СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УСКОРЕНИЯ АКТИВАЦИИ КАТАЛИЗАТОРА ПРИ ХОЛОДНОМ ЗАПУСКЕ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК F01N3/20 F02B37/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам для управления турбонагнетателем двигателя автомобиля для ускорения активации катализатора во время условий холодного запуска двигателя.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Во время тестирования выбросов вредных веществ из двигателя может потребоваться выпускной катализатор, позволяющий обеспечить требуемый коэффициент нейтрализации отработавших газов в пределах заранее заданного времени после холодного запуска двигателя, в соответствии с условиями окружающей среды. Например, при некотором тестировании выбросов вредных веществ из двигателя, может потребоваться выпускной катализатор, имеющий возможность работать с большей эффективностью, чем 80%, в течение 20 секунд после запуска двигателя. Рабочие температуры выпускного катализатора могут обеспечивать работу с такой эффективностью в температурном диапазоне приблизительно от 800 до 1600 градусов по Фаренгейту, в зависимости от состава катализатора. Таким образом, для увеличения эффективности выпускного катализатора в пределах короткого периода времени после запуска двигателя могут использоваться различные алгоритмы управления, чтобы нагреть катализатор и ускорить достижение температуры активации выпускного катализатора.

Попытки решить проблемы, связанные с ускорением достижения температуры активации катализатора после запуска двигателя, могут содержать регулирование момента зажигания или регулирование воздушно-топливного отношения ВТО (AFR) двигателя, чтобы увеличить температуру отработавших газов. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что, хотя регулирование момента зажигания и ВТО имеет целью ускорить активацию катализатора за счет увеличения температуры отработавших газов, и такие алгоритмы не могут достаточно эффективно решить проблему потери тепла отработавших газов в результате взаимодействия с компонентами выпускной системы.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что один фактор потери тепла отработавших газов заключается в увеличении скорости вращения отработавших газов, когда они движутся в выпускной катализатор. Увеличение скорости вращения отработавших газов ниже по потоку от турбины в двигателях, содержащих турбонагнетатели, происходит вследствие свободного вращательного движения турбины. Это свободное вращательное движение турбины является причиной увеличения скорости вращения отработавших газов, поскольку отработавшие газы проходят через турбину к выпускному катализатору. Увеличение скорости вращения отработавших газов при движении отработавших газов в осевом направлении ниже по потоку к выпускному катализатору увеличивает время прохождения или время пребывания отработавших газов на пути от выпускного коллектора к выпускному катализатору. Таким образом, увеличивается величина контакта между отработавшими газами и стенками выпускного трубопровода, и отработавшие газы могут потерять большее количество тепла, передаваемого выпускному трубопроводу, до того, как попадут в выпускной катализатор.

Например, указанные выше проблемы могут быть решены с использованием способа, содержащего, в зависимости от условий холодного запуска двигателя, торможение движения вала турбонагнетателя посредством механизма удержания вала. Механизм удержания вала может представлять собой пассивный или активный механизмом удержания вала. Использование механизма удержания вала в противоположность использованию только изменения положения перепускного клапана для управления вращением турбонагнетателя может быть предпочтительным. Например, механизм удержания вала может быть более точным при управлении частотой вращения вала турбонагнетателя и/или он может оказать большее влияние на вращение потока, чем регулирование перепускного клапана. Удержание вала можно использовать вместо регулирования перепускного клапана или в дополнение к регулированию перепускного клапана, если это возможно.

Торможение вращения турбонагнетателя позволяет обеспечить технический эффект, состоящий в уменьшении скорости вращения отработавших газов, проходящих по спиральной траектории через выпускной патрубок ниже по потоку от турбины турбонагнетателя, а также могут быть уменьшены потери тепла отработавшими газами, когда отработавшие газы проходят в выпускной катализатор. Это сокращение потерь тепла отработавшими газами при прохождении в выпускной катализатор может ускорить активацию катализатора и может обеспечить уменьшение выбросов вредных веществ.

Как было упомянуто выше, механизм удержания вала может представлять собой пассивный механизм удержания вала или активный механизм удержания вала. Пассивный механизм удержания вала может содержать материал с фазовым переходом, который имеет возможность останавливать турбонагнетатель или препятствовать вращению турбонагнетателя, когда этот материал находится в твердом состоянии. Когда температура материала с фазовым переходом увеличивается, вязкость этого материала может уменьшиться. Когда вязкость материала с фазовым переходом уменьшается ниже пороговой вязкости, становится возможным вращение турбонагнетателя. В некоторых примерах температура точки плавления, определяемая веществами, содержащимися в материале с фазовым переходом, может соответствовать температуре, при которой катализатор может работать с требуемой эффективностью. Пассивный механизм удержания вала может быть выгодным для противостояния условиям высокой температуры вала турбонагнетателя, без разрушения этого механизма.

Активный механизм удержания вала может содержать штифт, который может быть приведен в действие, чтобы войти в паз механизма удержания вала, что позволяет остановить вращение вала турбонагнетателя. Активный механизм удержания вала может быть выгодным для того, чтобы быстро прекратить или разрешить вращение вала турбонагнетателя, в зависимости от некоторых условий и изменения условий, например температуры, при которой не требуется блокировка вращения. Например, вращение вала может быть остановлено точно до того момента, когда можно будет разрешить вращение вала. Например, активный механизм удержания вала может обеспечить остановку вала во время условий холодного запуска двигателя до достижения первой температуры, что позволяет уменьшить вращение отработавших газов, и, тем самым, ускорить активацию катализатора, но такой механизм может обеспечить остановку вала до достижения второй, отличающейся, температуры, (например, более низкой или более высокой) во время других условий запуска двигателя или условий перезапуска двигателя.

Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое раскрытие дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое раскрытие не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за осуществлением изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

Краткое описание иллюстраций

На фиг. 1 показана схема примера двигателя в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 показан первый вид механизма удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации.

На фиг. 3 показан второй вид механизма удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации.

На фиг. 4 показан разрез механизма удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации.

На фиг. 5 показан вид механизма удержания вала в соответствии со вторым вариантом реализации в первом положении.

На фиг. 6 показан вид механизма удержания вала в соответствии со вторым вариантом реализации во втором положении.

На фиг. 7 показана блок-схема примера способа системы управления турбонагнетателем.

На фиг. 8 показана блок-схема примера способа для выполнения компенсирующих действий для системы турбонагнетателя.

На фиг. 9 показано графическое представление примера взаимосвязи между положением перепускного клапана, механизмом удержания вала, частотой вращения турбины, температуры катализатора (T_CAT) и частотой вращения двигателя.

Фиг. 2-6 выполнены в приблизительном масштабе.

Осуществление изобретения

Следующее раскрытие относится к системам и способам улучшения активации катализатора во время условий холодного запуска двигателя в системе двигателя, например, в системе двигателя, показанной на фиг. 1. В зависимости от условий работы двигателя, например, условий холодного запуска двигателя, механизм удержания вала, например такой, как раскрытый на фиг. 2-6, может быть установлен в закрытое или открытое положение. В некоторых примерах механизм удержания вала может быть установлен в закрытое положение для ускорения активации катализатора во время условий холодного запуска двигателя. Закрытое положение механизма удержания вала может ускорить активацию катализатора посредством торможения вращения турбины турбонагнетателя. Вращение турбины может создать вращение потока отработавших газов ниже по потоку от турбины, и это вращение отработавших газов может привести к потерям тепла отработавших газов.

В других примерах механизм удержания вала может быть установлен в открытое положение, что разрешает беспрепятственное вращение турбины. В некоторых примерах это открытое положение может быть выгодным для обеспечения потребности наддува двигателя. Контроллер системы двигателя может выполнять программы, например, программы, показанные на фиг. 7-8, для управления работой турбонагнетателя во время условий, когда механизм удержания вала может быть управляемым, и во время условий, когда механизм удержания вала может быть неисправен. Программы, выполняемые контроллером системы двигателя, могут быть основаны на различных взаимодействиях компонентов двигателя, как раскрыто на фиг. 9.

На фиг. 1-6 показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, с зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые здесь термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, только в качестве примера.

На фиг. 1 показан двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, причем двигателем может управлять электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания соединена с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым впускным и выпускным клапаном могут управлять при помощи впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53 соответственно. Датчик 55 впускного кулачка имеет возможность определять положение впускного кулачка 51. Датчик 57 выпускного кулачка имеет возможность определять положение выпускного кулачка 53.

Показано, что топливный инжектор 66 установлен для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы жидкое топливо может быть введено через впускной канал, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. Топливный инжектор 66 может подавать жидкое топливо пропорционально ширине импульса, получаемого от контроллера 12. Топливо поступает в топливный инжектор 66 через топливную систему (не показанную на схеме), содержащую топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показанную на схеме).

Кроме того, показано, что впускной коллектор 44 связан с компрессором 162 турбонагнетателя. Вал 161 механически соединяет турбину 164 турбонагнетателя и компрессор 162 турбонагнетателя. Отработавшие газы могут раскручивать турбину 164, соединенную с компрессором 162 посредством вала 161. Однако в некоторых примерах перепускной клапан 172 может направлять отработавшие газы в обход турбины 164 посредством направления отработавших газов через перепускной трубопровод 174 турбины. Вращение турбины 164 может быть причиной вращения компрессора 162, поскольку турбина и компрессор турбонагнетателя соединены валом 161. Когда компрессор 162 вращается, он может перекачивать воздух из воздухозаборника 42 во впускную камеру 46 наддува. Однако в некоторых примерах перепускной клапан 165 компрессора может направлять впускной воздух через перепускной трубопровод 168 компрессора. В некоторых примерах перепускной трубопровод 174 турбины и перепускной трубопровод 168 компрессора могут быть использованы для управления частотой вращения вала 161 турбины в комбинации с использованием механизма 166 удержания вала. Однако в других конструкциях перепускной трубопровод 168 компрессора и перепускной трубопровод 174 турбины могут отсутствовать.

Компрессор 162 турбонагнетателя, вал 161, турбина 164 и механизм 166 удержания вала могут быть частью системы турбонагнетателя. Система турбонагнетателя может представлять собой отдельный узел, присоединенный к выпускному компоненту двигателя, и система турбонагнетателя может находиться внутри корпуса турбонагнетателя. Возможно использование различных типов систем турбонагнетателя. Например, может использоваться система турбонагнетателя с одной улиткой или система турбонагнетателя с двойной улиткой.

