Область техники
Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам для управления двигателем транспортного средства, позволяющим увеличить эффективность каталитического нейтрализатора и сократить выбросы двигателя.
Уровень техники/Краткое изложение
Двигатели могут работать с наддувом заряда воздуха, осуществляемым при помощи турбонагнетателя, где впускной компрессор может приводиться в движение выпускной турбиной. Однако размещение турбины в выпускной системе может увеличить выбросы во время существования условий холодного запуска двигателя вследствие того, что турбина может выполнять функции теплоотвода. В частности, тепло отработавших газов двигателя во время существования условий холодного запуска двигателя может поглощаться в турбине, что уменьшает количество тепла в отработавших газах, передаваемого в выпускной каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку. Также это задерживает активацию каталитического нейтрализатора. Следовательно, может потребоваться запаздывание зажигания для активации выпускного каталитического нейтрализатора. Однако дополнительный расход топлива, связанный с запаздыванием зажигания, может свести на нет или даже перевесить выгоду от экономии топлива за счет эксплуатации двигателя с наддувом.
Соответственно, были использованы различные подходы, чтобы ускорить достижение температуры активации каталитического нейтрализатора во время существования условий холодного запуска двигателя в двигателе с наддувом. Один подход в качестве примера предложен Эндрюсом в патенте США 8234865, этот подход содержит направление отработавших газов к выхлопной трубе через патрубок, позволяющий направить отработавшие газы в обход выпускной турбины во время существования условий холодного запуска двигателя. Используется пассивный, термически управляемый клапан для регулирования потока отработавших газов через патрубок, где клапан имеет возможность открываться при низкой температуре (такой как во время существования условий холодного запуска двигателя). Термически управляемый клапан содержит биметаллический элемент с возможностью изменять форму в зависимости от температуры, и, таким образом, с возможностью регулирования открытия клапана. При обходе турбины отработавшие газы с высокой температурой могут быть непосредственно поданы к выпускному каталитическому нейтрализатору.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таких системах. Например, из-за того, что отработавшие газы обходят турбину, вращение турбины может происходить с задержкой, что создает эффект турбоямы и уменьшает производительность наддува. Кроме того, после активации каталитического нейтрализатора температура отработавших газов, не встречающих препятствий на пути, при достижении каталитического нейтрализатора может оказаться выше требуемой. В частности, за счет использования покрытия поверхности каталитического нейтрализатора (например, поверхности выпускного каталитического нейтрализатора окисления или трехкомпонентного каталитического нейтрализатора), каталитический нейтрализатор может иметь более высокий коэффициент нейтрализации отработавших газов при более низких температурах отработавших газов. В результате того, что температура отработавших газов, достигающих каталитического нейтрализатора, выше требуемой, может снизиться функциональность каталитического нейтрализатора.
Авторы настоящего изобретения определили подход, с помощью которого могут быть по меньшей мере частично решены вышеуказанные проблемы. Один пример способа для двигателя с наддувом содержит: во время существования условий холодного запуска двигателя направление потока отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину; после активации каталитического нейтрализатора, направление потока отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и во время работы с высокой нагрузкой по меньшей мере частичное направление потока отработавших газов в обход турбины. Таким образом, тепло отработавших газов может использоваться для уменьшения эффекта турбоямы и ускорения активации каталитического нейтрализатора.
Например, система двигателя с турбонаддувом может быть выполнена с разветвленной выпускной системой, где выпускной патрубок разделен по меньшей мере на три отдельных ветви, каждая из которых обеспечивает отдельный путь потока. Ветви могут быть связаны друг с другом посредством клапанов, что обеспечивает возможность регулирования очередности протекания отработавших газов вдоль каждого из путей за счет изменения положения клапанов. Различные выпускные компоненты могут быть соединены с различными вервями разветвленной выпускной системы. Например, выпускная турбина турбонагнетателя может быть соединена с первой ветвью, подкорпусный конвертер может быть соединен со второй ветвью и выпускной каталитический нейтрализатор окисления (трехкомпонентный каталитический нейтрализатор) может быть соединен с третьей ветвью выпускной системы. Во время существования условий холодного запуска двигателя клапаны могут регулировать для направления потока отработавших газов через каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину. После активации каталитического нейтрализатора клапаны могут регулировать для направления потока отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через каталитический нейтрализатор. Во время существования высоких нагрузок двигателя, например, работы с наддувом, клапаны могут регулировать таким образом, что отработавшие газы могут быть одновременно направлены к выхлопной трубе через два отдельных пути. Например, первая часть потока отработавших газов может проходить сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через активированный каталитический нейтрализатор перед тем, как выйти через выхлопную трубу. Вторая (остальная) часть отработавших газов может непосредственно проходить через активированный каталитический нейтрализатор, обходя турбину и подкорпусный конвертер перед тем, как выйти через выхлопную трубу. Количество отработавших газов, направленных через каталитический нейтрализатор, по сравнению с количеством отработавших газов, направленных через турбину, изменяют в зависимости от нагрузки двигателя.
Таким образом, направление потока отработавших газов по различным путям разветвленной выпускной системы может ускорить достижение температуры активации каталитического нейтрализатора, что обеспечивает наддув двигателя во время существования условий холодного запуска двигателя. В частности, отработавшие газы могут поступать через турбину, выпускной каталитический нейтрализатор и подкорпусный конвертер, причем порядок направления потока отработавших газов через компоненты зависит от конкретных условий работы. Регулирование потока отработавших газов во время существования условий холодного запуска двигателя с направлением горячих отработавших газов через выпускной каталитический нейтрализатор перед направлением отработавших газов через остальные выпускные компоненты позволяет эффективно передать каталитическому нейтрализатору тепло отработавших газов, что ускоряет активацию каталитического нейтрализатора. Направление потока горячих отработавших газов после активации каталитического нейтрализатора через выпускную турбину перед направлением отработавших газов через остальные выпускные компоненты позволяет уменьшить эффект турбоямы. Кроме того, в этом случае температура отработавших газов, поступающих в каталитический нейтрализатор, уменьшается, что повышает коэффициент нейтрализации отработавших газов каталитического нейтрализатора. Направление потока отработавших газов по нескольким путям в выпускной системе позволяет обеспечить частичный обход турбины, что уменьшает вероятность ошибки наддува во время высоких нагрузок двигателя. Технический эффект от использования клапанов, регулирующих порядок протекания потока отработавших газов через выпускные компоненты, размещенные в различных ветвях разветвленной выпускной системы, состоит в том, что тепло отработавших газов может быть передано в первую очередь некоторому компоненту, в соответствии с требованиями условий работы двигателя, независимо от порядка расположения выпускных компонентов друг относительно друга. В целом, изменение порядка протекания потока отработавших газов через выпускные компоненты может улучшить КПД двигателя, качество выбрасываемых веществ и топливную экономичность в системе двигателя с наддувом.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показан пример варианта реализации системы двигателя, содержащей разветвленную выпускную систему.
На фиг. 2А показан пример варианта реализации разветвленной выпускной системы в соответствии с фиг. 1, работающей в первом режиме.
На фиг. 2В показан пример варианта реализации разветвленной выпускной системы в соответствии с фиг. 1, работающей во втором режиме.
На фиг. 2С показан пример варианта реализации разветвленной выпускной системы в соответствии с фиг. 1, работающей в третьем режиме.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа, который может быть осуществлен для регулирования потока отработавших газов, движущихся через разветвленную выпускную систему.
На фиг. 4 показана таблица, поясняющая различные режимы работы разветвленной выпускной системы.
На фиг. 5 показан пример работы разветвленной выпускной системы.
Подробное описание
Следующее раскрытие относится к системам и способам для увеличения эффективности каталитического нейтрализатора и сокращения выбросов двигателя при обеспечении наддува в системе двигателя. Пример системы двигателя, содержащей разветвленную выпускную систему, показан на фиг. 1. Различные компоненты выпускного коллектора, такие как турбина, подкорпусный конвертер и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, могут быть размещены в различных ветвях выпускной системы. Различные режимы работы разветвленной выпускной системы показаны на фиг. 2А, 2В и 2С.Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, такую как управляющая программа, показанная в качестве примера на фиг. 3, для направления отработавших газов через различные ветви разветвленной выпускной системы, в зависимости от условий работы двигателя и требований по температуре для соответствующих компонентов. Различные режимы работы разветвленной выпускной системы сведены в таблицу на фиг. 4. Пример работы разветвленной выпускной системы, показанной на фиг. 1, приведен на фиг. 5.
На фиг. 1 показаны в виде схемы аспекты примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В изображенной конструкции двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 114, приводимый в движение турбиной 116. В частности, атмосферный воздух может быть подан в двигатель 10 через впускной патрубок 42, через воздухоочиститель 112 и затем через компрессор 114. Компрессор может быть любым подходящим компрессором впускного воздуха, например, механическим нагнетателем с приводом от двигателя или карданного вала. В системе двигателя 10 компрессор представляет собой турбонагнетатель, механически соединенный с турбиной 116 при помощи вала 19, где турбина 116 имеет возможность приводиться в движение за счет расширяющихся отработавших газов двигателя.
Как показано на фиг. 1, компрессор 114 соединен через охладитель 18 воздуха наддува ОВН (САС) с дроссельным клапаном 20. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. От компрессора сжатый воздух наддува имеет возможность проходить через охладитель 18 воздуха наддува и дроссельный клапан к впускному коллектору. В конструкции, показанной на фиг. 1, давление воздуха наддува внутри впускного коллектора может быть измерено датчиком 124 давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP).
