СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ И РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2019 года по МПК F01N5/02 F01N9/00 F02D21/08 F02M26/22 

Область техники

Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулируемых отработавших газов РОГ (EGR) посредством единственного теплообменника.

Уровень техники и раскрытие изобретения

Двигатели могут быть выполнены с системой рекуперации тепла отработавших газов для рекуперации тепла отработавших газов, образующихся в двигателе внутреннего сгорания. За счет тепла, рекуперируемого в теплообменнике отработавших газов, можно осуществлять такие функции, как нагрев головки блока цилиндров и обогрев пассажирского салона, тем самым, повышая КПД двигателя и экономию топлива. Можно осуществлять рециркуляцию охлажденных отработавших газов во впускной коллектор и за их счет уменьшать расход топлива и выбросы оксидов азота (NO_x). Кроме того, РОГ позволяет снизить потери на дросселирование при низких нагрузках и повысить предел детонации. С системой подачи РОГ может быть соединен охладитель РОГ для снижения температуры рециркулируемых отработавших газов перед их подачей во впускной коллектор.

Предложен ряд решений для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения РОГ. В одном примере, раскрытом в документе US 20140196454 Улри (Ulrey) с соавторами, система двигателя содержит расположенный за каталитическим нейтрализатором охладитель РОГ с возможностью ситуативного применения для рекуперации тепла отработавших газов для нагрева двигателя. В состояниях холодного пуска можно закрывать дроссельную заслонку для направления отработавших газов через охладитель РОГ с возможностью передачи в нем тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через охладитель РОГ. Затем можно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости (нагретой рекуперированным теплом отработавших газов) через двигатель для повышения его температуры. В таких состояниях холодного пуска клапан РОГ можно оставлять в закрытом положении, а отработавшие газы, после прохождения через охладитель РОГ, могут поступать обратно в основной выпускной канал по перепускному каналу.

Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки вышеуказанного решения. Например, в раскрытой Улри с соавторами системе может быть невозможно ограничивать нежелательный поток отработавших газов по подающей магистрали РОГ и перепускному каналу, даже когда дроссель отработавших газов находится в полностью открытом положении. В состояниях с температурой и нагрузкой двигателя выше пороговых, в связи с тем, что может быть невозможно направить поток полностью в обход теплообменника, нежелательный поток горячих отработавших газов по системе охлаждения может отрицательно сказаться на ее функционировании. Кроме того, может быть невозможно регулировать одновременную рекуперацию тепла отработавших газов и подачу охлажденных РОГ для повышения экономии топлива. Кроме того, при применении теплообменника в вышеуказанной системе теплообмена для охлаждения РОГ, возможно скопление конденсата в теплообменнике и его поступление во впускной коллектор по магистрали РОГ, что отрицательно повлияет на устойчивость горения в двигателе. Конденсат, остающийся в теплообменнике в течение длительных периодов, когда двигатель остановлен, может замерзнуть, а также привести к повреждению компонентов системы РОГ.

Авторы настоящего изобретения определили решение, позволяющее как минимум частично преодолеть вышеуказанные недостатки. Один пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник и эксплуатируют указанную систему во втором режиме с рециркуляцией первой части отработавших газов во впускной коллектор и направлением потока второй части отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник. Это позволяет одновременно обеспечить охлаждение РОГ и рекуперацию тепла отработавших газов посредством общего теплообменника.

В одном примере система двигателя может быть выполнена с теплообменником, расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, в перепускном канале отработавших газов, расположенном параллельно основному выпускному каналу. Отводной клапан обеспечивает возможность отведения отработавших газов в перепускной канал и через теплообменник. Подающая магистраль РОГ может быть соединена с перепускным каналом ниже по потоку от теплообменника, а клапан РОГ может быть соединен с подающей магистралью для регулирования потока отработавших газов во впускной коллектор. Положения отводного клапана и клапана РОГ можно регулировать координированно для рекуперации тепла отработавших газов и подачи РОГ. Например, в состояниях холодного пуска двигателя отработавшие газы можно направлять из выпускного коллектора в выхлопную трубу через теплообменник. При протекании отработавших газов может происходить передача их тепла охлаждающей жидкости, циркулирующей по теплообменнику, с возможностью последующего нагрева двигателя и салона за счет горячей охлаждающей жидкости. После активации каталитического нейтрализатора, когда требуются охлажденные РОГ, отработавшие газы можно направлять во впускной коллектор по магистрали РОГ после прохождения через теплообменник, работающий как охладитель РОГ. В зависимости от соотношения потребностей в нагреве двигателя и в РОГ, можно регулировать положения отводного клапана и клапана РОГ для направления первой части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и подающую магистраль РОГ с одновременным направлением второй (остальной) части отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник. Контроллер также выполнен с возможностью регулирования соотношения первой и второй частей в зависимости от результата сравнения экономий топлива в каждом из режимов. Кроме того, можно оценивать уровень образования конденсата в теплообменнике, и если уровень конденсата превысит пороговый, весь объем отработавших газов можно направить в выхлопную трубу через теплообменник для продувки скопившегося конденсата в атмосферу. Конденсат также можно продувать в выхлопную трубу, если происходит событие остановки двигателя.

Таким образом, осуществление функций охладителя РОГ и теплообменника отработавших газов единственным теплообменником обеспечивает преимущества, состоящие в снижении себестоимости и уменьшении количества компонентов без ограничения функционирования или возможностей каждой из систем. Технический эффект, обеспечиваемый установкой теплообменника в перепускном канале отработавших газов, соединенном с магистралью РОГ, состоит в том, что рекуперация тепла отработавших газов и поток РОГ могут происходить одновременно, что увеличивает преимущества в части экономии топлива. Одновременная РОГ и рекуперация тепла отработавших газов для нагрева двигателя и/или пассажирского салона позволяет повысить экономию топлива. Технический эффект, достигаемый ситуативной продувкой конденсата, скопившегося в теплообменнике, в выхлопную трубу отработавших газов состоит в возможности уменьшения всасывания воды в двигатель и, тем самым, повышения устойчивости горения. Продувка теплообменника перед остановкой двигателя также позволяет уменьшить замерзание воды в теплообменнике в холодные периоды и, тем самым, снизить вероятность повреждения компонентов РОГ.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание фигур чертежей

ФИГ. 1А изображает пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему двигателя с теплообменником, работающей в первом режиме.

ФИГ. 1В изображает пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему двигателя с теплообменником, работающей во втором режиме.

ФИГ. 1С изображает пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему двигателя с теплообменником, работающей в третьем режиме.

ФИГ. 1D изображает пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему двигателя с теплообменником, работающей в четвертом режиме.

ФИГ. 2 изображает пример осуществления системы охлаждения для транспортного средства.

ФИГ. 3 изображает блок-схему примера способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через выпускную систему двигателя на ФИГ. 1А-1D.

ФИГ. 4 изображает блок-схему продолжения примера способа на ФИГ. 3 с возможностью реализации для дополнительного регулирования потока отработавших газов через выпускную систему двигателя на ФИГ. 1А-1D.

На ФИГ. 5 изображена таблица, иллюстрирующая разные режимы эксплуатации выпускной системы двигателя на ФИГ. 1А-1D.

ФИГ. 6 раскрыт пример эксплуатации выпускной системы двигателя на ФИГ. 1А-1D.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к системам и способам для единственного теплообменника для улучшения рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулируемых отработавших газов (РОГ). Различные режимы эксплуатации примера системы двигателя, содержащей выпускную систему двигателя с теплообменником, раскрыты на ФИГ. 1А-1D. Пример осуществления системы охлаждения транспортного средства, соединенной с системой двигателя на ФИГ. 1А-1D, раскрыт на ФИГ. 2. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью осуществления алгоритма управления, например, алгоритмов на ФИГ. 3 и 4, для изменения положений одного или нескольких клапанов выпускной системы для регулирования потока отработавших газов через теплообменник в системах на ФИГ. 1А-1D. Различные режимы эксплуатации примера системы двигателя раскрыты в табличной форме на ФИГ. 5. Пример эксплуатации систем на ФИГ. 1А-1D раскрыт на ФИГ. 6.

На ФИГ. 1А схематически представлены особенности примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В раскрываемом варианте двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 114 с приводом от турбины 116. А именно, свежий воздух поступает по заборному каналу 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 112, а затем - в компрессор 114. Компрессор может представлять собой любой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например мотор-компрессор или приводимый от вала компрессор нагнетателя. В системе двигателя 10 компрессор представляет собой компрессор в составе турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 через вал 19, при этом турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя.

На ФИГ. 1 компрессор 114 показан соединенным через охладитель 21 наддувочного воздуха ОНВ (САС) с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 22 двигателя. Заряд сжатого воздуха из компрессора поступает через охладитель 21 наддувочного воздуха и дроссельную заслонку во впускной коллектор. В варианте на ФИГ. 1А давление заряда воздуха во впускном коллекторе измеряет датчик 124 давления воздуха в коллекторе ДВК (МАР).

Один или несколько датчиков могут быть соединены с входом компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть соединен с указанным входом для оценки температуры на входе компрессора, а датчик 56 давления может быть соединен с указанным входом для оценки давления на входе компрессора. В качестве еще одного примера, датчик 57 влажности может быть соединен с указанным входом для оценки влажности заряда воздуха, поступающего в компрессор. В число других датчиков могут входить, например, датчики воздушно-топливного отношения и т.п. В других примерах один или несколько параметров на входе компрессора (например, влажность, температуру, давление и т.п.) можно опосредованно определять по параметрам работы двигателя. Кроме того, когда осуществляют рециркуляцию отработавших газов (РОГ), указанные датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и воздушно-топливное отношение смешанного заряда воздуха, включающего в себя свежий воздух, рециркулируемый сжатый воздух и остаточные отработавшие газы, поступающие на вход компрессора.

Привод 92 регулятора давления наддува выполнен с возможностью приведения в действие для открытия регулятора и как минимум частичного сброса давления отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область ниже по потоку от нее через регулятор 91 давления наддува. Снижение давления отработавших газов выше по потоку от турбины позволяет уменьшить число оборотов турбины, что, в свою очередь, позволяет уменьшить помпаж компрессора.

Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 30 сгорания через несколько впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания в свою очередь соединены с выпускным коллектором 36 через несколько выпускных клапанов (не показаны). В раскрываемом варианте показан одинарный выпускной коллектор 36. При этом в других вариантах выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют направлять отработавшие газы из разных камер сгорания в разные области в системе двигателя.

В одном варианте осуществления любой из выпускных и впускных клапанов может быть выполнен с возможностью электронного приведения в действие или управления. В еще одном варианте любой из выпускных и впускных клапанов может быть выполнен с кулачковым приводом или управлением. Независимо от типа привода - электронного или кулачкового, моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов можно регулировать для достижения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов.

В камеры 30 сгорания можно подавать одно или несколько топлив, например, бензин, спиртосодержащие смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.п., через форсунку 66. Топливо можно подавать в камеры сгорания непосредственным впрыском, впрыском во впускной канал, впрыском в корпус дроссельной заслонки или используя любую комбинацию указанных способов. Для начала процесса горения в камерах сгорания можно использовать искровое зажигание и (или) воспламенение от сжатия.

Как показано на ФИГ. 1А, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора могут быть направлены в турбину 116 для приведения ее в действие. Объединенный поток из турбины и регулятора давления наддува далее течет через устройства 170 и 173 снижения токсичности выбросов. В одном примере первое устройство 170 снижения токсичности выбросов может представлять собой пусковой каталитический нейтрализатор, а второе устройство 173 снижения токсичности выбросов - каталитический нейтрализатор на днище кузова. Устройства 170 и 173 нейтрализации отработавших газов выполнены с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и, тем самым, снижения содержания одного или нескольких веществ в потоке отработавших газов. Например, устройства 170 и 173 нейтрализации отработавших газов могут быть выполнены с возможностью улавливания оксидов азота (NO_x) из потока отработавших газов, когда они являются обедненными, и восстановления уловленных оксидов азота, когда отработавшие газы являются обогащенными. В других примерах устройства 170 и 173 нейтрализации отработавших газов могут быть выполнены с возможностью диспропорционирования или избирательного восстановления оксидов азота с помощью восстановителя. В дополнительных примерах устройства 170 и 173 нейтрализации отработавших газов могут быть выполнены с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или угарного газа в потоке отработавших газов. Различные катализаторы нейтрализации отработавших газов с подобными функциональными возможностями могут быть расположены в покрытиях из пористых оксидов или в других областях ступеней нейтрализации отработавших газов по отдельности или совместно. В некоторых вариантах в состав указанных ступеней нейтрализации отработавших газов может входить регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления твердых частиц в потоке отработавших газов.