Для вращения вала 161 могут быть использованы опоры в виде первого подшипника 176 и второго подшипника 178. Подшипники 176 и 178, представляющие собой опору для вращения вала 161, могут представлять собой высокоскоростные подшипники. Например, подшипник 176 может окружать вал 161 и может быть установлен между компрессором 162 турбонагнетателя и механизмом 166 удержания вала. Подшипник 178 может окружать вал 161 и может быть установлен между турбиной 164 турбонагнетателя и механизмом 166 удержания вала. Хотя показано, что подшипники 176 и 178 расположены на соответствующих концах вала, эти подшипники могут быть установлены в других местах, причем могут быть установлены дополнительные подшипники для обеспечения дополнительной опоры при вращении вала 161.

Возможно использование различных типов подшипников для создания опоры с возможностью вращения вала 161. Например, подшипники 176 и 178 могут представлять собой полуплавающие опорные подшипники с гидростатической опорой, плавающие опорные подшипники с гидростатической опорой, шариковые подшипники, запрессованные на вал 261 с масляной смазкой, шариковые подшипники, запрессованные на вал 261 и заполненные консистентной смазкой, игольчатые подшипники или аэростатические подшипники. В примерах подшипников, где используется масляная смазка или заполнение консистентной смазкой, масляная смазка или заполнение консистентной смазкой обеспечивают смазку подшипников с целью предотвращения разрушения подшипников и вала 161 турбонагнетателя.

Вал 161 содержит механизм 166 удержания вала. В некоторых примерах механизм 166 удержания вала может взаимодействовать с контроллером 12. Механизм 166 удержания вала выполнен с возможностью торможения вращения вала 161 в зависимости от условий работы двигателя. Например, в зависимости от условий работы двигателя контроллер 12 может включать приводы механизма 166 удержания вала для торможения или обеспечения вращения вала 161. В других примерах механизм 166 удержания вала может тормозить или обеспечивать вращение вала 161 в зависимости от результатов диагностического теста. В других конструкциях механизм 166 удержания вала может не взаимодействовать с контроллером 12.

Опциональный электронный дроссель 62 выполнен с возможностью регулирования положения пластины 64 дросселя, что позволяет управлять воздушным потоком от воздухозаборника 42 к компрессору 162 и впускному коллектору 44. Например, может использоваться двухступенчатая топливная система высокого давления, обеспечивающая более высокие давления топлива. В некоторых примерах дроссель 62 и пластину 64 дросселя могут поместить между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 таким образом, чтобы дроссель 62 представлял собой дроссель впускного канала.

Бесконтактная система 88 зажигания имеет возможность создавать искру зажигания в камере 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания по сигналу контроллера. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, вместо датчика 126 УДКОГ может быть использован бистабильный датчик кислорода в отработавших газах.

Нейтрализатор 70 может содержать, например, несколько блоков катализатора. В другом примере могут использовать несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое со своим набором блоков катализатора. Например, нейтрализатор 70 может представлять собой трехрежимный каталитический нейтрализатор. В настоящем раскрытии подразумевается, что ссылка на катализатор представляет собой ссылку на катализатор выпускной системы, например, содержащийся в нейтрализаторе 70. Нейтрализатор 70 может быть присоединен ниже по потоку от турбины 164 турбонагнетателя, и отработавшие газы могут проходить от выпускного коллектора 48 через турбину 164 перед тем, как попасть в нейтрализатор 70. В примерах, где перепускной клапан 172 и перепускной трубопровод 174 турбины расположены в системе двигателя в дополнение к турбонагнетателю, нейтрализатор 70 может быть присоединен ниже по потоку как от турбины 164 турбонагнетателя, так и от перепускного трубопровода 174 турбины. Кроме того, в примерах, содержащих перепускной клапан 172 и перепускной трубопровод 174 турбины в дополнение к турбине 164 турбонагнетателя, отработавшие газы, проходящие из выпускного коллектора 48, могут сначала проходить через перепускной трубопровод 174 турбины и/или турбину 164 перед тем, как пройти через нейтрализатор 70.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Контроллер 12 может представлять собой часть управляющей системы 14. Управляющая система 14 может дополнительно содержать датчики 16 и приводы 18 (различные примеры которых раскрыты здесь). Показано, что контроллер 12 управляющей системы 14 имеет возможность принимать различные сигналы от датчиков 18, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) отдатчика 112 температуры, присоединенного к охлаждающей гильзе 114; датчик 134 положения, присоединенный к педали 130 акселератора для измерения силы, приложенной ногой 132; датчик давления может быть присоединен к масляному насосу для измерения давления в масляном насосе (не показано на схеме); датчик 154 положения, присоединенный к педали 150 тормоза для измерения силы, приложенной ногой 152, сигнал измеренного давления в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; сигнал измеренного давления газа на входе турбины и/или давления отработавших газов, что может быть измерено посредством датчика давления, установленного рядом с турбиной 164; положение двигателя от датчика 118 Холла, имеющего возможность измерять положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; и измеренное положение дросселя от датчика 58; измерение давления газа на входе турбины может быть выполнено посредством вычисления на основе показаний датчика давления, установленного в выпускном коллекторе. Атмосферное давление также может быть измерено (датчик не показан на схеме) для обработки контроллером 12. Датчик 118 положения двигателя может генерировать заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, что позволяет определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM). Датчик положения вала может измерять частоту вращения вала 161. Кроме того, в некоторых вариантах реализации контроллер 12 может получать сигналы от датчиков механизма 166 удержания вала. Например, контроллер 12 может получать сигналы датчиков положения механизма 166 удержания вала. Эти датчики положения могут измерять положение привода механизма 166 удержания вала или штифта механизма 166 удержания вала. В некоторых примерах механизм 166 удержания вала может иметь установленный в нем датчик температуры. В других примерах температуру механизма 166 удержания вала могут определять на основе одного или более из следующего: ТХД, показания датчика температуры, присоединенного к каталитическому нейтрализатору 70 отработавших газов, или показания датчиков температуры, расположенных в выпускном патрубке 48. Датчики положения могут также быть соединены с перепускным клапаном 170 компрессора и/или перепускным клапаном 172 для подачи сигнала положения этих клапанов в контроллер 12.

Контроллер 12 управляющей системы 14 может принимать сигналы от различных датчиков 16, показанных на фиг. 1, и задействовать различные приводы 18, показанные на фиг.1, для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера 12. Например, регулирование механизма удержания вала может содержать регулирование привода штифта механизма удержания вала. В другом примере регулирование положения перепускного клапана 172 может содержать регулирование привода перепускного клапана 172.

В некоторых примерах двигатель может быть соединен с системой, объединяющей электромотор и аккумулятор в гибридном автомобиле. Кроме того, в некоторых примерах, могут использоваться другие конфигурации двигателя, например дизельный двигатель.

Как правило, во время эксплуатации каждый цилиндр двигателя 10 работает по четырехтактному циклу: такой цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывают и открывают впускной клапан 52. Воздух подают в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, причем поршень 36 имеет возможность движения к нижней части цилиндра, чтобы увеличить объем камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрывают. Поршень 36 имеет возможность движения к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC). В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как инжекция, топливо имеет возможность поступать в камеру сгорания. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как зажигание, впрыснутое топливо поджигают каким-либо известным способом, например, при помощи свечи 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 имеет возможность преобразовывать движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывают для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень получает возможность вернуться к ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапана могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.

В целях лучшего понимания, фиг. 2-4 будут раскрыты совместно. На фиг. 2-4 показаны различные виды механизма удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации. Аналогичные компоненты, рассмотренные на первой схеме, могут иметь такую же нумерацию на последующих схемах, и повторно не рассматриваются.

На фиг. 2 показан первый вид механизма 200 удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации. Механизм 200 удержания вала может соответствовать механизму 166 удержания вала, раскрытому на фиг. 1. Механизм 200 удержания вала может представлять собой пассивный механизм удержания вала системы турбонагнетателя и может содержать внешний корпус 202, окружающий по меньшей мере часть вала 261 системы турбонагнетателя. В некоторых примерах вал 261 может соответствовать валу 161, раскрытому на фиг. 1. Хотя это и не показано, вал 261 может быть соединен, с возможностью вращения, с компрессором на первом конце 208 вала и соединен, с возможностью вращения, с турбиной на втором конце 210 вала. Вал 261 может поддерживаться, с возможностью вращения, подшипниками 176 и 178, как раскрыто на фиг. 1. Кроме того, хотя механизм 200 удержания вала показан расположенным приблизительно посередине между первым концом 208 и вторым концом 210 вала 261, возможно другое местоположение механизма удержания вала. Например, механизм 200 удержания вала может быть установлен в контакте с задним диском колеса турбонагнетателя, где задний диск представляет собой, по существу, ровную, плоскую сторону турбины 164 или компрессора 162, противоположную стороне турбины 164 или компрессора 162, содержащей лопасти. В другом примере механизм 200 удержания вала может быть установлен в контакте с вращающейся конструкцией лопастного колеса. Различные местоположения механизма удержания вала могут обеспечить преимущества в случае компоновочных ограничений для различных систем турбонагнетателя.

Внешний корпус 202 может окружать часть вала 261, причем часть вала 261, окруженная внешним корпусом 202, может содержать множество прорезей или углублений 204. Внешний корпус 202 может быть прикреплен к какой-либо части двигателя таким образом, что вал 261 может вращаться относительно внешнего корпуса 202. Другими словами, внешний корпус 202 может быть прикреплен к части двигателя таким образом, что вал 261 может вращаться внутри внешнего корпуса 202. В некоторых примерах внешний корпус 202 может быть закреплен на внутренней части корпуса системы турбонагнетателя, и в этом случае корпус турбонагнетателя окружает внешний корпус 202. Например, корпус турбонагнетателя может окружать вал 261, механизм 200 удержания вала, турбину 164 и компрессор 162, и корпус турбонагнетателя может быть присоединен к двигателю.

