СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДРОССЕЛЬНОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА Российский патент 2019 года по МПК F01D15/10 F02D41/00 F02M25/08 F02M35/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и системам для двигательной системы, которая содержит дроссельный турбогенератор.

Уровень техники

Системы некоторых двигателей могут содержать устройства, такие как дроссельные турбогенераторы, чтобы использовать энергию разности давлений на дросселе, которая в ином случае напрасно расходуется во впускном канале двигателя. Согласно некоторым примерам, таким, какой раскрыт в патентной заявке США 20130092126, дроссельный турбогенератор содержит турбину, механически связанную с генератором, который может генерировать ток, подаваемый в батарею двигателя. За счет заряда батареи при помощи такого генератора может быть снижен расход топлива двигательной системой. К примеру, снижается необходимость заряда батареи при помощи генератора, приводимого во вращение двигателем.

Установлено, что, если соединить турбину с мотор-генератором, то могут существовать условия, при которых турбину можно приводить во вращение посредством мотора. В частности, мотор-генератор может работать в качестве мотора, потребляющего ток из батареи, и может вращать рабочее колесо турбины как колесо компрессора. Другими словами, когда требуется, система может работать в качестве генератора с приводом от турбины или в качестве компрессора с приводом от мотора. Если компрессор с приводом от мотора связать с поглотителем топливных паров в условиях, когда разрежение во впускном коллекторе двигателя недостаточно, то продувка поглотителя топливных паров может быть достигнута за счет втягивания продувочных паров при помощи компрессора. Это дает возможность поддерживать скорость продувки поглотителя топливных паров, даже когда разрежение во впускном коллекторе недостаточно для поддержания требуемой скорости продувки. С другой стороны, компрессор можно использовать для вытягивания воздуха через другие устройства и исполнительные органы двигательной системы, для работы которых требуется вакуум.

Раскрытие изобретения

Согласно одному примеру, способ управления двигательной системой, содержащей дроссельный турбогенератор, может содержать: выборочное приведение в действие мотор-генератора в целях вращения рабочего колеса турбины, расположенной в перепускном канале впускного дросселя; и вытягивание топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя за счет вращения рабочего колеса турбины.

Таким образом, полезные качества дроссельного турбогенератора повышаются в отношении экономии топлива. Благодаря использованию турбины при определенных условиях для привода электрического мотор-генератора могут быть компенсированы потери энергии на впускном дросселе, при этом исключается необходимость работы двигателя для зарядки батареи системы. Благодаря использованию электрического мотор-генератора для привода рабочего колеса турбины при других определенных условиях, воздух можно вытягивать через поглотитель топливных паров, используя турбину в качестве компрессора, и тем самым позволяя осуществлять продувку поглотителя топливных паров, даже когда разрежение во впускном коллекторе является недостаточным. Благодаря улучшению продувки поглотителя топливных паров и поддержанию скорости продувки в более широком диапазоне условий работы двигателя, можно улучшить показатели двигателя в отношении объема выбросов отработавших газов.

Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически изображает двигательную систему.

Фиг. 2 схематически изображает дроссельный турбогенератор в двигательной системе.

Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую программу для регулирования режима работы турбины дроссельного турбогенератора между первым, турбинным режимом для выработки электрической энергии, и вторым, компрессорным режимом для продувки поглотителя топливных паров.

Фиг. 4 изображает пример диаграмм работы дросселя для дроссельного турбогенератора по фиг. 2.

Фиг. 5 представляет пример работы турбины в качестве турбины и в качестве компрессора при разных условиях работы двигателя.

Осуществление изобретения

Последующее описание относится к системам и способам для двигателя, в котором имеется дроссельный турбогенератор. Согласно некоторым вариантам осуществления, пример такой двигательной системы содержит перепускной канал, проходящий в обход дросселя, расположенного во впускной системе двигательной системы. Кроме того, перепускной канал дросселя содержит турбину, связанную с мотор-генератором, как показано в двигательных системах на фиг. 1-2. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющей программы, такой, какая представлена на фиг. 3, чтобы выборочно приводить в действие турбогенератор в первом режиме, при котором энергия перепада давления на дросселе используется посредством турбины и генератора, и накапливается в виде электрической энергии в батарее системы. Контроллер может дополнительно приводить в действие турбогенератор во втором режиме, при котором мотор приводит турбину во вращение в качестве компрессора, чтобы вытягивать продувочный воздух через поглотитель топливных паров топливной системы. Выбор режима может быть основан на характеристиках, которые определяют по диаграмме дросселя, такой как диаграмма, приведенная на фиг. 4. Пример работы турбины иллюстрирует фиг. 5.

На фиг. 1 представлена схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Управление двигателем 10 по меньшей мере частично может осуществляться посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, а также команды от оператора (водителя) 132 автомобиля посредством устройства 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала положения педали (ПП), пропорционального положению педали. Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 и расположенный внутри них цилиндр 36. Цилиндр 36 может быть связан с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную систему трансмиссии может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан мотор стартера для осуществления операции запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и может выпускать отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

В данном примере управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 может осуществляться при помощи кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут каждая содержать один или более кулачков и могут реализовывать одну или более из следующих систем: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или систему изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут приводиться в действие контроллером 12 в целях изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено при помощи датчиков 55 и 57 положения соответственно. Согласно другим вариантам осуществления, управлять впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно посредством электропривода клапанов. К примеру, цилиндр 30 в качестве варианта может содержать впускной клапан, управляемый электроприводом клапанов, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, включая системы ППК и/или ИФКР.

Показано, что топливная форсунка 66 связана непосредственно с камерой сгорания 30 для впрыска топлива непосредственно в камеру пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ИВТ), принимаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. При таком способе топливная форсунка 66 реализует так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Данная топливная форсунка может быть установлена на боковой стороне камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо можно подавать в топливную форсунку 66 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Согласно некоторым вариантам осуществления, камера 30 сгорания может содержать, как вариант или дополнительно, топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44. При этом может быть реализован так называемый впрыск топлива во впускной канал выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, содержащий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере контроллер 12 может изменять положение дроссельной заслонки 64 посредством сигнала, подаваемого на электрический мотор или исполнительный привод, который входит в состав дросселя 62. Данную конструкцию как правило именуют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 можно приводить в действие, чтобы изменять поток впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и/или датчик 122 абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) для формирования соответствующих сигналов МРВ и ДВК для контроллера 12.

