Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и системам управления проворачиванием коленчатого вала двигателя в системе гибридного транспортного средства.
Уровень техники
Двигатели могут быть оснащены форсунками прямого впрыска, впрыскивающими топливо непосредственно в цилиндр двигателя внутреннего сгорания (прямой впрыск), и/или форсунками впрыска во впускные каналы цилиндра (впрыск во впускные каналы). Прямой впрыск топлива способствует охлаждению наддувочного воздуха при испарении впрыскиваемого топлива, а также позволяет повысить КПД топлива и увеличить выходную мощность.
Тем не менее, для двигателей с прямым впрыском вследствие диффузного распространения пламени характерны более значительные выбросы твердых частиц (или сажи), причем перед сгоранием топливо может не смешиваться с воздухом должным образом. Так как прямой впрыск по своей сути происходит относительно поздно, для смешивания в цилиндре впрыскиваемого топлива с воздухом времени может оказаться недостаточно. При некоторых условиях работы, капля жидкого топлива может непосредственно попасть на поверхности горения, например, поршень, головку и гильзу цилиндра. По аналогии, при прохождении через клапаны впрыскиваемое топливо не испытывает турбулентности. В результате, возможно возникновение полостей со сгоранием обогащенной смеси, в которых может образовываться сажа, ухудшающая качество выбрасываемых в атмосферу отработавших газов. Качество выбросов в атмосферу может быть также ухудшено при холодном запуске двигателя. В частности, пока камера сгорания не будет полностью прогрета, сажа будет образовываться вследствие плохого испарения топлива, вызванного плохим распылением его топливной форсункой при низком магистральном давлении топлива и/или в результате попадания топлива на холодные металлические поверхности камеры сгорания.
Результаты испытаний двигателей показывают, что выбросы твердых частиц можно снизить за счет повышения температуры двигателя. В результате, некоторые двигательные системы оснащают электрическими нагревателями двигателя. Например, в документе US 20120291762 (Vigild et al.) раскрыто, что в условиях выключения подачи топлива при замедлении двигателя, когда в двигатель топливо не подается, задействуют впускной нагреватель. За счет нагревания воздуха, нагнетаемого в цилиндры двигателя, указанный двигатель может быть нагрет достаточно для того, чтобы обеспечить снижение выбросов сажи в атмосферу.
Однако авторами настоящего изобретения были обнаружены потенциальные проблемы такого подхода. Например, в результате ограниченного времени, имеющегося в распоряжении до запуска двигателя, невозможно обеспечить достаточное нагревание двигателя. Аналогичным образом, способность к нагреванию может оказаться недостаточной из-за ограниченности имеющейся мощности транспортного средства и большой массы двигателя. То есть, для достаточного нагревания двигателя может потребоваться большее количество мощности, что приведет к повышенному расходу топлива.
Раскрытие изобретения
Некоторые из вышеуказанных проблем можно решить путем полезного использования разнообразных сочетаний процессов нагревания двигателя в результате сжатия и нагревания отдельных цилиндров на такте сжатия. Одним из примеров является способ, включающий в себя этап, на котором, во время приведения в движение гибридного транспортного средства крутящим моментом электромотора, вращают электроприводной впускной компрессор при закрытом положении впускной дроссельной заслонки и при открытом положении клапана рециркуляции отработавших газов до тех пор, пока температура поршня не превысит пороговое значение. Другим примером является способ, включающий в себя этап, на котором, во время приведения в движение гибридного транспортного средства только крутящим моментом электромотора, вращают двигатель без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора с частотой вращения, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, при этом задействуют выпускной нагреватель, соединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов, причем клапан рециркуляции отработавших газов удерживают в открытом положении, а впускную дроссельную заслонку удерживают в закрытом положении для обеспечения рециркуляции нагретого наддувочного воздуха через двигатель. В различных режимах нагревания возможно также использование и других сочетаний. Таким образом, перед повторным запуском двигателя можно ускорить нагревание цилиндров двигателя.
Например, при эксплуатации гибридного транспортного средства в электрическом режиме, перед предстоящим запуском двигателя и в ответ на недостаточно высокую температуру поршней цилиндров, коленчатый вал двигателя можно медленно провернуть, без подачи топлива, с помощью электромотора / генератора указанного гибридного транспортного средства для нагревания цилиндров двигателя. В одном из примеров, медленное проворачивание коленчатого вала двигателя можно начать по меньшей мере за 2-3 минуты до запуска двигателя. Двигатель можно вращать медленно с частотой вращения, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, например с частотой вращения 10-30 об/мин. При медленном вращении двигателя каждый из цилиндров последовательно можно проводить через такт сжатия, на котором тепло передается от сжатого воздуха к стенкам, головке цилиндра и поршню. Даже если абсолютное количество тепла, переданное двигателю, является незначительным, указанное тепло передается непосредственно в то место, где нагревание обеспечит снижение выбросов сажи после того, как подача топлива в двигатель будет возобновлена. При вращении двигателя впускную дроссельную заслонку можно удерживать в закрытом положении, а клапан регенерации отработавших газов - в открытом положении, чтобы нагретый наддувочный воздух нагнетался в замкнутом контуре, что также улучшает передачу тепла к цилиндрам. Опционально, для дальнейшего повышения температуры наддувочного воздуха, циркулирующего через цилиндры двигателя, одновременно можно задействовать один или несколько электрических впускных нагревателей и один электрический нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов. Помимо повышения температуры цилиндров, медленное вращение двигателя позволяет повысить магистральное давление топлива. После того, как температура цилиндров станет достаточно высокой, то есть, когда температура поршня станет выше порогового значения, а также при удовлетворении условия повторного запуска двигателя, в процессе проворачивания коленчатого вала двигателя указанный двигатель можно вращать быстрее, а подача топлива может быть возобновлена.
В другом примере, при эксплуатации гибридного транспортного средства в электрическом режиме, в ответ на необходимость нагревания поршней цилиндров, можно задействовать электромотор, соединенный с электроприводным компрессором. В процессе вращения компрессора, при сжатии воздуха вырабатывается тепло. Для увеличения перекрытия клапанов и улучшения продувки сжатого воздуха через цилиндры двигателя, в процессе вращения компрессора можно отрегулировать фазы газораспределения в цилиндре. Это позволит в процессе продувки передать цилиндрам тепло от нагретого наддувочного воздуха. При вращении компрессора можно удерживать впускную дроссельную заслонку в закрытом положении, а клапан рециркуляции отработавших газов в открытом положении, чтобы нагретый наддувочный воздух нагнетался по замкнутому контуру, что дополнительно способствует передаче тепла к цилиндрам. Опционально, для дальнейшего повышения температуры наддувочного воздуха, циркулирующего через цилиндры двигателя, одновременно можно задействовать один или несколько электрических впускных нагревателей и один электрический нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов. В некоторых примерах, во время вращения компрессора, возможно открытие рециркуляционного клапана компрессора, что позволяет использовать энергию компрессора также и для нагревания нижнего по потоку охладителя наддувочного воздуха. Кроме того, в процессе вращения компрессора также можно медленно вращать двигатель, без подачи топлива, чтобы нагретый воздух имел возможность равномерно распределяться по всем цилиндрам двигателя. После того, как температура поршней цилиндров станет достаточно высокой, а также при удовлетворении условия повторного запуска двигателя, можно остановить вращение компрессора, начать проворачивать коленчатый вал двигателя и возобновить подачу топлива в двигатель.
Таким образом, за счет приведения в действие электроприводного впускного компрессора перед повторным запуском двигателя, можно использовать вращение компрессора для сжатия наддувочного воздуха, тем самым, получая тепло. Вращая компрессор при открытом рециркуляционном клапане компрессора, можно отводить тепло от сжатого воздуха ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха. При одновременном открытии клапана системы рециркуляции отработавших газов и закрытии впускной дроссельной заслонки нагретый наддувочный воздух можно нагнетать по замкнутому контуру через двигатель. Кроме того, нагревание наддувочного воздуха можно улучшить за счет использования впускного или выпускного нагревателей. Дополнительно или опционально при медленном вращении двигателя, без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора, нагнетаемый воздух также можно пропускать через один или несколько цилиндров, тем самым, нагревая цилиндры перед запуском двигателя. Кроме того, для нагревания цилиндров можно использовать нагревание на такте сжатия. За счет предварительного нагревания двигателя можно снизить выбросы твердых частиц из двигателя, в частности, при холодном запуске двигателя. Более того, можно повысить давление топлива до значения, оптимального для запуска двигателя, что улучшает характеристики распыления топлива форсунками при повторном запуске двигателя. В общем и целом, обеспечена возможность улучшения качества выбросов в атмосферу при холодном запуске двигателя.
Следует понимать, что информация, изложенная в разделе «Раскрытие изобретения», служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны более подробно. Данный раздел не предназначен для обозначения ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения настоящего, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана примерная компоновка системы гибридного транспортного средства.
На фиг. 2 показана примерная компоновка двигательной системы.
На фиг. 3 показан пример камеры сгорания.
На фиг. 4 проиллюстрирован пример способа компрессионного нагревания цилиндров двигателя перед запуском двигателя.
На фиг. 5 проиллюстрирован пример способа нагревания цилиндров двигателя с использованием тепла, генерируемого в ходе различных сочетаний вращения двигателя и вращения компрессора.
На фиг. 6 показана таблица, в которой перечислены различные режимы нагревания двигателя.
На фиг. 7 показан пример графика, иллюстрирующего нагревание цилиндров на такте сжатия.
На фиг. 8 проиллюстрирован пример нагревания двигателя для снижения выбросов твердых частиц из системы гибридного транспортного средства.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам снижения выбросов твердых частиц из двигателя, например, из двигательной системы, показанной на фиг. 2-3 и соединенной с системой гибридного транспортного средства, например, гибридного электромобиля с подзарядкой от электросети, показанного на фиг. 1. Предусмотренный в системе контроллер выполнен с возможностью осуществления алгоритма, например, алгоритмов, проиллюстрированных на фиг. 4-5, для вращения двигателя, без подачи топлива, при эксплуатации транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора, с тем, чтобы обеспечить передачу тепла, образующегося при сжатии воздуха на такте сжатия (см. фиг. 7), для нагревания камер сгорания двигателя с одновременным повышением давления топлива. Кроме того, указанный контроллер обеспечивает возможность вращения электроприводного компрессора двигательной системы для нагревания двигателя посредством энергии компрессора. Указанный контроллер может использовать различные сочетания процессов компрессионного нагревания, перечисленных в таблице, представленной на фиг. 6. Пример нагревания двигателя проиллюстрирован на фиг. 8. В результате, можно снизить выбросы частиц в атмосферу, в частности при холодных запусках двигателя.
На фиг. 1 показана гибридная силовая система 100 для транспортного средства. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения, транспортное средство представляет собой гибридный электромобиль. Указанная силовая система 100 содержит двигательную систему 5 с двигателем 10 внутреннего сгорания, имеющим множество цилиндров 30. Топливо в каждый из цилиндров двигателя 10 может поступать из топливной системы (не показана), имеющей один или несколько топливных баков, один или несколько топливных насосов и одну или несколько топливных форсунок 66. Указанные топливные форсунки 66 могут быть выполнены с возможностью прямого впрыска в цилиндр, впрыска во впускные каналы или с возможностью сочетания указанных двух способов впрыска. Подробное описание примерной двигательной системы, установленной в указанной гибридной силовой системе, приведено со ссылкой на фиг. 2.
Указанный двигатель обеспечивает подачу мощности на трансмиссию 44 через входной вал 18 передачи крутящего момента. В приведенном примере, указанная трансмиссия 44 представляет собой трансмиссию с разветвленным потоком мощности (или моноблочную трансмиссию), содержащую планетарную передачу 22 и один или несколько вращающихся зубчатых элементов. Указанная трансмиссия 44 дополнительно содержит электрический генератор 24 и электромотор 22. Указанный электрический генератор 24 и указанный электромотор 26 могут также называться электрическими машинами, так как каждый из них может работать как в качестве электромотора, так и в качестве генератора. Крутящий момент от трансмиссии 44 передается на ведущие колеса 52 транспортного средства для приведения его в движение через редуктор 34 отбора мощности, выходной вал 19 передачи крутящего момента и узел 36 дифференциал/мост.
