СПОСОБ ДЛЯ МНОГОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F01N3/34 F01N3/32 F01N3/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретения относится к системе нагнетания воздуха для выпуска из двигателя.

Уровень техники

Для снижения выделения продуктов сгорания с отработавшими газами, транспортные средства снабжены одним или более устройствами снижения токсичности отработавших газов, таких как каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Эти устройства часто используют быстрый нагрев до температуры розжига, для того чтобы оптимально функционировать. Различные подходы были приняты для быстрого нагревания устройств снижения токсичности отработавших газов. В одном из примеров, двигатель может приводиться в действие на обогащенном топливовоздушном соотношении. Несгоревшие углеводороды, оставшиеся в отработавших газах, могут реагировать с вторичным воздухом, нагнетаемым в выпускной коллектор, чтобы вырабатывать дополнительное тепло в отработавших газах выше по потоку от устройств снижения токсичности отработавших газов.

Европейский патент № EP2016261 раскрывает нагнетательный насос вторичного воздуха, который нагнетает воздух в выпускное окно. Однако в многоцилиндровом четырехтактном двигателе, выпуск является импульсным, а отсюда, выпускные окна не выпускают отработавшие газы одновременно. Таким образом, выпускные окна, выпускающие отработавшие газы, имеют более высокое противодавление, чем выпускные окна, не выпускающие отработавшие газы. Во время нагнетания вторичного воздуха это может приводить к выпускным окнам, выпускающим отработавшие газы, принимающим меньшее количество вторичного воздуха, чем выпускные окна, не выпускающие отработавшие газы.

Раскрытие изобретения

Авторы осознали проблемы с вышеприведенным подходом и предложили способ систему для по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на них.

В одном из аспектов способ для многоцилиндрового двигателя включает сжигание обогащенной топливо-воздушной смеси, нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра, а не в выпускное окно второго цилиндра, во время такта выпуска первого цилиндра, и нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра, а не в выпускное окно первого цилиндра, во время такта выпуска второго цилиндра.

Таким образом, каждое выпускное окно может принимать нагнетание вторичного воздуха (или других окисляющих веществ), только когда такое окно является выпускающим отработавшие газы. Количество вторичного воздуха, необходимое для эффективной реакции с углеводородами в отработавших газах, может выдаваться равным образом для всех окон, устраняя излишнее нагнетание воздуха.

Нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что не нагнетают воздух в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска, при этом нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра дополнительно состоит в том, что не нагнетают воздух в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска.

Нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух в выпускное окно первого цилиндра в ответ на температуру отработавших газов, находящуюся ниже порогового значения.

Нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух системой нагнетания воздуха из источника сжатого воздуха через первый соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

Способ предпочтительно дополнительно включает обеспечение источника сжатого воздуха посредством приведения в действие воздушного насоса системы нагнетания воздуха, включающей в себя поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя, который поворачивается, чтобы открывать первый соединительный патрубок.

Способ предпочтительно дополнительно включает обеспечение источника сжатого воздуха посредством направления воздуха ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя в систему нагнетания воздуха.

Нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух системой нагнетания воздуха из источника сжатого воздуха через второй соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

Способ предпочтительно дополнительно включает обеспечение источника сжатого воздуха посредством приведения в действие воздушного насоса системы нагнетания воздуха, включающей в себя поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя, который поворачивается, чтобы открывать второй соединительный патрубок.

Нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что блокируют нагнетание воздуха в выпускные окна всех других цилиндров, при этом блокирование механически синхронизируется с распределительным валом двигателя.

Нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что запирают нагнетание воздуха в выпускные окна всех других цилиндров, при этом блокирование механически синхронизируется с распределительным валом двигателя.

В другом из аспектов способ для многоцилиндрового двигателя включает сжигание обогащенной топливовоздушной смеси, нагнетание воздуха из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра только во время такта выпуска первого цилиндра через первый соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя, и нагнетание воздуха из источника воздуха в выпускное окно второго цилиндра только во время такта выпуска второго цилиндра через второй соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

Сжигание обогащенной топливовоздушной смеси предпочтительно дополнительно состоит в том, что сжигают обогащенную топливовоздушную смесь при приведении в действие воздушного насоса для обеспечения источника сжатого воздуха.

Сжигание обогащенной топливовоздушной смеси предпочтительно дополнительно состоит в том, что сжигают обогащенную топливовоздушную смесь при направлении воздуха ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя для обеспечения источника сжатого воздуха.