Все или часть очищенных отработавших газов из устройств 170 и 173 нейтрализации отработавших газов могут быть сброшены в атмосферу по основному выпускному каналу 102 после прохождения через глушитель 172. Перепускной канал 174 выпускной системы 150 двигателя может быть соединен одним концом с основным выпускным каналом 102 ниже по потоку от второго устройства 173 снижения токсичности выбросов в первом месте 106 соединения. Перепускной канал 174 может проходить из области ниже по потоку от второго устройства 173 снижения токсичности выбросов в область выше по потоку от глушителя 172, при этом другим концом перепускной канал 174 может быть соединен с основным выпускным каналом 102 во втором месте 107 соединения. Перепускной канал 174 может быть расположен параллельно основному выпускному каналу 102. Теплообменник 176 может быть соединен с перепускным каналом 174 для охлаждения отработавших газов, проходящих по перепускному каналу 174. В одном примере теплообменник 176 представляет собой водно-газовый теплообменник. Система 155 охлаждения двигателя может быть соединена с теплообменником 176 отработавших газов для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения РОГ. Охлаждающая жидкость двигателя может поступать в теплообменник по подводящей линии 160 охлаждающей жидкости с возможностью возврата, после циркуляции через теплообменник 176, в двигатель или направления в сердцевину обогревателя по отводящей линии 162 охлаждающей жидкости. Подающая магистраль 180 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть соединена с перепускным каналом 174 отработавших газов в месте 108 соединения ниже по потоку от теплообменника 176 для подачи РОГ низкого давления РОГ НД (LP-РОГ) во впускной коллектор двигателя выше по потоку от компрессора 114. В дополнительных вариантах система двигателя может содержать путь потока РОГ высокого давления, в котором осуществляют отбор отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 и их рециркуляцию во впускной коллектор двигателя ниже по потоку от компрессора 114. С магистралью 180 РОГ могут быть соединены один или несколько датчиков для выдачи информации о составе и состоянии РОГ. Например, датчик температуры может быть установлен для определения температуры РОГ, датчик давления - для определения давления РОГ, датчик влажности - для определения влажности или содержания воды в РОГ, а датчик воздушно-топливного отношения - для оценки воздушно-топливного отношения РОГ. Или же параметры РОГ можно выводить из показаний одного или нескольких из датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного отношения, соединенных с входом компрессора. В одном примере датчик 57 воздушно-топливного отношения представляет собой датчик кислорода во всасываемом воздухе. Из области ниже по потоку от второго устройства 173 снижения токсичности выбросов отработавшие газы могут течь в глушитель 172 по основному выпускному каналу 102 и/или перепускному каналу 174.

Отводной клапан 175 соединен с основным выпускным каналом 102 между первым местом 106 соединения и вторым местом 107 соединения с возможностью регулирования потока части отработавших газов по перепускному каналу 174. Клапан 52 РОГ может быть соединен с магистралью 180 РОГ в месте соединения магистрали 180 РОГ и заборного канала 42. Клапан 52 РОГ можно открывать для пропуска регулируемого количества отработавших газов во вход компрессора для обеспечения необходимых показателей сгорания и снижения токсичности выбросов. Клапан 52 РОГ может быть выполнен бесступенчато-регулируемым или двухпозиционным. В зависимости от таких параметров работы, как температура двигателя, часть отработавших газов может быть отведена по перепускному каналу 174 и далее в выхлопную трубу 35 с одновременным отведением остальной части из перепускного канала во вход компрессора 114 через магистраль 180 РОГ и клапан 52 рециркуляции отработавших газов (РОГ). Проходы отводного клапана 175 и клапана 52 РОГ можно регулировать и координировать для регулирования потока отработавших газов через перепускной канал 174 и теплообменник 176 для обеспечения возможности одновременной рекуперации тепла отработавших газов и потока РОГ, когда это необходимо.

При рекуперации тепла отработавших газов в теплообменнике, в нем может начать скапливаться конденсат, могущий вызвать неустойчивость горения при попадании в камеру сгорания двигателя. В одном примере уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике, можно оценивать, например, по выходному сигналу датчика влажности, соединенного с теплообменником. В другом примере уровень конденсата можно оценивать по входным сигналам от датчиков 128 и 129 температуры и давления отработавших газов или моделировать в зависимости от параметров работы двигателя. Для уменьшения всасывания конденсата, подающая магистраль 180 РОГ может быть конструктивно выполнена для подачи РОГ в месте, расположенном на возвышении относительно перепускного канала 174, чтобы крупные капли конденсата не попадали во впускной коллектор, а оставались в пределах перепускного канала 174 под действием гравитации. В контексте настоящего описания, под расположением магистрали РОГ в возвышенном месте подразумевается расположение подающей магистрали РОГ в положении (или плоскости) в подкапотном пространстве транспортного средства, находящемся выше относительно уровня земной поверхности (например, поверхности дороги, по которой едет транспортное средство), чем положение (или плоскость) перепускного канала. Водяные капли также можно направлять в зону накопления, где их накапливают с последующей ситуативной продувкой в выхлопную трубу. В одном примере подающая магистраль 180 РОГ может проходить через камеру большого объема с поддоном. При протекании отработавших газов через эту камеру, скорость потока может падать с возможностью скопления водяных капель на поддоне. В другом примере, за счет центрифуги или изгиба в подающей магистрали 180 РОГ, водяные капли могут быть принудительно направлены на поверхность подающей магистрали 180, так как инерция водяных капель выше, чем у потока отработавших газов. Изгиб или центрифуга в подающей магистрали 180 РОГ позволяют направлять воду в поддон, наполненный осушающим веществом (например, силикагелем) или имеющий гидрофильное покрытие на поверхности для удержания капель конденсата на поверхности водоотводного устройства.

Зону накопления, поддон и/или теплообменник, содержащие конденсат, можно ситуативно продувать при превышении порогового количества скопившегося конденсата. В одном примере, в состояниях, когда происходит вращение двигателя без подачи топлива (например, во время события ОТРЗ (DFSO) или остановки двигателя), контроллер двигателя может полностью открыть клапан РОГ для направления конденсата во впускной коллектор двигателя, при этом может произойти испарение конденсата, поступившего в прогретый двигатель. Продувку по данной методике можно выполнять после подтверждения того, что температура двигателя достаточно высока (например, выше порога), и вероятность событий пропуска зажигания в двигателе низкая. Продувку по данной методике нельзя выполнять в состояниях, когда нужна высокая мощность двигателя, или когда двигатель эксплуатируют с подачей топлива. Газообразные водяные пары можно удалять из двигателя вместе с потоком отработавших газов. В другом примере, при превышении порогового скопления конденсата в теплообменнике, контроллер может переместить отводной клапан в положение, в котором происходит отведение всех отработавших газов в перепускной канал, и закрыть клапан РОГ для направления по существу всех горячих отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник. С помощью горячих отработавших газов можно выдувать скопившийся конденсат из теплообменника в атмосферу. Кроме того, получив запрос остановки двигателя, контроллер может направить горячие отработавшие газы в выхлопную трубу через теплообменник для удаления конденсата через выхлопную трубу. Так можно уменьшить замерзание конденсата в теплообменнике во время длительных периодов с неработающим двигателем.

На ФИГ. 1А раскрыта эксплуатация системы двигателя в первом режиме эксплуатации. Первому режиму эксплуатации соответствует первая настройка отводного клапана 175 и клапана 52 РОГ, позволяющая регулировать поток отработавших газов. В первом режиме эксплуатации отводной клапан 175 может находиться в первом (полностью открытом) положении, а клапан 52 РОГ - в закрытом положении. В первом режиме эксплуатации, в связи с первым положением отводного клапана 175, весь объем отработавших газов, выходящих из второго устройства 173 снижения токсичности выбросов, может поступать в перепускной канал в первом месте 106 соединения. Отработавшие газы могут далее течь через теплообменник 176 с возможностью последующего возврата в основной выпускной канал во втором месте 107 соединения. В связи с закрытым положением клапана 52 РОГ, отработавшие газы могут не течь в магистраль 180 РОГ, и весь объем отработавших газов может вновь поступать в основной выпускной канал 102. Вновь поступив в основной выпускной канал 102, отработавшие газы могут течь через глушитель 172 с последующим сбросом в атмосферу. При прохождении отработавших газов через теплообменник 176, возможна передача тепла от горячих отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник 176. После передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости обратно в двигатель и по нему (например, когда нужен нагрев двигателя) и/или через сердцевину обогревателя для нагрева пассажирского салона транспортного средства (например, когда запрошен нагрев салона).

Систему двигателя можно эксплуатировать в первом режиме эксплуатации (раскрытом выше) в состояниях холодного пуска. В это время РОГ может не быть нужна для работы двигателя, и все тепло от отработавших газов можно использовать для нагрева компонентов транспортного средства. Может происходить скопление конденсата из отработавших газов в теплообменнике, однако, поскольку отработавшие газы текут к выхлопной трубе, скопившийся конденсат может быть удален в атмосферу вместе с отработавшими газами. Регулирование потока отработавших газов для направления горячих отработавших газов через теплообменник 176 обеспечивает рекуперацию тепла отработавших газов охлаждающей жидкостью, циркулирующей через теплообменник 176. За счет отобранного из отработавших газов тепла можно прогревать двигатель и подавать тепло в пассажирский салон. Таким образом, используя тепло отработавших газов для нагрева салона, можно улучшить показатели нагрева салона в состояниях холодного пуска.

Система 100 двигателя может также содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы множеству исполнительных устройств 18 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). Например, в число датчиков 16 могут входить: датчик 126 кислорода в отработавших газах выше по потоку от турбины 116, датчик 124 ДВК, датчик 128 температуры отработавших газов, датчик 129 давления отработавших газов, датчик влажности теплообменника, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя. Прочие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя. В число исполнительных устройств 81 могут входить, например, дроссель 20, клапан 52 РОГ, отводной клапан 175, регулятор 92 давления наддува и топливная форсунка 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер выполнен с возможностью приема входных данных от различных датчиков, обработки этих входных данных и приведения в действие различных исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входных данных в соответствии с инструкцией или кодом, запрограммированным в нем и соответствующим одному или нескольким алгоритмам. Например, в зависимости от параметров работы двигателя и потребностей в РОГ, контроллер 12 может направить сигнал для регулирования положения отводного клапана 175 и положения клапана 52 РОГ для изменения соотношения отработавших газов, направляемых во впускной коллектор и в выхлопную трубу через теплообменник 176. Кроме того, в зависимости от параметров работы двигателя, можно отрегулировать проход клапана 52 РОГ для отбора необходимого количества РОГ из перепускного канала отработавших газов во впускной коллектор двигателя. Алгоритмы управления для регулирования потока отработавших газов раскрыты на примерах ФИГ. 3 и 4.

ФИГ. 1В изображает схематический вид 120 эксплуатации системы двигателя 100 во втором режиме эксплуатации. Компоненты, представленные ранее на ФИГ. 1А, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно.

