускной кулачок, установленные на общем выпускном валу 224. Первые выпускные кулачки могут иметь первый профиль выступа, обеспечивающий первую продолжительность выпуска и первую высоту подъема выпускного клапана. Первые выпускные кулачки С3 и С4 цилиндра 31 могут иметь одинаковые профили выступа, открывающие соответствующие выпускные клапаны Е1 и Е2 на определенную продолжительность выпуска и определенную высоту подъема. В других примерах продолжительности выпуска и высоты подъема, обеспечиваемые кулачками С3 и С4 могут быть либо одинаковыми, либо разными. Вторые выпускные кулачки N3 и N4 показаны как кулачки с нулевым выступом, которые могут иметь профиль для сохранения закрытого положения своих соответствующих выпускных клапанов Е1 и Е2 в течение одного или нескольких рабочих циклов двигателя. То есть кулачки N3 и N4 с нулевым выступом могут участвовать в отключении соответствующих выпускных клапанов цилиндра 31 в ДОЦ режиме.
Как было отмечено выше, другие варианты осуществления могут включать в себя другие механизмы, известные в уровне техники для деактивации впускных и выпускных клапанов в цилиндрах. В этих вариантах осуществления для деактивации клапанов профили кулачка с нулевым выступом могут не использоваться.
В показанном на фиг. 14 варианте осуществления цилиндры 33, 35 и 37 могут быть неотключаемыми, что позволит двигателю 10 работать главным образом в трехцилиндровом режиме в широком диапазоне нагрузок и частот вращения двигателя. Тем не менее, при более легких нагрузках двигателя, эти три цилиндра могут работать с ранним закрытием впускного клапана (РЗВпК) для того, чтобы увеличить выгоды экономии топлива, обеспечиваемой сниженными потерями при перекачке.
Соответственно, каждый из цилиндров 33, 35 и 37 для каждого впускного клапана может включать в себя первый впускной кулачок и второй впускной кулачок, установленные на общем впускном распределительном валу 218, а для каждого выпускного клапана - по одному выпускному кулачку, которые установлены на общем выпускном распределительном валу 224. При этом первые впускные кулачки могут иметь первый профиль выступа кулачка для открытия впускных клапанов на первую продолжительность впуска и первую высоту подъема впускного клапана. Первые впускные кулачки для цилиндров 33, 35 и 37 могут иметь тот же самый профиль, что и первые впускные кулачки в цилиндре 31. В других примерах кулачки могут иметь различающиеся профили. Кроме того, в показанном на фиг. 14 примере вторые впускные кулачки могут иметь второй профиль выступа кулачка для открытия впускных клапанов на вторую продолжительность впуска и высоту подъема. Вторая продолжительность впуска может быть более короткой (то есть меньше первой продолжительности впуска), а вторая высота подъема клапана может быть меньшей (то есть ниже первой высоты подъема впускного клапана).
Конкретнее, впускные клапаны I3 и I4 цилиндра 33 могут приводиться в движение или соответствующими первыми впускными кулачками С5 или С6, или соответствующими вторыми впускными кулачками L5 и L6. Кроме того, впускные клапаны I5 и I6 цилиндра 35 могут приводиться в движение или соответствующими первыми впускными кулачками С9 и С10, или соответствующими вторыми впускными кулачками L9 и L10, а впускные клапаны I7 и I8 цилиндра 37 могут приводиться в движение или соответствующими первыми впускными кулачками С13 и С14, или соответствующими вторыми впускными кулачками L13 и L14. Первые впускные кулачки С5, С6, С9, С10, С13 и С14 могут иметь первый профиль выступа, обеспечивающий первую продолжительность впуска и первую высоту подъема впускного клапана. Вторые впускные кулачки L5, L6, L9, L10, L13 и L14 могут иметь второй профиль выступа для открытия соответствующих впускных клапанов на вторую продолжительность впуска, отличающуюся от первой продолжительности впуска, и на вторую высоту подъема, отличающуюся от первой высоты подъема. В иллюстрируемом примере первая продолжительность впуска, обеспечиваемая первыми впускными кулачками С5, С6, С9, С10, С13 и С14, может быть больше второй продолжительности впуска, обеспечиваемой вторыми впускными кулачками L5, L6, L9, L10, L13 и L14. Кроме того, первая высота подъема впускного клапана, обеспечиваемая впускными кулачками С5, С6, С9, С10, С13 и С14, может быть большей, чем вторая высота подъема впускного клапана, обеспечиваемая вторыми впускными кулачками L5, L6, L9, L10, L13 и L14.
В одном примере высота подъема и продолжительность впуска, обеспечиваемые вторыми впускными кулачками для определенного цилиндра, могут быть одинаковыми. Например, каждая из второй продолжительности впуска и второй высоты подъема клапана, обеспечиваемые каждым из вторых впускных кулачков L9 и L10 цилиндра 35, могут быть одинаковыми. Конкретнее, продолжительность впуска, обеспечиваемая вторым впускным кулачком L9 для впускного клапана I5, может быть одинаковой с продолжительностью впуска, обеспечиваемой вторым впускным кулачком L10 для впускного клапана I6. В других примерах высота подъема и продолжительность впуска для вторых впускных клапанов для определенного цилиндра может быть разной. Например, второй впускной кулачок L5 может иметь меньшую высоту подъема и меньшую продолжительность, чем второй впускной кулачок L6 для того, чтобы в процессе события впуска вызвать завихрения в цилиндре 33. Аналогичным образом, вторые впускные кулачки L9 и L10 цилиндра 35 могут иметь отличающиеся друг от друга профили, и у вторых впускных кулачков L13 и L14 цилиндра 37 могут быть разные профили.
Каждый из выпускных клапанов Е3-Е8 цилиндров 33, 35 и 37 может приводиться в движение одним выпускным кулачком с первым профилем выступа, обеспечивающим первую продолжительность выпуска и первую высоту подъема выпускного клапана. Как показано на фиг. 14, кулачки С7 и С8 могут приводить в действие соответствующие выпускные клапаны Е3 и Е4 цилиндра 33, кулачки С11 и С12 могут приводить в действие соответствующие выпускные клапаны Е5 и Е6 цилиндра 35, а выпускные кулачки С15 и С16 могут приводить в действие соответствующие выпускные клапаны Е7 и Е8 цилиндра 37. Первые профили выпускных кулачков, связанных с цилиндрами 33, 35 и 37, могут быть одинаковыми с первым профилем первых выпускных кулачков С3 и С4 в цилиндре 31. В других примерах профили выступов выпускных кулачков могут быть различными.
Каждый из впускных клапанов может приводиться в движение соответствующей приводной системой, функционально связанной с контроллером 12. Как показано на фиг. 14, впускные клапаны I1 и I2 цилиндра 31 могут приводиться в движение посредством приводной системы А2, впускные клапаны I3 и I4 цилиндра 33 могут приводиться в движение посредством приводной системы A4, впускные клапаны I5 и I6 цилиндра 35 могут приводиться в движение посредством приводной системы А6, а впускные клапаны I7 и I8 цилиндра 37 могут приводиться в движение посредством приводной системы А8. Кроме того, каждый выпускной клапан может приводиться в движение соответствующей приводной системой, функционально связанной с контроллером 12. Показано, что выпускные клапаны Е1 и Е2 цилиндра 31 могут приводиться в движение посредством приводной системы А1, выпускные клапаны Е3 и Е4 цилиндра 33 могут приводиться в движение посредством приводной системы A3, выпускные клапаны Е5 и Е6 цилиндра 35 могут приводиться в движение посредством приводной системы А5, а выпускные клапаны Е7 и Е8 цилиндра 37 могут приводиться в движение посредством приводной системы А7.