Кроме того, с впускным каналом 42 связан дроссельный турбогенератор 202, расположенный в перепускном канале, проходящем в обход дросселя 62. Дроссельный турбогенератор, который будет более подробно описан ниже согласно фиг. 2, содержит турбину, которая приводит в движение генератор. Согласно одному примеру, турбина приводит в движение вспомогательный генератор для обеспечения зарядки батареи двигателя. Данный генератор может иметь конструкцию в виде мотор-генератора. Электрический заряд, передаваемый данным генератором батарее, может быть предусмотрен, как дополнение к заряду от основного генератора с механическим приводом. Согласно фиг. 2-3, указанный мотор-генератор при определенных условиях можно также задействовать в качестве мотора, приводящего в движение рабочее колесо турбины, так чтобы турбина работала по существу в качестве компрессора. Таким образом, турбину можно использовать в качестве турбины, приводящей в движение генератор, или в качестве компрессора с приводом от мотора путем регулирования работы мотор-генератора в ответ на условия работы двигателя.

При определенных режимах работы система 88 зажигания может формировать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12. Хотя на фиг. 1 изображены элементы искрового зажигания, согласно некоторым вариантам осуществления, с камерой 30 сгорания или одной или более другими камерами сгорания двигателя 10 можно работать в режиме компрессионного воспламенения с подачей искры или без подачи искры.

Показано, что с выпускным коллектором 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов связан датчик 126 отработавших газов. Датчиком 126 может служить любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения отработавших газов, к примеру, линейный датчик содержания кислорода в отработавших газах или универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчик оксидов азота (NOx), НС или СО. Показано, что устройство 70 снижения токсичности отработавших газов расположено по ходу выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или комбинацию указанных устройств. Согласно некоторым вариантам осуществления, во время работы двигателя 10 можно периодически производить восстановление устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя с определенным воздушно-топливным отношением.

Контроллер 12 на фиг. 1 изображен в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода (ВВ./ВЫВ.), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представленную в данном примере постоянным запоминающим устройством 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода впускного воздуха (МРВ) от датчика 120; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал ДВК от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от соответствующего датчика может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК и наоборот. При работе при стехиометрическом отношении датчик ДВК может давать информацию о крутящем моменте двигателя. Кроме того, данный датчик, наряду с информацией об частоте вращения двигателя, может обеспечивать оценивание заряда (включая воздух), введенного в цилиндре. Согласно одному примеру, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, на каждый оборот коленчатого вала формирует заданное число равноотстоящих импульсов.

В постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 102 для реализации способов, которые будут рассмотрены ниже, а также иных вариантов, возможность существования которых предполагается, но которые конкретно не рассматриваются.

Как говорилось выше, на фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливные форсунки, свечи зажигания и т.п.

На фиг. 2 изображен дроссельный турбогенератор 202 в двигательной системе 200, которая содержит двигатель 10, описанный ранее согласно фиг. 1. Двигатель 10 изображен с впускным коллектором 44, предназначенным для подачи воздуха в цилиндры двигателя. Дроссельный турбогенератор 202 содержит турбину 206 и перепускной клапан 208 дросселя, расположенный в перепускном канале 204, а также генератор 210, который приводится в движение турбиной 206. В частности, вращение турбины 206 используется для привода генератора 210 через механический вал 205.

Генератор 210 может быть выполнен в виде мотор-генератора, который можно приводить в действие, чтобы преобразовывать крутящий момент от турбины, получаемый через вал 205, в электрическую энергию, которая подлежит аккумулированию в устройстве накопления электрической энергии, таком как батарея 212. Дополнительно, мотор-генератор можно приводить в действие, чтобы передавать крутящий момент по валу 205 с целью вращения турбины 206. Мотор-генератор может состоять из электрического мотора, механически связанного с электрическим генератором (или генератором переменного тока). При работе в режиме генератора, генератор вырабатывает на выходе электрический ток. В частности, вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, который одновременно заряжает батарею, электрически связанную с мотор-генератором. Для сравнения, при работе в режиме мотора, мотор работает за счет входного электрического тока. В частности, заряд (в форме тока) потребляется из батареи, чтобы привести в действие мотор-генератор, при этом мотор, работая, приводит во вращение турбину. Затем, вращающаяся турбина может работать в качестве компрессора, всасывая воздух и посылая его во впускной коллектор, вытягивая воздух, например, через поглотитель топливных паров топливной системы. При работе в любом режиме мощность может передаваться между двумя электрическими машинами в виде механического крутящего момента, чем обеспечивается электрическая развязка и некоторое буферирование мощности между двумя электрическими машинами.

Дроссельный турбогенератор 202 за счет дроссельного управления воздухом на впуске в двигатель использует энергию, которая обычно расходуется впустую. К примеру, изменение давления на дросселе 62 может быть использовано для того, чтобы направить воздушный поток через турбину 206. Турбина 206 вращает генератор 210, который подает ток в батарею 212. При такой схеме общий к.п.д. двигательной системы может быть увеличен. Например, в том случае, когда генератор 210 является вспомогательным генератором, при некоторых условиях работы заряд батареи 212 посредством основного генератора с механическим приводом может быть уменьшен, а заряд посредством вспомогательного генератора может быть увеличен. В сущности, это снижает необходимость работы двигателя для зарядки батареи.

Как показано на фиг. 2, впускной воздух проходит через впускной канал 42 и через дроссель 62. Как будет рассмотрено ниже, контроллер 12 может изменять положение дросселя, так чтобы изменять количество впускного воздуха, подаваемого в цилиндры. Перепускной канал 204 дросселя направляет впускной воздух в обход дросселя 62 из области выше по потоку от дросселя 62 в область ниже по потоку от дросселя 62. Впускной воздух может быть направлен через перепускной канал 204 и турбину 206, например, за счет разности давления на дросселе. Кроме того, в примере конструкции, показанной на фиг. 2, дроссельный турбогенератор 202 содержит перепускной клапан 208 дросселя. Положение перепускного клапана 208 дросселя можно изменять, чтобы регулировать поток впускного воздуха через перепускной канал 204 дросселя. Согласно некоторым примерам, перепускной клапан 208 дросселя может представлять собой отсечной клапан, который открывает и закрывает перепускной канал 204. Согласно другим примерам, перепускной клапан 208 может представлять собой модулирующий клапан, который плавно управляет изменением величины воздушного потока через перепускной канал 204. Перепускной клапан 208 дросселя может представлять собой плунжерный или золотниковый клапан, клапан с задвижкой, клапан с поворотной заслонкой, или иное подходящее устройство управления потоком. Кроме того, перепускной клапан 208 дросселя может быть приведен в действие электромагнитом, электромагнитом с широтно-импульсной модуляцией, двигателем постоянного тока, шаговым двигателем, вакуумной диафрагмой и подобными устройствами.

