СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ Российский патент 2014 года по МПК F02D13/02 F02D41/00 F02B37/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления частотой вращения турбонагнетателя поршневого двигателя в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение относится к системе управления для поршневого двигателя с турбонаддувом в соответствии с ограничительной частью пункта 14 формулы изобретения.

Уровень техники

На горение топлива в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и на преобразование энергии топлива в механическую работу влияют различные факторы, некоторые из которых связаны с процессом, а другие - механической конструкцией двигателя. Современные поршневые двигатели с воспламенением от сжатия обычно обеспечены нагнетателем, как правило турбонагнетателем. Турбонагнетательное устройство является особенно выгодным вследствие того, что оно использует энергию выхлопного газа двигателя. Таким образом, благодаря использованию турбонагнетателя можно, например, увеличивать мощность и коэффициент полезного действия двигателя. Однако на практике турбонагнетатель, компрессор которого приводится в действие посредством турбины выхлопного газа, имеет тенденцию быть неэффективным при условиях работы двигателя с низкой нагрузкой. Эту проблему обычно решают с помощью комбинации слегка уменьшенной турбины, снабженной перепускным клапаном, через который часть выхлопных газов может обходить турбину при работе с более высокой нагрузкой. Однако использование перепускного клапана не выгодно в отношении коэффициента полезного действия при работе с высокой нагрузкой из-за увеличения, например, удельного расхода топлива двигателя.

Существуют некоторые эксплуатационные задачи для двигателей внутреннего сгорания, к решению которых в общем стремятся. Такие задачи представляют собой, в частности, но не исключительно, понижение удельного расхода топлива и выделений отработавших газов. Использование турбонагнетателя является общепринятым способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания. Функционирование турбонагнетателя зависит от характеристик и согласования соответствующих компрессора и турбины. Использование высоких степеней повышения давления в компрессоре, то есть использование по существу высокого давления подпитки в системе всасывания двигателя, является выгодным. Функционирование компрессорной части турбонагнетателя ограничено, с одной стороны, пределом, который соответствует максимальной пропускной способности компрессора, а с другой стороны, запасом компрессора по помпажу. Помпаж (пульсация) компрессора является нежелательным для функционирования двигателя, поскольку давление и поток воздуха для горения, подаваемого в двигатель, уменьшаются, как только компрессор начинает пульсировать. По этой причине, чтобы гарантировать оптимальное функционирование компрессора и двигателя в изменяющихся условиях, необходим определенный запас надежности между эксплуатационным режимом компрессора и предельным значением по помпажу. Также эффективность при эксплуатации компрессора находится на своем самом высоком уровне, когда эксплуатационный режим находится на определенной дистанции от предельного значения по помпажу.

Важной проблемой, относящейся к функционированию поршневого двигателя с турбонаддувом, является установка момента открытия или закрытия клапанов. Примером устройства для выполнения изменений в установке момента открытия или закрытия клапанов является WO 9830787 A1. В указанном документе показано устройство, предназначенное для управления клапанами в двигателе внутреннего сгорания, которое позволяет задерживать открытие клапана двигателя и закрывать клапан раньше, делая время открытия клапана короче. В соответствии с этим документом его можно использовать и для впускных, и для выпускных клапанов, но в указанном документе не раскрыты конкретные применения такого устройства.

В частности, в больших поршневых двигателях, то есть в двигателях, имеющих диаметр цилиндра, превышающий или равный 200 мм, и/или способных производить мощность свыше 150 кВт/цилиндр, к управлению двигателем и процессом горения предъявляются высокие требования, например, главным образом из-за большой камеры сгорания. Также инерция движущихся частей оказывает свое влияние на работу в неустановившемся режиме. Принимая во внимание требования к характеристикам двигателя, которые недавно были значительно повышены, существует необходимость в усовершенствованной системе управления, с помощью которой двигателем можно управлять в необходимых пределах, основываясь на любом параметре из мощности, выделений газов и/или на других эксплуатационных целях.

В WO 2008/000899A1 показано устройство, предназначенное для регулирования момента закрытия газообменного клапана двигателя внутреннего сгорания, которое позволяет, например, выполнять закрытие клапана позже, чем обычно, например, в ситуациях с различными нагрузками двигателя.

В патенте США 6105555 раскрыт двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, имеющий систему и способ для предотвращения быстрого снижения мощности турбонагнетателя во время быстрых переходных процессов снижения топлива в работе двигателя. Предусмотрено устройство управления выпускными клапанами, способное изменять момент открытия выпускного клапана двигателя. Устройство управления выпускными клапанами смещает вперед момент открытия выпускного клапана, чтобы вызывать подачу дополнительного выхлопного газа в турбину, таким образом предотвращая быстрое снижение частоты вращения компрессора и предотвращая помпаж компрессора.

Задача изобретения состоит в том, чтобы создать способ управления частотой вращения турбонагнетателя поршневого двигателя, функционирование которого является более эффективным, чем у двигателей предшествующего уровня техники.

Раскрытие изобретения

В этом контексте термин «процент-градусы» (% град.) означает интеграл от относительного положения клапана по диапазону угла поворота кривошипа, при этом процент означает положение клапана относительно диаметра цилиндра. Угол поворота кривошипа представляет положение кривошипного вала двигателя, при этом полный цикл четырехтактного двигателя содержит 720°, который начинается в верхней мертвой точке перед рабочим ходом.

Задачи изобретения решаются с помощью способа управления частотой вращения турбонагнетателя поршневого двигателя, который содержит по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, систему привода впускного клапана и систему привода выпускного клапана, выполненные с возможностью приведения в действие клапанов, и турбонагнетательное устройство, содержащее компрессорную часть, соединенную по потоку со стороной впуска по меньшей мере одного впускного клапана, и турбинную часть, соединенную по потоку со стороной выпуска по меньшей мере одного выпускного клапана, при этом двигатель работает в первом режиме работы, в котором двигатель приводят в действие при заданной нагрузке или ниже нее, а воздух для горения нагнетают с помощью компрессорной части турбонагнетательного устройства, при этом впускным клапаном управляют по первому профилю подъема впускного клапана, и воздух вводится в цилиндр, топливо в двигателе воспламеняется посредством воздуха для горения, а выпускным клапаном управляют по первому профилю подъема выпускного клапана, и выхлопные газы, образованные во время сгорания, перемещаются в турбинную часть турбонагнетательного устройства. Особенностью изобретения является то, что двигатель работает во втором режиме работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки, причем закрытие впускного клапана смещается вперед по сравнению с работой в первом режиме работы, и воздушный поток между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части увеличивается, впуская больше воздуха для горения через компрессорную часть.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения двигатель снабжен турбонагнетателем с перепускным клапаном. В этом случае перепускным клапаном управляют так, чтобы в первом режиме работы перепускной клапан был открыт, а во втором режиме работы перепускной клапан был закрыт. Это обеспечивает более высокое давление наддувочного воздуха во время второго режима работы. Увеличенное давление наддувочного воздуха компенсирует эффект закрытия с опережением впускного клапана и одновременно увеличивает поток газа через двигатель во время фазы продувки двигателя. Перепускным клапаном также можно управлять так, чтобы в первом режиме работы перепускной клапан закрывался, а во втором режиме работы перепускной клапан поддерживался закрытым.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения двигатель снабжен турбонагнетателем без перепускного клапана. В этом случае турбонагнетатель выполнен с возможностью обеспечения в достаточной мере увеличенного давления подпитки во втором режиме работы, а также требуемых характеристик в первом режиме работы.