Углубления 204 могут быть частью вала 261, причем углубления 204 могут располагаться ниже базовой поверхности вала 261. Между валом 261 и углублениями 204 и внешним корпусом 202 может быть сформирована внутренняя полость. Иными словами, может существовать полость между валом 261 и углублениями 204, сформированными на валу, и внешним корпусом 202. Эта полость может быть заполнена материалом с фазовым переходом. В некоторых примерах этот материал с фазовым переходом может представлять собой воскообразный материал, например, гранулы воскообразного материала. Материал с фазовым переходом может окружать вал 261 и может быть расположен внутри углублений 204 вала 261, между внешней поверхностью вала 261 и внутренней поверхностью внешнего корпуса 202.

В некоторых примерах механизм 200 удержания вала может находиться в непосредственном контакте с валом 261. В примерах, где механизм 200 удержания вала находится в непосредственном контакте с валом 261, механизм 200 удержания вала может быть назван как непосредственно присоединенный механизм удержания вала. Другими словами, в примерах, где механизм 200 удержания вала контактирует с валом 261 при соединении вала 261 и механизма 200 удержания вала без каких-либо компонентов, расположенных между ними, механизм удержания вала может быть назван как непосредственно присоединенный механизм удержания вала.

В других примерах механизм 200 удержания вала может не находиться в непосредственном контакте с валом 161 и вместо этого может быть присоединен к валу 161 не напрямую. В примерах, где механизм 200 удержания вала присоединен к валу 261 не напрямую, механизм 200 удержания вала может быть присоединен к подшипникам, поддерживающим вал 261. Например, механизм 200 удержания вала может быть непосредственно присоединен к подшипникам 176 и 178, раскрытым на фиг. 1, и может находиться с ними в непосредственном контакте за счет использования кольцевых деталей 206. В некоторых примерах механизм 200 удержания вала может быть непосредственно присоединен к вращающимся частям подшипников 176 и 178 (то есть, к внутренним кольцам подшипников, если подшипники представляют собой картриджные подшипники).

Кольцевые детали 206 могут поддерживать внешний корпус 202 с возможностью вращения таким образом, что вал 261 может вращаться внутри внешнего корпуса 202. В некоторых примерах кольцевые детали 206 могут представлять собой подшипники. Кольцевые детали 206 могут быть установлены между внешним корпусом 202 и валом 261, и часть механизма 200 удержания вала, содержащая углубления 204, может быть установлена между кольцевыми деталями 206. Кольцевые детали 206 могут непосредственно или не напрямую присоединять внешний корпус 202 к валу 261. В частности, кольцевые детали 206 могут присоединять, с возможностью вращения, внешний корпус 202 к валу 261, и вал 261 может вращаться относительно корпуса 202. Кроме того, кольцевые детали 206 могут сформировать герметичную область между внешним корпусом 202 и валом 261. Эта герметичная область, сформированная кольцевыми деталями 206, может содержать материал с фазовым переходом в полости, расположенной внутри внешнего корпуса 202, поскольку материал с фазовым переходом может расплавиться.

В некоторых примерах материал с фазовым переходом имеет возможность тормозить вращение вала 261. Например, материал с фазовым переходом может находиться в твердой фазе внутри углубления 204 и напротив внутренней поверхности внешнего корпуса 202, присоединяющего вал 261 к внешнему корпусу 202, и этот материал может препятствовать вращению вала 261. Материал с фазовым переходом может затвердевать при условиях, когда материал с фазовым переходом может иметь температуру ниже пороговой температуры. Таким образом, даже если отработавшие газы проходят через турбину, к которой присоединен вал 261, вращение вала 261 может быть заторможено, и в некоторых примерах может быть остановлено, если материал с фазовым переходом имеет температуру ниже пороговой температуры. Торможение движения вала 261 может быть выгодным для уменьшения потерь тепла отработавшими газами ниже по потоку от турбины турбонагнетателя во время холодного запуска двигателя, за счет уменьшения или исключения движения отработавших газов по спирали ниже по потоку турбины. Уменьшение потерь тепла отработавшими газами ниже по потоку от турбины турбонагнетателя во время холодного запуска двигателя может ускорить активацию катализатора, что приводит к уменьшению выбросов вредных веществ автомобилем.

Вязкость материала с фазовым переходом может уменьшиться, если увеличивается температура материала. Отработавшие газы могут увеличить температуру материала с фазовым переходом за счет передачи тепла валу 261, поскольку отработавшие газы могут проходить из выпускного коллектора к катализатору. Кроме того, температура окружающей среды может также увеличить температуру материала с фазовым переходом. Когда температура материала с фазовым переходом внутри полости, окруженной внешним корпусом 202, увеличивается, материал с фазовым переходом внутри полости может начать переходить от твердой фазы к жидкой фазе (то есть, плавиться). Материал с фазовым переходом может начать терять вязкость при увеличении своей температуры. Это увеличение температуры материала с фазовым переходом может происходить вследствие нагрева вала 261 отработавшими газами. Тепло от вала 261 может затем быть передано материалу с фазовым переходом, что увеличивает его температуру. Сопротивление вращению вала 261 уменьшается, когда вязкость материала с фазовым переходом уменьшается, и вал 261 может начать вращаться, когда указанная вязкость уменьшится ниже пороговой вязкости.

Например, при повышении температуры материала с фазовым переходом выше пороговой температуры, вязкость материала с фазовым переходом может уменьшиться ниже пороговой вязкости, и вращение вала 261 может стать возможным вследствие того, что вязкость материала с фазовым переходом уменьшилась ниже пороговой вязкости. Например, пороговая температура может представлять собой температуру плавления материала с фазовым переходом. В некоторых примерах материал с фазовым переходом, заполняющий полость механизма удержания вала, в том числе, углубления 204, может иметь температуру плавления, приблизительно равную температуре активации катализатора. Однако в других примерах температура плавления материала с фазовым переходом может соответствовать температуре, при которой катализатор может функционировать с требуемой эффективностью.

Пороговая температура материала с фазовым переходом, приблизительно равная температуре активации катализатора или приблизительно равная температуре, при которой катализатор может функционировать с требуемой эффективностью, может обеспечить несколько преимуществ. Например, если пороговая температура материала с фазовым переходом приблизительно равна температуре активации катализатора, то материал с фазовым переходом имеет возможность замедлять вращение вала 261 до тех пор, пока не произойдет активация катализатора, где замедление вращения вала 261 содержит остановку вращения вала 261. Замедление вращения вала 261 до тех пор, пока не произойдет активация катализатора, может уменьшить потери тепла отработавшими газами и передачу тепла компонентам выпускной системы, что позволяет ускорить нагревание катализатора до температуры инициирования каталитических реакций (температуры активации). Аналогичным образом, если пороговая температура материала с фазовым переходом, приблизительно равна температуре, при которой катализатор может функционировать с требуемой эффективностью, материал с фазовым переходом имеет возможность замедлять вращение вала 261 до тех пор, пока катализатор не достигнет температуры, при которой катализатор может функционировать с требуемой эффективностью, где замедление вращения вала 261 содержит остановку вращения вала 261. Замедление вращения вала 261 до тех пор, пока катализатор не достигнет температуры, при которой катализатор может функционировать с требуемой эффективностью, позволяет ускорить нагревание катализатора и достижение катализатором требуемой эффективности.

На фиг. 3 показан второй вид механизма 200 удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации. Второй вид механизма 200 удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации показан без внешнего корпуса для того, чтобы лучше показать отличительные признаки механизма 200 удержания вала. Например, кольцевые детали 206 и углубления 204 легче рассмотреть, используя второй вид, показанный на фиг. 3.

Кольцевые детали 206, как было раскрыто ранее, могут обеспечивать опору с возможностью вращения для внешнего корпуса механизма удержания вала. Кольцевые детали 206 могут быть приподняты относительно базовой поверхности вала 261, и кольцевые детали 206 могут окружать вал 261. Кольцевые детали 206 могут располагаться на первом конце и втором конце механизма 200 удержания вала, где часть механизма 200 удержания вала, содержащая углубления 204, расположена между первым концом и вторым концом и механизма удержания вала.

Углубления 204, расположенные между первым концом и вторым концом механизма удержания вала, могут быть расположены ниже относительно базовой поверхности вала 261. В некоторых примерах углубления 204 могут иметь прямоугольное поперечное сечение. Однако возможны другие формы поперечного сечения. Например, углубления 204 могут иметь закругленное или треугольное поперечное сечение. Углубления 204 могут формировать полости, которые могут быть заполнены материалом с фазовым переходом. В некоторых примерах углубления 204 могут быть равномерно распределены вокруг вала 261, и углубления 204 могут быть однородными по размеру и форме. Однако возможны другие варианты реализации углублений 204. Например, углубления 204 могут располагаться с разными интервалами вокруг вала 261 или углубления могут быть разными по размеру.

На фиг. 4 показан третий вид механизма 200 удержания вала в соответствии с первым вариантом реализации, где третий вид представляет собой продольный разрез. Этот продольный разрез может позволить лучше увидеть полость между внешним корпусом и базовой поверхностью вала и углубления. Полость 406, которая может быть заполнена материалом с фазовым переходом, как раскрыто выше, находится внутри внешнего корпуса 202. В частности, полость 406 расположена между внутренней поверхностью 402 внешнего корпуса 202 и базовой поверхностью 404 и углубления 204 механизма 200 удержания вала.

Для лучшего понимания фиг. 5 и фиг. 6 будут раскрыты совместно. Компоненты на фиг. 6, аналогичные компонентам, показанным на фиг. 5, могут быть пронумерованы аналогичным образом и не перечисляются повторно при раскрытии на фиг.6.

На фиг. 5 показан механизм 500 удержания вала в соответствии со вторым вариантом реализации в первом положении. Первое положение показано как открытое положение механизма 500 удержания вала. Механизм 500 удержания вала может представлять собой активно управляемый механизм удержания вала, с возможностью управления посредством управляющей системы 14. Управляющая система 14 может содержать датчики 16, контроллер 12 и привод 518, причем управляющая система 14 может соответствовать управляющей системе, раскрытой на фиг. 1. Например, датчики 16 и контроллер 12 могут соответствовать датчикам и контроллеру, раскрытым на фиг. 1. Привод 518 представляет собой привод штифта 508 механизма 500 удержания вала и может входить в состав приводов 18, раскрытых с использованием фиг. 1.