В пределах объема настоящего раскрытия другие варианты осуществления могут включать в себя сокращенные приводные системы или различные комбинации приводных систем. Например, впускные клапаны и выпускные клапаны каждого цилиндра могут приводиться в движение одним приводом.
Система 204 ППК может быть выполнена с возможностью продольного перемещения определенных частей впускного распределительного вала 218 с тем, чтобы впускные клапаны I1-I8 могли переходить с работы на своих первых впускных кулачках на работу на вторых впускных кулачках (или на кулачках с нулевым выступом в случае цилиндра 31).
В показанном (пунктиром) на фиг. 14 дополнительном варианте осуществления, в котором для приведения в движение первого и второго впускных кулачков приводные системы А2, A4, А6 и А8 содержат коромысла, система 204 ППК может быть функционально связана с соленоидом S1 и соленоидом S2, которые, в свою очередь, могут быть связаны с приводными системами. При этом коромысла могут приводиться в движение электрическими или гидравлическими средствами через соленоиды S1 и S2 для совместного хода либо с первыми впускными кулачками, либо со вторыми впускными кулачками. Как показано, соленоид S1 функционально связан исключительно с приводной системой А2 (посредством 1412) и не связан функционально с приводными системами A4, А6 и А8. Аналогичным образом, соленоид S2 функционально связан с приводными системами A4 (посредством 1422), А6 (посредством 1424) и А8 (посредством 1426), и не связан функционально с приводной системой А2.
Следует понимать, что хотя это и не показано на фиг. 14, соленоиды S1 и S2 также могут быть функционально связаны с приводными системами А1, A3, А5 и А7, чтобы приводить в действие соответствующие выпускные кулачки. Конкретнее, соленоид S1 может быть функционально связан только с приводной системой А1, а не с приводными системами A3, А5 и А7. Кроме того, соленоид S2 может быть функционально связан с A3, А5 и А7, но не связан функционально с А1. При этом коромысла могут приводиться в движение электрическими или гидравлическими средствами для совместного хода либо с первыми выпускными кулачками либо со вторыми кулачками с нулевым выступом. Альтернативно система 204 ППК может быть выполнена с возможностью продольного перемещения определенных частей выпускного распределительного вала 224, чтобы переключать выпускные клапаны Е1-Е2 с работы на соответствующих первых выпускных кулачках на работу на вторых кулачках с нулевым профилем и наоборот.
Соленоид может управлять впускными кулачками впускных клапанов I1 и I2 цилиндра 31 через коромысла в приводной системе А2. Как было отмечено выше, хотя это не показано на фиг. 14, соленоид S1 может также управлять выпускными клапанами Е1 и Е2 цилиндра 31, которые могут быть деактивированы в то же самое время, что и впускные клапаны I1 и I2. По умолчанию соленоид S1 имеет закрытое положение, при котором коромысло (коромысла) клапана, функционально связанного с соленоидом S1 остается в разблокированном положении без давления, при котором впускные клапаны I1 и I2 не поднимаются (или имеют нулевую высоту подъема).
Соленоид S2 может управлять каждой парой впускных кулачков впускных клапанов I3 и I4 цилиндра 33, впускных клапанов I5 и I6 цилиндра 35 и впускных клапанов I7 и I8 цилиндра 37 соответственно. Соленоид S2 может управлять впускными кулачками впускных клапанов 33, 35 и 37 через коромысла в соответствующих приводных системах A4, А6 и А8. Соленоид S2 могут удерживать в положении по умолчанию, которым является закрытое положение, при котором связанные с ним коромысла остаются в заблокированном положении без давления.
Таким образом, система 204 ППК может переключаться между первым кулачком для открытия клапана на первую продолжительность и вторым кулачком для открытия клапана на вторую продолжительность. В рассматриваемом примере система 204 ППК может переключать кулачки для впускных клапанов в цилиндрах 33, 35 и 37 между первым кулачком для открытия впускных клапанов на первую  продолжительность и вторым впускным кулачком для открытия впускных клапанов на вторую меньшую продолжительность. Система 204 ППК может переключать кулачки для впускных клапанов в цилиндре 31 между первым кулачком для открытия впускных клапанов на первую продолжительность (которая может быть такой же, как и первая продолжительность впуска в цилиндрах 33, 35 и 37) и вторым кулачком с нулевым выступом для сохранения впускных клапанов закрытыми. Кроме того, система 204 ППК может переключать кулачки для выпускных клапанов только в цилиндре 31 между первым кулачком для открытия выпускных клапанов на первую продолжительность и вторым кулачком с нулевым выступом для сохранения выпускных клапанов закрытыми. В примере цилиндров 33, 35 и 37, система 204 ППК может не переключать кулачки для выпускных клапанов, так как цилиндры 33, 35 и 37 выполнены с одним кулачком на один выпускной клапан.
Система 204 ППК может принимать сигналы от контроллера 12 для переключения между различными профилями кулачков для разных цилиндров в двигателе 10 в зависимости от условий работы двигателя. Например, при существовании высоких нагрузок двигателя, он может работать в не-ДОЦ режиме. При этом все цилиндры могут быть включены в работу, а впускные клапаны в каждом цилиндре могут приводиться в движение своими соответствующими первыми впускными кулачками.
В другом примере при средней нагрузке двигателя, двигатель 10 может работать в трехцилиндровом режиме. При этом система 204 ППК может быть выполнена с возможностью приведения в движение впускных клапанов цилиндров 33, 35 и 37 соответствующими первыми впускными кулачками. Одновременно система 204 ППК может отключить цилиндр 31 за счет воздействия на впускные и выпускные клапаны данного цилиндра соответствующими вторыми кулачками с нулевым выступом. Еще в одном примере при низкой нагрузке двигателя двигатель 10 может работать в трехцилиндровом режиме с ранним закрытием впускного клапана. При этом система 204 ППК может быть выполнена с возможностью приведения в движение впускных клапанов цилиндров 33, 35 и 37 соответствующими вторыми впускными кулачками, которые обеспечивают более короткие продолжительности впуска.
В дополнительном варианте осуществления, предусматривающем приводные системы с коромыслами, которые приводятся в движение электрическими или гидравлическим средствами, двигатель может работать с тремя включенными в работу цилиндрами и ранним закрытием впускного клапана за счет подачи напряжения на соленоид S2, связанный с цилиндрами 33, 35 и 37 для его открытия и для приведения в движение соответствующих коромысел для совместного хода со вторыми впускными кулачками, обеспечивающими более короткую продолжительность впуска. При средних нагрузках двигателя напряжение с соленоида S2 может быть снято, чтобы он закрылся и чтобы соответствующие коромысла совершали совместный ход с первыми впускными кулачками, обеспечивающими  продолжительность впуска в трех включенных в работу цилиндрах (33, 35 и 37). В обоих ДОЦ режимах (с ранним закрытием впускного клапана и без раннего закрытия впускного клапана), могут сохранять положение соленоида по умолчанию. В не-ДОЦ режиме на соленоид S1 может быть подано напряжение, чтобы открыть его и чтобы соответствующие коромысла совершали совместный ход с первыми впускными клапанами (и первыми выпускными клапанами, где это применимо) на цилиндре 31, а напряжение с соленоида S2 может быть снято, чтобы закрыть его и чтобы соответствующие коромысла совершали совместный ход с первыми впускными кулачками, обеспечивающими более продолжительный впуск в цилиндрах 33, 35 и 37. Таким образом, фиг. 14 иллюстрирует систему двигателя, включающую в себя расположенные в один ряд четыре цилиндра, каждый из которых может иметь по меньшей мере один впускной клапан. Впускной клапан (клапаны) отдельного цилиндра (цилиндр 31) может быть приведен в движение одним из двух кулачков, причем первый кулачок имеет профиль для ненулевого подъема, а второй кулачок имеет профиль для нулевого подъема. При этом второй кулачок может быть кулачком с нулевым выступом с профилем, не обеспечивающим подъем клапана или обеспечивающим нулевой подъем клапана. Кроме того, каждый из впускных клапанов остальных трех цилиндров (цилиндры 33, 35 и 37) могут быть приведены в движение одним из двух кулачков, причем оба кулачка имеют профили для ненулевого подъема. Соответственно, каждый кулачок может поднимать свой соответствующий впускной клапан на ненулевую высоту, и ни один из кулачков, приводящих в движение впускные или выпускные клапаны в цилиндрах 33, 35 и 37, не может быть кулачком с нулевым выступом.
