Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, а именно к трехцилиндровому однорядному поршневому возвратно-поступательному двигателю, в котором один цилиндр может быть деактивирован для снижения расхода топлива.
Уровень техники
Известно, что двигатель часто работает при уровне мощности гораздо ниже той, при которой может работать. Подобная работа при частичной нагрузке часто приводит к работе двигателя на уровне термической эффективности значительно ниже возможного, таким образом не позволяя экономить топливо.
Таким образом, желательно достичь лучшего соответствия эффективной мощности двигателя с нагрузкой двигателя таким образом, чтобы двигатель всегда работал с максимально возможной эксплуатационной эффективностью. Такое соответствие может быть наилучшим образом достигнуто при выборочном отключении одного из цилиндров трехцилиндрового двигателя, когда двигатель работает при частичной нагрузке.
Более того, если для снижения выбросов двигатель снабжен устройством доочистки выхлопных газов, например каталитическим преобразователем, ловушкой для NOx или сажевым фильтром, то, как правило, такое устройство должно быть нагрето до температуры, при которой нейтрализатор становится достаточно активным для выполнения своей назначенной функции. Данную температуру часто называют «температурой пуска». Однако, когда двигатель работает при низкой или частичной нагрузке со всеми включенными цилиндрами, температура выхлопных газов остается сравнительно низкой по сравнению с той, которая имеет место при полной нагрузке двигателя. Таким образом было обнаружено, что дополнительным преимуществом выборочного отключения цилиндра является то, что при отключении одного из цилиндров температура выхлопных газов остальных работающих цилиндров может быть увеличена для уменьшения времени, необходимого устройствам доочистки для достижения ими соответствующих температур пуска после запуска холодного двигателя.
Целью настоящего изобретения является разработка трехцилиндрового двигателя с улучшенной экономией топлива.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту изобретения представлен трехцилиндровый рядный поршневой возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два внешних первичных цилиндра и один вторичный цилиндр, расположенный между двумя внешними первичными цилиндрами, где каждый из цилиндров выступает в роли скользящей опоры для соответствующего поршня, функционально подключенного соответствующим соединительным штоком к соответствующему колену трехколенного коленчатого вала с кривошипами, расположенными в одной плоскости, в котором колена для двух первичных цилиндров расположены синфазно, а колено для вторичного цилиндра сдвинуто по фазе на 180 градусов относительно двух первичных цилиндров, и вторичный цилиндр является выборочно отключаемым.
Вторичный цилиндр может быть деактивирован для повышения экономии топлива.
Вторичный цилиндр может быть деактивирован для увеличения по меньшей мере одного из следующего: температуры выхлопных газов, смазочного масла и охлаждающей жидкости в двигателе.
Рабочий ход может осуществляться в одном из двух первичных цилиндров при каждом полном обороте коленчатого вала, а рабочий ход вторичного цилиндра может не совпадать по фазе с рабочим ходом первичных цилиндров.
Деактивирование вторичного цилиндра может подразумевать отключение подачи топлива во вторичный цилиндр.
Вторичный цилиндр может иметь по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, а деактивация вторичного цилиндра может подразумевать сохранение всех впускных и выпускных клапанов в закрытом положении.
Вторичный цилиндр может быть деактивирован на основании сопоставления запроса на крутящий момент двигателя с предельным значением запроса на крутящий момент двигателя.
Вторичный цилиндр может быть деактивирован на основании сопоставления скорости изменения запроса на крутящий момент двигателя с предельным значением скорости изменения запроса на крутящий момент двигателя.
Согласно второму аспекту изобретения представлена система двигателя, содержащая трехцилиндровый двигатель, выполненный в соответствии с вышеописанным первым аспектом изобретения, входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент двигателя, и электронный контроллер, выполненный с возможностью получать входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент двигателя, где электронный контроллер выполнен с возможностью определять, необходимо ли осуществлять работу двигателя с использованием всех трех цилиндров или деактивировать вторичный цилиндр, чтобы двигатель работал с использованием только двух первичных цилиндров, на основании входного сигнала, указывающего на запрошенный крутящий момент.
Входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент, может быть получен из системы круиз-контроля.
Система двигателя может также включать в себя педаль акселератора, управляемую оператором двигателя, датчик положения педали акселератора для контроля положения педали акселератора и обеспечения подачи входного сигнала, указывающего на запрошенный крутящий момент, причем электронный контроллер может быть выполнен с возможностью получать входной сигнал от датчика положения педали акселератора и определять, необходимо ли осуществлять работу двигателя с использованием всех трех цилиндров или деактивировать вторичный цилиндр, чтобы двигатель работал с использованием только двух первичных цилиндров, на основании входного сигнала, получаемого от датчика положения педали акселератора.
Если запрошенный крутящий момент двигателя больше первого предварительно заданного предельного значения, двигатель может работать с использованием всех трех цилиндров, а если запрошенный крутящий момент меньше первого предварительно заданного предельного значения, двигатель может работать как двухцилиндровый двигатель с отключенным вторичным цилиндром.
Система двигателя может также содержать средство для индикации температуры для обеспечения подачи на электронный контроллер входного сигнала, относящегося к температуре, связанной с двигателем, причем электронный контролер может быть выполнен с возможностью деактивировать вторичный цилиндр двигателя, если температура двигателя ниже предварительно заданного предельного значения температуры.