Нагнетание воздуха из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра предпочтительно дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра только во время первой половины такта выпуска первого цилиндра.

В еще одном аспекте система для двигателя содержит первый цилиндр, имеющий первое выпускное окно, и второй цилиндр, имеющий второе выпускное окно, при этом каждое выпускное окно присоединено к выпуску, включающему в себя устройство снижения токсичности отработавших газов, поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя, и воздушный насос, последовательно нагнетающий воздух в первое и второе выпускные окна, причем последовательное нагнетание из воздушного насоса управляется посредством поворотного диска.

Последовательное нагнетание предпочтительно происходит только во время сгорания с обогащенным топливовоздушным соотношением в двигателе.

Последовательное нагнетание предпочтительно происходит в ответ на температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, находящуюся ниже порогового значения, при этом последовательное нагнетание происходит только во время такта выпуска каждого соответственного цилиндра.

Система предпочтительно дополнительно содержит третье выпускное окно, присоединенное к первому цилиндру, при этом воздух нагнетается в оба, первое и третье выпускные окна во время такта выпуска первого цилиндра.

Воздушный насос предпочтительно включает в себя первый соединительный патрубок, присоединенный к первому выпускному окну, и второй соединительный патрубок, присоединенный ко второму выпускному окну, при этом поворотный диск поворачивается, чтобы открывать первый соединительный патрубок во время нагнетания в первое выпускное окно при блокировании второго соединительного патрубка.

Поворотный диск предпочтительно поворачивается, чтобы открывать второй соединительный патрубок во время нагнетания во второе выпускное окно при блокировании первого соединительного патрубка.

В одном из примеров, нагнетаемый воздух может выдаваться посредством воздушного насоса, который включает в себя поворотный диск, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя. Посредством нагнетания воздуха в каждое окно только во время выпуска отработавших газов такого окна, меньший воздушный насос или источник воздуха может использоваться, который потребляет меньшее количество энергии, таким образом, улучшая общую экономию топлива двигателя. Кроме того, так как поворотный диск воздушного насоса может быть присоединен к распределительному валу для управления нагнетанием воздуха в каждое окно, стратегия управления воздушным насосом и нагнетанием в окна может быть упрощена. Кроме того, может быть устранено использование термостойких распределительных клапанов на каждом окне, сокращая затраты, если требуется.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания станут без труда очевидны из последующего подробного описания изобретения при прочтении в одиночку или вместе с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему двигателя.

Фиг. 2A и 2B представляют собой схематичный вид системы нагнетания воздуха, включающей в себя поворотный диск и множество соединительных патрубков согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерный способ для нагнетания воздуха согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 4 представляет собой примерный график нагнетания воздуха во время работы четырехцилиндрового двигателя.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к системам и способам для эксплуатации системы нагнетания воздуха двигателя внутреннего сгорания. В одном из неограничивающих примеров, двигатель может быть выполнен, как проиллюстрировано на фиг. 1. Кроме того, различные примеры системы нагнетания воздуха, как проиллюстрированная на фиг. 2A-B, может быть частью двигателя по фиг. 1.

Нагнетание воздуха может обеспечиваться согласно системе, изображенной на фиг. 2A-2B, и способу, проиллюстрированному на фиг. 3, которая показывает примерный способ для нагнетания воздуха. Фиг. 4 иллюстрирует нагнетание воздуха во время работы двигателя согласно способу по фиг. 3.

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть, цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы обеспечивать операцию запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере, впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 44, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 62, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически перерегулироваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливовоздушного соотношения.

Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, скомпонованный вдоль впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 164 (например, через вал), скомпонованной на протяжении выпускного канала 48. Один или более из регулятора давления наддува и перепускного клапана компрессора также могут быть включены в состав для управления потоком через турбину и компрессор. Что касается нагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина компрессии, подаваемой в один или более цилиндров двигателя через турбонагнетатель или нагнетатель, может регулироваться контроллером 12.

