СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ РЕЦИРКУЛИРУЮЩИХ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2020 года по МПК F01N5/02 

Область техники

Настоящее описание в целом относится к способам и системам для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулирующих отработавших газов 5 (РОГ) посредством разветвленного 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 10 сгорания. За счет тепла, рекуперированного 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. За счет тепла отработавших газов можно ускорять активацию каталитического нейтрализатора и поддерживать температуру каталитического нейтрализатора в 15 желаемом диапазоне для оптимальной работы каталитического нейтрализатора. Можно осуществлять рециркуляцию охлажденных отработавших газов из области выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов во впускной коллектор и за их счет сокращать расход топлива и выбросы оксидов азота. С системой подачи РОГ может быть соединен охладитель РОГ для снижения 20 температуры рециркулирующих 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 25 соавторами, система двигателя содержит расположенный за каталитическим нейтрализатором охладитель РОГ с возможностью ситуативного применения для рекуперации тепла отработавших газов. В состояниях холодного пуска можно закрывать дроссельную заслонку отработавших газов для направления отработавших газов через охладитель РОГ с возможностью передачи в нем тепла от 30 отработавших газов охлаждающей жидкости, циркулирующей через охладитель РОГ. Затем можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости 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, может не быть возможности осуществлять рекуперацию тепла отработавших газов с одновременной подачей РОГ. В системе, раскрытой Улри с соавторами, в любом рабочем состоянии двигателя, за счет отработавших газов, полученных из одного места ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, можно либо осуществлять рекуперацию тепла отработавших газов, либо их подачу в качестве РОГ. Кроме того, отработавшие газы нельзя отбирать из области выше по потоку от каталитического нейтрализатора для рециркуляции во впускной коллектор. Также, независимо от потребностей в охлаждении, из-за конфигурации потока охлаждающей жидкости и во время охлаждения РОГ, и во время рекуперации тепла отработавших газов степень охлаждения является одинаковой. Конфигурация потока охлаждающей жидкости также может стать причиной перегрева охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник, и, как следствие, ухудшения характеристик системы охлаждения.

Авторы настоящего изобретения определили решение, позволяющее как минимум частично устранить вышеуказанные недостатки. В одном примере способа: осуществляют передачу тепла от первой части отработавших газов, текущей по каналу рециркуляции отработавших газов (РОГ), охлаждающей жидкости в первой ветви теплообменника, и осуществляют передачу тепла от второй части отработавших газов, текущей по перепускному каналу отработавших газов, охлаждающей жидкости во второй ветви теплообменника, при этом направление потока охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям выбирают в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Это позволяет одновременно охлаждать две части отработавших газов, отобранных из двух разных мест в основном выпускном канале, посредством единственного разветвленного теплообменника, при этом направление потока охлаждающей жидкости через теплообменник динамически регулируют в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

В одном примере система двигателя с наддувом может быть выполнена с единственным разветвленным теплообменником, выполненным с возможностью одновременного охлаждения РОГ и рекуперации тепла отработавших газов. Первый перепускной канал отработавших газов может соединять основной выпускной канал из области выше по потоку от газовой турбины с каналом подачи РОГ, при этом по каналу подачи РОГ происходит рециркуляция отработавших газов в заборный канал. Первая ветвь теплообменника может быть соединена с каналом подачи РОГ, а вторая ветвь теплообменника соединена со вторым перепускным каналом отработавших газов ниже по потоку от первого перепускного канала и ниже по потоку от одного или нескольких каталитических нейтрализаторов. В состояниях холодного пуска, выбросы из выхлопной трубы можно снизить за счет заключения (и удержания) отработавших газов в пределах выпускного коллектора и первого перепускного канала в течение порогового периода для увеличения передачи тепла отработавших газов. По истечении порогового периода отработавшие газы можно направить в каталитические нейтрализаторы по первому перепускному каналу в обход турбины. После прохождения через каталитические нейтрализаторы, отработавшие газы из основного выпускного канала (из области ниже по потоку от каталитических нейтрализаторов отработавших газов) можно направить в выхлопную трубу по второму перепускному каналу отработавших газов с возможностью рекуперации тепла отработавших газов в теплообменнике. Отводной клапан, соединенный с основным выпускным каналом, можно регулировать для регулирования части отработавших газов, направляемой по второму перепускному каналу. Тепло отработавших газов можно рекуперировать посредством охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник. После активации каталитического нейтрализатора, первую часть отработавших газов можно направлять во впускной коллектор из области выше по потоку или ниже по потоку от турбины в основном выпускном канале по первому перепускному каналу и каналу подачи РОГ в зависимости от нагрузки двигателя. Вторую часть отработавших газов можно направлять по второму перепускному каналу для рекуперации тепла отработавших газов. Охлаждающую жидкость можно направлять одновременно по первой и второй ветвям теплообменника для одновременного охлаждения РОГ, текущих по каналу РОГ, и отбора тепла отработавших газов от отработавших газов, текущих по второму перепускному каналу. Далее, за счет нагретой охлаждающей жидкости можно осуществлять нагрев двигателя и обогрев салона по мере необходимости. Направление потока охлаждающей жидкости через теплообменник можно регулировать в зависимости от потребности в охлаждении отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости. Например, при более высокой потребности в охлаждении отработавших газов (например, когда температура отработавших газов более высокая), можно обеспечить более высокую степень передачи тепла путем направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов по каналу РОГ и второму перепускному каналу. Для сравнения, когда потребность в охлаждении отработавших газов более низкая (например, когда температура отработавших газов более низкая), можно обеспечить более низкую степень передачи тепла путем направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в том же направлении, в котором текут отработавшие газы по каналу РОГ и второму перепускному каналу. В других примерах можно направить поток охлаждающей жидкости противоположно направлению потока отработавших газов, когда температура охлаждающей жидкости более низкая (при этом охлаждающая жидкость может воспринять больше тепла отработавших газов), и направить поток охлаждающей жидкости в том же направлении, в котором текут отработавшие газы, когда температура охлаждающей жидкости более высокая (при этом охлаждающая жидкость может воспринять меньше тепла отработавших газов).

Таким образом, регулирование направления потока охлаждающей жидкости по каждой из ветвей теплообменника позволяет обеспечить желаемый уровень передачи тепла отработавших газов в зависимости от потребности в охлаждении РОГ и потребности в нагреве двигателя. Ситуативное регулирование направления потока охлаждающей жидкости через теплообменник в зависимости от температуры охлаждающей жидкости позволяет избежать перегрева охлаждающей жидкости. Технический эффект от удержания отработавших газов в пределах какой-либо секции выпускного коллектора в состояниях холодного пуска состоит в возможности уменьшения выбросов при холодном пуске с одновременным увеличением рекуперации тепла отработавших газов в этой секции выпускного коллектора. Направление горячих отработавших газов непосредственно в каталитические нейтрализаторы в обход турбины позволяет ускорить достижение температур активации каталитических нейтрализаторов. Применение единственного разветвленного теплообменника для выполнения функций охладителя РОГ и теплообменника отработавших газов обеспечивает преимущества, состоящие в снижении себестоимости и сокращении количества компонентов без ограничения функционирования или возможностей какой-либо из систем с одновременным обеспечением возможности отбора РОГ из областей и выше, и ниже по потоку от газовой турбины. Рекуперация тепла от отработавших газов ниже по потоку от каталитических нейтрализаторов позволяет избежать отрицательного влияния на достижение температуры активации каталитических нейтрализаторов и поддерживать их температуру выше соответствующих температур активации. В целом, обеспечение возможностей одновременной подачи РОГ и рекуперации тепла отработавших газов позволяет повысить экономию топлива.

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

Краткое описание чертежей

ФИГ. 1 изображает первый пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему с разветвленным теплообменником.

ФИГ. 2 изображает второй пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему с разветвленным теплообменником.

ФИГ. 3 изображает третий пример осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему с разветвленным теплообменником.

ФИГ. 4А изображает первый пример осуществления разветвленного теплообменника на ФИГ. 1, работающего в первом режиме.

ФИГ. 4B изображает первый пример осуществления разветвленного теплообменника на ФИГ. 1, работающего во втором режиме.

ФИГ. 4С изображает первый пример осуществления разветвленного теплообменника на ФИГ. 1, работающего в третьем режиме.

ФИГ. 4D изображает первый пример осуществления разветвленного теплообменника на ФИГ. 1, работающего в четвертом режиме.

ФИГ. 5 изображает блок-схему примера способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через выпускную систему на ФИГ. 1 в состояниях холодного пуска.

ФИГ. 6 изображает блок-схему примера способа с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов через выпускную систему на ФИГ. 1 в зависимости от нагрузки двигателя.

ФИГ. 7 изображает пример регулирования потока отработавших газов по выпускной системе по настоящему раскрытию.

ФИГ. 8 изображает пример заданных положений клапанов выпускной системы для регулирования потока отработавших газов через разветвленный теплообменник.

На ФИГ. 9 изображена таблица, иллюстрирующая разные режимы эксплуатации выпускной системы с разветвленным теплообменником.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к системам и способам для разветвленного теплообменника, выполненного с возможностью одновременной рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулирующих отработавших газов (РОГ). Примеры осуществления системы двигателя, содержащей выпускную систему с разветвленным теплообменником, раскрыты на ФИГ. 1-3. Различные режимы эксплуатации примера осуществления теплообменника раскрыты на ФИГ. 4A-4D и в табличной форме на ФИГ. 9. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью осуществления алгоритма управления, например, алгоритмов на ФИГ. 5 и 6, для изменения положений одного или нескольких клапанов выпускной системы для регулирования потока отработавших газов и потока охлаждающей жидкости по выпускной системе и системе охлаждения на ФИГ. 1. Пример эксплуатации выпускной системы в различных рабочих состояниях двигателя раскрыт на ФИГ. 7 и 8.

На ФИГ. 1A 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 механического 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) 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. 1A давление заряда воздуха во впускном коллекторе измеряет датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК).

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, сжатый воздух рециркуляции и остаточные отработавшие газы, поступающие на вход компрессора.

Привод 92 перепускной заслонки выполнен с возможностью приведения в действие для ее открытия и как минимум частичного сброса давления отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область ниже по потоку от нее через перепускную заслонку 91. 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 желаемых 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. 1A, 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 перепускной заслонки 91 далее течет через устройства 172 и 174 снижения токсичности выбросов. В одном примере первое устройство 172 снижения токсичности выбросов может представлять собой пусковой каталитический нейтрализатор, а второе устройство 174 снижения токсичности выбросов - каталитический нейтрализатор на днище кузова. Устройства 172 и 174 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 172 и 174 нейтрализации отработавших газов могут быть выполнены с возможностью улавливания оксидов азота из потока отработавших газов, когда они являются обедненными, и восстановления уловленных оксидов азота, когда отработавшие газы являются обогащенными. В других примерах устройства 172 и 174 нейтрализации отработавших газов могут быть выполнены с возможностью диспропорционирования или избирательного восстановления оксидов азота с помощью восстановителя. В дополнительных примерах устройства 172 и 174 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 необязательно расположены в покрытиях 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 172 и 174 нейтрализации отработавших газов могут быть сброшены в атмосферу по основному выпускному каналу 102 после прохождения через глушитель 40.

Канал 180 подачи рециркулирующих отработавших газов (РОГ) может быть соединен с выпускным каналом 102 выше по потоку от первого устройства 172 нейтрализации отработавших газов (и ниже по потоку от турбины 116) для подачи РОГ низкого давления (РОГ НД) во впускной коллектор двигателя выше по потоку от компрессора 114. Первый трехходовой клапан 162 может быть соединен с местом соединения канала 180 подачи РОГ и основного выпускного канала 102 для регулирования потока отработавших газов по каналу подачи РОГ. Первый перепускной канал 184 отработавших газов может быть соединен с основным выпускным каналом для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в канал 180 подачи РОГ. Второй трехходовой клапан 163 может быть соединен с местом соединения первого перепускного канала 184 и канала 180 подачи РОГ, а третий трехходовой клапан может быть соединен с местом соединения основного выпускного канала 102 и первого перепускного канала 184. Первый трехходовой клапан 162 можно регулировать для направления отработавших газов из первой части 182 канала 180 подачи РОГ (между первым трехходовым клапаном 162 и вторым трехходовым клапаном 163) в основной выпускной канал 102 или для направления отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первую часть 182 канала 180 подачи РОГ. Второй трехходовой клапан 163 можно регулировать для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в область ниже по потоку от турбины 116 по первой части 182 канала 180 подачи РОГ. Второй трехходовой клапан 163 также можно регулировать для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины во впускной коллектор по второй части 183 канала 180 подачи РОГ (между вторым трехходовым клапаном 163 и заборным каналом 42). Третий трехходовой клапан 160 можно регулировать для направления всего объема отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первый перепускной канал 184. Трехходовой клапан 160 также можно регулировать для направления части отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первый перепускной канал 184 с одновременным направлением остальной части отработавших газов в турбину 116.

В другом варианте система двигателя может содержать путь потока РОГ высокого давления, в котором отработавшие газы отбирают из области выше по потоку от турбины 116 и осуществляют их рециркуляцию во впускной коллектор двигателя ниже по потоку от компрессора 114. С выпускной системой 150 может быть соединено множество датчиков, например, первый датчик 128 температуры может быть соединен с основным выпускным каналом 102 выше по потоку от первого устройства 172 нейтрализации отработавших газов, второй датчик 124 температуры может быть соединен с первой частью 182 канала 180 подачи РОГ, а третий датчик 126 температуры может быть соединен со второй частью 183 канала 180 подачи РОГ. С каналом 180 РОГ также может быть соединен один или несколько датчиков для выдачи информации о составе и состоянии РОГ. Например, датчик давления может быть установлен 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.