Один или несколько датчиков могут быть соединены с воздухозаборником компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть соединен с воздухозаборником для оценки температуры на воздухозаборнике компрессора, а датчик 56 давления может быть соединен с воздухозаборником для оценки давления на воздухозаборнике компрессора. В качестве другого примера, датчик 57 влажности может быть соединен с воздухозаборником для оценки влажности заряда воздуха на входе в компрессор. Кроме того, могут быть использованы другие датчики, например, датчики воздушно-топливного отношения и т.д. В других примерах, один или несколько параметров на воздухозаборнике компрессора (таких как влажность, температура, давление, и т.д.) могут быть предсказаны на основе условий работы двигателя. Кроме того, во время работы системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и воздушно-топливное отношение смеси заряда воздуха, в том числе, атмосферного воздуха, рециркулирующего сжатого воздуха и остатков отработавших газов, возвращаемых на воздухозаборник компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен с набором камер 30 сгорания при помощи нескольких впускных клапанов (не показанных на схеме). Кроме того, камеры сгорания соединены с выпускным коллектором 36 при помощи нескольких выпускных клапанов (не показанных на схеме). В одном варианте реализации всеми выпускными и впускными клапанами могут управлять или приводить их в действие электронным способом. В другом варианте реализации всеми выпускными и впускными клапанами могут управлять или приводить их в действие при помощи кулачков. Вне зависимости от типа привода клапанов - электронного или кулачкового - выбор времени открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут регулировать в зависимости от требуемого процесса сгорания и управления составом отработавших газов.
Камеры 30 сгорания могут получать один или несколько видов топлива, такого как бензин, смеси спиртового топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. через инжектор 66. Топливо может быть подано в камеры сгорания посредством прямого впрыска, впрыска во впускные каналы, инжекцию в корпусе дроссельного клапана или любой комбинации этих вариантов. В камерах сгорания процесс сгорания может начинаться за счет воспламенения от искры и/или воспламенения от сжатия.
Как показано на фиг. 1, выпускной коллектор 36 может иметь сообщение с разветвленной выпускной системой 12, где выпускной патрубок 103 разделен на три отдельных ветви, каждая из которых имеет возможность создавать отдельный путь потока. Ветви могут иметь связь по текучей среде друг с другом через два четырехходовых клапана 117 и 115 таким образом, что порядок движения потока отработавших газов вдоль каждого из путей потока может быть выбран за счет регулировки положения каждого из клапанов. Отдельные выпускные компоненты могут быть соединены с каждой ветвью разветвленной выпускной системы. Например, выпускная турбина 116 турбонагнетателя 13 может быть соединена с первой ветвью 104, подкорпусный конвертер 118 может быть соединен со второй ветвью 102 и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC) 120 может быть соединен с третьей ветвью 106 выпускной системы 150.
Во время существования условий холодного запуска двигателя (первое условие), клапаны 117 и 115 могут быть переключены для направления потока отработавших газов сначала через третью ветвь 106, заключающую в себе трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 120, затем через вторую ветвь 102, заключающую в себе подкорпусный конвертер 118 и затем через первую ветвь 104, заключающую в себе турбину 116. За счет направления горячих отработавших газов в первую очередь через каталитический нейтрализатор, до направления отработавших газов через остальные выпускные компоненты, тепло может быть эффективно передано каталитическому нейтрализатору для ускорения активации каталитического нейтрализатора. При прохождении отработавших газов через турбину 116 может быть обеспечен наддув двигателя даже во время существования условий холодного запуска двигателя. После активации каталитического нейтрализатора (второе условие), клапаны 117 и 115 могут быть переключены для направления потока отработавших газов сначала через первую ветвь 104, заключающую в себе турбину 116, затем через вторую ветвь 102, заключающую в себе подкорпусный конвертер 118, и затем через третью ветвь 106, заключающую в себе трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 120. За счет первоначального направления потока горячих отработавших газов через турбину 116, до направления отработавших газов через остальные выпускные компоненты, можно уменьшить эффект турбоямы. Кроме того, может быть понижена температура отработавших газов, поступающих в каталитический нейтрализатор 120, что позволяет увеличить коэффициент нейтрализации отработавших газов каталитического нейтрализатора. При высоких нагрузках двигателя (третье условие), клапаны 117 и 115 могут быть переключены таким образом, чтобы отработавшие газы могли быть одновременно направлены к выхлопной трубе 105 через несколько ветвей выпускной системы 150 без необходимости использования дополнительного клапана перепускной заслонки и дополнительного патрубка. Первая часть отработавших газов может вначале проходить через первую ветвь 104, заключающую в себе турбину 116, затем через вторую ветвь 102, заключающую в себе подкорпусный конвертер 118, и затем через третью ветвь 106, заключающую в себе трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 120, а вторая, остальная, часть отработавших газов может проходить только через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 120 (размещенный в третьей ветви 106), с обходом турбины 116 и подкорпусного конвертера 118. Соотношение количества газов первой части и второй части может быть отрегулировано на основе требования водителя по крутящему моменту и ошибки наддува. Таким образом, уменьшая давление отработавших газов выше по потоку от турбины, можно уменьшить частоту вращения турбины, что, в свою очередь, может помочь уменьшить помпаж компрессора. Все обработанные отработавшие газы или их часть, выходящая из разветвленной выпускной системы 150, могут проходить ниже по потоку через выпускной патрубок 103 и могут быть выпущены в атмосферу через выхлопную трубу 105 после прохождения через глушитель 172. Подробное описание работы разветвленной выпускной системы 150 и ее структуры приведено с использованием фиг. 2А, 2В, 2С, 3, 4 и 5.
В другом примере варианта реализации одно устройство снижения токсичности отработавших газов может быть выполнено с возможностью, улавливать NOx из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов обеднен, и уменьшать количество уловленного NOx, когда поток отработавших газов обогащен. В других примерах выпускной каталитический нейтрализатор для снижения токсичности отработавших газов может быть выполнен с возможностью изменять пропорцию NOx или выборочно уменьшать количество NOx при помощи восстановителя. В еще других примерах выпускной каталитический нейтрализатор для снижения токсичности отработавших газов может быть выполнен с возможностью окислять остаточные углеводороды и/или окись углерода в потоке отработавших газов. Различные выпускные каталитические нейтрализаторы для снижения токсичности отработавших газов, реализующие любые аналогичные функции, могут быть выполнены с покрытием из пористого оксида или расположены в другом месте на стадиях снижения токсичности отработавших газов, как отдельно, так и совместно. В некоторых вариантах реализации стадии снижения токсичности отработавших газов могут содержать регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливать и окислять частицы сажи в потоке отработавших газов.
Патрубок 180 системы рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может быть соединен с выпускным патрубком 103 ниже по потоку относительно разветвленной выпускной системы 150 для подачи рециркулирующих газов низкого давления РГНД (LP-EGR) из места, расположенного ниже по потоку от турбины 116, в выпускной патрубок 103 и во впускной коллектор 22 выше по потоку от компрессора 114. В зависимости от таких параметров работы, как температура двигателя, остальная часть отработавших газов может быть направленна по другому пути к воздухозаборнику компрессора 114 через клапан 52 рециркуляции отработавших газов (РОГ) и патрубок 180 РОГ. Клапан 52 РОГ может быть открыт для пропуска требуемого количества отработавших газов к воздухозаборнику компрессора для обеспечения требуемого процесса сгорания и производительности системы управления выбросами. Клапан 52 РОГ может быть выполнен как бесступенчатый клапан. В дополнительном примере, однако, клапан 52 РОГ может быть выполнен как двухпозиционный клапан.
Один или несколько датчиков могут быть соединены с патрубком 180 РОГ для получения данных относительно состава РОГ и условий работы системы РОГ. Например, температурный датчик могут использовать для определения температуры РОГ, датчик давления могут использовать для определения давления РОГ, датчик влажности могут использовать для определения влажности или содержания воды в системе РОГ и датчик воздушно-топливного отношения могут использовать для оценки воздушно-топливного отношения в системе РОГ. В качестве альтернативы параметры системы РОГ могут быть предсказаны при помощи одного или нескольких датчиков 55-57, в числе которых может быть датчик температуры, датчик давления, датчик влажности и датчик воздушно-топливного отношения. Датчики 55-57 присоединены к воздухозаборнику компрессора. Например, датчик 57 воздушно-топливного отношения может представлять собой кислородный датчик.
Система 100 двигателя может также содержать управляющую систему 14. Показано, что управляющая система 14 имеет возможность получать информацию от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты здесь) и отправлять управляющие сигналы к нескольким приводам 18 (различные примеры которых раскрыты здесь). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от разветвленной выпускной системы 150, датчик 124 ДВК, выпускной температурный датчик, датчик давления отработавших газов, датчик 55 температуры на воздухозаборнике компрессора, датчик 56 давления на воздухозаборнике компрессора, датчик 57 влажности на воздухозаборнике компрессора и датчик системы РОГ. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть подсоединены в различных местах в системе 100 двигателя.
