СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК F02B29/04 F02M25/28 F02M26/36 F02B47/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способам управления двигателем транспортного средства для повышения эффективности двигателя посредством оперативного использования бортового водного конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Уменьшение объема двигателя и повышение давления в двигателе - один из способов удовлетворить повышенный спрос на более эффективные транспортные средства. Для увеличения мощности двигатели с турбонаддувом или наддувом могут быть выполнены с возможностью сжатия окружающего воздуха, поступающего в двигатель. Сжатие воздуха может вызвать увеличение температуры воздуха, таким образом, охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) может использоваться для охлаждения нагретого воздуха, тем самым увеличивая его плотность и дополнительно увеличивая потенциальную мощность двигателя. Когда температура окружающего воздуха понижается, или во время влажных или дождливых погодных условий, при которых всасываемый воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды, в ОНВ может сформировываться конденсат. В дополнение к низкому давлению (НД), контур РОГ может дополнительно увеличивать содержание водяного пара в ОНВ и, таким образом, делать конденсацию более вероятной. Благодаря геометрии ОНВ и уменьшению скорости воздушного потока, значительное количество воды не поступает с воздухом и остается в ОНВ. Конденсат может собираться на дне ОНВ или во внутренних каналах, и охлаждающих турбулизаторах. Остающаяся в ОНВ вода может вызывать проблемы, такие как повреждение вследствие замерзания и сокращение эффективности ОНВ. Кроме того, при определенных условиях протекания воздушного потока, конденсат может выходить из ОНВ и попадать во впускной коллектор двигателя в виде капель воды. При всасывании слишком большого количества конденсата в двигатель может возникнуть сбой в зажигании двигателя и/или неустойчивость горения в двигателе.

Один из подходов к разрешению проблемы образования конденсата в ОНВ раскрыт Palm в патентном документе US No. 20110094219 А1. В указанном подходе конденсат, выгружаемый из охладителя, собирают в конденсационную ловушку, соединенную с внешней поверхностью сгиба выпускного канала охладителя так, чтобы конденсат мог храниться и, впоследствии, направляться во впускной коллектор. Тем не менее, авторы настоящего изобретения в настоящем документе признали потенциальные проблемы, связанные с такой системой. В качестве примера, в то время как конденсат может быть выпущен с такой скоростью, что количество воды, покидающей конденсационную ловушку, не мешает работе двигателя, точный контроль количества воды, выпускаемой в двигатель при определенных условиях работы двигателя, не достигается.

Таким образом, авторы настоящего изобретения в настоящем документе разработали способы, по меньшей мере, частично решающие вышеуказанные проблемы. В одном примере предложен способ, содержащий шаги, на которых собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель; направляют указанный конденсат в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы указанного двигателя, определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе, на основе указанных условий работы, и регулируют впрыск указанного концентрата и регулируют рециркуляцию отработавших газов из указанного двигателя для образования указанного требуемого разбавления, частично исходя из указанного места впрыска. В этом случае, конденсат, собранный из ОНВ, может представлять собой возобновляемый бортовой источник воды, который может использоваться преимущественно для достижения требуемого разбавления в двигателе, а в дополнение к этому, путем удаления конденсата из ОНВ и хранения указанного конденсата в резервуаре могут быть решены проблемы, связанные со снижением эффективности ОНВ и потенциально возможным повреждением ОНВ в результате сбора и/или заморозки конденсата.

В одном примере, определение требуемого процента разбавления для сгорания в указанном двигателе основано на указанных условиях работы для поддержания количества оксидов азота в отработавших газах ниже требуемого количества и во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе. В этом случае могут быть улучшены производительность и эффективность двигателя, а количество вредных выбросов может быть сокращено.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание графических материалов

На ФИГ. 1 показана принципиальная схема типовой системы двигателя, включающей в себя охладитель наддувочного воздуха, соединенный с резервуаром, и выполненный с возможностью направления конденсата во множество мест в двигателе.

На ФИГ. 2 показана блок-схема способа определения необходимости впрыска конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха при меняющихся условиях работы двигателя.

На ФИГ. 3 показана карта, которая может использоваться для обозначения места впрыска конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха, в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя.

На ФИГ. 4 показана блок-схема способа получения требуемого разбавления в двигателя исходя из доступности конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха.

На ФИГ. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая типовой способ очистки охладителя РОГ конденсатом, собранным из охладителя наддувочного воздуха.

На ФИГ. 6 показан временной график соответствия требуемому разбавлению в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя исходя из доступности конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха.

Осуществление изобретения

Нижеследующее подробное описание относится к системам и способам использования конденсата, собранного из охладителя наддувочного воздуха, для повышения эффективности двигателя. Так как для увеличения мощности в современных двигателях сжимают воздух, температура сжатого воздуха может возрасти и таким образом конденсироваться во время условий, при которых всасываемый воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды. Повреждение вследствие замерзания, сокращенная эффективность ОНВ и попадание конденсата во впускной коллектор - одни из некоторых проблем, связанных с конденсатом ОНВ. Для того, чтобы устранить эти недостатки, конденсат из ОНВ может собираться и храниться в резервуаре, как показано на ФИГ. 1. Кроме того, впрыск воды во множество мест в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя, как известно, имеет преимущества. Например, впрыск воды во впускной коллектор может сократить сбои зажигания, сократить образование оксидов азота и может помочь дополнить медленный отклик РОГ НД в переходных условиях. Кроме того, впрыск воды выше по потоку относительно РОГ НД и РОГ ВД охладителей, как известно, обеспечивает очищающее действие и может дополнительно охладить РОГ, тем самым дополнительно сокращая выбросы оксидов азота. Таким образом, сбор конденсата из ОНВ и направление указанного конденсата во множество мест в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя могут повысить эффективность двигателя. Кроме того, конденсат, собранный из ОНВ, служит в качестве возобновляемого бортового источника воды, тем самым устраняя для оператора транспортного средства необходимость поддержания наличия жидкости в указанном резервуаре. На ФИГ. 2 показан пример высшего уровня способа индикации места впрыска конденсата, собранного из ОНВ, в зависимости от условий работы двигателя. В частности, определяется, требуется ли разбавление в двигателе, и, если оно требуется, то способ выявляет оптимальное место(-а) для впрыска запасенного конденсата на основе доступности указанного конденсата. Оптимальное место для впрыска может быть основано на карте, включающей в себя окна в оборотах и нагрузке двигателя, показанные на ФИГ. 3. Кроме того, впрыск конденсата, собранного из ОНВ, во множество мест в двигателе исходя из условий работы двигателя может дополнительно сопровождаться регулировками других параметров управления двигателем, например, регулировками потока РОГ, момента зажигания, изменением фаз клапанного распределения, тактов сжатия и так далее исходя из требований в разбавлении и доступности запасенного конденсата, как подробно раскрыто в способе, показанном на ФИГ. 4. Конденсат, собранный из ОНВ, может дополнительно преимущественно использоваться для очищения РОГ НД и/или РОГ ВД, дополнительно раскрытых в способе, показанном на ФИГ. 5. Пример временного графика для впрыска конденсата, собранного из ОНВ, в соответствии с условиями работы двигателя и требуемым разбавлением показан на ФИГ. 6.

На ФИГ. 1 показана принципиальная схема типового двигателя 10, который может быть включен в систему обеспечения движения автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами или камерами 30 сгорания. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано и другое число цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично через систему управления, включающую в себя контроллер 12, и через данные, вводимые оператором 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального положению педали сигнала ПП. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с расположенным внутри образуемого ими пространства поршнем (не показан). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с, по меньшей мере, одним приводным колесом транспортного средства через систему 150 промежуточной трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 может также использоваться для приведения в действие генератора (не показан на ФИГ. 1).

Выходной крутящий момент двигателя может передаваться преобразователю крутящего момента (не показан) для приведения в действие системы 150 автоматической трансмиссии. Кроме того, одна или более муфт могут быть задействованы, включая муфту 154 переднего хода, для приведения автомобиля в движение. В одном примере, преобразователь крутящего момента может быть указан, как компонент системы 150 трансмиссии. Кроме того, система 150 трансмиссии может включать в себя множество зубчатых муфт 152, которые могут быть при необходимости задействованы для активации множества заданных передаточных чисел трансмиссии. В частности, путем регулирования включения множества зубчатых муфт 152, трансмиссия может переключаться между более высокой передачей (то есть передачей с меньшим передаточным числом) и низкой передачей (то есть передачей с большим передаточным числом). Как таковая, разность передаточных чисел обеспечивает меньшее увеличение крутящего момента через трансмиссию при включенной более высокой передаче, и вместе с тем обеспечивает большее увеличение крутящего момента через трансмиссию при включенной более низкой передаче. Транспортное средство может иметь четыре доступных передачи, причем передача четыре трансмиссии (четвертая передача трансмиссии) является высшей доступной передачей, а передача один трансмиссии (первая передача трансмиссии) является низшей доступной передачей. В других вариантах осуществления, транспортное средство может иметь больше или меньше четырех доступных передач. Как более подробно раскрывается в настоящем документе, контроллер может изменять передачу трансмиссии (например, повышать или понижать передачу трансмиссии) для регулировки количества крутящего момента, передаваемого через трансмиссию и преобразователь крутящего момента на колеса 156 транспортного средства (то есть выходной крутящий момент вала двигателя).

С увеличением нагрузки и частоты вращения (N или ЧВД) двигателя, увеличивается и воздушный поток в двигатель. Вакуум впускного коллектора, генерируемый вращающимся двигателем, может увеличиваться при низких значениях нагрузки и ЧВД двигателя. В некоторых примерах, для увеличения воздушного потока в двигатель и удаления конденсата, образовавшегося в охладителе 80 наддувочного воздуха (ОНВ), может применяться включение более низкой передачи.

Камеры 30 сгорания могут получать всасываемый воздух через впускной коллектор 44 и могут направлять отработавшие газы сгорания через выпускной коллектор 46 к выпускному каналу 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно находиться в сообщении с камерой 30 сгорания через, соответственно, впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя один или более впускных клапанов и/или один или более выпускных клапанов.

Топливные инжекторы 50 показаны соединенными напрямую с камерой 30 сгорания для прямого впрыска в нее топлива пропорционально длительности сигнала ИВТ, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 50 обеспечивает то, что известно, как непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания; тем не менее, следует принять во внимание, что также возможен впрыск во впускные каналы. Топливо может доставляться к топливному инжектору 50 через топливную систему (не показана), включающую топливный бак, топливный насос и топливную рампу.

