СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F01N13/10 F02D41/06 F02D13/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе переключения профиля распределительного вала в двигателе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонаддув двигателя позволяет двигателю выдавать мощность, сходную с мощностью двигателя с большим рабочим объемом, наряду с тем, что работа накачки двигателя сохраняется вблизи работы накачки безнаддувного двигателя аналогичного рабочего объема. Таким образом, турбонаддув может расширять рабочую зону двигателя. Однако двигатели с турбонаддувом могут иметь сложности с получением быстрых времен розжига каталитического нейтрализатора после запуска двигателя. Дополнительная масса и площадь поверхности, привнесенные корпусом турбины, могут значительно снижать температуру на впуске каталитического нейтрализатора. Предыдущие решения для достижения быстрого прогрева каталитического нейтрализатора полагались на стратегии сгорания с высоким тепловым потоком и/или перепускные клапаны турбин для повышения температуры выхлопных газов, достигающих каталитического нейтрализатора.

Однако изобретатели в материалах настоящего описания выявили несколько проблем у вышеприведенного подхода. Сгорание с высоким тепловым потоком использует превышающее норму топливо, снижая экономию топлива. Кроме того, использование перепускных клапанов турбины может быть сложным и может ставить требования к уплотнению и высоким усилиям приведения в действие.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в одном из примеров некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично преодолены способом для двигателя, включающим в себя этапы, на которых:

во время первого состояния осуществляют зажигание в подмножестве цилиндров и направляют все выхлопные газы из подмножества цилиндров через первый выпускной коллектор, соединенный непосредственно с каталитическим нейтрализатором, а не турбонагнетателем; и

во время второго состояния осуществляют зажигание во всех цилиндрах и направляют первую часть выхлопных газов через второй выпускной коллектор, соединенный с турбонагнетателем, и направляют вторую часть выхлопных газов через первый выпускной коллектор.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором первое состояние содержит температуру двигателя ниже порогового значения.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором второе состояние содержит температуру двигателя выше порогового значения и нагрузку двигателя от средней до высокой.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором во время третьего состояния осуществляют зажигание во всех цилиндрах и направляют все выхлопные газы из каждого цилиндра через второй выпускной коллектор.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором третье состояние содержит температуру двигателя выше порогового значения, низкую скорость вращения двигателя и нагрузку двигателя от средней до высокой.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором двигатель является рядным двигателем, и при этом подмножество цилиндров содержит по меньшей мере один внутренний цилиндр.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором этап направления всех выхлопных газов из подмножества цилиндров через первый выпускной коллектор дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания только подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров, причем, все другие выпускные отверстия закрыты.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором этап направления первой части выхлопных газов через второй выпускной коллектор и направления второй части выхлопных газов через первый выпускной коллектор дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания каждого выпускного отверстия каждого цилиндра.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором этап приведения в действие профиля распределительного вала, выполненного с возможностью открывания каждого выпускного отверстия каждого цилиндра, дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров позже, чем всех других выпускных отверстий.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором турбонагнетатель является двухспиральным турбонагнетателем, при этом этап направления первой части выхлопных газов через второй выпускной коллектор, соединенный с турбонагнетателем, дополнительно включает в себя этап, на котором направляют первую часть выхлопных газов на первую спираль турбонагнетателя, и дополнительно включает в себя этап, на котором направляют третью часть выхлопных газов через третий выпускной коллектор, соединенный со второй спиралью турбонагнетателя.

В одном из вариантов осуществления предложена система двигателя, содержащая:

первый цилиндр, содержащий два выпускных отверстия, соединенных с турбонагнетателем через встроенный выпускной коллектор;

второй цилиндр, включающий в себя первое выпускное отверстие, соединенное с турбонагнетателем через встроенный выпускной коллектор, и второе выпускное отверстие, соединенное с каталитическим нейтрализатором, а не турбонагнетателем; и

систему переключения профиля распределительного вала, выполненную с возможностью:

предоставления только второму выпускному отверстию возможности открываться во время первого состояния, и

предоставления каждому выпускному отверстию возможности открываться во время второго состояния.

В одном из вариантов осуществления предложена система, в которой первое состояние содержит работу холодного двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложена система, в которой второе состояние содержит работу прогретого двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложена система, дополнительно содержащая два впускных отверстия в каждом цилиндре, и при этом система переключения профиля распределительного вала дополнительно выполнена с возможностью предоставления каждому впускному отверстию возможности открываться во время первого и второго состояний.

В одном из вариантов осуществления предложена система, дополнительно содержащая два впускных отверстия в каждом цилиндре, и при этом система переключения профиля распределительного вала дополнительно выполнена с возможностью:

предоставления каждому впускному отверстию первого цилиндра возможности открываться во время первого и второго состояний;

предоставления только одному впускному отверстию второго цилиндра возможности открываться во время первого состояния; и

предоставления каждому впускному отверстию второго цилиндра возможности открываться во время второго состояния.

В одном из вариантов осуществления предложена система, в которой первое выпускное отверстие второго цилиндра имеет больший диаметр, чем второе выпускное отверстие второго цилиндра.

В одном из вариантов осуществления предложена система, в которой система переключения профиля кулачков дополнительно выполнена с возможностью, во время второго состояния, открывания второго выпускного отверстия позже, чем первого выпускного отверстия.

В одном из вариантов осуществления предложен способ для двигателя, имеющего множество цилиндров, причем каждый цилиндр имеет два выпускных клапана, включающий в себя этапы, на которых:

во время условий низкой скорости вращения, высокой нагрузки, выводят из работы подмножество выпускных клапанов и приводят в действие по меньшей мере часть оставшихся выпускных клапанов, причем подмножество выпускных клапанов управляет выпускными отверстиями, соединенными с каталитическим нейтрализатором через первый выпускной коллектор, а оставшиеся выпускные клапаны управляют выпускными отверстиями, соединенными с турбонагнетателем через второй выпускной коллектор; и

во время условий от средних до высоких нагрузки и скорости вращения, приводят в действие все выпускные клапаны двигателя.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором этап приведения в действие по меньшей мере части оставшихся выпускных клапанов дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие все оставшиеся выпускные клапаны.

В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором этап выведения из работы подмножества выпускных клапанов и приведения в действие по меньшей мере части оставшихся выпускных клапанов дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие один выпускной клапан на цилиндр наряду с тем, что выводят из работы один выпускной клапан на цилиндр.