Указанный генератор 24 соединен с возможностью приведения в движение с указанным электромотором 26 так, что и электрический генератор 24 и электромотор 25 могут функционировать, используя электрическую энергию от устройства накопления электрической энергии, здесь показанного в виде аккумуляторной батареи 54. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, между указанной аккумуляторной батареей и электромотором может быть установлено устройство преобразования энергии, например, инвертор, предназначенный для преобразования постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток для использования его электромотором. Однако в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, указанный инвертор может быть предусмотрен в электромоторе.
Указанный электромотор 26 может работать в рекуперативном режиме, то есть, как генератор, и поглощать энергию движения транспортного средства и/или энергию работы двигателя и преобразовывать поглощенную кинетическую энергию в энергию, которую можно накапливать в указанной аккумуляторной батарее 54. Кроме того, указанный электромотор 26 можно использовать как мотор или генератор в зависимости от существующих потребностей, для увеличения или поглощения крутящего момента, создаваемого двигателем.
Указанная планетарная передача 22 содержит кольцевую шестерню 42, солнечную шестерню 43 и узел 46 водила планетарной передачи. Указанная кольцевая шестерня 42 и указанная солнечная шестерня 43 могут быть соединены друг с другом через водило. Первая входная сторона планетарной передачи 22 соединена с указанным двигателем 10, а вторая входная сторона планетарной передачи 22 соединена с указанным генератором 24. Выходная сторона планетарной передачи соединена с ведущими колесами 52 транспортного средства через редуктор 34 отбора мощности, содержащий один или несколько зубчатых элементов 60-68, находящихся в зацеплении друг с другом. В одном из примеров, указанные зубчатые элементы, находящиеся в зацеплении друг с другом, могут представлять собой шестерни ступенчатого изменения передаточного числа, а указанный узел 46 водила планетарной передачи может распределять крутящий момент на указанные шестерни ступенчатого изменения передаточного числа. Указанные зубчатые элементы 62, 64, 66 установлены на передаточном валу 17, причем зубчатый элемент 64 входит в зацепление с зубчатым элементом 70, приводимым в движение электромотором. Электромотор 26 приводит в движение указанный зубчатый элемент 70, обеспечивающий входной крутящий момент на шестерни передаточного вала. Таким образом, водило 46 планетарной передачи (и, соответственно, двигатель и генератор) могут быть соединены с колесами транспортного средства и с электромотором через один или несколько зубчатых элементов. Указанная гибридная силовая система 100 может функционировать в различных вариантах исполнения, в том числе как полностью гибридная система, причем транспортное средство приводится в движение только двигателем и генератором совместно, или только электромотором или комбинацией перечисленных способов. В качестве альтернативного варианта, также возможно использование вспомогательных или мягких гибридных вариантов исполнения, при этом двигатель является основным источником крутящего момента, а электромотор избирательно добавляет крутящий момент при возникновении заданных условий, например, при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Например, транспортное средство может приводиться в движение в режиме двигателя, когда двигатель 10 функционирует в качестве основного источника крутящего момента для подачи мощности на колеса 52. В указанном режиме двигателя топливо поступает в двигатель 10 из топливного бака через топливную форсунку 66, так что двигатель, работающий на топливе, может вращаться для обеспечения крутящего момента, необходимого для приведения в движение транспортного средства. В частности, мощность двигателя подается на кольцевую шестерню планетарной передачи. Одновременно, генератор подает крутящий момент на солнечную шестерню 43, создавая реактивный крутящий момент на двигателе. Соответственно, крутящий момент передается от водила планетарной передачи на шестерни 62, 64, 66 передаточного вала 17, который, в свою очередь, подает мощность на колеса 52. Кроме того, двигатель может работать для выдачи большего крутящего момента, чем необходимо для приведения в движение транспортного средства, при этом дополнительная мощность поглощается генератором (в режиме генерирования) для зарядки аккумуляторной батареи 54 или подачи электрической мощности к другим нагрузкам транспортного средства.
В другом примере, транспортное средство может приводиться в движение во вспомогательном режиме, в котором двигатель 10 работает и используется в качестве основного источника крутящего момента для подачи мощности на колеса 52, а электромотор используется в качестве дополнительного источника крутящего момента для действия совместно с двигателем 10, добавляя крутящий момент к крутящему моменту двигателя 10. Как в режиме двигателя, так и во вспомогательном режиме, топливо поступает в двигатель 10 так, чтобы двигатель, работая на топливе, вращался и обеспечивал подачу крутящего момента на колеса транспортного средства.
В еще одном примере, транспортное средство можно приводить в движение в режиме отключенного двигателя или электрическом режиме, когда электромотор 26, питаемый от аккумуляторной батареи, работает и используется в качестве единственного источника крутящего момента для приведения в движение указанных колес 52. Таким образом, в указанном электрическом режиме топливо не впрыскивается в двигатель независимо от того, вращается двигатель или нет, при этом транспортное средство приводится в движение только за счет крутящего момента электромотора. Электрический режим можно использовать, например, при торможении, на малых скоростях движения, при малых нагрузках, при остановках на светофорах и т.д. В частности, мощность электромотора подается на зубчатый элемент 70, который, в свою очередь, приводит в движение зубчатые элементы на передаточном валу 17, и, тем самым, приводит в движение указанные колеса 52.
Указанная силовая система 100 также может содержать систему управления, включающую в себя контроллер 12, выполненный с возможностью принятия информации от множества датчиков 16 (разнообразные примеры которых описаны в настоящем документе) и отправки управляющих сигналов к множеству исполнительных механизмов 81 (разнообразные примеры которых описаны в настоящем документе). В одном из примеров, указанные датчики 16 могут содержать разнообразные датчики температуры и давления, датчик уровня топлива, различные датчики отработавших газов и т.д. Разнообразные исполнительные механизмы могут содержать, например, коробку передач, топливные форсунки (не показаны) цилиндров, впускную воздушную дроссельную заслонку, соединенную с впускным воздушным коллектором (не показан) двигателя и т.д. Дополнительные датчики и исполнительные механизмы показаны на фиг. 2-3. Указанный контроллер 12 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и задействовать указанные исполнительные механизмы в ответ на результат обработки входных данных согласно инструкции или коду, запрограммированному в нем в соответствии с одним или несколькими алгоритмами. Примеры алгоритмов управления описаны со ссылкой на фиг. 4-5.
Фактически, двигатели с прямым впрыском топлива могут вырабатывать большое количество твердых частиц (или сажи), особенно при работе с холодным пуском. Это происходит частично из-за неудовлетворительных характеристик распыления топлива форсунками при низких значениях давления топлива при запуске двигателя. Кроме того, сажа образуется из-за того, что в процессе запуска двигателя топливо попадает на холодные металлические поверхности камеры сгорания. Образование сажи может быть по существу снижено за счет нагревания двигателя и повышения давления топлива. Однако обеспечить указанные условия перед запуском двигателя может быть сложно вследствие значительной массы двигателя, а также вследствие того, что время и имеющаяся мощность перед запуском двигателя ограничены. Аналогично, для повышения давления топлива необходимо вращать двигатель, так как обычно топливный насос приводится в действие распределительным валом. Однако требования по продолжительности запуска двигателя могут ограничить количество оборотов двигателя, допустимых до первого впрыска топлива, в результате чего при запуске двигателя давление топлива будет меньше оптимального.
В системах гибридных транспортных средств, двигатель не запускают до тех пор, пока не потребуется мощность (в дополнение к мощности, обеспечиваемой электромотором транспортного средства) для ускорения. Авторы настоящего изобретения установили, что задержки, возникающие при переходе от режима отключенного двигателя (например, электрического режима) к режиму включенного двигателя (например, вспомогательному режиму) в гибридном транспортном средстве, может быть достаточно для того, чтобы с пользой подготовить двигатель к предстоящему запуску. В частности, в течение такой временной задержки, двигатель можно вращать медленно, с частотой вращения, меньшей той, с которой двигатель вращается при проворачивании коленчатого вала (при повторном запуске двигателя) от стартера. Двигатель можно вращать медленно от электромотора (такого как электромотор 26), используя энергию от устройства накопления электрической энергии (например, аккумуляторной батареи 54), содержащего системные аккумуляторные батареи. Альтернативно, двигатель можно вращать во время замедления или снижения скорости для восстановления энергии, которая иначе была бы потеряна на торможение колес. Медленное вращение позволяет вращением коленчатого вала последовательно провести каждый цилиндр через такт сжатия, как проиллюстрировано на фиг. 7. Таким образом, тепло, получаемое от воздуха, сжимаемого в каждом цилиндре, проходящем соответствующий такт сжатия, может быть эффективно передано к стенкам цилиндра. В результате, температура стенки цилиндра и температура находящегося в цилиндре воздуха могут быстро выровняться, а поршень цилиндра может нагреться. В альтернативном варианте, двигатель можно медленно раскачивать (то есть, часто менять направление вращения при медленном вращении двигателя) так, чтобы каждый цилиндр мог пройти такт сжатия. Таким образом, двигатель можно медленно вращать так, чтобы перед запуском двигателя все цилиндры двигателя могли быть нагреты. Во время последующего повторного запуска двигателя, когда впрыск топлива возобновляют, при попадании топлива на уже нагретую стенку цилиндра выбросы сажи снижаются. Кроме того, множественные медленные вращения позволяют значительно повысить магистральное давление топлива, что улучшит характеристики распыления топлива форсунками.
На фиг. 2 схематично проиллюстрированы различные аспекты примерной двигательной системы 200. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, указанная двигательная система 200 может быть включена в состав силовой системы 100, показанной на фиг. 1 и содержащей двигательную систему 5. Указанная двигательная система 200 содержит двигатель 10. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения, указанный двигатель 10 представляет собой форсированный двигатель, соединенный с турбонагнетателем 13, включающим в себя компрессор 114, приводимый в движение турбиной 116. В частности, свежий воздух поступает в двигатель 10 через воздухоочиститель 112 вдоль по впускному каналу 142 и проходит к компрессору 114. Указанный впускной канал 142 опционально может содержать нагреватель 118 впускного воздуха, например, как в проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения, причем указанный нагреватель предназначен для нагревания впускного воздуха, подаваемого в двигатель.
В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения, указанный компрессор 114 представляет собой компрессор впускного воздуха с электроприводом, который может приводиться в движение при срабатывании электромотора 177, например, если компрессор выполнен в виде компрессора механического нагнетателя с приводом от мотора или карданного вала. В других примерах, указанный компрессор 114 может быть компрессором турбонагнетателя, механически соединенным с турбиной 116 посредством вала (не показан), причем указанная турбина 116 приводится в движение расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения компрессор и турбина могут быть соединены друг с другом внутри турбонагнетателя с двойной «улиткой» (Twin Scroll). В другом варианте осуществления настоящего изобретения, турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетателем с переменной геометрией, в котором геометрия турбины активным образом изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.
Указанный компрессор 114 соединен с дроссельной заслонкой 20 посредством охладителя 18 наддувочного воздуха ОНВ (Charge Air Cooler, САС), который здесь также называется промежуточным охладителем. Указанная дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 23 двигателя. Дополнительная дроссельная заслонка 230 системы впуска воздуха СВВ (Air Induction System, AIS) может быть соединена с входом двигателя выше по потоку от указанного компрессора 114 и выше по потоку от впускной дроссельной заслонки 20. Давление наддувочного воздуха внутри впускного коллектора измеряется датчиком 124 давления воздуха коллектора ДВК (Manifold Air Pressure, MAP). От компрессора, сжатый наддувочный воздух проходит во впускной коллектор через охладитель ОНВ (САС) 117 и дроссельную заслонку. Так как при прохождении через компрессор сжатый воздух может нагреться, то ниже по потоку предусматривают охладитель ОНВ (САС) 117, позволяющий охладить нагнетаемый наддувочный воздух перед его подачей на вход двигателя.
Указанный охладитель ОНВ (САС) может представлять собой, например, воздушно-водный теплообменник. Как раскрыто в настоящем документе, при выбранных условиях повторного запуска двигателя, избирательную работу компрессора можно с выгодой использовать для нагревания двигателя.