В процессе, указываемом, как зажигание, впрыскиваемое топливо зажигается известными средствами зажигания, такими, как свеча 52 зажигания, приводя к зажиганию. Момент подачи искры может контролироваться так, чтобы искра появлялась до (зажигание с опережением) или после (зажигание с задержкой) указанного производителем времени. Например, момент искры может задерживаться относительно максимального момента зажигания (ММЗ) для управления в двигателе сбоями зажигания или зажигания с опережением в условиях высокой влажности. В частности, ММЗ может быть ускорен для учета медленной скорости горения. В одном примере, искра может задерживаться при резком нажатии на педаль акселератора. В альтернативном варианте осуществления, для зажигания впрыскиваемого топлива может применяться воспламенение от сжатия.

Впускной коллектор 44 может получать всасываемый воздух из впускного канала 42. Впускной канал 42 и/или впускной коллектор 44 включают в себя дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22 для регулирования потока к впускному коллектору 44. В данном конкретном примере, положение (ДЗ) дроссельной заслонки 22 может изменяться контроллером 12 для включения электронного управления дросселем (ЭУД). В этом случае, дроссель 21 может контролироваться для изменения всасываемого воздуха, обеспечиваемого камерам 30 сгорания. Например, контроллер 12 может регулировать дроссельную заслонку 22 для увеличения отверстия дросселя 21. Увеличение отверстия дросселя 21 может увеличить количество воздуха, доставляемого к впускному коллектору 44. В альтернативном примере, отверстие дросселя 21 может быть уменьшено или полностью закрыто для прекращения подачи воздуха к впускному коллектору 44. В других вариантах осуществления, во впускном канале 42 могут находиться дополнительные дроссели, например, дроссель выше по потоку относительно компрессора 60 (не показан).

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов от выпускного канала 48 к впускному коллектору 42 через канал РОГ, например, канал 140 РОГ высокого давления. Количество РОГ, обеспечиваемое впускному коллектору 42, может изменяться контроллером 42 через клапан РОГ, например, клапан 142 РОГ высокого давления. При некоторых условиях, система РОГ может использоваться для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в пределах камеры сгорания. На ФИГ. 1 показана система РОГ высокого давления, где РОГ направляют от места выше по потоку относительно турбины турбокомпрессора к месту ниже по потоку относительно компрессора турбокомпрессора через канал 140 РОГ. На ФИГ. 1 также показана система РОГ низкого давления, где РОГ направляют от места ниже по потоку относительно турбины турбокомпрессора к месту ниже по потоку относительно компрессора турбокомпрессора через канал 157 РОГ низкого давления. Клапан 155 РОГ низкого давления может контролировать количество РОГ, обеспечиваемое впускному каналу 42. В некоторых вариантах осуществления, двигатель может включать в себя как систему РОГ высокого давления, так и систему РОГ низкого давления, как показано на ФИГ. 1. В других вариантах осуществления, двигатель может включать в себя либо систему РОГ низкого давления, либо систему РОГ высокого давления. Во время работы система РОГ может вызывать образование конденсата в сжатом воздухе, особенно когда сжатый воздух охлаждается в охладителе наддувочного воздуха, как подробно раскрыто ниже. Например, канал 157 РОГ низкого давления может включать в себя охладитель 159 РОГ низкого давления, а канал 140 РОГ высокого давления может включать в себя охладитель 143 РОГ высокого давления.

Двигатель 10 может дополнительно включать в себя компрессионное устройство, например, турбокомпрессор или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, расположенный вдоль впускного канала 42. В случае турбокомпрессора, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62 через, например, вал или другое соединительное устройство. Турбина 62 может быть расположена вдоль выпускного канала 48. Для работы компрессора могут быть предусмотрены различные устройства. В случае нагнетателя, компрессор 60 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие двигателем и/или электрогенератором, и может не содержать турбины. Таким образом, степень сжатия, обеспечиваемая одному или более цилиндрам двигателя через турбокомпрессор или нагнетатель, может изменяться через контроллер 12.

В показанном на ФИГ. 1 варианте осуществления, компрессор 60 может в основном приводиться в действие турбиной 62. Турбина 62 может приводиться в действие отработавшими газами, проходящими через выпускной канал 48. Таким образом, движение от привода турбины 62 может приводить в действие компрессор 60. Например, частота вращения вала компрессора 60 может основываться на частоте вращения турбины 62. Когда частота вращения вала компрессора 60 увеличивается, может быть обеспечен дополнительный наддув через впускной канал 42 к впускному коллектору 44.

Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя перепускную заслонку 26 для отвода отработавших газов от турбины 62. Дополнительно, впускной канал 42 может включать в себя перепускной или рециркуляционный клапан (27) компрессора (РКК), выполненный с возможностью отвода всасываемого воздуха вокруг компрессора 60. Перепускная заслонка 26 для отработавших газов и/или РКК 27 могут управляться контроллером 12, чтобы принять открытое положение, например, когда требуется более низкое давление наддува. Например, в ответ на помпаж компрессора или потенциальный помпаж компрессора, контроллер 12 может открыть РКК 27 для снижения давления на выходе компрессора 60. Это может сократить или прекратить помпаж компрессора.

Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (например, промежуточный охладитель), чтобы понижать температуру впускных газов, сжимаемых компрессором наддува или турбокомпрессором. В некоторых вариантах осуществления, ОНВ 80 может быть воздухо-воздушным теплообменником. В других вариантах осуществления, ОНВ 80 может быть воздушно-жидкостным теплообменником. ОНВ 80 также может быть ОНВ переменного объема. Горячий воздух (наддувочный воздух) из компрессора 60 попадает во вход ОНВ 80, охлаждается по мере прохождения через ОНВ и затем выходит для прохождения через дроссель 21 и затем попадает во впускной коллектор 44 двигателя. Поток воздуха окружающей среды снаружи транспортного средства может попасть в моторный отсек двигателя через переднюю часть транспортного средства и пройти через ОНВ для способствования охлаждению наддувочного воздуха. Конденсат может образовываться и накапливаться в ОНВ, когда температура окружающего воздуха понижается, или во время влажных или дождливых погодных условий, при которых наддувочный воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды. Кроме того, когда повышается давление поступающего в ОНВ наддувочного воздуха (например, давление наддува и/или давление ОНВ больше, чем атмосферное давление), может образовываться конденсат, если температура ОНВ падает ниже температуры конденсации. Когда наддувочный воздух включает в себя рециркулированные отработавшие газы, конденсат может стать кислотным и разъедать корпус ОНВ. Кроме того, если конденсат скапливается в ОНВ, он может всасываться двигателем в моменты усиления воздушного потока. В результате этого может происходить неустойчивое горение и/или пропуски в зажигании в двигателе.

По раскрытым здесь причинам для того чтобы собирать конденсат, сформированный в ОНВ при упомянутых выше условиях, в конструкцию может быть введен резервуар 190. В одном примере, резервуар 190 может быть соединен с ОНВ 80 каналом 194. Резервуар 190 может включать в себя датчик уровня жидкости, соединенный с резервуаром, в одном примере (не показан). Резервуар 190 может дополнительно включать в себя насос или множество насосов (не показаны), выполненных с возможностью направления собранного конденсата во множество мест. Например, запасенный конденсат может направляться из резервуара 190 в одно или более мест из следующих: впускной коллектор 44, выше по потоку относительно охладителя 143 РОГ ВД и выше по потоку относительно охладителя 159 РОГ НД. Направление запасенного конденсата может дополнительно контролироваться клапанами, например, клапанами 191, 192, 193, выполненными, например, с возможностью открытия и закрытия в ответ на команды от контроллера 12. Кроме того, контроллер 12 может регулировать один или более из клапанов 191, 192, 193 для их открытия под разными углами, для того, чтобы точно регулировать поток запасенного конденсата в одно или более из мест в двигателе. Дополнительно, инжекторы, например, инжекторы 195, 196, 197 могут быть выполнены с возможностью впрыска запасенного конденсата в одно или более мест в двигателе, обозначенных выше, включая, но не ограничиваясь ими: впускной коллектор 44, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД. Инжекторы 195, 196 и 197 могут управляться контроллером 12 для, например, точной регулировки продолжительности впрыска жидкости. Преимущества впрыска воды во впускной коллектор включают в себя одно или более из следующего: увеличение объемной производительности вследствие эффекта охлаждения, почти равномерного распределения воды в камере сгорания, сокращения сбоев зажигания и сокращения оксидов азота. Впрыск воды во впускной коллектор также может помочь дополнить медленный отклик РОГ НД в переходных условиях. Дополнительно, во впускной коллектор может впрыскиваться вода управляемым образом и тогда, когда двигатель может выдерживать впрыск воды, и тогда, когда впрыск может согласовываться с моментом искры, уровнем наддува, объемом РОГ, фазами клапанного распределения и т.д. Впрыск воды выше по потоку относительно охладителей РОГ НД/ВД может обеспечить преимущества, например, очищающий эффект, который вода оказывает на охладители РОГ. Например, впрыск воды может удалять отложения с поверхностей охладителей РОГ, тем самым повышая производительность охладителя РОГ. Кроме того, вода также может дополнительно охладить РОГ, что может увеличить термический эффективный коэффициент полезного действия путем сокращения работы насоса, переключения лямбда-зонда, и дополнительно снизить выбросы оксидов азота. Как и в случае впрыска воды во впускной коллектор, впрыск воды выше по потоку относительно охладителей РОГ НД/ВД, согласованный с моментом искры, уровнем наддува, фазами клапанного распределения и т.д., может осуществляться управляемым образом и тогда, когда двигатель способен выдерживать указанный впрыск воды,. Поскольку резервуар 190 собирает и сохраняет конденсат ОНВ, раствор может быть предрасположен к заморозке при определенных условиях. Для предотвращения заморозки, контейнер с конденсатом может быть оснащен нагревателем или установлен около выпускного коллектора для предотвращения замерзания, или для быстрого размораживания конденсата, в случае, если собранный конденсат замерз внутри резервуара 190.

Двигатель 10 может дополнительно содержать один или более датчиков кислорода, расположенных во впускном канале 42 и/или во впускном коллекторе 44.Например, один или более датчиков кислорода могут указываться как датчики содержания кислорода во всасываемом воздухе. В изображенном варианте осуществления, датчик кислорода 162 расположен ниже по потоку относительно ОНВ 80 и выше по потоку относительно дросселя 21. В другом примере, датчик кислорода 162 может быть расположен ниже по потоку относительно выхода ОНВ 80 и ниже по потоку относительно дросселя 21. В других вариантах осуществления, датчик кислорода 162 или второй датчик кислорода может быть расположен на входе ОНВ. Датчик кислорода также может быть расположен в впускном канале 42 между выходом канала 157 РОГ низкого давления и входом компрессора 60. Датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть любым датчиком, пригодным для обеспечения обозначения концентрации кислорода в наддувочном воздухе (например, воздухе, проходящем через впускной канал 42), например, линейным датчиком кислорода, впускным УДКОГ (универсальным или широконаправленным датчиком содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимным датчиком кислорода и т.д. В одном примере, датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе, включающим в себя нагревательный элемент в качестве измеряющего элемента.