Предпочтительно, во время второго режима работы закрытием подъема впускного клапана управляют так, чтобы он был закрыт до 1% диаметра цилиндра при угле поворота кривошипа приблизительно на 20° раньше, чем во время первого режима работы.

Открытое на положение 1% используется в определении в связи с этим описанием, потому что при осуществлении на практике открытое на положение 1% является легко определяемым и менее неопределенным, чем исходное начало открытия от полностью закрытого положения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения во время второго режима работы закрытием подъема впускного клапана управляют так, чтобы он был закрыт до 1% диаметра цилиндра при угле поворота кривошипа от 35 до 65° перед нижней мертвой точкой.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения во время второго режима работы воздушный поток между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части увеличивается благодаря тому, что впускается больше воздуха через перепускной трубопровод, обеспеченный в двигателе, который продолжается между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения топливо воспламеняют посредством внешнего зажигания, и во время первого режима работы закрытие подъема выпускного клапана и открытие подъема впускного клапана перекрываются, образуя область продувки, а во время второго режима работы областью продувки управляют так, чтобы она была на 5-300% больше, чем во время первого режима работы.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения в двигателе осуществляют воспламенение от сжатия, и во время первого режима работы закрытие подъема выпускного клапана и открытие подъема впускного клапана перекрываются, образуя область продувки, и во время второго режима работы областью продувки управляют так, чтобы она была на 5-60% больше, чем во время первого режима работы.

Предпочтительно, во время второго режима работы область продувки составляет более 150 градусов. Во время второго режима работы закрытием подъема выпускного клапана предпочтительно управляют так, чтобы он был закрыт до 1% диаметра цилиндра при угле поворота кривошипа приблизительно на 15° позже, чем во время первого режима работы.

Предпочтительно, впускные клапаны приводят в действие так, чтобы во время открытия подъем клапана находился в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 15 до 50° перед верхней мертвой точкой.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения момент воспламенения топлива во время второго режима работы опережает на величину, большую 0° и меньшую или равную 5° (угла поворота кривошипа), момент воспламенения топлива в первом режиме работы. Предпочтительно, момент воспламенения топлива опережает приблизительно на 2-3° (угла поворота кривошипа).

Заданная нагрузка составляет 70-85% от максимальной нагрузки двигателя.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления двигатель работает во время второго режима работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки двигателя, так что в то время, как топливо воспламеняется посредством воздуха для горения, нагнетаемого узлом турбонагнетателя, впускные клапаны двигателя закрываются раньше, чем в первом режиме работы, и давление наддува, получаемое с помощью узла турбонагнетателя, увеличивается, и количество перепускного воздушного потока между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части увеличивается, увеличивая массовый расход воздуха через компрессорную часть.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения обеспечен двигатель с перепускным клапаном, и давление наддува увеличивается посредством закрытия перепускного клапана узла турбонагнетателя во время второго режима работы.

Задачи изобретения также решаются с помощью системы управления, которая используется для четырехтактного поршневого двигателя с турбонаддувом, имеющего турбонагнетатель с перепускными впускными и выпускными клапанами, при этом по меньшей мере впускные или выпускные клапаны содержат регулируемую систему привода клапанов, причем система управления содержит блок обработки сигналов, блок передачи управляющих сигналов и блок приема управляющих сигналов, при этом блок передачи сигналов соединен по меньшей мере с одной из систем привода клапанов двигателя, а блок приема сигналов соединен с датчиками двигателя, осуществляющими мониторинг за нагрузкой, частотой вращения двигателя и/или по меньшей мере одной переменной процесса горения. Блок обработки сигналов выполнен с возможностью обработки сигналов, принимаемых блоком приема сигналов, и выдачи сигнала, передаваемого блоком передачи сигналов, таким образом, что изменение в состоянии системы привода клапанов инициируется на основании информации от любого из датчиков двигателя, осуществляющих мониторинг за нагрузкой, частотой вращения двигателя и по меньшей мере одной переменной процесса горения.

Предпочтительно система управления выполнена с возможностью функционирования так, что при превышении 70-73% нагрузки (второй режим работы) система управления устанавливает и/или поддерживает перепускной клапан в закрытом состоянии, смещает вперед время закрытия впускного клапана и задерживает закрытие выпускного клапана.

Четырехтактный поршневой двигатель, в котором осуществляют на практике этот способ, содержит по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, систему привода впускного клапана и систему привода выпускного клапана, выполненные с возможностью приведения в действие клапанов, и турбонагнетательное устройство, содержащее компрессорную часть, соединенную по потоку со стороной впуска по меньшей мере одного впускного клапана, и турбинную часть, соединенную по потоку со стороной выпуска по меньшей мере одного выпускного клапана. Поршневой двигатель обеспечен регулируемым соединением по потоку между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части, причем система привода впускного клапана содержит средство для регулирования момента закрытия впускного клапана.

Таким образом, функционированием двигателя и турбонагнетателя можно эффективно управлять.

Предпочтительно, регулируемое соединение по потоку между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части содержит систему привода впускного клапана и систему привода выпускного клапана, имеющие регулируемое перекрытие клапанов во время закрытия подъема выпускного клапана и смещения открытия впускного клапана.

Таким образом, функционированием турбонагнетателя предпочтительно можно управлять посредством управления перекрытием клапанов, которое имеет положительное влияние на тепловую нагрузку двигателя.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения регулируемое соединение по потоку между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части содержит регулируемое перекрытие клапана таким образом, что обеспечивается система привода впускного клапана с регулируемым моментом открытия клапана.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения регулируемое соединение по потоку между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части содержит регулируемое перекрытие клапана таким образом, что система привода выпускного клапана имеет регулируемый момент закрытия клапана.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения регулируемое соединение по потоку между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части содержит перепускной трубопровод и распределительный клапан, обеспеченный в трубопроводе.