С входом компрессора 114 можно соединить один или несколько датчиков. Например, с входом компрессора 114 можно соединить датчик 55 температуры, измеряющий температуру на входе компрессора, а также датчик 56 давления, измеряющий давление на входе компрессора. В другом примере, с входом компрессора можно соединить датчик 57 влажности, предназначенный для оценки влажности наддувочного воздуха, поступающего в компрессор. К числу других возможных датчиков относятся, например, датчики воздушно-топливного отношения и т.д. В других примерах, одно или несколько условий на входе компрессора (таких как влажность, температура, давление и т.д.) можно получить на основании рабочих условий двигателя. Кроме того, когда обеспечена рециркуляция отработавших газов, датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и воздушно-топливное отношение смеси наддувочного воздуха, которая содержит свежий воздух, рециркулирующий сжатый воздух и остатки отработавших газов, получаемые на входе компрессора.
В выбранных условиях, например, при сбросе газа, когда происходит переход от эксплуатации двигателя с наддувом к эксплуатации двигателя без наддува, может произойти помпаж компрессора. Это происходит в результате того, что при сбросе газа дроссельная заслонка закрывается и на компрессоре создается повышенная разность давлений. Повышенная разность давлений уменьшает прямой поток через компрессор, вызывая помпаж компрессора и ухудшая работу турбонагнетателя. Кроме того, помпаж компрессора может привести к возникновению шума, вибраций и неплавности движения (Noise, Vibration, Harshness, NVH), например, к нежелательному шуму от впускной системы двигателя. Для того, чтобы сбросить давление наддува и уменьшить помпаж компрессора, по меньшей мере часть наддувочного воздуха, сжимаемого компрессором 114, можно повторно направить на вход компрессора. Это позволит по существу сразу сбросить избыточное давление наддува. Рециркуляционная система компрессора может содержать рециркуляционный канал 170 компрессора, обеспечивающий рециркуляцию охлажденного сжатого воздуха с выхода компрессора, ниже по потоку от охладителя ОНВ (САС) 117 на вход компрессора. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрен дополнительный рециркуляционный канал (не показан) компрессора, обеспечивающий рециркуляцию охлажденного (или теплого) сжатого воздуха с выхода компрессора, выше по потоку от охладителя ОНВ (САС) 117 на вход компрессора.
С указанным рециркуляционным каналом (именуемым в настоящем документе также перепускным каналом) 170 компрессора может быть соединен рециркуляционный клапан 172 компрессора РКК (Compressor Recirculation Valve, CRV), который позволяет управлять объемом охлажденного воздуха компрессора, повторно направляемого на вход компрессора. Указанный клапан РКК (CRV) 172 может быть выполнен в виде двухпозиционного запорного клапана, положение которого меняется с открытого на закрытое и обратно. Альтернативно, указанный клапан РКК (CRV) 172 может быть выполнен в виде бесступенчато регулируемого клапана, положение которого бесступенчато меняется с полностью закрытого на полностью открытое и обратно. Указанный клапан РКК (CRV) 172 может быть расположен в канале 170, ниже по потоку от охладителя ОНВ (САС) 117 и выше по потоку от входа компрессора 114. При работе двигателя с наддувом, положение клапана РКК (CRV) 172 можно регулировать для улучшения пиковой рабочей характеристики и обеспечения запаса по помпажу. В одном из примеров, клапан РКК (CRV) можно удерживать в закрытом положении при работе двигателя с наддувом, для улучшения эффекта наддува и пиковой рабочей характеристики. В другом примере, при работе двигателя с наддувом, указанный клапан РКК (CRV) можно оставить частично открытым, чтобы, тем самым, обеспечить заданный запас по помпажу, в частности, увеличенный запас по мягкому помпажу.
Как раскрыто в настоящем документе, рециркуляция компрессора может быть использована в условиях, когда двигатель не сжигает топливо. В частности, в условиях, когда цилиндры двигателя прогреваются за счет избирательной работы компрессора 114, указанный клапан РКК (CVR) 172 можно оставлять открытым для усиления рециркуляции нагретого наддувочного воздуха через компрессор, в результате чего охладитель ОНВ (САС) будет нагреваться энергией компрессора.
Помпаж можно также ослабить за счет уменьшения давления отработавших газов на турбине 116. Например, исполнительный механизм 92 регулятора давления наддува может быть приведен в действие на открытие с тем, чтобы посредством указанного регулятора 90 давления наддува сбросить по меньшей мере часть давления отработавших газов выше по потоку от турбины в место ниже по потоку от турбины. Снижая давление отработавших газов выше по потоку от турбины, можно уменьшить частоту вращения турбины, что, в свою очередь, способствует ослаблению помпажа компрессора. Тем не менее, за счет динамики наддува указанного регулятора давления наддува, влияние регулировок клапана РКК (CRV) на ослабление помпажа может быть более быстрым, чем влияние регулировок регулятора давления наддува.
Впускной коллектор 23 соединен с множеством камер 30 сгорания через множество впускных клапанов (показанных на фиг. 3). Указанные камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 25 через множество выпускных клапанов (показанных на фиг. 3). В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрен цельный выпускной коллектор 25. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения указанный выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют потокам, выходящим из разных камер сгорания, направленно двигаться в разные места в двигательной системе.
В указанные камеры 30 сгорания через форсунку 66 можно подавать один или несколько видов топлива, например, бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо в камеры сгорания можно подавать прямым впрыском, впрыском во впускные каналы, впрыском через корпус дроссельной заслонки или сочетанием перечисленных способов. В камерах сгорания, горение топлива можно вызвать посредством искрового и/или компрессионного зажигания.
Как показано на фиг. 2, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора, направляются к турбине 116 для приведения ее в движение. Если необходим уменьшенный крутящий момент турбины, то часть отработавших газов можно направить в обход турбины через регулятор 90 давления наддува. Комбинированный поток от турбины и регулятора давления наддува затем проходит через устройство 170 снижения токсичности отработавших газов УСТОГ (Emissions Control Device, ECD). Как правило, одно или несколько указанных устройств УСТОГ (ECD) 170 могут включать в себя один или несколько каталитических нейтрализаторов дополнительной очистки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической очистки потока отработавших газов и снижения, тем самым, содержания одного или нескольких веществ в потоке отработавших газов. Например, один каталитический нейтрализатор дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью улавливания оксидов азота NOx из потока отработавших газов, когда указанные газы являются обедненными, и с возможностью восстановления уловленных NOx, когда отработавшие газы являются обогащенными. В других примерах, указанный каталитический нейтрализатор дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью снижения пропорции NOx или избирательного восстановления NOx с помощью восстановительного вещества. Кроме того, указанный каталитический нейтрализатор дополнительной очистки отработавших газов может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или окиси углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы дополнительной очистки отработавших газов с любой из указанных выше функциональных возможностей, могут быть расположены в покрытии «washcoat» (покрытие из гамма-оксида алюминия) или предусмотрены где-либо еще на стадиях дополнительной очистки, либо вместе, либо по отдельности. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, этапы дополнительной очистки отработавших газов могут предусматривать использование регенерируемого сажевого фильтра, выполненного с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
При этом, один или несколько каталитических нейтрализаторов в устройстве 170 УСТОГ (ECD), могут потребовать термической активации. В частности, каталитический нейтрализатор может потребовать нагревание до температуры начала работы двигателя (Light-off) или выше указанной температуры, чтобы нейтрализатор стал каталитически активен. Так как такое тепло обеспечивается отработавшими газами, выпускаемыми из камеры сгорания цилиндра в процессе работы двигателя, то при повторном запуске двигателя температура каталитического нейтрализатора может оказаться ниже температуры его активации. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, для ускорения активации каталитического нейтрализатора и повышения, тем самым, качества выбросов при запуске двигателя, указанное устройство 170 УСТОГ (ECD) может быть соединено с выпускным нагревателем 121 каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Очищенные отработавшие газы из указанного устройства 170 УСТОГ (ECD) могут быть частично или полностью выпущены в атмосферу через выхлопной трубопровод 35. Однако, в зависимости от условий работы, часть остаточных отработавших газов может быть отведена в канал 150 рециркуляции отработавших газов РОГ (Exhaust Gas Recirculation, EGR), а затем через охладитель РОГ (EGR) 151 и клапан РОГ (EGR) 152 на вход компрессора 114. При этом, указанный канал РОГ (EGR) 150 выполнен в виде канала РОГ (EGR) низкого давления, соединяющего выпускной коллектор двигателя, ниже по потоку от турбины 116, с впускным коллектором двигателя, выше по потоку от компрессора 114. В проиллюстрированном примере, указанный канал РОГ (EGR) показан соединенным с входом компрессора независимо от рециркуляционного канала компрессора. Тем не менее, в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, указанный канал РОГ (EGR) 150 может переходить в указанный рециркуляционный канал 170 компрессора выше по потоку от входа компрессора. Также, в проиллюстрированном примере канал РОГ (EGR) 150 показан принимающим остаточные отработавшие газы в месте ниже по потоку от указанного устройства 170 УСТОГ (ECD). Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения указанный канал РОГ (EGR) 150 может быть выполнен с возможностью принятия остаточных отработавших газов в месте выше по потоку от указанного устройства 170 УСТОГ (ECD). В других возможных вариантах осуществления настоящего изобретения указанная двигательная система 100 дополнительно или альтернативно может включать в себя систему РОГ (EGR) высокого давления, соединяющую выпускной коллектор двигателя, выше по потоку от турбины 116, с впускным коллектором двигателя, ниже по потоку от компрессора 114.
Для обеспечения требуемого процесса горения и управления выбросами в атмосферу, клапан РОГ (EGR) 152 может быть открыт для подачи контролируемого количества охлажденных отработавших газов на вход компрессора. Таким образом, указанная двигательная система 10 выполнена так, что она обеспечивает внешнюю рециркуляцию отработавших газов низкого давления путем отбора отработавших газов из места ниже по потоку от турбины 116. Указанный клапан РОГ (EGR) 152 также может представлять собой бесступенчато регулируемый клапан или двухпозиционный запорный клапан. Вращение компрессора, в дополнение к относительно протяженному пути рециркуляции отработавших газов низкого давления в указанной двигательной системе 10, обеспечивает великолепную гомогенизацию отработавших газов во впускной наддувочный воздух. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания в системе рециркуляции отработавших газов обеспечивает чрезвычайно эффективное охлаждение отработавших газов для увеличенной располагаемой массы рециркуляции отработавших газов и улучшенных рабочих характеристик.
Для охлаждения рециркулирующих отработавших газов, подаваемых в компрессор, указанный канал РОГ (EGR) 150 может быть соединен с каналом РОГ (EGR) 150. Кроме того, с указанным каналом РОГ (EGR) 150 может быть соединен один или несколько датчиков, обеспечивающих подробную информацию по составу и условиям рециркуляции отработавших газов. Например, может быть предусмотрен датчик температуры для определения температуры в системе рециркуляции отработавших газов, датчик давления для определения давления в системе рециркуляции отработавших газов, датчик влажности для определения влажности в системе рециркуляции отработавших газов или содержания воды в системе рециркуляции отработавших газов, а также датчик 154 воздушно-топливного отношения для оценки воздушно-топливного отношения в системе рециркуляции отработавших газов. Альтернативно, условия рециркуляции отработавших газов могут быть выведены по показаниям одного или нескольких нижеперечисленных датчиков 55-57, соединенных с входом компрессора, в частности, датчиков температуры, давления, влажности и воздушно-топливного отношения. Аналогично, открытие клапана РОГ (EGR) можно регулировать в зависимости от условий работы двигателя и условий рециркуляции отработавших газов с тем, чтобы обеспечить требуемое разбавление в двигателе.