Второй перепускной канал 140 выпускной системы 150 может быть соединен с основным выпускным каналом 102 ниже по потоку от второго устройства 173 снижения токсичности выбросов. Второй перепускной канал 140 может проходить из области ниже по потоку от второго устройства 173 снижения токсичности выбросов в область выше по потоку от глушителя 40. Отводной клапан 176, соединенный с местом соединения основного выпускного канала 102 и второго перепускного канала 140, выполнен с возможностью регулирования части отработавших газов, текущей по перепускному каналу 174. В зависимости от таких параметров работы, как температура двигателя, весь объем или часть отработавших газов можно отводить по второму перепускному каналу 140 и далее в выхлопную трубу 35. Проход отводного клапана 176 можно регулировать для пропуска желаемой первой части отработавших газов во второй перепускной канал 140, тогда как вторая (остальная) часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу 35. Соотношение первой и второй частей может зависеть от потребностей в нагреве двигателя и обогреве салона транспортного средства. Первую часть можно увеличивать относительно второй части при возрастании как минимум одной из потребностей - в нагреве двигателя или в обогреве салона.

Разветвленный теплообменник 135 отработавших газов может быть соединен по текучей среде и со второй частью 183 канала 180 подачи РОГ, и с перепускным каналом 174. Охлаждающая жидкость из системы 142 охлаждения двигателя может поступать в теплообменник 135 через клапан-переключатель 143. Теплообменник 135 может содержать общий вход 137 охлаждающей жидкости, разветвляющийся на первую ветвь 136 и вторую ветвь 138 у первого места соединения. Обе ветви 136 и 138 могут быть воссоединены у второго места соединения ниже по потоку от первого места соединения с образованием общего выхода 139 охлаждающей жидкости. Первая ветвь 136 может быть соединена по текучей среде со второй частью 183 канала 180 подачи РОГ, а вторая ветвь 138 может быть соединена по текучей среде с отводом 141 второго перепускного канала 140. С теплообменником 135 может быть соединен датчик 190 температуры охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость может поступать в первую ветвь 136 и во вторую ветвь 138 теплообменника 135 через общий вход 137 охлаждающей жидкости и течь одновременно и по первой ветви 136, и по второй ветви 138 с последующим объединением у общего выхода 139 охлаждающей жидкости и покиданием теплообменника 135. Направление потока охлаждающей жидкости по первой ветви может быть тем же, что и направление потока охлаждающей жидкости по второй ветви.

Поскольку охлаждающая жидкость течет одновременно по первой ветви 136 и второй ветви 138, отработавшие газы, текущие по каналу 180 РОГ и перепускному каналу 174, можно охлаждать за счет передачи тепла от отработавших газов потокам охлаждающей жидкости. Направление потока охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям теплообменника можно регулировать путем регулирования положения клапана-переключателя 143. Охлаждающую жидкость можно направлять одновременно и по первой ветви 136, и по второй ветви 138 в первом направлении (от входа 137 охлаждающей жидкости к выходу 139 охлаждающей жидкости), в то время как отработавшие газы текут по каналу 180 РОГ и второму перепускному каналу 140 отработавших газов во втором направлении (из выпускного канала 102 и в канал 180 РОГ, и во второй перепускной канал 140), когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой; при этом охлаждающую жидкость можно направить одновременно и по первой ветви 136, и по второй ветви 138 во втором направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу 180 РОГ и перепускному каналу 140 отработавших газов во втором направлении, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой, при этом первое направление противоположно второму. Кроме того, в состояниях, когда нужно увеличить охлаждение отработавших газов или рекуперацию тепла отработавших газов, охлаждающую жидкость можно направлять по первой и второй ветвям 136 и 138 в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов по второй части 183 канала РОГ и отводу 141 второго перепускного канала 140. Для сравнения, в состояниях, когда нужно уменьшить охлаждение или рекуперацию тепла отработавших газов, охлаждающую жидкость можно направлять по первой и второй ветвям 136 и 138 в том же направлении, что и направление потока отработавших газов по второй части 183 канала РОГ и отводу 141 второго перепускного канала 140. Нагретую охлаждающую жидкость, выходящую из общего выхода 139 охлаждающей жидкости, можно направить через блок цилиндров двигателя, и/или сердцевину отопителя, и/или радиатор в зависимости от соотношения потребности в нагреве двигателя и потребности в обогреве салона.

В одном примере, по существу равное количество охлаждающей жидкости может течь одновременно и по первой ветви 136, и по второй ветви 138 с по существу равным расходом. В другом примере одновременно по первой ветви и по второй ветви могут течь разные количества охлаждающей жидкости, например, первое количество и/или расход охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви, могут быть отличны от второго количества и/или расхода охлаждающей жидкости, одновременно текущей по второй ветви. Соотношение первого и второго количеств можно регулировать в зависимости от соотношения первой части отработавших газов, текущей по каналу РОГ (или потребности в охлаждении РОГ), и второй части отработавших газов, текущей по перепускному каналу (или потребности в нагреве двигателя). При необходимости, несимметричный поток охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям можно создать посредством клапана, установленного выше по потоку от входа 137 охлаждающей жидкости и ниже по потоку от клапана-переключателя 143.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в первом режиме с первым трехходовым клапаном 162 во втором положении, вторым трехходовым клапаном 163 во втором положении и третьим трехходовым клапаном 160 в первом положении для удержания отработавших газов в пределах выпускного коллектора 36, первого перепускного канала 184 и первой части 182 канала 180 подачи РОГ. Во время работы в первом режиме может не происходить сброс отработавших газов в атмосферу по выхлопной трубе, в связи с чем происходит уменьшение выбросов из выхлопной трубы. Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в первом режиме в течение порогового периода после пуска двигателя в состояниях холодного пуска, когда температура первого и второго устройств 172 и 174 нейтрализации ниже их температур активации. Эксплуатация выпускной системы 150 в первом режиме раскрыта на примере ФИГ. 4А.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать во втором режиме с первым трехходовым клапаном 162 в первом положении, вторым трехходовым клапаном 163 во втором положении и третьим трехходовым клапаном 160 в первом положении для направления всего объема отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в область выше по потоку от первого устройства 172 нейтрализации отработавших газов по первому перепускному каналу 184 и первой части 182 канала 180 подачи РОГ в обход турбины 116. Тепло от отработавших газов позволяет ускорить достижение температуры активации устройств 172 и 174 нейтрализации отработавших газов. Отводной клапан 176 может находиться в открытом положении для направления как минимум части отработавших газов в выхлопную трубу 35 по второму перепускному каналу 140. Тепло от отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по ветви 138 теплообменника 135. За счет рекуперированного тепла отработавших газов можно осуществлять нагрев двигателя и/или обогрев салона транспортного средства. Выпускную систему 150 можно эксплуатировать во втором режиме в состояниях холодного пуска по истечении порогового периода (во время которого выпускную систему 150 эксплуатируют в первом режиме). Эксплуатация выпускной системы 150 во втором режиме раскрыта на примере ФИГ. 4B.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в третьем режиме с первым трехходовым клапаном 162 в третьем положении, вторым трехходовым клапаном 163 в первом положении и третьим трехходовым клапаном 160 во втором положении для направления первой части отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в заборный канал 42 по первому перепускному каналу 184 и второй части 183 канала 180 подачи РОГ. Вторую (остальную) часть отработавших газов можно направить непосредственно в первое устройство 172 нейтрализации отработавших газов через турбину 116. Соотношение первой и второй частей отработавших газов можно оценивать в зависимости от желаемого количества РОГ, которое, в свою очередь, можно оценивать в зависимости от таких параметров работы двигателя, как частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, температура двигателя и т.п. Отводной клапан 176 может находиться в открытом положении для направления второй части отработавших газов, выходящей из второго устройства 174 нейтрализации отработавших газов, в выхлопную трубу по второму перепускному каналу 140 с одновременным направлением третьей части отработавших газов из области выше по потоку от второго устройства 174 нейтрализации отработавших газов в выхлопную трубу напрямую без протекания по каналу 180 РОГ или второму перепускному каналу 140. Соотношение второй и третьей частей отработавших газов может зависеть от потребности в нагреве двигателя, при этом вторую часть увеличивают относительно третьей по мере роста потребности в нагреве двигателя, причем проход отводного клапана может зависеть от соотношения второй и третьей частей, при этом проход увеличивают по мере увеличения второй части относительно третьей части. Тепло отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви 136 и второй ветви 138 теплообменника 135. За счет рекуперированного тепла отработавших газов можно осуществлять нагрев двигателя и/или обогрев салона транспортного средства. Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в третьем режиме после активации устройств 172 и 174 нейтрализации отработавших газов (после достижения соответствующих температур активации), и когда нагрузка двигателя ниже пороговой. Например, как только устройства 172 и 174 нейтрализации отработавших газов будут активированы, первую часть отработавших газов можно направить по каналу 180 РОГ, а вторую часть отработавших газов можно направить в выхлопную трубу 35 по второму перепускному каналу 140 отработавших газов. Первая часть отработавших газов, текущая по каналу РОГ, включает в себя отработавшие газы, отбираемые из основного выпускного канала 102 в зависимости от нагрузки двигателя, и подаваемые во впускной коллектор 22 двигателя выше по потоку от компрессора 114, при этом первую часть отработавших газов отбирают из области выше по потоку от турбины 116, когда нагрузка двигателя ниже порога, и отбирают из области ниже по потоку от турбины, когда нагрузка двигателя выше порога. Эксплуатация выпускной системы 150 в третьем режиме раскрыта на примере ФИГ. 4С.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в четвертом режиме с первым трехходовым клапаном 162 в третьем положении, вторым трехходовым клапаном 163 в третьем положении и третьим трехходовым клапаном 160 в третьем положении для направления первой части отработавших газов, выходящих из турбины 116, в заборный канал 42 по первой и второй частям канала 180 подачи РОГ, при этом вторую (остальную) часть отработавших газов можно направить из турбины 116 в устройства 172 и 174 нейтрализации отработавших газов. Соотношение первой и второй частей отработавших газов можно оценивать в зависимости от желаемого количества РОГ. В зависимости от потребностей в обогреве пассажирского салона, отводной клапан 176 можно открывать для направления части отработавших газов, выходящей из второго устройства 174 нейтрализации отработавших газов, в выхлопную трубу по второму перепускному каналу 140. Тепло отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по ветви 138 теплообменника 135 с возможностью использования рекуперированного тепла отработавших газов для целей обогрева салона транспортного средства. Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в четвертом режиме в состояниях с нагрузкой двигателя выше пороговой, когда нужна более высокая степень наддува. Эксплуатация выпускной системы 150 в третьем режиме раскрыта на примере ФИГ. 4D.

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 125 кислорода в отработавших газах выше по потоку от турбины 116, датчик 124 ДВК, датчики 128, 124 и 126 температуры отработавших газов, датчик давления отработавших газов, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик 190 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, первый трехходовой клапан 162, второй трехходовой клапан 163, третий трехходовой клапан 160, отводной клапан 176, клапан-переключатель 143, перепускная заслонка 92 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. В одном примере, в зависимости от таких параметров работы двигателя, как температура отработавших газов, частота вращения двигателя и нагрузка двигателя, контроллер 12 может направлять сигнал первому трехходовому клапану 162, второму трехходовому клапану 163, третьему трехходовому клапану 160 для регулирования потока отработавших газов через турбину 116, устройства 172 и 174 нейтрализации отработавших газов и во впускной коллектор (в качестве РОГ). В другом примере, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, контроллер 12 может направлять сигнал клапану-переключателю 143 для регулирования направления потока охлаждающей жидкости по каждой из ветвей теплообменника 135. В еще одном примере, в зависимости от параметров работы двигателя и потребностей в рекуперации тепла отработавших газов, контроллер 12 может направлять сигнал для регулирования положения отводного клапана 176 для направления отработавших газов по перепускному каналу 140 для рекуперации тепла отработавших газов посредством охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник 135. Алгоритмы управления для регулирования потока отработавших газов раскрыты на примерах ФИГ. 5-6.

На ФИГ. 4А подробнее раскрыта выпускная система, представленная на ФИГ. 1 и изображен пример 400 осуществления эксплуатации выпускной системы на ФИГ. 1 в первом рабочем режиме. В одном примере выпускная система 150 представляет собой выпускную систему 150 на ФИГ. 1, в связи с чем может иметь общие с ней признаки и/или конфигурации, уже раскрытые на ФИГ. 1. Компоненты, раскрыте ранее на ФИГ. 1, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно.

Как видно из ФИГ. 4А, первый перепускной канал 184 отработавших газов может быть соединен с основным выпускным каналом выше по потоку от турбины 116 для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в канал 180 подачи РОГ. Канал 180 подачи РОГ может быть соединен с основным выпускным каналом 102 ниже по потоку от турбины 116. Первый трехходовой клапан 162 может быть соединен с местом соединения канала 180 подачи РОГ и основного выпускного канала 102 для регулирования потока отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первую часть 182 канала 180 подачи РОГ, а также из первой части 182 канала 180 подачи РОГ в основной выпускной канал 102. Второй трехходовой клапан 163 может быть соединен с местом соединения первого перепускного канала 184, при этом положение второго трехходового клапана можно регулировать для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 в область ниже по потоку от турбины 116 по первой части 182 канала 180 подачи РОГ или для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 во впускной коллектор по второй части 183 канала 180 подачи РОГ. Третий трехходовой клапан может быть соединен с местом соединения основного выпускного канала 102 и первого перепускного канала 184 для регулирования потока отработавших газов из основного выпускного канала 102 (из области выше по потоку от турбины 116) в первый перепускной канал 184.