Механизм 500 удержания вала может иметь аналогичные отличительные признаки, которые имеет механизм 200 удержания вала, раскрытый на фиг. 2-4. Например, механизм 500 удержания вала может содержать кольцевые детали 506, соответствующие кольцевым деталям 206 механизма 200 удержания вала. Кроме того, механизм 500 удержания вала может содержать множество углублений 504, соответствующих углублениям 204 механизма удержания вала. Кроме того, механизм 500 удержания вала может содержать вал 561, соответствующий валу 261, раскрытому для механизма 200 удержания вала. Описание аналогичных отличительных признаков для механизма 500 удержания вала и механизма 200 удержания вала (например, кольцевых деталей 506, углублений 504 и вала 561) может быть аналогичным. Например, раскрытие с использованием фиг. 2-4, сделанное для кольцевых деталей 206, углублений 204 и вала 261, можно использовать для кольцевых деталей 506, углублений 504 и вала 561 механизма 500 удержания вала, раскрытого, соответственно, с использованием фиг.5-6. Кроме того, вал 561, раскрытый с использованием фиг. 5 и 6, может также иметь опору в виде подшипников 176 и 178, раскрытых на фиг. 1 и на фиг. 2-4. Однако следует отметить, что механизм 500 удержания вала не содержит внешний корпус, поэтому раскрытие кольцевых деталей, подшипников (то есть, подшипников 176 и 178), углублений и вала, выполненное относительно внешнего корпуса на фиг. 2-4, не может быть использовано для этих отличительных признаков, показанных на фиг. 5-6. Кроме того, следует отметить, что для механизма 500 удержания вала подшипники могут быть герметизированы внутри полостей для подшипников, чтобы не допускать попадания масла, консистентной смазки или воздушной смеси подшипников на штифт 508 и привод 518 механизма 500 удержания вала. В некоторых примерах герметизация смазки подшипников (например, масла, консистентной смазки или воздуха) позволяет предотвратить повреждение штифта 508 и привода 518.

Как упомянуто выше, управляющая система 14 может осуществлять активным образом управление механизмом 500 удержания вала. Например, управляющая система 14 может получать сигналы от датчиков 16, затем контроллер может включать привод 518 в зависимости от сигналов, полученных от датчиков 16. Датчики 16 могут представлять собой датчики, раскрытые с использованием фиг. 1. Например, датчики могут представлять собой датчики, определяющие рабочие параметры двигателя. В некоторых примерах датчики 16 могут определять такие рабочие параметры, как например, частота вращения двигателя, температура катализатора, частота вращения вала турбонагнетателя, температура механизма удержания вала, давление отработавших газов или давление на входе турбины или положение штифта 508 механизма 500 удержания вала.

В некоторых примерах один или несколько датчиков 16 могут представлять собой датчики положения, расположенные на одном или более из следующего: вал 561, штифт 508 и привод 518 механизма 500 удержания вала. Положение вала 561 может быть основано на частоте вращения вала, а положение штифта 508 и привода 518 может соответствовать положению штифта 508 и привода 518, при котором они могут обеспечивать открытое или закрытое состояние механизма удержания вала. Датчики положения, расположенные на одном или более из следующего: штифт 508, вал 561 и привод 518, могут определять положение указанных компонентов механизма 500 удержания вала и могут генерировать сигнал, пригодный для передачи данных о положении в контроллер 12. В некоторых примерах может быть использован один датчик положения для определения положения более чем одного компонента из следующего: штифт 508, вал 561 и привод 518. Например, датчик положения, расположенный на приводе 518, может определять положение штифта 508 и частоту вращения вала 561. Возможны другие примеры, в которых может использоваться один датчик положения для определения положения более чем одного компонента. На основе положения одного или более из следующего: вал 561, штифт 508 и привод 518, могут определить состояние механизма 500 удержания вала.

Привод 518 может представлять собой привод штифта 508 механизма 500 удержания вала. В некоторых примерах привод 518 может представлять собой электромагнитный привод. Но в других примерах привод 518 может представлять собой привод с мотором и редуктором или привод с валиком и штифтом. Привод 518 может управлять положением штифта 508, где первое положение штифта 508 может открывать механизм 500 удержания вала, а второе положение штифта 508 может закрывать механизм удержания вала.

Штифт 508 представляет собой компонент, который может входить в какое-либо из углублений 504. В некоторых примерах штифт 508 может иметь прямоугольную форму. Однако возможны другие формы штифтов. Штифт 508 может входить в какое-либо из углублений 504 таким образом, что по меньшей мере часть штифта 508 может быть окружена углублением 504. Штифт 508 может быть установлен внутрь углубления 504 посредством привода 518.

В некоторых примерах углубления 504 механизма 500 удержания вала могут быть расположены таким образом, чтобы расстояние между каждым углублением 504 не превышало пороговое расстояние, что позволяет более легко выравнивать штифт 508 и каждое из углублений 504. Например, пороговое расстояние каждым углублением 504 может представлять собой расстояние, которое должно быть меньше максимального значения 45 градусов оборота вала 561 для того, чтобы обеспечить выравнивание каждого углубления 504 относительно штифта 508. Штифт 508 и углубление 504 можно выровнять, когда привод 518 может установить штифт 508 внутрь углубления 504 без какого-либо дополнительного вращения вала 561. Таким образом, уменьшение расстояния между углублениями 504 ниже порогового расстояния может быть выгодным для более быстрого позиционирования штифта 508 внутрь любого из углублений 504, поскольку может требоваться меньшее вращение вала 561 для выравнивания штифта 508 и какого-либо углубления 504.

В некоторых примерах, в случае необходимости установки механизма 500 удержания вала в закрытое положение, привод 518 может выполнять позиционирование штифта 508 в направлении вала 561 без учета выравнивания штифта 508 и углубления 504. Другими словами, независимо от того, выровнен ли штифт 508 относительно одного из углублений 504 или выровнен относительно базовой поверхности вала, расположенной между углублениями 504, привод 518 должен выполнять позиционирование штифта 508 в направлении вала 561 в случае требования установки механизма 500 удержания вала в закрытое положение. Если штифт 508 не выровнен относительно одного из углублений 504, когда привод 518 выполняет позиционирование штифта 508 в направлении вала 561, то штифт 508 может начать контактировать с базовой поверхностью вала 561 между двумя углублениями 504. Если выполняется позиционирование штифта 508, и штифт 508 входит в контакт с базовой поверхностью вала 561 вместо позиционирования внутри одного из углублений 504, положение штифта 508 может быть выровнено посредством разрешения вращения вала 561 до тех пор, пока штифт 508 не попадет внутрь углубления 504. Затем, когда штифт 508 будет выровнен относительно одного из углублений 504, привод 518 может регулировать положение штифта 508 таким образом, чтобы штифт 508 мог быть установлен так, что по меньшей мере его часть будет полностью окружена углублением 504. Однако в других примерах привод 518 может не выполнять позиционирование штифта 508 в направлении вала 561 до тех пор, пока штифт 508 не будет выровнен относительно углубления 504. Выравнивание штифта 508 относительно углубления 504 могут определить на основе показаний датчика положения одного или более из следующего: вал 561, штифт 508 и привод 518.

Управление положением штифта 508 может содержать возврат штифта 508 посредством привода 518 до установки в положение, при котором прекращается взаимодействие штифта 508 и какого-либо из углублений 504. В этом разъединенном положении ни одно из углублений 504 не может окружать какую-либо часть штифта 508. В примерах, где штифт 508 находится в разъединенном положении, вал 561 может вращаться без торможения посредством механизма 500 удержания вала. Таким образом, положение штифта 508, когда механизм удержания вала находится в открытом положении, может содержать положение, при котором штифт 508 не взаимодействует с углублениями 504. Механизм 500 удержания вала показан в разъединенном положении, то есть, во втянутом положении относительно углубления 504, когда механизм удержания вала находится в открытом состоянии, как показано на фиг. 5. Управление положением штифта 508 может также содержать положение штифта 508, при котором он взаимодействует с одним из углублений 504, что будет раскрыто более подробно.

На фиг. 6 показан механизм 500 удержания вала в соответствии со вторым вариантом реализации во втором положении. Второе положение может представлять собой закрытое состояние механизма удержания вала.

Механизм 500 удержания вала можно перевести в закрытое состояние посредством управления положением штифта 508. Управление положением штифта 508, при котором механизм 500 удержания вала переводят в закрытое состояние, может содержать позиционирование штифта 508 таким образом, чтобы штифт 508 мог взаимодействовать с одним из углублений 504. Штифт 508 может взаимодействовать с одним из углублений 504 в результате позиционирования штифта 508 посредством привода 518, когда штифт 508 может войти в одно из углублений 504. Штифт 508 может взаимодействовать с одним из углублений 504, когда штифт 508 по меньшей мере частично окружен одним из углублений 504. Взаимодействие штифта 508 с одним из углублений 504 может остановить (то есть, затормозить) вращение вала 561. Вал 561 не может вращаться, когда вал остановлен в результате взаимодействия штифта 508 с одним из углублений 504. Таким образом, второе состояние штифта 508, позволяющее перевести в закрытое положение механизм 500 удержания вала, может содержать позиционирование штифта 508 в направлении вала 561 для обеспечения взаимодействия штифта 508 с одним из углублений 504.

Позиционирование штифта 508 таким образом, чтобы вал 561 потерял возможность вращения, может быть выгодным во время условий, когда температура катализатора может быть ниже пороговой температуры. Например, если температура катализатора ниже пороговой температуры, то вращение вала 561 могут прекратить (то есть, остановить), поскольку предотвращение вращения вала 561 может уменьшить потери тепла отработавших газов ниже по потоку от турбины турбонагнетателя и ускорить нагрев катализатора, что приводит к сокращению выбросов вредных веществ.

На фиг. 7 показана блок-схема примера способа 700 для управления системой турбонагнетателя. Инструкции для выполнения способа 700 и остальных содержащихся в настоящей заявке способов могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и сигналов, полученных от датчиков системы двигателя, например, от датчиков, раскрытых выше с использованием фиг. 1-6. Контроллер может использовать приводы системы двигателя для регулирования работы двигателя, в том числе, может использовать приводы системы турбонагнетателя согласно раскрытым ниже способам. Кроме того, в целях наглядности числовые идентификаторы, использованные ранее на фиг. 1-6, оставлены теми же и не обсуждаются повторно при раскрытии способа 700 и остальных содержащихся в настоящей заявке способов.