Воздушный поток, направляемый через перепускной канал 204 дросселя, проходит через турбину 206, которая вращает генератор 210 через вал 205 за счет энергии, отобранной у воздушного потока. Генератор 210 вырабатывает ток, который подается в батарею 212. Батарея 212 может обеспечивать питанием различные компоненты электрической системы автомобиля, в котором расположена двигательная система 200, такие как фары, насосы, вентиляторы, систему впрыска топлива, зажигания, кондиционирования воздуха и т.п. В конструкциях, в которых генератор 210 является вспомогательным генератором, батарея 212 может дополнительно заряжаться посредством основного генератора (не показан), который механически приводится в движение двигателем 10. В такой системе вспомогательный генератор может быть менее мощным генератором, например, который вырабатывает меньший ток, чем основной генератор.

Двигательная система 200 также содержит топливный бак 26, в котором хранится летучее жидкое топливо, сжигаемое в двигателе 10. Чтобы не дать топливным парам улетучиваться из топливного бака и выходить в атмосферу, топливный бак связан с атмосферой через поглотитель 22 топливных паров. Поглотитель топливных паров может обладать значительной емкостью для сохранения углеводородного, спиртосодержащего и/или эфиросодержащего топлива в адсорбированном состоянии; поглотитель топливных паров может быть заполнен, например, гранулами активированного угля и/или иным материалом с большой площадью поверхности. Тем не менее, длительное поглощение топливных паров в конечном счете вызовет уменьшение емкости поглотителя топливных паров для дальнейшего накопления. Поэтому можно осуществлять периодическую очистку поглотителя топливных паров от адсорбированного топлива (производить продувку поглотителя топливных паров), что будет рассмотрено ниже. В схеме, изображенной на фиг. 2, топливная система выполнена с двумя трактами продувки. Точнее, продувочный клапан 218 поглотителя топливных паров управляет продувкой топливных паров из поглотителя топливных паров во впускной коллектор по одной из продувочных магистралей 282 и 82. Продувочная магистраль 82 может быть связана с впускным коллектором 44 в точке выше по потоку от турбины 206 и ниже по потоку от клапана 208 в перепускном канале 204 дросселя. В продувочной магистрали 82 может быть предусмотрен обратный клапан 84 (необязательный элемент) чтобы исключить обратное течение из впускного коллектора 44 в поглотитель 22 топливных паров. Продувочная магистраль 282 может быть связана с впускным коллектором 44 ниже по потоку от турбины 206 в перепускном канале 204 дросселя. В продувочной магистрали 282 может быть предусмотрен обратный клапан 284 (необязательный элемент) чтобы исключить обратное течение из впускного коллектора 44 в поглотитель 22 топливных паров.

Когда выполняются условия для осуществления продувки, например, когда происходит насыщение поглотителя топливных паров, пары, накопленные в поглотителе 22 топливных паров, могут быть продуты во впускной коллектор 44 путем открытия продувочного клапана 218. Хотя на фиг. 2 показан один поглотитель 22 топливных паров, следует понимать, что с двигательной системой 200 может быть связано любое число таких поглотителей топливных паров. Согласно одному примеру, продувочный клапан 218 может являться электромагнитным клапаном, при этом открытие и закрытие указанного клапана осуществляется путем включения электромагнита продувки поглотителя топливных паров. Кроме того, поглотитель 22 топливных паров содержит вентиляционный канал 217 для направления газов из поглотителя 22 топливных паров в атмосферу во время накопления или улавливания топливных паров из топливного бака 26. Вентиляционный канал 217 может также давать возможность затягивания свежего воздуха в поглотитель 22 топливных паров, когда производится продувка накопленных топливных паров во впускной коллектор 44 через продувочную магистраль 82 и продувочный клапан 218. Хотя в данном примере показано, что вентиляционная магистраль 217 сообщается со свежим, не нагретым воздухом, могут также использоваться и различные модификации данной схемы. Вентиляционная магистраль 217 может содержать вентиляционный клапан 220 поглотителя топливных паров, чтобы регулировать поток воздуха или паров на участке между поглотителем 22 и атмосферой.

При условиях, когда имеет место большой перепад давления на дросселе 62, в то время как турбина 206 работает в турбогенераторном режиме, свежий воздух, затягиваемый в поглотитель 22 топливных паров через вентиляционный канал 217, может быть использован для продувки накопленных топливных паров во впускной коллектор 44 через продувочную магистраль 282 и продувочный клапан 218 в область после турбины.

При условиях, когда двигатель работает без наддува и во впускном коллекторе присутствует достаточное разрежение, продувка поглотителя 22 топливных паров во впускной коллектор двигателя может осуществляться с использованием располагаемого разрежения (вакуума) во впускном коллекторе. В частности, вентиляционный клапан 220 и продувочный клапан 218 могут быть открыты, так чтобы свежий воздух мог втягиваться через вентиляционный канал 217 за счет разрежения во впускном коллекторе. Свежий воздух, затягиваемый через вентиляционный канал, затем втягивается в поглотитель 22 топливных паров, а топливные пары, высвобожденные из поглотителя 22 топливных паров продуваются во впускной коллектор 44 двигателя по одной из продувочных магистралей 82 и 282. Однако, при условиях, когда двигатель работает без наддува, и разрежение во впускном коллекторе недостаточно, продувка поглотителя топливных паров может испытывать ограничения. Если заполнение поглотителя топливных паров парами превышает уровень, при котором требуется продувка, то отсутствие достаточного разрежения может привести к увеличению объема выбросов отработавших газов. Вдобавок, может требоваться поддерживать сравнительно стабильную (например, постоянную) скорость продувки поглотителя топливных паров, чтобы улучшить показатель по расходу топлива.