Система двигателя может также содержать устройство доочистки выхлопных газов, температура, связанная с двигателем, может представлять собой температуру выхлопных газов, средство индикации температуры может представлять собой датчик температуры выхлопных газов, подающий на электронный контроллер входной сигнал, относящийся к температуре выхлопных газов, входящих в устройство доочистки, а предварительно заданное предельное значение температуры может представлять собой необходимую рабочую температуру устройства доочистки.
Температура, связанная с двигателем, также может представлять собой температуру охлаждающей жидкости в двигателе, датчик температуры может представлять собой датчик температуры охлаждающей жидкости, который подает на электронный контроллер входной сигнал, относящийся к температуре охлаждающей жидкости, а заранее заданное предельное значение температуры может представлять собой необходимую рабочую температуру охлаждающей жидкости.
Температура, связанная с двигателем, также может представлять собой температуру циркулирующего в двигателе масла, средство для индикации температуры может представлять собой датчик температуры масла, который подает на электронный контроллер входной сигнал, относящийся к температуре масла, а заранее заданное предельное значение температуры может представлять собой необходимую рабочую температуру масла.
Согласно третьему аспекту изобретения представлен способ эксплуатации двигателя, выполненного в соответствии с вышеуказанным первым аспектом изобретения; причем в способе определяют, можно ли деактивировать вторичный цилиндр и, если вторичный цилиндр может быть деактивирован, прекращают подачу топлива на вторичный цилиндр для его деактивации.
Вторичный цилиндр двигателя может быть деактивирован, если необходимый крутящий момент двигателя может быть достигнут использованием только двух цилиндров двигателя.
Двигатель может работать с использованием трех цилиндров, если запрошенный крутящий момент выше заранее заданного предельного значения.
Вторичный цилиндр может иметь по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, а способ может также подразумевать деактивацию вторичного цилиндра путем сохранения всех впускных и выпускных клапанов в закрытом положении.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано с помощью примеров и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую систему двигателя в соответствии со вторым аспектом изобретения;
Фиг.2 представляет собой схематичное поперечное сечение рядного трехцилиндрового двигателя в соответствии с первым аспектом изобретения;
Фиг.3 представляет собой вид в направлении стрелки «А» на Фиг.2, иллюстрирующий взаимное расположение колен кривошипного вала двигателя, изображенного на Фиг.2;
Фиг.4 представляет собой блок-схему первого варианта осуществления способа эксплуатации двигателя согласно третьему аспекту изобретения;
Фиг.5А и 5В представляют собой блок-схемы,иллюстрирующие второй вариант осуществления способа эксплуатации двигателя согласно третьему аспекту изобретения; и
Фиг.6А и 6В представляют собой альтернативные таблицы синхронизации для двигателя, изображенного на Фиг.1 и 3.
Осуществление изобретения
На Фиг.1-3 изображено моторное транспортное средство 50, имеющее систему 1 двигателя, которая содержит четырехтактный трехцилиндровый поршневой возвратно-поступательный двигатель 5 внутреннего сгорания, устройство 20 доочистки выхлопных газов для двигателя 5, электронный контроллер 30, управляемое водителем устройство ввода в виде педали 15 акселератора и датчик 32 положения педали акселератора.
Следует понимать, что электронный контроллер 30 может состоять из нескольких связанных электронных контроллеров, блоков управления или электронных процессорных устройств, но для иллюстрации он показан в виде единого устройства.
Система 1 двигателя также содержит датчик 33 температуры выхлопных газов для подачи выходного сигнала, относящегося к температуре выхлопных газов, входящих в устройство 20 доочистки выхлопных газов, устройство 10 впрыска топлива с электронным управлением, механизм 14 варьируемого управления клапанами с электронным управлением и датчик 31 скорости вращения двигателя, связанный с зубчатым ободом на маховике 9 двигателя 5. Следует понимать, что для измерения скорости вращения двигателя могут быть использованы другие устройства, и то, что изобретение не ограничивается использованием зубчатого обода и датчиком скорости вращения двигателя.
Система 1 двигателя может также содержать систему круиз-контроля (оптимального регулирования скорости) (не показана) для подачи входного сигнала на электронный контроллер 30, указывающий на крутящий момент, необходимый для поддержания заданной скорости транспортного средства. Следует понимать, что логическая схема системы круиз-контроля может быть частью электронного контроллера 30 или может представлять собой отдельное устройство.
Двигатель 5 имеет три цилиндра 11, 12 и 13 с рядным расположением, два внешних первичных цилиндра 11, 13 и центральный вторичный цилиндр 12, расположенный между двумя внешними первичными цилиндрами 11, 13.
Первичные цилиндры 11, 13 работают постоянно во время работы двигателя 5, а вторичный цилиндр 12 выполнен с возможностью выборочной деактивации, как более подробно описано далее.
Выпускной коллектор 6 направляет выхлопные газы из двигателя 5 через выпускной трубопровод 7 к устройству 20 доочистки выхлопных газов, а выхлопная труба 8 выводит выхлопные газы из устройства 20 доочистки в атмосферу, как показано стрелкой «Е». Следует понимать, что устройство 20 доочистки может быть любого известного типа, подходящего для снижения выбросов двигателя 5, а также, что может быть предусмотрено несколько устройств нейтрализации выхлопных газов, последовательно подключенных к выпускному трубопроводу 7. Например, каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр могут быть расположены последовательно. Также следует понимать, что к выпускной трубе могут быть подключены одно или несколько устройств, уменьшающих шумы выхлопа, ниже по потоку устройства или устройств последующей доочистки выхлопных газов.