Изобретение обладает несколькими преимуществами. Например, изобретение обеспечивает эффективное управление для функционирования компрессорной части турбонагнетателя. Кроме того, тепловая нагрузка двигателя сведена к минимуму. В частности, изобретение обеспечивает эффективный способ управления давлением вспышки двигателя и частотой вращения турбонагнетателя в диапазоне высокой нагрузки двигателя. Более того, выделения NOx уменьшены благодаря закрытию с опережением впускного клапана. Удельный расход топлива в диапазоне высокой нагрузки двигателя также снижен.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые приведенные в качестве примера схематичные чертежи, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует поршневой двигатель в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения,

Фиг.2 иллюстрирует профили подъема клапана в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения,

Фиг.3 иллюстрирует приведенный в качестве примера график компрессора в связи с изобретением,

Фиг.4 иллюстрирует профили подъема клапана в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения,

Фиг.5 иллюстрирует профили подъема клапана в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения,

Фиг.6 иллюстрирует поршневой двигатель в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, и

Фиг.7 иллюстрирует систему управления в четырехтактном поршневом двигателе с турбонаддувом в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 схематично показана часть поршневого двигателя 10. Двигатель содержит цилиндры 15, расположенные в корпусе 20 двигателя. Двигатель представляет собой четырехтактный двигатель с наддувом, снабженный турбонагнетательным устройством 25. Турбонагнетательное устройство 25 подсоединено к своей газообменной системе 30. Турбонагнетательное устройство 25 содержит компрессорную часть 25.1 и турбинную часть 25.2, основное действие и конструкция которых по существу известны. В варианте осуществления по фиг.1 имеется единственный турбонагнетатель, соединенный с двигателем, но следует понимать, что компрессорное устройство также может содержать комбинацию более чем из одного турбонагнетателя.

Чтобы сделать чертеж более ясным, каждый цилиндр 15 снабжен одним впускным клапаном 35, одним выпускным клапаном 40 и системой 45, 50 привода клапанов, которая выполнена с возможностью открытия и закрытия клапанов с учетом угла поворота кривошипа двигателя. Однако при осуществлении на практике и в связи с этой заявкой количество клапанов может быть больше одного. Система привода клапанов предпочтительно включает в себя распределительный вал, соединенный с кривошипным валом двигателя, который в данном описании из соображений ясности не показан. Компрессорная часть 25.1 расположена в соединении по потоку с впускными клапанами 35 двигателя. Соответственно, турбинная часть 25.2 расположена в соединении по потоку с выпускными клапанами 40 двигателя. При осуществлении на практике, когда рассматривается многоцилиндровый двигатель, компрессорная часть может быть подсоединена к воздушному ресиверу, а турбинная часть может быть подсоединена к выпускному коллектору двигателя.

В первом варианте осуществления изобретения также имеется обеспеченный в двигателе перепускной трубопровод 55, продолжающийся между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части, как показано на фиг.1. Более конкретно, в этом варианте осуществления трубопровод выполнен с возможностью подсоединения воздушного ресивера двигателя к выпускному коллектору, но трубопровод также может быть выполнен за одно целое с турбонагнетательным устройством 25. Перепускной трубопровод 55 снабжен управляемым средством 60 регулирования потока, таким как распределительный клапан. Таким образом, регулируемое соединение по потоку между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части образовано посредством перепускного трубопровода 55.

Кроме того, в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения, по меньшей мере система 45 привода клапана впускного клапана 35 снабжена средством для регулирования момента закрытия клапана. Система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью функционирования так, чтобы время закрытия впускного клапана можно было регулировать во время работы двигателя. В этой связи это означает установку функционирования между различными состояниями или непрерывное управление. Это позволяет осуществлять на практике следующий способ в связи с двигателем в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, в котором режим работы изменяется на основании нагрузки двигателя.

При функционировании двигателя в первом режиме работы при заданной нагрузке или ниже нее систему 50 привода выпускного клапана и систему 45 привода впускного клапана приводят в действие в соответствии с вариантом осуществления изобретения так, чтобы клапаны приводились в действие с такими профилями подъема, как показано сплошными линиями на фиг.2. Следует отметить, что на фиг.2 показан только диапазон угла поворота кривошипа, который относится к объяснению действия изобретения. В этом контексте подъем клапана, то есть положение клапана, выражен относительно рассматриваемого диаметра расточки цилиндра. На фиг.2 профиль подъема клапана выпускного клапана 210, в соответствии с которым система 45 привода выпускного клапана выполнена с возможностью управления действием выпускного клапана 40, показан в виде сплошной линии. Как можно заметить, подъем выпускного клапана в первом варианте осуществления изобретения между первым и вторым режимами работы по существу не изменяется. Соответственно, профиль подъема впускных клапанов 220, в соответствии с которым система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью управления действием впускного клапана 35 в первом режиме работы, также показан в виде сплошной линии.

В варианте осуществления, показанном на фиг.2, выпускные клапаны приводят в действие так, чтобы профиль подъема во время закрытия был в открытом на 1% положении, а угол поворота кривошипа составлял от 0 до 15°, предпочтительно 3-6°, после верхней мертвой точки. Полное открытие выпускного клапана составляет приблизительно 7,5%, и начало закрытия имеет место при угле поворота кривошипа, составляющем приблизительно 290°. Это обеспечивает надлежащее функционирование выпускного клапана двигателя в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

В первом варианте осуществления изобретения так называемая область 230 продувки имеет область, составляющую приблизительно 95 градусов, как показано на фиг.2.

Впускные клапаны 35, в свою очередь, приводят в действие так, чтобы во время открытия подъем 220 клапанов предпочтительно был в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 15 до 50°, предпочтительно 30-40°, перед верхней мертвой точкой. Во время закрытия клапана подъем 220 клапанов предпочтительно находится в положении 1%, а угол поворота кривошипа составляет от 35 до 65°, предпочтительно 40-50°, перед нижней мертвой точкой.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, при функционировании двигателя во втором режиме работы работа происходит с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки, и содержит следующие фазы. На фиг.2 профиль подъема впускного клапана 220', в соответствии с которым система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью управления действием впускного клапана 35 во втором режиме работы, показан в виде пунктирной линии. Во время второго режима работы впускные клапаны 35 приводят в действие так, чтобы во время смещения закрытия профиль 220' подъема предпочтительно был в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 35 до 65°, предпочтительно 50°, перед нижней мертвой точкой, которая находится приблизительно на 20° перед положением в первом режиме работы. Таким образом, время, в течение которого впускные клапаны открыты, уменьшено благодаря тому, что клапаны закрываются раньше по сравнению с первым режимом работы. Предпочтительно по существу все закрытие смещено вперед приблизительно на 20° по сравнению с закрытием в первом режиме работы.

В функционировании двигателя при осуществлении на практике это означает, что поскольку нагрузка двигателя увеличивается, давление наддува, получаемое от турбонагнетательного устройства, естественно, увеличивается. Однако в соответствии с изобретением давление наддува увеличивается больше, чем обычно, вследствие того, что с турбонагнетателями перепускного клапана перепускной клапан, как правило, открывается при более высоких нагрузках. В функционировании двигателя в соответствии с изобретением давление наддува, получаемое от турбонагнетательного устройства во втором режиме работы, увеличивают посредством закрытия перепускного клапана турбонагнетателя. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения давление наддува, получаемое от турбонагнетательного устройства во втором режиме работы, увеличивают благодаря согласованию функционирования турбонагнетательного устройства с сокращенным временем открытия впускных клапанов, например, с помощью надлежащих габаритных размеров турбонагнетателя.