Приводы 81 могут содержать, например, дроссель 20, клапан 52 РОГ, четырехходовые клапаны 117 и 115 и топливный инжектор 66. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер 12 имеет возможность получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие различные приводы в качестве реакции на обработанные входные данные, на основе инструкций или программного кода, хранимого в контроллере, в соответствии с одной или несколькими программами. Например, в зависимости от условий работы двигателя, таких как температура двигателя и нагрузка двигателя, контроллер 12 может регулировать открытие четырехходовых клапанов 117 и 115 для направления потока отработавших газов по различным путям в разветвленной выпускной системе 150. Пример управляющей программы раскрыт на фиг. 3. В качестве другого примера, также основанного на условиях работы двигателя, открытие клапана 52 РОГ может быть выполнено для направления требуемого количества рециркулирующих отработавших газов из выпускного патрубка 103 во впускной коллектор двигателя.
Фиг. 2А более подробно изображает разветвленную выпускную систему, показанную на фиг. 1, и изображает пример варианта реализации системы 200, а также работу разветвленной выпускной системы в первом рабочем режиме. В качестве примера система 200 представляет собой вариант реализации выпускной системы 150, показанной на фиг. 1, и поэтому может иметь общие уже раскрытые отличительные признаки и/или конфигурацию для разветвленной выпускной системы 150.
Разветвленная выпускная система 200 расположена на главном выпускном патрубке 203 ниже по потоку от выпускного коллектора двигателя и выше по потоку от выхлопной трубы. На соединении 205 главный выпускной патрубок 203 может разделяться на три отдельные ветви для создания независимых путей потока. Первый четырехходовой клапан 217 может быть соединен с главным выпускным патрубком 203 на первом конце (ближайшем к выпускному коллектору) каждой из трех ветвей, в частности, на соединении 205. Клапан 217 может быть установлен в одно из трех различных положений для выбора направления потока отработавших газов через три ветви, в зависимости от условий работы двигателя. Второй четырехходовой клапан 215 может быть соединен с главным выпускным патрубком 203 на втором конце (ближайшем к выхлопной трубе) каждой из трех ветвей (на соединении 207). Клапан 215 может быть установлен в два различных положения для выбора направления потока отработавших газов через три ветви, в зависимости от условий работы двигателя. Клапаны 217 и 215 имеют связь по текучей среде с тремя ветвями и могут быть приведены в действие скоординированным способом для обеспечения требуемого потока отработавших газов через разветвленную выпускную систему 200.
Первая впускная труба 223 может начинаться в главном выпускном патрубке 203 на соединении 205. Первая впускная труба 223 может быть подсоединена к первой ветви 204. Турбина 216 может быть размещена в первой ветви 204. Например, турбина 216 может представлять собой турбину изменяемой геометрии. Ниже по потоку от турбины 216 первая выпускная труба 224 может начинаться на первой ветви 204 и заканчиваться на соединении 207 выпускной системы 200. Часть главного выпускного патрубка 203 может представлять собой вторую ветвь 202. Второй путь потока может начинаться на соединении 205 и может заканчиваться (соединяться с главным выпускным патрубком 203) на соединении 207. Подкорпусный конвертер 218 может быть размещен на второй ветви 202. В альтернативной конструкции для дизельного двигателя на второй ветви 202 могут быть размещены дизельный сажевый фильтр ДСФ (DPF) или устройство выборочного каталитического восстановления ВКВ (SCR). Вторая впускная труба 225 может начинаться на главном выпускном патрубке 203 на соединении 205. Вторая впускная труба 225 может заканчиваться на третьей ветви 206. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 220 может быть размещен на третьей ветви 206. Ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 220 вторая выпускная труба 226 может начинаться на ветви 206 и заканчиваться на соединении 207 выпускной системы. В альтернативной конструкции для дизельного двигателя на третьей ветви 206 может быть размещен дизельный окислительный нейтрализатор. Указанные три пути потока 204, 202 и 206 могут быть, в целом, параллельны друг другу.
В зависимости от условий работы двигателя и требований к температуре в каждом выпускном компоненте (таком как турбина, подкорпусный конвертер и каталитический нейтрализатор) порядок прохождения потока отработавших газов через каждый из компонентов может быть выбран без необходимости обхода любого из компонентов. В зависимости от положения клапанов 217 и 215 отработавшие газы могут быть направлены от главного выпускного патрубка 203 в каждую из ветвей выпускной системы 200 (в различной очередности). Выпускной системой 200 могут управлять в трех рабочих режимах.
Также, первый рабочий режим представляет собой первый набор установок четырехходовых клапанов 217 и 215, позволяющий управлять потоками отработавших газов. В первом рабочем режиме первый четырехходовой клапан 217 может находиться в первом положении, и второй четырехходовой клапан 215 также может находиться в первом положении. В первом рабочем режиме за счет положения первого клапана 217 весь объем отработавших газов, проходящих ниже по потоку через главный выпускной патрубок 203, может поступать во вторую впускную трубу 225 на соединении 205. Из второй впускной трубы 225 отработавшие газы могут продолжать двигаться через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 220, размещенный на третьей ветви 206 выпускной системы 200, в первом направлении (от первого конца ТКН, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу ТКН, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из ТКН 220 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через третью ветвь 206 во вторую выпускную трубу 226. За счет положения второго клапана 215 при достижении соединения 207 отработавшие газы могут быть направлены через подкорпусный конвертер 218, размещенный на второй ветви 202, во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя). Здесь второе направление противоположно первому направлению. После выхода из подкорпусного конвертера 218 отработавшие газы могут продолжать двигаться через вторую ветвь 202 к соединению 205. На соединении 205 отработавшие газы могут затем проходить в первую впускную трубу 223. Из первой впускной трубы 223 отработавшие газы могут продолжать двигаться через турбину 216, размещенную на первой ветви 204 выпускной системы 200, в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из турбины 216 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через первую ветвь 204 в первую выпускную трубу 224. После достижения соединения 207 (через первую выпускную трубу 224) отработавшие газы могут выйти из разветвленной выпускной системы 200 и могут продолжать двигаться ниже по потоку к выхлопной трубе через главный выпускной патрубок 203. Таким образом, отработавшие газы могут двигаться в первом направлении через турбину, размещенную на первой ветви, во втором направлении через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, и в первом направлении через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, где второе направление противоположно первому направлению.
Разветвленной выпускной системой можно управлять в первом рабочем режиме (как описано выше) во время существования условий холодного запуска двигателя. За счет направления потока отработавших газов таким образом, чтобы горячие отработавшие газы поступали сначала через ТКН 220, прежде чем отработавшие газы пройдут через остальные выпускные компоненты (турбину 216 и подкорпусный конвертер 218), тепло отработавших газов может быть эффективно передано каталитическому нейтрализатору, что позволяет ускорить активацию каталитического нейтрализатора. Поэтому, горячие отработавшие газы могут эффективно использоваться для увеличения температуры ТКН, уменьшая необходимость запаздывания зажигания, и, таким образом, увеличивая топливную экономичность двигателя. За счет более быстрого достижения температуры активации ТКН 220 может быть улучшено качество выбрасываемых газообразных отходов. Кроме того, за счет направления отработавших газов через турбину 216 во время существования условий холодного запуска двигателя, могут быть уменьшены любые задержки вращения турбины, что позволяет уменьшить эффект турбоямы и увеличить производительность системы наддува.
На фиг. 2В показана схема 210 примера варианта реализации разветвленной выпускной системы 200 во втором рабочем режиме. Компоненты, ранее показанные на фиг. 2А, пронумерованы аналогичным образом и повторно не разъясняются.
Второй рабочий режим представляет собой второй набор установок четырехходовых клапанов 217 и 215, позволяющий управлять потоками отработавших газов. Во втором рабочем режиме первый четырехходовой клапан 217 может находиться во втором положении, и второй четырехходовой клапан 215 может также находиться во втором положении. Во втором рабочем режиме, за счет положения первого клапана 217, весь объем отработавших газов, проходящих ниже по потоку через главный выпускной патрубок 203, может поступать в первую впускную трубу 223 на соединении 205. От первой впускной трубы 223 отработавшие газы могут продолжать двигаться через турбину 216, размещенную на первой ветви 204 выпускной системы 200 в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из турбины 216 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через первую ветвь 204 в первую выпускную трубу 224. За счет положения второго клапана 215 после достижения соединения 207 отработавшие газы могут быть направлены через подкорпусный конвертер 218, размещенный на второй ветви 202 во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя). После выхода из подкорпусного конвертера 218 отработавшие газы могут продолжать двигаться через вторую ветвь 202 к соединению 205. Затем, на соединении 205, отработавшие газы могут пройти во вторую впускную трубу 225. Из второй впускной трубы 225, отработавшие газы могут двигаться через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 220, размещенный на третьей ветви 206 выпускной системы 200 в первом направлении (от первого конца ТКН, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу ТКН, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из ТКН 220 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через третью ветвь 206 во вторую выпускную трубу 226. После достижения соединения 207 (через вторую выпускную трубу 226) отработавшие газы могут выйти из разветвленной выпускной системы 200 и могут продолжать двигаться ниже по потоку к выхлопной трубе через главный выпускной патрубок 203.