Двигатель 10 в показанном на фиг. 14 варианте осуществления может работать либо в не-ДОЦ режиме, либо в ДОЦ режиме. В ДОЦ режиме цилиндр 31 может быть отключен за счет деактивации его впускных и выпускных клапанов. При этом на впускные клапаны I1 и I2, а также выпускные клапаны Е1 и Е2 могут воздействовать (то есть оставлять их закрытыми) их соответствующие кулачки с нулевым выступом. ДОЦ режим может быть трехцилиндровым режимом. Трехцилиндровые ДОЦ режимы могут быть доступны для двигателя 10 путем выбора либо первого или второго впускного кулачка в трех включенных в работу цилиндрах. В частности, первый трехцилиндровый ДОЦ режим может включать в себя работу двигателя с более продолжительным впуском за счет использования выступов первых кулачков для приведения в движение каждого из впускных кулачков в цилиндрах 33, 35 и 37. В условиях средних нагрузок двигателя, двигатель 10 может работать в первом трехцилиндровом ДОЦ режиме без раннего закрытия впускного клапана (РЗВпК). Второй трехцилиндровый ДОЦ режим может включать в себя работу двигателя с укороченной продолжительностью впуска (например, за счет РЗВпК) путем использования выступов вторых кулачков для приведения в движение каждого из впускных клапанов в цилиндрах 33, 35 и 37. Второй трехцилиндровый ДОЦ режим, следовательно, включает в себя РЗВпК и может использоваться для работы двигателя в условиях холостого хода и в условиях низкой нагрузки двигателя. Как было сказано выше, в течение обоих ДОЦ режимов, цилиндр 31 может быть отключен. Система 204 ППК может переключаться между первыми и вторыми кулачками для приведения в движение впускного клапана в ДОЦ режиме для того, чтобы в зависимости от условий работы двигателя задействовать первый трехцилиндровый ДОЦ режим или второй трехцилиндровый ДОЦ режим.
В частности, в первом трехцилиндровом ДОЦ режиме впускные клапаны в цилиндрах 33, 35, и 37 могут приводиться в движение первыми кулачками С5, С6, (для впускных клапанов I3-I4) и С9, С10 (для впускных клапанов I5-I6), и С13, С14 (для впускных клапанов I7-I8). Во втором трехцилиндровом ДОЦ режиме, впускные клапаны в цилиндрах 33, 35 и 37 могут приводиться в движение соответствующими вторыми кулачками L5, L6 и L9, L10, и L13, L14.
В не-ДОЦ режиме система 204 ППК может переключиться на первые кулачки для приведения в движение всех впускных клапанов во всех цилиндрах с большей продолжительностью впуска и более высоким подъемом клапана. Не-ДОЦ режим может использоваться в условиях высоких или очень высоких нагрузок двигателя. Конкретнее, в не-ДОЦ режиме впускные клапаны и выпускные клапаны в цилиндре 31 могут приводиться в движение кулачками С1, С2 (для I1-I2) и С3, С4 (для Е1-Е2), в то время как впускные и выпускные клапаны в цилиндрах 33, 35 и 37 могут приводиться в движение первыми кулачками С5, С6 (для I3-I4), С7, С8 (для Е3-Е4), С9, С10 (для I5-I6), С11, С12 (для Е5-Е6), С13-С14 (для I7-I8), С15, С16 (для Е7-Е8).
Показанная на фиг. 15 схема 1500 иллюстрирует пример работы впускного клапана и выпускного клапана с использованием переключения профилей кулачков между двумя кулачками с профилем ненулевого подъема, описанными выше со ссылкой на фиг. 14. В частности, фиг. 15 показывает работу впускного клапана (который может быть одним из впускных клапанов I3-I8) и выпускного клапана (который может быть одним из выпускных клапанов Е3-Е8) при изменении угла поворота коленчатого вала двигателя.
На схеме 1500 по оси x отложен угол поворота коленчатого вала в градусах, а по оси y отложена высота подъема клапана в миллиметрах. Такт выпуска рабочего цикла двигателя показан происходящим, как правило, между 180 и 360 градусами угла поворота коленчатого вала. Вслед за ним, очередной такт впуска рабочего цикла двигателя показан происходящим, как правило, между 360 и 540 градусами угла поворота коленчатого вала. Очередной такт впуска может происходить, когда первый кулачок приводит в движение впускные клапаны цилиндров 33, 35 или 37.
Кроме того, как показано на схеме 1500, каждый из выпускных и впускных клапанов имеет положительный подъем, что соответствует нахождению клапанов в открытом положении, при котором воздух может поступать в камеру сгорания или выходить из нее. В пределах объема описываемых здесь примеров, в процессе работы двигателя высота подъема на тактах впуска и выпуска может отличаться от той, которая показана на фиг. 15.
Графиком 1510 показан пример работы выпускного клапана цилиндра 33, цилиндра 35 или цилиндра 37 с указанием моментов открытия и закрытия, продолжительности выпуска и высоты подъема. Открытие выпускного клапана (ОВыпК) может начаться до поворота коленчатого вала на 180 градусов, примерно на 120 градусах УПКВ, а закрытие выпускного клапана (ЗВыпК) может завершиться примерно на 380 градусах угла поворота коленчатого вала. Следовательно, продолжительность выпуска может составить примерно 260 градусов угла поворота коленчатого вала. В одном примере продолжительность выпуска может составить 250 градусов угла поворота коленчатого вала. В другом примере продолжительность выпуска может превысить 270 градусов угла поворота коленчатого вала. А в еще одном примере продолжительность выпуска может составить ровно 260 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме того, высота подъема выпускного клапана может составить примерно 9 мм.
Графиком 1520 показан пример работы впускного клапана цилиндра 33, цилиндра 35 или цилиндра 37, приводимого в движение первым кулачком, с указанием моментов открытия и закрытия, продолжительности впуска и высоты подъема. При этом открытие впускного клапана (ОВпК) может начаться примерно на 350 градусах угла поворота коленчатого вала, а закрытие впускного клапана (ЗВпК) может произойти примерно на 590 градусах угла поворота коленчатого вала. Соответственно, продолжительность впуска с приведением клапана в движение первым кулачком может составить примерно 240 градусов угла поворота коленчатого вала. В одном примере продолжительность впуска может составить 230 градусов угла поворота коленчатого вала. В другом примере продолжительность впуска может превысить 260 градусов угла поворота коленчатого вала. А в еще одном примере продолжительность впуска может составить ровно 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме того, высота подъема впускного клапана может составить примерно 9 мм. В одном примере высота подъема впускного клапана может составить 8 мм, в то время как в другом примере высота подъема впускного клапана может составить 10 мм. А в еще одном примере высота подъема впускного клапана может составить ровно 9 мм. В пределах объема раскрываемых здесь примеров, высоты подъема впускных и выпускных клапанов могут отличаться от указываемых.