Для полного функционирования двигателя это целесообразно выполнять несколькими способами. Хотя время открытия уменьшено, получаемое более высокое давление наддува по существу компенсирует количество воздуха в подпитке цилиндра.

Кроме того, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, одновременно с уменьшением времени открытия впускных клапанов с помощью более раннего закрытия клапанов открывается соединение по потоку между стороной выпуска компрессорной части 25.1 и стороной впуска турбинной части, то есть перепускной трубопровод 55, впуская больше воздуха для горения через компрессорную часть 25.1 турбонагнетательного устройства 25. Таким образом, рабочая точка компрессорной части 25.1 на графике компрессора смещается дальше от линии пульсации.

Предпочтительно, заданная нагрузка представляет собой предпочтительно 70-85% от максимальной нагрузки двигателя. Таким образом, в первом режиме работы двигатель эксплуатируется при 70-85% от максимальной нагрузки двигателя или ниже нее, а во втором режиме работы двигатель эксплуатируется выше чем при 70-85% от максимальной нагрузки двигателя.

Работа изобретения в связи с компрессорной частью 25.1 показана на фиг.3, на которой представлен приведенный в качестве примерный график компрессора для компрессорной части 25.1. Нагрузочная линия во время первого режима работы, то есть при заданной нагрузке или ниже нее, иллюстрируется с позицией 310. Давление, получаемое компрессорной частью, монотонно увеличивается, в то время как увеличивается нагрузка двигателя и, соответственно, увеличивается частота вращения компрессорной части. Теперь в определенный момент, который иллюстрируется позицией 320, инициируется второй режим работы. С более высокими нагрузками выше точки 320 нагрузочная линия 330 следует за измененной нагрузочной линией, по сравнению с общепринятым перепускным клапаном, управляемым турбонагнетательным устройством, нагрузочная линия которого показана в виде пунктирной линии с позицией 340. В обычном устройстве перепускной клапан открывается при работе на нагрузочной линии 340. Положением измененной нагрузочной линии 330 управляют посредством комбинации управления моментом закрытия впускного клапана, как описано выше, и соединением по потоку между стороной выпуска компрессорной части 25.1 и стороной впуска турбинной части таким образом, чтобы поддерживать нагрузочную линию 330 на правой стороне (на фиг.3) определенного запаса компрессора по помпажу, заштрихованной области 350 на чертеже. Запас компрессора по помпажу составляет приблизительно 10-15% от линии 360 пульсации компрессорной части 25.1. Таким образом, в этом способе точка смещения ко второму режиму работы определяется на основании графика компрессора используемого турбонагнетателя.

На фиг.3 также показана воображаемая нагрузочная линия 330', которая представляет условие, при котором второй режим работы может не включать в себя этап, одновременно с уменьшением времени открытия впускных клапанов посредством закрытия клапанов раньше, открытия соединения по потоку между стороной выпуска компрессорной части 25.1 и стороной впуска турбинной части, таким образом впуская больше воздуха для горения через компрессорную часть 25.1 турбонагнетательного устройства 25. Таким образом, рабочая точка компрессорной части 25.1 на графике компрессора смещается дальше от линии пульсации, 330'->330.

Запас компрессора по помпажу обеспечивает меру того, как близко эксплуатационный режим оказывается к пульсации. В этом контексте запас компрессора по помпажу определяется следующим образом:

Запас компрессора по помпажу = 100% * (q_w-q_s)/q_w,

где q_w - объемный расход на нагрузочной линии, и

q_s - объемный расход на линии пульсации.

Таким образом, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения двигатель работает во время второго режима работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки двигателя, так что при воспламенении топлива посредством воздуха для горения, который нагнетается узлом турбонагнетателя, впускные клапаны двигателя закрываются раньше, чем в первом режиме работы, и давление наддува, получаемое с помощью узла турбонагнетателя, увеличивается, и количество перепускного воздушного потока между стороной выпуска компрессорной части 25.1 и стороной впуска турбинной части увеличивается, увеличивая массовый расход воздуха через компрессорную часть.

Это обеспечивает эффективный способ управления функционированием двигателя, в частности действием компрессорной части 25.1 турбонагнетательного устройства, который приводит в результате к нескольким выгодным эффектам в работе двигателя.

С помощью второго варианта осуществления изобретения может быть достигнуто по существу эквивалентное поведение компрессорной части 25.1 и двигателя 10, и помимо этого могут быть достигнуты некоторые дополнительные выгодные эффекты. В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, которое изображено на фиг.6, двигатель 10 отличается от двигателя, показанного на фиг.1, с одной стороны, тем, что перепускной трубопровод 55 не нужен. С другой стороны, система 50 привода выпускного клапана также обеспечена функцией регулируемого приведения в действие клапанов. В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения система 45 привода клапана впускного клапана 35 обеспечена средством для регулирования момента закрытия клапана. Система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью функционирования так, чтобы во время работы двигателя время закрытия впускного клапана можно было регулировать. В этой связи это означает установку функционирования между различными состояниями или непрерывное управление. Это позволяет осуществлять на практике следующий способ в связи с двигателем в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Кроме того, система 50 привода клапана выпускного клапана 40 обеспечена средством для регулирования момента закрытия клапана. Система 50 привода выпускного клапана выполнена с возможностью функционирования так, чтобы во время работы двигателя время закрытия впускного клапана можно было регулировать. В этой связи это означает установку функционирования между различными состояниями или непрерывное управление. Это позволяет осуществлять на практике следующий способ в связи с двигателем в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, в котором режим работы изменяется, основываясь на нагрузке двигателя.

Способ в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения поясняется со ссылкой на фиг.4. Теперь, при функционировании двигателя в первом режиме работы, при заданной нагрузке или ниже нее, система 50 привода выпускного клапана и система 45 привода впускного клапана приводятся в действие в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, как изображено на фиг.4. В данном описании также показан только диапазон угла поворота кривошипа, который относится к пояснению действия изобретения. На фиг.4 профиль подъема клапана для выпускного клапана 210, в соответствии с которым система 45 привода выпускного клапана выполнена с возможностью управления действием выпускного клапана 40 в первом режиме работы, показан в виде сплошной линии. Соответственно, профиль подъема впускного клапана 220, в соответствии с которым система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью управления действием впускного клапана 35 в первом режиме работы, также показан в виде сплошной линии.

В варианте осуществления, показанном на фиг.4, выпускные клапаны приводят в действие в первом режиме работы так, чтобы профиль подъема во время закрытия был в открытом на 1% положении, а угол поворота кривошипа составлял от 0 до 15°, предпочтительно 3-6°, после верхней мертвой точки. Полное открытие выпускного клапана составляет приблизительно 7,5%, а начало закрытия имеет место при угле поворота кривошипа, равном приблизительно 290°.