Датчик 33 температуры выхлопных газов может быть напрямую подключен к входному концу устройства 20 доочистки или может располагаться выше по потоку устройства 20 доочистки таким образом, чтобы измерять температуру выхлопных газов, проходящих через выпускной трубопровод 7 рядом с входным отверстием устройства 20 доочистки. Следует понимать, что значения температуры могут быть получены из других рабочих параметров, а не напрямую измерены температурным датчиком. Как было обозначено выше, фраза «средство для индикации температуры» означает определение температуры как непосредственным измерением с помощью датчика, так и с помощью прогнозируемой температуры.
Положение педали 15 акселератора измеряют датчиком 32 положения педали акселератора, а выходной сигнал датчика 32 поступает в качестве входного сигнала на электронный контроллер 30, где он обрабатывается таким образом, чтобы предоставить данные о запрошенном водителем крутящем моменте.
Выходной сигнал датчика 31 скорости вращения двигателя используется электронным контроллером 30 в качестве данных о текущей скорости вращения двигателя.
Обращаясь, в частности, к Фиг.2 и 3, первый первичный цилиндр 11 выступает в качестве скользящей опоры поршня 11P, который соединен с первым коленом ИТ трехколенного коленчатого вала 40 с кривошипами, расположенными в одной плоскости, при помощи шатуна 11С. Шатун 11С поворотным образом соединен с поршнем 11Р с помощью подшипника 11Е малой головки и поршневого пальца 11G, а также поворотным образом соединен с первым коленом (палец кривошипа) ИТ коленчатого вала 40 посредством подшипника 11D большой головки.
Второй первичный цилиндр 13 выступает в качестве скользящей опоры поршня 13Р, который соединен с третьим коленом 13Т трехколенного коленчатого вала 40 с кривошипами, расположенными в одной плоскости, при помощи шатуна 13С. Шатун 13С поворотным образом соединен с поршнем 13Р с помощью подшипника 13Е малой головки и поршневого пальца 13G, а также поворотным образом соединен с первым коленом (палец кривошипа) 13Т коленчатого вала 40 при помощи подшипника 13D большой головки.
Вторичный цилиндр 12 выступает в качестве скользящей опоры для поршня 12Р, который соединен со вторым коленом 12Т трехколенного коленчатого вала 40 с кривошипами, расположенными в одной плоскости, при помощи шатуна 12С. Шатун 12С поворотным образом соединен с поршнем 12Р с помощью подшипника 12Е малой головки и поршневого пальца 12G, а также поворотным образом соединен с первым коленом (палец кривошипа) 12Т коленчатого вала 40 при помощи подшипника 12D большой головки.
Вторичный цилиндр 12 расположен между двумя внешними первичными цилиндрами 11, 13. Вторичный цилиндр 12 может иметь такой же рабочий объем, как и два первичных цилиндра 11, 13, или может иметь другой рабочий объем за счет другого диаметра цилиндра или другого такта или за счет сочетания вышеуказанных параметров, однако в данном примере все три цилиндра 11, 12 и 13 имеют один и тот же рабочий объем, одинаковый диаметр и такт.
Каждый из цилиндров 11, 12 и 13 имеет соответствующий впускной и выпускной клапаны Па, 11b; 12а, 12b; 13а, 13b, однако следует понимать, что фактически количество впускных и выпускных клапанов может отличаться, например, может быть два впускных и два выпускных клапана или три впускных и два выпускных клапана. Более того, вторичный цилиндр 12 может иметь количество впускных и выпускных клапанов, отличное от первичных цилиндров 11 и 13.
В этом случае впускные и выпускные клапаны приводятся в действие при помощи механизма 14 варьируемого управления клапанами с электронным управлением таким образом, чтобы можно было контролировать открывание и закрывание клапанов Па, 11b; 12а, 12b; 13а, 13b и, в частности, чтобы можно было контролировать отключение впускных и выпускных клапанов 12а, 12b вторичного цилиндра 12 таким образом, чтобы они оставались в закрытом положении, когда вторичный цилиндр 12 деактивирован. Известны различные механизмы для обеспечения такого отключения, например, среди прочего, устройства, известные из публикаций патентов Великобритании 2,319,300, 2,447,111 и 2,454,314, а также публикации патента США 6,805,079.
Коленчатый вал 40 вращается вокруг центральной оси 42 и поддерживается в данном случае четырьмя коренными подшипниками 43. Как лучше всего показано на Фиг.3, колена 11Т, 13Т для двух первичных цилиндров 11, 13 расположены синфазно друг с другом, а колено 12Т для вторичного цилиндра 12 расположено или ориентировано таким образом, чтобы быть смещенным по фазе на угол 0 относительно колен 11Т, 13Т для двух первичных цилиндров 11, 13. Угол 0 представляет собой угол в 180 градусов, и колена 11Т и 13Т для первичных цилиндров 11, 13 могут быть названы смещенными на 180 градусов относительно колена 12Т для вторичного цилиндра 12. В результате во всех случаях, когда поршни 11Р, 13Р первичных цилиндров 11, 13 находятся в верхней мертвой точке (TDC), поршень 12Р вторичного цилиндра 12 находится в нижней мертвой точке (BDC) и наоборот.