Как более подробно раскрывается в настоящем документе, датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть выполнен с возможностью оценки содержания кислорода в воздухе и заряде РОГ, полученных во впускном коллекторе. Датчик 124 давления может быть расположен рядом с датчиком 162 кислорода для оценки впускного давления, при котором принимают выходной сигнал датчика 162 кислорода. Поскольку выходной сигнал датчика 162 кислорода находится под влиянием впускного давления, то эталонный выходной сигнал датчика кислорода может быть выяснен при эталонном впускном давлении. В одном примере, эталонное впускное давление представляет собой давление на входе дросселя (ДВД), где датчик 124 давления представляет собой датчик ДВД. В альтернативных примерах, эталонное впускное давление представляет собой давление в коллекторе (ДВК), измеренное датчиком 122 ДВК. Дополнительно, впускной канал 42 может включать в себя датчик 164 влажности, выполненный с возможностью оценки относительной влажности всасываемого воздуха. В одном варианте осуществления, датчиком 164 влажности является УДКОГ, выполненный с возможностью оценки относительной влажности всасываемого воздуха на основе выходного сигнала датчика при одном или более напряжениях. В некоторых примерах, выходной сигнал датчика 162 кислорода может корректироваться на основе выходного сигнала датчика 164 влажности.

Датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может использоваться для оценки концентрации кислорода во всасываемом воздухе, общего разбавления наддувочного воздуха и прогнозирования объема РОГ, протекающего через двигатель, на основе изменения концентрации кислорода во всасываемом воздухе, когда включена РОГ (например, при открытии клапана 142 или 155 РОГ). В частности, изменение выходного сигнала датчика 162 кислорода при открытии клапана 142 или 155 РОГ сравнивается с эталонным значением, при котором датчик работает без РОГ (нулевая точка). На основе изменения (например, уменьшения) количества кислорода со времени работы без РОГ, может быть вычислен поток РОГ, поступающий в данный момент в двигатель. Например, при прикладывании опорного напряжения (V_s) к датчику, ток накачки (I_н) является выходным сигналом указанного датчика. Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (дельта I_н), выводимому датчиком при включенной РОГ, относительно выходного сигнала датчика при отключенной РОГ (нулевая точка). Исходя из отклонения рассчитываемого потока РОГ от предполагаемого (или необходимого) потока РОГ может осуществляться дальнейшее управление РОГ.

Например, при включенной РОГ изменение концентрации кислорода у датчика 162 кислорода может быть использовано для прогнозирования объема или расхода РОГ, результаты которого затем могут быть использованы для регулировки потока РОГ (через клапан 142 и/или 155 РОГ), регулировки момента искры, регулировки фаз распределения впускных или выпускных клапанов, регулировки объема сжатия, регулировки положения дросселя и/или регулировки впрыска воды (через регулировку одного или более клапанов 191, 192, 193 и одного или более инжекторов 195, 196, 197 для того, чтобы регулировать поток запасенного конденсата в одно или более мест в двигателе). Например, контроллер 12 может оценивать процент разбавления на основе обратной связи датчика 162 кислорода. В некоторых примерах, контроллер 12 затем может регулировать одно или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, дроссель 21, РКК 27, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия, место 195, 196, 197 впрыска воды и/или перепускную заслонку 26 для достижения требуемого процента разбавления РОГ во всасываемом воздухе. В другом примере, контроллер может определить общее разбавление наддувочного воздуха (в зависимости от того, включена РОГ или нет), представляющее собой общий процент разбавления наддувочного воздуха, обусловленный разбавителями в воздушном потоке (включая РОГ и водяной пар). В некоторых примерах, контроллер 12 может принять общее разбавление наддувочного воздуха за РОГ. В других примерах, например, если вода впрыскивается выше по потоку относительно охладителей РОГ НД/ВД или непосредственно во впускной коллектор, как раскрыто выше, то общее разбавление наддувочного воздуха может представлять собой сумму разбавителей в воздушном потоке, включая РОГ и водяной пар. Контроллер затем может регулировать одно или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия, дроссель 21, РКК 27 и/или перепускная заслонка 26 для достижения требуемого общего процента разбавления наддувочного воздуха во всасываемом воздухе.

В условиях, когда вода высвобождается из ОНВ в поток наддувочного воздуха, капли воды могут контактировать с датчиком 162 кислорода. Когда вода задевает датчик, нагревательный элемент датчика 162 кислорода может испарять эту воду и измерять это в качестве местного пара или разбавления в потоке наддувочного воздуха. Как рассматривается далее, это может вызывать уменьшение всасываемого кислорода, измеренного датчиком 162 кислорода. В результате, когда РОГ включена, поток РОГ, основанный на всасываемом кислороде, измеренном датчиком 162 кислорода, может быть завышен. Когда РОГ отключена, может быть завышен общий уровень разбавления наддувочного воздуха. Завышенная РОГ и/или общее разбавление наддувочного воздуха могут привести к неточной регулировке дросселя, что может увеличить поток воздуха к двигателю до большего уровня, чем требуется для запрошенного крутящего момента. Для предотвращения высвобождения воды в поток наддувочного воздуха, конденсат из ОНВ может собираться и сохраняться в резервуаре, например, резервуаре 190. Как раскрыто выше, запасенный конденсат может, таким образом, направляться во множество мест в двигателе, например, во впускной коллектор 44, выше по потоку относительно охладителя 143 РОГ ВД и выше по потоку относительно охладителя 159 РОГ НД, для впрыска в указанные места в условиях, при которых впрыск воды может быть выгоден, а количество впрыскиваемой воды может точно контролироваться.

Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и значений калибровки, показанный, в конкретно этом примере, в виде постоянного запоминающего чипа 106, ОЗУ 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для исполнения различных функций для работы двигателя 10. В дополнение к этим упомянутым ранее сигналам, указанные сигналы могут включать в себя измерение всасываемого массового расхода воздуха от датчика 120 МРВ; температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, показанного схематично в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, как обсуждалось; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе, ДВК, от датчика 122, как обсуждалось. Сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД, может генерироваться контроллером 12 на основе сигнала ПЗ. Сигнал давления воздуха в коллекторе, ДВК, от датчика давления воздуха в коллекторе может использоваться для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе 44. Стоит отметить, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчика МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время стехиометрической операции, сенсор ДВК может определять крутящий момент двигателя. Кроме того, этот датчик, вкупе с вычисленной частотой вращения двигателя, может обеспечить оценку наддува (включая воздух), всасываемого в цилиндр. В одном примере, датчик 118 Холла, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может производить заданное число равномерных импульсов в каждый оборот коленчатого вала 40.

Другие датчики, которые могут отправлять сигналы контроллеру 12, включают в себя датчик 124 давления на выходе из охладителя 80 наддувочного воздуха, датчик 162 кислорода, датчик 164 влажности и датчик 126 давления наддува. В одном примере, датчик 124 давления может также быть датчиком температуры. Другие датчики, не изображенные здесь, также могут присутствовать, например, датчик определения скорости всасываемого воздуха на входе в охладитель наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах, в постоянный запоминающий чип 106 могут быть запрограммированы считываемые компьютером данные, представляющие собой инструкции, исполняемые микропроцессорным блоком 102 для осуществления способов, раскрытых ниже, а также и других вариантов, которые подразумеваются, но конкретно не перечислены.

Система с ФИГ. 1 предусматривает систему двигателя, содержащую впускной коллектор, охладитель наддувочного воздуха, расположенный во впускном канале выше по потоку относительно впускного коллектора, впускной дроссель, соединенный с впускным коллектором ниже по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха, систему рециркуляции отработавших газов (РОГ), включающую в себя множество каналов для рециркуляции остаточных примесей отработавших газов из выходного канала к впускному каналу через клапаны РОГ, датчик(-и) кислорода, соединенный, ниже по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха и выше по потоку относительно впускного дросселя и/или ниже по потоку относительно дросселя во впускном коллекторе, с впускным каналом, и компрессор, расположенный вдоль впускного канала и который может быть по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной. Система двигателя дополнительно содержит резервуар, соединенный с ОНВ, выполненный с возможностью сбора и хранения конденсата из ОНВ, который может быть направлен во множество мест в двигателе, например, впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД. Система двигателя дополнительно содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для впрыска запасенного конденсата во множество мест в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя и для направления отработавших газов из указанного двигателя во всасываемый воздух через одно или более из множества мест при меняющихся условиях работы двигателя. В одном примере, требуемый процент разбавления для сгорания может быть определен на основе условий работы двигателя, для поддержания оксидов азота в газах сгорания ниже требуемых количеств и во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе. Исходя из указанного места, выбранного для направления указанного конденсата, и указанного места, выбранного для направления указанных отработавших газов, может впрыскиваться требуемое количество конденсата, а рециркуляция отработавших газов может регулироваться так, чтобы получалось требуемое разбавление. Получение требуемого разбавления может дополнительно требовать дополнительные регулировки, например, регулировку момента зажигания, регулировку фаз клапанного распределения, регулировку частоты сжатия и т.д. Дополнительно, для получения требуемого разбавления могут повторно регулироваться количество впрыскиваемого конденсата, количество рециркуляции отработавших газов, момент зажигания, фазы клапанного распределения, частота сжатия, т.д., когда меняется доступность указанного конденсата. В одном примере, для того чтобы удовлетворить требования в разбавлении таким образом, чтобы избежать сбоя зажигания или нежелательной температуры двигателя, в ответ на низкие уровни конденсата требуемое разбавление может быть получено через регулировку момента зажигания, регулировку фаз клапанного распределения и/или регулировку частоты сжатия.