Графиком 1530 показан пример работы впускного клапана цилиндра 33, цилиндра 35 или цилиндра 37, приводимого в движение вторым кулачком, с указанием моментов открытия и закрытия, продолжительности впуска и высоты подъема. При этом открытие впускного клапана (ОВпК) может начаться примерно в то же время, что и на кривой 1520, например, на 350 градусах поворота коленчатого вала. Тем не менее, впускной клапан может быть закрыт раньше, и событие РЗВпК раннего закрытия впускного клапана может произойти примерно на 470 градусах поворота коленчатого вала. Соответственно, продолжительность впуска при приведении впускного клапана в движение вторым кулачком может составить примерно 120 градусов угла поворота коленчатого вала. В одном примере продолжительность впуска может быть короче, например, 110 градусов угла поворота коленчатого вала. В другом примере продолжительность впуска может быть дольше, например, 140 градусов угла поворота коленчатого вала. А в еще одном примере продолжительность впуска может составлять ровно 120 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме того, высота подъема впускного клапана может составлять примерно 3 мм. Высота подъема впускного клапана при РЗВпК в альтернативных примерах может варьироваться в пределах от 2 мм до 5 мм.
На фиг. 15 скобкой 1572 показана продолжительность выпуска, скобкой 1574 показана продолжительность впуска с приводом от первого кулачка, а скобкой 1576 показана продолжительность впуска с приводом от второго кулачка. Видно, что скобка 1576 существенно короче скобки 1574. Как было описано выше по тексту, продолжительность впуска с приводом от второго кулачка может составить примерно 120 градусов угла поворота коленчатого вала, то есть короче продолжительности впуска с приводом от первого кулачка, которая может составить примерно 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме того, высота подъема впускного клапана вторыми кулачком меньше высоты подъема впускного клапана первым кулачком.
На фиг. 16 показан пример алгоритма 1600 определения режима работы в транспортном средстве с двигателем, аналогичным двигателю, приведенному в качестве примера на фиг. 14. В частности, по нагрузке двигателя могут быть выбраны следующие режимы работы: трехцилиндровый ДОЦ режим с ранним закрытием впускного клапана (РЗВпК), трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК или не-ДОЦ режим. Кроме того, по изменению нагрузки двигателя могут быть определены переходы между вышеуказанными режимами. Выполнением алгоритма 1600 может управлять контроллер, такой как контроллер 12 двигателя 10.
На этапе 1602 алгоритм включает в себя оценивание и/или измерение условий работы двигателя. Эти условия могут включать в себя, например, следующее: частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, заданный крутящий момент, давление воздуха в коллекторе (ДВК), воздушно-топливное отношение, массовый расход воздуха (МРВ), давление наддува, температуру двигателя, момент зажигания, температуру во впускном коллекторе, границы детонации и т.д. На этапе 1604 алгоритм включает в себя определение режима работы двигателя по оцененным условиям работы двигателя. Например, нагрузка двигателя может быть важным фактором в определении режима работы двигателя, которым может быть трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК, трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК с регулярной, базовой продолжительностью впуска, или не-ДОЦ режим (или четырехцилиндровый режим). Регулярные, базовые продолжительности впуска в трехцилиндровом режиме без РЗВпК могут быть , чем продолжительности впуска в трехцилиндровом режиме без РЗВпК. В другом примере режим работы двигателя может также определяться заданным крутящим моментом. Больший запрошенный крутящий момент может требовать работу двигателя в не-ДОЦ режиме или в четырехцилиндровом режиме. Меньший запрошенный крутящий момент может позволить перевести двигатель в ДОЦ режим. Как будет представлено далее со ссылкой на схему 1180 на фиг. 11, режим работы двигателя может определяться сочетанием частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Следовательно, на этапе 1606 алгоритм 1600 может определить, не находится ли двигатель в условиях высокой (или очень высокой) нагрузки. Например, двигатель может испытывать повышенную нагрузку при преодолении транспортным средством крутых подъемов. В другом примере может быть задействована система кондиционирования воздуха, что также повысит нагрузку на двигатель. Если определяют, что существует условие высокой нагрузки двигателя, то алгоритм 1600 продолжает свое выполнение переходом на этап 1608 для включения в работу всех цилиндров и работы в не-ДОЦ режиме. В случае приведенного в качестве примера и показанного на фиг. 14 двигателя 10, в не-ДОЦ режиме могут работать все четыре цилиндра. Таким образом, не-ДОЦ режим может быть выбран при очень высоких нагрузках двигателя и/или очень высоких частотах вращения двигателя.
На этапе 1610 зажигание в четырех цилиндрах может происходить в следующей последовательности: 1-3-2-4, причем зажигание в цилиндрах 2, 3 и 4 будет происходить с интервалом примерно 240 градусов УПКВ, а зажигание в цилиндре 1 будет происходить примерно посередине интервала между зажиганиями в цилиндре 4 и цилиндре 3. В данном примере показанный на фиг. 14 цилиндр 31 является цилиндром 1, показанный на фиг. 14 цилиндр 33 является цилиндром 2, показанный на фиг. 14 цилиндр 35 является цилиндром 3, в показанный на фиг. 14 цилиндр 37 является цилиндром 4. Когда все цилиндры включены в работу, зажигание в отдельном отключаемом цилиндре 1 (цилиндр 31) может происходить примерно на середине интервала между зажиганиями в цилиндре 4 и цилиндре 3. Кроме того, события зажигания в цилиндре 4 могут быть отделены от событий зажигания в цилиндре 3 на 240 градусов угла поворота коленчатого вала. То есть зажигание в цилиндре 1 может происходить примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 4 и примерно за 120 градусов угла поворота коленчатого вала до зажигания в цилиндре 3. Кроме того, зажигание в цилиндре 2 может происходить примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 3, а зажигание в цилиндре 4 может происходить примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в цилиндре 2. То есть не-ДОЦ режим включает в себя неодинаковые интервалы между зажиганием в цилиндрах (например, 120°-240°-240°-120°), когда зажигание в цилиндре 3 происходит через 120 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 1, зажигание в цилиндре 2 происходит через 240 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 3, зажигание в цилиндре 4 происходит через 240 градусов УПКВ после зажигания в цилиндре 2, а зажигание в цилиндре 1 происходит через 120 градусов УПКВ после цилиндра 4. В не-ДОЦ режиме работа продолжается в той же последовательности с теми же самыми интервалами между зажиганиями в цилиндрах.
Если на этапе 1606 определяют, что условия высокой нагрузки двигателя не существуют, то алгоритм 1600 переходит на этап 1612, на котором он может определить, существуют ли условия низкой нагрузки двигателя. Например, нагрузка на двигатель может быть небольшой, когда транспортное средство движется с крейсерской скоростью по трассе. В другом примере меньшая нагрузка двигателя может возникать, когда транспортное средство спускается под уклон. Если на этапе 1612 определяют существование низкой нагрузки двигателя, то алгоритм 1600 продолжается этапом 1614 для работы двигателя в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК. При этом может быть отключен цилиндр 1. Как было разъяснено со ссылкой на фиг. 15, трехцилиндровый режим с РЗВпК может включать в себя приведение в действие впускных клапанов соответствующими вторыми кулачками. Следовательно, на этапе 1616 три включенных в работу цилиндра могут работать с продолжительностью открытия впускного клапана, составляющей 120 градусов угла поворота коленчатого вала, и на этапе 1618 с высотой подъема впускного клапана, составляющей 3 мм. Дополнительно, на этапе 1620 зажигания в трех включенных в работу цилиндрах (цилиндрах 2, 3 и 4) могут происходить с интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Затем алгоритм 1600 может перейти на этап 1632.