В данном случае двигатель 5 является четырехтактным дизельным двигателем, а средством для деативирования вторичного цилиндра 12 является отключение или прекращение подачи топлива на вторичный цилиндр 12. Кроме того, впускные и выпускные клапаны 12а, 12b могут быть отключены электронным контроллером 30 с помощью команд, подаваемых механизму 14 варьируемого регулирования клапанов с электронным управлением. Преимущество закрытого состояния впускных и выпускных клапанов 12а, 12b заключается в снижении насосных потерь во время отключения вторичного цилиндра 12. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения могут отсутствовать средства для отключения впускных и выпускных клапанов 12а, 12b, поэтому во время отключения цилиндра они работают в обычном режиме. Также следует понимать, что могут быть использованы другие способы регулирования работы клапанов, например такие, как закрывание только впускного клапана или закрывание только выпускного клапана во время отключения вторичного цилиндра 12.
Следует понимать, что если двигатель 5 является двигателем с искровым зажиганием, то во время деактивации могут быть прекращены и зажигание, и подача топлива на вторичный цилиндр 12, или же зажигание может быть сохранено в нормальном рабочем состоянии, а отключена только подача топлива.
Работа системы 1 двигателя происходит следующим образом. Когда от двигателя 5 требуется высокий крутящий момент, электронный контроллер 30 обеспечивает работу двигателя 5 в трехцилиндровом рабочем режиме с тремя рабочими цилиндрами 11, 12 и 13. Что составляет высокий крутящий момент, в данном случае определяется по тому, какой крутящий момент двигателя запрошен оператором двигателя 5, на основании входного сигнала, получаемого электронным контроллером 30 от датчика 32 положения педали акселератора. Также следует понимать, что необходимый крутящий момент двигателя может дополнительно или в качестве альтернативы быть получен от системы круиз-контроля.
В одном примере выходной сигнал от датчика 32 положения педали акселератора варьируется между 0,0 В и 4,2 В, и после преобразования сигнала выходной сигнал 0,0 В соответствует 0% положению педали акселератора, указывая на то, что оператор не нажимает на педаль 15 акселератора, а выходной сигнал 4,2 В соответствует 100% положению педали акселератора, указывая на то, что педаль 15 акселератора полностью выжата оператором. Следует понимать, что эти положения педали акселератора могут напрямую относиться к запрошенному крутящему моменту двигателя или может существовать нелинейная зависимость между положением педали акселератора и запрошенным крутящим моментом двигателя.
В данной схеме, если выходной сигнал от датчика 32 положения педали акселератора указывает на то, что оператор нажимает на педаль 15 акселератора более заранее заданного значения, которое соответствует заранее заданному пределу запрошенного крутящего момента, то выбирается работа всех трех цилиндров 11, 12 и 13. Если педаль 15 акселератора нажимается меньше данного заранее заданного значения, то выбирается работа только двух первичных цилиндров 11, 13, а вторичный цилиндр 12 деактивируется. Деактивирование осуществляется при помощи электронного контроллера 30, который отключает подачу топлива на вторичный цилиндр 12 и управляет устройством 14 срабатывания клапанов, отключая впускные и выпускные клапаны 12а, 12b.
Точное значение, выбранное для данного заранее заданного предельного значения запрошенного крутящего момента, будет зависеть от точной конфигурации двигателя 5 и выбирается таким образом, чтобы, если, как в данном случае, двигатель 5 установлен в транспортном средстве 50, на эффективность ускорения транспортного средства 50 не влияла бы работа двух цилиндров 11, 13, а также необходимости использовать все три цилиндра 11, 12 и 13 как можно ближе к оптимальной эффективности. Иными словами, функционирование двигателя контролируется таким образом, чтобы общий КПД, обеспечиваемый работой двух цилиндров, превышал КПД, достигаемый при работе двигателя 5 с использованием трех цилиндров.
На Фиг.6А и 6В показаны две возможные таблицы синхронизации для двигателя 5, основная разница между которыми заключается в том, что на Фиг.6 А фазирование вторичного цилиндра 12 отличается на 360 градусов от фазирования на Фиг.6В. Следует понимать, что действия, перечисленные на Фиг.6А и 6В для вторичного цилиндра 12, происходят, когда работает вторичный цилиндр 12, а двигатель 5 использует все три цилиндра 11, 12 и 13 для производства энергии.
Следует также отметить, что при отключенном вторичном цилиндре 12 двигатель 5 работает как поршневой двухцилиндровый двигатель с выработкой энергии через альтернативные циклы от двух первичных цилиндров 11, 13. Иными словами, каждая фаза работы первичного цилиндра 11 задана так, чтобы отличаться на 360 градусов от той же фазы работы в другом первичном цилиндре 13 и наоборот. Таким образом, каждый раз, когда один из поршней 11P, 13Р в первичных цилиндрах 11, 13 переходит из верхней мертвой точки (TDC) в нижнюю мертвую точку (BDC), двигатель 5 производит энергию. Таким образом, рабочий такт происходит в одном из двух первичных цилиндров 11, 13 для каждого полного оборота коленчатого вала. Кроме того, рабочий такт вторичного цилиндра 12 никогда не происходит в одно и то же время с рабочим тактом любого из двух первичных цилиндров 11, 13.
Таким образом, с помощью выборочного отключения вторичного цилиндра 12 возможно эксплуатировать двигатель 5 с максимальной производительностью, тем самым сокращая потребление топлива.