Как обсуждалось ранее, датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может использоваться для измерения количества РОГ во всасываемом наддувочном воздухе (или общее разбавление наддувочного воздуха) как функция величины изменения содержания кислорода вследствие добавления в качестве разбавителя РОГ и/или водяного пара. Во время работы, ток накачки в датчике 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может обозначать количество кислорода в потоке газа. Таким образом, при добавлении большего количества разбавителя, датчик может выдавать показание или ток накачки, соответствующий более низкой концентрации кислорода. Во время оценки, номинальное опорное напряжение (например, 450 мВ), или напряжение Нернста, прикладывают к датчику и отмечают обратные данные (например, ток накачки, выдаваемый датчиком при прикладывании более низкого опорного напряжения). На основе обратных данных датчика в сравнении с нулевой точкой датчика (т.е, обратными данными датчика в условиях отсутствия разбавителей, или РОГ или воды), изучается изменение концентрации кислорода, и прогнозируется впускное разбавление. Таким образом, обратные данные от датчика 162 кислорода могут использоваться для индикации процента впускного разбавления в ответ на изменения в потоке РОГ и/или в ответ на впрыск конденсата во множество мест в двигателе. Например, впрыск собранного из ОНВ конденсата во впускной коллектор может быть выгоден в зависимости от условий работы двигателя. Соответственно, может быть задана регулировка общего потока РОГ так, чтобы получить требуемый процент разбавления. Обратные данные датчика 162 кислорода, таким образом, могут использоваться для согласования впрыска конденсата во впускной коллектор одновременно с уменьшением потока РОГ, вследствие чего требуемый процент может быть получен и сохранен на длительность, при которой оптимально конкретное разбавление. В других примерах, параметры работы двигателя могут обозначать требуемое разбавление, благодаря чему конденсат может впрыскиваться в одно или более из множества мест в двигателе и, соответственно, могут быть сделаны регулировки в потоке РОГ, моменте зажигания, фазах распределения впускных или выпускных клапанов, частотах сжатия и т.д., благодаря чему получаются требуемые проценты разбавления. Таким образом, впрыск конденсата во множество мест в двигателе может преимущественно использоваться для достижения требуемого разбавления в двигателе и повышения эффективности двигателя, таким образом разрешая проблемы, связанные с конденсатом ОНВ, например, заморозка, сокращенная эффективность ОНВ и сбой в зажигании двигателя и/или нестабильность горения вследствие попадания воды во впускной коллектор.

Блок-схема примера высшего уровня способа 200 определения пути впрыска конденсата, собранного из ОНВ, показана на ФИГ. 2. Более конкретно, способ 200 включает в себя определение, необходимо ли разбавление в двигателе, и, если оно необходимо, включение впрыска конденсата, собранного из ОНВ, в одно или более из следующего: впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и/или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД. Альтернативно, если разбавление не требуется, способ 200 включает в себя определение, необходима ли очистка одного или более из следующего: охладитель РОГ НД или охладитель РОГ ВД. Способ 200 будет описан со ссылкой на системы, раскрытые в настоящем документе и показанные на ФИГ. 1, хотя, следует понимать, что аналогичные способы могут применяться к другим системам, не выходя за рамки настоящего изобретения. Способ 200 может выполняться контроллером, например, контроллером 12 с ФИГ. 1, и может быть сохранен в постоянной памяти контроллера в качестве выполняемых инструкций. Инструкции для выполнения способа 200 и остальных способов, включенных в настоящее описание, могут выполняться контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.

Способ 200 начинается с шага 205 и включает в себя оценку текущих условий работы. Условия работы могут оцениваться, измеряться и/или прогнозироваться, и могут включать в себя одно или более из следующего: условия транспортного средства, например, скорость транспортного средства, местоположение транспортного средства и т.д., различные условия двигателя, например, состояние двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, В/Д соотношение, момент искры, наддув и т.д., различные условия топливной системы, например, уровень топлива, тип топлива, температура топлива и т.д., различные условия системы улавливания топливных паров, например, загрузка канистры топливных паров, давление в топливном баке и т.д., а также различные условия окружающей среды, например, температура окружающей среды, влажность, барометрическое давление и т.д. На шаге 210 способа 200 определяют, необходимо ли разбавление в двигателе. Требуемое разбавление может быть определено на основе текущих параметров работы двигателя (например, частоте вращения двигателя и нагрузке). Необходимость разбавления в двигателе может быть определена на основе множества факторов, включая, но не ограничиваясь перечисленным: образование оксидов азота, температура двигателя, воздушно-топливное соотношение, раннее зажигание и присутствие сбоев в зажигании. В некоторых примерах, требуемая степень разбавления может быть также определена оптимальной экономией топлива двигателем. Если на шаге 210 определено, что разбавление не требуется, способ 200 переходит к шагу 212, на котором контроллер поддерживает текущие параметры работы двигателя. Поддержание текущих параметров работы двигателя на шаге 212 может включать в себя поддержание клапанов направления ОНВ, например, клапанов 191, 192, 193 и инжекторов, например, инжекторов 195, 196, 197, в их текущем состоянии. В качестве другого примера, шаг 212 способа 200 может дополнительно включать в себя поддержание клапана РОГ ВД, например, клапана 142, и клапана РОГ низкого давления, например, клапана 155, в их текущем положении. Затем способ может завершиться.

Если на шаге 210 определено, что требуется разбавление в двигателе, то способ 200 переходит к шагу 220, на котором определяют, доступен ли собранный из ОНВ конденсат. Доступность конденсата может быть основана на пороге, выше которого измеряемое количество конденсата считается доступным в резервуаре ОНВ, а ниже которого измеряемое количество конденсата считается не доступным. В одном примере, наличие конденсата, собранного из ОНВ, может быть выявлено датчиком уровня жидкости, соединенным с резервуаром. В другом примере, наличие конденсата может быть выявлено за счет контроля текущей тяги насоса, используемого для направления конденсата ОНВ во множество мест в двигателе, то есть когда уровень воды пуст, работа насоса будет снижаться и, следовательно, насос будет потреблять меньший ток. Если на шаге 220 определено, что конденсат ОНВ не доступен, то происходит переход к шагу 240 способа 200, на котором определяют требуемый процент разбавления. Требуемый процент разбавления может быть выявлен исходя из текущих параметров работы двигателя (например, частоте вращения двигателя и нагрузке), образования оксидов азота, температуры двигателя, воздушно-топливного соотношения, раннего зажигания и присутствия сбоя зажигания. В одном примере, может требоваться больший процент разбавления, когда нагрузка двигателя увеличивается для сокращения вероятности сбоя зажигания, а также для сокращения выбросов оксидов азота двигателя, но с учетом соблюдения предела стабильности горения. В некоторых примерах, требуемая степень разбавления также может быть определена оптимальной экономией топлива для двигателя. После определения требуемого разбавления на шаге 240, способ 200 переходит к шагу 245, на котором для достижения требуемого разбавления в системе управления выполняют соответствующие изменения. Например, процент требуемого разбавления всасываемого воздуха может быть достигнут регулировкой одного или более из следующего: клапаны РОГ, например, 142 и/или 155, показанные на ФИГ. 1, регулировкой момента искры, регулировкой фаз распределения впускных или выпускных клапанов, регулировкой объема сжатия и т.д. Способ 200 затем может завершиться.

Возвращаясь к шагу 220, если определено, что конденсат ОНВ доступен, то способ 200 переходит к шагу 225, на котором определяют, необходима ли чистка одного или более из следующего: охладитель РОГ НД или охладитель РОГ ВД. Необходимость очистки охладителя РОГ может быть определена измерением или моделью. В одном примере, измерение может включать в себя определение, превышает ли содержание твердых частиц в охладителе РОГ пороговое значение содержания твердых частиц. Содержание твердых частиц может быть определено измерением изменения давления РОГ выше по потоку и ниже по потоку относительно охладителя РОГ. Содержание твердых частиц выше порогового значения может вызвать блокировку потока, вызывающую увеличение изменения давления в охладителе РОГ. Следовательно, если изменение давления в охладителе РОГ больше, чем пороговое давление в охладителе РОГ, то охладитель РОГ может быть загрязнен. В качестве другого примера, содержание твердых частиц может быть определено измерением температуры РОГ ниже по потоку и выше по потоку относительно охладителя РОГ. Содержание твердых частиц выше порогового содержания твердых частиц в охладителе РОГ может сократить свойства теплопередачи между РОГ и охладителем РОГ. Твердые частицы могут сократить величину поверхностного контакта между РОГ и охладителем РОГ. В результате, температура РОГ ниже по потоку относительно охладителя РОГ может быть выше, чем пороговая температура охлажденной РОГ.

Модель определения необходимости чистки РОГ может включать в себя запланированное периодическое обслуживание, например, после заданного числа пройденных миль (например, 5000) или часов использования (например, 100). Если контроллер (например, контроллер 12) определяет необходимость очистки охладителя РОГ, то способ 200 включает в себя чистку одного или более из следующего: охладитель РОГ НД и/или охладитель РОГ ВД, как раскрыто способом на ФИГ. 5. Если необходимость очистки РОГ не была определена, способ 200 переходит к шагу 230.

На шаге 230 способ 200 включает в себя определение оптимального места для впрыска конденсата на основе условий работы двигателя, включая частоту вращения двигателя и нагрузку, как раскрыто в подробностях на ФИГ. 3. Оптимальное место может включать в себя одно или более из следующего: впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и/или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД, в зависимости от соотношения между частотой вращения двигателя и нагрузкой. После определения оптимального места (или мест) способ 200 переходит к шагу 235, на котором впрыск воды в требуемые места включается увеличением давления воды в насосе, выполненном с возможностью направления воды в определенные места. Способ 200 затем может переходить к впрыску в определенные места, согласно способу, раскрытому на ФИГ. 4.

Возвращаясь к ФИГ. 3, карта 300 показана для определения оптимального места или мест для впрыска воды. В частности, карта 300 идентифицирует зоны (на чертежах изображены, как зоны 302, 304, 306, 308, 310), основанные на окнах в оборотах и нагрузке двигателя, в которых прямой впрыск воды, собранной из конденсата ОНВ, может использоваться для достижения требуемого разбавления в двигателе, как раскрыто в отношении способа, показанного на ФИГ. 2. При разных условиях работы двигателя, может быть выгодно впрыскивать воду в одно или более из следующего: впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД.