При таких условиях, когда разрежение во впускном коллекторе ограниченно, генератор 210 может быть выборочно приведен в действие так, чтобы вращать турбину, связанную с перепускным каналом впускного дросселя. Тогда топливные пары можно втягивать через поглотитель 22 топливных паров топливной системы во впускной коллектор 44 двигателя за счет вращения турбины 206, которая работает в качестве компрессора. В частности, компрессорный эффект активно вращаемой турбины (или рабочего колеса) посредством мотор-генератора может быть эффективно использован для всасывания воздуха через поглотитель топливных паров и удаления топливных паров из поглотителя топливных паров во впускную систему двигателя. Это дает возможность втягивать воздух через поглотитель топливных паров, когда разрежение во впускном коллекторе ограниченно. Кроме того, скорость продувки поглотителя топливных паров можно поддерживать в более широком диапазоне условий работы двигателя.

Как показано на фиг. 3, контроллер двигателя может переводить двигатель в первый режим, при котором турбогенератор работает, как генератор с приводом от турбины. С другой стороны, контроллер двигателя может переводить двигатель во второй режим, при котором турбогенератор работает, как компрессор с приводом от мотора. Контроллер может производить выбор между двумя указанными режимами в зависимости от условий (параметров) работы двигателя, которые включают уровень разрежения во впускном коллекторе и степень загрузки поглотителя топливных паров.

Кроме того, указанный выбор может быть основан на условиях работы дросселя согласно диаграмме, например, диаграмме дросселя по фиг. 4. Диаграмма 400 фиг. 4 охватывает график расхода воздуха через двигатель и график потери мощности воздушного потока за счет дросселирования. Таким образом, используя диаграмму 400, для любой рабочей точки двигателя можно определить мощность воздушного потока, располагаемую для использования турбогенератором. Рабочая точка двигателя может быть определена посредством любых двух из трех параметров, а именно, ДВК (по оси x), частоты вращения двигателя (пунктирные линии, выходящие из общей точки) и расходом воздуха через двигатель (по оси y). Линии постоянной мощности воздушного потока показаны гиперболами. Если допустить, что среда несжимаема, то располагаемая мощность воздушного потока на дросселе определяется как: мощность = объемный расход воздуха * давление. Расход воздуха через двигатель определяется как функция частоты вращения двигателя и давления ДВК. Например, данную мощность можно определить, как разность давлений (например, БД-ДВК = 10 кПа, где БД - барометрическое давление), умноженную на величину расхода (5 л/с) = 50 Вт. Таким образом, мы располагаем 50 Вт мощности воздушного потока в нескольких точках с различным сочетанием разности давлений и величины потока: 5 кПа и 10 л/с, 2,5 кПа и 20 л/с, 10 кПа и 5 л/с, 25 кПа и 2 л/с. Соответствующая линия постоянной мощности представляет собой гиперболу.

Для любых данных частоты вращения, располагаемая мощность на дросселе возрастает с ростом разрежения в коллекторе (т.е. уменьшается с ростом ДВК). На изображенной диаграмме линия 600 об/мин пересекает несколько линий постоянной мощности на дросселе. Таким образом, зная рабочую точку двигателя, можно вычислить располагаемую мощность воздушного потока на дросселе.

Как показано, располагаемая мощность воздушного потока увеличивается с ростом разрежения в коллекторе (которое определяется, как разность между барометрическим давлением и давлением в коллекторе, или БД-ДВК) и ростом воздушного потока через двигатель. Следует отметить, что когда разрежение в коллекторе падает (например, когда ДВК становится больше 90 кПА), располагаемая мощность воздушного потока резко падает. Когда располагаемая мощность воздушного потока падает, полезные качества турбогенератора снижаются. Однако, в то же самое время, в области небольших разрежений полезные качества устройства в виде мотор-компрессора существенно улучшаются. В частности, в этой области турбина может работать в качестве компрессора с приводом от мотора, чтобы создавать вакуум для продувки топливных паров. Кроме того, мотор-компрессор может быть использован для создания разрежения для системы рециркуляции отработавших газов (РОГ), вентиляции картера и для других исполнительных органов, приводимых в действие вакуумом.

Контроллер может выбрать линию постоянной мощности в качестве порога для определения того, в каком качестве использовать турбину - в качестве турбины или в качестве компрессора. Например, исходя из условий работы двигателя, включая частоту вращения двигателя, величину воздушного потока через двигатель и ДВК, контроллер может определить располагаемую мощность. Если эта мощность выше порога (например, выше 300 Вт), то контроллер может использовать турбину как турбину, вращающую генератор, чтобы вырабатывать электрический ток. Если же располагаемая мощность ниже порога, то, прежде чем использовать турбину как турбину, контроллер может подождать изменения условий работы двигателя (например, увеличения частоты вращения двигателя или снижения ДВК). Кроме того, в области ниже порога контроллер может начать использовать турбину в качестве компрессора, приводя ее в движение мотором и потребляя энергию от батареи системы.

Следует понимать, что фиг. 4 изображает диаграммы располагаемой мощности воздушного потока. В сущности, это ясно из потребной мощности компрессора, которая стремится быть ниже, благодаря наличию более низкой величины расхода (например, 2 л/с) и увеличению разрежения около 10 кПА. В этом случае, потребовалось бы 20 Вт воздушной мощности, что может потребовать 100 Вт механической мощности и 150 Вт электрической мощности.

На фиг. 3 изображен пример блок-схемы алгоритма 300 для управления дроссельный турбогенератором двигательной системы в различных режимах в зависимости от условий работы, включающих требования к продувке поглотителя топливной системы. Алгоритм дает возможность работать с двигательной системой в условиях отсутствия наддува в первом режиме (генератора с приводом от турбины), при котором турбина работает в качестве турбины, а генератор работает в качестве генератора. Затем, в других условиях отсутствия наддува, с двигательной системой можно работать во втором режиме (компрессора с приводом от мотора), при котором турбина работает в качестве компрессора, чтобы вытягивать воздух через поглотитель топливных паров топливной системы, а генератор работает в качестве мотора.

На шаге 302 производится оценивание и/или измерение условий (параметров) работы двигателя. В число указанных параметров могут, например, входить: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, температура двигателя, загрузка поглотителя топливных паров, давление в коллекторе, воздушный поток в коллекторе, давление наддува, потребный крутящий момент, наружные условия, уровень разрежения во впускном коллекторе и т.п.

После подтверждения условий работы без наддува, на шаге 304 производится измерение перепада давления на дросселе и сравнение его с пороговым уровнем. В частности, производится проверка, превышает ли перепад давления на дросселе пороговый уровень. Согласно одному примеру, перепад давления на дросселе можно оценить на основе сигналов датчиков давления, подключенных к точкам выше по потоку от дросселя и ниже по потоку от дросселя. В ином варианте перепад давления на дросселе можно оценить по величине воздушного потока в коллекторе.