Второму режиму эксплуатации соответствует вторая настройка отводного клапана 175 и клапана 52 РОГ, позволяющая регулировать поток отработавших газов. Во втором режиме эксплуатации отводной клапан 175 может находиться в первом положении, а клапан 52 РОГ - в открытом положении. Во втором режиме эксплуатации, в связи с первым (полностью открытым) положением отводного клапана 175, весь объем отработавших газов, выходящих из второго устройства 173 снижения токсичности выбросов, может поступать в перепускной канал в первом месте 106 соединения. Весь объем отработавших газов может далее течь через теплообменник 176. После выхода из теплообменника 176, первая часть отработавших газов может поступать в подающую магистраль 180 РОГ в месте 108 соединения для подачи в заборный канал 42 двигателя через клапан 52 РОГ, а вторая часть отработавших газов может вновь поступать в основной выпускной канал через второе место 107 соединения. Чем больше степень открытия клапана РОГ, тем больше может быть первая часть отработавших газов, поступающая в подающую магистраль РОГ, относительно второй части отработавших газов, возвращающейся в основной выпускной канал через отводной клапан. Вновь поступив в основной выпускной канал 102, вторая часть отработавших газов может течь через глушитель 172 с последующим сбросом в атмосферу. При прохождении отработавших газов через теплообменник 176, может происходить передача тепла от горячих отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник 176. После передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, нагретую охлаждающую жидкость можно направить обратно в двигатель (например, когда нужен нагрев двигателя) и/или через сердцевину обогревателя для нагрева пассажирского салона транспортного средства (например, когда запрошен нагрев салона). РОГ, подаваемые в заборный канал 42, могут быть как минимум частично охлаждены в теплообменнике.

Систему двигателя можно эксплуатировать во втором режиме эксплуатации (раскрытом выше) после достижения температур активации каталитических нейтрализаторов 170 и 173 отработавших газов. Подача РОГ позволяет повысить экономию топлива и качество выбросов. За счет тепла, отобранного из отработавших газов в теплообменнике, можно осуществлять дальнейший прогрев двигателя и подачу тепла в пассажирский салон, тем самым уменьшая паразитное потребление мощности двигателя (для работы вспомогательных систем, например, обогревателей) и повышая экономию топлива.

В данном втором режиме эксплуатации подачу РОГ и рекуперацию тепла отработавших газов можно осуществлять одновременно (РОГ и рекуперация тепла отработавших газов происходят одновременно). Можно вычислить коэффициент экономии топлива по результату сравнения результатов оценки выигрыша в экономии топлива за счет осуществления только РОГ (без рекуперации тепла отработавших газов) и выигрыша в экономии топлива за счет осуществления РОГ с одновременной рекуперацией тепла отработавших газов. Когда часть РОГ отбирают из области ниже по потоку от теплообменника, а остальную часть возвращают в основной выпускной канал, температура отработавших газов, рециркулируемых на впуск двигателя, может быть выше (при охлаждении всего объема отработавших газов в теплообменнике), чем температура отработавших газов, рециркулируемых на впуск двигателя, когда происходит только отбор РОГ (без возврата отработавших газов в основной выпускной канал). РОГ более низкой температуры (обеспечиваемой только тогда, когда только часть отработавших газов направляют через теплообменник 176) могут обеспечить большую экономию, однако из-за меньшего объема потока отработавших газов через теплообменник, рекуперация тепла отработавших газов может быть меньше. Отводной клапан 175 может быть установлен в полностью открытое (первое) положение для направления всего объема отработавших газов через теплообменник 176 для осуществления и РОГ (частично охлажденных), и рекуперации тепла отработавших газов (второй режим эксплуатации) или в полностью закрытое (второе) положение для направления части отработавших газов через теплообменник 176 для осуществления только РОГ (полностью охлажденных) с меньшей рекуперацией тепла отработавших газов (как будет раскрыто в описании третьего режима эксплуатации). Выигрыши в экономии топлива для каждого сценария могут зависеть от количества рециркулируемых отработавших газов, температуры рециркулируемых отработавших газов и количества тепла отработавших газов, используемого для нагрева двигателя (и нагрева пассажирского салона). Выигрыши в экономии топлива могут быть тем больше, чем больше количество рециркулируемых отработавших газов, ниже температура рециркулируемых отработавших газов и больше количество тепла отработавших газов, используемого для нагрева двигателя и нагрева пассажирского салона. В одном примере соотношение первой части отработавших газов (подаваемой в качестве РОГ) и второй части отработавших газов (направляемой в выхлопную трубу) можно определять в зависимости от требуемого количества РОГ (зависящего от необходимого уровня разбавления). В одном примере первая часть отработавших газов, рециркулируемая во впускной коллектор, может быть тем больше, а вторая часть отработавших газов, направляемая в выхлопную трубу, соответственно меньше, чем больше требуемое количество РОГ. В зависимости от результата определения соотношения можно отрегулировать проход клапана 52 РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста первой части и уменьшают по мере роста второй части.

ФИГ. 1С изображает схематический вид 140 эксплуатации системы двигателя 100 в третьем режиме эксплуатации. Компоненты, представленные ранее на ФИГ. 1А, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно.

Третьему режиму эксплуатации соответствует третья настройка отводного клапана 175 и клапана 52 РОГ, позволяющая регулировать поток отработавших газов. В третьем режиме эксплуатации отводной клапан 175 может находиться во втором (полностью закрытом) положении, а клапан 52 РОГ - в открытом положении. В третьем режиме эксплуатации, в связи с открытым положением клапана 52 РОГ и вторым положением отводного клапана 175, первая часть отработавших газов, выходящих из второго устройства 173 снижения токсичности выбросов, может поступать в перепускной канал в первом месте 106 соединения, но может не возвращаться в основной выпускной канал через второе место 107 соединения.

Вторая (остальная) часть отработавших газов может не поступать в перепускной канал, а течь непосредственно в выхлопную трубу через глушитель 172. Первая часть отработавших газов, после охлаждения в теплообменнике 176, может поступать в подающую магистраль 180 РОГ в месте 108 соединения. РОГ могут поступать во впускной коллектор двигателя через подающую магистраль 180 РОГ и клапан 52 РОГ. Так как только часть отработавших газов течет через теплообменник в данном режиме, охлаждение отработавших газов происходит в большей степени. Поэтому температура РОГ, подаваемых в третьем режиме эксплуатации, может быть ниже температуры РОГ, подаваемых во втором режиме эксплуатации. За счет тепла, рекуперированного охлаждающей жидкостью из первой части отработавших газов, текущей через теплообменник, можно осуществлять нагрев двигателя и/или нагрев салона транспортного средства в зависимости от потребностей в нагреве двигателя и салона.

Систему двигателя можно эксплуатировать в третьем режиме эксплуатации (раскрытом выше), если есть потребность в РОГ, но отсутствует потребность в нагреве двигателя или салона. Подача более холодных РОГ в связи с потребностью в разбавлении позволяет повысить экономию топлива и качество выбросов.

Систему двигателя можно эксплуатировать в третьем режиме эксплуатации при наличии потребности в рекуперации тепла отработавших газов, если первый коэффициент экономии топлива, оцениваемый по выигрышу в экономии топлива за счет одновременной подачи частично охлажденных РОГ и рекуперации тепла отработавших газов, ниже второго коэффициента экономии топлива, оцениваемого по выигрышу в экономии топлива, достигаемому подачей охлажденных РОГ без дополнительной рекуперации тепла отработавших газов (помимо тепла, рекуперируемого путем охлаждения РОГ). Если будет установлено, что второй коэффициент экономии топлива выше, чем первый, систему двигателя можно эксплуатировать в третьем режиме для подачи охлажденных РОГ, когда потребности в нагреве двигателя и салона относительно низкие и могут быть по существу удовлетворены за счет тепла, рекуперированного при охлаждении РОГ. Соотношение первой части отработавших газов (подаваемой в качестве РОГ) и второй части отработавших газов (направляемой непосредственно в выхлопную трубу без охлаждения) можно определять в зависимости от необходимого количества РОГ, в свою очередь зависящего от таких параметров работы двигателя, как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя и т.п. В одном примере контроллер может определять количество РОГ, непосредственно учитывая такие параметры, как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя и т.п. В другом примере контроллер может определять уровень РОГ путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются нагрузка двигателя, и/или частота вращения двигателя, и/или температура двигателя и т.п., а результатом - количество РОГ.

В зависимости от результата определения соотношения можно отрегулировать проход клапана 52 РОГ для пропуска необходимого количества отработавших газов в перепускной канал 174 и подающую магистраль 180 РОГ.

ФИГ. 1D изображает схематический вид 160 эксплуатации системы двигателя 100 в четвертом режиме эксплуатации. Компоненты, представленные ранее на ФИГ. 1А, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно.

Четвертому режиму эксплуатации соответствует четвертая настройка отводного клапана 175 и клапана 52 РОГ, позволяющая регулировать поток отработавших газов. В четвертом режиме эксплуатации отводной клапан 175 может находиться во втором положении, а клапан 52 РОГ - в закрытом положении. В четвертом режиме эксплуатации, в связи со вторым (полностью закрытым) положением отводного клапана 175 и закрытым положением клапана РОГ, весь объем отработавших газов, выходящих из второго устройства 173 снижения токсичности выбросов, может не поступать в перепускной канал 174, и может течь непосредственно в выхлопную трубу 35 через глушитель 172. В данном режиме эксплуатации отсутствуют поток отработавших газов через теплообменник 176 и рекуперация тепла отработавших газов.

Систему двигателя можно эксплуатировать в четвертом режиме эксплуатации (раскрытом выше) в состояниях с нагрузкой двигателя выше пороговой и после достижения прогрева двигателя и пассажирского салона. В состояниях с нагрузкой двигателя выше пороговой может быть нужна относительная высокая отдача двигателя по мощности, а РОГ может не быть нужна для работы двигателя. Кроме того, поскольку прогрев двигателя и пассажирского салона достигнут, дальнейшая рекуперация тепла отработавших газов может не быть нужна.

Таким образом, контроллер двигателя может выбирать между первым, вторым, третьим и четвертым режимами эксплуатации выпускной системы двигателя в зависимости от температуры двигателя, нагрузки двигателя и коэффициента экономии топлива. Например, первый режим может быть выбран, когда температура двигателя ниже пороговой (например, в состоянии холодного пуска). После достижения активации катализатора и во время работы двигателя с нагрузкой двигателя ниже пороговой, можно оценить первый коэффициент экономии топлива по выигрышам в экономии топлива, достигаемым путем эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, и оценить второй коэффициент экономии топлива по выигрышам в экономии топлива, достигаемым путем эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме. Первый коэффициент экономии топлива можно сравнить со вторым коэффициентом экономии топлива и выбрать более высокий из этих двух коэффициентов экономии топлива. Четвертый режим может быть выбран после активации катализатора, если двигатель работает с нагрузкой двигателя выше пороговой.

Четыре примера режимов эксплуатации выпускной системы двигателя, раскрытые на ФИГ. 1А-1D, представлены в табличной форме на ФИГ. 5. В строке 502 таблицы 500 представлены настройки, соответствующие эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме, раскрытом на ФИГ. 1А, в строке 504 - настройки, соответствующие эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, раскрытом на ФИГ. 1В, в строке 506 - настройки, соответствующие эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме, раскрытом на ФИГ. 1С, а в строке 508 - настройки, соответствующие эксплуатации выпускной системы двигателя в четвертом режиме, раскрытом на ФИГ. 1D.

На ФИГ. 2 раскрыт пример 200 осуществления системы 5 охлаждения в автотранспортном средстве 6. Система 5 охлаждения осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости двигателя через двигатель 10 внутреннего сгорания и распределение рекуперированного тепла из теплообменника 54 отработавших газов в двигателе 10 внутреннего сгорания по линии 84 охлаждающей жидкости. Система 5 охлаждения осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости двигателя из двигателя 10 сгорания в сердцевину 90 обогревателя по линии 89 охлаждающей жидкости, а также в радиатор 80 и/или перепускную линию 87 радиатора по линии 82 охлаждающей жидкости. Поток охлаждающей жидкости из радиатора 80 по линии 82 охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости в обход радиатора по линии 87 охлаждающей жидкости могут сливаться в термостатическом клапане 38, регулирующим разделение потока между радиатором 80 и перепускной линией 87 радиатора. В одном примере система 5 охлаждения может представлять собой систему 155 охлаждения, а теплообменник 54 отработавших газов - теплообменник 176 на ФИГ. 1А-1D.