Ниже по потоку от второго устройства 174 нейтрализации отработавших газов второй перепускной канал 140 может быть соединен с основным выпускным каналом 102. Второй перепускной канал 140 может содержать входную трубку 440 и выходную трубку 442. Входная трубка 440 (в настоящем описании также именуемая «отвод 141») может исходить из основного выпускного канала в месте 132 соединения, а выходная трубка 442 может быть соединена с основным выпускным канале 102 в месте 133 соединения ниже по потоку от места 132 соединения. Входная трубка 440 и выходная трубка 442 могут быть по существу параллельны друг другу. Отводной клапан 176 может быть соединен с основным выпускным каналом 102 между местами 132 и 133 соединения для регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу. Проход отводного клапана можно регулировать для направления первой части отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу 140 с одновременным направлением второй части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу. Соотношение первой и второй частей отработавших газов может зависеть от потребности в нагреве двигателя, при этом первую часть увеличивают относительно второй части тем больше, чем больше потребность в нагреве двигателя (например, в состояниях холодного пуска, когда двигатель холодный, и температуры каталитических нейтрализаторов отработавших газов ниже соответствующих температур активации), при этом проход отводного клапана можно увеличивать тем больше, чем больше первая часть относительно второй части. Первую часть также можно уменьшать относительно второй части по мере падения потребности в нагреве двигателя (например, когда температура двигателя достигнет оптимальной, а каталитические нейтрализаторы отработавших газов достигнут соответствующих температур активации, во время холостого хода двигателя и т.п.), при этом проход отводного клапана может быть тем меньше, чем меньше первая часть относительно второй части.

Теплообменник 135 может содержать общий вход 137 охлаждающей жидкости, первую ветвь 136, вторую ветвь 138 и общий выход 139 охлаждающей жидкости. Первая ветвь 136 может быть соединена по текучей среде со второй частью 183 канала 180 подачи РОГ, а вторая ветвь 138 может быть соединена по текучей среде с входной трубкой 440 перепускного канала 140.

ФИГ. 4А иллюстрирует работу системы 135 теплообменника в первом режиме. В первом режиме третий трехходовой клапан 160 может быть приведен в первое положение для пропуска всего объема отработавших газов в первый перепускной канал 184. Второй трехходовой клапан может быть приведен во второе положение для пропуска отработавших газов из первого перепускного канала 184 в первую часть 182 канала подачи РОГ. Первый трехходовой клапан 162 может быть приведен во второе положение для блокирования потока отработавших газов из первой части 182 канала подачи РОГ обратно в основной выпускной канал 102. Это позволяет удерживать горячие отработавшие газы в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала 184 и первой части 182 канала подачи РОГ, при этом может не происходить сброс отработавших газов в атмосферу по выхлопной трубе. Поскольку в этом режиме отработавшие газы не текут через турбину, можно уменьшить потерю тепловой энергии отработавших газов в турбине. Отводной клапан может быть оставлен в закрытом положении в связи с отсутствием потока отработавших газов по основному выпускному каналу (ниже по потоку от турбины), который можно было бы использовать для рекуперации тепла отработавших газов. В связи с отсутствием потока отработавших газов по второй части 183 канала подачи РОГ и входной трубке 440, может не происходить передача тепла охлаждающей жидкости, текущей и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника 135. Поэтому охлаждающую жидкость можно направить в первом направлении или во втором направлении в зависимости от стандартного (или предыдущего) положения клапана-переключателя (например, клапана-переключателя 143 на ФИГ. 1). В первом направлении охлаждающая жидкость может поступать в теплообменник 135 через вход 137 охлаждающей жидкости, одновременно течь по каждой из двух ветвей 136 и 138, а затем покидать теплообменник через выход 139 охлаждающей жидкости, при этом во втором направлении охлаждающая жидкость может поступать в теплообменник 135 через выход 139 охлаждающей жидкости, одновременно течь по каждой из двух ветвей 136 и 138, а затем покидать теплообменник через вход 137 охлаждающей жидкости.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в первом режиме в состояниях холодного пуска в течение порогового периода сразу после пуска двигателя. В это время температура первого и второго устройств 172 и 174 нейтрализации может быть ниже соответствующих температур активации. Уменьшение выбросов из выхлопной трубы сразу после холодного пуска двигателя позволяет улучшить качество выбросов. Накопление горячих отработавших газов в выпускном коллекторе, первом перепускном канале 184 и первой части 182 канала подачи РОГ в течение порогового периода позволяет впоследствии использовать тепловую энергию этих отработавших газов (во время работы выпускной системы во втором режиме) для прогрева первого и второго устройств 172 и 174 нейтрализации. В одном примере пороговый период, когда двигатель эксплуатируют в первом режиме сразу после холодного пуска, составляет одну секунду.

На ФИГ. 4B изображен пример 420 осуществления эксплуатации выпускной системы 150 на ФИГ. 1 во втором рабочем режиме. Во втором режиме третий трехходовой клапан 160 может быть приведен в первое положение для пропуска всего объема отработавших газов в первый перепускной канал 184. Второй трехходовой клапан может быть приведен во второе положение для пропуска отработавших газов из первого перепускного канала 184 в первую часть 182 канала подачи РОГ. Первый трехходовой клапан 162 может быть приведен в первое положение для пропуска отработавших газов из первой части 182 канала подачи РОГ обратно в основной выпускной канал 102. Так отработавшие газы можно направить из области выше по потоку от турбины 116 в область ниже по потоку от турбины 116 по первому перепускному каналу 184 и первой части 182 канала подачи РОГ в обход турбины 116. Горячие отработавшие газы можно направить через первое и второе устройства 172 и 174 нейтрализации, где за счет тепловой энергии отработавших газов могут быть достигнуты температуры активации устройств 172 и 174. Отводной клапан 176 может находиться в полностью открытом положении для отвода отработавших газов, выходящих из второго устройства 174 нейтрализации, во второй перепускной канал 140. Отработавшие газы могут поступать во входную трубку 440 в месте 132 соединения с возможностью возврата в основной выпускной канал 102 в месте 133 соединения через выходную трубку 442. Далее отработавшие газы могут быть сброшены в атмосферу по выхлопной трубе.

Охлаждающая жидкость может поступать в теплообменник 135 через вход 137 охлаждающей жидкости, одновременно течь по каждой из двух ветвей 136 и 138 в первом направлении (от входа 137 охлаждающей жидкости к выходу 139 охлаждающей жидкости), а затем покидать теплообменник через выход 139 охлаждающей жидкости. При течении охлаждающей жидкости от входа 137 охлаждающей жидкости к выходу 139 охлаждающей жидкости, поток охлаждающей жидкости может быть поровну распределен между двумя ветвями 136 и 138. Во время работы в этом режиме отработавшие газы могут течь через входную трубку 440 перепускного канала 140 во втором направлении (из выпускного канала 102 во входную трубку 440). Тепло отработавших газов, текущих во втором направлении (указанном штриховыми линиями) через первую трубку 440, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей (сплошные линии) в первом направлении по второй ветви 138 теплообменника. В связи с противоположными друг другу направлениями потоков охлаждающей жидкости и отработавших газов во входной трубке 440, может иметь место более высокая степень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости. Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости, выходящей из теплообменника через выход 139 охлаждающей жидкости, обратно в двигатель и/или через сердцевину отопителя для обогрева салона транспортного средства в зависимости от потребностей в нагреве двигателя и в обогреве салона. Охлаждающую жидкость можно направить через теплообменник в первом направлении, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой с запасом температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры больше порогового, и более высокая степень передачи тепла от отработавших газов может не привести к перегреву охлаждающей жидкости. Охлаждающую жидкость можно одновременно направлять и по первой ветви, и по второй ветви в первом направлении до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет пороговой, после чего охлаждающую жидкость можно направить и по первой ветви, и по второй ветви во втором направлении.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать во втором режиме в состояниях холодного пуска по истечении порогового периода после пуска двигателя. Во время порогового периода выпускную систему 150 можно эксплуатировать в первом режиме с последующим переходом к эксплуатации во втором режиме до тех пор, пока первое и второе устройства 172 и 174 нейтрализации не достигнут соответствующих температур активации. Горячие отработавшие газы, накопленные в выпускном коллекторе, первом перепускном канале 184 и первой части 182 канала подачи РОГ во время работы в первом режиме, можно направить в устройства 172 и 174 после перехода к работе во втором режиме. Направление отработавших газов в устройства 172 и 174 в обход турбины 116 позволяет уменьшить потерю тепловой энергии в турбине 116.

На ФИГ. 4С изображен пример 450 осуществления эксплуатации выпускной системы 150 на ФИГ. 1 в третьем рабочем режиме. В третьем режиме третий трехходовой клапан 160 может быть приведен во второе положение для пропуска первой части отработавших газов в первый перепускной канал 184, тогда как вторая (остальная) часть отработавших газов может течь непосредственно в первое устройство 172 нейтрализации через турбину 116. Второй трехходовой клапан 163 может быть приведен в первое положение для пропуска отработавших газов из первого перепускного канала 184 во впускной коллектор по второй части 183 канала подачи РОГ. Соотношение первой части отработавших газов (подаваемой в качестве РОГ) и второй части отработавших газов (непосредственно направляемой в устройства нейтрализации) можно определять в зависимости от желаемого уровня РОГ. РОГ может быть запрошена для достижения желаемого разбавления в двигателе и, тем самым, улучшения экономии топлива и качества выбросов. Запрошенное 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, входным параметром которой являются частота вращения и нагрузка двигателя, а результатом - сигнал, соответствующий степени открытия, для подачи клапану РОГ, при этом данная степень открытия обеспечивает величину разбавления, соответствующую введенной комбинации частоты вращения и нагрузки двигателя. В другом примере контроллер может использовать модель, соотносящую изменение нагрузки двигателя с изменением потребности в разбавлении в двигателе, и далее соотносящую изменение потребности в разбавлении в двигателе с изменением потребности в РОГ. Например, при возрастании нагрузки двигателя с низкой до средней, потребность в РОГ может расти, а затем, при возрастании нагрузки двигателя со средней до высокой, потребность в РОГ может падать. Проход третьего трехходового клапана 160 можно регулировать в зависимости от соотношения первой и второй частей, при этом проход увеличивают по мере роста первой части относительно второй части и уменьшают по мере уменьшения первой части относительно второй части.

В связи с первым положением второго трехходового клапана 163, отработавшие газы из первого перепускного канала 184 могут не поступать в первую часть 182 канала подачи РОГ и могут поступать только во вторую часть 183 канала подачи РОГ. Первый трехходовой клапан 162 может быть приведен в третье положение для блокирования потока отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первую часть 182 канала подачи РОГ. Вторую часть отработавших газов можно направить через первое и второе устройства 172 и 174 нейтрализации, где за счет тепловой энергии отработавших газов можно поддерживать температуры устройств 172 и 174 выше соответствующих температур активации. Отводной клапан 176 может находиться в частично открытом положении для отвода как минимум части (третьей) отработавших газов, выходящей из второго устройство 174 нейтрализации, во второй перепускной канал 140, тогда как остальная (четвертая) часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу. Третья часть отработавших газов может поступать во входную трубку 440 в месте 132 соединения с возможностью возврата в основной выпускной канал 102 в месте 133 соединения через выходную трубку 442. Далее третья и четвертая части отработавших газов могут быть сброшены в атмосферу по выхлопной трубе. Соотношение третьей и четвертой частей может зависеть от потребностей в нагреве двигателя и в обогреве салона транспортного средства. В одном примере третью часть можно увеличивать, а четвертую - соответственно уменьшать, по мере роста потребности в нагреве двигателя и/или обогреве салона транспортного средства. В другом примере третью часть можно уменьшать, а четвертую - соответственно увеличивать, по мере падения потребности в нагреве двигателя и/или обогреве салона транспортного средства. Проход отводного клапана 176 можно регулировать в зависимости от соотношения третьей и четвертой частей, при этом проход увеличивают по мере роста третьей части и уменьшают по мере уменьшения третьей части. В одном примере, когда температура двигателя и температура в салоне транспортного средства достигают соответствующего порога, дальнейшая рекуперация тепла отработавших газов может не быть нужна, в связи с чем отводной клапан может быть приведен в закрытое положение для направления всего объема отработавших газов, выходящих из второго устройство 174 нейтрализации, непосредственно в выхлопную трубу.

Первую часть отработавших газов, текущую во впускной коллектор по второй части 183 канала подачи РОГ, и третью часть отработавших газов, текущую через входную трубку 440, может охлаждать охлаждающая жидкость, текущую по первой ветви 136 и по второй ветви 138 теплообменника 135 соответственно. Охлаждающая жидкость может поступать в теплообменник 135 через вход 137 охлаждающей жидкости, одновременно течь по каждой из двух ветвей 136 и 138 в первом направлении (от входа 137 охлаждающей жидкости к выходу 139 охлаждающей жидкости), а затем покидать теплообменник через выход 139 охлаждающей жидкости. Во время работы в этом режиме отработавшие газы могут течь по второй части 183 канала подачи РОГ и входной трубке 440 перепускного канала 140 во втором направлении (из выпускного канала 102 в канал подачи РОГ и входную трубку). Так как направления потоков охлаждающей жидкости (текущей и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника) и отработавших газов (текущих по второй части канала подачи РОГ и входной трубке) противоположны друг другу, может иметь место более высокая степень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости. Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости, выходящей из теплообменника через выход 139 охлаждающей жидкости, обратно в двигатель и/или через сердцевину отопителя для обогрева салона транспортного средства в зависимости от потребностей в нагреве двигателя и в обогреве салона.