Несмотря на то что деактивирование цилиндра было описано как операция, на которую влияет только запрошенный крутящий момент двигателя, информацию о котором в данном случае получают исходя из положения педали акселератора, это необязательно должно быть именно так. Например, скорость изменения запрошенного крутящего момента двигателя, получаемая из положения педали акселератора, может быть использована в сочетании с заранее заданным предельным значением запрошенного крутящего момента. В этом случае, если скорость, с которой нажимают на педаль акселератора, выше заранее заданного предельного значения, то, даже если фактический запрошенный крутящий момент двигателя ниже предельного значения, двигатель может работать с использованием всех трех цилиндров 11, 12 и 13.
Этого можно достичь, используя, без ограничения, например, следующую логическую схему: -
Если dTd>dTпредельн ИЛИ Td>Tdпредельн, то использовать три цилиндра; иначе - использовать два цилиндра,
где
dTd - текущая скорость изменения положения педали акселератора;
dTпредельн - предельное значение скорости изменения положения педали акселератора;
Td - текущий запрошенный крутящий момент, основанный на положении педали акселератора; и
Тdпредельн - заранее заданное предельное значение запрошенного крутящего момента.
Следует понимать, что в вышеуказанном логическом уравнении скорость изменения запрошенного крутящего момента двигателя в качестве альтернативы может быть выведена из скорости изменения запрошенного крутящего момента двигателя из системы круиз-контроля.
Одним из преимуществ использования такой комбинации является то, что внезапное изменение положения педали акселератора указывает на то, что оператор двигателя, такой как водитель транспортного средства 50, нуждается в быстром увеличении производства крутящего момента и, следовательно, желательно отреагировать на это использованием работы всех трех цилиндров 11, 12 и 13, даже если фактический уровень запрошенного крутящего момента двигателя ниже заранее заданного предельного значения (Tdпердельн). Например, при выполнении маневра обгона положение педали 15 акселератора может быстро изменяться от 15% нажатия до 90% нажатия, но без использования логической схемы, связанной со скоростью изменения положения, вторичный цилиндр 12 останется отключенным до тех пор, пока педаль 15 акселератора физически не пересечет заранее заданное предельное значение запрошенного крутящего момента двигателя. Однако при использовании логической схемы, связанной со скоростью изменения, вторичный цилиндр 12 может снова начать подключаться, как только скорость изменения положения педали акселератора превысит предельное значение скорости изменения педали акселератора (dTdпредельн), таким образом сократив время реакции двигателя и прогнозируя необходимость работы трех цилиндров.
Несмотря на то что выше указывается на положение педали акселератора как на процентное требование, следует понимать, что это необязательно так, и требуемый оператором крутящий момент может быть получен на основании изменений выходного напряжения от датчика 32 положения педали акселератора или изменений выходного значения, если используется цифровой датчик положения.
Следует понимать, что переход между отключенным и активным состояниями может происходить не моментально, условия для данного перехода устанавливаются заранее. Например, не в качестве ограничения, вторичный цилиндр 12 может быть повторно активирован, когда он начинает такт впуска, и может быть деактивирован только в конце такта выпуска.
На Фиг.4 проиллюстрирован первый вариант способа эксплуатации трехцилиндрового двигателя 5, имеющего тип и конструкцию, описанные выше.
Способ начинается на этапе 100, который в случае моторного транспортного средства представляет собой включение зажигания. Способ затем переходит к этапу ПО, где проверяется, имеются ли условия для работы двигателя 5 в качестве двухцилиндрового двигателя. В своей самой простой форме данная проверка может быть представлена следующим образом:
Td<Tпредельн?
где
Td - текущий запрошенный крутящий момент,основанный в данном случае на положении педали акселератора; и
Tdпpeдeльн - заранее заданное предельное значение запрошенного крутящего момента. Следует понимать, что запрошенным крутящим моментом двигателя может быть также крутящий момент, запрашиваемый системой круиз-контроля.
В случае если текущий запрошенный крутящий момент двигателя ниже заранее заданного предельного значения, способ переходит к этапу 120, где двигатель 5 работает как двухцилиндровый двигатель с вторичным цилиндром 12, который деактивирован электронным контроллером 30 с помощью прекращения подачи в него дизельного топлива и отключения впускных и выпускных клапанов 12а, 12b вторичного цилиндра посредством механизма 14 варьируемого управления клапанами с электронным управлением. Далее способ переходит от этапа 120 к этапу 140, где определяется, было ли выключено зажигание, и если да, то способ завершается на этапе 150, а если выключение зажигания не произошло, способ циклическим образом возвращается к этапу 110. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов ПО, 120 и 140 до тех пор, пока соблюдаются условия для работы двух цилиндров и не произойдет выключение зажигания.
Возвращаясь к этапу ПО, если текущий запрошенный крутящий момент двигателя выше заранее заданного предельного значения, то способ переходит к этапу 130, где двигатель 5 работает как трехцилиндровый двигатель 5 с включенными всеми тремя цилиндрами 11, 12 и 13. Затем способ переходит от этапа 130 к этапу 140, где определяется, произошло ли выключение зажигания, и если да, то способ останавливается на этапе 150, а если выключение зажигания не произошло, способ циклически возвращается к этапу 110. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов ПО, 130 и 140 до тех пор, пока соблюдаются условия работы трех цилиндров и не произойдет выключение зажигания.