Таким образом, во время условий холодного запуска двигателя, выхлопные газы из подвергнутых зажиганию цилиндров могут направляться непосредственно в каталитический нейтрализатор при обходе турбины. Двигатель может быть выполнен так, что площадь поверхности выпускного отверстия между выпускными клапанами и поверхностью каталитического нейтрализатора уменьшена, например, двигатель может быть рядным четырехцилиндровым двигателем с одним выпускным отверстием из каждого из внутренних цилиндров, соединенных непосредственно с каталитическим нейтрализатором через первый выпускной коллектор. Во время операции холодного запуска, профиль распределительного вала может устанавливаться так, чтобы открывались только выпускные отверстия, соединенные с первым выпускным коллектором. Затем, во время нормальной прогретой работы, все цилиндры подвергаются зажиганию, и профиль распределительного вала переключается так, что каждое выпускное отверстие каждого цилиндра открывается, позволяя большей части выхлопных газов направляться в турбину.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по 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 исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предмет настоящего изобретения будет лучше понятен по прочтению последующего подробного описания неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 показывает примерную схему двигателя;

фиг. 2 показывает примерный двигатель, включающий в себя турбонагнетатель и систему переключения профиля кулачков;

фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа эксплуатации двигателя, включающего в себя систему переключения профиля кулачков;

Фиг. 4-6 иллюстрируют примерные установки фаз распределения выпускных клапанов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В двигателях с турбонаддувом, выхлопные газы типично направляются через турбонагнетатель до достижения одного или более расположенных ниже по потоку компонентов выпуска, таких как каталитические нейтрализаторы. Прохождение через турбонагнетатель может охлаждать выхлопные газы вследствие дополнительной площади поверхности и более длинного выпускного тракта, обеспеченного турбонагнетателем, снижая температуру на впуске каталитического нейтрализатора и увеличивая время розжига каталитического нейтрализатора во время холодных запусков двигателя. Для повышения температуры на впуске каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска, система переключения профиля кулачков может комбинироваться с сегментированным интегрированным выпускным коллектором и режимом работы двигателя с переменным рабочим объемом (VDE) для обеспечения прямого укороченного выпускного тракта в каталитический нейтрализатор. Например, в рядном четырехцилиндровом двигателе, каждый из внутренних цилиндров может иметь одно выпускное отверстие, соединенное непосредственно с каталитическим нейтрализатором, и одно выпускное отверстие, соединенное непосредственно с турбонагнетателем, через отдельные выпускные коллекторы, наряду с тем, что внешние цилиндры могут быть соединены только с турбонагнетателем. Во время условий холодного запуска, профиль кулачка может приводиться в действие, при этом открываются только выпускные клапаны, управляющие отверстиями, соединенными непосредственно с каталитическим нейтрализатором, причем, остальные выпускные отверстия (например, выпускные отверстия, соединенные непосредственно с турбонагнетателем) держатся закрытыми. Кроме того, во время этих условий, двигатель может приводиться в действие в режиме VDE для того, чтобы выводить из работы внешние цилиндры. Таким образом, выхлопные газы могут направляться непосредственно в каталитический нейтрализатор, а не турбонагнетатель, чтобы быстро нагревать каталитический нейтрализатор. Фиг. 1 и 2 изображают примерный двигатель, включающий в себя встроенный сегментированный выпускной коллектор, системы для работы с переключением профиля кулачков и VDE, и контроллер, который может выполнять способ по фиг. 3. Примерные установки фаз распределения выпускных клапанов во время выполнения способа по фиг. 3 изображены на фиг. 4-6.

Более точно, со ссылкой на фиг. 1, она включает в себя схематичный чертеж, показывающий один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично системой управления, включающей в себя контроллер 12, и посредством ввода водителем 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.

Цилиндр 30 сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 цилиндра сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть соединен с коленчатым валом 40 посредством маховика, чтобы разрешать операцию запуска двигателя 10.

Цилиндр 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газы сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с цилиндром 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 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 выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответствующие 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, или посредством датчиков распределительного вала. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством действия электромагнитного клапана. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством действия электромагнитного клапана, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, включающего в себя системы CPS и/или VCT.

Цилиндр 30 сгорания включает в себя топливную форсунку 66, выполненную во впускном канале 42 в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускной канал во впускное отверстие выше по потоку от цилиндра 30 сгорания. Топливная форсунка 66 впрыскивает топливо туда пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. В качестве альтернативы или дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку цилиндра сгорания или сверху цилиндра сгорания, например, чтобы обеспечивать то, что известно как непосредственный впрыск топлива в цилиндр 30 сгорания. Топливо может доставляться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива.

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, предоставляющих в электродвигатель или исполнительный механизм, с включенным в него дросселем 62, конфигурацию, которая может указываться ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для изменения всасываемого воздуха, предоставляемого в цилиндр 30 сгорания, среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для предоставления соответствующих сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 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 выхлопных газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для предоставления показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO_x, HC, или CO. Система выпуска может включать в себя розжиговые каталитические нейтрализаторы и каталитические нейтрализаторы низа кузова, а также выпускной коллектор, расположенные выше по потоку и/или ниже по потоку датчики топливно-воздушного соотношения. Каталитический нейтрализатор 70 может включать в себя многочисленные блоки нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства контроля выбросов, каждое с многочисленными блоками. Каталитический нейтрализатор 70, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа.

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 и информацию с датчиков, соединенных с двигателем 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 хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, соединенного с патрубком 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими собой команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также их вариантов. Рукав 114 охлаждения двигателя может быть соединен с системой отопления салона.

Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, выполненный вдоль впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 164, (например, через вал), выполненной вдоль выпускного канала 48. 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 (например, наддува), обеспечиваемой в одном или более цилиндре двигателя посредством турбонагнетателя или нагнетателя, может изменяться контроллером 12. Кроме того, датчик 123 может быть размещен во впускном коллекторе 44 для предоставления сигнала BOOST (НАДДУВ) в контроллер 12.

Фиг. 2 показывает примерный вариант осуществления двигателя 200, который может быть двигателем 10, включающим в себя систему 202 регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), систему 204 переключения профиля кулачков (CPS), турбонагнетатель 206, каталитический нейтрализатор 208 и головку 210 блока цилиндров с множеством цилиндров 212. Двигатель 200 может быть одним из примеров двигателя 10, описанного выше. Двигатель 200 показан имеющим впускной коллектор 214, выполненный с возможностью подачи всасываемого воздуха и/или топлива в цилиндры 212, и сегментированный встроенный выпускной коллектор 216, выполненный с возможностью выпуска продуктов сгорания из цилиндров 212. Сегментированный выпускной коллектор 216 может включать в себя множество выпусков, каждое соединено с разными компонентами системы выпуска. Например, один выпуск может быть соединен с каталитическим нейтрализатором 208, и один выпуск может быть соединен с турбонагнетателем 206. Дополнительные особенности касательно выпускного коллектора 216 будут представлены ниже. Несмотря на то, что в варианте осуществления, изображенном на фиг. 2, впускной коллектор 214 является отдельным от головки 210 блока цилиндров наряду с тем, что выпускной коллектор 216 встроен в головку 210 блока цилиндров, в других вариантах осуществления, впускной коллектор 214 может быть встроенным и/или выпускной коллектор 216 может быть отдельным от головки 210 блока цилиндров.