Разветвленной выпускной системой могут управлять во втором рабочем режиме (как раскрыто выше), только когда ТКН 220 полностью активирован (после достижения температуры активации). В это время нагрузка двигателя может быть низкой или умеренной, а температура двигателя может быть высокой. За счет первоначального направления потока горячих отработавших газов через турбину, может быть увеличена производительность системы наддува в диапазоне низкой и средней нагрузки. В том случае, когда отработавшие газы проходят через турбину, температура отработавших газов может понизиться. За счет того, что поверхность каталитического нейтрализатора имеет покрытие, ТКН 220 может иметь более высокий коэффициент нейтрализации отработавших газов при более низких температурах отработавших газов. В результате отработавшие газы с низкой температурой, достигающие ТКН 220 (после прохождения через турбину 216), могут обеспечить оптимальную производительность ТКН 220.
На фиг. 2С показана схема 230 примера варианта реализации разветвленной выпускной системы 200 в третьем рабочем режиме. Третий рабочий режим представляет собой третий набор установок четырехходовых клапанов 217 и 215, позволяющий управлять потоками отработавших газов. В третьем рабочем режиме первый четырехходовой клапан 217 может быть перемещен в третье положение, в то время как второй четырехходовой клапан 215 может оставаться во втором положении. В третьем рабочем режиме, за счет положения первого клапана 217, отработавшие газы, имеющие возможность проходить ниже по потоку через главный выпускной патрубок 203, могут одновременно проходить и в первую впускную трубу 223, и во вторую впускную трубу 225. Первая часть отработавших газов может проходить в первую впускную трубу 223 на соединении 205. Из первой впускной трубы 223 отработавшие газы могут продолжать двигаться через турбину 216, размещенную на первой ветви 204 выпускной системы 200, в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из турбины 216 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через первую ветвь 204 по первой выпускной трубе 224. За счет положения второго клапана 215, после достижения соединения 207, отработавшие газы могут быть направлены через подкорпусный конвертер 218, размещенный на второй ветви 202, во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя). После выхода из подкорпусного конвертера 218 отработавшие газы могут продолжать двигаться через вторую ветвь 202 к соединению 205. Затем, на соединении 205, отработавшие газы могут пройти во вторую впускную трубу 225. Из второй впускной трубы 225 отработавшие газы могут продолжать двигаться через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 220, размещенный на третьей ветви 206 выпускной системы 200 в первом направлении (от первого конца ТКН, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу ТКН, ближайшему к выхлопной трубе). После выхода из ТКН 220 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через третью ветвь 206 по второй выпускной трубе 226. После достижения соединения 207 (через вторую выпускную трубу 226) отработавшие газы могут выйти из разветвленной выпускной системы 200 и могут продолжать двигаться ниже по потоку к выхлопной трубе через главный выпускной патрубок 203.
Вторая (остальная) часть отработавших газов имеет возможность проходить во вторую впускную трубу 225 на соединении 205. Из второй впускной трубы 225 отработавшие газы могут продолжать двигаться через ТКН 220, размещенный на третьей ветви 206 выпускной системы 200. После выхода из ТКН 220 отработавшие газы могут продолжать двигаться ниже по потоку через третью ветвь 206 по второй выпускной трубе 226. После достижения соединения 207 вторая часть отработавших газов может выйти из разветвленной выпускной системы 200 и может продолжать двигаться ниже по потоку к выхлопной трубе через главный выпускной патрубок 203, не проходя через подкорпусный каталитический нейтрализатор и турбину.
Разветвленной выпускной системой могут управлять в третьем рабочем режиме (как раскрыто выше) при высокой нагрузке двигателя. В этом случае, при одновременном прохождении отработавших газов через две ветви выпускной системы, вторую часть отработавших газов могут выпустить в атмосферу с обходом турбины, что позволяет продолжить обеспечение требуемого наддува для двигателя за счет использования остальной, то есть первой, части отработавших газов. Отношение количества первой части отработавших газов к количеству второй части может быть основано на требовании водителя по крутящему моменту и/или ошибке наддува. Например, при увеличении требования водителя первую часть отработавших газов могут увеличить, а вторую часть отработавших газов могут соответственно уменьшить. В другом примере, при уменьшении требования водителя первую часть отработавших газов могут увеличить, а вторую часть отработавших газов могут соответственно уменьшить. В еще одном примере, при существовании большой ошибки наддува, вторую часть отработавших газов могут увеличить таким образом, чтобы больший объем отработавших газов мог обойти турбину, что позволяет уменьшить ошибку наддува. Ошибку наддува определяют на основе разности между требуемым значением наддува и фактическим значением наддува. Поэтому при высоких нагрузках производительность системы наддува можно сохранять без необходимости использования дополнительного клапана перепускной заслонки и соответствующего патрубка. Таким образом, в зависимости от условий работы двигателя и требований по температуре для каждого компонента, отработавшие газы могут быть направлены через все три компонента в разветвленной выпускной системе 200.
Таким образом, система, показанная на фиг. 1 и 2А-С, предусмотрена для системы двигателя, содержащей впускной коллектор двигателя; выпускную систему с первой ветвью, второй ветвью, третьей ветвью, первым клапаном и вторым клапаном; турбонагнетатель с турбиной, соединенный с первой ветвью выпускной системы, турбину, соединенную с компрессором; подкорпусный конвертер, соединенный со второй ветвью выпускной системы; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для следующего: изменение положений первого клапана и второго клапана для направления потока отработавших газов через турбину, подкорпусный конвертер и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с прохождением отработавших газов через первую ветвь, вторую ветвь и третью ветвь, где порядок прохождения отработавших газов основан на температуре двигателя и нагрузке двигателя.
На фиг. 1 и 2А-С показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными соответственно, только в качестве примера. Например, компоненты, находящиеся в группе и контактирующие, могут упоминаться как сгруппированные. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера.
На фиг. 3 показан пример способа 300, который может быть осуществлен для направления потока отработавших газов по различным путям в разветвленной выпускной системе, такой как система, показанная на фиг. 1 и фиг. 2. Инструкции для выполнения способа 300 и других способов, раскрытых здесь, могут быть выполнены контроллером, на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера и совместно с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше для фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя, согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 302 программа содержит оценку и/или измерение текущих параметров работы двигателя. Параметры могут содержать, например, температуру двигателя, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов, выпускное воздушно-топливное отношение и т.д.
На шаге 304 программа содержит определение, работает ли двигатель автомобиля при условиях холодного запуска двигателя. Условия холодного запуска двигателя могут быть подтверждены, когда двигатель запускают после длительного периода бездействия двигателя и когда температура двигателя ниже порогового значения. Пороговое значение может зависеть от температуры активации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, размещенного в ветви выпускной системы (такой как выпускная система 200, показанная на фиг. 2А). До момента достижения температуры активации каталитический нейтрализатор не может функционировать эффективно, что приводит к увеличению выбросов в этот период. Условия холодного запуска двигателя могут быть также предсказаны на основе более низкой температуры окружающей среды, чем пороговое значение температуры.
Во время существования условий холодного запуска двигателя, для ускорения достижения температуры активации каталитического нейтрализатора, горячие отработавшие газы могут сначала направить через каталитический нейтрализатор вместо того, чтобы направить через турбину, которая может действовать как теплоотвод (уменьшающий температуру каталитического нейтрализатора, когда газы достигают каталитического нейтрализатора). Таким образом, если условия холодного запуска двигателя подтверждены, программа переходит к шагу 306, чтобы управлять выпускной системой в первом рабочем режиме. Работа в первом режиме, как раскрыто относительно фиг. 2А, содержит установку первого четырехходового клапана или клапан_1 (такого как клапан 217 на фиг. 2А), расположенного в выпускном патрубке выше по потоку от выпускной системы, в первое положение и также установку второго четырехходового клапана или клапан_2 (такого как клапан 215 на фиг. 2А), расположенного в выпускном патрубке ниже по потоку от выпускной системы, в первое положение.
На шаге 308 выпускную систему эксплуатируют в первом рабочем режиме, когда весь объем отработавших газов, имеющих возможность проходить ниже по потоку через главный выпускной патрубок, направляют во вторую впускную трубу (такую как вторая впускная труба 225 на фиг. 2А), что позволяет газам проходить через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) (такой как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 220 на фиг. 2А), размещенный на третьей ветви (такой как третья ветвь 206 на фиг. 2А) выпускной системы. Тепло отработавших газов, поступающих в ТКН, может увеличить температуру ТКН. За счет ускорения достижения температуры активации ТКН могут улучшить качество выбрасываемых веществ. После выхода из ТКН отработавшие газы могут направить ниже по потоку через третью ветвь во вторую выпускную трубу (такую как вторая выпускная труба 226 на фиг. 2А). Оттуда отработавшие газы могут направить через подкорпусный конвертер (такой как подкорпусный конвертер 218 на фиг. 2А), размещенный на второй ветви (такой как вторая ветвь 202 на фиг. 2А) выпускной системы. После выхода из подкорпусного конвертера отработавшие газы могут направить к турбине (такой как турбина 216 на фиг. 2А), размещенной на первой ветви (такой как первая ветвь 204 на фиг. 2А) выпускной системы, через первую впускную трубу (такую как первая впускная труба 223 на фиг. 2А). Прохождение отработавших газов через турбину может обеспечить наддув двигателя даже во время существования условий холодного запуска двигателя. После выхода из турбины отработавшие газы могут направить ниже по потоку через первую ветвь в первую выпускную трубу (такую как первая выпускная труба 224 на фиг. 2А) и после этого направить наружу из выпускной системы.