Если перепад давления на дросселе выше порогового уровня, то тогда на шаге 306 производится открытие перепускного клапана дросселя, чтобы направить воздушный поток, соответствующий указанному перепаду давления в перепускной канал. Согласно одному примеру, если перепускной клапан является клапаном отсечного типа, то клапан может быть переведен в открытое положение. Согласно другому примеру, если перепускной клапан является клапаном модулирующего типа, то величина открытия клапана может быть увеличена, исходя из требуемого потока через турбину.

На шаге 308 алгоритм направляет отведенный впускной воздушный поток в перепускной канал дросселя и пропускает через турбину, чтобы вращать последнюю. Количество воздуха, пропускаемого через турбину, может зависеть от перепада давления на впускном дросселе. Конкретно, когда перепад давления на дросселе увеличивается, количество воздуха, пропускаемого через турбину, может увеличиваться.

На шаге 310 алгоритм задействует турбину двигательной системы в первом режиме, при котором турбина вращается в перепускном канале впускного дросселя, и приводит в движение мотор-генератор. В то время как вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, батарею, электрически связанную с мотор-генератором, можно заряжать вырабатываемой электрической энергией. В данном случае, когда вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, последний работает в качестве генератора, а турбина работает в качестве турбины. В первом режиме выходная электрическая мощность турбины имеет более высокий уровень. Согласно одному примеру, выходная электрическая мощность турбины может быть равной или более высокой, чем электрическая нагрузка, приложенная к батарее системы. Это может дать возможность выполнить требования по электрической нагрузке, используя выходную электрическую мощность турбины и заряжать батарею, если выходная электрическая мощность турбины превышает электрическую нагрузку. Если на шаге 304 выясняется, что перепад давлений на дросселе меньше порогового уровня, то тогда на шаге 312 алгоритм закрывает перепускной клапан дросселя, чтобы прекратить течение воздуха через перепускной канал. Согласно одному примеру, если перепускной клапан является клапаном отсечного типа, то указанный клапан может быть переведен в закрытое положение. Согласно другому примеру, если перепускной клапан является клапаном модулирующего типа, то степень открытия клапана может быть уменьшена.

От каждого из шагов 312 и 310 алгоритм переходит к шагу 314, на котором производится проверка, выполнены ли условия для продувки поглотителя топливных паров. Согласно одному примеру, можно считать, что условия для продувки поглотителя топливных паров выполнены, если загрузка поглотителя топливных паров парами превышает пороговую. Согласно другому примеру, можно считать, что условия для продувки поглотителя топливных паров выполнены, если после последней продувки поглотителя топливных паров прошло пороговое время или пройдена пороговая дистанция. Если условия для продувки поглотителя топливных паров не выполнены, то алгоритм переходит к шагу 322, на котором производится регулирование положения дросселя на основе данных воздушного потока через турбину, если такие данные имеются, чтобы уменьшить скачки крутящего момента.

Следует понимать, что согласно другим примерам, запрос о выполнении условий для продувки может не производиться, и продувка поглотителя топливных паров может быть разрешена всегда, пока работает двигатель, чтобы во время работы двигателя дать возможность поддерживать по существу постоянный расход продувочного потока.

После подтверждения выполнения условий для продувки поглотителя топливных паров, на шаге 316 производится измерение уровня разрежения во впускном коллекторе и его сравнение с пороговым уровнем. Пороговый уровень может основываться на условиях работы двигателя, таких как наполнение парами топлива поглотителя топливной системы. Например, пороговый уровень может быть увеличен, когда наполнение поглотителя топливных паров увеличивается, и величина разрежения, требуемая для полной продувки поглотителя топливных паров, увеличивается.

Если разрежение во впускном коллекторе превышает пороговый уровень, то можно сделать вывод, что разрежение во впускном коллекторе достаточно для вытягивания воздуха через поглотитель топливных паров и продувки топливных паров из поглотителя топливных паров во впускной коллектор двигателя. Соответственно, на шаге 317 алгоритм содержит операцию вытяжки топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя за счет разрежения во впускном коллекторе. При этом контроллер может открыть вентиляционный клапан и продувочный клапан и приложить разрежение впускного коллектора к поглотителю топливных паров топливной системы, так чтобы в поглотитель топливных паров топливной системы втягивать свежий воздух в целях десорбции топливных паров из поглотителя топливных паров, причем выделенные топливные пары затем подаются во впускной коллектор двигателя по продувочной магистрали. Если турбина работает в первом режиме, в то время как продувочный клапан поглотителя открыт, выделенные топливные пары могут быть втянуты в перепускной канал дросселя в точку после турбины по продувочной магистрали 282, перед тем как указанные пары будут доставлены во впускной коллектор. После приема топливных паров в процессе продувки алгоритм может перейти к шагу 322 для регулирования положения дросселя, исходя из принимаемого продувочного потока, чтобы уменьшить скачки крутящего момента.

Для сравнения, если разрежение во впускном коллекторе ниже порогового уровня, то можно сделать вывод, что разрежение во впускном коллекторе недостаточно для вытягивания воздуха через поглотитель топливных паров и удаления топливных паров из поглотителя топливных паров во впускной коллектор двигателя. Соответственно, на шаге 318 алгоритма переводят турбину двигательной системы во второй режим, при котором турбина в перепускном канале впускного дросселя приводится в движение посредством мотор-генератора. Конкретно, контроллер может выборочно привести в действие мотор-генератор, потребляя заряд батареи, чтобы вращать турбину. В данном случае, когда мотор-генератор обеспечивает вращение турбины, указанный мотор-генератор действует в качестве мотора, а турбина действует в качестве компрессора. Во втором режиме выходная электрическая мощность турбины меньше. К примеру, при работе во втором режиме выходная электрическая мощность турбины вообще равна нулю.

На шаге 320 производится вытягивание свежего воздуха через поглотитель топливных паров топливной системы и вытягивание топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя за счет вращения турбины, которая действует в качестве компрессора. Топливные пары могут быть вытянуты в перепускной канал дросселя в точку ниже по потоку от перепускного клапана и выше по потоку от турбины. Благодаря тому, что топливные пары можно вытягивать во впускной коллектор через турбину, используя разрежение во впускном коллекторе, когда впускной коллектор располагает достаточным разрежением, и также, благодаря тому, что топливные пары можно вытягивать во впускной коллектор через турбину, используя вращение турбины посредством мотора (и ее последующее действие в качестве компрессора), когда впускной коллектор не располагает достаточным разрежением, может быть обеспечена продувка поглотителя топливных паров в широком диапазоне уровней разрежения во впускном коллекторе. Согласно одному примеру, снижается необходимость в специализированном продувочном клапане, который бы разрешал или запрещал течение воздуха из поглотителя топливных паров в зависимости от наличия разрежения во впускном коллекторе. К примеру, продувочный клапан поглотителя топливных паров на фиг. 2 может быть исключен.