Как раскрыто в настоящем документе, в условиях, когда в двигателе не происходит сжигания топлива, указанный клапан РОГ (EGR) можно открыть для ускорения нагревания цилиндра. В частности, в условиях, когда двигатель медленно вращают крутящим моментом электромотора перед повторным запуском двигателя, и/или когда компрессор вращается посредством своего электромотора, указанный клапан РОГ (EGR) 152 оставляют полностью открытым, чтобы обеспечить рециркуляцию через двигатель наддувочного воздуха, нагретого в цилиндрах на такте сжатия или нагретого посредством энергии компрессора. При этом если одновременно удерживать дроссельную заслонку 230 системы СВВ (AIS) в полностью закрытом положении, можно ограничить вытекание отработавших газов и обеспечить сохранение горячего воздуха в двигателе. Другими словами, горячий воздух может нагнетаться по замкнутому контуру через двигатель. За счет дополнительного задействования одного или нескольких впускных нагревателей 118 и нагревателя 121 каталитического нейтрализатора отработавших газов можно еще более ускорить передачу тепла цилиндрам. Как показано на фиг. 6, в зависимости от требований к нагреванию поршня, двигательную систему можно эксплуатировать в одном из разнообразных режимов, в которых для нагревания цилиндра используют разнообразные сочетания процессов компрессионного нагревания. Например, если необходимо более высокая степень нагревания, во время вращения компрессора 115 электромотором 117, можно открыть клапан РКК (CVR) 172, при этом также задействовав указанный впускной нагреватель 118 и указанный нагреватель 121 каталитического нейтрализатора отработавших газов. Кроме того, можно вращать двигатель, без подачи топлива, посредством крутящего момента во время вращения компрессора постоянно или прерывисто.
Указанная двигательная система 200 может также содержать систему 14 управления. Как показано на чертежах, указанная система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе) и подает сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры раскрыты в настоящем документе). Например, указанные датчики 16 могут включать в себя датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства УСТОГ (ECD), датчик абсолютного давления в коллекторе АДК (Manifold Absolute Pressure, MAP) 124, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик РОГ (EGR) 154. В различных точках в указанной двигательной системе 200 могут быть предусмотрены и другие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава. Указанные исполнительные механизмы 81 могут включать в себя, например, дроссельную заслонку 20, клапан РОГ (EGR) 152, рециркуляционный клапан 172 компрессора, регулятор 92 давления наддува и топливную форсунку 66. Указанная система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Указанный контроллер 12 выполнен с возможностью получения входных данных от разнообразных датчиков, обработки входных данных и приведения в действие указанных исполнительных механизмов в зависимости от результатов указанной обработки входных данных на основании инструкций или запрограммированного в них кода в соответствии с одним или несколькими алгоритмами.
На фиг. 3 показана камера сгорания или цилиндр двигателя 10 (показанного на фиг. 1 - фиг. 2) согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Двигатель 10 может получать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, и информацию, вводимую оператором 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В рассматриваемом примере, указанное устройство 132 ввода содержит педаль подачи топлива и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 30 (также именуемый в настоящем документе «камерой сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 236 камеры сгорания и расположенный внутри поршень 238. Указанный поршень 238 может быть соединен с коленчатым валом 240 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Указанный коленчатый вал 240 через трансмиссионную систему может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства. Кроме того, указанный коленчатый вал 240 через маховик может быть соединен со стартером, что обеспечивает возможность запуска двигателя 10. В частности, генератор 24 (показанный на фиг. 1) и карданная передача, включающая в себя электромотор 26 (см. фиг. 1), могут быть соединены с коленчатым валом для обеспечения крутящего момента, необходимого для проворачивания коленчатого вала двигателя.
Указанный цилиндр 30 способен получать впускной воздух через множество каналов 242, 244 и 246 впуска воздуха. Канал 246 впуска воздуха выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10, а не только с цилиндром 30. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, один или несколько впускных каналов могут содержать устройство нагнетания, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на фиг. 3 показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, включающим в себя электроприводной компрессор 274, расположенный между каналами 242 и 244 впуска воздуха, и выпускной турбиной 276, расположенной вдоль выпускного канала 248. Указанный компрессор 274 по меньшей мере частично получает мощность от указанной выпускной турбины 276 через вал 280, в случае если указанное устройство нагнетания выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения, например, когда двигатель 10 оснащен механическим нагнетателем, указанная выпускная турбина 276 может быть опционально исключена из конструкции, и тогда компрессор 274 может получать мощность от электромотора. Для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, вдоль указанного впускного канала может быть предусмотрена дроссельная заслонка 20, содержащая дроссельную шайбу 164. Например, указанная дроссельная заслонка 20 может быть расположена ниже по потоку от компрессора 274, как показано на фиг. 3, или, альтернативно, она может быть расположена выше по потоку от компрессора 274. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, как раскрыто со ссылкой на фиг. 2, ниже по потоку от компрессора 174 и выше по потоку от дроссельной заслонки 20 может быть предусмотрен охладитель ОВН (САС), предназначенный для охлаждения сжатого наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель. Альтернативно, указанный охладитель ОНВ (САС) может быть расположен ниже по потоку от дроссельной заслонки, интегрированной во впускной коллектор 246.
Выпускной канал 248 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10, а не только от цилиндра 30. На чертежах показано, что выше по потоку от устройства 170 УСТОГ (ECD), выпускной канал 148 соединен с датчиком 128 отработавших газов. Указанный датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий информацию о воздушно-топливном отношении в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или UEGO-датчик (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), кислородный датчик с двумя состояниями или EGO-датчик (показан), HEGO-датчик (EGO-датчик с подогревом), датчик содержания NOx, НС или СО. Указанное устройство УСТОГ (ECD) может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (Three-Way Catalyst, TWC), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или сочетание указанных устройств.
Температуру отработавших газов можно оценивать одним или несколькими датчиками температуры (не показаны), расположенными в указанном выпускном канале 248. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, температуру отработавших газов можно определять из условий работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение, запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температуру отработавших газов можно вычислить посредством одного или нескольких датчиков 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов альтернативно может быть оценена любым сочетанием из перечисленных в настоящем документе способов оценки температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, в проиллюстрированном примере цилиндр 30 имеет по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 250 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 256, расположенные в верхней части цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Впускным клапаном 250 можно управлять посредством контроллера 12 путем приведения в действие кулачка через систему 251 привода кулачка. Аналогичным образом указанным выпускным клапаном 256 можно управлять посредством контроллера 12 путем приведения в действие кулачка через систему 253 привода кулачка. Каждая из указанных систем 251 и 253 привода кулачка может содержать один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из систем: систему переключения профилей кулачков, систему переменной синхронизации кулачков, систему регулирования фаз газораспределения и/или систему переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов, которыми может управлять контроллер 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 250 и выпускного клапана 256 может быть задано датчиками 255, 257 положения клапана соответственно. В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, впускным и/или выпускным клапанами можно управлять путем приведения в действие электрического привода клапана. Например, указанный цилиндр 30 в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения может содержать впускной клапан, управляемый приведением в действие электрического привода клапана, и выпускной клапан, управляемый приведением в действие кулачка с привлечением системы переключения профилей кулачков и/или системы переменной синхронизации кулачков. В других вариантах осуществления настоящего изобретения впускным и выпускным клапанами можно управлять посредством общего клапанного исполнительного механизма или приводной системы, или исполнительного механизма или приводной системы переменного газораспределения.
Указанный цилиндр 30 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов при нахождении поршня 238 в нижней и верхней мертвой точках. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако в некоторых случаях с использованием топлива разных видов указанная степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой латентной энтальпией парообразования. Степень сжатия может также увеличиваться при использовании прямого впрыска вследствие его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования горения. Система 190 зажигания обеспечивает искру зажигания в камере сгорания 30 посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания (ОЗ) в выбранных режимах работы. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения свечу 192 зажигания не используют, так что двигатель 10 может инициировать горения топлива за счет самовоспламенения или при впрыске топлива, как происходит в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может содержать одну или несколько форсунок, подающих в цилиндр текучую среду, предупреждающую детонацию или калильное зажигание. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, указанная текучая среда может представлять собой топливо, причем форсунка также называется топливной форсункой. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной напрямую с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в указанный цилиндр пропорционально ширине импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width, ширина импульса впрыска топлива), полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. При этом топливная форсунка 166 осуществляет «прямой впрыск» топлива в камеру сгорания 30. Хотя на фиг. 2 указанная топливная форсунка 166 показана в виде боковой топливной форсунки, она также может быть расположена сверху поршня, например, около места расположения свечи 192 зажигания. Из-за меньшей летучести некоторых видов спиртового топлива такое расположение топливной форсунки может улучшать смешивание и горение при эксплуатации двигателя на спиртовом топливе. В другом варианте осуществления настоящего изобретения для улучшения смешивания топливная форсунка может быть расположена выше впускного клапана и около него.
Топливо может поступать к топливной форсунке 166 из топливной системы 8 высокого давления, имеющей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. Альтернативно, топливо можно подавать посредством одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом установка фаз распределения прямого впрыска топлива на такте сжатия может быть ограничена в большей степени по сравнению со случаем использования топливной системы высокого давления. Кроме этого, хотя это и не показано на прилагаемых чертежах, топливные баки могут быть оснащены первичным преобразователем давления, подающим сигнал в контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления настоящего давления указанная форсунка 166 может представлять собой форсунку, подающую топливо во впускные каналы выше по потоку от цилиндра 30.
Как описано выше, на фиг. 3 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый цилиндр по аналогии может содержать свой собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (или форсунки), свечу зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 8 могут вмещать в себя топливо разного качества, например, с разным составом. При этом указанные различия могут относится к различному содержанию спирта, различным октановым числам, различному количеству тепла испарения, различным смесям топлива и/или сочетаниям перечисленных параметров и т.д. В одном из примеров, топлива с различным содержанием спирта могут отличаться друг от друга тем, что одно топливо представляет собой бензин, а другое топливо представляет собой этанол или метанол. В другом примере двигатель может использовать бензин как первое вещество, а топливную смесь Е85 (содержащую примерно 85% этанола и 15% бензина) или топливную смесь М85 (содержащую примерно 85% метанола и 15% бензина) - как второе вещество. Другие спиртосодержащие топлива могут представлять собой смеси спирта и воды, смеси спирта, воды и бензина и т.д.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления настоящего изобретения, система РОГ (EGR) может направлять требуемую часть наддувочного воздуха или отработавших газов из выпускного канала 248 в канал 242 впуска воздуха. На фиг. 3 показана система РОГ (EGR) низкого давления, в которой поток рециркулирующих отработавших газов низкого давления направляется через канал 260 РОГ низкого давления из места ниже по потоку от турбины 276 в место выше по потоку от компрессора 274. Объем рециркулирующих отработавших газов низкого давления, подаваемых в канал 242 впуска воздуха можно менять посредством контроллер 12 через клапан 262 РОГ (EGR) низкого давления. По аналогии, можно предусмотреть систему РОГ (EGR) высокого давления (не показана), в которой поток рециркулирующих отработавших газов высокого давления направляют через канал РОГ (EGR) высокого давления из места выше по потоку от турбины 276 в место ниже по потоку от компрессора 274. Объем рециркулирующих отработавших газов высокого давления, подаваемый во впускной канал 146, можно менять посредством контроллера 12 через предусмотренный для этого клапан РОГ (EGR) высокого давления. Такая система РОГ (EGR) высокого давления может включать в себя охладитель РОГ (EGR) высокого давления, а система РОГ (EGR) низкого давления может включать в себя охладитель 266 РОГ (EGR) низкого давления для отведения тепла газов из системы РОГ (EGR), например, хладагенту двигателя.
Датчики РОГ (EGR) могут быть расположены внутри каналов РОГ (EGR) и могут выдавать информацию об одном или нескольких из следующих параметров: массовый расход, давление, температура, концентрация O2 и концентрация отработавшего газа. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, один или несколько датчиков могут быть расположены в канале 260 РОГ (EGR) низкого давления и выдавать информацию об одном или нескольких из следующих параметров: давление, температура и воздушно-топливное отношение отработавших газов, рециркулирующих через канал РОГ (EGR) низкого давления. Отработавшие газы, отведенные через канал 260 РОГ (EGR) низкого давления, можно разбавить свежим впускным воздухом в точке смешивания, расположенной на стыке канала 260 РОГ (EGR) низкого давления и канала 242 впуска воздуха. В частности, разбавление рециркулирующих отработавших газов можно регулировать путем настройки указанного клапана 262 РОГ (EGR) низкого давления совместно с дроссельной заслонкой 230 системы СВВ (AIS) низкого давления. Процент разбавления потока рециркулирующих отработавших газов низкого давления может быть получен на основании выходного сигнала датчика 265, находящегося в струе рециркулирующих отработавших газов.