Направление потока горячих отработавших газов сначала через ТКН, а уже затем через остальные выпускные компоненты (турбину и подкорпусный каталитический нейтрализатор), позволяет эффективно передать тепло отработавших газов каталитическому нейтрализатору, что ускоряет активацию каталитического нейтрализатора. Таким образом, горячие отработавшие газы могут эффективно использоваться для увеличения температуры ТКН без необходимости применять запаздывание зажигания, что увеличивает топливную экономичность двигателя. Кроме того, направление отработавших газов через турбину позволяет уменьшить любую задержку вращения турбины, что обеспечивает уменьшение эффекта турбоямы и увеличение производительности системы наддува. На шаге 322, после выхода из выпускной системы, отработавшие газы могут направить к выхлопной трубе. После прохождения через глушитель отработавшие газы могут выпустить в атмосферу.
Если на шаге 304 определено, что двигатель работает не в условиях холодного запуска двигателя, могут сделать вывод, что каталитический нейтрализатор достиг температуры активации и функционирует эффективно для снижения выбросов. На шаге 310 программа может определить, работает ли двигатель автомобиля в условиях низкой (или умеренной) нагрузки.
Если подтверждаются условия низкой нагрузки двигателя, программа переходит к шагу 312 для управления выпускной системой во втором рабочем режиме. Работа во втором режиме, как раскрыто относительно фиг. 2 В, содержит установку первого четырехходового клапана (клапан_1) во второе положение и также установку второго четырехходового клапана (клапан_2) во второе положение.
На шаге 314, за счет работы выпускной системы во втором режиме, весь объем отработавших газов, имеющих возможность проходить ниже по потоку через главный выпускной патрубок, могут направить в первую впускную трубу и затем через турбину, размещенную на первой ветви выпускной системы. Прохождение горячих отработавших газов через турбину может обеспечить требуемый наддув для двигателя. Кроме того, при прохождении отработавших газов через турбину температура отработавших газов уменьшается. После выхода из турбины отработавшие газы могут направить ниже по потоку через первую ветвь в первую выпускную трубу. После этого отработавшие газы могут направить через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви. После выхода из подкорпусного конвертера отработавшие газы могут направить к ТКН, размещенный на третьей ветви, через вторую впускную трубу. В этом режиме температура отработавших газов, проходящих через ТКН, ниже по сравнению с температурой отработавших газов, поступающих в турбину, что обеспечивает оптимальную производительность ТКН. После выхода из ТКН отработавшие газы могут направить из разветвленной выпускной системы через вторую выпускную трубу.
Направление потока горячих отработавших газов сначала через турбину может обеспечить увеличение производительности наддува и уменьшение температуры отработавших газов. За счет существования покрытия на поверхности каталитического нейтрализатора отработавшие газы с низкой температурой могут способствовать достижению более высокого коэффициента нейтрализации отработавших газов ТКН. На шаге 322, после выхода из выпускной системы (работающей во втором режиме), отработавшие газы могут направить к выхлопной трубе. После прохождения через глушитель отработавшие газы могут выпустить в атмосферу.
Если на шаге 310 определено, что двигатель не работает с низкой (или умеренной) нагрузкой, то программа на шаге 316 определяет, работает ли двигатель автомобиля при высокой нагрузке. При высоких нагрузках поток отработавших газов может значительно увеличиться, и весь объем отработавших газов не может быть направлен через турбину, поскольку это требуется для уменьшения ошибки наддува и предотвращения повреждения компонентов турбонагнетателя.
Если подтверждены условия высокой нагрузки двигателя, программа переходит к шагу 318 для управления выпускной системой в третьем рабочем режиме. Работа в третьем режиме, как раскрыто относительно фиг. 2С, содержит установку первого четырехходового клапана (клапан_1) в третье положение и поддержание (или установку) второго четырехходового клапана (клапан_2) во второе положение. В противном случае, если ответ на шаге 316 «нет», программа выполняет возврат и не выполняет ни одного из шагов 306/308, 312/314 или 318/320. Например, в некоторых вариантах реализации действия для этих шагов выполняют только при определенных условиях.
На шаге 320, за счет установки третьего рабочего режима выпускной системы, отработавшие газы, проходящие ниже по потоку через главный выпускной патрубок, могут одновременно направить и через первую впускную трубу, и через вторую впускную трубу. Первая часть отработавших газов имеет возможность проходить в первую впускную трубу и продолжать двигаться через турбину, размещенную на первой ветви выпускной системы. За счет изменения части отработавших газов, направляемых через турбину, могут регулировать наддув двигателя при высоких нагрузках. Кроме того, когда отработавшие газы проходят через турбину, температура отработавших газов уменьшается. После выхода из турбины отработавшие газы могут направить ниже по потоку через первую ветвь в первую выпускную трубу. Затем отработавшие газы могут направить через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви. После выхода из подкорпусного конвертера отработавшие газы могут далее направить к ТКН, размещенному на третьей ветви, через вторую впускную трубу. При прохождении ТКН отработавшие газы могут иметь низкую температуру, что способствует достижению оптимальной производительности ТКН. После выхода из ТКН отработавшие газы могут направить из разветвленной выпускной системы через вторую выпускную трубу. Вторую (остальную) часть отработавших газов могут направить во вторую впускную трубу и затем могут направить через ТКН, размещенный на третьей ветви выпускной системы. Затем отработавшие газы могут направить из разветвленной выпускной системы через вторую выпускную трубу, без прохождения через подкорпусный каталитический нейтрализатор и турбину. Объем части отработавших газов, направленных через турбину, по сравнению с частью отработавших газов, направленных только через ТКН, могут определить на основе условий работы двигателя и требований к наддуву.
Отношение объема первой части отработавших газов к объему второй части отработавших газов могут определять на основе таких параметров, как требование водителя по крутящему моменту и ошибка наддува. Например, если водитель увеличил требование, объем первой части могут увеличить относительно второй части. Во время низкого требования водителя больший объем отработавших газов (их вторую часть) могут направить непосредственно через третью ветвь, в обход турбины. В другом примере значение требуемого наддува может быть ниже, чем значение фактического наддува, что создает ошибку наддува. В этом случае вторую часть отработавших газов могут увеличить таким образом, чтобы больший объем отработавших газов мог обойти турбину, поскольку это позволяет уменьшить ошибку наддува.
На шаге 322 после выхода из выпускной системы (работающей в третьем режиме) как первая часть, так и вторая часть отработавших газов имеет возможность проходить к выхлопной трубе. После прохождения через глушитель весь объем отработавших газов могут выпустить в атмосферу.
При одновременном прохождении отработавших газов через две ветви выпускной системы часть отработавших газов могут выпустить в атмосферу с обходом турбины, продолжая обеспечивать требуемый наддув двигателя за счет использования остальной части отработавших газов. Поэтому, при высоких нагрузках, производительность наддува могут сохранять без необходимости использования дополнительного клапана перепускной заслонки и соответствующего патрубка.
Таким образом, в зависимости от температурных требований для каждого компонента (ТКН, подкорпусный конвертер и турбина), путь потока отработавших газов могут обеспечивать в трех режимах, без обхода любого компонента, что позволяет оптимизировать характеристики двигателя. Первый режим могут выбрать, когда температура двигателя ниже порогового значения, второй режим могут выбрать, когда температура двигателя выше порогового значения, основанного на температуре активации каталитического нейтрализатора, и третий режим могут выбрать, когда нагрузка двигателя выше порогового значения нагрузки.
На фиг. 4 показана таблица 400, содержащая примеры режимов работы разветвленной выпускной системы, показанной на фиг. 1. Контроллер двигателя может выбрать один из рабочих режимов, в зависимости от условий работы двигателя и температурных требований для каждого компонента (турбина, подкорпусный конвертер и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор) выпускной системы. В зависимости от выбранного рабочего режима могут изменять положения двух четырехходовых клапанов, соединенных с выпускным патрубком соответственно выше по потоку и ниже по потоку от выпускной системы. За счет изменения положения клапанов могут изменять направление движения потока отработавших газов через три ветви выпускной системы.
Например, контроллер может управлять выпускной системой в первом рабочем режиме, например, во время существования условий холодного запуска двигателя, когда температура двигателя низкая. В это время нагрузка двигателя может быть низкой или умеренной. Во время существования условий холодного запуска двигателя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) не может достигнуть температуры активации, что увеличивает выбросы. Поэтому в этот период, для направления горячих отработавших газов в первую очередь через ТКН, как первый клапан (клапан_1), так и второй клапан (клапан_2) могут быть установлены в их соответствующие первые положения. За счет указанных установок клапанов весь объем горячих отработавших газов имеет возможность проходить сначала через ТКН в первом направлении (от первого конца ТКН, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу ТКН, ближайшему к выхлопной трубе), причем тепло отработавших газов может быть использовано для увеличения температуры ТКН. После выхода из ТКН отработавшие газы имеют возможность проходить через подкорпусный конвертер во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя) и затем через турбину в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе). Таким образом, во время существования условий холодного запуска двигателя, в дополнение к обеспечению высокой температуры ТКН (для достижения температуры активации), может быть обеспечен требуемый наддув для эксплуатации двигателя.