Способ 700 может начаться на шаге 701. В некоторых примерах выполнение способа 700 могут начать в качестве реакции на превышение порогового промежутка времени, прошедшего с последнего завершения способа 700. На шаге 702 определяют параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя могут содержать, но без ограничения этим перечнем, температуру двигателя, температуру и давление окружающей среды, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, время, прошедшее с запуска двигателя, количество событий сгорания, начиная с запуска двигателя, давление во впускном коллекторе, требуемый крутящий момент двигателя, требуемую нагрузку двигателя, давление наддува, частоту вращения вала турбонагнетателя и положение дросселя. Другие условия работы двигателя могут также содержать измеренное или вычисленное давление газа на входе турбины или давление отработавших газов. В примерах, где давление газа на входе турбины и/или давление отработавших газов измеряют, указанные давления могут измерить посредством датчиков давления, расположенных рядом с турбиной турбонагнетателя. В примерах, где давление газа на входе турбины и/или давление отработавших газов вычисляют, указанные давления могут вычислить, например, на основе температуры отработавших газов или на основе показаний датчика давления, установленного в выпускном коллекторе. Возможны другие способы вычисления значений давления газа на входе турбины и/или давления отработавших газов с использованием одного или нескольких измерений температуры, таких как измерение ТХД или показания датчика температуры двигателя, а также с использованием значения воздушного потока и различных измерений давления в различных местах двигателя. Затем способ 700 переходит к шагу 704, после определения параметров работы двигателя.

На шаге 704 способ 700 определяет требуемое состояние механизма удержания вала. Требуемое состояние механизма удержания вала может содержать одно из следующего: открытое состояние и закрытое состояние. Требуемое состояние механизма удержания вала может представлять собой закрытое состояние в зависимости от условий закрытого состояния. Эти условия закрытого состояния могут содержать один или несколько параметров: условия холодного запуска двигателя, условия наддува двигателя, превышающие порог требуемого наддува двигателя, и условия выключения двигателя. Требуемое состояние механизма удержания вала может представлять собой открытое состояние, в зависимости от условий открытого состояния. Эти условия открытого состояния могут содержать один или несколько параметров: завершение прогрева двигателя и наличие более приоритетного условия.

В примерах, где требуемое состояние механизма удержания вала определяют как закрытое состояние в зависимости от условий холодного запуска двигателя, условия холодного запуска двигателя могут содержать, например, температуру двигателя, которая ниже пороговой температуры. Температуру двигателя могут оценить, например, на основе температуры хладагента. Условия холодного запуска двигателя могут дополнительно или в качестве альтернативы содержать условия, при которых количество событий сгорания меньше порогового количества событий сгорания, начиная с запуска двигателя и до следующего выключения двигателя, причем не существует каких-либо отключений двигателя в период между запуском двигателя и следующим отключением двигателя. Кроме того, условия холодного запуска двигателя могут дополнительно или в качестве альтернативы содержать условия, при которых период времени меньше порогового периода времени, начиная с запуска двигателя и до следующего отключения двигателя, причем не существует каких-либо отключений двигателя в период между запуском двигателя и следующим отключением двигателя. В некоторых примерах условия холодного запуска двигателя могут дополнительно или в качестве альтернативы содержать запуск двигателя после промежутка времени, превышающего пороговый промежуток времени, начиная с последнего события сгорания в двигателе.

Условия холодного запуска двигателя могут также содержать условия, при которых температура катализатора меньше пороговой температуры. Например, пороговая температура может представлять собой температуру инициирования каталитических реакций (температуру активации) катализатора. В других примерах пороговая температура может представлять собой температуру, при которой катализатор работает с требуемой эффективностью. Перевод механизма удержания вала в закрытое состояние позволяет запретить движение вала и может быть выгодным для сокращения потерь тепла ниже по потоку от турбины турбонагнетателя во время холодного запуска двигателя, поскольку дает возможность ускорить нагревание катализатора.

В примерах, где требуемое состояние механизма удержания вала определяют как закрытое состояние в зависимости от условий наддува двигателя, превышающих требуемый уровень наддува, прекращение вращения вала может обеспечить быстрое уменьшение уровня наддува двигателя до требуемого уровня наддува. Это может быть выгодно для предотвращения таких проблем, как, например, детонация. В некоторых примерах, если условия наддува двигателя превышают требуемые условия наддува, то вал могут затормозить в сочетании с управлением перепускным клапаном, который могут установить в открытое положение. Открытие перепускного клапана, когда механизм удержания вала находится в закрытом состоянии, может уменьшить давление, приложенное к штифту механизма удержания вала, когда механизм удержания вала находится в закрытом состоянии. Уменьшение давления, приложенного к штифту механизма удержания вала, может предотвратить повреждение механизма удержания вала.

В примерах, где требуемое состояние механизма удержания вала определяют как закрытое состояние в зависимости от условия выключения двигателя, штифт механизма удержания вала могут немедленно переместить в закрытое положение после определения условия выключения двигателя. Однако в других примерах штифт может находиться в закрытом положении таким образом, чтобы механизм удержания вала оставался в закрытом состоянии, в зависимости от частоты вращения вала турбонагнетателя, которая ниже пороговой частоты вращения после определения условия выключения двигателя, или в зависимости от промежутка времени, превышающего пороговый промежуток времени после определения условия выключения двигателя. В некоторых примерах эта пороговая частота вращения вала турбонагнетателя может соответствовать остановленному вращению вала турбонагнетателя. В других примерах пороговая частота вращения вала турбонагнетателя может представлять собой частоту вращения, соответствующую возможности приведения в действие штифта механизма удержания вала со сниженным риском повреждения штифта.

В некоторых примерах, даже если требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, в зависимости от одного или нескольких вышеупомянутых условий выбора закрытого состояния, это требуемое закрытое состояние могут отвергнуть в качестве реакции на одно или несколько более приоритетных условий. Другими словами, даже если присутствуют условия выбора закрытого состояния, то требуемое состояние механизма удержания вала может представлять собой открытое состояние, в зависимости от более приоритетных условий. Эти более приоритетные условия могут содержать один или несколько параметров из следующих: давление газа на входе турбины, превышающее пороговое давление, давление отработавших газов, превышающее пороговое давление, событие нажатия педали акселератора, требование наддува двигателя, превышающее пороговое значение наддува, обнаружение условий движения, при которых требуются высокие скорости, условия окружающей среды, ухудшающие характеристики двигателя, и нагрузка двигателя, превышающая пороговую нагрузку. Приоритет в выборе требуемого состояния механизма удержания вала как открытого состояния по сравнению с закрытым состоянием, в качестве реакции на указанные более приоритетные условия, может обеспечить выгоду для предотвращения ухудшения характеристик двигателя.

В примерах, где более приоритетное существующее условие представляет собой давление газа на входе турбины или давление отработавших газов, превышающее соответствующее пороговое давление, это пороговое давление может представлять собой заранее заданное давление, при котором может произойти повреждение механизма удержания вала. Например, пороговое давление может представлять собой заранее заданное давление, при котором может произойти некоторое повреждение штифта и/или привода. Сила вращательного движения вала и, следовательно, нагрузка, переданная на механизм удержания вала, прямо пропорциональна давлению газа на входе турбины. Поэтому целесообразно определить соответствующее пороговое давление и использовать его при определении требуемого состояния механизма удержания вала. Таким образом, система может потребовать разблокировки вала, когда давление газа на входе турбины превышает некоторое пороговое значение, обеспечивающее защиту от повреждения механизма удержания вала и от повреждения вала.

В другом примере, даже если присутствуют условия выбора закрытого состояния, требуемое состояние может быть отвергнуто с переходом от закрытого состояния к открытому состоянию, в качестве реакции на нажатие педали акселератора, представляющее собой условие более высокого приоритета. Более конкретный пример: если существуют условия холодного запуска двигателя и механизм удержания вала находится в закрытом состоянии, то удержание вала может быть отвергнуто с выбором открытого положения, в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора во время запуска двигателя.

В другом примере, даже во время условия выбора закрытого состояния, требуемое состояние может быть отвергнуто с выбором открытого состояния, если требование по наддуву двигателя превышает пороговое требование по наддуву. В другом примере, в качестве реакции на условия дорожного движения, которые могут требовать, чтобы автомобиль двигался на высоких скоростях, таких как скорости движения по шоссе, требуемое состояние механизма удержания вала может быть отвергнуто с переходом от закрытого состояния к открытому состоянию. В некоторых примерах эти условия дорожного движения могут быть обнаружены посредством коммуникации С2С (связь типа «автомобиль-автомобиль») или С2Х (связь типа «автомобиль-окружающий мир»). В других примерах транспортные условия могут быть определены посредством навигационных данных GPS и информации о дорожном движении, к которой получают доступ с помощью беспроводных технологий. Условия окружающей среды, имеющие возможность ухудшить характеристики двигателя, могут содержать условия низкой плотности воздуха (например, на большой высоте). Эти условия окружающей среды могут быть определены на основе навигационных данных GPS. И, наконец, требуемое состояние механизма удержания вала может быть отвергнуто с переходом от закрытого состояния к открытому состоянию во время существования условий выбора закрытого состояния в качестве реакции на значение нагрузки двигателя, превышающее пороговое значение нагрузки двигателя.

В качестве реакции на одно или несколько вышеупомянутых условий с более высоким приоритетом, существующих во время условия выбора закрытого состояния, требуемое состояние механизма удержания вала могут отвергнуть с переходом от закрытого состояния к открытому состоянию. Отказ от требуемого состояния механизма удержания вала может привести к переводу механизма удержания вала от закрытого состояния к открытому состоянию даже во время условий холодного запуска двигателя. Другими словами, даже во время условия выбора закрытого состояния, когда движение вала в обычном случае должно быть заторможено, в качестве реакции на одно или несколько условий с более высоким приоритетом, требуемое состояние могут отвергнуть, и могут разрешить движение вала. Например, во время существования одного или нескольких условий выбора закрытого состояния, механизм удержания вала может находиться в закрытом состоянии и препятствовать движению вала, но затем в качестве реакции на одно или несколько условий с более высоким приоритетом и во время существования условия выбора закрытого состояния, механизм удержания вала могут перевести из закрытого состояния в открытое состояние, и движение вала может быть разрешено. В некоторых примерах перевод механизма удержания вала из закрытого состояния в открытое состояние, в качестве реакции на условия с более высоким приоритетом, может привести к вращению турбины турбонагнетателя, когда еще не выполнено одно или несколько условий из следующего: температура катализатора достигла порогового значения температуры катализатора, температура двигателя достигла порогового значения температуры двигателя и количество событий сгорания, начиная с запуска двигателя, достигло порогового значения количества.