На фиг. 3 показано, что указанный контроллер 12 выполнен в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 206, порты 208 ввода/вывода (I/O), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде микросхемы постоянного запоминающего устройства ПЗУ 110 (Read-only Memory, ROM), оперативное запоминающее устройство ОЗУ 212 (Random Access Memory, RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 214 ЭЗУ (Keep Alive Memory, КАМ) и шину данных. Дополнительно к тем сигналам, о которых упоминалось выше, указанный контроллер 12 способен принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, причем к указанным сигналам относятся, в частности: результат измерения массового расхода воздуха МРВ (Mass Air Flow, MAF), полученный отдатчика 222 массового расхода воздуха; результат измерения температуры хладагента двигателя ТХД (Engine Coolant Temperature, ЕСТ), полученный от датчика 216, соединенного с втулкой 218 охлаждения; сигнал подхвата профиля зажигания ППЗ (Profile Ignition Pickup, PIP), полученный от датчика 220 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140, сигнал положения дроссельной заслонки ПДЗ (Throttle Position, TP), полученный от датчика положения дроссельной заслонки, сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (Manifold Absolute Pressure, MAP), полученный от датчика 124, сигнал воздушно-топливного отношения в цилиндре, полученный от EGO-датчика 128, и сигнал нарушения горения, полученный от датчика детонации. Сигнал частоты вращения двигателя в об/мин может быть сгенерирован контроллером 12 из указанного сигнала ППЗ (PIP). Сигнал абсолютного давления в коллекторе, полученный от датчика давления в коллекторе, может быть использован для выдачи информации о разрежении или давлении во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 210 может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, которые представляют собой инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 206 для осуществления способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются. Примеры алгоритмов раскрыты ниже со ссылкой на фиг. 4-5.
На фиг. 4 показан пример алгоритма 400 компрессионного нагревания цилиндров двигателя перед повторным запуском двигателя. Выполнение алгоритма позволяет снизить выбросы сажи, образующейся при прямом впрыске топлива при последующем повторном запуске двигателя.
На этапе 402 оценивают и/или измеряют рабочие условия двигателя и транспортного средства. К таким условиям относится, например, положение педали тормоза, положение педали подачи топлива, запрос крутящего момента от оператора, степень заряженности аккумуляторной батареи, температура двигателя (Тдв), температура и влажность окружающего воздуха, барометрическое давление (БД) и т.д. В одном из примеров, система гибридного транспортного средства представляет собой систему гибридного транспортного средства с разветвлением потоков мощности.
На этапе 404 на основе результатов оценки рабочих условий определяют рабочий режим транспортного средства. Например, на основании по меньшей мере оцененного запроса крутящего момента от оператора и степени заряженности аккумуляторной батареи можно определить, следует ли эксплуатировать транспортное средство в режиме работы только двигателя (когда двигатель приводит в движение колеса автомобиля), во вспомогательном режиме (когда аккумуляторная батарея содействует двигателю в приведении транспортного средства в движение) или в чисто электрическом режиме (когда только аккумуляторная батарея приводит в движение транспортное средство). В одном из примеров, если запрошенный крутящий момент обеспечивается только аккумуляторной батареей, то транспортное средство можно эксплуатировать в чисто электрическом режиме и приводить в движение, используя крутящий момент только от электромотора. В другом примере, если запрошенный крутящий момент не может быть обеспечен только аккумуляторной батареей, то транспортное средство можно эксплуатировать в режиме двигателя или во вспомогательном режиме, когда транспортное средство приводится в движение по меньшей мере частично крутящим моментом двигателя. Транспортное средство, соответственно, можно эксплуатировать в заданном рабочем режиме.
На этапе 406 удостоверяются, что транспортное средство работает в чисто электрическом режиме. Если электрический режим не подтверждается, то на этапе 408 гибридное транспортное средство приводят в движение по меньшей мере частично крутящим моментом двигателя. Например, транспортное средство можно привести в движение только крутящим моментом двигателя (например, в электрическом режиме) или крутящим моментом двигателя и электромотора в комбинации (например, во вспомогательном режиме). Если электрический режим подтверждается, то на этапе 410 транспортное средство приводят в движение только крутящим моментом электромотора.
На этапе 412 оценивают, определяют или моделируют температуру цилиндров двигателя и определяют, необходимо ли нагреть двигатель для снижения выбросов при предстоящем повторном запуске. В одном из примеров, можно оценить температуру поршней двигателя и определить тот факт, что требуется нагревание двигателя, в том случае, если температура поршня ниже порогового значения. В другом примере, можно сравнить температуру стенки цилиндра с температурой наддува цилиндра и определить тот факт, что требуется нагревание двигателя, если разница температур стенки цилиндра и наддува цилиндра выше порогового значения. В других примерах, при приведении транспортного средства в движение крутящим моментом электромотора, можно определить, предстоит ли запуск двигателя. Например, по таким условиям работы, как положение педали оператора, степень заряженности аккумуляторной батареи и т.д., можно определить, потребуется ли повторно запускать двигатель для удовлетворения запрошенного оператором крутящего момента. Если температура цилиндров двигателя указывает на то, что дальнейшее нагревание не потребуется и/или что предстоящий повторный запуск не подтверждается, то выполнение алгоритма может быть завершено.
Если требуется нагревание двигателя, то на этапе 414 в ожидании предстоящего повторного запуска двигателя, для повышения температуры поршней цилиндров контроллер использует любую комбинацию компрессионного нагревания двигателя и компрессионного нагревания в цилиндре на такте сжатия. Как представлено на фиг. 5-6, это предусматривает вращение электроприводного впускного компрессора при закрытом положении верхней по потоку впускной дроссельной заслонки и открытом положении клапана РОГ (EGR), во время приведения транспортного средства в движение крутящим моментом электромотора, до тех пор, пока температура поршня не станет выше порогового значения (или до тех пор, пока разница температур между стенкой цилиндра и наддувом цилиндра не станет меньше порогового значения). При этом, энергию компрессора используют для сжатия наддувочного воздуха, в процессе чего образуется тепло. Затем указанное тепло циркулирует через двигатель, нагревая цилиндры.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, нагревание может предусматривать вращение двигателя без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора с частотой вращения, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, при этом задействуют выпускной нагреватель или впускной нагреватель, указанный клапан РОГ (EGR) удерживают в открытом положении, а указанную впускную дроссельную заслонку удерживают в закрытом положении для того, чтобы обеспечить рециркуляцию наддувочного воздуха через двигатель. При этом в процессе медленного вращения, каждый цилиндр двигателя постепенно переходит в первое положение, в котором цилиндр находится на такте сжатия, и временно удерживается в указанном первом положении, чтобы уравнять температуру стенок цилиндра и наддува цилиндра. Кроме того, указанное медленное вращение позволяет каждый цилиндр аналогичным образом переместить в соответствующее положение и временно удерживать на такте сжатия, на котором происходит нагревание цилиндра. Фактически, далее может произойти охлаждение цилиндра, когда вращающийся коленчатый вал переместит указанный цилиндр на следующий такт расширения. Однако цилиндр может нагреться на такте сжатия больше, чем он охладится на такте расширения, обеспечивая, тем самым, полезное нагревание цилиндра в процессе медленного вращения. Таким образом, медленное вращение обеспечивает в цилиндре эффект теплового насоса. Преимущество такого технического решения заключается в том, что при медленном вращении двигателя используется тепло, сгенерированное на такте сжатия выбранных цилиндров для того, чтобы нагреть камеру сгорания и, тем самым, предварительно нагреть двигатель перед его повторным запуском. Кроме того, за счет медленного вращения двигателя можно повысить давление топлива, что улучшает характеристики распыление топлива и снижает образование сажи.
Возможны также и другие комбинации, перечисленные в таблице, представленной на фиг. 6. В каждом случае, вращение инициируют в ответ на необходимость нагревания цилиндра (то есть, в ответ на то, что температура поршня цилиндра меньше порогового значения) и продолжают до тех пор, пока температура поршня не станет выше порогового значения. За счет нагревания двигателя перед повторным запуском можно снизить выбросы твердых частиц, образующихся в результате прямого впрыска топлива и его попадания на холодные поверхности камеры сгорания в процессе холодного запуска.
На этапе 416, после достаточного предварительного нагревания, в случае удовлетворения условий повторного запуска двигателя, проворачивают коленчатый вал двигателя и подают в двигатель топливо. Опционально, двигатель можно установить в заданное положение посредством электромотора. В частности, двигатель без подачи топлива можно вращением коленчатого вала установить в положение, в котором обеспечивается возможность его повторного запуска. Например, двигатель можно вращением коленчатого вала установить таким образом, чтобы поршень цилиндра двигателя оказался в положении закрытия впускного клапана или вблизи указанного положения. Это позволит выполнить сжатие в цилиндре во время проворачивания коленчатого вала двигателя перед его запуском, при этом воспламенение топлива в цилиндре произойдет при температуре меньше 180°. В альтернативном примере, можно выполнить вращение коленчатого вала таким образом, чтобы поршень цилиндра оказался в верхней мертвой точке или около указанной точки перед подачей топлива в цилиндре и сжатием в нем заряда. После этого цилиндр может ожидать искры. Однако в последнем примере может произойти утечка давления. После того, как двигатель установлен в заданное положение, при необходимости его можно запустить повторно. Например, двигатель можно повторно запустить в ответ на повышение запроса крутящего момента от оператора, когда указанный запрос не может быть удовлетворен электромотором или аккумуляторной батареей гибридного транспортного средства. Альтернативно, двигатель может быть повторно запущен из-за падения степени заряженности батареи. Также, двигатель может быть повторно запущен для задействования воздушного компрессора и удовлетворения требований по нагреванию, вентиляции и кондиционированию воздуха. После того, как условия повторного запуска двигателя будут удовлетворены, коленчатый вал двигателя можно провернуть и обеспечить подачу топлива в двигатель для возобновления сжигания топлива в двигателе.
На фиг. 5 показан пример алгоритма 500 нагревания цилиндров двигателя посредством компрессионного нагревания перед повторным запуском двигателя для улучшения испарения топлива в процессе повторного запуска двигателя.
На этапе 502 удостоверяются в том, что нагревание поршня необходимо. В одном из примеров, нагревание поршня может понадобиться, если температура поршня цилиндра (или, альтернативно, температура поверхности горения цилиндра) ниже порогового значения. В другом примере, нагревание поршня может понадобиться, если разность температур стенок цилиндра и наддува цилиндра меньше порогового значения. Температуру поверхностей горения цилиндра можно оценить, определить или смоделировать. Если нагревание не требуется, то выполнение алгоритма может быть завершено.
Если нагревание требуется, то цилиндр можно нагреть различными комбинациями компрессионного нагревания. Разнообразные комбинации перечислены в таблице 600, представленной на фиг. 6, некоторые возможные варианты действий проиллюстрированы на фиг. 5. Первый набор действий по нагреванию, которые начинаются с началом вращения двигателя, описан на этапах 504-518. Второй набор действий по нагреванию, которые начинаются с началом вращения компрессора, описан на этапах 520-534.
На этапе 504 алгоритма, при приведении гибридного транспортного средства в движение только крутящим моментом электромотора и перед предстоящим повторным запуском двигателя, вращают без подачи топлива двигатель посредством крутящего момента электромотора с частотой вращения, меньшей пороговой частоты вращения. При этом электромотор транспортного средства приводит в движение транспортное средство и вращает двигатель. Пороговой частотой вращения в одном из примеров может быть частота проворачивания коленчатого вала двигателя. То есть, двигатель можно вращать с частотой, меньшей частоты, с которой двигатель вращался бы стартером при проворачивании коленчатого вала двигателя и повторном запуске двигателя. Например, при проворачивании коленчатого вала двигателя, двигатель может вращаться стартером с частотой 150 об/мин без подачи топлива. Для сравнения - в процессе медленного вращения для нагревания цилиндра, двигатель может вращаться электромотором / генератором гибридного транспортного средства с частотой 10-30 об/мин. В альтернативных примерах, пороговая частота, при которой или выше которой происходит медленное вращение двигателя, может быть больше или меньше в зависимости от таких рабочих параметров, как температура масла, температура окружающего воздуха или шум, вибрация и плавность хода.