В другом примере контроллер может управлять выпускной системой во втором рабочем режиме, например, во время условий работы, когда температура двигателя высока (прогретый двигатель). В этот период нагрузка двигателя может быть низкой или умеренной. Кроме того, могут предполагать, что каталитический нейтрализатор достиг температуры активации и функционирует оптимальным образом. После активации каталитического нейтрализатора, за счет существования покрытия на поверхности каталитического нейтрализатора, каталитический нейтрализатор может иметь более высокий коэффициент нейтрализации отработавших газов при более низких температурах отработавших газов. Поэтому в этот период, для направления отработавших газов с низкой температурой через ТКН, при одновременном обеспечении требуемого наддува, как первый клапан (клапан_1), так и второй клапан (клапан_2) могут установить в их соответствующие вторые положения. За счет указанных установок клапанов весь объем горячих отработавших газов имеет возможность сначала проходить через турбину в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе), причем отработавшие газы могут использовать для обеспечения наддува двигателя. Кроме того, в турбине температура отработавших газов может снизиться. После выхода из турбины отработавшие газы имеют возможность проходить через подкорпусный конвертер во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя) и затем через ТКН в первом направлении (от первого конца ТКН, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу ТКН, ближайшему к выхлопной трубе). За счет того, что температура отработавших газов, поступающих в ТКН, низка, может быть облегчено достижение оптимальной производительности ТКН. Таким образом, после активации каталитического нейтрализатора, при обеспечении требуемого наддува, существует возможность направить отработавшие газы с требуемой температурой через ТКН.
В еще одном примере контроллер может управлять выпускной системой в третьем рабочем режиме, например, во время условий работы, когда нагрузка двигателя высока. В этот период температура двигателя также может быть высокой (прогретый двигатель). При высоких нагрузках поток отработавших газов может иметь, по существу, увеличенный объем, поэтому весь объем отработавших газов не может быть направлен через турбину, что позволяет избежать повреждения компонентов турбонагнетателя. Следовательно, в этот период, для одновременного направления потока отработавших газов по нескольким путям, первый клапан (клапан_1) устанавливают в третье положение, в то время как второй клапан (клапан_2) оставляют во втором положении. За счет указанных установок клапанов, первую часть отработавших газов могут направить через турбину в первом направлении (от первого конца турбины, ближайшего к выпускному коллектору двигателя, ко второму концу турбины, ближайшему к выхлопной трубе), причем отработавшие газы могут использовать для наддува двигателя. После выхода из турбины первую часть отработавших газов могут направить через подкорпусный конвертер во втором направлении (от второго конца подкорпусного конвертера, ближайшего к выхлопной трубе, к первому концу подкорпусного конвертера, ближайшему к выпускному коллектору двигателя) и затем через ТКН. За счет низкой температуры отработавших газов, достигающих ТКН, могут обеспечить оптимальную производительность ТКН. Одновременно, вторую (остальную) часть отработавших газов могут направить только через каталитический нейтрализатор, с обходом турбины и подкорпусного конвертера. Таким образом, при высоких нагрузках, при одновременном прохождении потока отработавших газов через два пути в выпускной системе, часть отработавших газов могут выпустить в атмосферу с обходом турбины, продолжая обеспечивать требуемый наддув для двигателя за счет использования остальной части отработавших газов.
Например, переход от первого ко второму режиму могут выполнить в случае активации каталитического нейтрализатора, переход от второго режима к третьему режиму могут выполнить в случае увеличения требования по крутящему моменту и переход от третьего режима к первому режиму могут выполнить в случае требования выключения двигателя. Таким образом, могут использовать несколько многоходовых клапанов для направления потока отработавших газов через различные пути в разветвленной выпускной системе, имеющей возможность работать в различных режимах. Направлением потока через каждый компонент выпускной системы (в каждом из указанных трех режимов) могут эффективно управлять в зависимости от условий работы двигателя и температурных требований для компонентов. За счет размещения различных выпускных компонентов в различных ветвях (или на различных путях потока) разветвленной выпускной системы возможно существование разных потоков отработавших газов через каждый из компонентов. Кроме того, за счет изменения порядка прохождения потока отработавших газов, можно обеспечить по меньшей мере частичный обход одного или нескольких компонентов независимо от порядка прохождения потока через другие компоненты.
На фиг. 5 показан пример графика 500 работы разветвленной выпускной системы, показанной на фиг. 1. Направление потока отработавших газов через различные пути с различными компонентами определено на основе условий работы двигателя и температурных требований для каждого компонента. Горизонтальная ось (ось X) обозначает время, а вертикальные маркеры t1-t4 определяют показательные моменты времени в работе разветвленной выпускной системы с возможностью обхода компонентов.
Первая кривая сверху (линия 502) показывает изменение частоты вращения двигателя (Ne) в течение некоторого времени, а вторая кривая (линия 504) показывает изменение нагрузки двигателя в течение некоторого времени. Третья кривая (линия 507) показывает изменение температуры двигателя в течение некоторого времени. Пунктир 507 обозначает пороговую температуру, ниже которой температура двигателя может считаться низкой, то есть, такой как во время условий холодного запуска двигателя. Если температура двигателя поднимается выше порогового значения температуры 507, можно считать, что двигатель достаточно прогрет для того, чтобы трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) мог быть активирован. Четвертая кривая (линия 508) показывает положение первого четырехходового клапана (клапан_1) соединенного с выпускным патрубком выше по потоку от разветвленной выпускной системы. Пятая и последняя кривая (линия 510) показывает положение второго четырехходового клапана (клапан_2) соединенного с выпускным патрубком ниже по потоку от разветвленной выпускной системы.
До момента времени t1 двигатель запускают после периода бездеятельности, во время которого автомобиль не двигался. Двигатель могут запустить при условиях холодного запуска двигателя с низкой температурой двигателя (ниже пороговой температуры 507). Кроме того, поскольку двигатель запускается, частота вращения двигателя низкая, и частота вращения двигателя постепенно увеличивается до уровня холостого хода. В это время двигатель может работать с умеренной нагрузкой. Из-за существования условий холодного запуска двигателя, ТКН (например, ТКН 120, показанный на фиг. 1), соединенный с третьей ветвью выпускной системы, не может достигнуть температуры активации. Поэтому в это время, для ускорения нагревания каталитического нейтрализатора, контроллер может направить горячие отработавшие газы в первую очередь через ТКН. Для направления горячих отработавших газов в первую очередь через ТКН, как первый клапан (клапан_1), так и второй клапан (клапан_2) могут быть установлены в их соответствующие первые положения. За счет указанных установок клапанов, весь объем горячих отработавших газов может сначала проходить через ТКН, причем тепло отработавших газов может быть использовано для увеличения температуры ТКН. После выхода из ТКН отработавшие газы имеют возможность проходить через подкорпусный конвертер (например, подкорпусный конвертер 118, показанный на фиг. 1), соединенный со второй ветвью выпускной системы, и затем через турбину (например, турбину 116, показанную на фиг. 1). За счет работы турбины может быть обеспечен требуемый наддув для работы двигателя.
В момент времени t1, поскольку температура двигателя становится выше пороговой температуры (507), могут сделать вывод, что ТКН достиг температуры активации и активирован. Также, за счет существования покрытия на поверхности каталитического нейтрализатора, каталитический нейтрализатор может иметь более высокий коэффициент нейтрализации отработавших газов при более низких температурах отработавших газов. Поэтому, после активации ТКН, для того чтобы направить через ТКН отработавшие газы с низкой температурой, одновременно обеспечивая требуемый наддув, как первый клапан (клапан_1), так и второй клапан (клапан_2) могут установить в их соответствующие вторые положения. За счет указанных установок клапанов, весь объем горячих отработавших газов может сначала проходить через турбину, где отработавшие газы могут быть использованы для обеспечения требуемого наддува двигателя. Кроме того, температура отработавших газов может уменьшиться при прохождении газов через турбину. После выхода из турбины отработавшие газы имеют возможность проходить через подкорпусный конвертер и затем через ТКН. За счет низкой температуры отработавших газов, достигающих ТКН, может быть облегчено достижение оптимальной производительности ТКН.
В момент времени t2 существует увеличение частоты вращения двигателя, и двигатель начинает работать с высокой нагрузкой. Из-за высоких условий нагрузки, между моментами времени t2 и t3 поток отработавших газов может, по существу, увеличиться, и весь объем отработавших газов не может быть направлен через турбину, что позволяет уменьшить ошибку наддува и избежать повреждения компонентов турбонагнетателя. В результате, весь объем отработавших газов могут разделить на две части, и эти две части могут направить одновременно через два различных пути в разветвленной выпускной системе. Соотношение этих двух частей может зависеть от требования водителя по крутящему моменту и ошибки наддува. Например, объем второй части (отработавших газов) могут уменьшить, и, соответственно, объем первой части могут увеличить, когда водитель требует увеличения крутящего момента. Кроме того, объем второй части могут увеличить, и, соответственно, объем первой части могут уменьшить в случае увеличения ошибки наддува. Ошибку наддува определяют на основе разности между требуемым значением наддува и фактическим значением наддува. Поэтому, в это время, для одновременного направления потока отработавших газов через два пути, первый клапан (клапан_1) устанавливают в третье положение, в то время как второй клапан (клапан_2) оставляют во втором положении. За счет указанных установок клапанов первую часть отработавших газов могут направить через турбину, где отработавшие газы могут использовать для обеспечения наддува двигателя. После выхода из турбины первая часть отработавших газов имеет возможность проходить через подкорпусный конвертер и затем через ТКН. За счет низкой температуры отработавших газов, достигающих ТКН, можно облегчить достижение оптимальной производительности ТКН. Одновременно, вторую (остальную) часть отработавших газов могут направить только через ТКН, с обходом турбины и подкорпусного конвертера.
