СПОСОБ РАБОТЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F02B37/18 F02D23/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к приведению в действие перепускной заслонки турбонагнетателя для двигателя внутреннего сгорания. Перепускная заслонка может приводиться в действие для улучшения эффективности турбонагнетателя и снижения времени запаздывания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонагнетатель может быть соединен с двигателем для повышения мощности двигателя. Турбонагнетатель повышает мощность двигателя посредством предоставления сжатого воздуха в двигатель. Более точно, количество топлива, предоставляемого в двигатель увеличивается по мере того, как возрастает количество воздуха, предоставляемого в двигатель, с тем чтобы повышать плотность наддува в цилиндре, тем самым, увеличивая крутящий момент двигателя. Однако турбонагнетатель может не быть способным реагировать на изменения нагрузки двигателя так быстро, как требуется, вследствие инерции турбины и задержек прокачки через двигатель. Один из способов улучшить реакцию турбонагнетателя состоит в том, чтобы уменьшить размер впуска выхлопной турбины. Посредством уменьшения размера впуска турбины, скорость выхлопных газов, поступающих в турбину, повышается и улучшает реакцию турбонагнетателя. С другой стороны, эффективность турбины может снижаться в условиях частичной нагрузки, где перепускная заслонка турбонагнетателя по меньшей мере частично открыта, когда уменьшен впуск турбины. Частично открытая перепускная заслонка может снижать давление выхлопа выше по потоку от турбины, побуждая рабочее колесо турбины выполнять работу над выхлопными газами, протекающими через турбонагнетатель, вместо выхлопных газов, выполняющих работу над рабочим колесом турбины.

Изобретатели в материалах настоящего описания выявили вышеупомянутые недостатки работы двигателя, имеющего турбонагнетатель с меньшим впуском турбины, и разработали способ для преодоления недостатков.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя синхронно с вращением двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка закрыта в течение продувочной части цикла цилиндра.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка закрыта один раз для каждого цилиндра двигателя в течение цикла двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка содержит тарельчатый клапан.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором тарельчатый клапан приводится в действие посредством вращения двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором тарельчатый клапан приводится в действие электромеханически.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором тарельчатый клапан приводится в действие посредством кулачка.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка приводится в действие синхронно с вращением коленчатого вала или распределительного вала.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка соединена механически с коленчатым валом или распределительным валом.

В одном из вариантов осуществления предложен способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя синхронно с вращением двигателя; и

регулируют величину открывания перепускной заслонки в ответ на давление всасываемого воздуха двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют время закрывания или время открывания перепускной заслонки относительно положения коленчатого вала в ответ на условия работы двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором условия работы двигателя включают в себя одно или более из скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и давления наддува.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором величина открывания является длительностью по углу поворота коленчатого вала при открытии перепускной заслонки.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором величина открывания является величиной подъема клапана от седла клапана.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка приводится в действие посредством вращения двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя в течение каждого цикла двигателя множества следующих друг за другом циклов двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка открыта в течение продувочной части цикла цилиндра.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка начинает закрывание в течение продувочной части цикла цилиндра.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором перепускная заслонка закрыта в течение по меньшей мере 45 градусов поворота коленчатого вала в течение такта выпуска цилиндра, в то время как выпускной клапан цилиндра открыт.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий этап, на котором регулируют время открывания и время закрывания перепускной заслонки в ответ на условия работы двигателя.

Посредством приведения в действие перепускной заслонки синхронно с вращением двигателя, может быть возможным открывать перепускную заслонку турбонагнетателя, так чтобы избыточный поток выхлопа мог обходить турбину, в то время как часть потока выхлопа приводит в движение турбину для повышения мощности двигателя и отдачи компрессора. Кроме того, перепускная заслонка может закрываться, когда поток выхлопа уменьшается в течение цикла цилиндра, так что большая энергия выхлопа передается из имеющегося в распоряжении потока выхлопа в турбину турбонагнетателя в течение периода более низкого потока выхлопа. Таким образом, может быть возможным регулировать поток выхлопа через турбину и перепускную заслонку в отношении того, когда поток выхлопа может эффективнее использоваться для обеспечения требуемых отдачи и эффективности турбонагнетателя.