Система 138 нагнетания воздуха может нагнетать вторичный воздух в выпускное окно 139 цилиндра 30. Система 138 нагнетания воздуха может включать в себя воздушную форсунку 140, выполненную с возможностью последовательного нагнетания воздуха в каждое выпускное окно каждого цилиндра двигателя 10. Воздушная форсунка 140 может включать в себя множество соединительных патрубков, каждый соединительный патрубок присоединен к выпускному окну. Воздушная форсунка 140 может управлять нагнетанием воздуха посредством механического соединения с распределительным валом системы 53 кулачкового привода. В одном из примеров, механическое соединение может включать в себя поворотный диск (не показанный на фиг. 1), выполненный с возможностью открывания соединительного патрубка между воздушной форсункой 140 и выпускным окном 139 во время такта выпуска цилиндра 30 и запирать соединительный патрубок в течение других периодов времени. Таким образом, нагнетание воздуха в выпускное окно может синхронизироваться с выпуском отработавших газов в выпускном окне.

В одном из вариантов осуществления, воздушная форсунка может питаться сжатым воздухом через воздушный насос 142, который может включать в себя включенное и отключенное состояния, регулируемые контроллером 12. В еще одном варианте осуществления, топливная форсунка 140 может питаться сжатым воздухом через перепускной канал 146, который отводит всасываемый воздух ниже по потоку от компрессора 162 турбонагнетателя. Перепускной канал 146 может открываться и закрываться клапаном 148 отвода турбонагнетателя, который управляется контроллером 12. Несмотря на то, что воздушная форсунка 140 и воздушный насос 142 изображены на фиг. 1 в качестве являющихся отдельными компонентами, следует понимать, что, в некоторых вариантах осуществления, воздушная форсунка 140 и воздушный насос 142 могут быть объединены в единое устройство.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включая воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.

Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.

Фиг. 2A и 2B схематически показывает примерную систему 200 нагнетания воздуха. Система 138 нагнетания воздуха по фиг. 1 является одним из неограничивающих примеров системы 200 нагнетания воздуха. Система 200 нагнетания воздуха включает в себя поворотный диск 202 и соединение 204 распределительного вала. Поворотный диск может включать в себя вырез, чтобы обеспечивать возможность соединения между системой нагнетания воздуха и выпускным окном цилиндра. Как пояснено выше, поворотный диска 202 может быть присоединен к распределительному валу двигателя, из условия чтобы поворот диска мог синхронизироваться открыванием каждого выпускного клапана каждого цилиндра двигателя. Система 200 нагнетания воздуха также может включать в себя источник 210 сжатого воздуха, чтобы подавать воздух в множество соединительных патрубков системы нагнетания воздуха. Источник 210 сжатого воздуха может включать в себя воздух, вырабатываемый воздушным насосом или может включать в себя воздух, отведенный ниже по потоку от компрессора. Если источник 210 сжатого воздуха включает в себя воздух, вырабатываемый воздушным насосом, воздушный насос может заключен с поворотным диском 202, соединением 204 распределительного вала и соединительными патрубками в едином устройстве, или воздушный насос может быть отдельным.

Фиг. 2A показывает поворотный диск 202 в первом положении, в силу чего поворотный диск 202 повернулся на 120° от исходного положения 0°, как определяется по передней кромке выреза. По существу, соединительный патрубок 206 между системой нагнетания воздуха и выпускным окном первого цилиндра открыт. Все другие соединительные патрубки между системой нагнетания воздуха и выпускными окнами других цилиндров заперты. Фиг. 2B показывает поворотный диск во втором положении, в силу чего поворотный диск 202 повернулся на 225° от исходного положения, из условия чтобы соединительный патрубок 208 между системой нагнетания воздуха и выпускным окном второго цилиндра был открыт; соединительный патрубок 206, а также два других соединительных патрубка заперты.

Как изображено на фиг. 2A и 2B, соединительные патрубки 206 и 208 между воздушной форсункой и выпускными окнами являются соединениями, создаваемыми вырезанным проемом на поворотном диске. Однако, в некоторых вариантах осуществления, соединительные патрубки могли бы обеспечиваться одним или более клапанов, связанных с распределительным валом, или другим пригодным механизмом для синхронизации присоединения системы нагнетания воздуха с каждым выпускным окном во время такта выпуска каждого соответственного цилиндра. Соединительные патрубки являются воздушными соединительными патрубками/проходными соединительными патрубками, которые предоставляют возможность сообщения по воздуху только во время выбранной длительности (например, во время такта выпуска), а в ином случае заперты, вновь с синхронизацией запирания, также синхронизируемой распределительным валом. Несмотря на то, что поворотный диск 202 изображен на фиг. 2A и 2B в качестве включающего в себя секцию выреза, чтобы обеспечить открывания каждого соединительного патрубка, это является неограничивающим примером, и другие конфигурации поворотного диска, которые открывают один соединительный патрубок наряду с блокированием других соединительных патрубков, находятся в пределах объема этого раскрытия.