Головка 210 блока цилиндров включает в себя четыре цилиндра, обозначенных C1-C4. Цилиндры 212 каждый может включать в себя свечу зажигания и топливную форсунку для подачи топлива непосредственно в камеру сгорания, как описано выше на фиг. 1. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, каждый цилиндр может не включать в себя свечу зажигания и/или топливную форсунку непосредственного впрыска. Каждый из цилиндров может обслуживаться одним или более клапанов. В настоящем примере, цилиндры 212 каждый включает в себя два впускных клапана и два выпускных клапана. Каждый впускной и выпускной клапан выполнен с возможностью открывания и закрывания впускного отверстия и выпускного отверстия, соответственно. Впускные клапаны обозначены I1-I8 и выпускные клапаны обозначены E1-E8. Цилиндр C1 включает в себя впускные клапаны I1 и I2 и выпускные клапаны E1 и E2; цилиндр C2 включает в себя впускные клапаны I3 и I4 и выпускные клапаны E3 и E4; цилиндр C3 включает в себя впускные клапаны I5 и I6 и выпускные клапаны E5 и E6; и цилиндр C4 включает в себя впускные клапаны I7 и I8 и выпускные клапаны E7 и E8. Каждое выпускное отверстие каждого цилиндра может иметь одинаковый диаметр. Однако, в некоторых вариантах осуществления, некоторые из выпускных отверстий могут иметь разный диаметр. Например, выпускные отверстия, управляемые выпускными клапанами E4 и E5, могут иметь меньший диаметр, чем оставшиеся выпускные отверстия.

Каждый впускной клапан выполнен с возможностью приведения в действие между открытым положением, допускающим всасываемый воздух в соответствующий цилиндр, и закрытым положением, по существу, блокирующим всасываемый воздух от соответствующего цилиндра. Кроме того, фиг. 2 показывает, каким образом впускные клапаны I1-I8 могут приводиться в действие общим выпускным распределительным валом 218. Впускной распределительный вал 218 включает в себя множество впускных кулачков, выполненных с возможностью управления открыванием и закрыванием впускных клапанов. Каждый впускной клапан может управляться первыми впускными кулачками 220 и вторыми впускными кулачками 222. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, один или более дополнительных впускных кулачков могут быть включены в состав для управления впускными клапанами. В настоящем примере, первые впускные кулачки 220 имеют первый профиль рабочего выступа кулачка для открывания впускных клапанов в течение первой длительности впуска. Кроме того, в настоящем примере, вторые впускные кулачки 222 имеют второй профиль рабочего выступа кулачка для открывания впускного клапана в течение второй длительности впуска. Вторая длительность впуска может быть более короткой длительностью впуска (короче, чем первая длительность впуска), вторая длительность впуска может быть более длинной длительностью впуска (длиннее, чем первая длительность), или первая и вторая длительность могут быть равны. Дополнительно, впускной распределительный вал 218 может включать в себя один или более нулевых рабочих выступов кулачков. Нулевые рабочие выступы кулачков могут быть выполнены с возможностью поддержания соответствующих впускных клапанов в закрытом положении.

Каждый выпускной клапан выполнен с возможностью приведения в действие между открытым положением, выпускающим выхлопные газы из соответствующего цилиндра цилиндров 212, и закрытым положением, по существу, удерживающим газы в пределах соответствующего цилиндра. Кроме того, фиг. 2 показывает, каким образом выпускные клапаны E1-E8 могут приводиться в действие общим выпускным распределительным валом 224. Выпускной распределительный вал 224 включает в себя множество выпускных кулачков, выполненных с возможностью управления открыванием и закрыванием выпускных клапанов. Каждый выпускной клапан может управляться первыми выпускными кулачками 226 и вторыми выпускными кулачками 228. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, один или более дополнительных выпускных кулачков могут быть включены в состав для управления выпускными клапанами. В настоящем примере, первые выпускные кулачки 226 имеют первый профиль рабочего выступа кулачка для открывания выпускных клапанов в течение первой длительности выпуска. Кроме того, в настоящем примере, вторые выпускные кулачки 228 имеют второй профиль рабочего выступа кулачка для открывания выпускного клапана в течение второй длительности выпуска. Вторая длительность выпуска может быть более короткой, более длинной или равной первой длительности выпуска. Дополнительно, выпускной распределительный вал 224 может включать в себя один или более нулевых рабочих выступов кулачков. Нулевые рабочие выступы кулачков могут быть выполнены с возможностью поддержания соответствующих выпускных клапанов в закрытом положении.

Дополнительные непоказанные элементы, кроме того, могут включать в себя штанги толкателя, коромысла клапана, толкатели клапана, и т.д. Такие устройства и признаки могут управлять приведением в действие впускных клапанов и выпускных клапанов, преобразуя вращательное движение кулачков в поступательное движение клапанов. В других примерах, клапаны могут приводиться в действие посредством дополнительных профилей выступа кулачка на распределительных валах, где профили выступа кулачка между разными клапанами могут обеспечивать меняющуюся высоту подъема кулачка, длительность кулачка и/или установку фаз кулачкового распределения. Однако, альтернативные компоновки распределительного вала (поверх головки блока и/или с толкателями клапана) могут использоваться, если требуется. Кроме того, в некоторых примерах, цилиндры 212 каждый может иметь только один выпускной клапан и/или впускной клапан, или более чем два впускных и/или выпускных клапана. Кроме того в других примерах, выпускные клапаны и впускные клапаны могут приводиться в действие общим распределительным валом. Однако, в альтернативном варианте осуществления, по меньшей мере один из впускных клапанов и/или выпускных клапанов могут приводиться в действие своим собственным независимым распределительным валом или другим устройством.

Подмножество выпускных клапанов цилиндров 212 может выводиться из работы, если требуется, посредством одного или более механизмов. Например, выпускные клапаны E4 и E5, которые соединены с выпускным коллектором 234 (подробнее пояснено ниже), могут выводиться из работы посредством переключения толкателей, переключения коромысел клапанов или переключения ролико-пальцевых повторителей. Во время режимов, когда приведен в действие VDE, впускные клапаны могут выводиться из работы с использованием подобных механизмов.