Например, транспортное средство, работающее в зоне, характеризующейся высокой нагрузкой и низкой частотой вращения, например, зоне 302, может быть склонно к раннему зажиганию и сбою в зажигании. В этой зоне, поток РОГ ВД недостаточный, а поток РОГ НД имеет медленную переходную характеристику. Следовательно, впрыск воды во впускной коллектор может дополнять РОГ НД, тем самым достигая требуемого разбавления для решения проблемы раннего зажигания и сбоев в зажигании в двигателе. Дополнительно, в этой зоне может быть выгодно комбинировать впрыск во впускной коллектор с впрыском выше по потоку относительно охладителя РОГ НД для дополнительного охлаждения потока РОГ и очистки охладителя РОГ НД. В другом примере, транспортное средство, работающее в зоне, характеризующейся высокой нагрузкой и высокими частотами вращения, например, зоне 304, может иметь повышенные температуры отработавших газов и увеличенные выбросы твердых частиц. В этой зоне, поток РОГ ВД также ограничен, а РОГ НД так же имеет медленную переходную характеристику. Следовательно, в этой зоне, впрыск воды во впускной коллектор еще раз может также использоваться для дополнения РОГ ВД и НД, тем самым обеспечивая требуемое разбавление для сокращения температуры отработавших газов и ограничения выбросов твердых частиц. Дополнительно, в этой зоне может быть выгодно комбинировать впрыск во впускной коллектор с впрыском выше по потоку относительно охладителей РОГ ВД и НД, тем самым дополнительно охлаждая поток РОГ, сокращая образование оксидов азота и очищая охладители ВД и НД. Другой пример включает в себя условия, при которых транспортное средство работает в зонах, характеризующихся очень высокой нагрузкой и высокими частотами вращения, например, зоне 308, где поток РОГ НД ограничен и, следовательно, могут быть выгодны РОГ ВД совместно с впрыском воды во впускной коллектор; и высокой нагрузкой и низкими частотами вращения, например, зоне 306, где потоки РОГ ВД или РОГ НД ограничены вследствие ограничений в наддуве и, таким образом, разбавление может быть достигнуто в основном за счет впрыска воды во впускной коллектор. В любом из этих сценариев, для достижения требуемого разбавления ограничивается поток РОГ и, таким образом, может быть выгоден впрыск воды во впускной коллектор. Кроме того, зоны высокой нагрузки и высокой частоты вращения, например, зона 308 может характеризоваться более высокой температурой отработавших газов и увеличенным, в сравнении с тем, что наблюдается в зоне 304, выбросом тяжелых частиц, сигнализируя тем самым о необходимости впрыска большего объема воды для сокращения загрязнения охладителя РОГ в этой зоне.

В другом примере, для транспортного средства, работающего в условиях средней нагрузки и средней частоты вращения, например, в зоне 310, впрыск воды выше по потоку относительно одного или более из охладителя РОГ НД и/или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД может быть выгодным для дополнительного охлаждения РОГ и камер сгорания, тем самым увеличивая термический эффективный коэффициент полезного действия за счет переключения лямбда-зонда и дополнительно снижая выбросы оксидов азота.

Возвращаясь к ФИГ. 4, показан способ впрыска конденсата, собранного из ОНВ, в места в двигателе, в том числе в одно или более из следующих мест: впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и/или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД, как определено способом, раскрытом на ФИГ. 2, и в отношении условий работы двигателя, оцененных в соответствии с ФИГ. 3. Инструкции для выполнения способа 400 и остальных предусмотренных настоящим документом способов могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше со ссылкой на ФИГ. 1. Согласно способам, раскрытым ниже контроллер может использовать приводы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя. Следует понимать, что способ 200 может быть применен к другим системам и другим конфигурациям без, не выходя за рамки настоящего изобретения.

На шаге 405 способ 400 включает в себя определение требуемого процента разбавления. Процент разбавления может быть выявлен на основании текущих параметров работы двигателя (например, частоты вращения двигателя и нагрузки), образования оксидов азота, температуры двигателя, воздушно-топливного соотношения, раннего зажигания и присутствия сбоев зажигания. В одном примере, когда нагрузка двигателя увеличивается, может требоваться больший процент разбавления для сокращения вероятности сбоя зажигания, а также для сокращения выбросов оксидов азота двигателя, при условии соблюдения предела стабильности горения. В некоторых примерах, требуемая степень разбавления также может быть определена оптимальной экономией топлива для двигателя.

На шаге 407, способ 400 включает в себя определение оптимального соотношения процентного содержания конденсата, впрыскиваемого в одно или более мест в двигателе, упомянутых в отношении способа, раскрытого на ФИГ. 2, к процентному содержанию РОГ на основании требуемого процента разбавления, выявленного на шаге 405. Например, двигатель, работающий в зоне, характеризуемой высокой нагрузкой и низкой частотой вращения, например, в зоне 302, как показано на ФИГ. 3, может быть склонен к раннему зажиганию и сбою зажигания. Таким образом, впрыск конденсата непосредственно во впускной коллектор может быть выгоден благодаря значительному охлаждающем эффекту, обеспечиваемому в результате изменения состояния воды с жидкого на газообразное. Таким образом, в этом примере, для достижения требуемого процента разбавления процент впрыскиваемого конденсата может увеличиваться, а процент РОГ -уменьшаться. В другом примере, для работы двигателя в зоне, характеризуемой средней нагрузкой и средней частотой вращения, например, в зоне 310, показанной на ФИГ. 3, выгодно увеличивать процент РОГ и соответственно сокращать процент впрыскиваемого конденсата в заданное место так, чтобы можно было достичь требуемого процента разбавления при сокращении насосных потерь. В других примерах, обозначенных зонами работы двигателя, например, зонами 304, 306, 308, например, оптимальный процент впрыскиваемого конденсата к проценту РОГ может изменяться. Таким образом, на шаге 407, оптимальный процент впрыскиваемого конденсата к проценту РОГ может быть выявлен, например, через справочную таблицу, находящуюся в блоке управления двигателем, например, в контроллере 12, раскрытом в отношении ФИГ. 1. В частности, справочная таблица может выявить оптимальный процент конденсата к проценту РОГ для заданного условия работы двигателя, исходя из требуемого разбавления. Кроме того, справочная таблица может содержать дополнительные контрольные величины для оптимального достижения требуемого разбавления, например, регулировки момента искры, регулировки фаз распределения впускных или выпускных клапанов и/или регулировки объема сжатия. На основе выявленного процента впрыскиваемого конденсата в одно или более мест в двигателе применительно к одному или более из следующего: поток РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, и сжатие, может быть определен пороговый уровень конденсата, требуемого для достижения указанного требуемого разбавления.

На шаге 410 точно определяется доступное количество конденсата, собранного из ОНВ. Точное количество конденсата, собранного из ОНВ, может быть определено датчиком уровня жидкости, соединенным с резервуаром, в одном примере, или может быть определено путем контроля текущей тяги насоса, используемого для направления конденсата ОНВ во множество мест в двигателе, как было ранее раскрыто в отношении ФИГ. 2.

Продолжаясь на шаге 415, способ 400 включает в себя определение, больше ли или равен ли уровень конденсата ОНВ, измеренный на шаге 410, пороговым значениям, определенным на шаге 407, для каждого из мест впрыска. Например, если определено, что имеют место условия для впрыска конденсата ОНВ в одно место, как показано в подробно раскрытом на ФИГ. 2 способе, то на шаге 415 выявляют, больше ли или равен ли уровень конденсата ОНВ пороговому уровню конденсата, необходимого для достижения требуемого разбавления в определенном месте. В другом примере, если определено, что имеют место условия для впрыска конденсата ОНВ во множество мест, как показано в подробно раскрытом на ФИГ. 2, то на шаге 415 выявляют, больше ли или равен ли уровень конденсата ОНВ сумме пороговых уровней конденсата, необходимого для достижения разбавления.

Если на шаге 415 определено, что уровень конденсата ОНВ меньше, чем порог, то способ 400 переходит к шагу 420, на котором способ 400 включает в себя определение, выявлено ли одно или более из множества мест для впрыска. Если выявлено множество мест, то способ 400 переходит к шагу 425, на котором объемы впрыска в каждое определенное место регулируют, исходя из предыдущих определенных процентов, определенных справочной таблицей на шаге 407, в отношении доступного количества конденсата, определенного на шаге 410. Например, если необходим впрыск как во впускной коллектор, так и в охладитель РОГ НД, и на основании установленных порогов на шаге 407 определено, что соотношение впрыска должно быть 2:1 (впускной коллектор: охладитель РОГ НД), то шаг 425 способа 400 включает в себя регулировку объема впрыска так, чтобы указанное соотношение поддерживалось несмотря на то, что объемы впрыска будут меньше, чем пороговые значения объемов, определенные на шаге 407. Соответственно, одно или более из следующего - поток РОГ, момент искры, фазы распределения впускных и/или выпускных впускного и/или выпускного клапанов, и/или компрессия - могут соответственно регулироваться так, чтобы можно было достичь требуемого разбавления в результате впрыска меньшего объема. Возвращаясь к шагу 420, если множество мест для впрыска не выявлены, то способ 400 переходит к шагу 427, на котором способ 400 включает в себя регулировку объема впрыска для указанного места, исходя из доступного количества конденсата. Снова, одно или более из следующего - поток РОГ, момент искры, фазы распределения впускных и/или выпускных клапанов, и/или компрессия - могут соответственно регулироваться так, чтобы можно было достичь требуемого разбавления в результате впрыска меньшего объема. После регулировок на шагах 425 и 427, способ 400 переходит к шагу 430, на котором доступное количество конденсата впрыскивают в выявленное(-ые) место(-а), исходя из отрегулированных объемов впрыска, определенных на шаге 425 или 426. Время и продолжительность впрыска доступного количества конденсата могут быть согласованы клапанами, например, клапанами 191, 192, 193, и инжекторами, например, инжекторами 195, 196, 197, показанными на ФИГ. 1. Дополнительно, для достижения требуемого разбавления исходя из отрегулированных объемов впрыска может одновременно выполняться регулирование указанных: потока (через клапан 142 и/или 155 РОГ), момента искры, фаз распределения впускных или выпускных клапанов, объема сжатия, положения дросселя и т.д.

После впрыска доступного конденсата в одно или более выявленных мест, на шаге 435, способ 400 включает в себя наблюдение за текущим процентом разбавления. Как раскрыто выше, датчик 162 кислорода может использоваться для прогнозирования общего процента разбавления наддувочного воздуха вследствие наличия разбавителей в воздушном потоке (включая РОГ и водяной пар). Исходя из впрыскиваемого объема и достигнутого процента разбавления, контроллер затем может регулировать одно или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия и т.д., для достижения/поддержания требуемого общего процента разбавления наддувочного воздуха всасываемого воздуха. Когда все количество доступного конденсата было выделено для достижения требуемого процента разбавления, дальнейшие требования к изменению процента разбавления не могут быть выполнены за счет впрыска конденсата до тех пор, пока не пройдет время для накопления уровней конденсата. Таким образом, для достижения/поддержания требуемого общего процента разбавления наддувочного воздуха всасываемого воздуха дальнейшие модификации и/или изменения требуемого разбавления должны выполняться путем регулировки одного или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия и т.д.