Если на этапе 1612 определяют, что условия низкой нагрузки двигателя отсутствуют, то алгоритм 1600 переходит на этап 1622, на котором он может определить работу со средней нагрузкой двигателя. Затем, на этапе 1624, двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме без РЗВпК, в котором цилиндр 1 может быть отключен, а цилиндры 2, 3 и 4 могут быть включены в работу. При этом впускные клапаны включенных в работу цилиндров могут приводиться в движение своими соответствующими первыми кулачками. Кроме того, на этапе 1626 продолжительности впуска в трех включенных в работу цилиндрах могут составлять 240 градусов угла поворота коленчатого вала, а на этапе 1628 впускные клапаны могут подниматься примерно до 9 мм. На этапе 1630 события горения топливовоздушной смеси в трех включенных в работу цилиндрах могут происходить с интервалами в 240 градусов угла поворота коленчатого вала.
После того, как будет выбран режим работы двигателя и будет начата работа двигателя в выбранном режиме (например, на одном из этапов 1610, 1624 или 1614), алгоритм 1600 на этапе 1632 может определить, происходит ли изменения нагрузки двигателя. Например, транспортное средство может завершить подъем в гору и выехать на более ровную дорогу, и при этом существующая высокая нагрузка двигателя снизится до умеренной нагрузки. Еще в одном примере транспортное средство может ускориться на трассе для обгона других транспортных средств. При этом нагрузка двигателя может увеличиться до умеренной или высокой нагрузки. Если на этапе 1632 будет определено, что нагрузка не изменяется, то выполнение алгоритма 1600 продолжается этапом 1634 для продолжения работы двигателя в выбранном режиме. В противном случае, на этапе 1636 двигатель может быть переведен в другой режим работы в зависимости от того, как изменилась нагрузка двигателя. Переходы из режима в режим подробнее будут раскрыты со ссылкой на фиг. 17, где показан пример алгоритма 1700 для перехода двигателя из текущего режима работы в другой режим работы по результатам определения нагрузки двигателя.
Для того чтобы обеспечить плавность перехода и снизить скачки крутящего момента, на этапе 1638 могут быть отрегулированы различные параметры двигателя. Например, при переходе от ДОЦ режима в не-ДОЦ режим, может быть уменьшена степень открытия впускного дросселя для того, чтобы могло уменьшиться ДВК. Так как при переходе из ДОЦ режима в не-ДОЦ режим может увеличиться количество цилиндров с зажиганием, для того, чтобы минимизировать скачки крутящего момента может потребоваться уменьшение воздушного потока к каждому из цилиндров с зажиганием, а следовательно, и уменьшение ДВК. Поэтому, регулировки могут быть выполнены таким образом, чтобы впускной коллектор был бы заполнен воздухом до меньшей степени, чтобы достичь такого воздушного заряда и ДВК, которые бы обеспечили запрошенный водителем крутящий момент сразу же после включения цилиндров в работу снова. Соответственно, на основе оцененных параметров работы двигателя, дроссель двигателя может быть отрегулирован для снижения потока воздуха и ДВК до требуемого уровня. Дополнительно или альтернативно, момент зажигания может быть установлен с запаздыванием, чтобы сохранить постоянный крутящий момент на всех цилиндрах, что позволит сгладить скачки крутящего момента цилиндра. Когда будет снова восстановлено достаточное давление ДВК, момент зажигания может быть восстановлен, а положение дросселя - отрегулировано обратно. В дополнение к регулировкам дросселя и момента зажигания, для компенсации скачков крутящего момента могут быть также отрегулированы моменты срабатывания клапанов. Выполнение алгоритма 1600 может быть закончено после этапа 1638.
На показанной на фиг. 11 схеме 1180 показан график частота вращения двигателя - нагрузка двигателя для показанного на фиг. 14 варианта осуществления двигателя. В частности, схема 1180 указывает различные режимы работы двигателя, доступные для различных комбинаций частот вращения двигателя и нагрузок двигателя. На схеме 1180 частота вращения двигателя отложена по оси x, а нагрузка двигателя отложена по оси y. Линией 1122 представлена максимальная нагрузка, под которой данный двигатель может работать с данной частотой вращения двигателя. Зоной 1124 представлен четырехцилиндровый не-ДОЦ режим для такого четырехцилиндрового двигателя, как описанный выше двигатель 10. Зоной 1148 представлен трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК, а зоной 1182 представлен трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК.
Схема 1180 описывает пример работы двигателя, когда двигатель может работать главным образом в одном из двух доступных трехцилиндровых ДОЦ режимов. Для показанного на фиг. 14 двигателя 10 опция двухцилиндрового ДОЦ режима недоступна. Двигатель 10 может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК в условиях низких нагрузок двигателя и низких частот вращения двигателя, в условиях низких нагрузок двигателя и умеренных частот вращения двигателя и в условиях низких нагрузок двигателя и высоких частот вращения двигателя. Режим работы двигателя может быть изменен на трехцилиндровый режим без РЗВпК при умеренных нагрузках двигателя при всех частотах вращения двигателя, кроме очень высоких, что показано зоной 1148. В условиях очень высоких частот вращения двигателя при любых нагрузках, и при очень высоких нагрузках при любых частотах вращения двигателя, может быть использован не-ДОЦ режим работы.
Из рассмотрения схемы 1180 следует понимать, что приведенный в качестве примере и показанный на фиг. 14 двигатель может работать по существу в трехцилиндровом режиме. Не-ДОЦ режим может быть выбран только в условиях высокой нагрузки двигателя и высокой частоты вращения двигателя. Тем самым может быть улучшена топливная экономичность при уменьшении количества переходов между трехцилиндровым режимом и не-ДОЦ режимом. В показанном на схеме 1180 примере количество переходов между ДОЦ и не-ДОЦ режимами может быть значительно сокращено. За счет сокращения количества переходов между различными режимами работы двигателя можно упростить управления двигателем и снизить скачки крутящего момента, происходящие при таких переходах. Кроме того, в приведенном в качестве примера двигателе 10, отдельный цилиндр может быть выполнен с возможностью отключения, что позволит снизить затраты. По сравнению с работой двигателя, показанной в качестве примера на схеме 1140, улучшения топливной экономичности могут быть сравнительно меньшими.
Таким образом, обеспечивается способ управления двигателем, включающий в себя в течение существования первого условия работу двигателя с отдельным отключенным цилиндром и остальными цилиндрами, включенными в работу с первой продолжительностью впуска; в течение существования второго условия, работу двигателя с отдельным отключенным цилиндром и остальными цилиндрами, включенными в работу со второй продолжительностью впуска; а в течение существования третьего условия, работу двигателя со всеми цилиндрами, включенными в работу. При этом первое условие может включать в себя первую нагрузку двигателя, второе условие может включать в себя вторую нагрузку двигателя, а третье условие может включать в себя третью нагрузку двигателя, причем вторая нагрузка двигателя меньше первой нагрузки двигателя, а первая нагрузка двигателя меньше третьей нагрузки двигателя. Способ может также включать в себя в течение существования первого условия работу остальных цилиндров с первой высотой подъема впускного клапана, а в течение существования второго условия - работу остальных цилиндров со второй высотой подъема впускного клапана. Кроме того, в течение существования третьего условия, все цилиндры могут быть включены в работу с первой продолжительностью впуска и первой высокой подъема впускного клапана. При этом первая высота подъема впускного клапана может превышать вторую высоту подъема впускного клапана, а первая продолжительность впуска может быть больше второй продолжительности впуска. Кроме того, первая продолжительность впуска может составлять примерно 240 градусов угла поворота коленчатого вала, а вторая продолжительность впуска может составлять примерно 120 градусов угла поворота коленчатого вала. Продолжительность выпуска может быть одинаковой в течение существования всех трех условий и может составлять примерно 260 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме того, второе условие может включать в себя условие работы двигателя на холостом ходу.