Кроме того, несмотря на то, что изображены четыре соединительных патрубка, возможны другие соединения, такие как шесть соединительных патрубков или восемь соединительных патрубков. Количество соединительных патрубков может быть равным количеству цилиндров в двигателе или может быть равным количеству цилиндров в ряду цилиндров. В некоторых вариантах осуществления, цилиндры могут включать в себя более чем одно выпускное окно. В таких случаях, каждый соединительный патрубок может открываться в многочисленные перепускные каналы, чтобы нагнетать воздух во все выпускные окна одного цилиндра за один раз. В других вариантах осуществления, каждое выпускное окно может иметь свой собственный соединительный патрубок с системой нагнетания воздуха, а компоновка выпускных патрубков и размер вырезанного проема могут определять длительность нагнетания воздуха в каждое выпускное окно. Например, если каждый цилиндр имеет два выпускных окна, соединительные патрубки для выпускных окон одного цилиндра могут быть скомпонованы в непосредственной близости друг к другу, так чтобы каждое выпускное окно принимало по существу одинаковую длительность и синхронизацию нагнетания воздуха. В еще одном примере, соединительные патрубки выпускного окна одиночного цилиндра могут быть разнесены друг от друга, и вырезанный проем может быть наделен размером, из условия чтобы одно выпускное окно принимало нагнетание воздуха в течение первой половины такта выпуска наряду с тем, что другое выпускное окно принимает нагнетание воздуха в течение второй половины такта выпуска. Другие конфигурации соединения находятся в пределах объема этого раскрытия.

Фиг. 3 иллюстрирует способ 300 для нагнетания воздуха в многоцилиндровом двигателе. Способ 300 может выполняться командами, хранимыми в памяти контроллера 12. На 302, способ 300 включает в себя определение рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя число оборотов двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя, температуру отработавших газов, температуру одного или более устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных на выпуске, и т. д. На 304, определяется, показано ли нагнетание воздуха в один или более выпускных окон двигателя. Как пояснено ранее, воздух может нагнетаться в выпускные окна двигателя, для того чтобы вызывать быстрое нагревание выпуска и, таким образом, быстрое нагревание устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных в системе выпуска. Нагнетание воздуха может быть показано, если температура двигателя находится ниже порогового значения, к примеру ниже температуры прогретого двигателя, если температура отработавших газов находится ниже порогового значения, если температура устройства снижения токсичности отработавших газов находится ниже порогового значения, к примеру ниже температуры розжига, и т. д. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, если датчик отработавших газов указывает, что отработавшие газы из двигателя богаче, чем стехиометрия, или богаче, чем требуемое топливовоздушное соотношение, воздух может нагнетаться для сжигания избыточных углеводородов, присутствующих в отработавших газах.

Если нагнетание воздуха не показано, например, если устройство снижения токсичности отработавших газов находится на или выше температуры розжига, способ 300 переходит на 306, где воздух не нагнетается. Отсутствие нагнетания воздуха может включать в себя отключение или сохранение воздушного насоса, такого как воздушный насос 142, в отключенном состоянии на 308. В других вариантах осуществления, отсутствие нагнетания воздуха может включать в себя закрывание клапана отвода турбины, такого как клапан 148, чтобы блокировать отведение сжатого воздуха в систему нагнетания воздуха на 310. На 312, топливо впрыскивается согласно предопределенной стратегии (например, на основании числа оборотов и нагрузки двигателя, на основании обратной связи с одного или более датчиков отработавших газов, и т.д.), а затем способ 300 возвращается в прежнее состояние.