Настоящее описание может давать несколько преимуществ. В частности, подход может улучшать эффективность турбонагнетателя. Кроме того, подход может давать возможность использования турбонагнетателей, имеющих небольшие впуски турбины, так что могут улучшаться отклик двигателя и турбонагнетателя. Дополнительно, в одном из примеров подход предусматривает, чтобы перепускная заслонка приводилась в действие непосредственно двигателем для упрощения привода перепускной заслонки.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда рассматриваются в отдельности или в связи 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. Не предполагается идентифицировать 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

Преимущества, описанные в материалах настоящего описания, будут полнее понятны по прочтению примера варианта осуществления, раскрытого в материалах настоящего описания, когда рассматривается в отдельности или со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя;

фиг.2A и 2B показывают примерные конструкции перепускной заслонки;

фиг.3 показывает график потока выхлопа через турбину при различных условиях работы; и

фиг.4 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа работы турбонагнетателя.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание имеет отношение к предоставлению перепускной заслонки, которая улучшает эффективность двигателя и турбонагнетателя. Описание также включает в себя способ приведения в действие перепускной заслонки турбонагнетателя. В одном из примеров турбонагнетатель и перепускная заслонка могут быть частью системы, как показано на фиг.1. Перепускная заслонка может приводиться в действие механически так, как показано в примере по фиг.2A. В других примерах перепускная заслонка может приводиться в действие пневматически, гидравлически или электрически. Фиг.2B показывает одну из примерных перепускных заслонок с электромеханическим приводом. Фиг.3 является примерным моделированным графиком, который иллюстрирует преимущества приведения в действие перепускной заслонки согласно способу по фиг.4.

В одном из примеров перепускная заслонка может работать синхронно с двигателем. Например, перепускная заслонка может открываться или закрываться в специфичные моменты времени или на углах поворота коленчатого вала, которые совпадают со специфичными событиями двигателя. В одном из примеров перепускная заслонка открывается каждый раз, когда выпускной клапан цилиндра открывается, доставляя выхлопы в систему выхлопа двигателя выше по потоку от турбины и перепускной заслонки. Таким образом, перепускная заслонка работает синхронно с событиями двигателя.

Со ссылкой на фиг.1 двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 46 и выпускным коллектором 48 через соответственный впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Время открывания и закрывания выпускного клапана 54 может регулироваться относительно положения коленчатого вала посредством фазировщика 58 кулачков. Время открывания и закрывания впускного клапана 52 может регулироваться относительно положения коленчатого вала посредством фазировщика 59 кулачков. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы топливо может впрыскиваться во впускное отверстие, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Топливная форсунка 66 доставляет жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показаны). Топливная форсунка 66 питается рабочим током из формирователя 68, который реагирует на действие контроллера 12. В одном из примеров двухкаскадная топливная система высокого давления используется для формирования более высоких давлений топлива. В дополнение, впускной коллектор 46 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из впускной камеры 44 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания впускной камеры 44 наддува. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162, который сжимает воздух в камере 44 наддува. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя является клапаном, который предоставляет выхлопным газам возможность обходить турбину 164 через перепускной канал 173, когда перепускная заслонка 171 турбонагнетателя находится в открытом состоянии. По существу все выхлопные газы проходят через турбину 164, когда перепускная заслонка 171 находится в полностью закрытом положении.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан соединенным c выпускным коллектором 48 выше по потоку от компрессора 164 турбонагнетателя и каталитического нейтрализатора 70. В качестве альтернативы двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Нейтрализатор 70 в одном из примеров включает в себя многочисленные брикеты катализатора. В еще одном примере могут использоваться многочисленные устройства контроля выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Нейтрализатор 70 в одном из примеров может быть катализатором трехкомпонентного типа.

Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, соединенного с патрубком 114 охлаждения; датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора для считывания силы, приложенной ступней 132; измерение абсолютного давления в коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, соединенного с впускным коллектором 46; измерение давления наддува с датчика 123 давления; измерение массы воздуха, поступающей в двигатель, с датчика 120; и измерение положения дросселя с датчика 5. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых примерах двигатель может быть соединен с электродвигательной/аккумуляторной системой в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых примерах могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

В течение работы каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 46, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). В течение такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров с тем, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. В течение такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение в течение такта выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное показано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана, или различные другие примеры.

Фиг.2A показывает примерную перепускную заслонку 171 турбонагнетателя, которая приводится в действие механически. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя содержит тарельчатый клапан 202, возвратную пружину 204 и перепускной канал 173. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя может приводиться в действие первым рабочим выступом 206 кулачка или вторым рабочим выступом 208 кулачка. Второй рабочий выступ 208 кулачка обеспечивает дополнительный подъем тарельчатому клапану 202, когда второй рабочий выступ 208 кулачка открывает тарельчатый клапан 202, по сравнению с тем, когда первый рабочий выступ 206 кулачка открывает тарельчатый клапан 202. В одном из примеров устройство холостого хода гидравлически зашплинтовано на место для приведения в действие второго рабочего выступа 208 кулачка. Кроме того, устройства холостого хода могут расшплинтовываться для предоставления первому рабочему выступу 206 кулачка и второму рабочему выступу 208 кулачка возможности вращаться без открывания тарельчатого клапана 202. В других примерах подъем тарельчатого клапана 202 может регулироваться везде, где угодно, между нулевым подъемом и заданным подъемом. В одном из примеров первый рабочий выступ 206 кулачка и второй рабочий выступ 208 кулачка имеют некоторое количество рабочих выступов, равное половине количества цилиндров двигателя. Первый рабочий выступ 206 кулачка и второй рабочий выступ 208 кулачка показаны механически соединенными с коленчатым валом 40 посредством ремня или цепи 210. В других примерах одна или более шестерен могут соединять коленчатый вал 40 с первым рабочим выступом 206 кулачка и вторым рабочим выступом 208 кулачка. В качестве альтернативы, распределительный вал может приводить в движение первый рабочий выступ 206 кулачка и второй рабочий выступ 208 кулачка. Фазовый исполнительный механизм 231 регулирует установку момента первого рабочего выступа 206 кулачка и второго рабочего выступа 208 кулачка относительно положения коленчатого вала 40. Таким образом, первый рабочий выступ 206 кулачка и второй рабочий выступ 208 кулачка могут подвергаться опережению или запаздыванию по отношению к конкретному местоположению коленчатого вала 40.

Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя действует, чтобы избирательно предоставлять выхлопным газам возможность обходить турбину 164 по мере того, как вращается коленчатый вал 40. В частности, первый рабочий выступ 206 кулачка и второй рабочий выступ 208 кулачка вращаются синхронно с коленчатым валом 40. Тарельчатый клапан 202 открывается, когда первый рабочий выступ 206 кулачка или второй рабочий выступ 208 кулачка достигает нерабочего положения основной окружности первого рабочего выступа 206 кулачка или второго рабочего выступа 208 кулачка. Кроме того, рабочий выступ первого рабочего выступа 206 кулачка и второго рабочего выступа 208 кулачка может быть выполнен с возможностью открывания и закрывания на заданной части продувочной части цикла цилиндра. Например, для четырехцилиндрового двигателя, если длительность открывания выпускного клапана имеет значение 260 градусов поворота коленчатого вала, начиная с 60 градусов поворота коленчатого вала до нижней мертвой точки такта расширения, и с закрыванием через 20 градусов поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки такта сжатия, рабочий выступ кулачка может быть выполнен с возможностью наличия 90 градусов поворота коленчатого вала открывания перепускной заслонки, начиная с 60 градусов поворота коленчатого вала до нижней мертвой точки такта расширения. Время закрывания рабочего выступа кулачка также имеет значение 90 градусов поворота коленчатого вала в этом примере, поскольку два рабочих выступа предусмотрены для открывания перепускной заслонки дважды в течение каждого оборота коленчатого вала. Конечно, также предполагаются другие механические исполнительные механизмы клапана.