Во время первого режима работы так называемая область 230 продувки имеет область, составляющую приблизительно 95 градусов.

Впускные клапаны 35, в свою очередь, приводятся в действие так, чтобы во время открытия клапана профиль 220 подъема предпочтительно находился в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 15 до 50°, предпочтительно 30-40°, перед верхней мертвой точкой. Во время закрытия клапана профиль 220 подъема клапана предпочтительно находится в положении 1%, а угол поворота кривошипа составляет от 35 до 65°, предпочтительно 40-50°, перед нижней мертвой точкой.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, при функционировании двигателя во втором режиме работы система 50 привода выпускного клапана и система 45 привода впускного клапана приводятся в действие так, как показано пунктирной линией на фиг.4. На фиг.4 профиль подъема клапана для выпускного клапана 210', в соответствии с которым система 45 привода выпускного клапана выполнена с возможностью управления действием выпускного клапана 40 во втором режиме работы, показан в виде пунктирной линии. Соответственно, профиль подъема впускных клапанов 220', в соответствии с которым система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью управления действием впускного клапана 35 во втором режиме работы, также показан в виде пунктирной линии.

В приведенном в качестве примера варианте осуществления на фиг.4 во время второго режима работы выпускные клапаны приводятся в действие так, чтобы профиль подъема во время закрытия был в открытом на 1% положении, а угол поворота кривошипа составлял от 15 до 25° после верхней мертвой точкой. Начало закрытия выпускного клапана имеет место приблизительно при угле 310° поворота кривошипа. Впускные клапаны 35, в свою очередь, приводятся в действие во втором режиме работы так, чтобы во время закрытия профиль 220' подъема предпочтительно был в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 35 до 65° перед нижней мертвой точкой.

При осуществлении на практике для данного изобретения более важным, чем точные величины углов поворота кривошипа закрытия выпускного клапана и открытия впускных клапанов, является область 230 продувки. Во втором режиме работы упомянутая область 230 продувки имеет область, составляющую приблизительно 160 градусов. Таким образом, в приведенном в качестве примера втором варианте осуществления изобретения при переключении от первого режима работы ко второму режиму работы область 230 продувки увеличивается приблизительно на 70%.

Следует понимать, что переключение от первого режима работы ко второму режиму работы может включать совершенно разные изменения в различных видах двигателей, а также зависит от фактического применения двигателя. Однако общие признаки всегда представляют собой смещение вперед закрытия подъема впускного клапана и выполнение увеличенного воздушного канала между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части турбонагнетателя. Увеличенного воздушного канала предпочтительно достигают с помощью увеличения области продувки, как описано выше.

В качестве примера, в газовом двигателе, в котором топливо воспламеняют посредством внешнего зажигания, такого как искра или лазерный луч, область продувки во время первого режима работы может быть очень маленькой, иногда даже нулевой. В таком случае перекрытие клапанов, то есть область продувки, во время второго режима работы может быть увеличено на несколько сотен процентов.

В дизельных двигателях область продувки во время второго режима работы, как правило, увеличивается на 5-60 процентов.

Таким образом, в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения двигатель функционирует во время второго режима работы так, что при воспламенении топлива посредством воздуха для горения, который нагнетается узлом турбонагнетателя, впускные клапаны двигателя закрываются раньше, чем в первом режиме работы, и давление наддува, получаемое с помощью узла турбонагнетателя, увеличивается, а выпускные клапаны двигателя закрываются позже, чем в первом режиме работы, увеличивая поток воздуха через двигатель. Давление наддува, получаемое с помощью узла турбонагнетателя, предпочтительно увеличивается благодаря поддержанию перепускного канала турбины закрытым или его закрытию.

Это обеспечивает эквивалентное функционирование и преимущества для управления функционированием двигателя 10 и компрессорной части 25.1 турбонагнетателя, как показано на фиг.3. Во втором варианте осуществления изобретения время, в течение которого впускные клапаны открыты, уменьшают, закрывая клапаны во втором режиме работы раньше. Хотя время открытия уменьшено, получаемое более высокое давление наддува по существу компенсирует количество воздуха в подпитке цилиндра. Одновременно с уменьшением времени открытия впускных клапанов посредством более раннего закрытия клапанов время открытия выпускного клапана увеличивают посредством более позднего закрытия выпускного клапана. Это увеличивает перекрытие периода открытия клапанов во время второго режима работы, что позволяет большему количеству воздуха протекать через двигатель 10 и, следовательно, также через компрессорную часть 25.1 турбонагнетательного устройства 25. Таким образом, рабочая точка компрессорной части 25.1 на графике компрессора перемещается дальше от линии пульсации.

Во втором варианте осуществления изобретения, в котором функционирование во время второго режима работы включает увеличение перекрытия клапанов, то есть так называемой области 230 продувки, в то время как закрытие впускных клапанов смещено вперед, в течение фазы продувки через двигатель перемещается большее количество воздуха. Диапазон перекрытия клапанов во время фазы продувки в этом примере имеет место по существу между углами 310-380° поворота кривошипа.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения впускными и выпускным клапанами управляют для их функционированием таким образом, чтобы область продувки на стороне выпускного клапана была асимметричной.

Впуская воздушный поток через двигатель 10 вместо использования перепускного трубопровода 55 (или в дополнение к нему), получают выгодный эффект уменьшения тепловой нагрузки компонента двигателя в цилиндре и головке цилиндра, то есть, главным образом, клапанов и верхней части поршня.

На фиг.5 показано функционирование клапанов в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Двигатель согласно третьему варианту осуществления соответствует двигателю второго варианта осуществления, то есть перепускной трубопровод может быть опущен. Функционирование третьего варианта осуществления во время первого режима работы соответствует функционированию второго варианта осуществления, а функционирование третьего варианта осуществления во время второго режима работы соответствует функционированию второго варианта осуществления за исключением того, что система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью функционирования так, чтобы и момент открытия, и момент закрытия были смещены вперед по сравнению с функционированием во время первого режима работы. Эффект от смещения вперед момента закрытия соответствует эффекту от первого и второго варианта осуществления.

В этом случае при переключении от первого режима работы ко второму режиму работы область 230 продувки увеличивается приблизительно на 50%.

Увеличение воздушного потока во время второго режима работы в третьем варианте осуществления изобретения достигается с помощью комбинации управления моментом закрытия выпускного клапана и моментом открытия впускных клапанов, таким образом увеличивая диапазон перекрытия клапанов и область 230 продувки во время фазы продувки.

При осуществлении на практике система 45, 50 привода клапанов может быть реализована различными способами. Изменение или регулирование момента закрытия может быть реализовано, например, так, как раскрыто в WO 2008/000899.