Таким образом, при высоких нагрузках, при одновременном прохождении отработавших газов через два пути в выпускной системе, часть отработавших газов могут выпустить в атмосферу с обходом турбины, с одновременным обеспечением требуемого наддува двигателя, с использованием остальной части отработавших газов.
В момент времени t3 может существовать запрос на отключение двигателя, вследствие чего может уменьшиться частота вращения двигателя и нагрузка двигателя. Первый и второй клапаны (клапан_1 и клапан_2) могут установить в их соответствующие первые положения. Первое положение каждого из этих двух клапанов может представлять собой настройку по умолчанию клапанов во время отключения двигателя. Между моментами времени t3 и t4 двигатель продолжает останавливаться, и температуру двигателя не измеряют. В момент времени t4 существует требование перезапуска двигателя, по которому двигатель запускают из состояния отключения. В этом случае двигатель могут перезапустить за более короткий промежуток времени по сравнению с последним отключением. Поэтому двигатель может запуститься, имея температуру, превышающую значение пороговой температуры 507. Кроме того, поскольку двигатель запускается, частота вращения двигателя и нагрузка двигателя постоянно увеличиваются. Из-за высокой температуры двигателя при перезапуске, как первый клапан (клапан_1), так и второй клапан (клапан_2) могут установить в их соответствующие вторые положения. За счет указанных установок клапанов, весь объем горячих отработавших газов могут сначала направить через турбину, что может обеспечить требуемый наддув двигателя и, соответственно, уменьшить температуру отработавших газов. После выхода из турбины отработавшие газы с низкой температурой имеют возможность проходить через подкорпусный конвертер и затем через ТКН. После момента времени t4 выпускная система продолжает работать в этом режиме.
Таким образом, за счет регулирования положения нескольких клапанов, соединенных с разветвленной выпускной системой, имеющей первую, вторую и третью ветви, каждая ветвь может содержать отдельный выпускной компонент для изменения порядка прохождения отработавших газов через отдельные выпускные компоненты, с обеспечением прохождения отработавших газов через каждый из отдельных выпускных компонентов.
В качестве примера способ содержит, во время холодного запуска двигателя, прохождение отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину; после активации каталитического нейтрализатора прохождение отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и во время работы двигателя с высокой нагрузкой по меньшей мере частичный обход турбины. В предыдущем примере способа, дополнительно или опционально, обход содержит прохождение первой части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину, а также прохождение второй, остальной, части отработавших газов только через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, с обходом турбины и подкорпусного каталитического нейтрализатора. В любом из предыдущих примеров отношение объема первой части отработавших газов к объему второй части отработавших газов дополнительно или опционально выбирают на основе требования водителя по крутящему моменту и ошибки наддува. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, регулирование содержит уменьшение объема второй части отработавших газов и соответственное увеличение объема первой части отработавших газов, если водитель требует увеличения крутящего момента, и увеличение объема второй части отработавших газов и соответственное уменьшение объема второй части отработавших газов, если ошибка наддува увеличивается, причем ошибка наддува представляет собой разность между фактическим значением наддува и требуемым значением наддува. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, подкорпусный конвертер и турбина размещены в различных ветвях разветвленной выпускной системы, причем различные ветви соединены по текучей среде друг с другом через первый клапан и второй клапан. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, прохождение отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину содержит прохождение отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении, затем прохождение отработавших газов через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем прохождение отработавших газов через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, причем второе направление противоположно первому направлению; причем прохождение отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор содержит прохождение отработавших газов сначала через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении; и причем обход турбины по меньшей мере, частично, содержит прохождение первой части отработавших газов сначала через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении и одновременное прохождение второй части отработавших газов только через третью ветвь в первом направлении, с обходом турбины и подкорпусного каталитического нейтрализатора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первый клапан соединен с первым концом первой ветви, первым концом второй ветви и первым концом третьей ветви, причем второй клапан соединен со вторым концом первой ветви, вторым концом второй ветви и вторым концом третьей ветви. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, прохождение отработавших газов во время холодного запуска двигателя содержит установку первого клапана в первое положение и установку второго клапана в первое положение, причем прохождение отработавших газов после активации каталитического нейтрализатора содержит установку первого клапана во второе положение и установку второго клапана во второе положение и причем прохождение отработавших газов во время работы двигателя с высокой нагрузкой содержит установку первого клапана в третье положение и установку второго клапана во второе положение.
В другом примере способ для двигателя содержит управление положением нескольких клапанов, соединенных с первой, второй и третьей ветвями разветвленной выпускной системы, где каждая ветвь содержит отдельный выпускной компонент для изменения порядка движения потока отработавших газов через различные выпускные компоненты при прохождении отработавших газов через каждый из различных выпускных компонентов. В предыдущем примере способа, дополнительно или опционально, управление содержит: работу в первом режиме с первым клапаном в первом положении и вторым клапаном в первом положении, для прохождения отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви разветвленной выпускной системы, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви разветвленной выпускной системы, и затем через турбину, размещенную на первой ветви разветвленной выпускной системы; работу во втором режиме с первым клапаном во втором положении и вторым клапаном во втором положении, для прохождения отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и работу в третьем режиме с первым клапаном в третьем положении и вторым клапаном во втором положении, для прохождения первой части отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и прохождения второй части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с обходом турбины и подкорпусного конвертера. Любой из предыдущих примеров дополнительно содержит, дополнительно или опционально, выбор между первым режимом, вторым режимом и третьим режимом, основанный на температуре двигателя и нагрузке двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, выбор содержит выбор первого режима, если температура двигателя ниже порогового значения температуры, выбор второго режима, если температура двигателя выше порогового значения температуры, основанного на температуре активации каталитического нейтрализатора, и выбор третьего режима, если нагрузка двигателя выше порогового значения нагрузки. Любой из предыдущих примеров дополнительно содержит, дополнительно или опционально, переход от первого режима ко второму режиму в качестве реакции на активацию каталитического нейтрализатора, переход от второго режима к третьему режиму в качестве реакции на требование увеличения крутящего момента, и переход от третьего режима к первому режиму в качестве реакции на требование отключения двигателя. В любом из предыдущих примеров первый режим, второй режим и третий режим дополнительно или опционально содержат прохождение отработавших газов через первую ветвь в первом направлении, прохождение отработавших газов через вторую ветвь во втором направлении и прохождение отработавших газов через третью ветвь в первом направлении, причем первое направление противоположно второму направлению. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, в третьем режиме отношение объема первой части отработавших газов к объему второй части отработавших газов основано на требовании водителя по крутящему моменту и ошибке наддува. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первый режим содержит передачу тепла от отработавших газов к трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору с целью увеличить температуру каталитического нейтрализатора.
В еще одном примере система двигателя содержит впускной коллектор двигателя; выпускную систему с первой ветвью, второй ветвью, третьей ветвью, первым клапаном и вторым клапаном; турбонагнетатель с турбиной, соединенной с первой ветвью выпускной системы, причем турбина соединена с компрессором; подкорпусный конвертер, соединенный со второй ветвью выпускной системы; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для: регулирования первого клапана и второго клапана для прохождения отработавших газов через турбину, подкорпусный конвертер и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с прохождением через первую ветвь, вторую ветвь и третью ветвь, причем порядок прохождения отработавших газов основан на температуре двигателя и нагрузке двигателя. В предыдущем примере способа, дополнительно или опционально, прохождение отработавших газов содержит, при выполнении первого условия, прохождение отработавших газов сначала через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через первую ветвь с турбиной; при выполнении второго условия, прохождение отработавших газов сначала через первую ветвь с турбиной, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором; при выполнении третьего условия, прохождение первой части отработавших газов сначала через первую ветвь с турбиной, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, и прохождение второй части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с обходом турбины и подкорпусного конвертера. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, первое условие содержит условие холодного запуска двигателя, второе условие содержит температуру двигателя выше порогового значения температуры и нагрузку двигателя ниже порогового значения нагрузки и третье условие содержит температуру двигателя выше порогового значения температуры и нагрузку двигателя выше порогового значения нагрузки, причем пороговая температура двигателя основана на температуре активации каталитического нейтрализатора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или опционально, при выполнении первого условия первый клапан и второй клапан регулируют для направления потока отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь в первом направлении; при выполнении второго условия первый клапан и второй клапан регулируют для направления потока отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь в первом направлении; и при выполнении третьего условия первый клапан и второй клапан регулируют для направления первой части отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь в первом направлении и для направления второй части отработавших газов через третью ветвь в первом направлении, с обходом первой ветви и второй ветви.