Двигатель 200 может включать в себя системы регулируемого привода клапанов, например, систему 204 CPS, и систему 202 регулируемой установки кулачкового распределения, VCT. Система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью работы в многочисленных режимах работы. Первый режим работы может возникать вслед за холодным запуском двигателя, например, когда температура двигателя находится ниже порогового значения или в течение заданной длительности после запуска двигателя. Во время первого режима, система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью открывания только подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров, при закрытых всех других выпускных отверстиях. Например, могут открываться только выпускные клапаны E4 и E5 цилиндров C2 и C3. Второй режим работы может возникать во время обычной работы прогретого двигателя. Во время второго режима, система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью открывания всех выпускных отверстий всех цилиндров. Кроме того, во время второго режима, система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью открывания подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров в течение более короткой длительности, чем оставшиеся выпускные отверстия. Третий режим работы может возникать во время работы прогретого двигателя с низкой скоростью вращения и высокой нагрузкой. Во время третьего режима, система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью поддерживания подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров закрытыми при открывании оставшихся выпускных отверстий, например, противоположно первому режиму. Дополнительно, система регулируемого привода клапанов может быть выполнена с возможностью избирательного открывания и закрывания впускных отверстий в соответствии с открыванием и закрыванием выпускных отверстий во время различных режимов работы.

Система 204 CPS может быть выполнена с возможностью продольного перемещения специфичных участков впускного распределительного вала 218, тем самым приводя к изменению работы впускных клапанов I1-I8 между первыми впускными кулачками 220 и вторыми впускными кулачками 222 и/или другими впускными кулачками. Кроме того, система 204 CPS может быть выполнена с возможностью продольного перемещения специфичных участков выпускного распределительного вала 224, тем самым приводя к изменению работы выпускных клапанов E1-E8 между первыми выпускными кулачками 226 и вторыми выпускными кулачками 228 и/или другими выпускными кулачками. Таким образом, система 204 CPS может переключаться между многочисленными профилями. Например, во время первого режима работы, обсужденного выше, система 204 CPS может переключаться на первый профиль. Кроме того, система 204 CPS может переключаться на второй профиль во время второго режима и переключаться на третий профиль во время третьего режима. Действуя таким образом, система 204 CPS может переключаться между первым кулачком для открывания клапана в течение первой длительности, вторым кулачком для открывания клапана в течение второй длительности и/или дополнительными или нулевыми кулачками. Система 204 CPS может управляться через сигнальные линии контроллером 201 (контроллер 201 является неограничивающим примером контролера 12 по фиг. 1).

Конфигурация кулачков, описанная выше, может использоваться для обеспечения управления количеством и временными характеристиками воздуха, подаваемого в и выводимого из цилиндров 212. Однако другие конфигурации могут использоваться, чтобы разрешить системе 204 CPS переключать управление клапаном между двумя или более кулачками. Например, переключаемые толкатели или коромысла клапана могут использоваться для изменения управления клапаном между двумя или более кулачками.

Двигатель 200 дополнительно может включать в себя систему 202 VCT. Система 202 VCT может быть сдвоенной независимой системой регулируемой установки фаз распределительного вала для изменения установки фаз распределения впускных клапанов и установки фаз распределения выпускных клапанов отдельно друг от друга. Система 202 VCT включает в себя фазировщик 230 распределительного вала впускных клапанов и фазировщик 232 распределительного вала выпускных клапанов для изменения установки фаз клапанного распределения. Система 202 VCT может быть выполнена с возможностью осуществления опережения или запаздывания установки фаз клапанного распределения, осуществляя опережение или запаздывание установки фаз кулачкового распределения (примерных рабочих параметров двигателя), и может управляться через сигнальные линии контроллером 201. Система 202 VCT может быть выполнена с возможностью изменения установки фаз распределения событий открывания и закрывания клапанов, меняя зависимость между положением коленчатого вала и положением распределительного вала. Например, система 202 VCT может быть выполнена с возможностью вращения впускного распределительного вала 218 и/или выпускного распределительного вала 224 независимо от коленчатого вала, чтобы побуждать установку фаз клапанного распределения подвергаться опережению или запаздыванию. В некоторых вариантах осуществления, система 202 VCT может быть устройством с приводом от крутящего момента кулачков, выполненным с возможностью быстрого изменения установки фаз кулачкового распределения. В некоторых вариантах осуществления, установка фаз клапанного распределения, такая как закрывание впускного клапана (IVC) и закрывание выпускного клапана (EVC) может меняться посредством устройства непрерывно регулируемого подъема клапана (CVVL).

Устройства и системы управления клапанами/кулачками, описанные выше, могут быть с гидравлическим силовым приводом или с электроприводом, или их комбинацией. Сигнальные линии могут отправлять сигналы управления в и принимать измерения установки фаз кулачкового распределения и/или выбора кулачка из системы 204 CPS и системы 202 VCT.

Возвращаясь к встроенному выпускному коллектору 216, он может быть выполнен с многочисленными выпусками для избирательного направления выхлопных газов в различные компоненты выпуска. Встроенный выпускной коллектор 216 может быть единым сегментированным выпускным коллектором, включающим в себя многочисленные выпуски, в некоторых вариантах осуществления. В других вариантах осуществления, головка 210 блока цилиндров может включать в себя многочисленные отдельные выпускные коллекторы, имеющие каждый один выпуск. Более того, отдельные выпускные коллекторы могут быть включены в общую отливку в головке 210 блока цилиндров. В варианте осуществления по фиг. 2, выпускной коллектор 216 включает в себя первый выпускной коллектор 234, второй выпускной коллектор 236 и, в некоторых вариантах осуществления, третий выпускной коллектор 238.

Первый выпускной коллектор 234 соединяет подмножество выпускных отверстий подмножества цилиндров непосредственно с каталитическим нейтрализатором 208 и не с турбонагнетателем 206. Как показано на фиг. 2, выпускные отверстия выпускных клапанов E4 и E5 цилиндров C2 и C3, соответственно, соединены с первым выпускным коллектором 234. Первый выпускной коллектор 234 включает в себя первый впуск 240, соединенный только с выпускным отверстием, управляемым выпускным клапаном E4, и второй впуск 242, соединенный только с выпускным отверстием, управляемым выпускным клапаном E5. Кроме того, первый выпускной коллектор 234 включает в себя выпуск 244, соединенный с каталитическим нейтрализатором. По существу, когда выпускные клапаны E4 и E5 открыты, выхлопные газы направляются через первый выпускной коллектор 234 в каталитический нейтрализатор 208, не проходя через турбонагнетатель 206. Несмотря на то, что вариант осуществления, изображенный на фиг. 2, соединяет выпуск 244 непосредственно к каталитическому нейтрализатору 208, в некоторых вариантах осуществления, выпуск 244 может быть соединен с общим выпускным каналом 246 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 208, но ниже по потоку от турбонагнетателя 206.