Способ может также включать в себя переключение между первым условием и вторым условием посредством системы переключения профилей кулачков между первым кулачком и вторым кулачком, причем первый кулачок предназначен для открытия первого впускного клапана каждого из остальных цилиндров на первую продолжительность впуска, а второй кулачок предназначен для открытия первого впускного клапана каждого из остальных цилиндров на вторую продолжительность впуска. Кроме того, в течение существования первого и второго условий события зажигания в цилиндрах в двигателе могут быть отделены друг от друга интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. В течение существования третьего условия зажигание в отдельном цилиндре может происходить примерно посередине интервала между зажиганиями в четвертом и третьем цилиндрах, а зажигания в четвертом и третьем цилиндрах могут происходить с интервалом относительно друг друга в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Способ также может включать в себя зажигание во втором цилиндре примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в третьем цилиндре.
На фиг. 17 описывается алгоритм 1700 для определения переходов приведенного в качестве примера и показанного на фиг. 10 двигателя с одного режима работы на другой режим работы в зависимости от условий по нагрузке двигателя. В частности, двигатель может быть переведен из не-ДОЦ режима в трехцилиндровый или двухцилиндровый ДОЦ режим и наоборот, а также может быть переведен из одного трехцилиндрового ДОЦ режима в другой трехцилиндровый ДОЦ режим.
На этапе 1702 может быть определен текущий режим работы. Например, четырехцилиндровый двигатель может работать в не-ДОЦ режиме со всеми включенными в работу цилиндрами, в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК, или в трехцилиндровом ДОЦ режиме без РЗВпК. На этапе 1704 может быть определено, работает ли двигатель в четырехцилиндровом режиме. Если нет, то алгоритм 1700 может перейти на этап 1706 для определения того, не является ли текущим режимом работы двигателя трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК. Если нет, то на этапе 1708 алгоритм 1700 может определить, работает ли двигатель в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК. Если нет, то алгоритм 1700 возвращается на этап 1704.
Если на этапе 1704 подтверждается, что присутствует не-ДОЦ режим работы двигателя, то алгоритм 1700 может продолжиться на этапе 1710 для проверки того, произошло ли снижения нагрузки двигателя. Если текущим режимом работы двигателя является не-ДОЦ режим со всеми цилиндрами, включенными в работу, это может значить, что двигатель испытывает высокую или очень высокую нагрузку. В другом примере работа двигателя в не-ДОЦ режиме может быть ответом на очень высокую частоту вращения двигателя. То есть если двигатель работает в не-ДОЦ режиме из-за того, что он испытывает высокую нагрузку, то смена рабочего режима может произойти исключительно при снижении нагрузки. Увеличение нагрузки двигателя не может привести к смене рабочего режима.
Если подтверждается, что уменьшения нагрузки не произошло, то на этапе 1712 работа двигателя может быть продолжена в текущем режиме, и выполнение алгоритма 1700 заканчивается. Тем не менее, если определяют, что произошло снижение нагрузки, то алгоритм переходит на этап 1714 для определения того, снизилась ли нагрузка до умеренной нагрузки. В другом примере изменение условий работы двигателя может включать в себя снижение нагрузки до умеренной и изменение частоты вращения двигателя до высокой, умеренной или низкой частоты вращения. Как было описано выше со ссылкой на схему 1180, на фиг. 11, переход к условиям умеренной нагрузки и умеренной частоты вращения двигателя и к условиям умеренной нагрузки и низкой частоты вращения двигателя может позволить двигателю работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме без РЗВпК. Следует понимать, что переход на трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК может также произойти в условиях умеренной нагрузки и высокой частоты вращения двигателя. Соответственно, если подтверждается снижение нагрузки до умеренной, то на этапе 1716 может произойти переход в трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК. При этом 1 цилиндр из четырех может быть отключен, а остальные цилиндры могут быть оставлены включенными в работу. Кроме того, в остальных трех цилиндрах впускные клапаны могут приводиться в движение своими соответствующими первыми кулачками, обеспечивающими  продолжительность впуска. Затем выполнение алгоритма 1700 может быть завершено.
Если на этапе 1714 определяют, что нагрузка двигателя снизилась не до условий умеренной нагрузки, тогда алгоритм 1700 переходит на этап 1718 для подтверждения того, что снижение нагрузки двигателя произошло до условий низкой нагрузки. Как было разъяснено выше со ссылкой на показанную на фиг. 11 схему 1180, низкие нагрузки двигателя при частотах вращения двигателя от низких до высоких могут позволить работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК. Если снижение нагрузки произошло не до условий низкой нагрузки, то алгоритм 1700 возвращается на этап 1710. В противном случае, на этапе 1720 может быть выполнен переход в трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК с отключением цилиндра 1 и сохранением работающими цилиндров 2, 3 и 4. Кроме того, впускные клапаны в трех включенных в работу цилиндрах могут приводиться в движение своими соответствующими вторыми кулачками, обеспечивающими меньшую продолжительность впуска. Выполнение алгоритма 1700 после этого может быть завершено.
Возвращаясь к этапу 1706, если на нем будет подтверждено, что текущим режимом работы двигателя является трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК, то алгоритм 1700 продолжается этапом 1722, на котором определяют, произошло ли увеличение нагрузки двигателя. Если текущим режимом работы двигателя является трехцилиндровый режим без РЗВпК, это значит, что до этого двигатель мог находиться в условиях умеренной нагрузки. Поэтому смена текущего режима может произойти при увеличении нагрузки двигателя или значительном повышении частоты вращения двигателя. Смена текущего режима может также произойти, если наблюдается уменьшение нагрузки двигателя до низкой. Если на этапе 1722 подтверждают увеличение нагрузки двигателя, то алгоритм 1700 продолжается этапом 1724, на котором происходит переход в не-ДОЦ режим. При этом для работы двигателя в четырехцилиндровом режиме может быть включен в работу цилиндр 1. Кроме этого, впускные клапаны во всех цилиндрах могут приводиться в движение своими соответствующими первыми кулачками, обеспечивающими  продолжительность впуска.
Если на этапе 1722 определяют, что увеличения нагрузки двигателя не произошло, то на этапе 1726 алгоритм 1700 может проверить, произошло ли уменьшения нагрузки двигателя. Если да, то на этапе 1728 двигатель может быть переведен в трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК. Система ППК может выполнить переключение приводных кулачков впускных клапанов с первого кулачка, обеспечивающего  продолжительность впуска, на второй кулачок, обеспечивающий меньшую продолжительность впуска. Если уменьшение нагрузки двигателя не подтверждается, то алгоритм 1700 может продолжиться этапом 1712, на котором может быть продолжена работа двигателя в текущем режиме. При этом текущим режимом работы двигателя является трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК.
Возвращаясь к этапу 1708, если на нем будет подтверждено, что текущим режимом работы двигателя является трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК, то алгоритм 1700 продолжается этапом 1730, на котором определяют, произошло ли увеличение нагрузки двигателя. Если текущим режимом работы двигателя является трехцилиндровый ДОЦ режим с РЗВпК, это значит, что до этого двигатель мог находиться в условиях более легких нагрузок. Поэтому смена текущего режима может произойти при увеличении нагрузки двигателя либо до умеренной, либо до высокой, либо до очень высокой. В другом примере смена текущего режима может также произойти, если частота вращения двигателя увеличится до очень высокой частоты. Если на этапе 1730 увеличение нагрузки двигателя не подтверждается, то алгоритм 1700 переходит на этап 1732 для продолжения работы в текущем трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК. Следует отметить, что относительная частота вращения (или нагрузка или другие аналогичные параметры), называемая высокой или низкой, относится к относительной частоте вращения, сравниваемой с диапазоном доступных частот вращения.