Далее со ссылкой на фиг.2B показана альтернативная перепускная заслонка 171 турбонагнетателя, которая приводится в действие электромеханически. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя содержит тарельчатый клапан 202, возвратную пружину 204 и перепускной канал 173. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя может приводиться в действие электромеханическим исполнительным механизмом 250. В настоящем примере электромеханический исполнительный механизм 250 включает в себя первую катушку 254 и вторую катушку 252. Тарельчатый клапан 202 закрывается, когда ток пропускается через первую катушку 254, чтобы намагничивать первую катушку 254. Магнитное поле притягивает стальную пластину 253, которая соединена с валом 251, к первой катушке 254. Тарельчатый клапан 202 полностью открывается, когда ток пропускается через вторую катушку 252, чтобы намагничивать вторую катушку 252. Магнитное поле притягивает стальную пластину 253 к первой катушке 254. Стальная пластина 253 соединена с валом 251. Тарельчатый клапан 202 полностью открывается, когда ток протекает через вторую катушку 252, так что магнитное поле притягивает стальную пластину 253 к второй катушке 252. Тарельчатый клапан 202 занимает нейтральное состояние, как показано, когда ток не протекает ни через первую катушку 254, ни через вторую катушку 252.

В одном из примеров контроллер 12 по фиг.1 выдает ток в первую катушку 254 и во вторую катушку 252 в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Например, контроллер 12 выдает ток во вторую катушку 252, когда выпускной клапан цилиндра открывается. Контроллер 12 выдает ток в первую катушку 254 приблизительно на полпути на протяжении продувочной части цикла цилиндра. Кроме того, тарельчатый клапан 202 может открываться и закрываться один раз для каждых двух цилиндров двигателя в течение каждого оборота коленчатого вала. Таким образом, тарельчатый клапан открывается синхронно с вращением двигателя. И, поскольку работа электромеханического исполнительного механизма 250 не управляется двигателем, он может открываться когда бы ни потребовалось.

Далее со ссылкой на фиг.3 показан моделированный график массового расхода через турбину в зависимости от угла поворота коленчатого вала двигателя для четырехцилиндрового четырехтактного двигателя. Ось Y представляет массовый расход воздуха через турбину, и массовый расход увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет угол поворота коленчатого вала двигателя, и угол поворота коленчатого вала двигателя повторяется по мере того, как двигатель поворачивается на полный цикл (например 720 градусов поворота коленчатого вала для четырехцилиндрового четырехтактного двигателя). Верхняя мертвая точка такта сжатия для цилиндра номер один находится на 0 градусов поворота коленчатого вала. Верхняя мертвая точка такта сжатия для цилиндра номер три находится на 180 градусов поворота коленчатого вала. Верхняя мертвая точка такта сжатия для цилиндра номер четыре находится на 360 градусов поворота коленчатого вала. Верхняя мертвая точка такта сжатия для цилиндра номер два находится на 540 градусов поворота коленчатого вала.