Второй выпускной коллектор 236 включает в себя выпуск 248, который соединен с турбонагнетателем 206. Второй выпускной коллектор 236 соединяет по меньшей мере подмножество цилиндров с турбонагнетателем 206. Как показано на фиг. 2, каждое оставшееся выпускное отверстие, не соединенное с первым выпускным коллектором 234, соединено с впуском второго выпускного коллектора 236 (например, выпускные отверстия выпускных клапанов E1, E2, E3, E6, E7 и E8 соединены только со вторым выпускным коллектором 236). Например, второй выпускной коллектор включает в себя первый впуск 250, соединенный только с выпускным отверстием выпускного клапана E1, и второй впуск 252, соединенный только с выпускным отверстием выпускного клапана E2, оба у внешнего цилиндра C1. Выпускное отверстие, управляемое выпускным клапаном E3 внутреннего цилиндра C2, соединено только с третьим впуском 254 второго выпускного коллектора 236. Внутренний цилиндр C3 и внешний цилиндр C4 включают в себя подобные впуски, соединяющие свои соответствующие выпускные отверстия со вторым выпускным коллектором 236. Таким образом, каждое выпускное отверстие внешних цилиндров соединено со вторым выпускным коллектором 236 наряду с тем, что только одно выпускное отверстие внутренних цилиндров соединено со вторым выпускным коллектором 236.

Однако, в некоторых вариантах осуществления, турбонагнетатель 206 может быть двухспиральным турбонагнетателем. По существу, третий выпускной коллектор 238 может присутствовать для соединения подмножества цилиндров с одной спиралью двухспирального турбонагнетателя. Второй выпускной коллектор 236 может быть соединен с первой спиралью двухспирального турбонагнетателя и, таким образом, только часть выпускных отверстий, не соединенная с первым выпускным коллектором, может быть соединена со вторым выпускным коллектором (например, выпускные отверстия E1, E2, E7 и E8). В таких вариантах осуществления, третий выпускной коллектор 238 может соединять другое подмножество оставшихся выпускных отверстий (например, выпускные отверстия E3 и E6) со второй спиралью двухспирального турбонагнетателя.

Для того чтобы дополнительно регулировать давление наддува, турбонагнетатель 206 включает в себя перепускной клапан 256 турбины. Во время некоторых условий, перепускной клапан 256 турбины может открываться, чтобы перенаправлять часть выхлопных газов из второго и/или третьего выпускного коллектора вокруг турбонагнетателя. Перепускной клапан 256 турбины может открываться, чтобы уменьшать противодавление выхлопных газов, понижать давление наддува, и т.д., в ответ на сигналы из контроллера 201.

Система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять часть выхлопных газов через каналы 258, 260 EGR на впуск. Величина EGR, направляемая на впуск может регулироваться клапанами 262 и 264 EGR, которые принимают сигналы из контроллера 201. Как показано на фиг. 2, система EGR выполнена с возможностью направления выхлопных газов только из выше по потоку от турбонагнетателя на впуск, в конфигурации EGR высокого давления. Однако, возможны другие конфигурации. Например, система EGR может быть выполнена с возможностью направления выхлопных газов из ниже по потоку от турбонагнетателя на впуск тогда, что указывается ссылкой как EGR низкого давления. Посредством включения в состав многочисленных каналов EGR, одного, направляющего выхлопные газы из первого выпускного коллектора 234, и одного, направляющего выхлопные газы из второго выпускного коллектора 236, система EGR может избирательно направлять выхлопные газы на основании условий работы. Например, в условиях, когда требуется горячая EGR, EGR из канала 258 EGR может избирательно направляться на впуск. Однако когда требуется более холодная EGR, EGR из канала 260 EGR может избирательно направляться на впуск.

Как описано выше, фиг. 2 показывает неограничивающий пример двигателя внутреннего сгорания и связанных систем впуска и выпуска. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления двигатель может иметь большее или меньшее количество цилиндров сгорания, распределительных клапанов, дросселей и компрессионных устройств, среди прочего. Примерные двигатели могут иметь цилиндры, выполненные в «V-образной» конфигурации. Кроме того, первый распределительный вал может управлять впускными клапанами для первой группы или ряда цилиндров, а второй распределительный вал может управлять впускными клапанами для второй группы цилиндров. Таким образом, единая система CPS и/или система VCT может использоваться для управления работой клапанов группы цилиндров, либо могут использоваться отдельные системы CPS и/или VCT.

Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа управления потоком выхлопных газов в двигателе. Способ 300 может выполняться согласно командам, хранимым в памяти контроллера, такого как контроллер 12 или 201. Способ 300 может выполняться в ответ на рабочие параметры двигателя, определенные различными датчиками двигателя, такими как датчик 112 ECT, и может управлять различными исполнительными механизмами двигателя, такими как система 204 CPS и система 202 VCT.

Способ 300 включает в себя этап 302, на котором определяют рабочие параметры двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя скорость вращения, нагрузку, температуру двигателя, количество циклов двигателя после запуска двигателя, установку фаз распределительного вала, профиль распределительного вала, и т.д. На этапе 304 определяют, находится ли двигатель в операции холодного запуска. Операция холодного запуска может включать в себя температуру двигателя ниже порогового значения, такого как 200°C. В других вариантах осуществления, операция холодного запуска может определяться на основании времени после запуска двигателя, такого как в пределах 30 секунд от запуска двигателя. Если определено, что двигатель не находится в операции холодного запуска, по способу 300 переходят на этап 310, который будет подробнее обсужден ниже. Если двигатель находится в операции холодного запуска, по способу 300 переходят на этап 306 для установления системы переключения профиля распределительного вала, такого как система 204 CPS, в первый профиль. Первый профиль выполнен с возможностью открывания только подмножества выпускных отверстий двигателя. Более точно, первый профиль открывает только выпускные отверстия, которые соединены с каталитическим нейтрализатором через первый выпускной коллектор, такой как первый выпускной коллектор 234, и не соединены с турбонагнетателем. В качестве используемого в материалах настоящего описания, термин «открывание выпускного отверстия» указывает ссылкой на систему привода клапанов, открывающую выпускной клапан в течение заданной длительности цикла двигателя, такой как такт выпуска, для того чтобы позволять выпускному отверстию открываться и выбрасывать выхлопные газы. Во время оставшихся частей цикла двигателя, в которых выпускное отверстие обычно закрыто, выпускные отверстия, которым предоставлена возможность открываться во время такта выпуска, поддерживаются закрытыми. Кроме того, первый профиль включает в себя только подмножество впускных отверстий подмножества цилиндров, которым разрешено открывание. Например, только один впускной клапан цилиндра C2 и один впускной клапан цилиндра C3 могут открываться во время такта впуска, причем, оставшиеся впускные клапаны удерживаются закрытыми.