Например, если требуемое состояние механизма удержания вала определено как открытое состояние, в качестве реакции на завершение прогрева двигателя, то могут определить, что прогрев двигателя должен быть закончен, в качестве реакции на температуру катализатора, превышающую пороговую температуру, где пороговая температура может представлять собой температуру инициирования каталитических реакций (температуру активации) катализатора. В других примерах пороговая температура может представлять собой температуру, при которой катализатор работает с требуемой эффективностью.

В другом примере, дополнительно или в качестве альтернативы, могут определить, что прогрев двигателя должен быть завершен, если количество событий сгорания, начиная с момента запуска двигателя, превышает пороговое количество событий сгорания, где количество событий сгорания могут подсчитывать, начиная с запуска двигателя и до следующего отключения двигателя.

В другом примере, дополнительно или в качестве альтернативы, могут определить, что прогрев двигателя должен быть завершен, если промежуток времени с момента запуска двигателя больше порогового промежутка времени, причем этот промежуток времени отсчитывают, начиная с запуска двигателя до следующего отключения двигателя, при условии отсутствия каких-либо отключений двигателя в период между запуском двигателя и следующим отключением двигателя.

Дополнительно или в качестве альтернативы могут определить, что прогрев двигателя должен быть завершен, если к подшипникам турбонагнетателя поступает достаточный поток масла. Например, определить поступление достаточного потока масла к подшипникам турбонагнетателя могут по вязкости масла, поступающего к подшипникам турбонагнетателя, если вязкость масла меньше пороговой вязкости. Таким образом, подшипники и компоненты вала защищены от повреждения в результате преждевременного вращения вала до обеспечения достаточного количества смазочного масла, позволяющего защитить указанные элементы конструкции. Значение вязкости масла, поступающего к подшипникам турбонагнетателя, могут основывать на давлении масляного насоса, которое меньше порогового давления. Давление масляного насоса, меньшее порогового давления, указывает на уменьшение вязкости масла. В некоторых примерах давление масляного насоса могут определять на основе показаний датчика давления масляного насоса. В других примерах вязкость масла для подшипников турбонагнетателя могут вычислить на основе температуры двигателя, причем температуру двигателя могут определить на основе показаний датчика ТХД или показаний другого датчика температуры.

На шаге 704 могут определить текущее состояние механизма удержания вала. В некоторых примерах текущее состояние механизма удержания вала может быть основано на показаниях датчика положения механизма удержания вала. Например, если двигатель работает, и частота вращения вала турбонагнетателя определена как нулевая, то можно сделать вывод, что механизм удержания вала находится в закрытом состоянии. С другой стороны, если двигатель работает, и определено, что частота вращения вала турбонагнетателя больше нуля, то можно сделать вывод, что механизм удержания вала находится в открытом состоянии. В других примерах текущее состояние механизма удержания вала может быть основано на последнем подтвержденном состоянии механизма удержания вала.

На шаге 708 текущее состояние механизма удержания вала могут сравнить с требуемым состоянием механизма удержания вала. Если текущее состояние механизма удержания вала совпадает с требуемым состоянием механизма удержания вала, то способ может перейти к шагу 710 для сохранения текущего состояния механизма удержания вала.

Например, если требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, и текущее состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, то на шаге 710 механизм удержания вала могут поддерживать в закрытом состоянии. В других примерах, если требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой открытое состояние, и текущее состояние механизма удержания вала представляет собой открытое состояние, то на шаге 710 механизм удержания вала могут поддерживать в открытом состоянии. Аналогичным образом, если требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, и текущее состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, то на шаге 710 механизм удержания вала могут поддерживать в закрытом состоянии. После шага 710 способ может завершить свою работу на шаге 718.

Если текущее состояние механизма удержания вала отличается от требуемого состояния механизма удержания вала, то способ может перейти к шагу 712 для изменения состояния механизма удержания вала. Иными словами, если текущее состояние механизма удержания вала отличается от требуемого состояния механизма удержания вала, то положение механизма удержания вала могут изменить от текущего положения до требуемого положения.

Например, если текущее состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, и требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой открытое состояние, то состояние механизма удержания вала могут изменить от закрытого состояния на открытое состояние. В другом примере, если текущее состояние механизма удержания вала представляет собой открытое состояние, и требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, то состояние механизма удержания вала могут изменить от открытого состояния на закрытое состояние.

Состояние механизма удержания вала могут изменять между закрытым состоянием и открытым состоянием посредством позиционирования штифта механизма удержания вала, как раскрыто с использованием фиг. 5-6.

После изменения состояния механизма удержания вала на шаге 712, на шаге 714 способ может содержать подтверждение, успешно ли изменилось состояние механизма удержания вала. В некоторых примерах успешное изменение состояния механизма удержания вала могут подтвердить на основе показаний датчиков положения механизма удержания вала, как раскрыто с использованием фиг. 5-6.

Если успешное изменение состояния механизма удержания вала подтверждено на шаге 714, то способ может закончить свою работу на шаге 718.

Если изменение состояния механизма удержания вала оказалось неудачным согласно шагу 714, то на шаге 720 способ может содержать выдачу указания на неисправность механизма удержания вала. В некоторых примерах указание на неисправность механизма удержания вала могут сформировать посредством зажигания сигнальной лампочки. Кроме того, в качестве реакции на определение неудачного изменения состояния механизма удержания вала, на шаге 720 могут выполнить компенсирующие действия. Эти компенсирующие действия будут раскрыты более подробно с использованием фиг. 8. После шага 720 способ может закончить свою работу на шаге 718.

На фиг. 8 показана блок-схема примера способа 800 для выполнения компенсирующих действий для системы турбонагнетателя. Способ 800 может быть выполнен в качестве шага 720 способа 700, если определено, что изменение состояния механизма удержания вала было неудачным.

Способ 800 может начаться на шаге 801 в результате обнаружения неудачного изменения состояния на шаге 712. На шаге 802 способ 800 содержит определение, застрял ли механизм удержания вала в закрытом состоянии. Например, могут определить, что механизм удержания вала застрял в закрытом состоянии, если имеет место неудачный переход механизма удержания вала от закрытого состояния к открытому состоянию.

Если определено, что механизм удержания вала застрял в закрытом состоянии, то на шаге 804 могут открыть перепускной клапан. В некоторых примерах перепускной клапан могут открыть полностью. Открытие перепускного клапана, когда механизм удержания вала застревает в закрытом состоянии, может уменьшить давление на штифт механизма удержания вала за счет направления выпускного воздуха в обход турбины турбонагнетателя. Уменьшение давления на штифт в то время, когда механизм удержания вала застревает в закрытом состоянии, может предотвратить дальнейшее повреждение штифта. Перепускной клапан могут поддерживать в открытом положении на шаге 804, а затем способ 800 может закончить свою работу на шаге 812.

На шаге 812 способ может перейти к шагу 718 способа 700 и закончить свою работу. В некоторых примерах перепускной клапан могут поддерживать в открытом положении после шага 804, пока состояние механизма удержания вала успешно не изменится на шаге 714.

Если механизм удержания вала не застрял в закрытом состоянии, то на шаге 802 могут определить, что механизм удержания вала застрял в открытом состоянии. Если на шаге 802 определено, что механизм удержания вала не застрял в закрытом состоянии (то есть, определено, что механизм удержания вала застрял в открытом состоянии), то на шаге 806 могут открыть перепускной клапан.

Поскольку неудачное изменение состояния механизма удержания вала приводит к тому, что механизм удержания вала не способен переходить в закрытое состояние на шаге 806, то на шаге 806 требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние. Поскольку требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, запрещающее вращение вала турбонагнетателя, и механизм удержания вала застревает в открытом состоянии на шаге 806, то способ 800 может содержать открытие перепускного клапана. В некоторых примерах перепускной клапан могут открыть полностью или почти полностью. Установка перепускного клапана в полностью открытое положение или в положение, при котором перепускной клапан открыт почти полностью, когда механизм удержания вала застрял в открытом состоянии, может направить отработавшие газы в обход турбины турбонагнетателя, что позволяет уменьшить частоту вращения вала турбонагнетателя. В некоторых случаях, например, во время прогрева двигателя, запрещение вращения вала турбонагнетателя может ускорить прогрев катализатора и уменьшить выбросы вредных веществ.

На шаге 808 определяют, больше ли температура катализатора пороговой температуры. В некоторых примерах пороговая температура может представлять собой температуру инициирования каталитических реакций (температуру активации) катализатора. В других примерах пороговая температура может представлять собой температуру, при которой катализатор работает с требуемой эффективностью. Если температура катализатора меньше пороговой температуры, то способ может вернуться к шагу 806 и продолжить поддержание перепускного клапана в полностью открытом или почти полностью открытом положении.

Если температура катализатора больше пороговой температуры, то на шаге 810 положение перепускного клапана могут выбрать на основе сравнения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя. В некоторых примерах значения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя могут определить на основе одного или нескольких показаний датчика давления, полученных от датчика давления, расположенного на входе компрессора турбонагнетателя, и на основе частоты вращения вала турбонагнетателя. Если требуемый наддув двигателя больше текущего наддува двигателя, то перепускной клапан могут установить в менее открытое положение, чтобы увеличить количество отработавших газов, способных вращать турбину турбонагнетателя и, таким образом, увеличить наддув двигателя. В других примерах, если требуемый наддув двигателя меньше текущего наддува двигателя, и перепускной клапан не находится в полностью открытом положении, то перепускной клапан могут установить в более открытое положение, чтобы уменьшить количество отработавших газов, способных вращать турбину турбонагнетателя. Установка перепускного клапана в более открытое положение может уменьшить количество отработавших газов, вращающих турбину турбонагнетателя и, таким образом, может уменьшить наддув двигателя.