Охлаждающую жидкость можно направлять через теплообменник в первом направлении, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой с запасом температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры больше порогового, и более высокая степень передачи тепла от отработавших газов может не привести к перегреву охлаждающей жидкости. При этом, если запас температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры упадет ниже порога, дальнейшую передачу тепла охлаждающей жидкости можно уменьшить для снижения вероятности перегрева охлаждающей жидкости. Поэтому, если запас температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры упадет ниже порога, направление потока охлаждающей жидкости через теплообменник можно изменить путем регулировок клапана-переключателя. Охлаждающая жидкость может поступать в теплообменник 135 через выход 139 охлаждающей жидкости, одновременно течь по каждой из двух ветвей 136 и 138 во втором направлении (от выхода 139 охлаждающей жидкости к входу 137 охлаждающей жидкости), а затем покидать теплообменник через вход 137 охлаждающей жидкости. В связи с параллельными направлениями потоков охлаждающей жидкости (текущей и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении) и отработавших газов (текущих по второй части канала подачи РОГ и входной трубке во втором направлении), степень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости может быть меньше. При этом, если температура охлаждающей жидкости возрастет сверх пороговой, поток отработавших газов по второй части 183 канала РОГ и второму перепускному каналу 140 можно приостановить для уменьшения дальнейшей передачи тепла охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник 135.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в третьем режиме, когда РОГ запрошена для достижения желаемого разбавления в двигателе, например, после активации устройств 172 и 174 нейтрализации отработавших газов (после достижения соответствующих температур активации), и когда нагрузка двигателя ниже пороговой. Направление отработавших газов из области выше по потоку от турбины 116 позволяет подавать во впускной коллектор 22 более теплые РОГ. Поэтому выпускную систему 150 можно эксплуатировать в третьем режиме, когда для работы двигателя нужны более теплые РОГ.

На ФИГ. 4D изображен пример 460 осуществления эксплуатации выпускной системы 150 на ФИГ. 1 в четвертом рабочем режиме. В четвертом режиме третий трехходовой клапан 160 может быть приведен во второе положение для блокирования потока отработавших газов из основного выпускного канала 102 в первый перепускной канал 184. Поэтому весь объем отработавших газов может течь через турбину 116. Первый трехходовой клапан 162 может быть приведен в третье положение для пропуска первой части отработавших газов в первую часть 182 канала 180 подачи РОГ, при этом вторая часть отработавших газов может продолжать течь вниз по основному выпускному каналу (в первое устройство 172 нейтрализации). Соотношение первой части отработавших газов (подаваемой в качестве РОГ) и второй части отработавших газов (непосредственно направляемой в устройства нейтрализации) можно определять в зависимости от желаемого уровня РОГ. Как раскрыто выше, контроллер может определять желаемый уровень РОГ в зависимости от таких параметров работы двигателя, как температура двигателя, нагрузка двигателя и частота вращения двигателя. Проход клапана 162 можно регулировать в зависимости от соотношения первой и второй частей, при этом проход увеличивают по мере роста первой части и уменьшают по мере уменьшения первой части. Второй трехходовой клапан может быть приведен в третье положение для пропуска отработавших газов из первой части 182 канала подачи РОГ во впускной коллектор по второй части 183 канала подачи РОГ. В связи с третьим положением второго трехходового клапана 163, отработавшие газы из канала 180 подачи РОГ могут не поступать в первый перепускной канал 184. В одном примере, во время работы в четвертом режиме, РОГ может не быть запрошена для работы двигателя, и проход первого трехходового клапана 162 можно отрегулировать для блокирования потока отработавших газов из основного выпускного канала 102 в канал 180 подачи РОГ.

Если будет запрошена рекуперация тепла отработавших газов для целей обогрева салона транспортного средства, отводной клапан 176 может быть приведен в частично открытое положение для отвода как минимум части (третьей) отработавших газов, выходящих из второго устройство 174 нейтрализации, во второй перепускной канал 140, тогда как остальная (четвертая) часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу. Третья часть отработавших газов может поступать во входную трубку 440 в месте 132 соединения с возможностью возврата в основной выпускной канал 102 в месте 133 соединения через выходную трубку 442. Далее третья и четвертая части отработавших газов могут быть сброшены в атмосферу по выхлопной трубе. Соотношение третьей и четвертой частей может зависеть от потребностей в обогреве салона транспортного средства. В одном примере третью часть можно увеличивать, а четвертую - соответственно уменьшать, по мере роста потребности в обогреве салона транспортного средства. В другом примере третью часть можно уменьшать, а четвертую - соответственно увеличивать, по мере падения потребности в обогреве салона транспортного средства. Проход отводного клапана 176 можно регулировать в зависимости от соотношения третьей и четвертой частей, при этом проход увеличивают по мере роста третьей части и уменьшают по мере уменьшения третьей части. В одном примере, когда дальнейшая рекуперация тепла отработавших газов не нужна, отводной клапан может быть приведен в закрытое положение для направления всего объема отработавших газов, выходящих из второго устройство 174 нейтрализации, непосредственно в выхлопную трубу.

Первую часть отработавших газов, текущую во впускной коллектор по второй части 183 канала подачи РОГ, и третью часть отработавших газов, текущую через входную трубку 440, может охлаждать охлаждающая жидкость, текущая по первой ветви 136 и по второй ветви 138 теплообменника 135 соответственно. Во время работы в этом режиме отработавшие газы могут течь и по второй части 183 канала подачи РОГ, и по входной трубке 440 перепускного канала 140 во втором направлении (из выпускного канала 102 в канал подачи РОГ и входную трубку). В связи с противоположными друг другу направлениями потоков охлаждающей жидкости (текущей и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника) и отработавших газов (текущих по второй части канала подачи РОГ и входной трубке), может иметь место более высокая степень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости. Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости, выходящей из теплообменника через выход 139 охлаждающей жидкости, обратно в двигатель и/или через сердцевину отопителя для обогрева салона транспортного средства в зависимости от потребностей в нагреве двигателя и в обогреве салона.

Охлаждающую жидкость можно направлять через теплообменник в первом направлении, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой с запасом температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры больше порогового, и более высокая степень передачи тепла от отработавших газов может не привести к перегреву охлаждающей жидкости. При этом, если запас температуры охлаждающей жидкости до пороговой температуры упадет ниже порога, для уменьшения передачи тепла охлаждающей жидкости направление потока охлаждающей жидкости через теплообменник можно изменить путем регулирования клапана-переключателя.

Выпускную систему 150 можно эксплуатировать в четвертом режиме, когда нагрузка двигателя выше порога, в связи с чем нужно более высокое давление наддува. Направление всего объема отработавших газов через турбину 116 позволяет создать желаемое давление наддува.

Четыре примера режимов эксплуатации систем теплообмена на ФИГ. 1, раскрытых выше, представлены в табличной форме на ФИГ. 9. В строке 902 таблицы 900 представлены заданные положения клапанов выпускной системы, соответствующие эксплуатации выпускной системы в первом режиме, раскрытом на ФИГ. 4А, в строке 904 представлены заданные положения клапанов выпускной системы, соответствующие эксплуатации выпускной системы во втором режиме, раскрытом на ФИГ. 4B, в строке 906 представлены заданные положения клапанов выпускной системы, соответствующие эксплуатации выпускной системы в третьем режиме, раскрытом на ФИГ. 4С, а в строке 908 представлены заданные положения клапанов выпускной системы, соответствующие эксплуатации выпускной системы в первом режиме, раскрытом на ФИГ. 40.

Другой вариант выпускной системы двигателя на ФИГ. 1 показан на ФИГ. 2 и раскрыт ниже на примере системы 200 двигателя. Все компоненты системы 200 двигателя могут быть идентичны компонентам системы 100 двигателя, за исключением теплообменника 145. Компоненты, представленные ранее на ФИГ. 1, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно. Как и в варианте на ФИГ. 1, система 200 двигателя на ФИГ. 2 может также содержать систему 14 управления для управления работой двигателя. Систему 200 двигателя на ФИГ. 2 можно эксплуатировать в любом из режимов эксплуатации выпускной системы двигателя на ФИГ. 1, раскрытых на примерах ФИГ. 4A-4D.

На ФИГ. 2 система 200 двигателя содержит теплообменник 145, соединенный и с каналом 180 подачи РОГ, и с перепускным каналом 140 отработавших газов. В данном случае, теплообменник 145 может быть выполнен не с отдельными ветвями, а в виде контура с первой секцией 146 контура, соединенной по текучей среде с первой частью 182 канала 180 подачи РОГ, и второй секцией 148 контура, соединенной по текучей среде с отводом 141 второго перепускного канала 140 отработавших газов. Весь объем охлаждающей жидкости, поступающей в теплообменник 145, может течь последовательно через две секции теплообменника 145, где может происходить последовательная передача тепла от первой части отработавших газов, текущей по каналу подачи РОГ, и второй части отработавших газов, текущей по перепускному каналу, охлаждающей жидкости. Регулирование порядка течения охлаждающей жидкости через контурный теплообменник позволяет менять порядок охлаждения отработавших газов в канале 180 подачи РОГ и втором перепускном канале 140 отработавших газов. В теплообменнике 145 направление потока охлаждающей жидкости по первой секции 146 противоположно направлению потока охлаждающей жидкости по второй секции 148. Порядок последовательного течения охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям теплообменника можно регулировать в зависимости от потребности в охлаждении РОГ и от потребности в нагреве двигателя. Потребность в охлаждении РОГ может зависеть от первой части отработавших газов, подаваемой в качестве РОГ, при этом потребность в охлаждении РОГ тем больше, чем больше первая часть отработавших газов. Аналогичным образом, потребность в охлаждении двигателя может зависеть от второй части отработавших газов, отводимой по перепускному каналу, при этом потребность в охлаждении двигателя тем больше, чем больше вторая часть отработавших газов. Порядок последовательного течения охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям можно менять в зависимости от соотношения первой и второй частей. Когда нагрузка двигателя выше пороговой, проход первого трехходового клапана 162, соединенного с выпускным каналом 102 ниже по потоку от турбины 116, можно регулировать для направления отработавших газов из области ниже по потоку от турбины 116 во впускной коллектор 22 двигателя, а когда нагрузка двигателя ниже пороговой, проход первого трехходового клапана 162, соединенного с выпускным каналом выше по потоку от турбины, можно регулировать для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины во впускной коллектор двигателя, при этом проход первого трехходового клапана 162 увеличивают по мере роста потребности в разбавлении в двигателе.

В одном примере охлаждающую жидкость можно направить от входа 247 в первую секцию 146 и далее во вторую секцию с последующим выходом из контура охлаждения через выход 249. Во время течения охлаждающей жидкости в этом первом порядке, охлаждающую жидкость направляют по первой секции 146 теплообменника 145 в первом направлении (от первого конца первой секции, ближнего к клапану-переключателю 143, ко второму концу первой секции, ближнему к выпускному каналу 102), а затем по второй секции 148 во втором направлении, противоположном первому (от второго конца второй секции, ближнего к выпускному каналу 102, к первому концу второй секции, ближнему к клапану-переключателю 143), в то время как отработавшие газы текут и по первой части 182 канала 180 РОГ, и по отводу 141 перепускного канала 140 во втором направлении (из выпускного канала 102 в канал 180 РОГ и перепускной канал 140). Клапан-переключатель 143 может быть приведен в первое положение для пропуска потока охлаждающей жидкости в первом порядке. Весь объем охлаждающей жидкости (текущей в направлении, противоположном потоку отработавших газов по каналу 180 РОГ) может аккумулировать тепло сначала от отработавших газов, текущих по каналу 180 подачи РОГ, а затем от отработавших газов, текущих по перепускному каналу 140 (охлаждающая жидкость, текущая параллельно направлению потока отработавших газов по перепускному каналу). Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости обратно в двигатель (например, когда нужен нагрев двигателя) и/или через сердцевину отопителя для обогрева салона транспортного средства (например, когда запрошен обогрев салона). Охлаждающую жидкость можно направлять в первом порядке, когда первая часть отработавших газов больше второй (например, когда потребность в охлаждении РОГ превышает потребность в охлаждении двигателя).

В другом примере клапан-переключатель 143 может быть приведен во второе положение для направления охлаждающей жидкости через теплообменник 145 во втором порядке, когда охлаждающую жидкость направляют от выхода 249 во вторую секцию 148 теплообменника 145 в первом направлении, а затем по первой секции 146 во втором направлении с последующим выходом из контура охлаждения через вход 247, в то время как отработавшие газы текут и по каналу 180 РОГ, и по второму перепускному каналу 140 во втором направлении. Весь объем охлаждающей жидкости (текущей в направлении, противположном потоку отработавших газов по перепускному каналу 140) может аккумулировать тепло сначала от отработавших газов, текущих по отводу 141 второго перепускного канала 140, а затем от отработавших газов, текущих по первой части 182 канала 180 РОГ (охлаждающая жидкость, текущая параллельно направлению потока отработавших газов по каналу РОГ). Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости обратно в двигатель и/или через сердцевину отопителя для обогрева салона транспортного средства. Охлаждающую жидкость можно направлять во втором порядке, когда вторая часть отработавших газов больше первой (например, когда потребность в охлаждении РОГ ниже потребности в охлаждении двигателя).

Таким образом, первую часть отработавших газов можно отводить из выпускного канала 102 в канал 180 РОГ, вторую часть отработавших газов можно отводить из выпускного канала 102 в перепускной канал 140 отработавших газов, тепло из первой части отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по первой секции 146 разветвленного теплообменника, тепло из второй части отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по второй секции 148 теплообменника 145, а поток охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям можно изменять в зависимости от соотношения первой и второй частей.

Другой вариант осуществления системы на ФИГ. 2 показан на ФИГ. 3 и раскрыт ниже на примере системы 300 двигателя. Все компоненты системы 300 двигателя могут быть идентичны компонентам системы 200 двигателя, за исключением выпускной системы 150. Компоненты, представленные ранее на ФИГ. 2, имеют аналогичные номера и не будут представлены повторно. Как и в варианте на ФИГ. 2, система 300 двигателя на ФИГ. 3 может также содержать систему 14 управления для управления работой двигателя. Систему 300 двигателя на ФИГ. 3 можно эксплуатировать в любом из режимов эксплуатации выпускной системы двигателя на ФИГ. 1, раскрытых на примерах ФИГ. 4A-4D.