На этапе 308 подмножество цилиндров, соединенных с первым выпускным коллектором (например, цилиндров C2 и C3 по фиг. 2) подвергают зажиганию, при этом оставшиеся цилиндры выводят из работы. Как пояснено ранее, двигатель может быть выполнен с возможностью работы в режиме VDE, где только подмножество цилиндров подвергают зажиганию. Подвергнутые зажиганию цилиндры принимают топливо, всасываемый воздух и искровое зажигание для инициирования сгорания. Выведенные из работы цилиндры не принимают топливо и искровое зажигание. Кроме того, первый профиль CPS включает в себя открывание только впускных клапанов подмножества цилиндров, которые соединены с каталитическим нейтрализатором. Действуя таким образом, не подвергнутые зажиганию цилиндры (например, цилиндры C1 и C4 по фиг. 2) не принимают всасываемый воздух. Осуществление зажигания только подмножества цилиндров, соединенных с первым выпускным коллектором может включать в себя регулирование распределения топлива среди цилиндров. Например, при нормальной работе, в которой все цилиндры подвергаются зажиганию, топливо может равномерно распределяться среди всех цилиндров. Однако, во время работы VDE, при которой только подмножество цилиндров принимает топливо, количество топлива, подаваемого в подвергаемые зажиганию цилиндры, может быть увеличено, чтобы то же самое количество общего топлива подавалось в двигатель во время работы VDE по сравнению с работой без VDE.

На этапе 310 определяют, достигла ли температура двигателя порогового значения. Пороговое значение может быть температурой прогретого двигателя, при которой выхлопные газы достаточно горячи, чтобы поддерживать каталитический нейтрализатор на или выше его температуры розжига, такой как 200°C. Если двигатель не достиг порогового значения, по способу 300 возвращаются, чтобы продолжать работать с первым профилем кулачков и осуществлять зажигание в подмножестве цилиндров. Если двигатель достиг пороговой температуры, то есть, если двигатель больше не находится в операции холодного запуска, по способу 300 переходят на этап 312, на котором определяют, является ли двигатель работающим в условиях высокой нагрузки, низкой скорости вращения. Во время условий высокой нагрузки, низкой скорости вращения, двигатель является работающим с пиковым крутящим моментом и по существу использует высокую величину наддува для достижения пикового крутящего момента. Однако при низкой скорости вращения двигателя вырабатывается меньшее давление выхлопных газов и, таким образом, все имеющиеся в распоряжении выхлопные газы используются для приведения в движение турбины, для того чтобы создавать высокую величину наддува. Высокая нагрузка может быть подходящей нагрузкой, такой как выше 50% нагрузки, а низкая скорость вращения может быть подходящей скоростью вращения, такой как ниже 1000 оборотов в минуту. Однако, возможны другие диапазоны нагрузки и скорости вращения. Кроме того, условия высокой нагрузки, низкой скорости вращения, например, могут определяться на основании требуемого давления наддува и определенного давления выхлопных газов.

Если двигатель не является работающим в условиях высокой нагрузки, низкого числа оборотов, по способу 300 переходят на этап 314, на котором устанавливают профиль кулачков во второй профиль. Второй профиль может использоваться во время нормальных условий прогретого двигателя, при этом условия скорости вращения и нагрузки являются подходящими (например, низкая скорость вращения, низкая нагрузка), или двигатель является иным образом вырабатывающим достаточное давление выхлопных газов для приведения в движение турбины. Второй профиль кулачков может быть выполнен с возможностью позволения каждому выпускному отверстию каждого цилиндра открываться в свое заданное время. Например, каждый выпускной клапан может открываться во время каждого соответствующего такта выпуска. Второй профиль кулачков может быть дополнительно выполнен с возможностью задерживания открывания выпускных отверстий, соединенных с каталитическим нейтрализатором через первый выпускной коллектор. Например, выпускные клапаны E4 и E5 по фиг. 2 могут открываться на 0-60° CA позже, чем оставшиеся выпускные клапаны. Дополнительно, второй профиль кулачков может быть выполнен с возможностью позволения каждому выпускному отверстию каждого цилиндра открываться во время соответствующего такта впуска.

На этапе 318 по способу 300 осуществляют зажигание во всех цилиндрах. Осуществление зажигания во всех цилиндрах включает в себя этапы, на которых впрыскивают топливо в каждый цилиндр и обеспечивают искровое зажигание в каждом цилиндре. Если двигатель ранее был работающим в режиме VDE, топливо может перераспределяться, чтобы каждый цилиндр принимал одинаковое количество топлива. Кроме того, на этапе 320 по способу 300 компенсируют любые возмущения крутящего момента, которые могут возникать во время перехода из режима VDE. До осуществления зажигания в каждом цилиндре, положение дросселя может регулироваться для увеличения потока воздуха в цилиндры, так что требуемый всасываемый воздух присутствует во впускном коллекторе, когда впускным клапанам ранее выведенных из работы цилиндров позволено открываться. Чтобы гарантировать, что событие избыточного крутящего момента происходит, когда повышен расход воздуха цилиндра, установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию в цилиндрах с зажиганием. Как только произошел переход, и все цилиндры являются работающими, установка момента зажигания может возвращаться к MBT.

Во время работы со вторым профилем кулачков, часть выхлопных газов направляется в турбонагнетатель через второй выпускной коллектор (например, второй выпускной коллектор 236 по фиг. 2), и давление наддува регулируется посредством управления положением перепускного клапана турбины. Поскольку выпускные отверстия, соединенные с первым выпускным коллектором, также открыты, часть выхлопных газов направляется в каталитический нейтрализатор, и не в турбонагнетатель, через первый выпускной выпускной коллектор. Однако эта часть может быть меньшей, чем часть, направляемая в турбонагнетатель, вследствие более позднего момента времени открывания выпускных клапанов E4 и E5 и/или вследствие этих выпускных отверстий, имеющих меньший диаметр, чем другие выпускные отверстия. После установки второго профиля кулачков и осуществления зажигания во всех цилиндрах, способ 300 завершают.