Со ссылкой на фиг.6 далее будет описан еще один вариант осуществления изобретения. Двигатель снабжен системой 200 управления, которая среди других операций двигателя 10 выполнена с возможностью управления, например, функционированием клапанов 35, 40 посредством системы 45, 50 привода клапанов и системой 61 впрыска топлива и/или зажигания. Система управления содержит блок 207 памяти, в котором сохраняются эксплуатационные параметры двигателя. Система 200 управления содержит блок 202 обработки сигналов, который выполнен с возможностью определения условий работы двигателя. В случае, если система 200 управления получает информацию о том, что нагрузка двигателя изменена таким образом, что нагрузка увеличивается выше заданной нагрузки, она управляет впускными клапанами так, чтобы закрывать их раньше. Кроме того, она также управляет выпускными клапанами так, чтобы закрывать их позже, как описано выше в связи со вторым вариантом осуществления. Кроме того, в случае, если двигатель представляет собой двигатель с прямым впрыском топлива (например, дизельный или газовый двигатель), система управления управляет системой 61 впрыска топлива так, чтобы смещать вперед момент впрыска топлива и/или зажигания. С газовыми двигателями она включает управление впрыском топлива вспомогательного клапана и/или подготовительным искровым разрядом или другой системой зажигания.

Это выполняется блоком 202 обработки сигналов. На основании измерения нагрузки и/или частоты вращения двигателя система управления управляет системами 45, 50 привода клапанов так, чтобы фактический запас компрессора по помпажу поддерживался между нижней и верхней установленной величиной. Предпочтительно, нижняя установленная величина составляет приблизительно 10%, а верхняя установленная величина составляет приблизительно 15%.

Поддерживание запаса компрессора по помпажу между нижней и верхней установленной величиной включает этапы:

1) в случае, если фактический запас компрессора по помпажу ниже нижней установленной величины,

системой 45, 50 привода клапанов управляют для работы клапанов так, что размер области 230 продувки увеличивается, то есть перекрытие клапана увеличивается вокруг 360° угла поворота кривошипа, и/или

системой 45 привода впускного клапана управляют для работы впускного клапана так, что момент закрытия откладывается;

2) в случае, если фактический запас компрессора по помпажу выше верхней установленной величины,

системой 45, 50 привода клапанов управляют для работы клапанов так, что размер области 230 продувки уменьшается, то есть перекрытие клапана уменьшается вокруг 360° угла поворота кривошипа, и/или

системой 45 привода впускного клапана управляют для работы впускного клапана так, что момент закрытия смещается вперед.

То, что закрытие впускного клапана смещается вперед во время второго режима работы, приводит в результате к резкому снижению выделений NOx. Таким образом, во время второго режима работы момент впрыска топлива целесообразно смещать вперед. Предпочтительно, момент впрыска топлива в течение второго режима работы по меньшей мере на 0-5° (угол поворота кривошипа) опережает момент впрыска топлива в первом режиме работы. В качестве примера, при приведении в действие двигателя с первым режимом работы впрыск топлива имеет место приблизительно при 13-15° перед верхней мертвой точкой, а во время второго режима работы впрыск топлива может иметь место приблизительно при 17° перед верхней мертвой точкой. Таким образом, удельный расход топлива во время второго режима работы может быть значительно ниже, чем в общепринятом двигателе с управляемым перепускным клапаном турбонагнетателем.

На фиг.7 схематично показано устройство управления для поршневого двигателя 10 в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. Двигатель содержит цилиндры 15, расположенные в корпусе 20 двигателя. Двигатель представляет собой четырехтактный двигатель с наддувом, снабженный турбонагнетательным устройством 25. Более конкретно, двигатель представляет собой большой поршневой двигатель, имеющий диаметр цилиндра, превышающий или равный 200 мм, и/или выполненный с возможностью производить мощность, по существу превышающую 150 кВт/цилиндр.

Турбонагнетательное устройство 25 подсоединено к газообменной системе 30 двигателя. Турбонагнетательное устройство 25 содержит компрессорную часть 25.1 и турбинную часть 25.2, основное действие и конструкция которых по существу известны. Кроме того, турбонагнетатель снабжен системой 25.3 перепускного клапана, допускающей или предотвращающей обход турбинной части для части выхлопного газа. В варианте осуществления на фиг.7 имеется единственный турбонагнетатель, подсоединенный к двигателю, но следует понимать, что компрессорное устройство может содержать также комбинацию из более чем одного турбонагнетателя.

Чтобы сделать фиг.7 более ясной, каждый цилиндр 15 снабжен только одним впускным клапаном 35, одним выпускным клапаном 40 и системой 45, 50 привода клапанов, которая выполнена с возможностью открытия и закрытия клапанов, учитывая угол поворота кривошипа двигателя. Компрессорная часть 25.1 расположена в соединении по потоку с впускными клапанами 35 двигателя. Соответственно, турбинная часть 25.2 расположена в соединении по потоку с выпускными клапанами 40 двигателя. При осуществлении на практике, когда рассматривается многоцилиндровый двигатель, компрессорная часть может быть соединена с воздушным ресивером, а турбинная часть - с выпускным коллектором двигателя. Двигатель также снабжен системой 61 впрыска топлива и/или зажигания.

Предусмотрены датчики, расположенные в соединении с двигателем 10 и его системой 200 управления, чтобы осуществлять мониторинг за определенными переменными, относящимися к процессу горения, который имеет место в двигателе, и/или относящимися к определенным обрабатывающим устройствам двигателя.

На фиг.7 двигатель снабжен датчиком 151 температуры наддувочного воздуха и датчиком 152 давления наддувочного воздуха. Эти датчики обеспечивают информацию, отображающую функционирование, например, компрессорной части 25.1 турбонагнетателя. Двигатель также снабжен датчиком 154 частоты вращения и датчиком 155 нагрузки двигателя. Двигатель также снабжен датчиком 153 температуры выхлопного газа, датчиком 156 детонационного сгорания в цилиндре/момента воспламенения/давления в цилиндре. Все они представляют собой датчики, предназначенные для осуществления мониторинга за переменными процесса горения. Существуют также другие переменные процесса горения, которые могут быть определены при использовании доступной информации, такой как момент и продолжительность впрыска топлива.

Предпочтительно, по меньшей мере система 45 привода клапана впускного клапана 35 снабжена средством для регулирования момента закрытия клапанов. Система 45 привода впускного клапана выполнена с возможностью функционирования так, чтобы время закрытия впускного клапана можно было регулировать во время функционирования двигателя с помощью системы 200 управления.

Система 200 управления выполнена с возможностью управления функционированием системы привода впускного клапана в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, устанавливая закрытие впускного клапана по меньшей мере между двумя различными состояниями. Это позволяет осуществлять на практике следующий способ в связи с двигателем в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, в котором режим работы изменяется на основании нагрузки двигателя.