Кривая 302 массового расхода турбины представляет массовый расход через турбину с частично открытой перепускной заслонкой для турбонагнетателя, имеющего меньший впуск турбины. Кривая 304 массового расхода турбины представляет массовый расход через турбину для турбонагнетателя, имеющего больший впуск турбины. Перепускная заслонка для турбонагнетателя, имеющего больший впуск турбины, удерживается на уровне для обеспечения такой же величины наддува, как турбонагнетатель с меньшим впуском турбины. Таким образом, турбонагнетатель с меньшим впуском турбины эксплуатируется по существу в таких же условиях работы, как турбонагнетатель, имеющий больший впуск турбины. Кривая 306 массового расхода представляет массовый расход через турбонагнетатель с меньшим впуском турбины при частично закрытой перепускной заслонке турбонагнетателя в течение продувочного цикла цилиндра (например, времени между открыванием выпускного клапана и закрыванием выпускного клапана) после открывания в течение первой части продувочного цикла цилиндра. Кривая 306 массового расхода придерживается той же самой траектории, что и кривая 302 массового расхода турбины за исключением указанной штрихпунктирной линией 306.

Пики массового расхода для кривой 302 массового расхода турбины возникают в точках 310-318. Пики массового расхода имеют место после каждого раза, когда выпускной клапан одного из четырех цилиндров двигателя открывается и выпускает выхлопные газы в выпускной коллектор. Подобные пики массового расхода возникают для кривой 304 массового расхода. Однако пиковые массовые расходы кривой 304 массового расхода являются более низкими по амплитуде. Пик 310 массового расхода соответствует увеличению массового расхода, выдаваемому, когда открывается выпускной клапан для цилиндра номер четыре. Пик 312 массового расхода соответствует увеличению массового расхода, выдаваемому, когда открывается выпускной клапан для цилиндра номер два. Пик 314 массового расхода соответствует увеличению массового расхода, выдаваемому, когда открывается выпускной клапан для цилиндра номер один. Пик 316 массового расхода соответствует увеличению массового расхода, выдаваемому, когда открывается выпускной клапан для цилиндра номер три. Цикл повторяется, и повышение массового расхода, выдаваемого цилиндром номер четыре, указано в точке 318.

В этом примере перепускная заслонка закрывается в моменты времени, указанные вертикальными разделительными линиями 320-328. Перепускная заслонка открывается в моменты времени, указанными вертикальными разделительными линиями 330-338. Таким образом, в течение цикла двигателя в 720 градусов поворота коленчатого вала, перепускная заслонка открывается и закрывается четыре следующих друг за другом раза. Таким образом, перепускная заслонка может открываться только один раз для продувки одиночного цилиндра в течение цикла двигателя. Кроме того, перепускная заслонка может закрываться только один раз для продувки одиночного цилиндра в течение цикла двигателя. Конечно, последовательность открывания и закрывания перепускной заслонки может повторяться в течение многочисленных циклов двигателя. Время закрывания перепускной заслонки может подвергаться опережению или запаздыванию в зависимости от условий работы, как показано. Длительность закрывания перепускной заслонки показана на отрезке 350. Перепускная заслонка может быть закрытой на протяжении по меньшей мере 45 градусов поворота коленчатого вала в течение такта выпуска цикла цилиндра наряду с тем, что выпускной клапан цилиндра открыт. Массовый расход турбины турбонагнетателя придерживается кривой 306 массового расхода, когда перепускная заслонка приводится в действие согласно описанию разделительных линий 320-338.

Таким образом, когда перепускная заслонка синхронно приводится в действие с вращением двигателя, поток через турбонагнетатель с меньшим впуском придерживается кривой 302 массового расхода от верхней мертвой точки такта сжатия (например, 0 градусов) до вертикальной метки 322. Перепускная заслонка открыта в течение этого интервала по коленчатому валу. Затем массовый расход придерживается кривой 306 (штрихпунктирная линия) до момента времени, обозначенного линией 332. Перепускная заслонка закрыта в течение этого интервала по коленчатому валу. Перепускная заслонка вновь открывается в момент времени, обозначенный линией 332, в то время как открывается выпускной клапан для цилиндра номер один. Перепускная заслонка вновь закрывается в момент времени, обозначенный линией 324. Таким образом, массовый расход через турбину турбонагнетателя, имеющего меньший впуск турбины, может повышаться, с тем чтобы не спадать до уровня, указанного впадиной 360. Соответственно, средний массовый расход через турбонагнетатель, имеющий меньший впуск, может увеличиваться, тем самым, улучшая эффективность турбины с меньшим впуском.