В одном из примеров, медленное вращение двигателя может быть инициировано в цилиндре (например, первом цилиндре), выбранном в зависимости от того, насколько близко поршень указанного цилиндра находится к верхней мертвой точке такта сжатия. Например, контроллер может идентифицировать цилиндр, поршень которого наиболее близок к верхней мертвой точке такта сжатия, или находится в положении, при котором наблюдается по меньшей мере пороговый уровень компрессии. Затем двигатель вращают, чтобы последовательно нагреть каждый цилиндр на его такте сжатия. По мере продолжения вращения, каждый цилиндр может быть охлажден на своем такте расширения, сразу же после завершения такта сжатия. Однако на такте сжатия цилиндр может нагреться больше, чем он охладится на такте расширения, обеспечивая, тем самым, полезное нагревание каждого цилиндра за счет эффекта теплового насоса. При этом на такте сжатия каждого цилиндра наддувочный воздух сжимается, вырабатывая тепло. Вращая двигатель таким образом, чтобы цилиндр удерживался на такте сжатия, можно передать тепло от сжатого воздуха стенкам цилиндра, головке цилиндра и поршню, повышая, тем самым, температуру двигателя.
В некоторых примерах двигатель можно с пользой вращать от колес транспортного средства. Например, контроллер может определить, замедляется ли транспортное средство, например, при событиях торможения или снижения скорости. Если происходит замедление, то во время указанных событий торможения или снижения скорости можно вращать двигатель от колес. При этом, крутящий момент колес, который бы иначе рассеялся в виде тепла или был бы использован для рекуперативного торможения, можно с пользой приложить для вращения двигателя. Вращение двигателя от колес транспортного средства можно использовать вместо вращения двигателя крутящим моментом электромотора или дополнительно к нему. Например, во время одного из событий торможения или снижения скорости, частоту вращения двигателя можно временно увеличить за счет вращения двигателя и от колес гибридного транспортного средства, и от электромотора.
На этапе 506 алгоритма верхнюю по потоку впускную дроссельную заслонку (например, дроссельную заслонку 230 системы СВВ (AIS) с фиг. 2-3) удерживают в закрытом положении, в процессе вращения. Указанная впускная дроссельная заслонка, находящаяся в закрытом положении, может быть расположена выше по потоку от впускного компрессора. Закрытие впускной дроссельной заслонки обеспечивает возможность втягивания сжатого наддувочного воздуха обратно в двигатель с отсутствием чистого потока из системы выпуска отработавших газов. Это снижает вероятность выпуска выбросов, которые могут оставаться в картере двигателя. На этапе 508 алгоритма также удерживают клапан РОГ (EGR) (например, клапан РОГ (EGR) 152, показанный на фиг. 2) в открытом положении для обеспечения рециркуляции нагретого наддувочного воздуха через двигатель. Вращая двигатель при закрытом положении дроссельной заслонки системы СВВ (AIS) и открытом положении клапана РОГ (EGR), можно прокачать воздух через цилиндры двигателя. При открытии клапана РОГ (EGR) выходящий из цилиндра поток газов проходит обратно в двигатель, уменьшая разрежение в двигателе. При этом воздух прокачивается в замкнутом контуре. За счет отведения тепла, выделяющегося в процессе сжатия, в верхней мертвой точке при расширении, наддувочный воздух становится холоднее, чем он был, когда началось сжатие. После этого наддувочный воздух можно вытолкнуть из выхлопной трубы двигателя или направить обратно через систему РОГ (EGR), чтобы обеспечить возможность многократного использования одного и того же наддувочного воздуха. Это ограничивает потенциальное содержание углеводородов в отработавших газах.
На этапе 512 алгоритма опционально, в процессе вращения двигателя, задействуют выпускной нагреватель, соединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов (например, нагреватель 121, показанный на фиг. 2). На этапе 514 алгоритма опционально, в процессе вращения двигателя, задействуют впускной нагреватель, установленный во впускном канале двигателя (например, нагреватель 118, показанный на фиг. 2). Благодаря задействованию одного или нескольких впускных и выпускных нагревателей, дополнительное тепло направляется в наддувочный воздух, циркулирующий через цилиндры двигателя, улучшая передачу тепла поверхностям горения цилиндра.
На этапе 516 алгоритма опционально задействуют электроприводной компрессор, соединенный с входом двигателя. При вращении компрессора, энергия компрессора обеспечивает дополнительное тепло для нагретого сжатого наддувочного воздуха. Вращая электроприводной компрессор, контроллер может регулировать синхронизацию кулачков, например, положение VCT (Variable Cam Timing, переменная синхронизация кулачков), для увеличения положительного перекрытия впускных и выпускных клапанов. Например, моменты открытия и закрытия впускных и/или выпускных клапанов могут быть отрегулированы так, чтобы улучшить продувку сжатого наддувочного воздуха через цилиндры двигателя. Это улучшает передачу тепла цилиндрам двигателя от сжатого наддувочного воздуха.
На этапе 518 алгоритма опционально, в процессе работы электроприводного компрессора, открывают рециркуляционный клапан компрессора (например, рециркуляционный клапан 172 компрессора, показанный на фиг. 2), соединенный с входом и выходом компрессора. При открытии указанного рециркуляционного клапана компрессора обеспечивается нагревание охладителя ОНВ (САС) также энергией компрессора. После этого можно продолжить вращение двигателя и/или компрессора, пока цилиндры не станут достаточно теплыми.
В альтернативном варианте нагревания, на этапе 520 алгоритма вращают двигатель от электромотора в положение, в котором положительное перекрытие клапанов больше, что улучшает возможность продувки. Например, для увеличения положительного перекрытия клапанов можно выполнить регулирование синхронизации кулачков или регулирование фаз газораспределения. На этапе 522 алгоритма вращают электроприводной впускной компрессор, во время приведения во вращение гибридного транспортного средства крутящим моментом электромотора. Вращение электроприводного впускного компрессора предусматривает приведение в действие соединенного с ним электромотора. Кроме того, компрессор можно вращать с частотой, меньшей пороговой частоты, требуемой для наращивания наддува. Электромотор, соединенный с компрессором, может представлять собой первый электромотор, отличающийся от второго электромотора (или мотора/генератора), используемого для приведения в движение гибридного транспортного средства.
На этапе 524, во время вращения компрессора, верхнюю по потоку впускную дроссельную заслонку закрывают. В частности, закрывают дроссельную заслонку системы СВВ (AIS), соединенную с компрессором выше него по потоку. На этапе 526, во время вращения компрессора клапан РОГ (EGR) удерживают в открытом положении. Закрытие впускной дроссельной заслонки позволяет затянуть сжатый наддувочный воздух обратно в двигатель с отсутствием чистого потока из системы выпуска отработавших газов. При открытии клапана РОГ (EGR), выходящий из цилиндра поток газа проходит обратно в двигатель, уменьшая разрежение в двигателе. Вращая компрессор при закрытом положении дроссельной заслонки системы СВВ (AIS) и открытом положении клапана РОГ (EGR), можно прокачивать воздух через цилиндры двигателя. При этом воздух прокачивается в замкнутом контуре. За счет отведения тепла, выделяющегося в процессе сжатия, в верхней мертвой точке при расширении, наддувочный воздух становится холоднее, чем он был, когда началось сжатие. После этого наддувочный воздух можно вытолкнуть из выхлопной трубы двигателя или направить обратно через систему РОГ (EGR), чтобы обеспечить возможность многократного использования одного и того же наддувочного воздуха. Это ограничивает потенциальное содержание углеводородов в отработавших газах. Клапан РОГ (EGR) может быть расположен в канале РОГ (EGR) низкого давления, соединяющем систему выпуска отработавших газов, ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, с входом двигателя, выше по потоку от компрессора.
На этапе 528 алгоритма опционально, во время вращения, приводят в действие электрический нагреватель, соединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов. На этапе 530 алгоритма опционально, во время вращения, задействуют электрический нагреватель, соединенный с впускным каналом двигателя. Благодаря задействованию одного или нескольких впускных или выпускных нагревателей, можно еще больше нагреть наддувочный воздух, циркулирующий в двигателе по замкнутому контуру.
На этапе 532 алгоритма опционально, во время вращения компрессора, открывают рециркуляционный клапан компрессора, установленный в перепускном канале компрессора, проходящем через указанный компрессор, для увеличения рециркуляции через охладитель ОНВ (САС), расположенный ниже по потоку от компрессора.
На этапе 534 алгоритма опционально, при вращении компрессора, также вращают двигатель без подачи топлива крутящим моментом электромотора. Например, двигатель можно вращать крутящим моментом второго электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя. При вращении двигателя, каждый из цилиндров двигателя подвергается продувке горячим воздухом от компрессора. Двигатель может вращаться с пониженной частотой непрерывно или прерывисто. Например, для распределения тепла компрессора, двигатель можно вращать периодически.
В каждом случае, вращение происходит в ответ на то, что оцениваемая температура поршня цилиндра меньше порогового значения. Также, в каждом случае, вращение может продолжаться до тех пор, пока двигатель не станет достаточно нагретым. Например, критерием может быть повышение температуры поршня выше порогового значения или уменьшение разности температур между стенками цилиндров и наддувочным воздухом цилиндра ниже порогового значения. В альтернативном примере, можно оценить (например, сравнить с пороговой температурой) температуру двигателя или среднюю температуру поршня цилиндра. Если температура поршня выше порогового значения, или если указанная разность ниже порогового значения, то вращение компрессора и/или двигателя можно прервать и возобновить подачу топлива для повторного запуска двигателя. Или же, вращение двигателя и/или компрессора можно продолжить до тех пор, пока температура поршня не достигнет порогового значения или не превысит указанное пороговое значение (или пока разность температур между стенками цилиндра и наддувочным воздухом цилиндра не станет ниже порогового значения, или пока температура двигателя или средняя температура поршня не станет выше порогового значения).
В некоторых примерах, контроллер также может определять, превышает ли магистральное давление топлива пороговое значение. После этого можно выполнить регулировку вращения двигателя, основываясь на оценке магистрального давления топлива. В частности, если магистральное давление топлива недостаточно велико, контроллер может продолжать вращение двигателя без подачи топлива с частотой, меньшей пороговой частоты, до тех пор, пока магистральное давление топлива не превысит пороговое значение. Тем не менее, так как магистральное давление топлива может возрасти за несколько (например, от пяти до десяти) насосных ходов двигателя, и так как пороговое количество насосных ходов (например, два) достигается за каждый оборот двигателя, то магистральное давление топлива может достичь пороговое значение к моменту времени, когда температура цилиндров уже будет достаточно высокой.
После того, как все цилиндры двигателя будут нагреты, и если удовлетворены условия повторного запуска, можно возобновить впрыск топлива для повторного запуска двигателя. Например, двигатель можно вращать стартером с частотой проворачивания коленчатого вала двигателя. Затем контроллер может выбрать цилиндр, в котором будет возобновлена подача топлива. Цилиндр может быть выбран, исходя из положения поршня. Например, можно выбрать цилиндр, поршень которого находится в положении, соответствующем закрытию впускного клапана, или близко к указанному положению. Затем, в процессе проворачивания коленчатого вала двигателя, в выбранный цилиндр можно впрыснуть топливо для повторного запуска двигателя. Следует понимать, что в альтернативном примере двигатель может не выбирать цилиндр, в который необходимо возобновить подачу топлива, но может возобновить подачу топлива так и тогда, когда это потребуется.
Следует понимать, что в других возможных примерах, после медленного вращения двигателя для нагревания цилиндров, алгоритм может предусматривать вращение двигателя без подачи топлива от электромотора транспортного средства в то положение, которое является оптимальным с точки зрения повторного запуска двигателя. Например, двигатель можно вращать в положение, из которого можно быстро перезапустить двигатель, если условия повторного запуска двигателя не будут удовлетворены сразу после нагревания цилиндров. В одном из примеров, продолжение вращения может предусматривать такое вращение, при котором поршень окажется в положении, соответствующем закрытию впускного клапана или близком к указанному положению.