Система 200 управления содержит блок 202 обработки сигналов, блок 204 передачи управляющих сигналов и блок 206 приема управляющих сигналов. Блок 204 передачи управляющих сигналов выполнен с возможностью передачи сигналов от системы управления на выбранные устройства. Он расположен в соединении с исполнительными системами 25.3, 45, предусмотренными в двигателе для того, чтобы изменять состояние устройств управления двигателя. Блок 204 передачи сигналов также соединен по меньшей мере с системой 45 привода впускного клапана двигателя. Блок 204 передачи сигналов также соединен с перепускным клапаном 25.3 турбонагнетателя, в зависимости от применения. Блок приема сигналов выполнен с возможностью приема сигнала для системы управления. Он расположен в соединении с датчиками двигателя, осуществляющими мониторинг за переменными двигателя, в частности за нагрузкой 154, частотой 155 вращения двигателя и/или по меньшей мере одной из переменных 151, 152, 153, 156 процесса горения.

Блок 202 обработки сигналов выполнен с возможностью обработки сигналов, принимаемых блоком 206 приема сигналов, и выдачи сигнала, передаваемого блоком 204 передачи сигналов. Система управления выполнена с возможностью функционирования таким образом, чтобы изменение в состоянии системы 45, 50 привода клапанов инициировалось на основании информации от любого из датчиков двигателя, осуществляющих мониторинг за нагрузкой 155, частотой 154 вращения двигателя, по меньшей мере одной переменной процесса горения и/или внешним активированием 160. Это позволяет управлять действием впускных клапанов четырехтактного двигателя с турбонаддувом с многосторонним подходом.

В то время как система 200 управления управляет клапанами в первом режиме работы при заданной нагрузке или ниже нее, система 50 привода выпускного клапана и система 45 привода впускного клапана приводятся в действие в соответствии с вариантом осуществления изобретения так, что клапаны приводятся в действие с такими профилями подъема, как показано сплошными линиями на фиг.2.

В случае, если какой-нибудь из датчиков двигателя, осуществляющих мониторинг за нагрузкой 155, частотой 154 вращения двигателя, по меньшей мере одной из переменных процесса горения или внешним активированием 160, переходит за предельное значение, система 200 управления инициирует изменение состояния работы от первого режима работы ко второму режиму работы так, чтобы клапаны приводились в действие с такими профилями подъема, как показано пунктирными линиями на фиг.2.

Момент закрытия впускных клапанов имеет огромное влияние на поведение двигателя в отношении недостатка процесса. Момент закрытия оказывает воздействие на полное время, когда впускные клапаны открыты, и таким образом на количество воздуха для горения. Кроме того, момент закрытия оказывает воздействие на температуру наддувочного воздуха после хода сжатия. В соответствии с изобретением система 200 управления выполнена с возможностью функционирования таким образом, что изменение в состоянии системы 45 привода впускного клапана инициируется на основании информации от любого из датчиков двигателя, осуществляющих мониторинг за нагрузкой, частотой вращения двигателя и по меньшей мере одной из переменных процесса горения. Таким образом, горение двигателя находится под строгим контролем во время различных эксплуатационных обстоятельств двигателя.

Система управления обеспечена индивидуальным предельным значением для каждого из датчиков, осуществляющих мониторинг за функционированием двигателя и/или другими эксплуатационными переменными двигателя. Предпочтительно переменные могут быть разделены на три основные группы событий: 1) активирование частоты вращения/нагрузки, 2) активирование переходного режима при изменении нагрузки, 3) внешнее активирование. Таким образом, изменение в состоянии системы привода впускного клапана, то есть в состоянии момента закрытия впускного клапана, инициируется заданным изменением в переменной, принадлежащей к какой-либо из групп событий.

Активирование частоты вращения/нагрузки основано на заданных рабочих диапазонах двигателя, при этом каждый определенный рабочий диапазон связан с определенным состоянием клапана, сохраняемым в системе управления или предоставляемым для нее. Смена состояний клапана из-за действующей частоты вращения/нагрузки инициируется, когда фактическое значение частоты вращения/нагрузки переходит за предельное значение между установкой соседних рабочих диапазонов.

Активирование переходного режима при изменении нагрузки основано на предельных значениях, сохраняемых в системе управления или предоставляемых для нее, которые относятся к эксплуатационным переменным двигателя. Для каждой контролируемой переменной существует предельное значение, и блок обработки сигналов выполнен с возможностью инициирования изменения в состоянии системы привода впускного клапана в случае, если фактическое значение сигнала какой-либо из переменных переходит за предельное значение нагрузки.

Внешнее активирование основано на любом требуемом внешнем событии, которое инициирует изменение в состоянии системы привода впускного клапана.

Активирование частоты вращения/нагрузки при осуществлении на практике означает, что нагрузка двигателя увеличивается или уменьшается так, что фактическое значение частоты вращения/нагрузки переходит за предельное значение. Когда нагрузка двигателя повышается так, что переходит за предельное значение, давление наддува, получаемое от турбонагнетательного устройства, естественно, также увеличивается. При функционировании системы управления в соответствии с изобретением система управления выполнена с возможностью увеличения давления наддува, получаемого от турбонагнетательного устройства, посредством инициирования закрытия перепускного клапана турбонагнетателя или поддерживания его закрытым, по существу одновременно со смещением вперед закрытия впускного клапана. Это предпочтительно выполняется, когда нагрузка двигателя превышает 70-80% от максимальной нагрузки двигателя.