Далее со ссылкой на фиг.4 показана последовательность операций способа приведения в действие перепускной заслонки турбонагнетателя. Способ по фиг.4 может храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти контроллера. В одном из примеров команды могут храниться в контроллере 12, показанном на фиг.1. Команды могут обеспечивать последовательность, проиллюстрированную на фиг.3.

На этапе 402 способ 400 содержит этап, на котором определяют условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, положение двигателя, давление наддува, атмосферное давление и температуру двигателя. По способу 400 переходят на этап 404 после того, как определены условия работы двигателя.

На этапе 404 способ 400 содержит этап, на котором оценивают, присутствуют или нет условия для открывания перепускной заслонки. В одном из примеров перепускная заслонка может открываться, когда давление в камере наддува является большим, чем пороговое давление. В еще одном примере перепускная заслонка может открываться для ограничения крутящего момента двигателя. Если по способу 400 оценивают присутствие условий для открывания перепускной заслонки, и ответом является да, то по способу 400 переходят на этап 406. Иначе, если ответом является нет, то по способу 400 переходят на этап выхода.

На этапе 406 способ 400 содержит этап, на котором регулируют подъем перепускной заслонки. Величина подъема перепускной заслонки может регулироваться посредством устройств, показанных на фиг.2A, 2B, или другого пригодного устройства. В одном из примеров подъем перепускной заслонки от седла клапана может регулироваться посредством выбора между приведением в действие перепускной заслонки с помощью одного или более кулачков. В одном из примеров подъем перепускной заслонки может регулироваться посредством регулирования непрерывно изменяемого механического подъема. Кроме того, еще в других примерах подъем перепускной заслонки может регулироваться посредством изменения тока, подаваемого на электромеханический исполнительный механизм. В некоторых примерах величина подъема перепускной заслонки может приравниваться величине открывания перепускной заслонки. Величина подъема или открывания перепускной заслонки, по меньшей мере частично, определяет, насколько много выхлопных газов проходит через перепускную заслонку. Таким образом, величина подъема или открывания перепускной заслонки управляет количеством энергии, подаваемой на турбину и компрессор. Специфичные величины подъема или открывания перепускной заслонки могут определяться опытным путем и сохраняться в таблицах или функциях. Например, подъем перепускной заслонки может регулироваться в качестве функции давления во впускном коллекторе и/или скорости вращения турбины. Таблицы или функции могут индексироваться посредством скорости вращения двигателя, давления во впускном коллекторе, наддува или другой переменной. По способу 400 переходят на этап 408.

На этап 408, способ 400 содержит этап, на котором регулируют время открывания перепускной заслонки. Время открывания перепускной заслонки может регулироваться посредством устройств, показанных на фиг.2A, 2B, или другого пригодного устройства. В одном из примеров время открывания перепускной заслонки может регулироваться, чтобы происходить в течение заданного интервала по коленчатому валу (например, 90 градусов поворота коленчатого вала), как проиллюстрировано и описано на фиг.3. Например, перепускная заслонка может открываться, когда поток выхлопных газов в турбину в течение цикла двигателя является более высоким, чем пороговая скорость потока. Перепускная заслонка может закрываться, когда поток выхлопных газов в турбину в течение цикла двигателя является более низким, чем пороговая скорость потока. Кроме того, в некоторых примерах где давление наддува является низким, перепускная заслонка может не открываться в течение конкретного цикла двигателя. Специфичные длительности открывания перепускной заслонки могут определяться опытным путем и сохраняться в таблицах или функциях. Таблицы или функции могут индексироваться посредством скорости вращения двигателя, давления во впускном коллекторе, наддува или другой переменной. Таким образом, каждый раз, когда цилиндр двигателя продувает выхлопные газы, перепускная заслонка может открываться и закрываться. По способу 400 переходят на этап 410 после того, как отрегулировано время открывания перепускной заслонки. Конечно, время закрывания перепускной заслонки, в качестве альтернативы, может регулироваться подобным образом.