В частности, на ФИГ. 2 изображена система 5 охлаждения, соединенная с двигателем 10 и осуществляющая циркуляцию охлаждающей жидкости двигателя из двигателя 10 через теплообменник 54 отработавших газов в радиатор 80 и/или перепускную линию 87 радиатора посредством приводимого от двигателя (или электрического) водяного насоса 86 и обратно в двигатель 10. Первая линия 84 охлаждающей жидкости может соединять двигатель с теплообменником 54. Циркуляцию охлаждающей жидкости из теплообменника 54 в двигатель 10 можно осуществлять по первому контуру 84 охлаждающей жидкости. Водяной насос 86 может быть соединен с двигателем посредством переднерасположенного привода 37 вспомогательных агрегатов ППВА (FEAD) с возможностью вращения пропорционально частоте вращения двигателя посредством ремня, цепи и т.п. А именно, водяной насос 86 осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости по каналам в блоке цилиндров двигателя, головке блока цилиндров и т.п., для поглощения тепла двигателя с последующей его передачей через радиатор 80 воздуху окружающей среды, регулируемой термостатическим клапаном 38. В примере, где насос 86 является центробежным, создаваемое им давление (и возникающий в результате поток) может быть пропорционально частоте вращения коленчатого вала, которая может быть прямо пропорциональна частоте вращения двигателя. Температуру охлаждающей жидкости может регулировать термостатический клапан 38, который можно удерживать закрытым до тех пор, пока охлаждающая жидкость не достигнет пороговой температуры, тем самым уменьшая передачу тепла от радиатора 80 воздуху окружающей среды.

После прохождения через двигатель 10, охлаждающая жидкость может выходить из него по линии 89 охлаждающей жидкости, после чего нагретая охлаждающая жидкость двигателя может течь в сердцевину 90 обогревателя. После циркуляции через сердцевину 90 обогревателя, охлаждающая жидкость вновь поступает в двигатель по линии 89 охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, выходящая из двигателя по линии 82 охлаждающей жидкости, может течь через радиатор 80 или по перепускной линии 87 радиатора, при этом ее поток регулирует термостатический клапан 38, направляя его по перепускной линии 87 радиатора в состояниях, когда температура двигателя (температура охлаждающей жидкости) ниже пороговой.

Вентилятор 93 может быть соединен с радиатором 80 для увеличения потока воздуха через радиатор 80 для поддержания температуры охлаждающей жидкости ниже необходимого порога. В некоторых примерах скорость вентилятора может регулировать непосредственно контроллер двигателя. Или же вентилятор 93 может быть соединен с двигателем с возможностью приведения в действие непосредственно от него.

Теплообменник 54 отработавших газов выполнен с возможностью отбора тепла из отработавших газов в состояниях холодного пуска, и когда может быть нужен нагрев двигателя и/или салона. В одном примере можно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости двигателя через теплообменник 54 с возможностью передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости двигателя и последующего направления нагретой (отобранным из отработавших газов теплом) охлаждающей жидкости через двигатель 10 по первому контуру 84 охлаждающей жидкости. Затем можно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости через сердцевину 90 обогревателя по линии 89 охлаждающей жидкости. Может происходить передача тепла от охлаждающей жидкости двигателя двигателю 10 и/или сердцевине 90 обогревателя с возможностью нагрева двигателя 10 (в том числе стенок и поршней цилиндров) и пассажирского салона 4 за счет тепла, отбираемого из охлаждающей жидкости двигателя. После прохождения через сердцевину обогревателя, происходит возврат охлаждающей жидкости в двигатель 10 по линии 89 охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, выходящая из двигателя по линии 82 охлаждающей жидкости, может течь через радиатор 80 и/или перепускную линию 87 радиатора. После протекания через радиатор 80, происходит возврат охлаждающей жидкости в двигатель 10 через термостатический клапан 38, при этом охлаждающая жидкость, текущая в обход радиатора по перепускной линии 87 радиатора, также возвращается в двигатель 10 через термостатический клапан 38.

Система 50 рециркуляции отработавших газов (РОГ) выполнена с возможностью направления необходимой части отработавших газов из выпускного коллектора 48 во впускной коллектор 44 через теплообменник 54 отработавших газов и магистраль 59 РОГ. Когда происходит подача РОГ, теплообменник 54 отработавших газов может служить охладителем РОГ с возможностью охлаждения РОГ, подаваемых во впускной коллектор, в теплообменнике 54 отработавших газов. После охлаждения РОГ, охлаждающую жидкость можно направить в двигатель 10, а затем - в сердцевину 90 обогревателя, перепускную линию 87 радиатора и/или радиатор 80. В состояниях, когда нужен нагрев двигателя и/или нагрев пассажирского салона, за счет тепла отработавших газов можно повышать температуру двигателя и пассажирского салона 4 путем передачи тепла охлаждающей жидкости через теплообменник 54, как раскрыто выше. Количество РОГ, подаваемых во впускной коллектор 44, может регулировать контроллер 12 посредством клапана 51 РОГ. Кроме того, в магистрали 59 РОГ может быть расположен датчик РОГ (не показан) с возможностью определения давления, и/или температуры, и/или концентрации отработавших газов.

Таким образом, целью систем на ФИГ. 1А-1D и ФИГ. 2 является создание системы двигателя, содержащей: впускной коллектор двигателя, выпускную систему двигателя с выпускным каналом и перепускным каналом, при этом выпускной канал содержит датчик влажности отработавших газов, датчик температуры отработавших газов, датчик давления отработавших газов, каталитический нейтрализатор отработавших газов и глушитель, при этом перепускной канал соединен с выпускным каналом от области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора до области выше по потоку от глушителя, при этом перепускной канал содержит теплообменник, систему охлаждения, соединенную по текучей среде с теплообменником, блоком цилиндров двигателя и сердцевиной обогревателя, при этом система охлаждения содержит датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя, отводной клапан, соединенный с выпускным каналом, с возможностью регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу, магистраль РОГ с клапаном РОГ для рециркуляции отработавших газов из перепускного канала, ниже по потоку от теплообменника, во впускной коллектор, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: оценки температуры двигателя посредством датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, и, если температура двигателя ниже пороговой, закрытия клапана РОГ и перемещения отводного клапана в первое положение для эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме, обеспечивающем возможность потока отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в глушитель через перепускной канал и теплообменник, передачи тепла от отработавших газов, текущих через теплообменник, в систему охлаждения, и в зависимости от потребности в нагреве двигателя и потребности в нагреве пассажирского салона, передачи тепла в двигатель и/или пассажирский салон через сердцевину обогревателя. После того, как температура двигателя превысит пороговую, можно оценить первый коэффициент экономии топлива, соответствующий эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, и второй коэффициент экономии топлива, соответствующий эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме, при этом первый коэффициент экономии топлива можно сравнить со вторым коэффициентом экономии топлива. Если первый коэффициент экономии топлива превышает второй коэффициент экономии топлива, клапан РОГ можно перевести из закрытого положения в открытое положение с поддержанием отводного клапана в первом положении для направления первой части отработавших газов во впускной коллектор и направления второй части отработавших газов в глушитель через теплообменник, и если второй коэффициент экономии топлива превышает первый коэффициент экономии топлива, клапан РОГ можно перевести из закрытого положения в открытое положение, а отводной клапан можно перевести из первого положения во второе положение для направления третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и направления четвертой части в глушитель.

ФИГ. 3 иллюстрирует первый пример способа 300 с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через выпускную систему двигателя на ФИГ. 1А-1D. Инструкции для выполнения способа 300 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может реализовывать контроллер в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1А-1D. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.

На шаге 302 алгоритм предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут входить, например, температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, положение дросселя, давление отработавших газов, воздушно-топливное отношение в отработавших газах и т.п.

На шаге 304 алгоритм предусматривает получение подтверждения состояния холодного пуска двигателя. Состояние холодного пуска двигателя может быть подтверждено, если двигатель запускают после продолжительного периода бездействия двигателя, когда температура двигателя ниже порога (например, ниже температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов), и когда температура окружающей среды ниже порога. В состояниях холодного пуска может быть нужно ускорение нагрева двигателя для сокращения выбросов при холодном пуске. Кроме того, водителю транспортного средства может быть нужен нагрев пассажирского салона. Кроме того, во время холодного пуска двигателя, рециркуляция отработавших газов (РОГ) может не быть нужна.

Если состояние холодного пуска двигателя будет подтверждено, алгоритм следует на шаг 306 для эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме эксплуатации. Эксплуатация в первом режиме, раскрытом на примере ФИГ. 1А, предусматривает, на шаге 307, установку клапана РОГ (например, клапана 52 РОГ на ФИГ. 1А) в закрытое положение, а на шаге 308 - перемещение отводного клапана (например, отводного клапана 175 на ФИГ. 1А), соединенного с местом соединения перепускного канала (например, перепускного канала 174 на ФИГ. 1А) и основного выпускного канала, в первое положение (в настоящем описании также именуемое «полностью открытое положение отводного клапана»), в котором происходит отведение потока отработавших газов в перепускной канал.

В связи с первым положением отводного клапана, на шаге 309 весь объем отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, может поступать в перепускной канал из основного выпускного канала и течь через теплообменник (например, теплообменник 176 на ФИГ. 1А), расположенный в перепускном канале. В связи с закрытым положением клапана РОГ, поток отработавших газов из выпускного канала во впускной коллектор двигателя по магистрали РОГ может быть блокирован. Поэтому, после прохождения через теплообменник, отработавшие газы могут вновь поступать в основной выпускной канал, выше по потоку от глушителя, через отводной клапан.

На шаге 312, во время течения отработавших газов через теплообменник, может происходить рекуперация тепла отработавших газов в теплообменнике. А именно, может происходить передача тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник. Передача тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости в месте ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов позволяет использовать основную часть тепла отработавших газов для нагрева (и, тем самым, активации) каталитического нейтрализатора отработавших газов, при этом обеспечивая преимущество, состоящее в возможности ускорения нагрева двигателя за счет тепла отработавших газов, оставшегося после нагрева каталитического нейтрализатора отработавших газов. В частности, за счет оставшегося тепла отработавших газов можно нагреть охлаждающую жидкость, циркулирующую через теплообменник, с возможностью последующей циркуляции нагретой охлаждающей жидкости через двигатель и/или через сердцевину обогревателя с возможностью нагрева за счет этого тепла других компонентов системы транспортного средства. Например, если при холодном пуске водитель транспортного средства запрашивает нагрев салона в связи с тем, что температура салона транспортного средства ниже необходимой, можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через сердцевину обогревателя и обеспечить нагрев салона. Таким образом, в зависимости от потребностей в нагреве салона, запрошенном водителем транспортного средства (например, в зависимости от заданной температуры салона), можно осуществить передачу тепла из сердцевины обогревателя в салон. Например, воздух можно отбирать в салон через сердцевину обогревателя, обеспечивая возможность нагрева салона. Также можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости в блок цилиндров двигателя и головку блока цилиндров для повышения температуры двигателя и, тем самым, улучшения эксплуатационных показателей двигатель при низких температурах.

Если будет установлено, что состояния холодного пуска не имеют место, на шаге 314 алгоритм предусматривает определение того, требуется ли РОГ для работы двигателя. РОГ может быть нужна после того, как каталитический нейтрализатор (нейтрализаторы) отработавших газов достигнет соответствующей температуры (температур) активации и будет находиться в оптимальном функциональном состоянии. РОГ может быть нужна для достижения необходимого разбавления в двигателе и, тем самым, повышения экономии топлива и качества выбросов. Требуемое количество РОГ может зависеть от параметров работы двигателя, в том числе нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя, температуры двигателя и т.п. Например, контроллер может обратиться к табулированной зависимости, входными параметрами которой являются частота вращения и нагрузка двигателя, а результатом - сигнал, соответствующий необходимой степени открытия клапана РОГ, при этом степень открытия обеспечивает величину разбавления, соответствующую введенной комбинации частоты вращения и нагрузки двигателя. В дополнительных примерах контроллер может использовать модель, устанавливающую зависимость между изменением нагрузки двигателя и изменением потребности двигателя в разбавлении, а также между потребностью двигателя в разбавлении и изменением потребности в РОГ. Например, при изменении нагрузки двигателя от низкой до средней может возрасти потребность в РОГ, а при изменении нагрузки двигателя со средней до высокой, потребность в РОГ может упасть.