Возвращаясь к шагу 415, если определено, что уровень конденсации ОНВ больше или равен выявленному порогу, то способ 400 переходит к шагу 445. На шаге 445 способ 400 включает в себя впрыск определенного количества конденсата в требуемые места одновременно с регулировкой потока РОГ исходя из процентов, полученных из справочной таблицы на шаге 407 способа 400. Время и продолжительность впрыска доступного количества конденсата могут быть согласованы клапанами, например, клапанами 191, 192, 193, и инжекторами, например, инжекторами 195, 196, 197, показанными на ФИГ. 1. Регулирование потока РОГ может выполняться через регулирование клапанов РОГ, например, клапанов 142 и/или 155, показанных на ФИГ. 1. Дополнительно, на шаге 407 исходя из инструкций, выявляемых через справочную таблицу, может одновременно выполняться регулирование момента искры, фаз распределения впускных или выпускных клапанов, объема сжатия, положения дросселя и т.д.

После инициирования впрыска требуемого(-ых) количества(-в) конденсата в одно или более выявленных мест, на шаге 450 способ 400 включает в себя наблюдение за текущим процентом разбавления. Снова, датчик 162 кислорода может использоваться для определения общего процента разбавления наддувочного воздуха вследствие наличия разбавителей в воздушном потоке (включая РОГ и водяной пар). Исходя из текущего достигнутого процента разбавления, на шаге 450 способ 400 переходит к шагу 440, на котором для достижения/поддержания требуемого процента разбавления наддувочного воздуха всасываемого воздуха контроллер может регулировать одно или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия и т.д. Например, впрыск воды во впускной коллектор может сопровождаться уменьшением общего потока РОГ так, чтобы требуемое разбавление достигалось главным образом через впрыск воды. Кроме того, из-за того, что уровень конденсации ОНВ был больше, чем порог, необходимый для достижения предполагаемого требуемого разбавления, последующие модификации для достижения/поддержания процента разбавления могут быть дополнительно выполнены путем впрыска воды в определенное место, управляемого, например, одним или более из клапанов 191, 192, 193 и инжекторов, например, инжекторов 195, 196, 197, показанных на ФИГ. 1. Другими словами, до тех пор, пока конденсат ОНВ доступен для поддержания требуемого процента разбавления, конденсат ОНВ может предпочтительно использоваться для достижения требуемого разбавления. В случае, когда требуемое разбавление не может больше достигаться путем использования конденсата ОНВ из-за низких уровней последнего, для достижения/поддержания требуемого процента разбавления наддувочного воздуха всасываемого воздуха способ 400 включает в себя регулирование одного или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, момент искры, фазы распределения впускных или выпускных клапанов, объем сжатия и т.д.

На ФИГ. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая типовой способ 500 впрыска воды выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и/или охладителя РОГ ВД для выполнения цикла очистки указанного охладителя РОГ. В частности, способ 500 включает в себя, при выявлении необходимости очистки охладителя РОГ, как подробно раскрыто в способе, показанном на ФИГ. 2, определение, доступно ли пороговое количество конденсата ОНВ, и, если доступно, то выполнение очистки, как раскрыто согласно подробным инструкциям способа 500. Инструкции для выполнения способа 500 и остальных способов, раскрытых в настоящем документе, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может задействовать приводы двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя, согласно способам, раскрытым ниже. Следует понимать, что способ 500 может быть применен к другим системам с различной конфигурацией, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Способ 500 начинается на шаге 505, на котором определяют, достигнуты ли начальные условия для выполнения определенной программы очистки РОГ. В одном примере, достижение начальных условий может включать в себя определение уровня конденсата ОНВ выше порога. Как раскрыто выше, в одном примере, количество конденсата, собранного из ОНВ, может быть выявлено датчиком уровня жидкости, соединенным с резервуаром, или может быть выявлено путем контроля текущей тяги насоса, используемого для направления конденсата ОНВ ко множеству мест в двигателе. Порог может быть установлен исходя из заданного количества конденсата, требуемого для выполнения программы очистки, например, количества конденсата, которое будет обеспечивать возможность впрыска в течение заданного количества времени. В другом примере, пороговый уровень может быть установлен как заданный уровень, превышающий количество, рассчитанное для выполнения программы успешной очистки. В этом примере, если для программы очистки необходимо большее количество воды, чем заданное количество, избыточное количество воды будет оставаться доступным для успешного выполнения программы очистки. В другом примере, порог может быть установлен, исходя из выявленного требуемого уровня очистки. Требуемый уровень очистки может быть определен измерением или моделью, как раскрыто выше в отношении ФИГ. 2. Например, содержание твердых частиц в охладителе РОГ может быть определено на основании изменения давления РОГ выше и ниже по потоку относительно определенного охладителя РОГ. Содержание твердых частиц может быть сравнено с пороговым содержанием твердых частиц и, в зависимости от разности между измеренным содержанием твердых частиц и пороговым содержанием, может быть соответственно отрегулирован пороговый уровень содержания конденсата ОНВ, определенный для выполнения программы очистки. Другие начальные условия для продолжения программы очистки, определенной в способе 500, могут включать в себя температуру охладителя РОГ выше пороговой температуры, и/или частоту вращения компрессора ниже пороговой частоты вращения. Например, если температура охладителя РОГ ниже пороговой температуры охладителя РОГ, то жидкость при прямом впрыске может испариться не полностью. Неполное испарение приводит к плохому смешиванию с водными отложениями в охладителе РОГ. Если частота вращения компрессора выше пороговой частоты вращения компрессора, то может произойти смещение твердых частиц от прямого впрыска в охладителе РОГ и повреждение турбокомпрессора. Если на шаге 505 начальные условия не выполнены, то способ 500 переходит к шагу 515. На шаге 515 способ 500 включает в себя поддержание текущих параметров работы двигателя. Поддержание параметров работы двигателя на шаге 515 может включать в себя поддержание распределительных клапанов ОНВ, например, клапанов 191, 192, 193, и инжекторов, например, инжекторов 195, 196, 197, в их текущем состоянии. В качестве другого примера, на шаге 515 способ 500 может дополнительно включать в себя поддержание клапана РОГ ВД, например, клапана 142, и клапана РОГ низкого давления, например, клапана 155, в их текущем состоянии. Дополнительно на шаге 515 поддержание текущих параметров работы двигателя может включать в себя установку в контроллере флажка, выявляющего необходимость в будущем выполнить программу очистки РОГ. Инициирование программы очистки может быть основано на выявлении того, что уровень конденсации ОНВ достиг порогового уровня, причем пороговый уровень является, например, уровнем, необходимым для выполнения программы очистки. Способ 500 затем может завершиться.

Если на шаге 505 определено, что начальные условия для выполнения программы очистки РОГ достигнуты, то способ 500 переходит к шагу 510. На шаге 510, способ 500 включает в себя оценку максимального расхода впрыска. Факторы, которые могут влиять на максимальный расход впрыска, включают в себя, но не ограничиваются ими, уровни конденсата в одном или более сегментов впускной системы и/или порог стабильности зажигания в двигателе. Расход впрыска может быть определен отношением массы ко времени (например, 5 кг/ч). Впускная система может включать в себя компрессор, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор, а также впускной канал, гидравлически соединенный с компрессором, охладителем наддувочного воздуха и впускным коллектором. Уровни конденсата в пределах впускной системы могут быть вычислены путем измерения температуры конденсации в соответствующем месте в индукционной система. В качестве примера, в системе РОГ низкого давления (РОГНД), уровни конденсата во впускном канале до компрессора, впускном канале после охладителя наддувочного воздуха и во впускном коллекторе могут влиять на максимальный расход впрыска воды. В качестве другого примера, в случае системы РОГ высокого давления (РОГВД) или системы безнаддувной РОГ (БРОГ), уровни конденсата во впускном коллекторе могут влиять на максимальный расход впрыска воды.

Порог стабильности горения в двигателе может включать в себя максимально допустимое разбавление в двигателе, выше которого могут появиться проблемы со стабильностью горения (например, перебой зажигания и т.д.). Общее разбавление, обеспечиваемое двигателю, может контролироваться на уровне, меньшем, чем максимально допустимое разбавление в двигателе, во избежание проблем со стабильностью горения. Общее разбавление равняется сумме расхода РОГ и количества впрыскиваемой жидкости. Количество впрыскиваемой жидкости регулируют согласно расходу РОГ и порогу стабильности горения в двигателе, так что общее разбавление может быть меньше, чем максимально допустимое разбавление в двигателе.

На шаге 520, способ включает в себя регулирование расхода РОГ в ответ на расход непосредственного впрыска. Расход РОГ может уменьшаться, когда расход непосредственного впрыска увеличивается. Регулирование может дополнительно включать в себя сокращение расхода РОГ до минимального расхода, когда расход непосредственного впрыска увеличивается до максимального расхода. В одном примере, минимальный расход РОГ может быть заданным минимальным расходом, способным направлять жидкость из охладителя РОГ к двигателю. В другом примере, минимальный расход РОГ может быть минимальным необходимым для сохранения требуемой температуры в охладителе РОГ.

На шаге 525, способ включает в себя непосредственный впрыск воды выше по потоку относительно определенного охладителя РОГ. Как раскрыто выше, расход впрыска может основываться на расходе РОГ и уровнях конденсата во впускной системе. На шаге 530, контроллер определяет, завершена ли очистка. Очистка охладителя РОГ может быть оценена путем впрыска заданного количества жидкости (например, 100 мл) или впрыска жидкости в течение заданного промежутка времени (например, 30 секунд). Очистка охладителя РОГ может также быть оценена путем измерения давления отработавших газов выше по потоку и ниже по потоку относительно охладителя РОГ. Если давления по существу равны или находятся в пределах заданного перепада давления, то охладитель РОГ может считаться очищенным. Если охладитель РОГ не очищен, то способ возвращается к шагу 510. Если охладитель РОГ очищен, то способ может завершиться.

На ФИГ. 6 показан пример временного графика 600 для впрыска запасенного конденсата ОНВ в различные каналы в двигателе, в том числе впускной коллектор, выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и/или выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД, согласно условиям работы двигателя. Временной график 600 включает в себя кривую 605, обозначающую нагрузку двигателя с течением времени. Временной график 600 дополнительно включает в себя кривую 610, обозначающую расход впрыска выше по потоку относительно охладителя РОГ НД, и кривую 615, обозначающую расход впрыска выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД с течением времени. Временной график 600 дополнительно включает в себя кривую 620, обозначающую расход впрыска непосредственно во впускной коллектор с течением времени. Временной график 600 дополнительно включает в себя кривую 625, обозначающую общий поток РОГ, исходя из суммы потоков РОГ ВД и НД, с течением времени. Временной график 600 дополнительно включает в себя кривую 630, обозначающую уровень запасенного конденсата ОНВ с течением времени. Линия 635 представляет собой пороговый уровень запасенного конденсата ОНВ, ниже которого впрыск в любой из указанных каналов блокирован. Временной график 600 дополнительно включает в себя кривую 640, обозначающую требуемое разбавление с течением времени исходя из условий работы двигателя для поддержания уровня оксидов азота в газах сгорания ниже заданных количеств и во избежание сбоя зажигания.