Значение требуемого наддува двигателя могут основывать на текущих условиях работы двигателя, например, на одном или более из следующего: положение педали акселератора, нагрузка двигателя и обнаружение детонации двигателя. Например, в качестве реакции на нажатие педали акселератора требуемый наддув двигателя могут увеличить, а в качестве реакции на отпускание педали акселератора и/или нажатие педали тормоза требуемый наддув двигателя могут уменьшить. Требуемый наддув двигателя могут также увеличить в качестве реакции на увеличение нагрузки двигателя, и требуемый наддув двигателя могут уменьшить в качестве реакции на уменьшение нагрузки двигателя. Требуемый наддув двигателя могут также уменьшить в качестве реакции на обнаружение детонации двигателя.

В некоторых примерах изменение положения перепускного клапана в качестве реакции на сравнение требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя может содержать установку перепускного клапана в почти закрытое или полностью закрытое положение до тех пор, пока не будет обеспечено требуемое значение наддува двигателя. После выбора положения перепускного клапана на шаге 810 способ может перейти к шагу 812. На шаге 812 способ 800 может перейти к шагу 718 способа 700 и закончить свою работу.

На фиг. 9 показано графическое представление 900 примера взаимосвязи между положением перепускного клапана, механизмом удержания вала, частотой вращения турбины, температурой катализатора (T_CAT) и частотой вращения двигателя.

Это графическое представление может соответствовать вариантам реализации, показанным на фиг. 1 и фиг. 5-6.

Ось X графического представления отображает время, где время увеличивается в направлении стрелки оси X. Ось Y верхнего графика отображает положение перепускного клапана. Оси Y для остальных графиков отображают неисправность устройства удержания вала, состояние устройства удержания вала, частоту вращения турбины, температуру катализатора (T_CAT) и частоту вращения двигателя.

Перепускной клапан 902 может быть полностью открыт или по существу открыт на уровне порогового значения 912 и может быть полностью закрыт или по существу закрыт на уровне оси X графика положения перепускного клапана.

Неисправность 904 механизма удержания вала может присутствовать на уровне порогового значения 914 и может отсутствовать на уровне оси X графика неисправности механизма удержания вала.

Состояние 906 механизма удержания вала может представлять собой открытое состояние на уровне порогового значения 916 и может отсутствовать на уровне оси X графика состояния механизма удержания вала.

Частота 908 вращения турбины увеличивается на графике частоты вращения турбины в направлении стрелки оси Y, где частота 908 вращения турбины соответствует частоте вращения вала турбонагнетателя. Пороговое значение 918 частоты вращения турбины может представлять собой частоту вращения вала турбонагнетателя, используемую для определения перехода механизма удержания вала от открытого состояния к закрытому состоянию. Например, если частота 908 вращения турбины превышает пороговое значение 918 частоты вращения турбины, то механизм удержания вала не должен переходить в закрытое состояние, чтобы избежать повреждения штифта и/или привода механизма удержания вала. В другом примере, если частота вращения турбины 909 меньше порогового значения частоты вращения турбины и требуемое состояние механизма удержания вала представляет собой закрытое состояние, то механизм удержания вала может перейти в закрытое состояние.

В графическом представлении 900 пороговое значение 918 частоты вращения турбины больше нуля. Таким образом, в графическом представлении 900 вал турбонагнетателя продолжает вращение на уровне порогового значения 918 частоты вращения турбины. Однако других примерах пороговое значение 918 частоты вращения турбины может равняться нулю таким образом, чтобы вал турбонагнетателя был остановлен и не вращался, когда механизм удержания вала переходит в закрытое состояние.

В примерах, где пороговое значение частоты вращения турбины равно нулю, вращение вала турбонагнетателя остановлено и вал больше не вращается, риск повреждения штифта механизма удержания вала снижен по сравнению с примерами, где вал турбонагнетателя может вращаться с высокими частотами вращения.

Температура 910 катализатора (T_CAT) увеличивается в направлении стрелки оси Y на графике Т_САТ. Пороговое значение 920 может представлять собой температурный порог катализатора. В некоторых примерах температурный порог может представлять собой температуру инициирования каталитических реакций (температуру активации) катализатора. В других примерах температурный порог может представлять собой заранее заданную температуру, при которой прогрев двигателя считается завершенным. В других примерах температурный порог может представлять собой температуру, при которой катализатор может работать с требуемой эффективностью.

Частота 912 вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки оси Y на графике частоты вращения двигателя.

В момент времени Т₀ частота вращения двигателя может равняться нулю. Частота вращения двигателя может равняться нулю в результате выключения двигателя. В некоторых примерах двигатель может оставаться в выключенном состоянии к моменту времени Т₀ в течение достаточно долгого промежутка времени, начиная с последнего включения двигателя, которое позволило температуре 910 катализатора снизиться от значения выше порогового значения 920 температуры катализатора до приблизительно температуры окружающей среды. В момент времени Т₀ температура 910 катализатора может быть меньше, чем пороговое значение 920 температуры катализатора. Дополнительно в момент времени Т₀ перепускной клапан может быть закрыт, механизм удержания вала может быть функционирующим и может находиться в закрытом состоянии.

Между моментами времени Т₀ и T₁ частота вращения двигателя может увеличиться до значения больше нуля. Частота вращения двигателя может увеличиться в качестве реакции на команду перевода двигателя из выключенного состояния во включенное состояние. Механизм удержания вала могут поддерживать в закрытом состоянии в момент времени T_1, и температура 910 катализатора может начать увеличиваться. Температура 910 катализатора может увеличиться в результате прохождения отработавших газов через катализатор, поскольку частота вращения двигателя увеличивается.

Между моментами времени T₁ и Т₂ частота 912 вращения двигателя увеличивается почти до момента времени Т₂, и затем частота 912 вращения двигателя начинает уменьшаться. Вскоре после момента времени T₁ температура 910 катализатора превышает пороговое значение 920 температуры катализатора. Поскольку температура 910 катализатора превышает пороговое значение 920 температуры катализатора, механизм удержания вала могут перевести от закрытого состояния к открытому состоянию. Частота 908 вращения турбины начинает увеличиваться после перехода механизма удержания вала от закрытого состояния к открытому состоянию.

Между моментами времени Т₂ и Т₃ частота 912 вращения двигателя продолжает уменьшаться. Кроме того, частота 908 вращения турбины и температура 910 катализатора начинают уменьшаться. Механизм удержания вала остается в открытом состоянии между моментами времени Т₂ и Т₃.

В момент времени Т₃ частота 912 вращения двигателя может равняться нулю. Например, частота 912 вращения двигателя может равняться нулю в результате требования выключения двигателя. Температура 910 катализатора уменьшается вследствие уменьшения частоты 912 вращения двигателя до нуля. Дополнительно частота 908 вращения турбины также уменьшается. Состояние 906 механизма удержания вала остается открытым состоянием в момент времени Т₃, поскольку температура 910 катализатора остается выше порогового значения 920 температуры катализатора и поскольку частота 908 вращения турбины остается выше порогового значения 918 частоты вращения турбины.

Между моментами времени Т₃ и Т₄ частота 912 вращения двигателя начинает увеличиваться. Частота 912 вращения двигателя может увеличиться в результате требования включения двигателя. Температура 910 катализатора и частота 908 вращения турбины также увеличиваются. Механизм удержания вала остается в открытом состоянии.

Между моментами времени Т₄ и Т₅ частота 912 вращения двигателя начинает уменьшаться. Кроме того, частота 908 вращения турбины и температура 910 катализатора также начинают уменьшаться. Механизм удержания вала остается в открытом состоянии.

В момент времени Т₅ частота 912 вращения двигателя уменьшается до нуля. Частота 912 вращения двигателя может уменьшиться до нуля в результате требования выключения двигателя.

Между моментами времени Т₅ и Т₆ частота 912 вращения двигателя остается нулевой. Кроме того, между моментами времени Т₅ и Т₆ частота 908 вращения турбины уменьшается ниже порогового значения 918 частоты вращения турбины, и температура 910 катализатора уменьшается ниже порогового значения 920 температуры катализатора. Поскольку температура 910 катализатора уменьшается ниже порогового значения 920 температуры катализатора и частота 908 вращения турбины уменьшается ниже порогового значения 918 частоты вращения турбины, механизм удержания вала могут перевести из открытого состояния в закрытое состояние. Однако в некоторых примерах механизм удержания вала могут перевести из закрытого состояния в открытое состояние в качестве реакции на температуру 910 катализатора, и могут не принимать во внимание частоту 908 вращения турбины.

В момент времени Т₆ частота 912 вращения двигателя начинает увеличиваться. В некоторых примерах частота 912 вращения двигателя может увеличиться в результате требования включения двигателя.

Между моментами времени Т₆ и Т₇ частота 912 вращения двигателя продолжает увеличиваться, и температура 910 катализатора также увеличивается. Кроме того, механизм удержания вала оставляют в закрытом состоянии, и таким образом частота 908 вращения турбины остается равной нулю.

Между моментами времени Т₇ и Т₈ температура 910 катализатора увеличивается выше порогового значения 920 температуры катализатора. Поскольку температура катализатора 910 увеличивается выше порогового значения 920 температуры катализатора, дают команду на перевод механизма удержания вала из закрытого состояния в открытое состояние. Однако изменение состояния механизма удержания вала происходит неудачно, и поэтому указывают на неисправность механизма удержания вала. Положение перепускного клапана 902 могут изменить от закрытого положения на открытое положение 912.

Перевод перепускного клапана от закрытого положения в открытое положение может препятствовать приложению дополнительного давления к штифту механизма удержания вала, поскольку механизм удержания вала застрял в закрытом состоянии, и штифт может находиться во взаимодействии с углублениями механизма удержания вала. После момента времени Т₈ частота 912 вращения двигателя уменьшается, и температура 910 катализатора также начинает уменьшаться.

Таким образом, предложена система и способ для управления турбонагнетателем. Первый пример системы, раскрытой для управления турбонагнетателем, может содержать вал, соединенный с возможностью вращения с турбиной и компрессором турбонагнетателя, и механизм удержания вала, имеющий возможность торможения движения вала в качестве реакции на первый набор условий работы двигателя. В некоторых примерах первый набор условий работы двигателя может представлять собой условия холодного запуска двигателя. Механизм удержания вала может упоминаться как находящийся в закрытом состоянии, когда механизм удержания вала находится в состоянии, позволяющим затормозить движение вала, и механизм удержания вала может находиться в открытом состоянии, когда механизм удержания вала находится в состоянии, разрешающем движение вала.