Если будет установлено, что РОГ требуется для работы двигателя (например, в областях нагрузок от низких до средних), на шаге 316 можно определить потребности в нагреве двигателя и найти значение потребности в разбавлении в двигателе. Как сказано выше, потребность в разбавлении в двигателе означает требуемое количество РОГ в двигателе. Потребность в нагреве двигателя может означать величину нагрева двигателя, необходимую для поддержания температуры стенок и поршней цилиндров, при которой происходит улучшение образования паров топлива и сокращение выбросов сажи. Потребности в нагреве двигателя также могут включать в себя потребности в нагреве салона в соответствии с запросом водителя транспортного средства. Нагрев двигателя обеспечивает нагретая охлаждающая жидкость, циркулирующая через блок цилиндров двигателя и сердцевину обогревателя.

Режим эксплуатации выпускной системы может быть выбран по результатам сравнения выигрышей в экономии топлива за счет рекуперации тепла отработавших газов и применения РОГ. При наличии потребности в РОГ, выпускную систему двигателя можно эксплуатировать во втором или в третьем режиме. И во втором, и в третьем режиме проход клапана РОГ регулируют в зависимости от потребности в РОГ для рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя, причем во втором режиме вторая, остальная, часть отработавших газов течет в выхлопную трубу через теплообменник, причем в третьем режиме вторая часть отработавших газов течет непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника.

Как раскрыто в настоящем описании, когда, помимо нагрева двигателя, также нужна РОГ, выпускную систему можно эксплуатировать в режиме, в котором теплообменник функционирует и как теплообменник для рекуперации тепла отработавших газов, и как охладитель РОГ. В этом случае, для повышения экономии топлива можно осуществлять отбор тепла отработавших газов для нагрева компонентов транспортного средства с одновременной рециркуляцией частично охлажденных отработавших газов для работы двигателя во время эксплуатации выпускной системы в режиме совместного осуществления рекуперации тепла отработавших газов и РОГ (втором режиме). При этом, в режиме совместного осуществления рекуперации тепла отработавших газов и РОГ, из-за большого объема отработавших газов, текущих через теплообменник, может не происходить полное охлаждение отработавших газов перед их подачей во впускной коллектор двигателя, в связи с чем РОГ являются частично охлажденными. В состояниях с наличием потребности в РОГ, даже при отсутствии явной потребности в нагреве двигателя (например, когда двигатель достаточно прогрет), контроллер может сравнить экономию при подаче РОГ в виде более холодных РОГ без одновременной рекуперации тепла отработавших газов и в виде частично охлажденных РОГ с одновременной рекуперацией тепла отработавших газов. Например, частично охлажденные РОГ могут подходить для состояний, когда нужен нагрев заряда (для сгорания) для улучшения эксплуатационных показателей двигателя и уровня выбросов, например, когда в двигателе доля топлива впрыска во впускные каналы больше доли топлива непосредственного впрыска. В качестве другого примера, частично охлажденные РОГ могут подходить для состояния с влажностью окружающей среды выше пороговой, когда с их помощью можно уменьшить образование конденсата в теплообменнике. Или же, если экономия топлива при подаче охлажденных РОГ выше, РОГ можно осуществлять путем эксплуатации выпускной системы в режиме только РОГ (третьем режиме), в котором во впускной коллектор подают охлажденные РОГ. Во время работы в третьем режиме, за счет тепла отработавших газов, рекуперированного охлаждающей жидкостью во время охлаждения РОГ, также можно осуществлять нагрев двигателя и/или салона. В одном примере эксплуатация во втором режиме предусматривает эксплуатацию с количеством топлива впрыска во впускные каналы, большим, чем количество топлива непосредственного впрыска, а работа в третьем режиме - с количеством топлива впрыска во впускные каналы, меньшим, чем количество топлива непосредственного впрыска. Температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, во втором режиме выше, чем температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, в третьем режиме. Поэтому второй режим может быть выбран, когда потребность в РОГ возникает при более низкой температуре двигателя, а третий режим может быть выбран, когда потребность в РОГ возникает при более высокой температуре двигателя. Во втором режиме можно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости через теплообменник с возможностью передачи тепла и от первой, и от второй частей отработавших газов охлаждающей жидкости и возможностью передачи тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя; а в третьем режиме можно осуществлять циркуляцию охлаждающей жидкости через теплообменник с возможностью передачи тепла только от первой части отработавших газов охлаждающей жидкости и также с возможностью передачи тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя.

Первый коэффициент экономии топлива можно оценивать по выигрышу в экономии топлива за счет подачи более холодных РОГ с меньшей рекуперацией тепла отработавших газов. Второй коэффициент экономии топлива можно оценивать по выигрышу в экономии топлива за счет подачи частично охлажденных РОГ с большей рекуперацией тепла отработавших газов (для нагрева двигателя, нагрева пассажирского салона и т.п.). Поскольку во втором режиме через теплообменник течет большее количество отработавших газов, рекуперация тепла отработавших газов больше, чем в третьем режиме, когда через теплообменник течет меньшее количество отработавших газов (РОГ). Контроллер может определять коэффициенты экономии топлива путем, непосредственно учитывающим выигрыш в экономии топлива, достигаемый за счет РОГ и рекуперации тепла отработавших газов. Или же контроллер может определять коэффициенты экономии топлива путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются выигрыши в экономии топлива, достигаемые за счет РОГ и за счет рекуперации тепла отработавших газов, а результатом - коэффициент экономии топлива.

Первый и второй коэффициенты экономии топлива можно сравнить и выбрать режим эксплуатации с наибольшим коэффициентом экономии. Например, контроллер может выполнить логическое определение (например, касающееся определения режима эксплуатации) на основе логических формул, представляющих собой функцию коэффициента экономии топлива. В одном примере, даже при наличии потребности в рекуперации тепла отработавших газов, если будет установлено, что больший выигрыш в экономии топлива может быть достигнут за счет подачи более холодных РОГ с меньшей рекуперацией тепла отработавших газов, контроллер может эксплуатировать выпускную систему в режиме РОГ, при этом используя рекуперированное тепло совместно с собственным теплом двигателя и одним или несколькими дополнительными нагревателями для нагрева двигателя и/или пассажирского салона.

На шаге 318 алгоритм предусматривает определение того, нужно ли совместное осуществление РОГ и рекуперации тепла отработавших газов, в зависимости от параметров работы двигателя и выигрышей в экономии топлива. Совместное осуществление рекуперации тепла и РОГ может быть выбрано, если второй коэффициент экономии топлива выше, чем первый коэффициент экономии топлива. Или же совместное осуществление рекуперации тепла и РОГ может быть выбрано при одновременном наличии потребности в РОГ и потребности в нагреве двигателя или нагреве салона.

Если будет установлено, что нужна и подача РОГ, и рекуперация тепла отработавших газов, алгоритм следует на шаг 320 для эксплуатации выпускной системы во втором режиме эксплуатации. Эксплуатация во втором режиме, раскрытом на примере ФИГ. 1В, на шаге 321 предусматривает установку клапана РОГ в открытое положение, а на шаге 322 - установку отводного клапана в первое положение, что обеспечивает возможность одновременного течения отработавших газов во впускной коллектор (в качестве РОГ) и в выхлопную трубу через теплообменник. Степень открытия клапана РОГ регулируют в зависимости от необходимого количества РОГ, при этом степень открытия клапана РОГ тем больше, чем больше необходимое количество РОГ.

В связи с первым положением отводного клапана, на шаге 324 весь объем отработавших газов может поступать в перепускной канал из основного выпускного канала и течь через теплообменник. После выхода из теплообменника, в связи с открытым положением клапана РОГ, первая часть отработавших газов может поступать в подающую магистраль РОГ для подачи в заборный канал двигателя через клапан РОГ, а вторая часть отработавших газов может вновь поступать в основной выпускной канал через отводной клапан. Вновь поступив в основной выпускной канал, вторая часть отработавших газов может течь через глушитель и выходить в атмосферу. Так как весь объем отработавших газов течет через теплообменник, РОГ, подаваемые в заборный канал (в виде первой части), могут быть частично охлажденными. Во время эксплуатации во втором режиме, соотношение первой и второй частей может зависеть от необходимого количества РОГ. В одном примере первую часть можно увеличивать по мере возрастания необходимого количества РОГ с соответствующим уменьшением второй части.

На шаге 326 тепло от горячих отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник. Затем можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости обратно в двигатель для дальнейшего прогрева двигателя, и/или рекуперированное тепло может быть передано сердцевине обогревателя для нагрева пассажирского салона транспортного средства в зависимости от потребности в нагреве салона.

Если будет установлено (на шаге 318), что совместное осуществление РОГ и рекуперации тепла отработавших газов не нужно, можно сделать вывод о том, что для работы двигателя может быть нужна подача охлажденных РОГ без рекуперации тепла отработавших газов, и алгоритм может перейти на шаг 328. В одном примере подача охлажденных РОГ без рекуперации тепла отработавших газов может быть нужна, если первый коэффициент экономии топлива (по результату оценки на шаге 316) выше, чем второй коэффициент экономии топлива. В другом примере подача охлажденных РОГ без рекуперации тепла отработавших газов может быть нужна в состояниях, когда нужна РОГ, а потребности в нагреве двигателя уже удовлетворены. На шаге 328 выпускную систему можно эксплуатировать в третьем режиме эксплуатации. Эксплуатация в третьем режиме, раскрытом на примере ФИГ. 1С, на шаге 329 предусматривает установку клапана РОГ в открытое положение, а на шаге 330 - установку отводного клапана во второе положение для пропуска потока необходимого количества отработавших газов из основного выпускного канала в заборный канал через теплообменник. Степень открытия клапана РОГ можно регулировать в зависимости от необходимого количества РОГ.

В связи со вторым положением отводного клапана, на шаге 330 первая часть отработавших газов может поступать в перепускной канал из основного выпускного канала и течь через теплообменник, но без возможности возврата в основной выпускной канал через отводной клапан. После выхода из теплообменника, в связи с открытым положением клапана РОГ, первая часть отработавших газов может поступать в подающую магистраль РОГ для подачи в заборный канал двигателя через клапан РОГ. Вторая (остальная) часть отработавших газов может не поступать в перепускной канал, а течь непосредственно в выхлопную трубу по основному выпускному каналу. РОГ, подаваемые в заборный канал, могут быть охлаждены в теплообменнике. Так как в данном режиме через теплообменник течет только часть отработавших газов, охлаждение отработавших газов происходит в большей степени, в результате чего РОГ становятся более холодными. За счет тепла, рекуперированного из РОГ, текущих через теплообменник, можно осуществлять нагрев двигателя и/или нагрев салона в зависимости от потребностей в нагреве двигателя и салона. Соотношение первой части отработавших газов (подаваемой в качестве РОГ) и второй части отработавших газов (направляемой непосредственно в выхлопную трубу без охлаждения) можно определять в зависимости от потребности в РОГ. В зависимости от результата определения соотношения, можно регулировать проход клапана РОГ для пропуска необходимого количества отработавших газов в перепускной канал и далее в подающую магистраль РОГ.

Если будет установлено (на шаге 314), что РОГ не нужна для работы двигателя, выпускную систему можно эксплуатировать в четвертом режиме или в первом режиме. На шаге 332 может быть выбран режим эксплуатации в зависимости от параметров работы двигателя, в том числе - от нагрузки двигателя и уровня конденсата в теплообменнике. При протекании отработавших газов через теплообменник, в нем может происходить конденсация воды из горячих отработавших газов; можно осуществлять ситуативную продувку конденсата во избежание всасывания в двигатель воды, вызывающей неустойчивость горения. В одном примере, при превышении порогового уровня конденсата выбирают первый режим для обеспечения быстрой продувки конденсата в выхлопную трубу. В другом случае, если нагрузка двигателя выше пороговой, даже если уровень конденсата ниже порога, выбирают четвертый режим. Выбор режима эксплуатации выпускной системы подробнее раскрыт на ФИГ. 4.