При обоих режимах работы турбины положение впускного дросселя можно регулировать в зависимости от потока воздуха через турбину, чтобы поддерживать выходной крутящий момент двигателя. Конкретно, от каждого из шагов 317 и 320 (или 314) алгоритм может перейти к шагу 322, на котором производится регулирование степени открытия впускного дросселя, исходя из воздушного потока во впускном коллекторе. В качестве примера, когда турбина вращает мотор-генератор, и воздух течет через перепускной канал дросселя, степень открытия впускного дросселя может быть увеличена в зависимости от величины потока в перепускном канале дросселя и через турбину, чтобы поддержать крутящий момент двигателя, а также величину продувочного потока из поглотителя топливных паров, принимаемого ниже по потоку от турбины (если продувка была разрешена). Согласно другому примеру, когда турбина приводится в движение мотор-генератором, и воздух течет через поглотитель топливных паров и затем в перепускной канал дросселя, степень открытия впускного дросселя может быть уменьшена в зависимости от продувочного потока, принимаемого из поглотителя топливных паров. Поскольку из поглотителя топливных паров течет смесь воздуха и топливных паров, то, чем больше воздуха будет получено из системы продувки, тем меньшее количество воздуха будет замерено в других каналах.

Таким образом, с двигателем можно работать без наддува в первом режиме, когда разрежение во впускном коллекторе выше порогового уровня, при этом турбина, связанная с перепускным каналом дросселя, приводит в движение мотор-генератор. Кроме того, с двигателем можно работать без наддува во втором режиме, когда разрежение во впускном коллекторе ниже порогового уровня, при этом турбина, связанная с перепускным каналом дросселя, приводится в движение посредством мотор-генератора. В данном случае, в первом режиме воздух прокачивается через турбину во впускной коллектор, чтобы вращать мотор-генератор. Для сравнения, во втором режиме воздух прокачивается через поглотитель топливных паров и через турбину во впускной коллектор. Кроме того, в первом режиме продувка поглотителя топливных паров осуществляется с использованием разрежения во впускном коллекторе, в то время как во втором режиме продувка поглотителя топливных паров осуществляется с использованием воздуха, втягиваемого во впускной коллектор за счет вращения турбины. Таким образом, в первом режиме мотор-генератор работает в качестве генератора, и электрическая энергия запасается в батарее, соединенной с мотор-генератором, в то время как во втором режиме мотор-генератор работает в качестве мотора, и электрическая энергия потребляется из батареи, соединенной с мотор-генератором. Другими словами, во втором режиме турбина переводится из турбинного режима работы в компрессорный режим работы. В первом режиме перепускной клапан, установленный в перепускном канале дросселя выше по потоку от турбины, может быть открыт, в то время как во втором режиме продувочный клапан, установленный между поглотителем топливных паров и перепускным каналом дросселя, может быть открыт. Во втором режиме перепускной клапан открывают в зависимости от перепада давления на дросселе и требуемой величины потока в перепускном канале. Кроме того, в обоих режимах используют регулирование дросселя в целях поддержания крутящего момента двигателя. Например, в первом режиме степень открытия впускного дросселя увеличивают в зависимости от величины воздушного потока в перепускном канале дросселя, проходящего через турбину, в то время как во втором режиме степень открытия впускного дросселя может быть уменьшена в зависимости от продувочного потока, поступающего из поглотителя топливных паров.

На фиг. 5 изображен пример диаграммы 500, изображающей сценарий управления для регулирования работы турбины в зависимости от условий работы двигателя. В частности, работу турбины регулируют между турбинным режимом и компрессорным режимом путем регулировки работы мотор-генератора. На диаграмме 500 разрежение во впускном коллекторе показано на графике 502, вращение турбины - на графике 504, выходная электрическая мощность турбины - на графике 506 и загрузка поглотителя топливных паров топливной системы - на графике 508.

Перед моментом t1 двигатель может работать без наддува, при этом во впускном коллекторе может присутствовать достаточное разрежение. Однако, может не быть достаточного перепада давления на дросселе, чтобы использовать перепускной поток дросселя для вращения турбины и генерирования электрической энергии. Соответственно, турбина не задействована, так как не создается никакого перепускного потока.

В момент t1, хотя двигатель работает без наддува, в ответ на увеличение перепада давления на дросселе перепускной клапан дросселя может быть открыт, и впускной воздушный поток может быть направлен на турбину, вызывая вращение последней. Между моментами t1 и t2, в то время как имеет место достаточный перепад давления на дросселе, воздушный поток можно непрерывно пропускать через турбину. То есть, большой перепад давления на дросселе может приводить турбину во вращение. Кроме того, между моментами t1 и t2 турбина может работать в турбинном режиме, вращая генератор, при этом генератор вырабатывает электрическую энергию, которая аккумулируется в батарее системы. Соответственно большому перепаду давления на дросселе, между моментами t1 и t2 выходная электрическая мощность турбины может увеличиваться по мере того как турбина вращается за счет перепускного потока дросселя, и по мере того как турбина вращает генератор.

Также, между моментами t1 и t2 степень открытия дросселя может быть отрегулирована в зависимости от величины потока в перепускном канале дросселя, чтобы поддержать выходной крутящий момент двигателя. В данном примере степень открытия дросселя можно увеличивать, по мере того как увеличивается величина перепускного потока дросселя.

В момент t2, в силу изменения условий работы, перепад давления на дросселе может снизиться. Соответственно, между моментами t2 и t3 перепускной клапан дросселя может быть закрыт, и турбина может не вращаться за счет воздушного потока. Как следствие, выходная электрическая мощность турбины может упасть. В момент t3, когда перепад давления на дросселе снова становится достаточно высоким, перепускной клапан дросселя может быть снова открыт, и турбина снова может работать в турбинном режиме, вращая генератор, при этом будет наблюдаться соответствующее увеличение выходной электрической мощности турбины.