В качестве альтернативы вместо простой проверки, описанной выше для этапа 110, проверка может иметь также следующую форму:
Если dTd>dTdпредельн или Td>Tdпредельн, то использовать три цилиндра; иначе - использовать два цилиндра,
где
dTd - в данном случае текущая скорость изменения положения педали акселератора;
dTdпредельн - предельное значение скорости изменения положения педали акселератора;
Td - в данном случае текущий запрошенный крутящий момент двигателя, основанный на положении педали акселератора;
и
Tdпредельн - заранее заданное предельное значение запрошенного крутящего момента двигателя.
Следует понимать, что скорость изменения также может представлять собой скорость изменения крутящего момента двигателя, запрошенного системой круиз-контроля.
Если была использована данная проверка, то от этапа 110 переходят к этапу 120, если текущая скорость изменения положения педали акселератора ниже предельного значения скорости изменения положения педали акселератора, а текущий запрошенный крутящий момент двигателя, основанный на положении педали акселератора, меньше заранее заданного предельного значения. Если же текущая скорость изменения положения педали акселератора больше предельного значения или текущий запрошенный крутящий момент двигателя, основанный на положении педали акселератора, больше заранее заданного предельного значения, то способ переходит к этапу 130. На остальные этапы способа данные изменения проверки на этапе 110 на влияют.
Следует понимать, что заранее заданное предельное значение запрошенного крутящего момента двигателя может варьироваться на основании других условий эксплуатации двигателя 5 и, таким образом, оно не является обязательной фиксированной величиной. Например, среди прочего, величина заранее заданного предельного значения запрошенного крутящего момента двигателя может варьироваться в зависимости от частоты вращения двигателя и, таким образом, предельное значение возрастает вместе с возрастанием частоты вращения двигателя.
На Фиг.5А и 5В проиллюстрирован второй вариант осуществления способа по изобретению.
Способ начинается на этапе 200, который в случае моторного транспортного средства представляет собой включение зажигания. Способ затем переходит к этапу 105, где проверяется, необходимо ли нагревание. Данная проверка может осуществляться, например, для определения того, нужно ли увеличить температуру выхлопных газов для ускорения запуска одного или нескольких устройств доочистки выхлопных газов, или нужно ли увеличить температуру смазочного масла в двигателе 5 для снижения вязкости с тем, чтобы сократить потери на трение, или нужно ли увеличить температуру охлаждающей жидкости, проходящей через двигатель 5, после холодного запуска или для комбинаций вышеперечисленного.
В обоих случаях проверка будет осуществляться в форме сопоставления. Для этого используют электронный контроллер 30 текущей температуры, считываемой датчиком 33 температуры выхлопных газов с предварительным температурным ограничением, таким как температура запуска доочистки выхлопных газов. Если температура выхлопных газов выше температуры запуска, то проверка не будет пройдена и способ перейдет к этапу 210. Если проверка пройдена, указывая на то, что текущая температура выхлопных газов ниже заранее заданное ограничения температуры и необходимо нагревание, то способ переходит к этапу 207.
Рассмотрим сначала непрохождение проверки на этапе 205 и последующий переход способа к этапу 210, где проверяется наличие условий для работы двигателя 5 в виде двухцилиндрового двигателя. Данная проверка аналогична проверке, выполняемой на этапе 110 на Фиг.4, и не будет еще раз подробно описываться.
Если текущий запрошенный крутящий момент двигателя ниже заранее заданного предельного значения, то способ переходит к этапу 220, где двигатель 5 работает в качестве двухцилиндрового двигателя с отключенным вторичным цилиндром 12. Далее способ переходит от этапа 220 к этапу 240, где определяется, было ли выключено зажигание. Если да, то способ завершается на этапе 250. Если выключения зажигания не было, способ циклически возвращается к этапу 205. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов 205, 210, 220 и 240 до тех пор, пока не требуется нагревание, сохраняются условия для работы двух цилиндров и не происходит выключение зажигания.
Возвращаясь к этапу 210, если текущий запрошенный крутящий момент двигателя выше заранее заданного предельного значения, то способ переходит к этапу 230, где двигатель 5 работает как трехцилиндровый двигатель 5 с тремя включенными цилиндрами 11, 12 и 13. Далее способ переходит от этапа 230 к этапу 240, где определяется, было ли выключено зажигание. Если да, то способ завершается на этапе 250. Если нет, то способ циклически возвращается к этапу 205. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов 205, 210, 230 и 240 до тех пор, пока не требуется нагревание, сохраняются условия для работы трех цилиндров и не происходит выключение зажигания.
Как описано в отношении этапа ПО на Фиг.4, проверка на этапе 210 может включать в себя проверку скорости изменения запрошенного крутящего момента двигателя, полученной на основании скорости изменения положения акселератора.
Возвращаясь снова к этапу 205, если проверка на этапе 205 пройдена и она указывает на то, что необходимо нагревание, то далее способ переходит от этапа 207 к этапу 215.
На этапе 215 проверяется, имеются ли условия для работы двигателя 5 в качестве двухцилиндрового двигателя. Данная проверка аналогична проверке, использованной на этапе 210, но величина заранее заданного предельного значения запрошенного крутящего момента двигателя может отличаться. Другими словами, эффективность использования топлива двигателя 5 может быть временно нарушена для того, чтобы уменьшить время, необходимое для разогрева устройства или устройств доочистки.
Следует понимать, что в случае трехцилиндрового двигателя с цилиндрами, которые имеют одинаковые рабочие объемы, при работе с использованием двух цилиндров с одинаковой выходной мощностью воздушный поток сокращается на одну треть, но вырабатываемое тепло остается тем же самым и, таким образом, температура выхлопных газов увеличивается.