Таким образом, в настоящем изобретении предложен способ нагревания цилиндров двигателя гибридного транспортного средства в ответ на охлаждение стенок цилиндра ниже пороговой температуры при приведении транспортного средства в движение только крутящим моментом электромотора. Согласно указанному способу, при первом условии, контроллер с машиночитаемыми инструкция, хранящимися в энергонезависимом запоминающем устройстве, содержит код для вращения двигателя без подачи топлива крутящим моментом электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, для последовательного нагревания всех цилиндров двигателя при прохождении ими такта сжатия. Для сравнения, при втором условии контроллер имеет код для вращения электроприводного впускного компрессора с удержанием рециркуляционного клапана компрессора в открытом положении. И при первом, и при втором условиях впускную дроссельную заслонку удерживают в закрытом положении, а клапан РОГ (EGR) удерживают в открытом положении. Кроме того, и при первом, и при втором условиях вращение продолжают до тех пор, пока температура стенок цилиндра не станет выше порогового значения, причем указанное пороговое значение зависит от температуры наддувочного воздуха цилиндра. Кроме того, и при первом, и при втором условиях можно задействовать один или несколько впускных и выпускных нагревателей, причем выпускной нагреватель соединен с каталитическим нейтрализатором отработавших газов, расположенным выше по потоку от входа канала РОГ (EGR), а впускной нагреватель соединен с впускным каналом выше по потоку от компрессора.
На фиг. 7 на графике 700 проиллюстрирован эффект нагревания на такте сжатия. В частности, первый набор кривых 702-704 демонстрирует изменение внутрицилиндровой температуры в процессе прохождения цилиндром такта сжатия при вращении коленчатого вала. Второй набор кривых 712-714 демонстрирует изменение внутрицилиндрового давления в процессе прохождения цилиндром такта сжатия при вращении коленчатого вала. В проиллюстрированном примере, двигатель вращается медленно, с частотой 30 об/мин. В каждом наборе, кривые 702 и 712 (сплошные линии) демонстрируют расчетные данные, а кривые 704 и 714 (пунктирные линии) демонстрируют данные по результатам моделирования. Расчетные данные иллюстрируют ситуацию, когда поток тепла отсутствует и тепло не передается стенкам цилиндров и поршням. Для сравнения, данные моделирования иллюстрируют ситуацию, когда имеется поток тепла и тепло передается стенкам и поршням цилиндров. Построенные идеальные кривые начинаются с момента закрытия впускного клапана (ЗВК; примерно 625 САПР) и заканчиваются открытием выпускного клапана (ОВК; примерно 832 САПР). Расчетные кривые (кривые 704, 714) построены для изоэнтропического процесса и объемного отношения. Идеальные кривые (кривые 702, 712) затем пересчитывают с учетом параметров P1 и V1 для изоэнтропического процесса и объемного отношения при закрытии впускного клапана. Как можно видеть, на такте сжатия стенкам цилиндра и поршня передается значительное количество теплоты, даже несмотря на то, что по завершении такта сжатия происходит некоторое охлаждение. В частности, данные моделирования демонстрируют, как сжатый воздух теряет тепло, которое переходит к стенкам цилиндров и поршням, после чего происходит падение внутрицилиндровой температуры. Кроме того, тепло передается непосредственно в то место, где теплопередача имеет значительное влияние на выбросы твердых частиц. Эту теплопередачу выгодно используют для повышения температуры поршня. В частности, нагревание на такте сжатия повторяют на заданном количестве циклов, пока температура поршня не станет выше пороговой температуры. Таким образом, в процессе медленного вращения двигателя каждый цилиндр имеет возможность нагреться на такте сжатия. Соответственно, когда двигатель запускают повторно, а топливо подают в предварительно нагретый цилиндр, капли жидкого топлива попадают прямо на уже нагретые поверхности горения, что улучшает испарение топлива.
На фиг. 6 в таблице 600 перечислены различные режимы работы или режимы нагревания двигателя, осуществимые в системе гибридного транспортного средства, показанной на фиг. 1-3. При этом указанные режимы следует рассматривать как неограничивающие примеры, допускающие возможность существования и других режимов.
В одном из примеров, двигательную систему можно эксплуатировать в первом режиме (режим 1), в котором двигатель без подачи топлива медленно вращают крутящим моментом электромотора, при этом впускная дроссельная заслонка удерживается в закрытом положении, а клапан РОГ (EGR) удерживается в открытом положении. При этом, цилиндры двигателя нагревают, используя тепло, образующееся на такте сжатия.
В другом примере, двигательная система может работать во втором режиме (режим 2), в котором дополнительно ко всем установкам первого режима, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха могут задействовать электрический впускной нагреватель. Альтернативно, двигательная система может работать в третьем режиме (режим 3), в котором дополнительно ко всем установкам первого режима, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха могут задействовать электрический нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов. Помимо перечисленных режимов, двигатель также может работать в четвертом режиме, в котором дополнительно ко всем установкам первого режима, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха могут задействовать и электрический впускной нагреватель, и нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Еще в одном примере, двигательная система может работать в пятом режиме (режим 5), в котором дополнительно ко всем установкам первого режима могут задействовать электроприводной компрессор. То есть, в пятом режиме (и во всех режимах, производных от него) можно вращать и двигатель, и компрессор. Кроме того, в течение пятого режима, для того, чтобы двигатель работал с перекрытием клапанов, можно выполнить регулирование фаз газораспределения. Регулируя синхронизацию кулачков для улучшения положительного перекрытия впускных и выпускных клапанов, можно улучшить продувку воздуха (сжатого и прогретого компрессором) через цилиндры двигателя. В течение шестого режима (режим 6), двигатель может работать со всеми установками пятого режима, при этом рециркуляционный клапан компрессора РКК (CRV) остается открытым для увеличения рециркуляции нагретого наддувочного воздуха между выходом и входом компрессора. Это позволяет нагреть посредством энергии компрессора нижний по потоку охладитель ОНВ (САС).
Двигатель альтернативно может работать в седьмом режиме (режим 7), в котором дополнительно ко всем установкам пятого режима, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха можно задействовать электрический впускной нагреватель. В восьмом режиме (режим 8), двигатель может работать со всеми установками седьмого режима, при этом клапан РКК (CRV) находится в открытом положении. Двигатель альтернативно может работать в девятом режиме (режим 9), в котором дополнительно ко всем установкам пятого режима, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха можно задействовать нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов. В десятом режиме (режим 10), двигатель может работать со всеми установками девятого режима, при этом клапан РКК (CRV) также находится в открытом положении.
Двигатель также может работать в одиннадцатом режиме (режим 11), в котором вращают и двигатель, и компрессор, при этом задействуют и впускной, и выпускной нагреватели, сохраняя открытое положение и клапана РКК (CRV), и клапана РОГ (EGR), сохраняя закрытое положение впускной дроссельной заслонки и регулируя синхронизацию кулачков двигателя для обеспечения продувки.
Двигатель также может работать в двенадцатом режиме (режим 12), в котором нагревание поршня обеспечивают только вращением компрессора. При этом сохраняют положительное перекрытие клапанов при закрытой впускной дроссельной заслонке и открытом клапане РОГ (EGR). Альтернативно, двигательная система может работать в тринадцатом режиме (режим 13), в котором дополнительно ко всем установкам двенадцатого режима можно открыть клапан РКК (CRV). Двигатель также может работать в четырнадцатом режиме (режим 14), в котором дополнительно к вращению компрессора в соответствии с установками двенадцатого режима можно удерживать клапан РКК (CVR) в открытом положении и задействовать впускной нагреватель, или же в семнадцатом режиме (режим 17), в котором дополнительно к вращению компрессора в соответствии с установками двенадцатого режима, можно удерживать клапан РКК (CRV) в закрытом положении и задействовать впускной нагреватель. Аналогичным образом, двигатель может работать в пятнадцатом режиме (режим 15), в котором дополнительно к вращению компрессора в соответствии с установками двенадцатого режима можно удерживать клапан РКК (CRV) в открытом положении и задействовать выпускной нагреватель, или же в восемнадцатом режиме (режим 18), в котором дополнительно к вращению компрессора в соответствии с установками двенадцатого режима можно удерживать клапан РКК (CRV) в закрытом положении и задействовать выпускной нагреватель. Двигатель также может работать в шестнадцатом режиме (режим 16), в котором дополнительно ко всем установкам двенадцатого режима, в процессе вращения компрессора, для дополнительного нагревания наддувочного воздуха можно задействовать и впускной нагреватель, и нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов, сохраняя открытое положение клапана РКК (CRV). И наконец, двигатель также может работать в двадцатом режиме (режим 20), в котором в процессе вращения компрессора можно задействовать и впускной нагреватель, и нагреватель каталитического нейтрализатора отработавших газов, удерживая при этом клапан РКК (CRV) в закрытом положении.
Хотя в указанных выше режимах, в процессе вращения двигателя и/или компрессора впускная дроссельная заслонка остается закрытой, а клапан РОГ (EGR) остается открытым, в других возможных режимах впускная дроссельная заслонка может быть открыта и/или клапан РОГ (EGR) может быть закрыт.
Контроллер может выбирать из разных режимов в зависимости от требуемой степени нагревания цилиндров. Кроме этого, выбор режима может также зависеть от степени заряженности аккумуляторной батареи (то есть от того, как долго может работать электромотор), времени, оставшегося до предстоящего запуска двигателя, скорости движения транспортного средства и т.д. Аналогичным образом, контроллер может менять режимы с одного на другой по мере изменения потребности в нагревании цилиндров. Например, когда температуры поршней низкая, контроллер может инициировать работу в одном из режимов с 5 по 11, в которых вращаются и двигатель, и компрессор. По мере снижения потребности в нагревании, контроллер может перейти на работу с вращением только двигателя (как в режимах 1-4), или только компрессора (как в режимах 12-20). В альтернативном примере, когда температура поршней низкая, контроллер может инициировать работу в одном из тех режимов, в которых задействуются и впускной, и выпускной нагреватели. По мере снижения потребности в нагревании, контроллер может перейти на работу с задействованием либо только впускного нагревателя, либо только выпускного нагревателя.
На графике 800 фиг. 8 проиллюстрирован пример нагревания цилиндра в различных комбинациях вращения двигателя, вращения компрессора, рециркуляции компрессора и рециркуляции отработавших газов. На графике 800, кривая 802 демонстрирует скорость движения транспортного средства, кривая 804 демонстрирует частоту вращения компрессора, кривая графиком 806 демонстрирует степень заряженности аккумуляторной батареи, кривая 808 демонстрирует температуру поршня цилиндра, кривая 810 демонстрирует частоту вращения двигателя, кривая 812 демонстрирует магистральное давление топлива, кривая 814 демонстрирует положение впускной дроссельной заслонки ВДЗ (AIS), а кривя 816 демонстрирует положение клапана РОГ (EGR). Все кривые демонстрируют изменение вышеперечисленных параметров по времени, отложенном по оси х.
Приведение транспортного средства в движение можно начать в момент t1 времени. На момент начала движения транспортного средства, условия запуска двигателя могут быть не удовлетворены, и транспортное средство может приводиться в движение исключительно крутящим моментом электромотора. Например, транспортное средство может представлять собой гибридное транспортное средство, эксплуатируемое в электрическом режиме. В промежутке между моментами t1 и t2, возможно изменение запроса оператора и, соответственно, скорости движения транспортного средства, причем степень заряженности аккумуляторной батареи может изменяться, уменьшаясь быстрее по мере увеличения скорости движения транспортного средства. При этом в промежутке между моментами t1 и t2, когда транспортное средство приводится в движение только крутящим моментом электромотора, температура поршня может быть меньше пороговой температуры 809.
Для того чтобы нагреть цилиндры и, тем самым, уменьшить количество выбросов твердых частиц и улучшить эксплуатационные характеристики двигателя, можно вращать впускной компрессор, сохраняя закрытое положение впускной заслонки, расположенной выше по потоку от компрессора, и открыв клапан РОГ (EGR). Кроме того, можно установить коленчатый вал двигателя в положение, в котором усиливается продувка теплого сжатого воздуха. В процессе вращения компрессора температура поршня будет постепенно повышаться.