Возвращаясь к этапу 312, если определено, что двигатель является работающим в условиях высокой нагрузки, низкой скорости вращения, профиль кулачков переключают на третий профиль на этапе 316. Третий профиль выполнен с возможностью поддержания выпускных отверстий, соединенных с первым выпускным коллектором, закрытыми при том, что позволяют оставшимся выпускным отверстиям открываться. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, из оставшихся выпускных отверстий только одно выпускное отверстие на цилиндр может открываться. Например, при третьем профиле кулачков, только выпускные отверстия E2, E3, E6 и E7 могут открываться, для того чтобы поддерживать уравновешенность сгорания между цилиндрами. Третий профиль выполнен с возможностью направления всех выхлопных газов в турбонагнетатель до достижения каталитического нейтрализатора (например, нисколько выхлопных газов не направляются через первый выпускной коллектор). Кроме того, в этих условиях, перепускной клапан турбины может закрываться, чтобы создавать максимальную величину наддува. Подобно второму профилю кулачков, работа с третьим профилем кулачков включает в себя на этапе 318 то, что осуществляют зажигание в каждом цилиндре и компенсируют возмущения крутящего момента во время перехода из режима VDE на этапе 320. После приведения в действие третьего профиля кулачков и осуществления зажигания во всех цилиндрах, способ 300 завершают.

Таким образом, способ 300 предложен для переключения между многочисленными профилями распределительного вала в зависимости от условий эксплуатации. Профили распределительного вала дают возможность избирательного направления выхлопных газов в каталитический нейтрализатор, через турбонагнетатель либо в обход турбонагнетателя. Как показано в таблице 1, приведенной ниже, которая перечисляет каждый профиль кулачков и состояния выпускных клапанов во время соответствующих тактов выпуска для каждого выпускного клапана двигателя, изображенного на фиг. 2, система CPS может переключаться между тремя профилями кулачков, для того чтобы оптимизировать поток выхлопных газов во время разных режимов работы, описанных выше со ссылкой на фиг. 3.

Таблица 1 Профиль кулачка E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 1 Закр. Закр. Закр. Откр. Откр. Закр. Закр. Закр. 2 Откр. Откр. Откр. Задер. Задер. Откр. Откр. Откр. 3 По выбору Откр. Откр. Закр. Закр. Откр. Откр. По выбору

Фиг. 4-6 изображают диаграммы установки фаз распределения выпускных клапанов для двух типичных цилиндров во время каждого из трех режимов работы (в том числе, трех профилей CPS, изображенных в таблице 1). Изображены установки фаз распределения выпускных клапанов для клапанов внешнего цилиндра C1 и внутреннего цилиндра C2. Для каждой диаграммы, установка фаз распределения в градусах угла поворота коленчатого вала изображена на оси x. Состояние открывания выпускного клапана изображено на каждой соответственной оси y. Примерный порядок работы 1-3-4-2 изображен на фиг. 4-6, причем, события сгорания помечены звездочкой. Каждый такт цикла двигателя отмечен вдоль оси x. Для каждого цилиндра, одна диаграмма установки фаз распределения выпускных клапанов (E1 и E3) изображена сплошной линией, и одна диаграмма установки фаз распределения выпускных клапанов (E2 и E4) изображена штрихпунктирной линией.

Фиг. 4 иллюстрирует установку фаз распределения выпускных клапанов для выпускных клапанов цилиндра 1 и цилиндра 2 во время первого режима холодного запуска с приведенным в действие первым профилем кулачков. В условиях холодного запуска, первый профиль кулачков приводится в действие, и дается возможность работы VDE, так что открываются только выпускные отверстия, соединенные с первым выпускным коллектором. Первый выпускной коллектор соединен с каталитическим нейтрализатором, а не турбонагнетателем. Таким образом, в условиях холодного запуска с первым профилем кулачков, все выхлопные газы направляются непосредственно в каталитический нейтрализатор, а не в турбонагнетатель. Это позволяет быстро прогревать каталитический нейтрализатор посредством направления выхлопных газов в каталитический нейтрализатор по имеющемуся в распоряжении кратчайшему выпускному тракту. Как показано на фиг. 4, двигатель является работающим в режиме работы VDE с выведенным из работы первым цилиндром, и выпускные клапаны цилиндра 1 остаются закрытыми в течение длительности цикла двигателя. Что касается цилиндра 2, один выпускной клапан (E4) открывается во время каждого такта выпуска, изображенного штрихпунктирной линией. Другой выпускной клапан (E3) остается закрытым.

Фиг. 5 иллюстрирует установку фаз распределения выпускных клапанов для выпускных клапанов цилиндра 1 и цилиндра 2 во время второго режима нормальной работы. Как только двигатель прогрелся, второй профиль кулачков приводится в действие, чтобы разрешить открывание всех выпускных отверстий. Это позволяет части выхлопных газов направляться через турбонагнетатель, и меньшей части - направляться в каталитический нейтрализатор, а не в турбонагнетатель. Таким образом, большая часть выхлопных газов направляется в турбонагнетатель, чтобы разрешить турбонагнетателю обеспечивать требуемую величину наддува. Как изображено на фиг. 5, оба выпускных клапана цилиндра 1 (E1 и E2, сплошная линия и штрихпунктирная линия, соответственно) открываются во время такта выпуска. Дополнительно, оба выпускных клапана цилиндра 2 (E3 и E4, сплошная линия и штрихпунктирная линия, соответственно) открываются во время такта выпуска. Однако выпускной клапан E4 имеет задержанное время открывания относительно выпускного клапана E3.

Фиг. 6 иллюстрирует установку фаз распределения выпускных клапанов для выпускных клапанов цилиндра 1 и цилиндра 2 во время третьего режима пикового крутящего момента. Третий профиль кулачков позволяет отработавшим газам направляться в турбонагнетатель. Третий профиль может приводиться в действие во время условий, когда указан максимальный наддув, таких как условия низкой скорости вращения, высокой нагрузки. Третий профиль может удерживать выпускные отверстия, соединенные непосредственно с каталитическим нейтрализатором, от открывания при открывании оставшихся выпускных отверстий. Как изображено на фиг. 6, оба выпускных клапана цилиндра 1 (E1 и E2, сплошная линия и штрихпунктирная линия, соответственно) открываются во время такта выпуска. Однако, что касается цилиндра 2, только один выпускной клапан (E3, сплошная линия) открывается, в то время как выпускной клапан E4 остается закрытым.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные 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 описания включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.