Хотя изобретение было описано в описании посредством примеров в связи с тем, что, как в настоящее время полагают, является наиболее предпочтительными вариантами осуществлениями, следует понимать, что изобретение не ограничено этими раскрытыми вариантами осуществлениями. Подробности, упомянутые выше в связи с каким-либо вариантом осуществления, когда это технически выполнимо, могут использоваться в связи с другим вариантом осуществления.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, снабженных турбонагнетателями. Способ управления частотой вращения турбонагнетателя используется в поршневом двигателе, содержащем впускной и выпускной клапаны (35) и (40), систему (45) привода впускного и выпускного клапанов и турбонагнетательное устройство. Турбонагнетательное устройство содержит компрессорную часть, соединенную по потоку со стороной впуска с впускными клапанами, и турбинную часть, соединенную по потоку со стороной выпуска выпускных клапанов. Двигатель работает в первом режиме работы, когда двигатель приводят в действие при заданной нагрузке или ниже нее, а воздух для горения нагнетают с помощью компрессорной части турбонагнетательного устройства. При этом впускным клапаном управляют по первому профилю подъема впускного клапана, и воздух поступает в цилиндр, топливо в двигателе (10) воспламеняется посредством воздуха для горения, а выпускным клапаном управляют по первому профилю подъема выпускного клапана, и выхлопные газы, образованные во время сгорания, перемещаются в турбинную часть турбонагнетательного устройства. Двигатель работает во втором режиме работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки, причем рабочая точка компрессорной части (25.1) на графике компрессора перемещается дальше от линии пульсации, увеличивая воздушный поток между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части посредством увеличения перекрытия периода открытия клапанов. Раскрыта система управления для поршневого двигателя с турбонаддувом. Технический результат заключается в увеличении надежности работы компрессора. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления частотой вращения турбонагнетателя поршневого двигателя, содержащего по меньшей мере один впускной клапан (35) и по меньшей мере один выпускной клапан (40), систему (45) привода впускного клапана и систему (45) привода выпускного клапана, выполненные с возможностью приведения в действие клапанов (35, 40), и турбонагнетательное устройство, содержащее компрессорную часть, соединенную по потоку со стороной впуска по меньшей мере одного впускного клапана, и турбинную часть, соединенную по потоку со стороной выпуска по меньшей мере одного выпускного клапана, при этом двигатель работает в первом режиме работы, в котором двигатель приводят в действие при заданной нагрузке или ниже нее, а воздух для горения нагнетают с помощью компрессорной части турбонагнетательного устройства, при этом впускным клапаном управляют по первому профилю подъема впускного клапана, и воздух вводится в цилиндр, топливо в двигателе (10) воспламеняется посредством воздуха для горения, а выпускным клапаном управляют по первому профилю подъема выпускного клапана, и выхлопные газы, образованные во время сгорания, перемещаются в турбинную часть турбонагнетательного устройства, отличающийся тем, что двигатель работает во втором режиме работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки, причем рабочая точка компрессорной части (25.1) на графике компрессора перемещается дальше от линии пульсации, увеличивая воздушный поток между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части посредством увеличения перекрытия периода открытия клапанов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрытие впускного клапана смещено вперед по сравнению с закрытием в первом режиме работы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время второго режима работы закрытием впускного клапана управляют так, чтобы он был закрыт до 1% диаметра цилиндра при угле поворота кривошипа от 35 до 65° перед нижней мертвой точкой.

4. Способ по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что во время второго режима работы закрытием подъема впускного клапана управляют так, чтобы он был закрыт до 1% диаметра цилиндра при угле поворота кривошипа приблизительно на 20° раньше, чем во время первого режима работы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время второго режима работы воздушный поток между выпуском компрессорной части и впуском турбинной части увеличивают, впуская больше воздуха через перепускной трубопровод (55), обеспеченный в двигателе (10), который продолжается между стороной выпуска компрессорной части и стороной впуска турбинной части.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо воспламеняют посредством внешнего зажигания, и во время первого режима работы закрытие подъема выпускного клапана и открытие подъема впускного клапана перекрываются, образуя область продувки, а во время второго режима работы областью (230) продувки управляют так, чтобы она была на 5-300% больше, чем во время первого режима работы.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что воспламенение от сжатия осуществляют в двигателе, и во время первого режима работы закрытие подъема выпускного клапана и открытие подъема впускного клапана перекрываются, образуя область (230) продувки, а во время второго режима работы областью продувки управляют так, чтобы она была на 5-60% больше, чем во время первого режима работы.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время второго режима работы область (230) продувки составляет более 150°.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что впускные клапаны (35) приводят в действие так, чтобы во время открытия клапан (35) находился в положении 1%, а угол поворота кривошипа составлял от 15 до 50° перед верхней мертвой точкой.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему (45, 50) привода клапанов приводят в действие так, что область (230) продувки является асимметричной таким образом, что профиль подъема впускного клапана образовывает большую область, чем профиль подъема выпускного клапана относительно верхней мертвой точки.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент впрыска топлива во время второго режима работы по меньшей мере на 0-5° смещен вперед относительно первого режима работы.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданная нагрузка составляет 70-85% от максимальной нагрузки двигателя.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что двигатель приводят в действие во время второго режима работы с нагрузкой, которая выше заданной нагрузки двигателя, так что при воспламенении топлива посредством воздуха для горения, который нагнетается узлом турбонагнетателя, впускные клапаны двигателя закрываются раньше, чем в первом режиме работы, и давление наддува, получаемое узлом турбонагнетателя, увеличивается, и количество перепускного воздушного потока между стороной выпуска компрессорной части (25.1) и стороной впуска турбинной части увеличивается, увеличивая массовый расход воздуха через компрессорную часть.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что давление наддува увеличивают посредством закрытия перепускного клапана узла турбонагнетателя во время второго режима работы.

15. Система (200) управления для поршневого двигателя с турбонаддувом, имеющего турбонагнетатель с перепускным клапаном, впускные (35) и выпускные клапаны (40), при этом по меньшей мере впускные или выпускные клапаны содержат регулируемую систему (45, 50) привода клапанов, причем система (200) управления содержит блок (202) обработки сигналов, блок (204) передачи управляющих сигналов и блок (206) приема управляющих сигналов, при этом блок передачи сигналов соединен по меньшей мере с одной из систем (45, 50) привода клапанов двигателя, а блок приема сигналов соединен с датчиками двигателя, осуществляющими мониторинг за нагрузкой, частотой вращения двигателя и/или по меньшей мере одной переменной процесса горения, отличающаяся тем, что блок обработки сигналов выполнен с возможностью обработки сигналов, принимаемых блоком приема сигналов, и выдачи сигнала, передаваемого блоком передачи сигналов, для поддержания фактического запаса компрессора по помпажу между нижней и верхней установленной величиной, используя следующие этапы:
1) в случае, если фактический запас компрессора по помпажу ниже нижней установленной величины,
системой (45, 50) привода клапанов управляют для работы клапанов так, что размер области (230) продувки увеличивается, то есть перекрытие клапана увеличивается вокруг 360° угла поворота кривошипа, и/или
системой (45) привода впускных клапанов управляют для работы впускного клапана так, что момент закрытия откладывается,
2) в случае, если фактический запас компрессора по помпажу выше верхней установленной величины,
системой (45, 50) привода клапанов управляют для работы клапанов так, что размер области (230) продувки уменьшается, то есть перекрытие клапана уменьшается вокруг 360° угла поворота кривошипа, и/или
системой (45) привода впускных клапанов управляют для работы впускного клапана так, что момент закрытия смещается вперед.

16. Система (200) управления по п.15, отличающаяся тем, что она используется для четырехтактного поршневого двигателя с турбонаддувом, при этом изменение в состоянии системы привода клапанов инициируется на основании информации от любого из датчиков двигателя, осуществляющих мониторинг за нагрузкой, частотой вращения двигателя и по меньшей мере одной переменной процесса горения.

17. Система (200) управления по п.15, отличающаяся тем, что она используется для четырехтактного поршневого двигателя с турбонаддувом, при этом система управления выполнена с возможностью функционирования так, чтобы при превышении 70-73% нагрузки система управления устанавливала и/или поддерживала перепускной клапан (25.3) в закрытом состоянии и смещала вперед время закрытия (220') впускного клапана и задерживала закрытие (210') выпускного клапана.