Если нагнетание воздуха показано, например, если температура устройства снижения токсичности отработавших газов находится ниже температуры розжига, способ 300 переходит на 314, чтобы отрегулировать впрыск топлива, с тем чтобы двигатель сжигал обогащенную топливовоздушную смесь. Это может включать в себя повышение величины впрыска топлива, осуществление запаздывания установки момента искрового зажигания и/или другие регулировки. На 316, воздух нагнетается в выпускное окно первого цилиндра во время такта выпуска первого цилиндра через первый соединительный патрубок системы нагнетания воздуха. Это может включать в себя приведение в действие воздушного насоса на 318. Как пояснено выше со ссылкой на фиг. 1, воздушный насос может включать в себя поворотный диск, который присоединен к распределительному валу двигателя. Поворотный диск может открывать первый соединительный патрубок в течение такта выпуска первого цилиндра, так чтобы сжатый воздух мог нагнетаться в выпускное окно первого цилиндра. Однако, в вариантах осуществления, где сжатый воздух формируется отведением сжатого воздуха ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя, нагнетание воздуха может включать в себя открывание клапана отвода турбины на 320. Таким образом, сжатый воздух ниже по потоку от компрессора может направляться в систему нагнетания воздуха и нагнетается в выпускное окно первого цилиндра. Кроме того, регулятор давления наддува турбонагнетателя может регулироваться, например закрываться, во время отведения, чтобы поддерживать требуемую работу турбонагнетателя. На 322, нагнетание воздуха включает в себя блокирование соединительных патрубков с выпускными окнами оставшихся цилиндров. Таким образом, только выпускное окно первого цилиндра принимает нагнетенный воздух.

На 324, способ 300 включает в себя нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра во время такта выпуска второго цилиндра через второй соединительный патрубок системы нагнетания воздуха. По завершении такта выпуска первого цилиндра и с началом такта выпуска второго цилиндра система нагнетания воздуха может прекращать нагнетание в выпускное окно первого цилиндра и, взамен, нагнетать воздух в выпускное окно второго цилиндра. Нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра может включать в себя продолжение приведения в действие воздушного насоса 326 или поддержание клапана отвода турбины открытым на 328. Нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра также включает в себя блокирование соединительного патрубка между системой нагнетания воздуха и выпускными окнами других цилиндров (в том числе, соединительного патрубка с выпускным окном первого цилиндра) на 330.

На 332, способ 300 включает в себя последовательное нагнетание воздуха в выпускные окна любых оставшихся цилиндров, подобно нагнетаниям воздуха, выполняемым в выпускные окна первого и второго цилиндров. Способ 300 затем возвращается в прежнее состояние.

Таким образом, способ 300 по фиг. 3 предусматривает способ для многоцилиндрового двигателя, включающий в себя сжигание обогащенной топливовоздушной смеси, нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра, а не в выпускное окно второго цилиндра (и не в выпускное окно любого другого цилиндра) во время такта выпуска первого цилиндра, и нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра, а не в выпускное окно первого цилиндра (и не в выпускное окно любого другого цилиндра) во время такта выпуска второго цилиндра. В некоторых вариантах осуществления, это может включать в себя нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра только во время такта выпуска первого цилиндра и нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра только во время такта выпуска второго цилиндра. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, способ может включать в себя нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра и отсутствие нагнетания воздуха в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска, и нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра и отсутствие нагнетания воздуха в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска.

Таким образом, воздух может последовательно нагнетаться в выпускное окно каждого цилиндра двигателя в течение такта выпуска каждого цилиндра. При действии таким образом, воздух может нагнетаться, только когда отработавшие газы выпускаются из цилиндра, избегая излишних событий нагнетания воздуха и выравнивая нагнетание среди всех цилиндров.

Со ссылкой на фиг. 4, показан примерный график моделированной работы двигателя. Время начинается с левой стороны графика и увеличивается к правой стороне графика. Проиллюстрированная последовательность представляет работу неограничивающего четырехцилиндрового четырехтактного двигателя. Проиллюстрированная последовательность может происходить в начале работы двигателя, в середине или в конце. В этом примере, вертикальные метки между кривыми CYL 1-4 положения цилиндров представляют верхнюю мертвую точку или нижнюю мертвую точку для соответственных тактов цилиндра, и есть 180 градусов угла поворота коленчатого вала между каждой вертикальной меткой. Каждый из цилиндров 1-4 проходит через такты впуска, сжатия, расширения и выпуска в течение цикла цилиндра.