В момент времени t0 двигатель работает при высокой нагрузке, обозначенной кривой 605. Исходя из условий работы двигателя, например, обозначенных картой, изображенной на ФИГ. 3, определяют требуемое разбавление, обозначенное кривой 640. Соответственно, определенное соотношение процента конденсата, впрыскиваемого в одно или более из множества мест в двигателе, к проценту потока РОГ определено в справочной таблице, например, справочной таблицей, упомянутой в отношении способа, изображенного на ФИГ. 4. В момент времени t₀ условия работы двигатели таковы, что для оптимального достижения требуемого разбавления, обозначенный кривой 620 процент впрыскиваемого во впускной коллектор конденсата высок, в то время как обозначенный кривой 625 поток РОГ низок. Между моментами времени t₀ and t₁ так как конденсат впрыскивают во впускной коллектор, уровень запасенного конденсата ОНВ, обозначенный кривой 630, уменьшается. В момент времени t₁ нагрузка двигателя остается высокой и требуемое разбавление остается по существу неизменным, тем не менее условия работы слегка изменились так, что согласно справочной таблице оптимальное достижение требуемого разбавления включает в себя увеличение впрыскиваемого конденсата выше по потоку относительно охладителя РОГ НД, обозначенного кривой 610, и уменьшение конденсата, впрыскиваемого непосредственно во впускной коллектор. Например, изменение требуемого разбавления может быть связано со стабильностью горения или необходимостью в очистке охладителя РОГ НД. Таким образом, между моментами времени t₁ и t₂, требуемое разбавление достигается комбинацией впрыска во впускной коллектор, впрыска выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и низкого потока РОГ. Соответственно, уровни конденсата ОНВ продолжают падать.

Между моментами времени t₂ и t₃, двигатель переходит с высокой нагрузки на условия работы при средней нагрузке. В этом случае, требуемое разбавление уменьшается. Согласно справочной таблице, условия разбавления могут оптимально достигаться путем увеличения процента потока РОГ и уменьшения процента впрыска конденсата в одно или более мест в двигателе. Таким образом, между моментами времени t₂ и t₃, поток РОГ увеличивается, а впрыск выше по потоку относительно охладителя РОГ НД и во впускной коллектор, соответственно, уменьшается. Так как конденсат больше не используется, уровень запасенного конденсата стабилизируется.

Между моментами времени t₃ и t₄, требуемое разбавление оптимально достигается уровнем потока РОГ, определенным при помощи справочной таблицы исходя из условий работы двигателя. В этом случае, уровень конденсата остается по существу неизменным.

В момент времени t₄, двигатель продолжает работать при средних нагрузках, тем не менее, требуется слабое увеличение в разбавлении. Это может быть вызвано, в качестве одного примера, слегка повышенными температурами сгорания и, следовательно, необходимостью сокращения оксидов азота. Например, оптимальное достижение требуемого разбавления, определенного справочной таблицей исходя из условий работы двигателя, включает в себя увеличение впрыскиваемого конденсата как выше по потоку относительно охладителя РОГ НД, так и выше по потоку относительно охладителя РОГ ВД, при, соответственно, незначительном уменьшении потока РОГ. Соответственно, между моментами времени t₄ и t₅, уровень конденсата снижается.

Между моментами времени t₅ и t₆, двигатель переходит к высокой нагрузке. Например, увеличивается требуемое разбавление. Условия работы таковы, что для оптимального достижения требуемого разбавления, согласно справочным таблицам предписываются увеличение впрыска во впускной коллектор, одновременное уменьшение потока РОГ и уменьшение впрыска выше по потоку относительно охладителя РОГ НД. В этом случае, уровень запасенного конденсата продолжает снижаться.

Между моментами времени t₆ и t₇, впрыск во впускной коллектор продолжают использовать для достижения требуемого разбавления при высокой нагрузке, и, таким образом, уровни конденсата продолжают снижаться, до момента времени t₇, когда уровни конденсата достигают порогового уровня, обозначенного линией 635. Таким образом, в момент времени t₇, уровень конденсата ОНВ очень низок и требуемое разбавление в двигателе не может быть достигнуто за счет впрыска конденсата. В этом случае, впрыск конденсата отключается. Соответственно, требуемое разбавление достигается путем компенсации нехватки впрыска конденсата за счет увеличения всего потока РОГ. Например, между моментами времени t₇ и t₈, поток РОГ увеличивают для компенсации уменьшения впрыска конденсата во впускной коллектор и выше по потоку относительно охладителя РОГ НД. Таким образом, между моментами времени t₈ и t₉, требуемое разбавление в двигателе достигается переходом от ситуации, когда для достижения требуемого разбавления может использоваться конденсат, к ситуации, в которой требуемое разбавление в двигателе достигается исключительно за счет РОГ.

В момент времени t₈, нагрузка двигателя начинает снижаться. Между моментами времени t₈ и t₉, так как нагрузка двигателя снижается, требуемое разбавление также снижается. Соответственно, поток РОГ уменьшается. Запасенный конденсат из ОНВ не имел возможности накопиться до существенных уровней, поэтому любое требуемое разбавление должно быть достигнуто за счет РОГ.

Таким образом, собранный из ОНВ конденсат может направляться во множество мест в двигателе в зависимости от условий работы двигателя. Таким образом, для повышения эффективности двигателя можно выгодно использовать конденсат ОНВ, как правило являющийся проблемой вследствие потенциального замерзания указанного конденсата, снижающий эффективность ОНВ и инициирующий пропуски в зажигании и/или нестабильное горение в результате впрыска воды во впускной коллектор. Например, впрыск конденсата ОНВ в одно или более из множества мест в двигателе может облегчить достижение требуемого разбавления в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя, тем самым сокращая сбои зажигания в двигателе и сокращая уровни содержания оксидов азота.

Технический результат сбора конденсата ОНВ в резервуар и направления конденсата во множество мест в двигателе, используя раскрытые в настоящем документе способы, заключается в обеспечении точного контроля над требуемым разбавлением в двигателе при меняющихся условиях работы двигателя посредством использования возобновляемого бортового источника воды. Так как резервуар не нуждается в обслуживании оператором транспортного средства, то более вероятно, что в условиях, когда впрыск воды в одно или более из мест в двигателе будет выгоден, конденсат будет в наличии. Таким образом, может быть повышена эффективность двигателя и сокращены вредные выбросы.

Раскрытые здесь со ссылкой на ФИГ. 1 системы совместно со способами, раскрытыми здесь со ссылками на ФИГ. 2, 4, 5, могут включать в себя одну или более систем или один или более способов. В одном примере способ содержит шаги, на которых: собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель; направляют указанный конденсат в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы указанного двигателя; определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы; и регулируют впрыск указанного конденсата, и регулируют рециркуляцию отработавших газов из указанного двигателя для образования указанного требуемого разбавления частично исходя из указанного места впрыска. В первом примере способа направление указанного конденсата в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы, представляет собой: впрыск во впускной коллектор указанного двигателя; впрыск в первый теплообменник для отработавших газов, который охлаждает отработавшие газы перед вводом указанных отработавших газов в указанный впускной коллектор; или впрыск во второй теплообменник для отработавших газов, который охлаждает отработавшие газы перед вводом указанных отработавших газов в воздушный компрессор, который снабжает указанный впускной коллектор сжатым воздухом. Во второй пример способа опционально включен первый пример и, кроме того, в нем указанный воздух, направленный в указанный двигатель, изначально направляют из воздушного компрессора в охладитель наддувочного воздуха. В третий пример способа опционально включен один или более из следующего - первый и второй примеры - и, кроме того, в нем указанные отработавшие газы, попадающие в первый теплообменник для отработавших газов, направляют из указанного двигателя в указанный первый теплообменник для отработавших газов, причем отработавшие газы извлекают из основного потока отработавших газов перед их прохождением через турбину турбонагнетателя, которая приводит в действие указанный воздушный компрессор. В четвертый пример способа опционально включен один или более из следующего -первый, второй и третий примеры - и, кроме того, в нем указанные отработавшие газы, попадающие в указанный второй теплообменник для отработавших газов, направляют из указанного двигателя через указанную турбину в указанный второй теплообменник для отработавших газов, а затем в указанный воздушный компрессор. В пятый пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй, третий и четвертый примеры - и, кроме того, включен шаг, на котором для достижения указанного требуемого разбавления регулируют одно или более из следующего: момент зажигания; фазы распределения впускных или выпускных клапанов указанного двигателя; или степень сжатия, обеспечиваемую воздушным компрессором, подающим указанный воздух, направленный в указанный двигатель.

Другой пример способа содержит шаги, на которых: собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель; направляют указанный конденсат в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы указанного двигателя; направляют отработавшие газы из указанного двигателя в воздухозаборник указанного двигателя через одно или более из множества мест исходя из указанных условий работы; определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы для поддержания количества оксидов азота в отработавших газах ниже требуемого количества и во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе; исходя из указанного места, выбранного для направления указанного конденсата и для направления указанных отработавших газов, впрыскивают некоторое количество указанного конденсата и регулируют рециркуляцию отработавших газов из указанного двигателя для образования указанного требуемого разбавления частично исходя из указанного места впрыска; и повторно регулируют подлежащее впрыску количество указанного конденсата и повторно регулируют указанную рециркуляцию отработавших газов по мере изменения доступного количества указанного конденсата. В первом примере способа указанные условия работы включают в себя нагрузку и частоту вращения указанного двигателя. Во второй пример способа опционально включен первый пример и, кроме того, включена регулировка момента зажигания указанного двигателя для достижения указанного требуемого разбавления. В третий пример способа опционально включен один или более из следующего - первый и второй примеры - и, кроме того, включена регулировка фаз клапанного распределения указанного двигателя для достижения указанного требуемого разбавления. В четвертый пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй и третий примеры - и, кроме того, в нем указанное охлаждение воздуха, направленного в указанный двигатель, содержит направление указанного воздуха в охладитель наддувочного воздуха, а указанный сбор указанного конденсата содержит сбор указанного конденсата в резервуар. В пятый пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй, третий и четвертый примеры - и, кроме того, включен шаг, на котором определяют количество указанного конденсата в указанном резервуаре посредством одного или более из следующего: датчик уровня жидкости, соединенный с указанным резервуаром; или контроль текущей тяги насоса, используемого для облегчения указанного направления указанного конденсата и указанного впрыска указанного конденсата. В шестой пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй, третий, четвертый и пятый примеры - и, кроме того, включен шаг, на котором во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе или нежелательной температуры указанного двигателя, в ответ на выявление низкого уровня конденсата в указанном резервуаре, регулируют одно или более из следующего: момент зажигания указанного двигателя; фазы клапанного распределения указанного двигателя; или сжатие указанного воздуха, направленного в указанный двигатель. Седьмой пример способа опционально содержит один или более из следующего - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой примеры - и, кроме того, в нем указанный впрыск конденсата предпочтительнее, чем регулировка указанных отработавших газов для достижения указанного требуемого разбавления.