ФИГ. 4 иллюстрирует пример способа 400 с возможностью реализации для дополнительного регулирования потока отработавших газов через выпускную систему двигателя на ФИГ. 1А-1D. Способ 400 является продолжением способа 300 на ФИГ. 3 и может быть осуществлен на шаге 332 на ФИГ. 3.

На шаге 402 можно оценить нагрузку двигателя в зависимости от водительского запроса. Водительский запрос можно определить по входному сигналу от датчика положения педали. В одном примере контроллер может оценивать нагрузку двигателя путем, непосредственно учитывающим результат определения водительского запроса, например, увеличивая нагрузку двигателя по мере возрастания водительского запроса. Или же контроллер может оценивать нагрузку двигателя путем вычисления по табулированной зависимости, входным параметром которой является положение педали, а результатом - нагрузка двигателя. На шаге 404 алгоритм предусматривает определение того, превышает ли текущая нагрузка двигателя пороговую. Пороговая нагрузка двигателя может соответствовать нагрузке, при превышении которой нужна большая мощность двигателя, а рециркуляция отработавших газов (РОГ) может не быть нужна. Чем выше нагрузка двигателя, тем меньше потребность в разбавлении в двигателе. В таких состояниях, подача РОГ может привести к неустойчивости горения и снижению мощности двигателя.

Если будет установлено, что нагрузка двигателя выше пороговой, на шаге 406 выпускную систему можно эксплуатировать в четвертом режиме эксплуатации. Эксплуатация в четвертом режиме, раскрытом на примере ФИГ. 1D, на шаге 407 предусматривает установку клапана РОГ в полностью закрытое положение, а на шаге 408 - установку отводного клапана во второе положение, обеспечивающие поток отработавших газов непосредственно по основному выпускному каналу.

В связи со вторым положением отводного клапана и закрытым положением клапана РОГ, отработавшие газы, текущие по выпускному каналу, могут не поступать в перепускной канал и могут течь непосредственно в выхлопную трубу через глушитель. В данном режиме эксплуатации отсутствует поток отработавших газов через теплообменник, и рекуперация тепла отработавших газов может не происходить. Кроме того, во время эксплуатации выпускной системы в данном четвертом режиме подача РОГ не происходит.

Если будет установлено, что нагрузка двигателя ниже пороговой, на шаге 412 можно оценить уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике. Кроме того, можно оценить уровень конденсата в специально отведенной области сбора конденсата в подающей магистрали РОГ. В одном примере контроллер может оценивать уровень конденсата непосредственно по входным сигналам от датчиков выпускной системы, в том числе, датчиков влажности, температуры и давления, например, с помощью модели или алгоритма, входными параметрами которых являются входные сигналы от датчиков. В другом примере уровень конденсата можно определять по табулированной зависимости, в которой влажность, температура и давление отработавших газов в выпускной системе могут служить входными параметрами, а результатом может быть уровень конденсата. Уровень конденсата в теплообменнике может быть тем выше, чем выше влажность окружающей среды, ниже температура отработавших газов и ниже давление отработавших газов в теплообменнике. В еще одном примере можно оценить интенсивность образования конденсата в зависимости от расхода отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости в теплообменнике и вычислить уровень конденсата по интенсивности образования конденсата. Уровень конденсата может возрастать при возрастании интенсивности образования конденсата, причиной которого могут быть рост расхода отработавших газов и падение температуры охлаждающей жидкости.

На шаге 414 алгоритм предусматривает определение того, превышен ли пороговый уровень конденсата. Пороговый уровень конденсата может соответствовать уровню, при превышении которого вода может поступать в камеру сгорания и приводить к пропускам зажигания и неустойчивости горения. Если будет установлено, что уровень конденсата в теплообменнике выше порогового, на шаге 414 выпускную систему можно эксплуатировать в первом режиме с отводным клапаном в первом положении, обеспечивающем поток отработавших газов через теплообменник, и закрытым клапаном РОГ. В связи с указанным положением клапанов, весь объем горячих отработавших газов может поступать в перепускной канал и течь через теплообменник. При протекании отработавших газов течет через теплообменник, за счет горячих отработавших газов может происходить продувка скопившегося конденсата в атмосферу через выхлопную трубу. Выпускную систему можно эксплуатировать в данном режиме до тех пор, пока уровень конденсата в теплообменнике не упадет ниже порогового.

Или же конденсат можно продувать ситуативно во время работы двигателя без подачи топлива, например, во время события отсечки топлива в режиме замедления или в режиме работы на электрической тяге, если транспортное средство является гибридным. В этом случае контроллер может полностью открыть клапан РОГ для направления конденсата во впускной коллектор двигателя с возможностью испарения конденсата при поступлении в прогретый двигатель. Данный способ продувки во впускной коллектор двигателя можно осуществлять после подтверждения того, что двигатель прогрет, и нагрузка двигателя ниже пороговой. Оценку уровня конденсата в теплообменнике с последующим процессом продувки (при необходимости) можно осуществлять в течение всего периода работы двигателя для снижения вероятности поступления конденсата во впускной коллектор двигателя во время работы двигателя с подачей топлива.

Если на шаге 414 будет установлено, что уровень конденсата в теплообменнике ниже порогового, алгоритм может перейти на шаг 406 для эксплуатации выпускной системы в четвертом режиме. В четвертом режиме отработавшие газы могут не поступать в перепускной канал и могут течь непосредственно в выхлопную трубу.

Таким образом, во время холодного пуска двигателя выпускную систему двигателя можно эксплуатировать в первом режиме путем закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и установки отводного клапана в первое положение для пропуска потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник в перепускном канале; тепло из отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник; и можно осуществить циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель и сердцевину обогревателя для повышения температуры двигателя и/или температуры салона транспортного средства; и, после активации катализатора, можно выбрать второй режим эксплуатации с открытым клапаном РОГ и отводным клапаном в первом положении или третий режим эксплуатации с открытым клапаном РОГ и отводным клапаном во втором положении, при этом выбор осуществляют в зависимости от соотношения потребности в РОГ и потребностей в нагреве двигателя и салона.

На ФИГ. 6 раскрыт пример рабочей последовательности 600, иллюстрирующей работу выпускной системы двигателя на ФИГ. 1А-1D. Поток отработавших газов по перепускному каналу можно определять в зависимости от параметров работы двигателя и соотношения потребностей в рециркуляции отработавших газов (РОГ) и в нагреве. На горизонтальной оси (оси х) обозначено время, а вертикальные метки t1-t6 обозначают значимые моменты в работе выпускной системы двигателя.

Первый график, линия 602, представляет изменение нагрузки двигателя во времени. Точечная линия 603 обозначает пороговую нагрузку двигателя. Второй график, линия 604, представляет изменение температуры двигателя, оцениваемой посредством датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя во времени. Третий график, линия 606, представляет температуру пассажирского салона, оцениваемую посредством датчика температуры, соединенного с пассажирским салоном. Четвертый график, линия 608, представляет подачу РОГ в двигатель для достижения необходимых показателей в части сгорания и выбросов. Точечная линия 609 представляет необходимый уровень РОГ, определяемый в зависимости от таких факторов, как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя, уровень конденсата в теплообменнике и т.п. Пятый график, линия 610, представляет уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике выпускной системы. Точечная линия 611 представляет пороговый уровень конденсата, при превышении которого нужна продувка конденсата для поддержания устойчивости горения в двигателе. Шестой график, линия 612, представляет положение клапана РОГ. Седьмой график, линия 614, представляет положение отводного клапана, соединенного с местом соединения основного выпускного канала и перепускного канала, ниже по потоку от теплообменника.

До момента t1 двигатель бездействует, и транспортное средство не приводят в движение за счет крутящего момента двигателя. В момент t1, по запросу водителя, происходит пуск двигателя из неподвижного состояния после периода бездействия. При пуске двигателя, температура двигателя может быть ниже пороговой температуры 605. На основании того, что температура двигателя ниже пороговой, делают вывод о наличии состояния холодного пуска двигателя. Так как температура двигателя при холодном пуске ниже пороговой, может быть нужен нагрев таких компонентов двигателя, как головка блока цилиндров, стенки, поршни цилиндров и т.п., для сокращения выбросов при холодном пуске. Во время запуска транспортного средства водитель также может запросить нагрев пассажирского салона. В состояниях пуска двигателя, РОГ может не быть нужна для работы двигателя, поэтому клапан РОГ может быть оставлен в закрытом положении, и отработавшие газы могут не течь из выпускного канала во впускной коллектор двигателя.

В связи с состоянием холодного пуска двигателя, когда происходит проворачивание коленчатого вала двигателя, подача топлива и начало сгорания, отводной клапан может быть перемещен в первое положение (более открытое положение) для обеспечения возможности отведения отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал. Отработавшие газы могут далее течь через теплообменник, соединенный с перепускным каналом, с последующим возвратом в основной канал выше по потоку от глушителя. После протекания через теплообменник, отработавшие газы могут не поступать в подающую магистраль РОГ, а могут вновь поступать в основной выпускной канал для выхода в атмосферу через глушитель и выхлопную трубу. При протекании отработавших газов через теплообменник может происходить передача тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник, в результате чего происходит нагрев охлаждающей жидкости.

В связи с наличием потребности в нагреве двигателя/салона, между t1 и t2 за счет тепла, рекуперированного из отработавших газов в теплообменнике, можно удовлетворить потребность в нагреве. Далее можно осуществить циркуляцию охлаждающей жидкости, нагретой в результате циркуляции через теплообменник, через блок цилиндров двигателя и вокруг стенок и поршней цилиндров для ускорения нагрева двигателя. Так можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через сердцевину обогревателя транспортного средства для нагрева салона.

В результате рекуперации тепла отработавших газов в теплообменнике и циркуляции нагретой охлаждающей жидкости по блоку цилиндров двигателя, между t1 и t2 температура двигателя может возрасти. Кроме того, причиной роста температуры двигателя может стать выработка собственного тепла в двигателе, тогда как рекуперированное тепло отработавших газов может ускорить прогрев двигателя. В момент t2 температура двигателя может превысить пороговую температуру 605, и дальнейший нагрев двигателя может не быть нужен. При этом нагрев салона все еще может быть нужен. Кроме того, в связи с изменением нагрузки двигателя от низкой до средней, может быть нужна РОГ. В это время, частично охлажденные РОГ могут обеспечивать большую экономию топлива. Частично охлажденные РОГ могут быть нужны в состояниях, когда нужна топливовоздушная смесь более высокой температуры (для сгорания) для улучшения эксплуатационных показателей двигателя и уровня выбросов. Например, частично охлажденные РОГ могут быть нужны при применении впрыска во впускные каналы. Частично охлажденные РОГ также могут быть нужны в состоянии с влажностью окружающей среды выше пороговой для уменьшения образования конденсата в теплообменнике. Поэтому, для подачи частично охлажденных РОГ с одновременным отбором тепла из отработавших газов для нагрева салона, клапан РОГ может быть открыт, а отводной клапан оставлен в первом положении.

Между t2 и t3, в связи с указанным положением клапанов, первая часть частично охлажденных отработавших газов может течь во впускной коллектор в качестве РОГ, а вторая, остальная, часть отработавших газов может течь в выхлопную трубу через теплообменник. В данном случае первая часть меньше, чем вторая часть. В это время теплообменник может служить охладителем РОГ, и РОГ, подаваемые в двигатель, могут быть частично охлажденными. Может происходить передача тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник, с возможностью последующего прогрева двигателя и прогрева пассажирского салона за счет тепла, отобранного из отработавших газов. Соотношение первой части отработавших газов, направляемой во впускной коллектор, и второй части отработавших газов, направляемой обратно в выпускной коллектор, зависит от требуемой величины разбавления. Проход клапана РОГ также регулируют в зависимости от требуемого количества РОГ.