Второй пример системы опционально содержит первый пример и отличается тем, что механизм удержания вала разрешает движение вала в качестве реакции на второй набор условий работы двигателя. Третий пример системы опционально содержит первый и второй примеры и отличается тем, что механизм удержания вала представляет собой пассивный механизм удержания вала. В таких примерах пассивный механизм удержания вала может содержать материал с фазовым переходом, например воск, причем материал окружает вал и находится внутри углублений вала. В некоторых примерах материал с фазовым переходом может быть расположен между внешним кожухом и валом, причем внешний кожух соединен с валом и окружает по меньшей мере часть вала. Материал с фазовым переходом содержащийся в пассивном механизме удержания вала, имеет возможность перехода из твердого состояния в жидкое состояние в качестве реакции на второй набор условий работы, раскрытых во втором примере системы, и причем движение вала возможно, если материал с фазовым переходом перешел из твердого состояния в жидкое состояние. Кроме того, пассивный механизм удержания вала выполнен с возможностью торможения движения вала посредством отвердевания материала с фазовым переходом. Другими словами, материал с фазовым переходом содержащийся в механизме удержания вала, может тормозить движение вала, когда находится в твердом состоянии.

Четвертый пример механизма удержания вала опционально содержит первый пример и отличается тем, что механизм удержания вала может представлять собой активный механизм удержания вала. В таких примерах, где механизм удержания вала представляет собой активный механизм удержания вала, активный механизм удержания вала может содержать штифт, выполненный с возможностью вхождения в углубление вала. Штифт активного механизма удержания вала может находиться в углублении вала, чтобы затормозить движение вала.

В первом примере способа, в качестве реакции на условия холодного запуска двигателя, движение вала турбонагнетателя могут затормозить посредством механизма удержания вала. Второй пример способа опционально содержит первый пример и отличается тем, что если давление на входе турбины больше порогового давления, то разрешают движение вала даже во время условий холодного запуска двигателя. Обеспечение возможности движения вала даже во время условий холодного запуска двигателя, в качестве реакции на давление на входе, превышающее пороговое давление, позволяет предотвратить повреждение механизма удержания вала. В некоторых примерах вращение турбины могут разрешить даже во время условий холодного запуска двигателя, в качестве реакции любое одно или несколько условий с более высоким приоритетом, раскрытых с использованием фиг. 7.

Третий пример способа опционально содержит первый и второй примеры способа и отличается тем, что разрешают движение вала в качестве реакции на второй набор условий работы двигателя. Второй набор условий работы двигателя может содержать одно или более из следующего: вязкость масла подшипников турбонагнетателя меньше пороговой вязкости и температура катализатора больше пороговой температуры. Однако второй набор условий работы двигателя может содержать любое или большее количество условий, указывающих на завершение прогрева двигателя, как раскрыто с использованием фиг. 7.

Четвертый пример способа опционально содержит один или несколько примеров способов, с первого по третий, и отличается тем, что положение перепускного клапана регулируют в качестве реакции на неисправность механизма удержания вала. Регулировка положения перепускного клапана в качестве реакции на неисправность механизма удержания вала может быть полезной для предотвращения повреждения механизма удержания вала и обеспечения требования по работе двигателя (например, требования по наддуву). Неисправность механизма удержания вала может содержать застревание механизма удержания вала в закрытом состоянии. В других примерах неисправность механизма удержания вала может содержать застревание механизма удержания вала в открытом состоянии.

Пятый пример способа опционально содержит один или несколько примеров способов, с первого по четвертый, и отличается тем, что перепускной клапан устанавливают в открытое положение в качестве реакции на застревание механизма удержания вала в закрытом состоянии. В некоторых примерах перепускной клапан могут открыть полностью или почти полностью. Однако других примерах перепускной клапан могут открыть только в достаточной степени для уменьшения давления, приложенного к механизму удержания вала, до значения, меньшего порогового давления. Открытие перепускного клапана позволяет избежать повреждения или уменьшить повреждение механизма удержания вала за счет уменьшения величины потока отработавших газов, проходящих через турбину турбонагнетателя, поскольку позволяет уменьшить давление, приложенное к механизму удержания вала, застрявшему в закрытом состоянии. В некоторых примерах, когда механизм удержания вала застревает в закрытом состоянии, перепускной клапан могут поддерживать в открытом положении до тех пор, пока не будет определено, что механизм удержания вала уже не застрял в закрытом состоянии.

Шестой пример способа опционально содержит один или несколько примеров способов, с первого по пятый, и отличается тем, что механизм удержания вала устанавливают в открытое положение в качестве реакции на застревание механизма удержания вала в открытом состоянии, причем перепускной клапан оставляют в открытом положении до тех пор, пока температура катализатора не превысит пороговую температуру. Это может быть полезно для ускорения активации катализатора, поскольку уменьшает завихрение и, следовательно, время пребывания отработавших газов в выпускной системе до тех пор, пока отработавшие газы не достигнут катализатора, даже в том случае, когда механизм удержания вала неспособен предотвратить вращение турбонагнетателя.

Седьмой пример способа опционально содержит один или несколько примеров способов, с первого по шестой, и отличается тем, что положение перепускного клапана регулируют в зависимости от результата сравнения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя, если механизм удержания вала застрял в открытом состоянии и температура катализатора больше пороговой температуры. Если седьмой пример способа содержит шестой пример способа, то в седьмом примере способа положение перепускного клапана регулируют посредством изменения положения перепускного клапана от открытого положения (например, полностью открытого или почти полностью открытого положения) до положения, зависящего от результата сравнения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя. Регулирование перепускного клапана в зависимости от результата сравнения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя, когда механизм удержания вала застрял в открытом состоянии и температура катализатора больше пороговой температуры, может быть полезным для обеспечения требований по работе двигателя. Например, пороговая температура катализатора может представлять собой температуру активации катализатора или температуру, при которой катализатор работает с требуемой эффективностью.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, когда раскрытые действия осуществляются посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя, совместно с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Система турбонагнетателя содержит вал (161), соединенный с возможностью вращения с турбиной (164) и компрессором (162), и механизм (166) удержания вала. Механизм (166) удержания вала выполнен с возможностью торможения движения вала (161) в зависимости от условий холодного запуска двигателя (100). Механизм (166) удержания вала представляет собой пассивный механизм удержания вала. Пассивный механизм удержания вала содержит материал с фазовым переходом, окружающий вал (161) и расположенный внутри углублений вала (161). Раскрыты варианты способа ускорения активации катализатора. Технический результат заключается в уменьшении скорости отработавших газов, проходящих по спиральной траектории через выпускной патрубок ниже по потоку от турбины турбонагнетателя, и в уменьшении потерь тепла отработавшими газами, когда отработавшие газы проходят катализатор. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система турбонагнетателя, содержащая:

вал, соединенный с возможностью вращения с турбиной и компрессором; и

механизм удержания вала, выполненный с возможностью торможения движения вала в зависимости от условий холодного запуска двигателя,

причем механизм удержания вала представляет собой пассивный механизм удержания вала,

при этом пассивный механизм удержания вала содержит материал с фазовым переходом, окружающий вал и расположенный внутри углублений вала.

2. Система по п. 1, в которой пассивный механизм удержания вала выполнен с возможностью торможения движения вала посредством отвердевания материала с фазовым переходом.

3. Способ ускорения активации катализатора, в котором:

определяют условия работы двигателя;

в качестве реакции на первый набор условий работы двигателя, включающий в себя условия холодного запуска двигателя, тормозят движение вала турбонагнетателя посредством механизма удержания вала, управляемого электронным контроллером двигателя, причем вал соединен с ротором турбины, помещенным в поток отработавших газов двигателя;

причем если давление на входе турбины превышает пороговое давление, разрешают движение вала, даже при условиях холодного запуска двигателя.

4. Способ по п. 3, в котором дополнительно разрешают движение вала в качестве реакции на первый набор условий работы двигателя.

5. Способ по п. 4, в котором первый набор условий работы двигателя содержит значение вязкости масла подшипника турбонагнетателя, меньшее порогового.

6. Способ по п. 4, в котором первый набор условий работы двигателя содержит значение температуры катализатора, превышающее пороговое.

7. Способ по п. 3, в котором дополнительно регулируют положение перепускного клапана в качестве реакции на неисправность механизма удержания вала.

8. Способ по п. 7, в котором неисправность механизма удержания вала включает в себя застревание механизма удержания вала в закрытом состоянии, причем положение перепускного клапана изменяют на открытое положение в качестве реакции на застревание механизма удержания вала в закрытом состоянии.

9. Способ по п. 7, в котором неисправность механизма удержания вала включает в себя застревание механизма удержания вала в открытом состоянии, причем положение перепускного клапана изменяют на открытое положение в качестве реакции на застревание механизма удержания вала в открытом состоянии и сохраняют открытое положение, пока температура катализатора не превысит пороговую температуру.

10. Способ по п. 9, в котором дополнительно регулируют положение перепускного клапана в зависимости от результата сравнения требуемого наддува двигателя и текущего наддува двигателя, если механизм удержания вала застрял в открытом состоянии, и температура катализатора больше пороговой температуры.

11. Способ ускорения активации катализатора, в котором:

определяют условия работы двигателя;

в качестве реакции на первый набор условий работы двигателя, включающий в себя условия холодного запуска двигателя, тормозят движение вала турбонагнетателя посредством механизма удержания вала, управляемого электронным контроллером двигателя, причем вал соединен с ротором турбины, помещенным в поток отработавших газов двигателя;

причем в качестве реакции на неисправность механизма удержания вала регулируют положение перепускного клапана.

12. Способ ускорения активации катализатора, в котором:

определяют условия работы двигателя;

в качестве реакции на первый набор условий работы двигателя, включающий в себя условия холодного запуска двигателя, тормозят движение вала турбонагнетателя посредством механизма удержания вала, причем вал соединен с ротором турбины, помещенным в поток отработавших газов двигателя;

причем в качестве реакции на неисправность механизма удержания вала регулируют положение перепускного клапана, при этом механизм удержания вала представляет собой активный механизм удержания вала, управляемый электронным контроллером двигателя.

13. Способ по п. 12, в котором активный механизм удержания вала содержит штифт, выполненный с возможностью вхождения в углубление вала.

14. Способ по п. 13, в котором штифт активного механизма удержания вала расположен в углублении вала для торможения движения вала.