Как видно из ФИГ. 3, основной канал 180 подачи рециркулирующих отработавших газов (РОГ) может быть соединен с выпускным каналом 102 выше по потоку от первого устройства 172 нейтрализации отработавших газов (ниже по потоку от турбины 116) для подачи РОГ низкого давления (РОГ НД) во впускной коллектор двигателя выше по потоку от компрессора 114. Первый перепускной канал может быть соединен и с основным выпускным каналом выше по потоку от турбины 116, и с основной каналом 180 РОГ. Первый трехходовой клапан 162 может быть соединен с основным каналом 180 подачи РОГ для регулирования потока отработавших газов в основной канал 180 подачи РОГ из основного выпускного канала 102. Второй трехходовой клапан 163 может быть соединен с местом соединения первого перепускного канала 184 и основного канала 180 подачи РОГ. Третий трехходовой клапан 160 может быть соединен с местом соединения первого перепускного канала 184 и основного выпускного канала 102 для регулирования потока отработавших газов в первый перепускной канал 184 из основного выпускного канала 102. Часть основного канала подачи РОГ между первым трехходовым клапаном 162 и вторым трехходовым клапаном 163 может именоваться «первая часть 182 канала подачи РОГ», а часть между вторым трехходовым клапаном 163 и впускным коллектором может именоваться «вторая часть 183 канала 180 подачи РОГ». Второй канал 157 РОГ может быть соединен и со вторым перепускным каналом 140 выше по потоку от области второго перепускного канала 140, соединенной с теплообменником 155, и с основным каналом 180 подачи РОГ ниже по потоку от первого трехходового клапана 162 и выше по потоку от второго трехходового клапана 163. Четвертый трехходовой клапан 165 может регулировать поток отработавших газов из перепускного канала в основной канал 180 подачи РОГ по второму каналу 157 РОГ. Таким образом, РОГ, подавемые во впускной коллектор по основному каналу 180 РОГ, также можно отбирать из области ниже по потоку от второго устройства 174 нейтрализации отработавших газов и выше по потоку от отводного клапана 176.

Система 200 двигателя содержит теплообменник 155, соединенный и со второй частью 183 основного канала 180 подачи РОГ, и с отводом 141 перепускного канала 140 отработавших газов. Теплообменник 155 может быть идентичен теплообменнику 145, раскрытому на ФИГ. 2. Регулирование положения клапана-переключателя 143 позволяет направлять охлаждающую жидкость через теплообменник в первом порядке и во втором порядке, как раскрыто на примере ФИГ. 2. В первом порядке охлаждающая жидкость может течь сначала по первой секции 156 теплообменника 155, а затем по второй секции 158, а во втором порядке охлаждающая жидкость может течь сначала по второй секции 158, а затем по первой секции 156, а в третьем режиме поток охлаждающей жидкости через теплообменник 155 может быть приостановлен. Порядок течения охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям может зависеть от объединенного потока отработавших газов по каналу 180 РОГ и величины потока отработавших газов по перепускному каналу. Первый порядок может быть выбран, когда поток отработавших газов по каналу 180 РОГ больше потока отработавших газов по перепускному каналу, а второй режим может быть выбран, когда поток отработавших газов по перепускному каналу больше потока отработавших газов по каналу 180 РОГ.

Таким образом, системы на ФИГ. 1, 2, 3 и 4A-4D содержат: впускной коллектор, выпускную систему двигателя, содержащую выпускной канал и каталитический нейтрализатор отработавших газов, турбонагнетатель, содержащий турбину, соединенную с выпускным каналом, и компрессор, соединенный с впускным коллектором, канал РОГ с первым клапаном для рециркуляции отработавших газов из выпускного канала выше по потоку от каталитического нейтрализатора во впускной коллектор, первый перепускной канал отработавших газов, соединяющий выпускной канал в области выше по потоку от турбины с каналом РОГ, второй клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и канала РОГ, и третий клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и выпускного канала, при этом второй перепускной канал отработавших газов соединяет выпускной канал в области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с областью выше по потоку от выхлопной трубы посредством отводного клапана, датчик температуры, соединенный с выпускным каналом выше по потоку от каталитического нейтрализатора, для оценки температуры отработавших газов, теплообменник с входом охлаждающей жидкости, разветвленный на первую ветвь и вторую ветвь, при этом первая ветвь и вторая ветвь снова соединяются у выхода охлаждающей жидкости, при этом первая ветвь соединена по текучей среде с отводом канала РОГ, а вторая ветвь соединена по текучей среде с отводом перепускного канала, систему охлаждения с датчиком температуры охлаждающей жидкости и клапаном-переключателем, при этом система охлаждения соединена по текучей среде и с теплообменником, и с блоком цилиндров двигателя, и с сердцевиной отопителя. Система может также содержать контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой, перевода клапана-переключателя в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении, и передачи тепла от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви в первом направлении, и от отработавших газов, текущих по отводу перепускного канала во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника в первом направлении, при этом первое направление противоположно второму.

ФИГ. 5 иллюстрирует первый пример способа 500 с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов по выпускной системе двигателя на ФИГ. 1-3. Инструкции для осуществления способа 500 и остальных включенных в настоящее описание способов может исполнять контроллер в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1-3. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.

На шаге 502 алгоритм предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут входить, например, водительский запрос, температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура отработавших газов, параметры окружающей среды, в том числе - температура, давление и влажность окружающей среды, давление и температура в коллекторе, давление наддува, воздушно-топливное отношение отработавших газов и т.п.

На шаге 504 алгоритм предусматривает подтверждение состояния холодного пуска двигателя. Состояние холодного пуска двигателя может быть подтверждено, если двигатель запускают после длительного периода бездействия двигателя, в то время как температура двигателя ниже порога (например, ниже температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов), и температура окружающей среды ниже порога. В состояниях холодного пуска могут быть нужны ускоренный нагрев каталитического нейтрализатора и нагрев двигателя для уменьшения выбросов при холодном пуске. Кроме того, водителю транспортного средства может быть нужен обогрев пассажирского салона. Кроме того, во время холодного пуска двигателя рециркуляция отработавших газов (РОГ) может не быть нужна.

Если состояния холодного пуска двигателя будут подтверждены, на шаге 506 выпускную систему можно эксплуатировать в первом режиме. Для эксплуатации в первом режиме, на шаге 507 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному с первым клапаном выпускной системы, клапаном_1 (например, первым трехходовым клапаном 162 на ФИГ. 1), для перевода клапана_1 во второе положение; на шаге 508 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со вторым клапаном выпускной системы, клапаном_2 (например, вторым трехходовым клапаном 163 на ФИГ. 1), для перевода клапана_2 во второе положение; а на шаге 509 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному с третьим клапаном выпускной системы, клапаном_3 (например, третьим трехходовым клапаном 160 на ФИГ. 1), для перевода клапана_3 в первое положение. Во время работы выпускной системы в первом режиме, на шаге 510, отводной клапан выпускной системы (например, отводной клапан 176 на ФИГ. 1) можно удерживать в закрытом положении для блокирования потока отработавших газов во второй перепускной канал (например, второй перепускной канал 140 на ФИГ. 1). Дополнительно можно запустить таймер для измерения периода работы двигателя в первом режиме.

На шаге 512 отработавшие газы можно накаливать в секциях выпускной системы для уменьшения выбросов из выхлопной трубы. В связи с первым положением клапана_3, отработавшие газы могут поступать в первый перепускной канал (например, первый перепускной канал 184 на ФИГ. 1) из области выше по потоку от турбины. В связи со вторым положением клапана_2, отработавшие газы могут далее течь в первую часть (например, первую часть 182 канала 180 РОГ на ФИГ. 1) канала подачи РОГ. При этом, в связи со вторым положением клапана_1, отработавшие газы могут не поступать обратно в основной выпускной канал. Это позволяет удерживать горячие отработавшие газы в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала и первой части канала подачи РОГ, и может не происходить сброс отработавших газов в атмосферу по выхлопной трубе. Таким образом, уменьшение сброса отработавших газов по выхлопной трубе сразу после холодного пуска двигателя позволяет уменьшить нежелательные выбросы при холодном пуске.

На шаге 514 алгоритм предусматривает определение того, истек ли пороговый период (по таймеру) после события пуска двигателя, во время которого выпускную систему двигателя эксплуатируют в первом режиме. Во время данного порогового периода горячие отработавшие газы накапливают в компонентах выпускной системы и не сбрасывают в атмосферу. В одном примере пороговый период может составлять одну секунду. Если будет определено, что пороговый период не истек, на шаге 516 можно продолжить эксплуатацию выпускной системы в первом режиме.

Если будет определено, что время, прошедшее после пуска двигателя, превышает пороговый период, на шаге 518 выпускную систему можно перевести во второй режим. Для эксплуатации во втором режиме, на шаге 519 клапан_1 может быть приведен в первое положение, на шаге 520 клапан_2 может быть приведен во второе положение, и на шаге 521 клапан_3 может быть приведен в первое положение. Во время работы выпускной системы во втором режиме, на шаге 522 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному с отводным клапаном, для перевода отводного клапана в полностью открытое положение.

На шаге 524 отработавшие газы можно направить из области выше по потоку от турбины в каталитические нейтрализаторы по первому перепускному каналу в обход турбины. В связи с первым положением клапана_3 отработавшие газы могут поступать в первый перепускной канал из области выше по потоку от турбины, и в связи со вторым положением клапана_2 отработавшие газы могут далее течь в первую часть канала подачи РОГ. В связи с первым положением клапана_1 отработавшие газы могут поступать обратно в основной выпускной канал ниже по потоку от турбины и течь в каталитические нейтрализаторы. На шаге 526, в связи с полностью открытым положением отводного клапана, весь объем отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, может течь в выхлопную трубу по второму перепускному каналу.

На шаге 528 можно выбрать направление потока отработавших газов через теплообменник в зависимости от потребности в нагреве двигателя, а также в зависимости от соотношения температуры отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости. Например, во время холодного пуска температура охлаждающей жидкости может быть низкой, и в связи с тем, что температура охлаждающей жидкости ниже пороговой, клапан-переключатель может быть приведен в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении (от входа охлаждающей жидкости к выходу охлаждающей жидкости), в то время как отработавшие газы текут по отводу второго перепускного канала, соединенному с теплообменником, во втором направлении (из выпускного канала в перепускной канал), противоположном первому направлению. В связи с тем, что направления потока отработавших газов и потока охлаждающей жидкости противоположны друг другу, величина передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости может быть больше. При этом, если температура охлаждающей жидкости выше пороговой, клапан-переключатель может быть приведен во второе положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении (от выхода охлаждающей жидкости к входу охлаждающей жидкости), в то время как отработавшие газы текут по отводу перепускного канала, соединенному с теплообменником, во втором направлении. В связи с тем, что направления потока отработавших газов и потока охлаждающей жидкости параллельны друг другу, величина передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости может быть меньше, что уменьшает рост температуры охлаждающей жидкости после передачи тепла отработавших газов.

На шаге 530, во время течения отработавших газов через часть второго перепускного канала, соединенную с теплообменником, тепло отработавших газов может быть рекуперировано в теплообменнике. А именно, тепло от отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник. Рекуперация тепла отработавших газов охлаждающей жидкостью 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 во время холодного пуска, что уменьшает выбросы при холодном пуске. Использование остаточного тепла отработавших газов после нагрева каталитического нейтрализатора отработавших газов обеспечивает преимущество, состоящее в возможности ускорения нагрева двигателя во время холодного пуска. В частности, можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через двигатель и/или через сердцевину отопителя с возможностью использования тепла для нагрева других компонентов системы транспортного средства. Например, если водитель транспортного средства запросит обогрев салона в связи с тем, что температура салон транспортного средства ниже желаемой при холодном пуске, можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через сердцевину отопителя и обеспечить обогрев салона. Таким образом, в зависимости от потребностей в обогреве салона, запрошенном водителем транспортного средства (например, в зависимости от заданной температуры в салоне), можно осуществить передачу тепла от сердцевины отопителя в салон. Например, воздух можно втягивать в салон через сердцевину отопителя, что обеспечивает возможность обогрева салона. Также можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости в блок цилиндров двигателя и головку блока цилиндров для повышения температур двигателя и, тем самым, уменьшения выбросов твердых частиц и улучшения эксплуатационных показателей двигателя в состояниях с низкими температурами окружающей среды.

На шаге 532 алгоритм предусматривает определение того, превышает ли температура каталитического нейтрализатора отработавших газов пороговую. Пороговая температура может соответствовать температуре активации каталитического нейтрализатора, и при температурах сверх этой пороговой температуры каталитический нейтрализатор может функционировать оптимально. Поэтому можно определить, достигли ли один или несколько каталитических нейтрализаторов отработавших газов соответствующих температур активации. Кроме того, если на шаге 502 состояние холодного пуска двигателя не будет подтверждено, алгоритм может проследовать непосредственно на шаг 532, где определяют, превышает ли температура каталитического нейтрализатора пороговую. Если будет определено, что температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой, можно продолжить эксплуатацию выпускной системы во втором режиме для ускорения достижения температуры активации каталитического нейтрализатора. Если будет определено, что температура каталитического нейтрализатора выше пороговой, на шаге 536 может быть выбран режим эксплуатации выпускной системы в зависимости от нагрузки двигателя. Рециркуляция отработавших газов может быть желательна в зависимости от таких параметров работы двигателя, как температура двигателя, частота вращения двигателя и нагрузка двигателя. Дальнейший выбор рабочих режимов выпускной системы подробнее раскрыт на примере ФИГ. 6.

ФИГ. 6 иллюстрирует первый пример способа 600 с возможностью реализации для регулирования потока отработавших газов по выпускной системе двигателя на ФИГ. 1-3 в зависимости от нагрузки двигателя. Способ 600 может входить в состав примера способа 500 на ФИГ. 5 с возможностью его выполнения на шаге 536 способа 500.