Если на этапе 1730 подтверждается увеличение нагрузки двигателя, то алгоритм 1700 может продолжиться этапом 1734, на котором определяют, увеличилась ли нагрузка двигателя до средней нагрузки (с текущей низкой нагрузки). Если да, то на этапе 1736 двигатель может быть переведен в трехцилиндровый ДОЦ режим без РЗВпК. Система ППК может выполнить переключение приводных кулачков впускных клапанов со второго кулачка, обеспечивающего меньшую продолжительность впуска, на первый кулачок, обеспечивающий  продолжительность впуска. Если увеличение нагрузки двигателя до средней величины не подтверждается, то алгоритм 1700 может перейти на этап 1738 для определения того, увеличилась ли нагрузка до высокой (или очень высокой) нагрузки. Если да, то на этапе 1740 может быть включен цилиндр 1 и двигатель может быть переведен в не-ДОЦ режим работы. Кроме этого, впускные клапаны во всех цилиндрах могут приводиться в движение своими соответствующими первыми кулачками, обеспечивающими  продолжительность впуска. Затем выполнение алгоритма 1700 может быть завершено. Если нагрузка двигателя увеличилась не до высокой (или очень высокой) нагрузки, то алгоритм 1700 может возвратиться на этап 1730.
Таким образом, показанный на фиг. 14 вариант осуществления может включать в себя двигатель с четырьмя цилиндрами, в котором отдельный из четырех цилиндров включает в себя механизм отключения. Кроме того, каждый из остальных трех из четырех цилиндров (исключая отдельный цилиндр) включает в себя по меньшей мере один впускной клапан, выполненный с возможностью переключения между открытым и закрытым положениями посредством первого впускного кулачка, имеющего первый профиль для открытия впускного клапана на первую продолжительность впуска, и посредством второго впускного кулачка, имеющего второй профиль для открытия впускного клапана на вторую продолжительность впуска. Кроме этого, двигатель может включать в себя контроллер с хранящимися в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемыми инструкциями для того чтобы при низкой нагрузке двигателя отключать отдельный цилиндр и приводить в действие впускной клапан каждого из остальных трех цилиндров вторым впускным кулачком. При средней нагрузке двигателя контроллер может отключать отдельный цилиндр и приводить в действие впускной клапан каждого из остальных трех цилиндров первым впускным кулачком, а при высокой нагрузке двигателя контроллер может включать отдельный цилиндр в работу и приводить в действие впускной клапан каждого из остальных трех цилиндров первым впускным кулачком. При этом первый впускной кулачок может иметь профиль, обеспечивающий продолжительность впуска,  продолжительности впуска, обеспечиваемой вторым впускным кулачком. Следовательно, первая продолжительность впуска больше второй продолжительности впуска. Кроме этого, первый профиль первого впускного кулачка может иметь первую высоту подъема клапана, а второй профиль второго впускного кулачка может иметь вторую высоту подъема клапана, причем вторая высота подъема клапана меньше первой высоты подъема клапана. Другими словами, первая подъем клапана выше второго подъема клапана.
Таким образом, двигатель с отключаемыми цилиндрами (ДОЦ) может работать с существенным снижением расхода топлива и более плавным управлением двигателем. Двигатель может включать в себя коленчатый вал, создающий условия для работы в трехцилиндровом ДОЦ режиме с равномерным зажиганием в цилиндрах таким образом, что зажигания в трех из четырех цилиндров происходят с интервалом примерно в 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. При этом может быть отключен отдельный цилиндр из четырех.
Двигатель также может работать в четырехцилиндровом или не-ДОЦ режиме, когда все цилиндры включены в работу с неравномерным зажиганием. В одном примере коленчатый вал может обеспечить зажигание в отдельном цилиндре примерно посередине интервала между зажиганиями в двух из трех цилиндров. Режим с неравномерным зажиганием может включать в себя зажигание в отдельном цилиндре примерно на нуле градусов угла поворота коленчатого вала (УПКВ), с последующим зажиганием в первом из трех цилиндров примерно через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в отдельном цилиндре. Зажигание во втором из трех цилиндров может происходить примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в первом из трех цилиндров, после чего зажигание может происходить в третьем из трех цилиндров примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания во втором из трех цилиндров. Например, в четырехцилиндровом двигателе с расположенными в один ряд цилиндрами 1, 2, 3, 4, порядок зажигания в цилиндрах в четырехцилиндровом режиме может быть 1-3-2-4, причем зажигания в цилиндрах 2, 3 и 4 происходят с интервалом 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга, а зажигание в цилиндре 1 происходит примерно посередине интервала между зажиганиями в цилиндре 4 и цилиндре 3.
Описанный выше двигатель может быть двигателем без наддува или двигателем с турбонаддувом. В примере двигателя с турбонаддувом с ДОЦ режимом и порядком зажигания в цилиндрах 1-3-2-4 для разделения импульсов отработавших газов может быть предусмотрена двухспиральная выпускная турбина. Выпускные направляющие каналы от цилиндра 1 и цилиндра 2 могут быть соединены с первой спиралью выпускной турбины, а выпускные направляющие каналы от цилиндра 3 и цилиндра 4 могут быть соединены со второй спиралью выпускной турбины. При этом каждая спираль может принимать импульсы отработавших газов, отделенные друг от друга интервалом, составляющим по меньшей мере 240 градусов УПКВ. Симметричная компоновка подобная описанной выше может улучшить эффективность турбины. Альтернативная компоновка может включать в себя соединение выпускного направляющего канала от цилиндра 1 с первой спиралью выпускной турбины и соединение выпускных направляющих каналов от цилиндров 2, 3 и 4 со второй спиралью выпускной турбины. Такая компоновка может также обеспечить в каждой спирали разделение импульсов отработавших газов интервалом, составляющим по меньшей мере 240 градусов УПКВ, но может отличаться относительно более низкой эффективностью турбины. Тем не менее, каждая из представленных компоновок может предложить компактность, которая может быть использована при встраивании выпускного коллектора в головку блока цилиндров. Имеющий встроенный выпускной коллектор двигатель может иметь сниженный вес, уменьшенную площадь поверхности и характеризоваться меньшими затратами.