На этапе 410 способ 400 содержит этап, на котором регулируют фазу открывания перепускной заслонки. Фаза установки момента начала открывания перепускной заслонки (например, угол поворота коленчатого вала, при котором перепускная заслонка открывается впервые) может регулироваться посредством устройств, показанных на фиг.2A, 2B, или другого пригодного устройства. В одном из примеров фаза установки момента начала открывания перепускной заслонки регулируется по установке момента открывания и/или закрывания выпускного клапана. Кроме того, фаза установки момента начала открывания перепускной заслонки может регулироваться в ответ на скорость вращения, нагрузку двигателя, давление во впускном коллекторе, наддув или другую переменную. Например, время открывания перепускной заслонки может подвергаться запаздыванию на более высоких скоростях вращения двигателя, чтобы предоставлять большему количеству выхлопных газов возможность вытекать из цилиндра двигателя. Фаза закрывания перепускной заслонки также может регулироваться подобным образом. По способу 400 переходят на этап 412 после того, как отрегулирована фаза установки момента перепускной заслонки.

На этапе 412 способ 400 содержит этап, на котором приводит в действие перепускную заслонку синхронно с вращением двигателя. Перепускная заслонка приводится в действие согласно величине подъема, определенной на этапе 406, установке момента открывания, определенного на этапе 408, и фазе открывания и закрывания, определенной на этапе 410. В одном из примеров перепускная заслонка открывается и закрывается много раз, как показано на фиг.3. В частности, перепускная заслонка открывается и закрывается при нескольких заданных углах поворота коленчатого вала. В одном из примеров перепускная заслонка открывается посредством кулачка, как показано на фиг.2A, или посредством электромагнитного исполнительного механизма, как показано на фиг.2B. По способу 400 переходят на этап выхода после того, как перепускная заслонка приведена в действие.

Таким образом, на фиг.4 показан способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя синхронно с вращением двигателя. Способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка закрыта в течение продувочной части цикла цилиндра. Способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка закрывается один раз для каждого цилиндра двигателя в течение цикла двигателя. Таким образом, время раскрутки (например, время, чтобы турбина изменила скорость вращения с более низкой скорости до более высокой скорости) турбины может быть сокращено наряду с тем, что увеличивается эффективность турбонагнетателя.

В одном из примеров способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка содержит тарельчатый клапан. Способ включает в себя те случаи, когда тарельчатый клапан приводится в действие посредством вращения двигателя. В некоторых примерах способ включает в себя те случаи, когда тарельчатый клапан приводится в действие электромеханически. Способ также включает в себя те случаи, когда тарельчатый клапан приводится в действие посредством кулачка. Способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка приводится в действие синхронно с вращением коленчатого вала или распределительного вала. Способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка соединена механически с коленчатым валом или распределительным валом.

На фиг.4 показан способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя синхронно с вращением двигателя; и регулируют величину открывания перепускной заслонки в ответ на давление воздухозаборника двигателя. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют время закрывания или время открывания перепускной заслонки относительно положения коленчатого вала в ответ на условия работы двигателя. Способ включает в себя те случаи, когда условия работы двигателя содержат по меньшей мере одно из скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и давления наддува.

В некоторых примерах способ включает в себя те случаи, когда величина открывания является длительностью по углу поворота коленчатого вала при открытой перепускной заслонке. Способ также включает в себя те случаи, когда величина открывания является величиной подъема клапана от седла клапана. Кроме того, в еще одном примере способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка приводится в действие посредством вращения двигателя.