После момента t2 снижаются запрос крутящего момента от оператора и скорость движения транспортного средства. В результате, снижается (медленнее) степень заряженности аккумуляторной батареи, так как посредством аккумуляторной батареи продолжает вращаться только компрессор. Вскоре после наступления момента t2, происходит замедление транспортного средства. При этом вместо того, чтобы дать крутящему моменту колес рассеяться в виде тепла, выполняют полезное вращение двигателя от колес без подачи топлива. В результате падения крутящего момента колес, происходящего в ходе замедления транспортного средства, по меньшей мере часть крутящего момента колес используют для вращения двигателя от мотора/генератора с временным увеличением частоты вращения двигателя. В процессе медленного вращения двигателя от электромотора проявляются два эффекта. Во-первых, температура поршня повышается еще больше. Во-вторых, повышается магистральное давление топлива. После того, как скорость движения транспортного средства упадет, полезное вращение двигателя прекращают. Магистральное давление топлива после этого может постепенно рассеяться.
В момент t3, скорость движения транспортного средства снова возрастает, но условия повторного запуска двигателя не удовлетворяются. Кроме того, повторный запуск двигателя нежелателен, так как температура поршня хотя и стала выше, чем она была в момент t1, но все еще не достигла порогового значения 809. Таким образом, после прямого впрыска топлива в холодный цилиндр возможно образование большого количества твердых частиц. В результате, запуск двигателя откладывают и транспортное средство продолжает движение только за счет крутящего момента электромотора.
Для ускорения нагревания цилиндра, в момент t3, пока вращается компрессор, также можно вращать двигатель без подачи топлива с частотой вращения, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя. При этом компрессор и двигатель можно вращать посредством отдельных электромоторов, причем двигатель вращается посредством электромотор, который обеспечивает движение транспортного средства, а компрессор вращается посредством своего собственного электромотора. Например, двигатель можно вращать с частотой 10-30 об/мин. В процессе медленного вращения двигателя в промежутке времени между моментами t2 и t3, температура поршня повышается еще больше. Кроме того, магистральное давление топлива повышается и сохраняется на высоком уровне.
В промежутке времени между моментами t3 и t4, еще раз происходит замедления транспортного средства. При этом, вместо того, чтобы дать крутящему моменту рассеяться в виде тепла, выполняют еще более быстрое вращение двигателя без подачи топлива посредством крутящего момента колес. В результате падения крутящего момента колес, происходящего при замедлении транспортного средства, по меньшей мере часть крутящего момента колес используют для вращения двигателя от мотора/генератора с временным увеличением частоты вращения двигателя (выше частоты, с которой вращался двигатель в момент t2).
В промежутке времени между моментами t4 и t5, благодаря сочетанию эффектов вращения компрессора и вращения двигателя, температура поршня повышается и становится выше пороговой температуры 809. То есть, цилиндры двигателя можно считать подготовленными к подаче топлива, когда будут удовлетворены условия повторного запуска двигателя. В ответ на повышение температуры поршня, вращение компрессора прекращают и он вращается по инерции до полной остановки. Кроме того, можно закрыть клапан РОГ (EGR). В момент времени t5 скорость движения транспортного средства снова возрастает и условия повторного запуска двигателя считаются удовлетворенными. В частности, поскольку поршень становится достаточно теплым, а степень заряженности аккумуляторной батареи становится низкой, двигатель можно запустить повторно. Соответственно, после момента t5, коленчатый вал двигателя проворачивается посредством стартера с большей частотой, при этом происходит возобновление подачи топлива в цилиндр. Частота вращения двигателя увеличивается по мере того, как движение транспортного средства обеспечивается по меньшей мере крутящим моментом двигателя. Кроме того, крутящий момент двигателя можно использовать для подзарядки аккумуляторной батареи. В ответ на повторный запуск двигателя, открывают впускную дроссельную заслонку, а степень ее открытия затем регулируют в зависимости от условий частота вращения / нагрузка двигателя.
Следует понимать, что показанный на фиг. 8 пример является неограничивающим, при этом в зависимости от потребности в нагревание возможны другие варианты и комбинации вращения компрессора, вращения двигателя, положения клапана РОГ (EGR), положения дроссельной заслонки, положения клапана РКК (CRV), работы впускного нагревателя, работы выпускного нагревателя и установки фаз газораспределения.
Таким образом, при переходе из электрического режима работы к режиму двигателя можно медленно вращать двигатель гибридного транспортного средства электромотором для нагревания двигателя перед его повторным запуском. За счет медленного вращения двигателя без подачи топлива в течение заданного периода времени перед его предстоящим повторным запуском, можно передать тепло от воздуха, сжатого в цилиндре на такте сжатия, к стенкам цилиндров и поршням, и с пользой использовать указанное тепло для нагревания двигателя. В качестве альтернативного варианта, за счет вращения впускного компрессора посредством его электромотора, тепло, отобранное от сжатого воздуха, можно продуть через двигатель для нагревания его цилиндров. Нагревая цилиндры при закрытой дроссельной заслонке и открытом клапане РОГ (EGR), можно нагнетать горячий воздух по замкнутому контуру через двигатель, повышая эффективность теплопередачи. Кроме того, при открытии также рециркуляционного клапана компрессора можно использовать энергию компрессора для нагревания охладителя наддувочного воздуха. Одновременно вращая и двигатель, и компрессор, можно обеспечить рециркуляцию наддувочного воздуха, нагретого компрессором, через цилиндры двигателя, и распределить тепло по всем цилиндрам двигателя, обеспечивая одновременное нагревание цилиндров. Нагревая двигатель перед его запуском, можно уменьшить выбросы твердых частиц, образующихся при прямом впрыске топлива, особенно при холодном запуске двигателя. Кроме того, можно существенно повысить магистральное давление. Итоговое улучшение характеристик распыления топливной форсункой в процессе повторного запуска снижает выбросы твердых частиц из двигателя. В общем и целом, качество выбросов в атмосферу и эксплуатационные характеристики двигателя при холодном запуске могут быть улучшены.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки можно использовать с разнообразными конфигурациями двигательных систем и/или транспортных средств. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, можно хранить в энергонезависимом запоминающем устройстве в виде исполняемых инструкций. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, например, стратегии, управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Это подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции можно выполнять в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для обеспечения признаков и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления настоящего изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций можно повторять в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции может в графическом виде представлять программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройство машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в описании схемы и алгоритмы по существу являются лишь примерами, при этом конкретные варианты осуществления настоящего изобретения не следует рассматривать в качестве ограничивающих, ибо возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, 1-4, 1-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, выделены конкретные сочетания компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема исходной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
Изобретение относится к двигателям транспортных средств. В способе прогрева двигателя гибридного транспортного средства во время его приведения в движение электромотором вращают электроприводной впускной компрессор при закрытом положении верхней по потоку впускной дроссельной заслонки и при открытом положении клапана рециркуляции отработавших газов до тех пор, пока температура поршня не превысит пороговое значение. В другом варианте, вращают двигатель без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя. При этом задействуют выпускной нагреватель, соединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов. При этом удерживают в открытом положении клапан рециркуляции отработавших газов, а в закрытом положении - верхнюю по потоку дроссельную заслонку. Реализуется возможность прогрева двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ прогрева двигателя гибридного транспортного средства, содержащий этап, на котором:
во время приведения в движение гибридного транспортного средства крутящим моментом электромотора вращают электроприводной впускной компрессор при закрытом положении верхней по потоку впускной дроссельной заслонки и при открытом положении клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) до тех пор, пока температура поршня не превысит пороговое значение.
2. Способ по п. 1, при котором вращение указанного электроприводного компрессора предусматривает приведение в действие электромотора, соединенного с указанным компрессором, и вращение указанного компрессора с частотой, меньшей пороговой частоты вращения.
3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором во время вращения задействуют электрический нагреватель, установленный во впускном канале двигателя.
4. Способ по п. 1, при котором указанный клапан РОГ располагают в канале рециркуляции отработавших газов низкого давления, соединяющем выход двигателя, ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, с входом двигателя, выше по потоку от указанного компрессора, причем указанный способ дополнительно содержит этап, на котором, во время указанного вращения, задействуют электрический нагреватель, соединенный с указанным каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
5. Способ по п. 2, дополнительно содержащий этап, на котором во время вращения указанного компрессора дополнительно вращают двигатель без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора.
6. Способ по п. 5, при котором электромотор, соединенный с указанным компрессором, является первым электромотором, причем приведение в движение гибридного транспортного средства крутящим моментом электромотора предусматривает приведение в движение транспортного средства с использованием крутящего момента от второго электромотора.
7. Способ по п. 6, при котором вращение двигателя без подачи топлива предусматривает, что во время вращения компрессора непрерывно вращают двигатель посредством второго электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя.
8. Способ по п. 7, при котором вращение двигателя без подачи топлива предусматривает, что во время вращения компрессора прерывисто вращают двигатель посредством второго электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя.
9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором, во время вращения, регулируют фазы газораспределения для увеличения положительного перекрытия клапанов.
10. Способ по п. 1, при котором вращение происходит в ответ на то, что оцениваемая температура поршня цилиндра меньше порогового значения.
11. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором, во время вращения компрессора, открывают рециркуляционный клапан компрессора, установленный в перепускном канале компрессора, проходящем через указанный компрессор, для увеличения рециркуляции через охладитель наддувочного воздуха, установленный ниже по потоку от указанного компрессора.
12. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором возобновляют впрыск топлива в цилиндры для повторного запуска двигателя после того, как температура поршня превысит пороговое значение.
13. Способ управления двигателем гибридного транспортного средства, содержащий этап, на котором:
во время приведения в движение гибридного транспортного средства только крутящим моментом электромотора,
вращают двигатель без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора с частотой, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, при этом задействуют выпускной нагреватель, соединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов, удерживают в открытом положении клапан РОГ, а также удерживают в закрытом положении верхнюю по потоку дроссельную заслонку для обеспечения рециркуляции нагретого наддувочного воздуха через двигатель.
14. Способ по п. 13, при котором вращение происходит в ответ на то, что температура поршня меньше порогового значения, при этом вращение продолжают до тех пор, пока температура поршня не превысит указанное пороговое значение.
15. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором, во время вращения, задействуют впускной нагреватель, установленный во впускном канале двигателя.
16. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором задействуют электроприводной компрессор, соединенный со входом двигателя, при этом открывают рециркуляционный клапан компрессора, соединяющий вход и выход компрессора.
17. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором, во время вращения, регулируют синхронизацию кулачков для увеличения положительного перекрытия впускных и выпускных клапанов.
18. Способ управления двигателем гибридного транспортного средства, содержащий этапы, на которых:
в ответ на то, что температура поршня меньше порогового значения во время приведения в движение транспортного средства только крутящим моментом электромотора,
при первом условии, вращают двигатель без подачи топлива посредством крутящего момента электромотора с частотой вращения, меньшей частоты проворачивания коленчатого вала двигателя, для последовательного нагревания всех цилиндров двигателя при прохождении ими такта сжатия; и
при втором условии, вращают электроприводной впускной компрессор, при этом рециркуляционный клапан компрессора удерживают в открытом положении.
19. Способ по п. 18, при котором при существовании и первого и второго условий удерживают впускную дроссельную заслонку в закрытом положении, а клапан РОГ удерживают в открытом положении, причем при существовании и первого, и второго условий вращение продолжают до тех пор, пока температура стенки цилиндра не превысит пороговое значение, причем указанное пороговое значение зависит от температуры наддувочного воздуха цилиндра.
20. Способ по п. 19, дополнительно содержащий этап, на котором, при существовании любого из указанных первого и второго условий, задействуют один или несколько выпускных и впускных нагревателей, причем выпускной нагреватель соединен с каталитическим нейтрализатором отработавших газов, расположенным выше по потоку от входа канала РОГ, а впускной нагреватель соединен с впускным каналом выше по потоку от указанного компрессора.
| US 2012291762 A1, 22.11.2012 | |||
| US 3614259 A, 19.10.1971 | |||
| US 4351154 A, 28.09.1982 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ФРОНТАЛЬНОЙ ПЕРЕДВИЖКОЙ ЗАБОЙНОГО КОНВЕЙЕРА1тш тш^т | 1972 |
|
SU435357A1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ВЯЗКОТЕКУЧИХ ЖИДКОСТЕЙ | 2006 |
|
RU2317111C1 |