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 либо «первый» элемент или 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 может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя 200, имеющего множество цилиндров (С1), (С2), (С3), (С4), заключается в том, что во время первых состояний осуществляют зажигание в подмножестве цилиндров (С2), (С3) и направляют все выхлопные газы из подмножества цилиндров через первый коллектор (234), соединенный непосредственно с каталитическим нейтрализатором (208), а не турбонагнетателем (206). Во время вторых состояний осуществляют зажигание во всех цилиндрах (С1), (С2), (С3), (С4), направляют первую часть выхлопных газов из всех цилиндров через второй коллектор (236), соединенный с турбонагнетателем (206), и направляют вторую часть выхлопных газов только из подмножества цилиндров (С2), (С3) через первый коллектор (234). Первые состояния представляют собой температуру двигателя (200) ниже порогового значения. Вторые состояния представляют собой температуру двигателя (200) выше порогового значения и нагрузку двигателя от средней до высокой. Раскрыты вариант способа для двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в достижении более быстрого прогрева каталитического нейтрализатора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ для двигателя, имеющего множество цилиндров, включающий в себя этапы, на которых:

во время первых состояний осуществляют зажигание в подмножестве цилиндров и направляют все выхлопные газы из подмножества цилиндров через первый коллектор, соединенный непосредственно с каталитическим нейтрализатором, а не турбонагнетателем; и

во время вторых состояний осуществляют зажигание во всех цилиндрах, направляют первую часть выхлопных газов из всех цилиндров через второй коллектор, соединенный с турбонагнетателем, и направляют вторую часть выхлопных газов только из подмножества цилиндров через первый коллектор.

2. Способ по п. 1, в котором первые состояния представляют собой температуру двигателя ниже порогового значения.

3. Способ по п. 1, в котором вторые состояния представляют собой температуру двигателя выше порогового значения и нагрузку двигателя от средней до высокой.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап, на котором во время третьего состояния осуществляют зажигание во всех цилиндрах и направляют все выхлопные газы из каждого цилиндра через второй коллектор.

5. Способ по п. 4, в котором третье состояние представляет собой температуру двигателя выше порогового значения, низкую скорость вращения двигателя и нагрузку двигателя от средней до высокой.

6. Способ по п. 1, в котором двигатель является рядным двигателем, при этом подмножество цилиндров содержит по меньшей мере один внутренний цилиндр.

7. Способ по п. 1, в котором этап направления всех выхлопных газов из подмножества цилиндров через первый коллектор дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания только подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров, причем все другие выпускные отверстия закрыты.

8. Способ по п. 1, в котором этап направления первой части выхлопных газов через второй коллектор и направления второй части выхлопных газов через первый коллектор дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания каждого выпускного отверстия каждого цилиндра.

9. Способ по п. 8, в котором этап приведения в действие профиля распределительного вала, выполненного с возможностью открывания каждого выпускного отверстия каждого цилиндра, дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие профиль распределительного вала, выполненный с возможностью открывания подмножества выпускных отверстий подмножества цилиндров позже, чем всех других выпускных отверстий.

10. Способ по п. 1, в котором турбонагнетатель является двухспиральным турбонагнетателем, при этом этап направления первой части выхлопных газов через второй коллектор, соединенный с турбонагнетателем, дополнительно включает в себя этап, на котором направляют первую часть выхлопных газов на первую спираль турбонагнетателя, и дополнительно включает в себя этап, на котором направляют третью часть выхлопных газов через третий коллектор, соединенный со второй спиралью турбонагнетателя.

11. Система двигателя, содержащая:

первый цилиндр, содержащий два выпускных отверстия, соединенных с турбонагнетателем через встроенный выпускной коллектор;

второй цилиндр, включающий в себя первое выпускное отверстие, соединенное с турбонагнетателем через встроенный выпускной коллектор, и второе выпускное отверстие, соединенное с каталитическим нейтрализатором, а не турбонагнетателем; и

систему, содержащую распределительный вал с профилями и выполненную с возможностью:

предоставления только второму выпускному отверстию возможности открываться во время первого состояния, и

предоставления каждому выпускному отверстию возможности открываться во время второго состояния.

12. Система по п. 11, в которой первое состояние представляет собой работу холодного двигателя.

13. Система по п. 11, в которой второе состояние представляет собой работу прогретого двигателя.

14. Система по п. 11, дополнительно содержащая два впускных отверстия в каждом цилиндре, при этом система, содержащая распределительный вал с профилями дополнительно выполнена с возможностью предоставления каждому впускному отверстию возможности открываться во время первого и второго состояний.

15. Система по п. 11, дополнительно содержащая два впускных отверстия в каждом цилиндре, при этом система, содержащая распределительный вал с профилями дополнительно выполнена с возможностью:

предоставления каждому впускному отверстию первого цилиндра возможности открываться во время первого и второго состояний;

предоставления только одному впускному отверстию второго цилиндра возможности открываться во время первого состояния; и

предоставления каждому впускному отверстию второго цилиндра возможности открываться во время второго состояния.

16. Система по п. 11, в которой первое выпускное отверстие второго цилиндра имеет больший диаметр, чем второе выпускное отверстие второго цилиндра.

17. Система по п. 11, в которой система, содержащая распределительный вал с профилями, дополнительно выполнена с возможностью, во время второго состояния, открывания второго выпускного отверстия позже, чем первого выпускного отверстия.

18. Способ для двигателя, имеющего множество цилиндров, каждый из которых имеет два выпускных клапана, включающий в себя этапы, на которых:

во время условий низкой скорости вращения, высокой нагрузки выводят из работы подмножество выпускных клапанов и приводят в действие по меньшей мере часть оставшихся выпускных клапанов, причем подмножество выпускных клапанов управляет выпускными отверстиями, соединенными с каталитическим нейтрализатором через первый выпускной коллектор, а оставшиеся выпускные клапаны управляют выпускными отверстиями, соединенными с турбонагнетателем через второй выпускной коллектор, и

направляют выхлопные газы из первого цилиндра множества цилиндров и выхлопные газы из второго цилиндра множества цилиндров в турбонагнетатель через второй выпускной коллектор; а

во время условий от средних до высоких нагрузки и скорости вращения приводят в действие все выпускные клапаны двигателя, и

направляют выхлопные газы из первого цилиндра в турбонагнетатель через второй выпускной коллектор и направляют выхлопные газы из второго цилиндра в турбонагнетатель через второй выпускной коллектор и в каталитический нейтрализатор через первый выпускной коллектор.

19. Способ по п. 18, в котором этап приведения в действие по меньшей мере части оставшихся выпускных клапанов дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие все оставшиеся выпускные клапаны.

20. Способ по п. 18, в котором этап выведения из работы подмножества выпускных клапанов и приведения в действие по меньшей мере части оставшихся выпускных клапанов дополнительно включает в себя этап, на котором приводят в действие один выпускной клапан на цилиндр наряду с тем, что выводят из работы один выпускной клапан на цилиндр.