На шаге 602 алгоритм предусматривает нахождение параметров работы двигателя, в том числе - нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя и температуры двигателя, оцененных на шаге 502 способа 500. На шаге 604 алгоритм предусматривает определение того, ниже ли нагрузка двигателя, чем пороговая. Пороговая нагрузка двигателя может соответствовать состояниям, когда происходит ускорение транспортного средства, и потребность в наддуве относительно высока. Если будет определено, что нагрузка двигателя ниже пороговой, алгоритм может проследовать на шаг 606 для эксплуатации выпускной системы в третьем режиме. Для эксплуатации в третьем режиме, на шаге 607 клапан_1 может быть приведен в третье положение, на шаге 608 клапан_2 может быть приведен в первое положение, и на шаге 609 клапан_3 может быть приведен во второе положение. Во время работы выпускной системы в третьем режиме, на шаге 610 отводной клапан может быть приведен в частично открытое положение.

На шаге 612, во время работы выпускной системы в третьем режиме, первую часть отработавших газов можно направить во впускной коллектор из области выше по потоку от турбины, а вторую (остальную) часть отработавших газов можно направить в каталитический нейтрализатор через турбину. В связи со вторым положением клапана_3, первая часть отработавших газов может поступать в первый перепускной канал из области выше по потоку от турбины, и, в связи с первым положением клапана_2, первая часть отработавших газов может продолжить течь во впускной коллектор по каналу подачи РОГ (без возврата в основной выпускной канал). Вторая часть отработавших газов может не поступать в канал подачи РОГ в связи с третьим положением клапана_1 и может течь далее в каталитические нейтрализаторы. Соотношение первой и второй частей может зависеть от желаемого уровня РОГ, в свою очередь могущего зависеть от таких параметров работы двигателя, как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя и т.п. Контроллер может определять желаемый уровень РОГ путем, непосредственно учитывающим определенные частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя и т.п., например, повышая уровень РОГ по мере роста нагрузки двигателя в области нагрузок от низких до средних, а затем уменьшая количество РОГ по мере роста нагрузки двигателя в области нагрузок от средних до высоких. Или же контроллер может определять желаемый уровень РОГ по табулированной зависимости в памяти контроллера, при этом входными параметрами табулированной зависимости являются частота вращения двигателя и нагрузка двигателя, а результатом - количество РОГ или соотношение первой и второй частей отработавших газов. В зависимости от определенного соотношения, можно отрегулировать проход клапана_3 для пропуска желаемого количества отработавших газов в первый перепускной канал и канал подачи РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста первой части и уменьшают по мере ее уменьшения.

На шаге 618 открытие отводного клапана обеспечивает возможность течения отработавших газов в выхлопную трубу по второму перепускному каналу. Проход отводного клапана можно регулировать для направления третьей части отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу, тогда как четвертая часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу без поступления в перепускной канал. Соотношение третьей и четвертой частей отработавших газов можно выбирать в зависимости от потребности в нагреве двигателя и потребности в обогреве салона транспортного средства. В одном примере контроллер может определять третью часть путем, непосредственно учитывающим температуру двигателя, температуру в салоне, запрошенную температуру в салоне и т.п. Или же контроллер может определять соотношение третьей и четвертой частей отработавших газов путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются температура двигателя, и/или температура в салоне, и/или запрошенная температура в салоне, а результатом - степень открытия отводного клапана. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, в отношении положения отводного клапана) на основе логических формул, представляющих собой функцию от параметров, в число которых входят температура двигателя, температура в салоне, запрошенная температура в салоне. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый отводному клапану для перемещения отводного клапана в положение, соответствующее определенной степени открытия. Проход отводного клапана можно увеличивать по мере роста третьей части и соответствующего уменьшения четвертой части отработавших газов, при этом проход отводного клапана можно уменьшать по мере уменьшения третьей части и соответствующего роста четвертой части отработавших газов. В одном примере, если нагрев двигателя или транспортного средства не нужен, отводной клапан может быть приведен в закрытое положение, и весь объем отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, можно направить непосредственно в выхлопную трубу.

На шаге 620 можно выбрать направление потока отработавших газов через теплообменник в зависимости от потребности в охлаждении РОГ, потребности в нагреве двигателя, а также в зависимости от соотношения температуры отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости. Например, если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой, клапан-переключатель может быть приведен в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении (от входа охлаждающей жидкости к выходу охлаждающей жидкости), в то время как отработавшие газы текут по отводу второго перепускного канала, соединенному с теплообменником, во втором направлении (из выпускного канала в перепускной канал), противоположном первому направлению. В связи с тем, что направления потока отработавших газов и потока охлаждающей жидкости противоположны друг другу, величина передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости может быть больше. При этом, если температура охлаждающей жидкости выше пороговой, клапан-переключатель может быть приведен во второе положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении (от выхода охлаждающей жидкости к входу охлаждающей жидкости), в то время как отработавшие газы текут по отводу перепускного канала, соединенному с теплообменником, во втором направлении. В связи с тем, что направления потока отработавших газов и потока охлаждающей жидкости параллельны друг другу, величина передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости может быть меньше, что уменьшает рост температуры охлаждающей жидкости после передачи тепла отработавших газов. Направление потока охлаждающей жидкости может также зависеть от потребности в охлаждении РОГ и потребности в рекуперации тепла отработавших газов. Например, когда как минимум одна из потребностей - в охлаждении РОГ или в рекуперации тепла отработавших газов - является более высокой, более высокую степень передачи тепла можно обеспечить путем направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов по каналу РОГ и по перепускному каналу. Для сравнения, когда как минимум одна из потребностей - в охлаждении РОГ или в рекуперации тепла отработавших газов - является более низкой, более низкую степень передачи тепла можно обеспечить путем направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в том же направлении, в котором текут отработавшие газы по каналу РОГ и по перепускному каналу. В одном примере, если как минимум одна из потребностей - в охлаждении РОГ или в рекуперации тепла отработавших газов - является более высокой, и температура охлаждающей жидкости выше пороговой, для уменьшения передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости (чтобы температура охлаждающей жидкости могла больше не расти), клапан-переключатель может быть приведен во второе положение для направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении (параллельно направлению потока отработавших газов).

На шаге 622, во время течения отработавших газов по каналу РОГ и второму перепускному каналу, тепло отработавших газов может быть передано охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник. Можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через двигатель и/или через сердцевину отопителя с возможностью использования тепла для нагрева других компонентов системы транспортного средства. Например, если водитель транспортного средства запросит обогрев салона в связи с тем, что температура в салоне транспортного средства ниже желаемой, можно осуществить циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через сердцевину отопителя и передачу тепла от сердцевины отопителя в салон.

При этом, если на шаге 604 будет определено, что нагрузка двигателя выше пороговой, на шаге 614 выпускную систему можно эксплуатировать в четвертом режиме. Для эксплуатации в четвертом режиме, на шаге 615 клапан_1 может быть приведен в третье положение, на шаге 616 клапан_2 может быть приведен в третье положение, и на шаге 617 клапан_3 может быть приведен в третье положение. Во время работы выпускной системы в четвертом режиме, на шаге 618 отводной клапан может быть приведен в частично открытое положение.

На шаге 616, во время эксплуатации выпускной системы в четвертом режиме, весь объем отработавших газов можно направить через турбину, далее первую часть отработавших газов можно направить во впускной коллектор из области ниже по потоку от турбины, а вторую (остальную) часть отработавших газов можно направить непосредственно в каталитический нейтрализатор. В связи с третьим положением клапана_3, отработавшие газы из области выше по потоку от турбины могут не поступать в первый перепускной канал, и весь объем отработавших газов может течь через турбину. Направление всего объема отработавших газов через турбину позволяет создавать больший наддув в состояниях с нагрузкой двигателя выше пороговой. В связи с третьим положением клапана_1, первая часть отработавших газов может поступать в канал подачи РОГ, а в связи с третьим положением клапана_2, первая часть отработавших газов может продолжать течь во впускной коллектор по каналу подачи РОГ. Соотношение первой и второй частей может зависеть от желаемого уровня РОГ, могущего зависеть от потребности в разбавлении в двигателе. Потребность в разбавлении в двигателе можно оценивать в соответствии с комбинацией частоты вращения и нагрузки двигателя. Например, контроллер может использовать модель, соотносящую изменение нагрузки двигателя с изменением потребности в разбавлении в двигателе, и далее соотносящую изменение потребности в разбавлении в двигателе с изменением потребности в РОГ. Контроллер может направить сигнал приводу, соединенному с клапаном_1, для регулирования прохода клапана_1 в зависимости от указанного соотношения, при этом проход увеличивают по мере роста первой части и уменьшают по мере уменьшения первой части. В одном примере РОГ может не быть нужна в состояниях с более высокой нагрузкой, и клапан_1 можно полностью закрыть для направления всего объема отработавших газов, выходящих из турбины, в каталитический нейтрализатор. Алгоритм может далее проследовать на шаг 618, на котором как минимум часть отработавших газов можно направить в выхлопную трубу по второму перепускному каналу.

Таким образом, если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой, клапан-переключатель может быть приведен в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении, при этом тепло от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви в первом направлении, при этом тепло от отработавших газов, текущих по отводу перепускного канала во втором направлении, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника в первом направлении. Аналогичным образом, если температура охлаждающей жидкости выше пороговой, клапан-переключатель может быть приведен во второе положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении, при этом тепло от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви во втором направлении, при этом тепло от отработавших газов, текущих по отводу перепускного канала во втором направлении, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника во втором направлении.

На ФИГ. 7 и 8, при их совместном рассмотрении, раскрыт пример рабочих последовательностей 700, 800, иллюстрирующих эксплуатацию выпускной системы двигателя на ФИГ. 1-3 в различных рабочих состояниях двигателя в один и тот же период времени. Горизонтальная ось (х) обозначает время, а вертикальные метки t1-t5 - значимые моменты эксплутации системы теплообмена.

Первый график, линия 702, представляет температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов, оцениваемую по температурам отработавших газов. Штриховая линия 703 представляет температуру активации каталитического нейтрализатора, сверх которой функционирование каталитического нейтрализатора может быть оптимальным. Второй график, линия 704, представляет изменение нагрузки двигателя, выводимое из входного сигнала датчика положения педали, во времени. Третий график, линия 706, представляет поток РОГ из выпускного коллектора во впускной коллектор по каналу РОГ, соответствующий потребности в РОГ. Четвертый график, линия 708, представляет поток отработавших газов по второму перепускному каналу отработавших газов для рекуперации тепла отработавших газов. Пятый график, линия 710, представляет изменение температуры охлаждающей жидкости двигателя во времени, оцениваемой посредством датчика температуры, соединенного с системой охлаждения, в теплообменнике. Штриховая линия 711 представляет первую пороговую температуру охлаждающей жидкости, при превышении которой возможно уменьшение запаса температуры до точки кипения (перегрева) охлаждающей жидкости. Штриховая линия 709 представляет вторую пороговую температуру охлаждающей жидкости, соответствующую точке кипения охлаждающей жидкости. Шестой график, линия 712, представляет направление потока охлаждающей жидкости по первой ветви и по второй ветви первого варианта осуществления теплообменника (на ФИГ. 1). Первый график на ФИГ. 8, линия 802, представляет положение первого клапана, клапана_1 (например, клапана 162 на ФИГ. 1), соединенного с местом соединения основного выпускного канала и канала подачи РОГ. Второй график, линия 804, представляет положение второго клапана, клапана_2 (например, клапана 163 на ФИГ. 1), соединенного с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и канала подачи РОГ. Третий график, линия 806, представляет положение третьего клапана, клапана_3 (например, клапана 160 на ФИГ. 1), соединенного с местом соединения основного выпускного канала и первого перепускного канала отработавших газов. Четвертый график, линия 808, представляет положение отводного клапана (например, клапана 176 на ФИГ. 1), регулирующего поток отработавших газов по второму перепускному каналу отработавших газов.

До момента t1 двигатель заглушен, и транспортное средство не приводят в движение за счет крутящего момента двигателя. В момент t1, в связи с тем, что водитель запрашивает крутящий момент, происходит пуск двигателя из неподвижного состояния после периода бездействия. В момента пуска двигателя температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры 703. На основании того, что температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой, получают подтверждение состояния холодного пуска двигателя. Для уменьшения выбросов при холодном пуске, в t1 клапан_1 приводят во второе положение, клапан_2 приводят во второе положение, а клапан_3 приводят в первое (закрытое) положение для направления всего объема отработавших газов из области выше по потоку от турбины в основном выпускном канале в первый перепускной канал и первую часть канала подачи РОГ. В связи с заданными положениями клапанов, отработавшие газы могут не поступать обратно в выпускной канал или не течь во впускной коллектор. В результате, между моментами t1 и t2 отработавшие газы удерживают в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала отработавших газов и первой части канала подачи РОГ. Блокирование сброса отработавших газов в атмосферу в течение порогового периода уменьшает выбросы при холодном пуске. В это время отводной клапан можно удерживать в закрытом положении, так как рекуперация тепла отработавших газов может не происходить в связи с тем, что отработавшие газы не направляют в выхлопную трубу.