В сущности, между моментами t1 и t4, в то время как двигатель работает, и имеет место достаточное разрежение во впускном коллекторе, можно осуществлять продувку поглотителя топливных паров во впускной коллектор, например, практически с постоянной скоростью продувки. На графике постоянная продувка поглотителя топливных паров представлена монотонным уменьшением загрузки поглотителя топливных паров во время работы двигателя. Продувка поглотителя топливных паров может включать в себя продувку во впускной коллектор двигателя за счет разрежения во впускном коллекторе путем направления продувочного потока в перепускной канал дросселя в точку выше по потоку от турбины (например, по продувочной магистрали 82 по фиг. 2), когда турбина не вращается, как в интервалах t0-t1 и t2-t3. Продувка поглотителя топливных паров может также включать в себя продувку во впускной коллектор двигателя за счет разрежения во впускном коллекторе путем направления продувочного потока в перепускной канал дросселя в точку ниже по потоку от турбины (например, по продувочной магистрали 282 фиг. 2), когда турбина вращается, как в интервалах t1-t2 и t3-t4.

В момент t4, в силу изменения условий работы двигателя, может иметь место уменьшение разрежения во впускном коллекторе. В силу недостаточного разрежения во впускном коллекторе продувку поглотителя топливных паров невозможно осуществлять за счет разрежения во впускном коллекторе. Соответственно, в момент t4, чтобы дать возможность продолжать продувку поглотителя топливных паров, в то время как двигатель работает, и во впускном коллекторе присутствует разрежение низкого уровня, можно вращать турбину как компрессор, приведя мотор-генератор в действие в качестве мотора. Чтобы вращать турбину, мотор может потреблять электрическую энергию от батареи, при этом вращение турбины приводит к ее работе в компрессорном режиме, при котором свежий воздух затягивается во впускной коллектор через поглотитель топливных паров, при этом топливные пары выводятся во впускной тракт. В то время как турбина работает в компрессорном режиме, выходная электрическая мощность турбины может упасть. Кроме того, в то время как турбина работает в компрессорном режиме, перепускной клапан дросселя можно держать в закрытом положении. В то время как продувка поглотителя топливных паров осуществляется за счет воздуха, вытягиваемого посредством турбины, работающей в качестве компрессора, степень открытия дросселя можно регулировать, в данном случае - уменьшать в зависимости от величины принимаемого продувочного потока, чтобы поддерживать выходной крутящий момент двигателя. Кроме того, может быть отрегулирована подача топлива в двигатель в зависимости от воздушно-топливного отношения паров продувки.

В момент t5 разрежение во впускном коллекторе может возрастать. Таким образом, в момент t5 может быть возобновлена продувка поглотителя топливных паров за счет разрежения во впускном коллекторе. Кроме того, вращение турбины за счет мотора может быть прервано. В момент t6, в то время как осуществляется продувка поглотителя топливных паров за счет разрежения во впускном коллекторе, может иметь место рост перепада давления на дросселе. Соответственно, снова открывают перепускной клапан дросселя и вращают турбину за счет воздушного потока, при этом турбина приводит в движение генератор, и выходная электрическая мощность турбины возрастает. В данном случае, выработка электрической энергии за счет турбины и продувка поглотителя топливных паров за счет разрежения во впускном коллекторе могут происходить одновременно.

Согласно одному примеру, система содержит: дроссель, расположенный во впускном канале двигателя; перепускной канал дросселя, выполненный с возможностью направления впускного воздуха из точки выше по потоку от дросселя в точку ниже по потоку от дросселя, причем перепускной канал содержит перепускной клапан дросселя; турбину, расположенную в перепускном канале дросселя, причем турбина механически связана с мотор-генератором, который электрически соединен с батареей; топливную систему, содержащую поглотитель топливных паров, выполненный с возможностью получения топливных паров из топливного бака, причем поглотитель топливных паров через продувочный клапан связан с перепускным каналом дросселя ниже по потоку от перепускного клапана и выше по потоку от турбины; и контроллер. Контроллер может быть снабжен машиночитаемыми инструкциями, записанными в энергонезависимое запоминающее устройство для того, чтобы была возможность:

когда разрежение во впускном коллекторе имеет более низкий уровень - приводить в действие мотор-генератор, одновременно потребляя энергию от батареи, чтобы вращать турбину в качестве компрессора; и

вытягивать впускной воздух через поглотитель топливных паров во впускной коллектор за счет вращения турбины в качестве компрессора в целях продувки поглотителя топливных паров.

Контроллер может содержать дополнительные инструкции для того, чтобы была возможность:

когда разрежение во впускном коллекторе имеет более высокий уровень - вытягивать впускной воздух через перепускной канал дросселя, чтобы вращать турбину и приводить в движение мотор-генератор, одновременно аккумулируя энергию в батарее; и

продувать поглотитель топливных паров путем вытягивания впускного воздуха через поглотитель топливных паров во впускной коллектор за счет разрежения во впускном коллекторе.

В данном случае, когда разрежение во впускном коллекторе имеет более высокий уровень, турбина работает в качестве турбины, приводящей в движение генератор, в то время как, когда разрежение во впускном коллекторе имеет более низкий уровень, турбина работает в качестве компрессора с приводом от мотора. Контроллер может также содержать инструкции для увеличения степени открытия дросселя во время вытягивания впускного воздуха через перепускной канал дросселя, чтобы вращать турбину и приводить в движение мотор-генератор; и уменьшения степени открытия дросселя во время вытягивания впускного воздуха через поглотитель топливных паров в целях продувки поглотителя топливных паров.

Таким образом, дроссельный турбогенератор, связанный с поглотителем топливной системы, может быть эффективно использован в условиях низкого разрежения во впускном коллекторе для продувки поглотителя топливных паров. Технический эффект приведения в действие мотора с целью вращения турбины в качестве компрессора состоит в том, что продувочный воздух можно вытягивать через поглотитель топливных паров во впускной коллектор, что позволяет поддерживать скорость продувки поглотителя топливных паров в широком диапазоне условий во впускном коллекторе. Благодаря приводу генератора посредством турбины, расположенной в перепускном канале дросселя, путем использования перепускного потока дросселя, может быть извлечена энергия, которая в противном случае была бы потеряна. Благодаря тому, что предоставляется возможность рационально заряжать батарею системы, улучшается показатель топливной экономичности двигателя. Благодаря приведению турбины в действие в качестве компрессора посредством мотора при низком разрежении во впускном коллекторе, увеличивается эффективность продувки поглотителя топливных паров, и тем самым снижается уровень выбросов отработавших газов.