Если текущий запрошенный крутящий момент двигателя меньше второго заранее заданного предельного значения, то способ переходит от этапа 215 к этапу 225, где двигатель 5 работает как двухцилиндровый двигатель с отключенным вторичным цилиндром 12. Далее способ переходит от этапа 225 к этапу 238, а далее к этапу 240, где определяется, произошло ли выключение зажигания. Если да, то способ завершается на этапе 250. Если нет, то способ циклически возвращается к этапу 205. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов 205, 207, 215, 225, 238 и 240 до тех пор, пока не требуется нагревание, сохраняются условия для работы двух цилиндров и не происходит выключение зажигания.
Возвращаясь снова к этапу 215, если текущий запрошенный крутящий момент двигателя больше, чем второе заранее заданное предельное значение, то способ переходит к этапу 235, где двигатель 5 работает как трехцилиндровый двигатель 5 с тремя включенными цилиндрами. Далее способ переходит от этапа 235 к этапу 238 и от этапа 238 к этапу 240, где определяется, произошло ли выключение зажигания. Если да, способ завершается на этапе 250. Если нет, способ циклически возвращается к этапу 205. Далее способ продолжается циклическим выполнением этапов 205, 207, 215, 235, 238 и 240 до тех пор, пока не требуется нагревание, сохраняются условия для работы двух цилиндров и не происходит выключение зажигания.
Таким образом, обобщая вышесказанное, изобретение относится к двигателю, системе двигателя и способу, которые позволяют эксплуатировать трехцилиндровый двигатель в качестве трехцилиндрового двигателя или выборочно в качестве двухцилиндрового двигателя. Использование коленчатого вала с кривошипами, расположенными в одной плоскости, обеспечивает более экономичную работу двигателя, выборочное отключение одного из цилиндров позволяет двигателю работать более эффективно, тем самым сокращая потребление топлива. Кроме того, изобретение может быть использовано для инициирования быстрого прогрева выхлопных газов, охлаждающей жидкости и смазочного масла в двигателе. Так как работа двигателя от двух цилиндров по сравнению с работой от трех цилиндров смещает нагрузку на рабочие цилиндры и пропорционально сокращает массовый газовый поток, производство загрязняющих выбросов, таких как сажа, HC и CO, может быть оптимизировано, таким образом потенциально сокращая количество таких выбросов из двигателя.
Следует понимать, что электронный контроллер 30 может реагировать как на запрошенный водителем крутящий момент, так и на крутящий момент, запрошенный системой круиз-контроля.
Следует также понимать, что электронный контроллер 30 может быть выполнен с возможностью отключать вторичный цилиндр 12, когда происходит регенерация устройства доочистки, для увеличения температуры выхлопных газов, выходящих из двигателя 5.
Несмотря на то что двигатель был описан как дизельный трехцилиндровый двигатель, следует также понимать, что изобретение может быть применено к трехцилиндровому двигателю с искровым зажиганием. Также следует принять во внимание то, что настоящее изобретение может применяться и для двухтактного двигателя.
Следует понимать, что синхронизация подачи топлива и срабатывания клапанов для отключаемого цилиндра необязательно может быть такой же, как и у первичных рабочих цилиндров.
При использовании описанной выше регулировки синхронизации цилиндров создается плавный поток энергии, так как вторичный цилиндр производит энергию, не совпадающую по фазе с двумя первичными цилиндрами.
Специалистам в данной области техники понятно, что, несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на один или более вариантов осуществления изобретения, оно не может быть ограничено рамками этих примеров и могут быть разработаны альтернативные варианты воплощения, которые входят в объем изобретения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
Группа изобретений относится к двигателестроению, а именно к регулированию двигателей отключением отдельных цилиндров. Техническим результатом является повышение экономичности двигателя. Сущность изобретений заключается в том, что в трехцилиндровом однорядном поршневом двигателе 5 внутреннего сгорания, состоящем из трех цилиндров 11, 12 и 13, внутренний цилиндр 12 может быть выборочно деактивирован для экономии расхода топлива или для дополнительного прогрева двигателя, например, за счет повышения температуры выхлопных газов для прогрева устройства доочистки выхлопных газов. Двигатель 5 имеет коленчатый вал 40 с кривошипами, расположенными в одной плоскости, с тремя коленами 11Т, 12Т, 13Т. Колена 11Т, 13Т для двух внешних цилиндров 11, 13 совпадают по фазе, а колено 12Т для внутреннего цилиндра 12 смещено на 180 градусов. Внутренний цилиндр 12 может быть деактивирован с помощью отключения подачи топлива к цилиндру 12. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Трехцилиндровый рядный поршневой возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два внешних первичных цилиндра и один вторичный цилиндр, расположенный между двумя внешними первичными цилиндрами, где каждый из цилиндров является скользящей опорой для соответствующего поршня, функционально подключенного соответствующим соединительным штоком к соответствующему колену трехколенного коленчатого вала с кривошипами, расположенными в одной плоскости, причем колена для двух первичных цилиндров расположены синфазно, а колено для вторичного цилиндра сдвинуто по фазе относительно двух первичных цилиндров на 180 градусов и вторичный цилиндр может быть селективно деактивирован.
2. Двигатель по п.1, в котором вторичный цилиндр может быть деактивирован для повышения экономии топлива.