В другом варианте осуществления двигатель может обладать способностью работы в двухцилиндровом ДОЦ режиме в условиях низкой (или более низкой) нагрузки двигателя. В данном варианте осуществления только три из четырех цилиндров могут быть снабжены механизмами отключения. Отдельный цилиндр с неравномерным зажиганием (в четырехцилиндровом режиме) может быть одним из трех цилиндров, снабженных механизмами отключениями. Например, цилиндры 1, 3 и 4 могут быть отключаемыми, а цилиндр 2 может быть включаемым. Для работы в двухцилиндровом ДОЦ режиме отдельный цилиндр с неравномерным зажиганием может быть включен в работу вместе с другим, неотключаемым цилиндром. Например, в двухцилиндровом ДОЦ режиме цилиндр 1 и цилиндр 2 могут быть включены в работу, а цилиндры 3 и 4 могут быть отключены. Кроме того, двигатель может работать с равномерным зажиганием в цилиндрах, когда интервал между зажиганиями в двух включенных в работу цилиндрах (цилиндрах 1 и 2) составляет примерно 360 градусов УПКВ. В этом варианте осуществления, как было отмечено выше, двигатель может работать в двухцилиндровом ДОЦ режиме при пониженных нагрузках двигателя. В условиях средней нагрузки двигателя, он может быть переведен в трехцилиндровый ДОЦ режим. Кроме этого, условие повышенной нагрузки двигателя может предусматривать работу двигателя в четырехцилиндровом или не-ДОЦ режиме. Дополнительно, на холостом ходу, двигатель может работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме. Следует отметить, что указанные выше условия по нагрузке двигателя являются относительными. То есть условия низкой нагрузки двигателя могут включать в себя условия, в которых нагрузка двигателя меньше, чем и средняя нагрузка двигателя, и высокая (или более высокая) нагрузки двигателя. Условия средней нагрузки двигателя включают в себя условия, когда нагрузка двигателя больше, чем в условиях низкой нагрузки, но меньше, чем в условиях высокой (или более высокой) нагрузки. Условия высокой или очень высокой нагрузки двигателя включают в себя нагрузки двигателя, которые могут быть больше и средних, и низких (или более низких) нагрузок двигателя.
В еще одном варианте осуществления двигатель может быть не способен работать в двухцилиндровом ДОЦ режиме. Здесь при более низких нагрузках двигателя, он может работать в трехцилиндровом режиме с ранним закрытием впускного клапана (РЗВпК). В таком варианте осуществления содержать механизм отключения может только отдельный цилиндр с неравномерным зажиганием. Остальные три цилиндра могут включать в себя впускные клапаны, которые могут приводиться в движение двумя кулачками: первым кулачком, обеспечивающим  продолжительность впуска и более высокую высоту подъема клапана, и вторым кулачком, обеспечивающим меньшую продолжительность впуска и меньшую высоту подъема клапана. При этом второй кулачок может создавать условия для работы с РЗВпК. В этом варианте осуществления, контролер двигателя может эксплуатировать двигатель в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК при более легких нагрузках двигателя и может переводить двигатель на работу в трехцилиндровом режиме без РЗВпК при умеренных нагрузках двигателя. В некоторых примерах, в условиях более высоких нагрузок двигателя, он может работать в трехцилиндровом режиме без РЗВпК. Наконец, при очень высоких нагрузках двигателя контроллер может переводить его на работу в не-ДОЦ режиме (со всеми работающими цилиндрами) и включать в работу отдельный цилиндр. Следует понимать, что трехцилиндровый ДОЦ режим включает в себя равномерное зажигание в цилиндрах примерно через 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. Кроме этого, в не-ДОЦ режиме может использоваться неравномерная схема зажигания в цилиндрах.
Таким образом, для работы двигателя в раскрытых выше вариантах осуществления главным образом может использоваться трехцилиндровый ДОЦ режим. В дополнение к преимуществам по экономии топлива, двигатель может работать со сниженными ШВНР, что улучшает дорожные качества транспортного средства. Одиночный уравновешивающий вал может заменить собой применяемые обычно два уравновешивающих вала, вращаясь в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала и компенсируя вибрации, в результате чего снижается вес и уменьшаются потери на трение. Соответственно, повышается топливная экономичность. Также в описываемых вариантах осуществления может быть использован интегрированный выпускной коллектор, обеспечивающий дополнительное снижение веса двигателя. В примере двигателя с турбонаддувом и двухспиральным турбонагнетателем, имеющего режим двигателя с отключением цилиндров (ДОЦ), можно получить разделение импульсов отработавших газов, результатом чего могут стать повышение объемного к.п.д. и мощности двигателя. В примере двигателя, способного работать в трехцилиндровом ДОЦ режиме с РЗВпК, двигатель может работать главным образом в трехцилиндровом ДОЦ режиме. То есть может быть снижен расход топлива и повышен к.п.д. двигателя. Кроме того, за счет применения двухступенчатого подъема впускного клапана, может быть увеличено движение воздушного заряда в цилиндрах и снижены потери на перекачку. Кроме этого, может быть уменьшено количество переходов между ДОЦ и не-ДОЦ режимами, что будет иметь результатом более плавную работу двигателя и улучшенное управление двигателем. В целом, раскрытые здесь варианты осуществления двигателя с отключаемыми цилиндрами дают существенные улучшения топливной экономичности и дорожных качеств транспортного средства.
В одном представлении способ управления двигателем с отключаемыми цилиндрами, в режиме со всеми включенными в работу цилиндрами может включать в себя зажигание в первом цилиндре на 120 градусах поворота коленчатого вала, зажигание во втором цилиндре через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в первом цилиндре, зажигание в третьем цилиндре через 240 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания во втором цилиндре, зажигание в четвертом цилиндре через 120 градусов угла поворота коленчатого вала после зажигания в третьем цилиндре. Кроме того, в режиме с включенными в работу тремя цилиндрами, способ может включать в себя зажигание в трех включенных в работу цилиндрах с интервалом в 240 градусов угла поворота коленчатого вала относительно друг друга. В одном примере три цилиндра могут включать в работу в условиях холостого хода двигателя. В другом примере три цилиндра могут включать в работу в условиях средней нагрузки двигателя. При включении в работу двух цилиндров способ также может включать в себя зажигание в этих цилиндрах с интервалами в 360 градусов угла поворота коленчатого вала. Два цилиндра могут включать в работу в условиях низкой нагрузки двигателя.
В другом представлении для обеспечения заряда сжатого воздуха для двигателя система двигателя может содержать турбонагнетатель, содержащий впускной компрессор и выпускную турбину, содержащую первую и вторую спирали, при этом система двигателя также может содержать однорядную группу из четырех цилиндров, в которой первый цилиндр сообщается по текучей среде с первой спиралью выпускной турбины, а остальные три цилиндра сообщаются по текучей среде со второй спиралью выпускной турбины. Кроме того, контроллер может быть выполнен с хранящимися в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемыми инструкциями для того, чтобы в течение существования первого условия направлять поток отработавших газов от первого цилиндра к первой спирали выпускной турбины и направлять поток отработавших газов от остальных трех цилиндров ко второй спирали выпускной турбины. При этом первое условие может включать в себя условия высокой нагрузки двигателя. Кроме этого, первая спираль выпускной турбины может принимать отработавшие газы от первого цилиндра с интервалами в 720 градусов угла поворота коленчатого вала, а вторая спираль выпускной турбины может принимать отработавшие газы от остальных трех цилиндров с интервалами в 240 градусов угла поворота коленчатого вала. Выпускная турбина может принимать отработавшие газы от первого цилиндра примерно посередине интервала между приемами отработавших газов от двух из трех остальных цилиндров.
Контроллер также может быть выполнен с возможностью того, чтобы в течение существования второго условия, отключать поток отработавших газов от первого цилиндра к первой спирали выпускной турбины и направлять поток отработавших газов от остальных трех цилиндров ко второй спирали выпускной турбины. При этом второе условие может включать в себя условия средней нагрузки двигателя. В другом примере второе условие может включать условия холостого хода двигателя.
Контроллер также может быть выполнен с возможностью того, чтобы в течение существования третьего условия включать в работу первый цилиндр, включать в работу первый из остальных трех цилиндров и отключать второй и третий цилиндры из остальных трех цилиндров. При этом ко второй спирали может подаваться поток отработавших газов от первого из остальных трех цилиндров, а к первой спирали выпускной турбины может подаваться поток отработавших газов от первого цилиндра. Кроме того, выпускная турбина может принимать отработавшие газы с интервалами в 360 градусов угла поворота коленчатого вала. Кроме этого, третье условие может включать в себя условия низкой нагрузки двигателя.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.