В момент t2 может быть определено, что истек пороговый период после холодного пуска двигателя и удержания отработавших газов в пределах какой-либо секции выпускного коллектора. Так как температура каталитического нейтрализатора ниже порога 703, горячие отработавшие газы теперь можно направить в каталитический нейтрализатор отработавших газов для ускорения достижения температуры активации каталитического нейтрализатора. Для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины непосредственно в каталитический нейтрализатор в обход турбины, клапан_1 приводят в первое положение, клапан_2 оставляют во втором положении, а клапан_3 оставляют в первом положении. Кроме того, горячие отработавшие газы, накопленные в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала отработавших газов и первой части канала подачи РОГ (между моментами t1 и t2), подают в каталитический нейтрализатор. Направление в обход турбины позволяет уменьшить потерю тепла отработавших газов в турбине и использовать горячие отработавшие газы для нагрева каталитического нейтрализатора. Кроме того, в момент t2 отводной клапан можно полностью открыть для направления отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, в выхлопную трубу по второму перепускному каналу отработавших газов. Так как температура охлаждающей жидкости ниже первого порога 711, охлаждающую жидкость можно направить по второй ветви теплообменника (направление потока охлаждающей жидкости по первой ветви то же, что и направление потока отработавших газов по второй ветви) в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов по входной трубке второго перепускного канала, для увеличения передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости. Поэтому между моментами t2 и t3 клапан-переключатель приводят в первое положение для направления охлаждающей жидкости по второй ветви теплообменника в первом направлении (от входа охлаждающей жидкости к выходу охлаждающей жидкости), при этом отработавшие газы текут по перепускному каналу во втором направлении (из выпускного канала во второй перепускной канал), при этом первое направление противоположно второму. В других конфигурациях выпускной системы, например, в вариантах осуществления выпускной системы на ФИГ. 2 и 3, в связи с повышенной потребностью в рекуперации тепла отработавших газов во время холодного пуска, охлаждающую жидкость можно направить сначала по второй ветви теплообменника, а затем - по первой ветви. Далее можно осуществлять циркуляцию нагретой охлаждающей жидкости через двигатель и/или сердцевину отопителя и использовать рекуперированное тепло отработавших газов для нагрева двигателя и/или обогрева салона транспортного средства. Между моментами t2 и t3, под действием потока отработавших газов, температура каталитического нейтрализатора может постепенно расти.

В момент t3 каталитический нейтрализатор отработавших газов может достичь температуры активации. Кроме того, в связи с изменением нагрузки двигателя от низкой до средней, может быть запрошена РОГ. Контроллер может определить желаемый уровень РОГ путем, непосредственно учитывающим такие параметры работы двигателя, как частота вращения двигателя и нагрузка двигателя. Для направления первой, большей, части отработавших газов из области выше по потоку от турбины во впускной коллектор в качестве РОГ с одновременным направлением второй (меньшей, остальной) части отработавших газов непосредственно в каталитический нейтрализатор через турбину, в момент t3 клапан_1 приводят в третье положение, клапан_2 приводят в первое положение, а клапан_3 приводят во второе положение. В связи с заданными положениями клапанов выпускной системы, между моментами t3 и t4 первая часть отработавших газов может течь во впускной коллектор из области выше по потоку от турбины по первому перепускному каналу и каналу подачи РОГ, тогда как вторая часть отработавших газов может течь через турбину, создавая желаемый наддув, и далее течь через каталитический нейтрализатор. Проход клапана_3 регулируют в зависимости от желаемого количества РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста количества РОГ. Кроме того, в это время может иметь место потребность в обогреве салона транспортного средства, и для рекуперации тепла отработавших газов отводной клапан приводят в частично открытое положение для направления отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, в выхлопную трубу по второму перепускному каналу отработавших газов. Отводной клапан может находиться в частично открытом положении для отвода как минимум части (третьей) отработавших газов, выходящих из каталитического нейтрализатора, во второй перепускной канал, тогда как остальная (четвертая) часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу. Соотношение третьей и четвертой частей может зависеть от потребностей в обогреве салона транспортного средства. В одном примере третью часть можно увеличивать, а четвертую - соответственно уменьшать, по мере роста потребности в обогреве салона транспортного средства. Проход отводного клапана можно регулировать в зависимости от соотношения третьей и четвертой частей, при этом проход увеличивают по мере роста третьей части и уменьшают по мере уменьшения третьей части.

Так как температура охлаждающей жидкости ниже первого порога 711, охлаждающую жидкость можно направить и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении, при этом отработавшие газы текут по каналу подачи РОГ и входной трубке второго перепускного канала отработавших газов во втором направлении. В связи с тем, что направления потоков отработавших газов и охлаждающей жидкости противоположны друг другу, возможен более высокий уровень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости. Это позволяет охлаждать РОГ в большей степени и рекуперировать большее количество тепла отработавших газов. Или же, во втором и третьем вариантах выпускной системы, в связи с возросшей потребностью в охлаждении РОГ, охлаждающую жидкость можно направить сначала по первой ветви теплообменника, а затем - по второй ветви, чтобы сначала охладить отработавшие газы в канале подачи РОГ, а затем рекуперировать тепло от отработавших газов, текущих по перепускному каналу.

В момент t4 нагрузка двигателя возрастает сверх пороговой нагрузки 705, и для работы двигателя может быть нужна большая величина наддува. Для направления всего объема отработавших газов через турбину, клапан_1 оставляют в третьем положении, клапан_2 приводят в третье положение, и клапан_3 приводят в третье положение. Между моментами t4 и t5, в связи с третьим положением клапана_3, отработавшие газы не будут поступать канал подачи РОГ и продолжат течь через турбину, после чего первая часть отработавших газов может поступить в канал подачи РОГ выше по потоку от каталитического нейтрализатора, а вторая (остальная) часть отработавших газов может течь в выхлопную трубу. Соотношение первой и второй частей может зависеть от потребности в РОГ. В связи с возросшей нагрузкой двигателя, желаемое количество РОГ (между моментами t4 и t5) для работы двигателя может быть ниже желаемого количества РОГ между t3 и t4. В это время дальнейший нагрев двигателя и/или обогрев салона транспортного средства не нужны, и отводной клапан может быть приведен в закрытое положение для блокирования поступления отработавших газов во второй перепускной канал. Поэтому вторая часть отработавших газов может течь непосредственно в выхлопную трубу из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора. Так как температура охлаждающей жидкости остается ниже первого порога 711, для увеличения передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, охлаждающую жидкость можно продолжить направлять по первой ветви теплообменника в первом направлении, так как отработавшие газы текут по каналу подачи РОГ во втором направлении. В других конфигурациях выпускной системы, например, в вариантах осуществления выпускной системы на ФИГ. 2 и 3, поскольку отработавшие газы не направляют по перепускному каналу, охлаждающую жидкость можно направить сначала по первой ветви теплообменника, а затем - по второй ветви, чтобы сначала охладить отработавшие газы в канале подачи РОГ.

В момент t5 можно видеть, что температура охлаждающей жидкости превысила первый порог 711, и, для снижения вероятности перегрева охлаждающей жидкости, клапан-переключатель может быть приведен во второе положение для направления охлаждающей жидкости по первой и по второй ветви теплообменника во втором направлении (от выхода охлаждающей жидкости к входу охлаждающей жидкости). Между моментами t5 и t6 отработавшие газы текут по каналу РОГ во втором направлении, и, в связи с параллельными направлениями потоков отработавших газов и охлаждающей жидкости, может иметь место более низкий уровень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, что снижает вероятность перегрева охлаждающей жидкости. Или же, во втором и третьем вариантах выпускной системы, в связи с возрастанием температуры охлаждающей жидкости, ее можно направить сначала по второй ветви теплообменника, а затем - по первой ветви для направления охлаждающей жидкости в том же направлении, что и направление потока отработавших газов по каналу РОГ, и, тем самым, уменьшения передачи тепла охлаждающей жидкости.

В момент t6 можно видеть, что нагрузка двигателя упала ниже порога 705. В связи с падением нагрузки двигателя может возрасти потребность в РОГ и упасть потребность в наддуве. Для уменьшения наддува с одновременным обеспечением желаемой РОГ, клапан_1 оставляют в третьем положении, клапан_2 приводят в первое положение, и клапан_3 приводят во второе положение. После момента t6, в связи с заданными положениями клапанов выпускной системы, первая часть отработавших газов может течь во впускной коллектор из области выше по потоку от турбины по первому перепускному каналу и каналу подачи РОГ, а вторая часть отработавших газов может течь через турбину, создавая желаемый наддув, а затем - через каталитический нейтрализатор. Направление отработавших газов в обход турбины снижает число оборотов турбины и, тем самым, давление наддува. Проход клапана_3 увеличивают по мере роста количества РОГ, подаваемых во впускной коллектор. Кроме того, в момент t6 видно, что температура охлаждающей жидкости упала ниже первого порога 711, поэтому клапан-переключатель приводят в первое положение для направления охлаждающей жидкости по первой и по второй ветви теплообменника в первом направлении. Поскольку отработавшие газы текут по каналу РОГ во втором направлении, в связи с противоположными друг другу направлениями потоков отработавших газов и охлаждающей жидкости, возможен более высокий уровень передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости, в результате чего возрастает температура охлаждающей жидкости (температура охлаждающей жидкости остается ниже первого порога 711). Таким образом, в зависимости от параметров работы двигателя, отработавшие газы можно направлять по каналу РОГ и второму перепускному каналу для обеспечения желаемых РОГ, наддува и рекуперации тепла отработавших газов.

Таким образом, ситуативное регулирование направления потока охлаждающей жидкости через теплообменник в зависимости от температуры охлаждающей жидкости позволяет избежать ее перегрева. Регулирование последовательности течения охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям теплообменника позволяет, в случае необходимости, отдавать предпочтение охлаждению РОГ или рекуперации тепла отработавших газов в зависимости от соотношения потребностей в охлаждении РОГ и в нагреве двигателя. Направление РОГ и отработавших газов для рекуперации тепла по двум отличным друг от друга каналам позволяет, при необходимости, одновременно осуществлять охлаждение РОГ и рекуперацию тепла отработавших газов посредством единственного теплообменника. Технический эффект, достигаемый удержанием отработавших газов в пределах выпускного коллектора и первого перепускного канала в состояниях холодного пуска с последующим направлением горячих отработавших газов непосредственно в каталитические нейтрализаторы в обход турбины, состоит в возможности уменьшения выбросов при холодном пуске из выхлопной трубы и ускорения активации каталитического нейтрализатора. Рекуперация тепла отработавших газов ниже по потоку от каталитических нейтрализаторов позволяет ускорить достижение температур активации каталитического нейтрализатора и поддержания температур каталитических нейтрализаторов выше соответствующих температур активации. Благодаря наличию первого перепускного канала отработавших газов, РОГ можно отбирать из областей и выше, и ниже по потоку от газовой турбины. Отбор РОГ из области выше по потоку от каталитических нейтрализаторов отработавших газов позволяет улучшить качество выбросов. В целом, одновременное обеспечение РОГ и рекуперации тепла отработавших газов для нагрева двигателя и/или обогрева пассажирского салона позволяет повысить экономию топлива.

В одном примере способа осуществляют передачу тепла от первой части отработавших газов, текущей по каналу рециркуляции отработавших газов (РОГ), охлаждающей жидкости в первой ветви теплообменника, и осуществляют передачу тепла от второй части отработавших газов, текущей по перепускному каналу отработавших газов, охлаждающей жидкости во второй ветви теплообменника, при этом направление потока охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям выбирают в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, первая часть отработавших газов, текущая по каналу РОГ, включает в себя отработавшие газы, отбираемые из основного выпускного канала в зависимости от нагрузки двигателя и подаваемые на впуск двигателя выше по потоку от компрессора, при этом первую часть отработавших газов отбирают из области выше по потоку от турбины, когда нагрузка двигателя ниже порога, и отбирают из области ниже по потоку от турбины, когда нагрузка двигателя выше порога. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, направление второй части отработавших газов по перепускному каналу включает в себя направление второй части отработавших газов из основного выпускного канала ниже по потоку от турбины и от каталитического нейтрализатора отработавших газов в перепускной канал и из перепускного канала в выхлопную трубу через отводной клапан, при этом отводной клапан установлен в месте соединения выхода перепускного канала и основного выпускного канала. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, направляют третью часть отработавших газов из области выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу напрямую без протекания по каналу РОГ или перепускному каналу. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, соотношение второй и третьей частей отработавших газов зависит от потребности в нагреве двигателя, при этом вторую часть увеличивают относительно третьей по мере роста потребности в нагреве двигателя, причем проход отводного клапана регулируют в зависимости от соотношения второй и третьей частей, при этом проход увеличивают по мере увеличения второй части относительно третьей части. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, выбор направления потока охлаждающей жидкости включает в себя: направление охлаждающей жидкости одновременно и по первой ветви, и по второй ветви в первом направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и перепускному каналу во втором направлении, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой; и направление охлаждающей жидкости одновременно и по первой ветви, и по второй ветви во втором направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и перепускному каналу отработавших газов во втором направлении, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой, при этом первое направление противоположно второму. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, направляют охлаждающую жидкость одновременно и по первой ветви, и по второй ветви в первом направлении до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет пороговой, а затем направляют охлаждающую жидкость и по первой ветви, и по второй ветви во втором направлении. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, охлаждающая жидкость поступает в первую ветвь и во вторую ветвь теплообменника через общий вход охлаждающей жидкости и течет одновременно и по первой ветви, и по второй ветви с последующим объединением у общего выхода охлаждающей жидкости и покиданием теплообменника, причем направление потока охлаждающей жидкости по первой ветви является тем же, что и направление потока охлаждающей жидкости по второй ветви. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, направляют нагретую охлаждающую жидкость, выходящую из общего выхода охлаждающей жидкости, через блок цилиндров двигателя, и/или сердцевину отопителя, и/или радиатор в зависимости от соотношения потребности в нагреве двигателя и потребности в обогреве салона. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, охлаждающая жидкость течет последовательно по первой ветви и по второй ветви теплообменника, причем выбор направления потока охлаждающей жидкости включает в себя: направление охлаждающей жидкости по первой ветви, а затем по второй ветви, когда потребность в охлаждении РОГ превышает потребность в нагреве двигателя, и направление охлаждающей жидкости по второй ветви, а затем по первой ветви, когда потребность в охлаждении РОГ ниже, чем потребность в нагреве двигателя, при этом потребность в охлаждении РОГ зависит от потребности в разбавлении в двигателе. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, в течение порогового периода после холодного пуска двигателя удерживают отработавшие газы в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала отработавших газов и первой части канала РОГ путем закрытия первого клапана, соединяющего канал РОГ с основным выпускным каналом, и, по истечении порогового периода, открывают первый клапан для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов по первому перепускному каналу отработавших газов в обход турбины, а затем направляют отработавшие газы из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу отработавших газов. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, осуществляют передачу тепла от отработавших газов, текущих из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу отработавших газов, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника, а затем осуществляют передачу тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя.