Другой пример способа содержит шаги, на которых: подают сжатый воздух из воздушного компрессора в охладитель наддувочного воздуха и затем во впускной коллектор двигателя; приводят в действие указанный компрессор посредством турбины, приводимой в действие отработавшими газами из указанного двигателя; собирают конденсат, образовавшийся в указанном охладителе наддувочного воздуха, в резервуар; направляют, в зависимости от условий работы двигателя, указанные отработавшие газы в указанный впускной коллектор из одного или более из следующих каналов: из первого охладителя, который получает указанные отработавшие газы из места выше по потоку относительно указанной турбины; или из второго охладителя, который получает указанные отработавшие газы из места ниже по потоку относительно указанной турбины; осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара непосредственно в указанный впускной коллектор и в указанный второй охладитель, когда указанный двигатель начинает работать на высоких нагрузках, и прекращают указанный впрыск непосредственно в указанный коллектор через заранее установленное время; осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара непосредственно в указанный впускной коллектор и в указанный второй охладитель, когда указанный двигатель работает на очень высоких нагрузках; осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара в указанный первый охладитель и в указанный второй охладитель, когда двигатель работает на средних нагрузках; определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы, включающих в себя нагрузку и частоту вращения двигателя; и регулируют количество указанного подлежащего впрыску конденсата и количество указанных направленных отработавших газов в зависимости от указанных условий работы двигателя для достижения указанного требуемого процента разбавления, и далее, по истощению указанного подлежащего впрыску конденсата, регулируют указанное количество направленных отработавших газов для поддержания указанного требуемого процента разбавления. В первом примере способа указанная регулировка указанного впрыска конденсата и указанная регулировка указанного количества указанных отработавших газов дополнительно основаны на том, куда осуществляют впрыск указанного конденсата и куда направляют указанные отработавшие газы. Во второй пример способа опционально включен первый пример и, кроме того, в нем указанное направление указанных отработавших газов в указанный первый охладитель или в указанный второй охладитель частично основано на обнаружении нагара в указанном первом или втором охладителе, соответственно. В третий пример способа опционально включен один или более из следующего - первый и второй примеры - и, кроме того, в нем указанное обнаружение нагара основано на падении давления указанных отработавших газов, проходящих через указанный первый или второй охладитель. В четвертый пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй и третий примеры - и, кроме того, в нем указанные условия работы включают в себя нагрузку и частоту вращения двигателя. В пятый пример способа опционально включен один или более из следующего - первый, второй, третий и четвертый примеры - и, кроме того, способ дополнительно содержит для достижения указанного требуемого разбавления регулировку одного или более из следующего: момент зажигания указанного двигателя или фазы клапанного распределения указанного двигателя.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, приводами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях -могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в комбинации с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях 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 отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки 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 идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с наддувом, снабженных охладителями наддувочного воздуха. Способ управления двигателем заключается в том, что собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель (10). Направляют конденсат в двигатель (10) через одно из мест исходя из условий работы двигателя. Определяют требуемый процент разбавления для сгорания в двигателе (10) на основе условий работы. Регулируют впрыск конденсата и регулируют рециркуляцию отработавших газов из двигателя (10) для образования требуемого разбавления частично исходя из места впрыска. Раскрыты варианты способа управления двигателем. Технический результат заключается в предотвращении сбоя в зажигании двигателя и/или неустойчивости горения в двигателе. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления двигателем, содержащий шаги, на которых:

собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель;

направляют указанный конденсат в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы указанного двигателя;

определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы; и

регулируют впрыск конденсата, и регулируют рециркуляцию отработавших газов из указанного двигателя для образования указанного требуемого разбавления частично исходя из места впрыска.

2. Способ по п. 1, в котором направление указанного конденсата в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы, представляет собой: впрыск во впускной коллектор указанного двигателя; впрыск в первый теплообменник для отработавших газов, который охлаждает отработавшие газы перед вводом указанных отработавших газов в указанный впускной коллектор; или впрыск во второй теплообменник для отработавших газов, который охлаждает отработавшие газы перед вводом указанных отработавших газов в воздушный компрессор, который снабжает указанный впускной коллектор сжатым воздухом.

3. Способ по п. 2, в котором указанный воздух, направленный в указанный двигатель, изначально направляют из воздушного компрессора в охладитель наддувочного воздуха.

4. Способ по п. 3, в котором указанные отработавшие газы, попадающие в первый теплообменник для отработавших газов, направляют из указанного двигателя в указанный первый теплообменник для отработавших газов, причем отработавшие газы извлекают из основного потока отработавших газов перед их прохождением через турбину турбонагнетателя, которая приводит в действие указанный воздушный компрессор.

5. Способ по п. 3, в котором указанные отработавшие газы, попадающие в указанный второй теплообменник для отработавших газов, направляют из указанного двигателя после турбины в указанный второй теплообменник для отработавших газов, а затем в указанный воздушный компрессор.

6. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором для достижения указанного требуемого разбавления регулируют одно или более из следующего: момент зажигания; фазы распределения впускных или выпускных клапанов указанного двигателя; или степень сжатия, обеспечиваемую воздушным компрессором, подающим указанный воздух, направленный в указанный двигатель.

7. Способ управления двигателем, содержащий шаги, на которых:

собирают конденсат из охлажденного воздуха, направленного в двигатель;

направляют указанный конденсат в двигатель через одно из множества мест исходя из условий работы указанного двигателя;

направляют отработавшие газы из указанного двигателя в воздухозаборник указанного двигателя через одно или более из множества мест исходя из указанных условий работы;

определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы для поддержания количества оксидов азота в отработавших газах ниже требуемого количества и во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе;

исходя из указанного места, выбранного для направления указанного конденсата и для направления указанных отработавших газов, впрыскивают некоторое количество указанного конденсата и регулируют рециркуляцию отработавших газов из указанного двигателя для образования указанного требуемого разбавления частично исходя из места впрыска; и

повторно регулируют подлежащее впрыску количество указанного конденсата и повторно регулируют указанную рециркуляцию отработавших газов по мере изменения доступного количества указанного конденсата.

8. Способ по п. 7, в котором указанные условия работы включают в себя нагрузку и частоту вращения указанного двигателя.

9. Способ по п. 7, в котором дополнительно регулируют момент зажигания указанного двигателя для достижения указанного требуемого разбавления.

10. Способ по п. 7, в котором дополнительно регулируют фазы клапанного распределения указанного двигателя для достижения указанного требуемого разбавления.

11. Способ по п. 7, в котором указанное охлаждение воздуха, направленного в указанный двигатель, содержит направление указанного воздуха в охладитель наддувочного воздуха, а указанный сбор указанного конденсата содержит сбор указанного конденсата в резервуар.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий шаг, на котором определяют количество указанного конденсата в указанном резервуаре посредством одного или более из следующего: датчик уровня жидкости, соединенный с указанным резервуаром; или контроль текущей тяги насоса, используемого для облегчения указанного направления указанного конденсата и указанного впрыска указанного конденсата.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий, шаг на котором во избежание сбоя зажигания в указанном двигателе или нежелательной температуры указанного двигателя, в ответ на выявление низкого уровня конденсата в указанном резервуаре, регулируют одно или более из следующего: момент зажигания указанного двигателя; фазы клапанного распределения указанного двигателя; или сжатие указанного воздуха, направленного в указанный двигатель.

14. Способ по п. 7, в котором указанный впрыск конденсата предпочтительнее, чем регулировка указанных отработавших газов для достижения указанного требуемого разбавления.

15. Способ управления двигателем, содержащий шаги, на которых:

подают сжатый воздух из воздушного компрессора в охладитель наддувочного воздуха и затем во впускной коллектор двигателя;

приводят в действие указанный компрессор посредством турбины, приводимой в действие отработавшими газами из указанного двигателя;

собирают конденсат, образовавшийся в указанном охладителе наддувочного воздуха, в резервуар;

направляют, в зависимости от условий работы двигателя, указанные отработавшие газы в указанный впускной коллектор из одного или более из следующих каналов: из первого охладителя, который получает указанные отработавшие газы из места выше по потоку относительно указанной турбины; или из второго охладителя, который получает указанные отработавшие газы из места ниже по потоку относительно указанной турбины;

осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара непосредственно в указанный впускной коллектор и в указанный второй охладитель, когда указанный двигатель начинает работать на высоких нагрузках, и прекращают указанный впрыск непосредственно в указанный коллектор через заранее установленное время;

осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара непосредственно в указанный впускной коллектор и в указанный второй охладитель, когда указанный двигатель работает на очень высоких нагрузках;

осуществляют впрыск указанного конденсата из указанного резервуара в указанный первый охладитель и в указанный второй охладитель, когда указанный двигатель работает на средних нагрузках;

определяют требуемый процент разбавления для сгорания в указанном двигателе на основе указанных условий работы, включающих в себя нагрузку и частоту вращения двигателя; и

регулируют количество указанного подлежащего впрыску конденсата и количество указанных направленных отработавших газов в зависимости от указанных условий работы двигателя для достижения указанного требуемого процента разбавления, и далее, по истощению указанного подлежащего впрыску конденсата, регулируют указанное количество направленных отработавших газов для поддержания указанного требуемого процента разбавления.

16. Способ по п. 15, в котором указанная регулировка указанного впрыска конденсата и указанная регулировка указанного количества указанных отработавших газов дополнительно основаны на том, куда осуществляют впрыск указанного конденсата, и куда направляют указанные отработавшие газы.

17. Способ по п. 15, в котором указанное направление указанных отработавших газов в указанный первый охладитель или в указанный второй охладитель частично основано на обнаружении нагара в указанном первом или втором охладителе, соответственно.

18. Способ по п. 17, в котором указанное обнаружение нагара основано на падении давления указанных отработавших газов, проходящих через указанный первый или второй охладитель.

19. Способ по п. 15, в котором указанные условия работы включают в себя нагрузку и частоту вращения указанного двигателя.

20. Способ по п. 15, в котором дополнительно, для достижения указанного требуемого разбавления, регулируют одно или более из следующего: момент зажигания указанного двигателя или фазы клапанного распределения указанного двигателя.