Таким образом, за счет размещения различных выпускных компонентов на различных ветвях (то есть, на различных путях потока) в разветвленной выпускной системе, могут изменять прохождение потока отработавших газов через компоненты. Например, за счет изменения порядка прохождения потока отработавших газов, можно обеспечить по меньшей мере частичный обход одного или нескольких компонентов независимо от порядка прохождения потока через другие компоненты. Таким образом, за счет прохождения отработавших газов через различные выпускные компоненты, размещенные на различных ветвях разветвленной выпускной системы, можно ускорить достижение температуры активации каталитического нейтрализатора, обеспечивая наддув двигателя во время существования условий холодного запуска двигателя. Отработавшие газы могут направить через каждый из выпускных компонентов в различных направлениях, на основе условий работы двигателя и температурных требований для соответствующих компонентов. После достижения температуры активации каталитического нейтрализатора, за счет направления потока горячих отработавших газов сначала через турбину, до направления потока отработавших газов через остальные выпускные компоненты, могут обеспечить требуемый наддув двигателя, и также могут понизить температуру отработавших газов, достигающих каталитического нейтрализатора, что позволяет повысить коэффициент нейтрализации отработавших газов каталитического нейтрализатора. Во время работы двигателя с высокой нагрузкой, за счет использования нескольких путей для прохождения потока отработавших газов через выпускную систему, можно обеспечить частичный обход турбины, и, таким образом, уменьшить вероятность ошибки наддува. Технический эффект от использования пары клапанов для регулирования потока отработавших газов, проходящих через выпускные компоненты, размещенные в различных ветвях разветвленной выпускной системы, состоит в том, что, в зависимости от условий работы двигателя и температурных требований для каждого выпускного компонента, порядок движения потока отработавших газов через каждый выпускной компонент могут изменять независимо от положения выпускных компонентов друг относительно друга в выпускной системе. Кроме того, поток отработавших газов могут перенаправлять, используя меньше компонентов. Например, использование двух выпускных клапанов выпускной системы может уменьшить потребность в дополнительных клапанах перепускной заслонки и патрубке перепускной заслонки. За счет регулирования порядка прохождения потока отработавших газов через каждый выпускной компонент могут быть улучшены КПД двигателя, качество выбрасываемых веществ и топливная экономичность.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Представлены способы и системы для обеспечения работы системы очистки отработавших газов для двигателя автомобиля, позволяющие увеличить эффективность каталитического нейтрализатора и сократить выбросы из двигателя. Способ выпуска отработавших газов двигателя содержит шаги, на которых: во время холодного запуска двигателя пропускают отработавшие газы сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину; после активации каталитического нейтрализатора пропускают отработавшие газы сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и во время работы двигателя с высокой нагрузкой осуществляют по меньшей мере частичный обход турбины. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Способ выпуска отработавших газов двигателя, содержащий шаги, на которых:
во время холодного запуска двигателя пропускают отработавшие газы сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину;
после активации каталитического нейтрализатора пропускают отработавшие газы сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и
во время работы двигателя с высокой нагрузкой осуществляют по меньшей мере частичный обход турбины.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обход содержит прохождение первой части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину, а также прохождение второй, остальной, части отработавших газов только через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, с обходом турбины и подкорпусного конвертера.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что отношение первой части ко второй части регулируют на основе требования водителя и ошибки наддува.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанное регулирование содержит уменьшение второй части и соответственное увеличение первой части при увеличении требования водителя, и увеличение второй части и соответственное уменьшение первой части при увеличении ошибки наддува, причем ошибка наддува представляет собой разность между фактическим значением наддува и требуемым значением наддува.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, подкорпусный конвертер и турбина размещены в различных ветвях разветвленной выпускной системы, причем различные ветви соединены по текучей среде друг с другом через первый клапан и второй клапан.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что прохождение отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, затем через подкорпусный конвертер и затем через турбину содержит прохождение отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении, затем прохождение отработавших газов через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем прохождение отработавших газов через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, причем второе направление противоположно первому направлению;
причем прохождение отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор содержит прохождение отработавших газов сначала через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении; и
причем обход турбины по меньшей мере частично содержит прохождение первой части отработавших газов сначала через турбину, размещенную на первой ветви, в первом направлении, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви, во втором направлении и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви, в первом направлении и одновременное прохождение второй части отработавших газов только через каталитический нейтрализатор, размещенный в третьей ветви, в первом направлении, с обходом турбины и подкорпусного конвертера.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что первый клапан соединен с первым концом первой ветви, первым концом второй ветви и первым концом третьей ветви, и причем второй клапан соединен со вторым концом первой ветви, вторым концом второй ветви и вторым концом третьей ветви.
8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что прохождение отработавших газов во время холодного запуска содержит установку первого клапана в первое положение и
установку второго клапана в первое положение, причем прохождение отработавших газов после активации каталитического нейтрализатора содержит установку первого клапана во второе положение и установку второго клапана во второе положение, и причем прохождение отработавших газов во время работы двигателя с высокой нагрузкой содержит установку первого клапана в третье положение и установку второго клапана во второе положение.
9. Способ для двигателя, в котором:
регулируют положение нескольких клапанов, соединенных с первой, второй и третьей ветвями разветвленной выпускной системы, где каждая ветвь содержит отдельный выпускной компонент для изменения порядка движения потока отработавших газов через различные выпускные компоненты при прохождении отработавших газов через каждый из различных выпускных компонентов, причем указанное регулирование содержит следующие шаги:
выполняют работу в первом режиме с первым клапаном в первом положении и вторым клапаном в первом положении, для прохождения отработавших газов сначала через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный на третьей ветви разветвленной выпускной системы, затем через подкорпусный конвертер, размещенный на второй ветви разветвленной выпускной системы, и затем через турбину, размещенную на первой ветви разветвленной выпускной системы;
выполняют работу во втором режиме с первым клапаном во втором положении и вторым клапаном во втором положении, для прохождения отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; и
выполняют работу в третьем режиме с первым клапаном в третьем положении и вторым клапаном во втором положении, для прохождения первой части отработавших газов сначала через турбину, затем через подкорпусный конвертер и затем через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и прохождения второй части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с обходом турбины и подкорпусного конвертера.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что каждый из множества клапанов представляет собой четырехходовой клапан.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно выбирают между первым режимом, вторым режимом и третьим режимом на основе температуры двигателя и нагрузки двигателя.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что выбор содержит выбор первого режима, если температура двигателя ниже порогового значения температуры, выбор второго режима, если температура двигателя выше порогового значения температуры, основанного на температуре активации каталитического нейтрализатора, и выбор третьего режима, если нагрузка двигателя выше порогового значения нагрузки.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно переходят от первого режима ко второму режиму в качестве реакции на активацию трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, переходят от второго режима к третьему режиму в качестве реакции на требование увеличения крутящего момента и переходят от третьего режима к первому режиму в качестве реакции на требование отключения двигателя.
14. Способ по п. 9, отличающийся тем, что первый режим, второй режим и третий режим содержат прохождение отработавших газов через первую ветвь в первом направлении, прохождение отработавших газов через вторую ветвь во втором направлении и прохождение отработавших газов через третью ветвь в первом направлении, причем первое направление противоположно второму направлению.
15. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в третьем режиме отношение первой части ко второй части основано на требовании водителя и ошибке наддува.
16. Способ по п. 9, отличающийся тем, что первый режим содержит передачу тепла от отработавших газов к трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору с целью увеличить температуру каталитического нейтрализатора.
17. Система двигателя, содержащая:
впускной коллектор двигателя; выпускную систему с первой ветвью, второй ветвью, третьей ветвью, первым клапаном и вторым клапаном;
турбонагнетатель с турбиной, соединенной с первой ветвью выпускной системы, причем турбина соединена с компрессором;
подкорпусный конвертер, соединенный со второй ветвью выпускной системы; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для:
регулирования первого клапана и второго клапана для прохождения отработавших газов через турбину, подкорпусный конвертер и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с прохождением через первую ветвь, вторую ветвь и третью ветвь, причем порядок прохождения отработавших газов основан на температуре двигателя и нагрузке двигателя.
18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что прохождение отработавших газов содержит, при выполнении первого условия, прохождение отработавших газов сначала через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через первую ветвь с турбиной;
при выполнении второго условия, прохождение отработавших газов сначала через первую ветвь с турбиной, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором;
при выполнении третьего условия, прохождение первой части отработавших газов сначала через первую ветвь с турбиной, затем через вторую ветвь с подкорпусным конвертером и затем через третью ветвь с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, и прохождение второй части отработавших газов через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с обходом турбины и подкорпусного конвертера.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что первое условие содержит условие холодного запуска, второе условие содержит температуру двигателя выше порогового значения температуры и нагрузку двигателя ниже порогового значения нагрузки и третье условие содержит температуру двигателя выше порогового значения температуры и нагрузку двигателя выше порогового значения нагрузки, причем пороговая температура двигателя основана на температуре активации каталитического нейтрализатора.
20. Система по п. 18, отличающаяся тем, что при выполнении первого условия первый клапан и второй клапан выполнены с возможностью их регулировки для направления потока отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь во втором направлении;
при выполнении второго условия первый клапан и второй клапан выполнены с возможностью их регулировки для направления потока отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь во втором направлении; и
при выполнении третьего условия первый клапан и второй клапан выполнены с возможностью их регулировки для направления первой части отработавших газов через первую ветвь и третью ветвь в первом направлении и через вторую ветвь во втором направлении и для направления второй части отработавших газов через третью ветвь в первом направлении, с обходом первой ветви и второй ветви.
| US 5603216 A, 18.02.1997 | |||
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2562330C2 |
| US 5024054 A, 18.06.1991 | |||
| US 2004096372 A1, 20.05.2004 | |||
| US 6325054 B1, 04.12.2001. | |||