Первый график сверху на чертеже представляет положение цилиндра номер один. И, в частности, такт цилиндра номер один по мере того, как вращается коленчатый вал двигателя. Каждый такт может представлять 180 градусов угла поворота коленчатого вала. Поэтому, для четырехтактного двигателя, цикл цилиндра может иметь значение 720°, тот же самый интервал по коленчатому валу для полного цикла двигателя. Звездочки указывают события зажигания для событий сгорания. Зажигание может инициироваться свечой зажигания или сжатием. В этой последовательности, клапаны цилиндра номер один открыты в течение по меньшей мере части такта впуска, чтобы подавать воздух в цилиндр. Топливо может впрыскиваться в цилиндры двигателя форсунками оконного или непосредственного впрыска. Смесь топлива и воздуха сжимается и воспламеняется во время такта сжатия. Выпускные клапаны открыты в течение по меньшей мере части такта выпуска, чтобы выпускать газообразные продукты сгорания в систему выпуска.

Вторая кривая положения цилиндра сверху на чертеже представляет положение и такт для цилиндра номер два. Подобно кривой положения цилиндра для цилиндра один, звездочки представляют события зажигания, и топливо впрыскивается для образования топливовоздушной смеси, которая сжимается и воспламеняется во время такта сжатия. Выпускные клапаны открываются во время такта выпуска. Третья кривая положения цилиндра сверху на чертеже представляет положение и такт для цилиндра номер три. Четвертая кривая положения цилиндра сверху на чертеже представляет положение и такт для цилиндра номер четыре. Несмотря на то, что цилиндры представлены в качестве работающих в порядке 1-2-3-4, следует понимать, что это является неограничивающим примером, и что цилиндры могут работать в другом пригодном порядке.

Над графиком каждого цилиндра находится представление примерного нагнетания воздуха в выпускное окно, ассоциативно связанное с таким цилиндром. Например, график 402 нагнетания воздуха изображает нагнетание воздуха в выпускное окно цилиндра один. График 404 нагнетания воздуха изображает нагнетание воздуха в выпускное окно цилиндра два, график 406 нагнетания воздуха изображает нагнетание воздуха в выпускное окно цилиндра три, и график 408 нагнетания воздуха изображает нагнетания воздуха в выпускное окно цилиндра четыре.

Со ссылкой на кривую первого цилиндра, во время такта выпуска, выпускной клапан открывается, отработавшие газы выпускаются из выпускного окна цилиндра один в систему выпуска. Нагнетание 410 воздуха в выпускное окно цилиндра один происходит по существу во время такта выпуска цилиндра один. Несмотря на то, что нагнетание изображено в качестве происходящего во время всей полноты такта выпуска, в некоторых вариантах осуществления, нагнетание может происходить только во время части такта выпуска, к примеру во время первой половины, второй половины и т.д. Для каждого цилиндра, воздух нагнетается в выпускное окно такого цилиндра во время такта выпуска такого цилиндра через соединительный патрубок с воздушным насосом. Соединительный патрубок с воздушным насосом может управляться посредством поворотного диска, который поворачивается согласно примерному графику поворота диска, изображенному в нижней части фиг. 4. Примерный график вращения диска ориентирован подобно вращению диска, описанному со ссылкой на фиг. 2A и 2B, причем 0° является исходным положением для передней кромки вырезанного проема диска при вращении в направлении против часовой стрелки. Например, когда передняя кромка выреза повернулась на 120°, диск находится в первом положении по фиг. 2A, где соединительный патрубок между системой нагнетания воздуха и выпускным окном цилиндра один открыт, а все другие соединительные патрубки заперты. На 120°, диск повернулся во второе положение по фиг. 2B, где соединительный патрубок между системой нагнетания воздуха и выпускным окном цилиндра два открыт, а все другие соединительные патрубки заперты.

Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе или «первый» элемент либо его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет настоящего изобретения.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам дожигания продуктов сгорания. Техническим результатом является снижение затрат на дожигание отработавших газов. Сущность изобретения заключается в том, что воздух нагнетают в выпускное окно двигателя. В одном из вариантов осуществления способа в многоцилиндровом двигателе сжигают обогащенную топливовоздушную смесь, нагнетают воздух в выпускное окно первого цилиндра, а не в выпускное окно второго цилиндра, во время такта выпуска первого цилиндра, и нагнетают воздух в выпускное окно второго цилиндра, а не в выпускное окно первого цилиндра, во время такта выпуска второго цилиндра. Таким образом, нагнетание в каждое выпускное окно синхронизируется с выпуском отработавших газов в каждое выпускное окно. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ для многоцилиндрового двигателя, включающий:

сжигание обогащенной топливовоздушной смеси;

нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра, а не в выпускное окно второго цилиндра, во время такта выпуска первого цилиндра; и

нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра, а не в выпускное окно первого цилиндра, во время такта выпуска второго цилиндра.

2. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра дополнительно состоит в том, что не нагнетают воздух в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска, при этом нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра дополнительно состоит в том, что не нагнетают воздух в выпускные окна других цилиндров, которые не подвергаются такту выпуска.

3. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух в выпускное окно первого цилиндра в ответ на температуру отработавших газов, находящуюся ниже порогового значения.

4. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух системой нагнетания воздуха из источника сжатого воздуха через первый соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий обеспечение источника сжатого воздуха посредством приведения в действие воздушного насоса системы нагнетания воздуха, включающей в себя поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя, который поворачивается, чтобы открывать первый соединительный патрубок.

6. Способ по п. 4, дополнительно включающий обеспечение источника сжатого воздуха посредством направления воздуха ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя в систему нагнетания воздуха.

7. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух системой нагнетания воздуха из источника сжатого воздуха через второй соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий обеспечение источника сжатого воздуха посредством приведения в действие воздушного насоса системы нагнетания воздуха, включающей в себя поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя, который поворачивается, чтобы открывать второй соединительный патрубок.

9. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно первого цилиндра дополнительно состоит в том, что блокируют нагнетание воздуха в выпускные окна всех других цилиндров, при этом блокирование механически синхронизируется с распределительным валом двигателя.

10. Способ по п. 1, в котором нагнетание воздуха в выпускное окно второго цилиндра дополнительно состоит в том, что блокируют нагнетание воздуха в выпускные окна всех других цилиндров, при этом блокирование механически синхронизируется с распределительным валом двигателя.

11. Способ для многоцилиндрового двигателя, включающий:

сжигание обогащенной топливовоздушной смеси;

нагнетание воздуха из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра только во время такта выпуска первого цилиндра через первый соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя; и

нагнетание воздуха из источника воздуха в выпускное окно второго цилиндра только во время такта выпуска второго цилиндра через второй соединительный патрубок, механически синхронизированный с распределительным валом двигателя.

12. Способ по п. 11, в котором сжигание обогащенной топливовоздушной смеси дополнительно состоит в том, что сжигают обогащенную топливовоздушную смесь при приведении в действие воздушного насоса для обеспечения источника сжатого воздуха.

13. Способ по п. 11, в котором сжигание обогащенной топливовоздушной смеси дополнительно состоит в том, что сжигают обогащенную топливовоздушную смесь при направлении воздуха ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя для обеспечения источника сжатого воздуха.

14. Способ по п. 11, в котором нагнетание воздуха из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра дополнительно состоит в том, что нагнетают воздух из источника сжатого воздуха в выпускное окно первого цилиндра только во время первой половины такта выпуска первого цилиндра.

15. Система для двигателя, содержащая:

первый цилиндр, имеющий первое выпускное окно, и второй цилиндр, имеющий второе выпускное окно, при этом каждое выпускное окно присоединено к выпуску, включающему в себя устройство снижения токсичности отработавших газов;

поворотный диск, присоединенный к распределительному валу двигателя; и

воздушный насос, последовательно нагнетающий воздух в первое и второе выпускные окна, причем последовательное нагнетание из воздушного насоса управляется посредством поворотного диска.

16. Система по п. 15, в которой последовательное нагнетание происходит только во время сгорания с обогащенным топливовоздушным соотношением в двигателе.

17. Система по п. 15, в которой последовательное нагнетание происходит в ответ на температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, находящуюся ниже порогового значения, при этом последовательное нагнетание происходит только во время такта выпуска каждого соответственного цилиндра.

18. Система по п. 17, дополнительно содержащая третье выпускное окно, присоединенное к первому цилиндру, при этом воздух нагнетается в оба, первое и третье выпускные окна во время такта выпуска первого цилиндра.

19. Система по п. 14, в которой воздушный насос включает в себя первый соединительный патрубок, присоединенный к первому выпускному окну, и второй соединительный патрубок, присоединенный ко второму выпускному окну, при этом поворотный диск поворачивается, чтобы открывать первый соединительный патрубок во время нагнетания в первое выпускное окно при блокировании второго соединительного патрубка.

20. Система по п. 19, в которой поворотный диск поворачивается, чтобы открывать второй соединительный патрубок во время нагнетания во второе выпускное окно при блокировании первого соединительного патрубка.