В еще одном примере на фиг.4 показан способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя в течение каждого цикла двигателя из множества циклов двигателя, множество циклов двигателя являются непрерывно следующими один за другим. Способ также включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка открыта в течение продувочной части цикла цилиндра. Способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка начинает закрывание в течение продувочной части цикла цилиндра. Способ также включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка закрыта в течение по меньшей мере 45 градусов поворота коленчатого вала в течение такта выпуска цилиндра при открытом выпускном клапане цилиндра. Способ дополнительно содержит этап, на котором регулируют время открывания и время закрывания перепускной заслонки в ответ на условия работы двигателя.

Следует понимать специалистам в данной области техники, что процедуры, описанные на фиг.4, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, следует понимать специалисту в данной области техники, что одни или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

Это завершает описание. Прочтение его специалистами в данной области техники напомнило бы многие изменения и модификации, не выходя из сущности и объема описания. Например, рядные двигатели I3, I4, I5, V-образные двигатели V6, V8, V10 и V12, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонагнетателями. Способ работы турбонагнетателя заключается в том, что открывают и закрывают перепускную заслонку (171) турбонагнетателя после каждого такта сжатия двигателя (10) в течение цикла двигателя. Перепускная заслонка (171) механически соединена с коленчатым валом (40). Раскрыты варианты способа работы турбонагнетателя. Технический результат заключается в снижении времени запаздывания турбонагнетателя при реагировании на изменения нагрузки двигателя. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя после каждого такта сжатия двигателя в течение цикла двигателя,

регулируют величину открывания перепускной заслонки в ответ на давление всасываемого воздуха двигателя посредством контроллера на основе определяемого давления всасываемого воздуха двигателя, при этом перепускная заслонка механически соединена с коленчатым валом.

2. Способ по п. 1, в котором перепускная заслонка закрыта в течение продувочной части цикла цилиндра.

3. Способ по п. 1, в котором перепускная заслонка закрывается один раз для каждого цилиндра двигателя в течение цикла двигателя.

4. Способ по п. 1, в котором перепускная заслонка содержит тарельчатый клапан.

5. Способ по п. 4, в котором тарельчатый клапан приводится в действие посредством вращения двигателя.

6. Способ по п. 5, в котором тарельчатый клапан приводится в действие посредством кулачка.

7. Способ по п. 1, в котором перепускная заслонка приводится в действие каждый раз, когда открывается выпускной клапан.

8. Способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этапы, на которых:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя после каждого такта сжатия двигателя в течение цикла двигателя посредством вращения двигателя; и

регулируют величину открывания перепускной заслонки в ответ на давление всасываемого воздуха двигателя посредством контроллера на основе определяемого давления всасываемого воздуха двигателя.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют угол поворота коленчатого вала, при котором перепускная заслонка открывается в ответ на условия работы двигателя.

10. Способ по п. 9, в котором условия работы двигателя включают в себя одно или более из скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и давления наддува.

11. Способ по п. 8, в котором величина открывания является величиной подъема клапана от седла клапана.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий регулирование величины подъема в зависимости от скорости турбины.

13. Способ работы турбонагнетателя, включающий в себя этап, на котором:

открывают и закрывают перепускную заслонку турбонагнетателя в течение каждого цикла двигателя множества следующих друг за другом циклов двигателя посредством механического соединения между перепускной заслонкой и коленчатым валом, и

регулируют величину открывания перепускной заслонки в ответ на давление всасываемого воздуха двигателя посредством контроллера на основе определяемого давления всасываемого воздуха двигателя.

14. Способ по п. 13, в котором перепускная заслонка открывается в течение продувочной части цикла цилиндра.

15. Способ по п. 14, в котором перепускная заслонка начинает закрывание в течение продувочной части цикла цилиндра.

16. Способ по п. 15, в котором перепускная заслонка закрывается в течение по меньшей мере 45 градусов поворота коленчатого вала в течение такта выпуска цилиндра, в то время как выпускной клапан цилиндра открыт.

17. Способ по п. 13, дополнительно включающий этап, на котором регулируют время открывания и время закрывания перепускной заслонки в ответ на условия работы двигателя.