Следует отметить, что включенные в описание примеры алгоритмов управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Способы управления и раскрытые в данном описании алгоритмы можно хранить в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в энергонезависимое запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.

Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.

Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к элементу, как представителю данного класса элементов, или к «первому» элементу, или же к эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.

Раскрыты способы и системы для регулирования работы дроссельного турбогенератора в целях улучшения продувки поглотителя топливных паров. Перепад давления на впускном дросселе может быть использован для вращения турбины, установленной в перепускном канале дросселя, причем указанная турбина в свою очередь приводит в движение генератор в целях зарядки батареи. В условиях, когда разрежение во впускном коллекторе имеет низкий уровень, генератор может быть приведен в действие в качестве мотора, чтобы вращать турбину и использовать компрессорный эффект турбины для продувки топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы. Технический результат заключается в повышении экономии топлива. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для двигателя, содержащий:

выборочное приведение в действие мотор-генератора в целях вращения турбины, расположенной в перепускном канале впускного дросселя; и

вытягивание топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя за счет вращения турбины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное выборочное приведение в действие включает в себя приведение в действие мотор-генератора при условиях, когда двигатель работает без наддува, и при этом разрежение во впускном коллекторе ниже порогового уровня.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит при условиях, когда двигатель работает без наддува, и разрежение во впускном коллекторе выше порогового уровня, вытягивание топливных паров из поглотителя топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя за счет разрежения во впускном коллекторе.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит при условиях, когда двигатель работает без наддува, и разрежение во впускном коллекторе выше порогового уровня, направление впускного воздуха через перепускной канал дросселя и через турбину в целях вращения турбины, при этом вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что дополнительно содержит, в то время как вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, зарядку батареи, электрически связанной с мотор-генератором.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что выборочное приведение в действие мотор-генератора в целях вращения турбины включает в себя расходование заряда батареи.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при приведении в действие мотор-генератора в целях вращения турбины мотор-генератор работает в качестве мотора, а когда вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, мотор-генератор работает в качестве генератора.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при приведении в действие мотор-генератора в целях вращения турбины турбина работает в качестве компрессора, а когда вращающаяся турбина приводит в движение мотор-генератор, турбина работает в качестве турбины.

9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пороговый уровень основан на загрузке поглотителя топливных паров топливной системы.

10. Способ регулирования работы дроссельного турбогенератора, содержащий:

приведение двигателя в действие в первом режиме, когда разрежение во впускном коллекторе выше порогового уровня, при этом турбина, связанная с перепускным каналом дросселя, приводит в движение мотор-генератор; и

приведение двигателя в действие во втором режиме, когда разрежение во впускном коллекторе ниже порогового уровня, при этом турбину, связанную с перепускным каналом дросселя, приводят в движение посредством мотор-генератора.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что в первом режиме воздух вытягивают через турбину во впускной коллектор, чтобы приводить в движение мотор-генератор, а во втором режиме воздух вытягивают через поглотитель топливных паров и через турбину во впускной коллектор.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в первом режиме поглотитель топливных паров продувают, используя разрежение во впускном коллекторе, а во втором режиме поглотитель топливных паров продувают, используя воздух, втягиваемый во впускной коллектор за счет вращения турбины.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в первом режиме мотор-генератор работает в качестве генератора, а электрическую энергию аккумулируют в батарее, связанной с мотор-генератором, а во втором режиме мотор-генератор работает в качестве мотора, а электрическую энергию потребляют из батареи, связанной с мотор-генератором.

14. Способ по п. 10, отличающийся тем, что во втором режиме турбину переводят из турбинного режима работы в компрессорный режим работы.

15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в первом режиме открывают перепускной клапан, установленный в перепускном канале дросселя выше по потоку от турбины, а во втором режиме открывают продувочный клапан, установленный между поглотителем топливных паров и перепускным каналом дросселя.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в первом режиме степень открытия впускного дросселя увеличивают в зависимости от величины потока в перепускном канале дросселя через турбину, а во втором режиме степень открытия впускного дросселя уменьшают в зависимости от величины продувочного потока, поступающего из поглотителя топливных паров.

17. Система регулирования работы дроссельного турбогенератора, содержащая:

дроссель, расположенный во впускном канале двигателя;

перепускной канал дросселя, выполненный с возможностью направления впускного воздуха из точки выше по потоку от дросселя в точку ниже по потоку от дросселя, причем перепускной канал дросселя содержит перепускной клапан дросселя;

турбину, расположенную в перепускном канале дросселя, причем турбина механически связана с мотор-генератором, который электрически соединен с батареей;

топливную систему, содержащую поглотитель топливных паров, выполненный с возможностью получения топливных паров из топливного бака, причем поглотитель топливных паров через продувочный клапан связан с перепускным каналом дросселя ниже по потоку от перепускного клапана и выше по потоку от турбины; и

контроллер, снабженный машиночитаемыми инструкциями, записанными в энергонезависимое запоминающее устройство, для обеспечения возможности, когда разрежение во впускном коллекторе имеет более низкий уровень, приведения в действие мотор-генератора, одновременно потребляя энергию от батареи, чтобы вращать турбину в качестве компрессора, и

вытягивания впускного воздуха через поглотитель топливных паров во впускной коллектор за счет вращения турбины в качестве компрессора в целях продувки поглотителя топливных паров.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно содержит машиночитаемые инструкции для обеспечения возможности, когда разрежение во впускном коллекторе имеет более высокий уровень, вытягивать впускной воздух через перепускной канал дросселя, чтобы вращать турбину и приводить в движение мотор-генератор, одновременно аккумулируя энергию в батарее; и продувать поглотитель топливных паров путем вытягивания впускного воздуха через поглотитель топливных паров во впускной коллектор за счет разрежения во впускном коллекторе.

19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что, когда разрежение во впускном коллекторе имеет более высокий уровень, обеспечена возможность работы турбины в качестве турбины, приводящей в движение генератор, а когда разрежение во впускном коллекторе имеет более низкий уровень, обеспечена возможность работы турбины в качестве компрессора с приводом от мотора.

20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно содержит машиночитаемые инструкции для обеспечения возможности увеличения степени открытия дросселя во время вытягивания впускного воздуха через перепускной канал дросселя в целях вращения турбины и приведения в движение мотор-генератора; и уменьшения степени открытия дросселя во время вытягивания впускного воздуха через поглотитель топливных паров в целях продувки поглотителя топливных паров.