В момент t3, в связи с падением нагрузки двигателя (например, в связи с отпускание водителем педали акселератора), требуемое количество РОГ может возрасти. В связи с возрастанием требуемого количества РОГ, проход клапана РОГ может быть увеличен для обеспечения потока большего количества отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор через теплообменник и подающую магистраль РОГ. Соответственно, количество отработавших газов, возвращающихся в основной выпускной канал после протекания через теплообменник, может стать меньше.

При протекании отработавших газов через теплообменник между t2 и t4 может происходить конденсация воды из отработавших газов в теплообменнике, и уровень скопившегося конденсата может постепенно расти.

В момент t4 возможно дальнейшее падение нагрузки двигателя, в связи с чем для оптимальной работы и качества выбросов может быть нужно большее количество холодных РОГ. Кроме того, в это время дальнейший нагрев салона может не быть нужен. Поэтому дальнейшая рекуперация тепла отработавших газов может не быть нужна. Контроллер может вычислить, что направление всего объема отработавших газов через теплообменник обеспечивает меньшую экономию, чем направление только части отработавших газов через теплообменник с возможностью охлаждения отработавших газов в большей степени. Поэтому между t4 и t5, вместо направления всего объема отработавших газов по перепускному каналу, отводной клапан может быть перемещен во второе положение (более закрытое) для направления необходимого количества отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник. В связи со вторым положением отводного клапана, отработавшие газы, поступающие в перепускной канал, могут не поступать обратно в основной выпускной канал и могут течь во впускной коллектор через подающую магистраль РОГ и клапан РОГ. Проход клапана РОГ может быть увеличен для направления большего количества холодных РОГ во впускной коллектор. Оставшиеся отработавшие газы могут быть направлены в атмосферу непосредственно через выхлопную трубу без поступления в перепускной канал. Соотношение первой части отработавших газов, поступающей в перепускной канал для подачи в качестве РОГ, и второй части отработавших газов, текущей непосредственно в выхлопную трубу, можно регулировать в зависимости от необходимого количества РОГ, при этом первую часть увеличивают при увеличении необходимого количества РОГ.

В момент t5 нагрузка двигателя может превысить пороговую в связи с запросом более высокой отдачи двигателя по мощности (например, нажатием водителем педали акселератора). При возросшей нагрузке двигателя, дальнейшая РОГ может не быть нужна. В этом время температура двигателя и температура салона превышают соответствующий порог, и дальнейшая рекуперация тепла отработавших газов может не быть нужна. Поэтому, для направления отработавших газов непосредственно по выпускному каналу, отводной клапан может быть перемещен во второе положение, а клапан РОГ может быть закрыт. Кроме того, в момент t5 уровень конденсата в теплообменнике может превысить пороговый, и может быть нужна продувка конденсата, скопившегося в теплообменнике. В связи с предстоящим запросом на остановку двигателя, контроллер может отсрочить продувку конденсата для ее ситуативного осуществления одновременно с остановкой двигателя. Между t5 и t6 отработавшие газы могут не поступать в перепускной канал или подающую магистраль РОГ, а могут непосредственно сбрасываться в атмосферу через выхлопную трубу.

В момент t6 от водителя может быть получен запрос на остановку двигателя. В это время может быть выполнена ситуативная продувка конденсата, скопившегося в теплообменнике. Для удаления конденсата, после отсечки подачи топлива в двигатель и во время вращения двигателя до полной остановки, контроллер может установить отводной клапан в первое положение, при этом оставив клапан РОГ в закрытом положении. В связи с первым положением отводного клапана, во время остановки двигателя весь объем горячих отработавших газов может быть направлен из выпускного коллектора в выхлопную трубу через теплообменник с возможностью его продувки от скопившегося конденсата горячими отработавшими газами в атмосферу через выхлопную трубу. В одном примере может происходить превращение конденсата в пар при контакте с горячими отработавшими газами с возможностью удаления данного водяного пара потоком отработавших газов. Удаление скопившегося конденсата до завершения остановки двигателя позволяет снизить вероятность замерзания конденсата в теплообменнике (могущего привести к повреждению компонентов теплообменника). Между t6 и t7 двигатель может оставаться остановленным.

В момент t7 получен запрос запуска двигателя после остановки, в связи с которым происходит запуск двигателя из неподвижного состояния. В данном случае запуск двигателя происходит через более короткий период с последней по времени остановки, на основании чего делают вывод о том, что имеет место запуск двигателя из горячего состояния с температурой двигателя выше пороговой температуры 605. В это время водитель может запросить нагрев салона. Поэтому отработавшие газы могут быть направлены через теплообменник с возможностью отбора в нем тепла отработавших газов охлаждающей жидкостью, которую можно далее направить для циркуляции через сердцевину обогревателя для подачи тепла в пассажирский салон. Для циркуляции отработавших газов через теплообменник, отводной клапан может быть установлен в первое положение. Во время запуска из горячего состояния, РОГ может не быть нужна для работы двигателя, и клапан РОГ может быть оставлен в закрытом положении. После t7, с связи с положением клапанов, весь объем отработавших газов может поступать в перепускной канал и течь через теплообменник с возможностью последующего возврата в основной выпускной канал, откуда отработавшие газы могут быть сброшены в атмосферу через выхлопную трубу. Рекуперированное из отработавших газов тепло можно использовать непосредственно для подачи тепла в пассажирский салон, тем самым уменьшая необходимость в повышении температуры (тепла) двигателя для целей нагрева салона. Таким образом, можно уменьшить работу двигателя, затрачиваемую исключительно для целей создания тепла двигателя и, тем самым, в целом сократить использование какого-либо дополнительного нагревателя.

Таким образом, за счет единственного теплообменника, соединенного с перепускным каналом отработавших газов, можно эффективно охлаждать РОГ и отбирать тепло из отработавших газов для нагрева двигателя и салона. Применение единственной системы теплообменника обеспечивает преимущества, состоящие в снижении себестоимости и сокращении количества компонентов, без ограничения функционирования или возможностей какой-либо из систем. Одновременная подача РОГ и рекуперация тепла отработавших газов для подачи тепла в двигатель и/или пассажирский салон, позволяет обеспечить максимальные выигрыши в экономии топлива с одновременным улучшением качества выбросов. Ускорение нагрева стенок и поршней цилиндров за счет тепла отработавших газов в состояниях холодного пуска позволяет сократить выбросы при холодном пуске. Технический эффект, достигаемый периодическим удалением конденсата, скопившегося в теплообменнике, в атмосферу, состоит в возможности уменьшения нежелательного всасывания воды в цилиндры, могущего стать причиной событий пропуска зажигания. Кроме того, ситуативная продувка конденсата во впускной коллектор двигателя обеспечивает возможность испарения конденсата без ущерба для устойчивости горения. В целом, увеличение количества сбросного тепла, которое можно рекуперировать из отработавших газов за счет меньшего количества компонентов, с возможностью одновременной подачи РОГ, позволяет повысить экономию топлива и улучшить эксплуатационные показатели двигателя.

Пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: эксплуатируют выпускную систему в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник, и эксплуатируют выпускную систему во втором режиме с рециркуляцией первой части отработавших газов во впускной коллектор и направлением второй части отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, эксплуатация в первом режиме и во втором режиме включает в себя направление потока охлаждающей жидкости двигателя через теплообменник, передачу тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости двигателя с последующим направлением потока охлаждающей жидкости двигателя через двигатель, и/или сердцевину обогревателя, и/или радиатор, с последующей передачей тепла от охлаждающей жидкости двигателя двигателю, и/или сердцевине обогревателя, и/или радиатору, при этом способ дополнительно содержит шаги, на которых: осуществляют нагрев двигателя путем отбора тепла из охлаждающей жидкости двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя и осуществляют нагрев пассажирского салона путем отбора тепла из сердцевины обогревателя в зависимости от потребности в нагреве салона. Все предыдущие примеры или любой из них также предусматривают, дополнительно или необязательно, эксплуатацию выпускной системы двигателя в третьем режиме с рециркуляцией третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и одновременным направлением четвертой части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу; и эксплуатацию выпускной системы двигателя в четвертом режиме с направлением отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника. Все предыдущие примеры или любой из них также предусматривают, дополнительно или необязательно, выбор между первым, вторым, третьим и четвертым режимами в зависимости от температуры двигателя, нагрузки двигателя и коэффициента экономии топлива, причем первый режим выбирают, если температура двигателя ниже пороговой, четвертый режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя выше пороговой, причем второй или третий режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя ниже пороговой. Все предыдущие примеры или любой из них также предусматривают, дополнительно или необязательно, то, что указанный выбор также включает в себя выбор между вторым и третьим режимами путем оценки первого коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, оценки второго коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме, сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива и выбора второго или третьего режима в зависимости от того, какой из коэффициентов экономии топлива выше - первый или второй. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, выигрыши в экономии топлива во втором режиме и в третьем режиме вычисляют по третьей части отработавших газов, рециркулируемой во впускной коллектор, температуре рециркулируемых отработавших газов и изменению температуры охлаждающей жидкости, при этом выигрыш в экономии топлива тем больше, чем больше рециркулируемая третья часть отработавших газов, чем ниже температура рециркулируемых отработавших газов и чем больше изменение температуры охлаждающей жидкости. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, теплообменник соединен с перепускным каналом, ниже по потоку от одного или нескольких каталитических нейтрализаторов отработавших газов, при этом рециркуляцию третьей части во впускной коллектор осуществляют по магистрали рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединенной с перепускным каналом отработавших газов ниже по потоку от теплообменника. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, в первом режиме отводной клапан, соединенный с местом соединения перепускного канала и основного выпускного канала ниже по потоку от теплообменника, находится в первом, полностью открытом, положении, а клапан РОГ закрыт, причем во втором режиме отводной клапан находится в первом положении, а клапан РОГ открыт, причем в третьем режиме отводной клапан находится во втором, полностью закрытом, положении, а клапан РОГ открыт, причем в четвертом режиме отводной клапан находится во втором положении, а клапан РОГ закрыт, причем во втором и в третьем режимах проход клапана РОГ регулируют в зависимости от требуемого количества РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста требуемого количества РОГ. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, первое, полностью открытое, положение отводного клапана обеспечивает возможность направления отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу, а второе, полностью закрытое, положение отводного клапана блокирует поток отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, во втором режиме соотношение первой и второй частей зависит от потребности в РОГ, при этом первая часть тем больше, чем больше потребность в РОГ. Все предыдущие примеры или любой из них также содержат шаги, на которых, дополнительно или необязательно, оценивают уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике, и, если уровень конденсата выше порогового, эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме.

Еще один пример способа для двигателя, установленного в транспортном средстве, содержит шаги, на которых: во время холодного пуска двигателя эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме путем закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и установки отводного клапана в первое положение для пропуска потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник в перепускном канале; осуществляют передачу тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник; и осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель и сердцевину обогревателя для повышения температуры двигателя и/или температуры салона транспортного средства; и, после активации катализатора, выбирают второй режим эксплуатации с открытым клапаном РОГ и отводным клапаном в первом положении или третий режим эксплуатации с открытым клапаном РОГ и отводным клапаном во втором положении, при этом выбор зависит от соотношения потребности в РОГ и потребности в нагреве двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, указанный выбор включает в себя выбор второго режима, когда потребность в РОГ возникает при более низкой температуре двигателя, и выбор третьего режима, когда потребность в РОГ возникает при более высокой температуре двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, во втором режиме выше, чем температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, в третьем режиме. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, во втором и в третьем режимах проход клапана РОГ регулируют в зависимости от потребности в РОГ для рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя, причем во втором режиме вторая, остальная, часть отработавших газов течет в выхлопную трубу через теплообменник, причем в третьем режиме вторая часть отработавших газов течет непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника. Все предыдущие примеры или любой из них также содержат шаги, на которых, дополнительно или необязательно, во втором режиме осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменнике с передачей тепла от первой части и от второй части отработавших газов охлаждающей жидкости, и осуществляют передачу тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя; и, в третьем режиме, осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменнике и осуществляют передачу тепла только от первой части отработавших газов охлаждающей жидкости, и осуществляют передачу тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанный выбор также осуществляют в зависимости от результата сравнения экономии топлива, при этом второй режим выбирают, если первая экономия топлива, достигаемая за счет рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя и направления второй части отработавших газов в выхлопную трубу с передачей тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике от первой и от второй частей отработавших газов, выше, чем вторая экономия топлива, достигаемая за счет рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя и направления второй части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу с передачей тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике от первой части; при этом третий режим выбирают, если вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, эксплуатация во втором режиме включает в себя работу с количеством топлива впрыска во впускные каналы, большим, чем количество топлива непосредственного впрыска, а эксплуатация в третьем режиме включает в себя работу с количеством топлива впрыска во впускные каналы, меньшим, чем количество топлива непосредственного впрыска.