3. Двигатель по п.1 или 2, в котором вторичный цилиндр может быть деактивирован для увеличения по меньшей мере одного из следующего: температуры выхлопных газов, смазочного масла и охлаждающей жидкости в двигателе.
4. Двигатель по п.1 или 2, выполненный с возможностью осуществления рабочего хода в одном из двух первичных цилиндров при каждом полном обороте коленчатого вала, а рабочего хода вторичного цилиндра не совпадающим по фазе с рабочим ходом первичных цилиндров.
5. Двигатель по п.1 или 2, в котором деактивирование вторичного цилиндра может быть осуществлено с помощью прекращения подачи топлива во вторичный цилиндр.
6. Двигатель по п.1 или 2, в котором вторичный цилиндр имеет по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, а деактивация вторичного цилиндра осуществляется с помощью поддержания всех впускных и выпускных клапанов в закрытом положении.
7. Двигатель по п.1 или 2, в котором вторичный цилиндр может быть деактивирован на основании сопоставления запрошенного крутящего момента двигателя с предельным значением запрошенного крутящего момента двигателя.
8. Двигатель по п.1 или 2, в котором вторичный цилиндр может быть деактивирован на основании сопоставления скорости изменения запрошенного крутящего момента двигателя с предельным значением скорости изменения запрошенного крутящего момента двигателя.
9. Система двигателя, содержащая трехцилиндровый двигатель по пп.1-6, входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент двигателя, и электронный контроллер, выполненный с возможностью получать входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент двигателя, где электронный контроллер выполнен с возможностью на основании входного сигнала, указывающего на запрошенный крутящий момент, определять, необходимо ли осуществлять работу двигателя с использованием всех трех цилиндров или деактивировать вторичный цилиндр, чтобы двигатель работал с использованием только двух первичных цилиндров.
10. Система двигателя по п.9, в которой входной сигнал, указывающий на запрошенный крутящий момент, получен из системы круиз-контроля.
11. Система двигателя по п.9 или 10, которая также включает в себя педаль акселератора, управляемую оператором двигателя, и датчик положения педали акселератора для контроля положения педали акселератора и обеспечения подачи входного сигнала, указывающего на запрошенный крутящий момент, причем электронный контроллер выполнен с возможностью получать входной сигнал от датчика положения педали акселератора и на основании входного сигнала, получаемого от датчика положения педали акселератора, определять, необходимо ли осуществлять работу двигателя с использованием всех трех цилиндров или деактивировать вторичный цилиндр, чтобы двигатель работал с использованием только двух первичных цилиндров.
12. Система двигателя по п.9 или 10, в которой, если запрошенный крутящий момент двигателя больше первого заранее заданного предельного значения, двигатель может работать с использованием всех трех цилиндров, а если запрошенный крутящий момент меньше первого заранее заданного предельного значения, двигатель может работать как двухцилиндровый двигатель с отключенным вторичным цилиндром.
13. Система двигателя по п.9 или 10, которая дополнительно содержит средство для индикации температуры для обеспечения подачи на электронный контроллер входного сигнала, указывающего на температуру, относящуюся к двигателю, причем электронный контролер может быть выполнен с возможностью деактивировать вторичный цилиндр двигателя, если температура, относящаяся к двигателю, ниже заданного предельного значения температуры.
14. Система двигателя по п.13, которая дополнительно содержит устройство доочистки выхлопных газов, температура, относящаяся к двигателю, представляет собой температуру выхлопных газов, средство индикации температуры представляет собой датчик температуры выхлопных газов, подающий на электронный контроллер входной сигнал, указывающий на температуру выхлопных газов, входящих в устройство доочистки, а заранее заданное предельное значение температуры представляет собой необходимую рабочую температуру устройства доочистки.
15. Система двигателя по п.13, в которой температура, относящаяся к двигателю, представляет собой температуру охлаждающей жидкости в двигателе, датчик температуры представляет собой датчик температуры охлаждающей жидкости, который подает на электронный контроллер входной сигнал, относящийся к температуре охлаждающей жидкости, а заранее заданное предельное значение температуры представляет собой необходимую рабочую температуру охлаждающей жидкости.
16. Система двигателя по п.13, в которой температура, относящаяся к двигателю, представляет собой температуру циркулирующего в двигателе масла, средство для индикации температуры представляет собой датчик температуры масла, который подает на электронный контроллер входной сигнал, относящийся к температуре масла, а заранее заданное предельное значение температуры представляет собой необходимую рабочую температуру масла.
17. Способ эксплуатации двигателя по п.1, в котором определяют, можно ли деактивировать вторичный цилиндр, и, если вторичный цилиндр может быть деактивирован, прекращают подачу топлива на вторичный цилиндр для его деактивации.
18. Способ по п.17, в котором деактивируют вторичный цилиндр двигателя, если необходимый крутящий момент двигателя может быть достигнут с использованием только двух цилиндров двигателя.
19. Способ по п.17 или 18, в котором двигатель эксплуатируют с использованием трех цилиндров, если запрошенный крутящий момент выше заранее заданного предельного значения.
20. Способ по п.17 или 18, в котором вторичный цилиндр имеет по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан, и вторичный цилиндр деактивируют путем поддержания всех впускных и выпускных клапанов в закрытом положении.
| JPH 03149346 A, 25.06.1991 | |||
| JPS 5827833 A, 18.02.1983 | |||
| US 5769041 A, 23.06.1998 | |||
| JPS 6355337 A, 09.03.1988. |