В другом примере способа для двигателя: отводят первую часть отработавших газов из выпускного канала в канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), отводят вторую часть отработавших газов из выпускного канала в перепускной канал отработавших газов, осуществляют передачу тепла от первой части отработавших газов охлаждающей жидкости, текущей по первой секции разветвленного теплообменника, осуществляют передачу тепла от второй части отработавших газов охлаждающей жидкости, текущей по второй секции теплообменника, и изменяют поток охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям в зависимости от соотношения первой и второй частей. В любом предыдущем примере, дополнительно или необязательно, первая часть отработавших газов зависит от потребности в разбавлении в двигателе, причем отведение первой части включает в себя, когда нагрузка двигателя выше пороговой, регулирование прохода первого клапана, соединенного с выпускным каналом ниже по потоку от турбины, для направления отработавших газов из области ниже по потоку от турбины во впускной коллектор двигателя, и, когда нагрузка двигателя ниже пороговой, регулирование прохода второго клапана, соединенного с выпускным каналом выше по потоку от турбины, для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины во впускной коллектор двигателя, при этом проход первого клапана или второго клапана увеличивают по мере роста потребности в разбавлении в двигателе. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, вторая часть отработавших газов зависит как минимум от температуры двигателя или от потребности в обогреве салона транспортного средства, при этом вторую часть уменьшают по мере роста температуры двигателя или падения потребности в обогреве салона транспортного средства, причем отведение второй части включает в себя увеличение прохода отводного клапана в месте соединения выпускного канала и перепускного канала отработавших газов по мере падения температуры двигателя, при этом проход отводного клапана увеличивают по мере роста второй части. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, теплообменник выполнен в виде контура, в котором охлаждающая жидкость течет последовательно по первой и по второй секциям, причем направление потока охлаждающей жидкости по первой секции противоположно направлению потока охлаждающей жидкости по второй секции, причем изменение потока охлаждающей жидкости включает в себя изменение порядка последовательного течения охлаждающей жидкости по первой и по второй секциям в зависимости от соотношения первой и второй частей, при этом изменение включает в себя направление охлаждающей жидкости по первой секции теплообменника в первом направлении, а затем по второй секции во втором направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и по перепускному каналу отработавших газов во втором направлении, когда первая часть отработавших газов больше второй, причем охлаждающую жидкость направляют по второй секции теплообменника в первом направлении, а затем по первой секции во втором направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и по перепускному каналу отработавших газов во втором направлении, когда вторая часть отработавших газов больше первой. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, во время холодного пуска двигателя, в течение порогового периода удерживают всю часть отработавших газов в пределах выпускного коллектора, первого перепускного канала отработавших газов и первой части канала РОГ и, по завершении порогового периода, направляют всю указанную часть отработавших газов в каталитический нейтрализатор по первому перепускному каналу отработавших газов в обход турбины, а затем направляют всю указанную часть отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу отработавших газов, при этом осуществляя передачу тепла отработавших газов охлаждающей жидкости, текущей по второй секции теплообменника.

В другом примере система двигателя содержит: впускной коллектор, выпускную систему двигателя, содержащую выпускной канал и каталитический нейтрализатор отработавших газов, турбонагнетатель, содержащий турбину, соединенную с выпускным каналом, и компрессор, соединенный с впускным коллектором, канал РОГ с первым клапаном для рециркуляции отработавших газов из выпускного канала выше по потоку от каталитического нейтрализатора во впускной коллектор, первый перепускной канал отработавших газов, соединяющий выпускной канал в области выше по потоку от турбины с каналом РОГ, второй клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и канала РОГ, и третий клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и выпускного канала, при этом второй перепускной канал отработавших газов соединяет выпускной канал в области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с областью выше по потоку от выхлопной трубы посредством отводного клапана, датчик температуры, соединенный с выпускным каналом выше по потоку от каталитического нейтрализатора, для оценки температуры отработавших газов, теплообменник с входом охлаждающей жидкости, разветвленный на первую ветвь и вторую ветвь, при этом первая ветвь и вторая ветвь снова соединяются у выхода охлаждающей жидкости, при этом первая ветвь соединена по текучей среде с отводом канала РОГ, а вторая ветвь соединена по текучей среде с отводом перепускного канала, систему охлаждения с датчиком температуры охлаждающей жидкости и клапаном-переключателем, при этом система охлаждения соединена по текучей среде и с теплообменником, и с блоком цилиндров двигателя, и с сердцевиной отопителя, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой, перевода клапана-переключателя в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении, и передачи тепла от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви в первом направлении, и от отработавших газов, текущих по отводу перепускного канала во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника в первом направлении, при этом первое направление противоположно второму. В любом предыдущем примере, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: если температура охлаждающей жидкости выше пороговой, перевода клапана-переключателя во второе положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении, и передачи тепла от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви во втором направлении, и от отработавших газов, текущих по отводу перепускного канала во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника во втором направлении. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, отработавшие газы, текущие по отводу канала РОГ, включают в себя первую часть отработавших газов, текущую из области выпускного канала, расположенной выше по потоку от каталитического нейтрализатора, во впускной коллектор двигателя по указанному каналу, при этом первая часть зависит от потребности в разбавлении в двигателе, причем отработавшие газы, текущие по отводу перепускного канала, включают в себя вторую часть отработавших газов, текущую из выпускного канала ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, в выхлопную трубу по перепускному каналу, при этом вторая часть зависит от потребности в нагреве двигателя.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением 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 необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке 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 представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы 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. Объект 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 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 наличие 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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.

Предложены способ и система для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулирующих отработавших газов (РОГ) посредством единственного разветвленного теплообменника. Тепло отработавших газов из первой части отработавших газов, направляемой во впускной коллектор в качестве РОГ, и из второй части отработавших газов, отводимой по перепускному каналу для рекуперации тепла отработавших газов, может быть передано охлаждающей жидкости, текущей через теплообменник. Направление потока охлаждающей жидкости через теплообменник можно регулировать в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ охлаждения рециркулирующих отработавших газов в двигателе, в котором:

осуществляют передачу тепла от первой части отработавших газов из двигателя, текущей по каналу рециркуляции отработавших газов (РОГ), охлаждающей жидкости в первой ветви теплообменника; осуществляют передачу тепла от второй части отработавших газов, текущей по перепускному каналу отработавших газов, охлаждающей жидкости во второй ветви теплообменника; направляют третью часть отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу напрямую без протекания по каналу рециркуляции отработавших газов (РОГ) или по перепускному каналу отработавших газов; и выбирают, посредством контроллера, направление потока охлаждающей жидкости по первой и второй ветвям в зависимости от измеренной температуры охлаждающей жидкости.

2. Способ по п. 1, в котором первая часть отработавших газов, текущая по каналу РОГ, включает в себя отработавшие газы, отбираемые из основного выпускного канала в зависимости от нагрузки двигателя и подаваемые на впуск двигателя выше по потоку от компрессора, при этом первую часть отработавших газов отбирают из области выше по потоку от турбины, когда нагрузка двигателя ниже порога, и отбирают из области ниже по потоку от турбины, когда нагрузка двигателя выше порога, при этом турбина расположена в основном выпускном канале и соединена с компрессором, подающим сжатый воздух на впуск двигателя.

3. Способ по п. 2, в котором вторая часть отработавших газов, текущая по перепускному каналу отработавших газов, включает в себя вторую часть отработавших газов, текущую из основного выпускного канала ниже по потоку от турбины и от каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного в основном выпускном канале ниже по потоку от турбины, в перепускной канал отработавших газов и из перепускного канала отработавших газов в выхлопную трубу через отводной клапан, при этом отводной клапан установлен в месте соединения выхода перепускного канала отработавших газов и основного выпускного канала.

4. Способ по п. 3, в котором соотношение второй и третьей частей отработавших газов зависит от потребности в нагреве двигателя, при этом вторую часть увеличивают относительно третьей по мере роста потребности в нагреве двигателя, причем проход отводного клапана регулируют в зависимости от соотношения второй и третьей частей, при этом проход увеличивают по мере увеличения второй части относительно третьей части.

5. Способ по п. 4, в котором охлаждающая жидкость течет последовательно по первой ветви и по второй ветви теплообменника, причем выбор направления потока охлаждающей жидкости включает в себя:

направление охлаждающей жидкости по первой ветви, а затем по второй ветви, когда потребность в охлаждении РОГ превышает потребность в нагреве двигателя; и

направление охлаждающей жидкости по второй ветви, а затем по первой ветви, когда потребность в охлаждении РОГ ниже, чем потребность в нагреве двигателя, при этом потребность в охлаждении РОГ зависит от потребности в разбавлении в двигателе.

6. Способ по п. 3, дополнительно содержащий шаги, на которых: в течение порогового периода после холодного пуска двигателя удерживают отработавшие газы в пределах выпускного коллектора, соединенного с двигателем, первого перепускного канала отработавших газов и первой части канала РОГ, путем закрытия первого клапана, соединяющего канал РОГ с основным выпускным каналом ниже по потоку от турбины, и по истечении порогового периода открывают первый клапан для направления отработавших газов из области выше по потоку от турбины в область выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов по первому перепускному каналу отработавших газов в обход турбины, а затем направляют отработавшие газы из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу отработавших газов.

7. Способ по п. 6, дополнительно содержащий шаги, на которых: осуществляют передачу тепла от отработавших газов, текущих из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу отработавших газов, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника, а затем осуществляют передачу тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя.

8. Способ по п. 1, в котором выбор направления потока охлаждающей жидкости включает в себя:

направление охлаждающей жидкости одновременно и по первой ветви, и по второй ветви в первом направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и перепускному каналу во втором направлении, когда температура охлаждающей жидкости ниже пороговой; и

направление охлаждающей жидкости одновременно и по первой ветви, и по второй ветви во втором направлении, в то время как отработавшие газы текут по каналу РОГ и перепускному каналу отработавших газов во втором направлении, когда температура охлаждающей жидкости выше пороговой, при этом первое направление противоположно второму.

9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий шаг, на котором направляют охлаждающую жидкость одновременно и по первой ветви, и по второй ветви в первом направлении до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет пороговой, а затем направляют охлаждающую жидкость и по первой ветви, и по второй ветви во втором направлении.

10. Способ по п. 1, в котором охлаждающая жидкость поступает в первую ветвь и во вторую ветвь теплообменника через общий вход охлаждающей жидкости и течет одновременно и по первой ветви, и по второй ветви с последующим объединением у общего выхода охлаждающей жидкости и покиданием теплообменника, причем направление потока охлаждающей жидкости по первой ветви является тем же, что и направление потока охлаждающей жидкости по второй ветви.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаг, на котором направляют нагретую охлаждающую жидкость, выходящую из общего выхода охлаждающей жидкости, через блок цилиндров двигателя, и/или сердцевину отопителя, и/или радиатор, в зависимости от соотношения потребности в нагреве двигателя и потребности в обогреве салона.

12. Система охлаждения рециркулирующих отработавших газов в двигателе, содержащая:

турбонагнетатель, содержащий турбину, соединенную с выпускным каналом, и компрессор, соединенный с впускным коллектором двигателя;

канал РОГ с первым клапаном для рециркуляции отработавших газов из области выпускного канала, расположенной выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, во впускной коллектор двигателя;

первый перепускной канал отработавших газов, соединяющий выпускной канал в области выше по потоку от турбины с каналом РОГ, второй клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и канала РОГ, и третий клапан, соединенный с местом соединения первого перепускного канала отработавших газов и выпускного канала;

второй перепускной канал отработавших газов, соединяющий выпускной канал в области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с областью выше по потоку от выхлопной трубы через отводной клапан;

теплообменник с входом охлаждающей жидкости, разветвленный на первую ветвь и вторую ветвь, при этом первая ветвь и вторая ветвь снова соединяются у выхода охлаждающей жидкости, при этом первая ветвь соединена по текучей среде с отводом канала РОГ, а вторая ветвь соединена по текучей среде с отводом второго перепускного канала отработавших газов;

систему охлаждения с датчиком температуры охлаждающей жидкости и клапаном-переключателем, при этом система охлаждения выполнена с возможностью направления охлаждающей жидкости в теплообменник, блок цилиндров двигателя и сердцевину отопителя; и

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

если температура охлаждающей жидкости ниже пороговой,

перевода клапана-переключателя в первое положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника в первом направлении; и

передачи тепла от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви в первом направлении, и от отработавших газов, текущих по отводу второго перепускного канала отработавших газов во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника в первом направлении, при этом первое направление противоположно второму направлению.

13. Система по п. 12, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:

если температура охлаждающей жидкости выше пороговой,

перевода клапана-переключателя во второе положение для одновременного направления охлаждающей жидкости и по первой ветви, и по второй ветви теплообменника во втором направлении; и

передачи тепла от отработавших газов, текущих по отводу канала РОГ во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по первой ветви во втором направлении, и от отработавших газов, текущих по отводу второго перепускного канала отработавших газов во втором направлении, охлаждающей жидкости, текущей по второй ветви теплообменника во втором направлении.

14. Система по п. 12, в которой отработавшие газы, текущие по отводу канала РОГ, включают в себя первую часть отработавших газов, текущую из области выпускного канала, расположенной выше по потоку от каталитического нейтрализатора, во впускной коллектор двигателя по каналу РОГ, причем отработавшие газы, текущие по отводу второго перепускного канала отработавших газов, включают в себя вторую, остальную, часть отработавших газов, текущую из области выпускного канала, расположенной ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, в выхлопную трубу по второму перепускному каналу отработавших газов, при этом соотношение первой и второй частей выбирают в зависимости от соотношения потребности в разбавлении в двигателе и потребности в нагреве двигателя.