В еще одном примере система двигателя, соединенная с транспортным средством, содержит: впускной коллектор двигателя; выпускную систему двигателя с выпускным каналом и перепускным каналом, при этом выпускной канал содержит датчик влажности отработавших газов, датчик температуры отработавших газов, датчик давления отработавших газов, каталитический нейтрализатор отработавших газов и глушитель, при этом перепускной канал соединен с выпускным каналом от области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора до области выше по потоку от глушителя, при этом перепускной канал содержит теплообменник; систему охлаждения, соединенную по текучей среде с теплообменником, блоком цилиндров двигателя и сердцевиной обогревателя, при этом система охлаждения содержит датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; отводной клапан, соединенный с выпускным каналом, с возможностью регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу; магистраль РОГ с клапаном РОГ для рециркуляции отработавших газов из перепускного канала, ниже по потоку от теплообменника, во впускной коллектор; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: оценки температуры двигателя посредством датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя; и, если температура двигателя ниже пороговой, закрытия клапана РОГ и перемещения отводного клапана в первое положение для эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме, обеспечивающем возможность потока отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в глушитель через перепускной канал и теплообменник, передачи тепла от отработавших газов, текущих через теплообменник, в систему охлаждения, и, в зависимости от потребности в нагреве двигателя и потребности в нагреве пассажирского салона, передачи тепла в двигатель и/или пассажирский салон через сердцевину обогревателя; после того, как температура двигателя превысит пороговую, оценки первого коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, оценки второго коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме; сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива; если первый коэффициент экономии топлива превышает второй коэффициент экономии топлива, перевода клапана РОГ из закрытого положения в открытое положение с поддержанием отводного клапана в первом положении для направления первой части отработавших газов во впускной коллектор и направления второй части отработавших газов в глушитель через теплообменник, и, если второй коэффициент экономии топлива превышает первый коэффициент экономии топлива, перевода клапана РОГ из закрытого положения в открытое положение и отводного клапана из первого положения во второе положение для направления третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и направления четвертой части в глушитель. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, первый коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи частично охлажденной первой части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из первой части и второй части отработавших газов, а второй коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи полностью охлажденной третьей части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из третьей части. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: оценки уровня конденсата, скопившегося в теплообменнике, по входным сигналам от датчика влажности отработавших газов, и/или датчика температуры отработавших газов, и/или датчика давления отработавших газов, и, если уровень конденсата выше порогового, и/или в связи с запросом на остановку двигателя, закрытия клапана РОГ и перемещения отводного клапана в первое положение для направления горячих отработавших газов в глушитель через теплообменник.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения инструкций, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов, а также в транспортных средствах различных гибридно-электрических типов, в том числе, традиционных гибридах и гибридах, подключаемых к электросети. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты 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 или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, снабженных системами для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулируемых отработавших газов (РОГ) посредством теплообменника. Способ для двигателя (10) заключается в том, что эксплуатируют выпускную систему (150) в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу (35) через теплообменник (176). Эксплуатируют выпускную систему(150) во втором режиме с рециркуляцией первой части отработавших газов во впускной коллектор (22) и направлением второй части отработавших газов в выхлопную трубу (35) через теплообменник (176). Оценивают уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике (176), и, если уровень конденсата выше порогового, эксплуатируют выпускную систему (150) в первом режиме. Раскрыты вариант способа для двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в обеспечении возможности охлаждения РОГ и рекуперации тепла отработавших газов посредством общего теплообменника. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:

эксплуатируют выпускную систему в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник,

эксплуатируют выпускную систему во втором режиме с рециркуляцией первой части отработавших газов во впускной коллектор и направлением второй части отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник,

оценивают уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике, и, если уровень конденсата выше порогового, эксплуатируют выпускную систему в первом режиме.

2. Способ по п. 1, в котором эксплуатация в первом режиме и во втором режиме включает в себя направление потока охлаждающей жидкости двигателя через теплообменник, передачу тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости двигателя с последующим направлением потока охлаждающей жидкости двигателя через двигатель, и/или сердцевину обогревателя, и/или радиатор, с последующей передачей тепла от охлаждающей жидкости двигателя двигателю, и/или сердцевине обогревателя, и/или радиатору, при этом способ дополнительно содержит шаги, на которых: осуществляют нагрев двигателя путем отбора тепла из охлаждающей жидкости двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя и осуществляют нагрев пассажирского салона путем отбора тепла из сердцевины обогревателя в зависимости от потребности в нагреве салона.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых:

эксплуатируют выпускную систему в третьем режиме с рециркуляцией третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и одновременным направлением четвертой части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу; и

эксплуатируют выпускную систему в четвертом режиме с направлением отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника.

4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий шаг, на котором выбирают между первым, вторым, третьим и четвертым режимами в зависимости от температуры двигателя и нагрузки двигателя, причем первый режим выбирают, если температура двигателя ниже пороговой, четвертый режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя выше пороговой, причем второй режим или третий режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя ниже пороговой.

5. Способ по п. 4, в котором указанный выбор дополнительно включает в себя выбор между вторым и третьим режимами путем оценки первого коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы во втором режиме, оценки второго коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы в третьем режиме, сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива, и выбора второго или третьего режима в зависимости от того, какой из коэффициентов экономии топлива выше - первый или второй.

6. Способ по п. 5, в котором выигрыши в экономии топлива во втором режиме и в третьем режиме вычисляют по третьей части отработавших газов, рециркулируемой во впускной коллектор, температуре рециркулируемых отработавших газов и изменению температуры охлаждающей жидкости, при этом выигрыш в экономии топлива тем больше, чем больше рециркулируемая третья часть отработавших газов, чем ниже температура рециркулируемых отработавших газов и чем больше изменение температуры охлаждающей жидкости.

7. Способ по п. 3, в котором теплообменник соединен с перепускным каналом ниже по потоку от одного или нескольких каталитических нейтрализаторов отработавших газов, при этом рециркуляцию третьей части отработавших газов во впускной коллектор осуществляют по магистрали рециркуляции отработавших газов (РОГ), присоединенной ниже по потоку от теплообменника.

8. Способ по п. 7, в котором в первом режиме отводной клапан, соединенный с местом соединения перепускного канала и основного выпускного канала ниже по потоку от теплообменника, находится в первом, полностью открытом, положении, а клапан РОГ закрыт; во втором режиме, отводной клапан находится в первом положении, а клапан РОГ открыт; в третьем режиме отводной клапан находится во втором, полностью закрытом, положении, а клапан РОГ открыт; в четвертом режиме отводной клапан находится во втором положении, а клапан РОГ закрыт; во втором режиме и в третьем режиме проход клапана РОГ регулируют в зависимости от требуемого количества РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста требуемого количества РОГ.

9. Способ по п. 8, в котором первое, полностью открытое, положение отводного клапана обеспечивает возможность направления отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу, а второе, полностью закрытое, положение отводного клапана блокирует поток отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу.

10. Способ по п. 1, в котором во втором режиме соотношение первой части отработавших газов и второй части отработавших газов зависит от потребности в РОГ, при этом первая часть отработавших газов тем больше, чем больше потребность в РОГ.

11. Способ для двигателя, установленного в транспортном средстве, содержащий шаги, на которых:

во время холодного пуска двигателя,

эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме путем закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и установки отводного клапана в первое положение для пропуска потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник в перепускном канале;

осуществляют передачу тепла от отработавших газов к охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник; и

осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель и сердцевину обогревателя для повышения температуры двигателя и/или температуры салона транспортного средства; и

когда состояния для холодного пуска двигателя не имеют место,

эксплуатируют выпускную систему двигателя в третьем режиме с открытым клапаном рециркуляции отработавших газов (РОГ) и отводным клапаном во втором положении, причем третий режим включает охлаждение отработавших газов посредством теплообменника, а затем направление потока охлажденных отработавших газов из теплообменника во впускной коллектор двигателя без направления потока охлажденных отработавших газов через какие-либо дополнительные теплообменники между указанным теплообменником и впускным коллектором; и

когда уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике или подающей магистрали рециркуляции отработавших газов (РОГ), выше порогового уровня,

эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме.

12. Способ по п. 11, в котором выпускную систему двигателя дополнительно эксплуатируют в третьем режиме, если потребность в РОГ возникает при более высокой температуре двигателя.

13. Способ по п. 12, в котором проход клапана РОГ регулируют в зависимости от потребности в РОГ.

14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаги, на которых:

в третьем режиме осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменнике и осуществляют передачу тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости для охлаждения отработавших газов посредством теплообменника.

15. Способ по п. 14, в котором эксплуатация в третьем режиме включает выбор третьего режима, если состояния для холодного запуска двигателя не имеют место и на основании того, что экономия топлива в третьем режиме выше, чем экономия топлива во втором режиме, причем во втором режиме клапан РОГ открыт, а отводной клапан находится в первом положении.

16. Система двигателя, соединенная с транспортным средством, содержащая:

впускной коллектор двигателя;

выпускную систему двигателя с выпускным каналом и перепускным каналом, при этом выпускной канал содержит датчик влажности отработавших газов, датчик температуры отработавших газов, датчик давления отработавших газов, каталитический нейтрализатор отработавших газов и глушитель, при этом перепускной канал соединен с выпускным каналом от области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора до области выше по потоку от глушителя, при этом перепускной канал содержит теплообменник;

систему охлаждения, соединенную по текучей среде с теплообменником, блоком цилиндров двигателя и сердцевиной обогревателя, при этом система охлаждения содержит датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя;

отводной клапан, соединенный с выпускным каналом, с возможностью регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу;

магистраль рециркуляции отработавших газов (РОГ) с клапаном рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции отработавших газов из перепускного канала, ниже по потоку от теплообменника, во впускной коллектор; и

контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для:

оценки температуры двигателя посредством датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя;

и

если температура двигателя ниже пороговой, закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и перемещения отводного клапана в первое положение для эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме, обеспечивающем возможность потока отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в глушитель через перепускной канал и теплообменник, передачи тепла от отработавших газов, текущих через теплообменник, в систему охлаждения, и, в зависимости от потребности в нагреве двигателя и потребности в нагреве пассажирского салона, передачи тепла в двигатель и/или пассажирский салон через сердцевину обогревателя;

после того, как температура двигателя превысит пороговую, оценки первого коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, и оценки второго коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме;

сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива;

если первый коэффициент экономии топлива превышает второй коэффициент экономии топлива, перевода клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) из закрытого положения в открытое положение с поддержанием отводного клапана в первом положении для направления первой части отработавших газов во впускной коллектор и направления второй части отработавших газов в глушитель через теплообменник, и

если второй коэффициент экономии топлива превышает первый коэффициент экономии топлива, перевода клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) из закрытого положения в открытое положение и отводного клапана из первого положения во второе положение для направления третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и направления четвертой части отработавших газов в глушитель.

17. Система по п. 16, в которой первый коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи частично охлажденной первой части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из первой части отработавших газов и второй части отработавших газов, а второй коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи полностью охлажденной третьей части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из третьей части отработавших газов.

18. Система по п. 16, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:

оценки уровня конденсата, скопившегося в теплообменнике, по входным сигналам от датчика влажности отработавших газов, и/или датчика температуры отработавших газов, и/или датчика давления отработавших газов, и, если уровень конденсата выше порогового, и/или в связи с запросом на остановку двигателя, закрытия клапана РОГ и перемещения отводного клапана в первое положение для направления горячих отработавших газов в глушитель через теплообменник.