Способ (варианты) эксплуатации двигателя и система для регулирования потока отработавших газов в выпускной системе двигателя

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя заключается в том, что в первом рабочем состоянии двигателя (10) направляют первую порцию отработавших газов из двигателя в турбину (204) через первый трехходовой клапан (222), установленный с помощью контроллера двигателя в третье положение. Первое рабочее состоянии двигателя (10) определяется с помощью контроллера двигателя на основе показаний одного или более из датчика массового расхода воздуха, датчика положения впускного дросселя и датчика положения двигателя. Первый трехходовой клапан (222) расположен в первом выпускном канале (216). Направляют первую порцию из турбины (204) в одно или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации, расположенных во втором выпускном канале (218), через третий трехходовой клапан (226), установленный с помощью контроллера в первое положение, и третий выпускной канал (220). Направляют первую порцию из одного или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации в атмосферу через второй выпускной канал (218) и второй трехходовой клапан (224), установленный с помощью контроллера двигателя в первое положение. Второй трехходовой клапан (224) расположен во втором канале (218). Направляют вторую порцию отработавших газов из двигателя в одно или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации через первый выпускной канал (216), первый трехходовой клапан (222), установленный в третье положение, и второй выпускной канал (218) в обход турбины (204), далее из одного или более устройств нейтрализации в атмосферу через второй канал (218) и второй трехходовой клапан (224), установленный в первое положение. Во втором рабочем состоянии двигателя направляют третью порцию отработавших газов из двигателя (10) в одно или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации через первый выпускной канал (216), первый трехходовой клапан (222), установленный с помощью контроллера во второе положение, и второй канал (218). Второе рабочее состояние двигателя определяется с помощью контроллера двигателя на основе показаний одного или более из датчика положения впускного дросселя, датчика массового расхода воздуха и датчика положения двигателя. Направляют третью порцию из одного или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации в турбину (204) через второй канал (218) и второй трехходовой клапан (224), установленный с помощью контроллера в третье положение. Направляют третью порцию из турбины (204) в атмосферу через третий трехходовой клапан (226), установленный с помощью контроллера во второе положение. Направляют четвертую порцию отработавших газов из двигателя (10) в одно или более устройств (210), (212), (214) нейтрализации через первый выпускной канал (216), первый трехходовой клапан (222), установленный во второе положение, и второй канал (218). Направляют четвертую порцию из одного или более устройств нейтрализации (210), (212), (214) в атмосферу, в обход турбины (204), через второй выпускной канал (218) и второй трехходовой клапан (224), установленный в третье положение. Раскрыты вариант способа эксплуатации двигателя и система для регулирования потока отработавших газов в выпускной системе двигателя. Технический результат заключается в снижении противодавления на выходе турбины, возникающем из-за последующего протекания отработавших газов через расположенные ниже по потоку устройства нейтрализации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Область техники

Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для регулирования потока отработавших газов в выпускной системе двигателя.

Уровень техники и раскрытие изобретения

Выпускные системы двигателей с турбонаддувом обычно содержат турбокомпрессор, расположенный перед двигателем по направлению потока отработавших газов из устройств нейтрализации отработавших газов (например,

каталитических нейтрализаторов). Несмотря на то, что подобное расположение обеспечивает быстрое реагирование турбокомпрессора в некоторых условиях, оно может привести к увеличению выбросов в условиях холодного пуска из-за потери тепла отработавших газов при прохождении их через турбину турбокомпрессора. Кроме того, противодавление отработавших газов, создаваемое устройствами нейтрализации, является причиной повышенного давления на выходе турбины, что снижает КПД турбокомпрессора.

В число других мер по преодолению недостатка, состоящего в ухудшении качества выбросов из-за потери тепла на турбине, входит установка устройства нейтрализации вплотную к двигателю. Один пример решения раскрыт Беннетом (Bennet) с соавторами в патенте США № 8,276,366. Согласно ему, множество устройств нейтрализации установлены в корпусе, содержащем множество путей для пропуска отработавших газов через одно или несколько устройств нейтрализации и турбину двойного турбокомпрессора. В зависимости от условий работы, отработавшие газы могут течь сначала через турбину, а затем через одно или несколько устройств нейтрализации, либо сначала через одно или несколько устройств нейтрализации, а затем через турбину.

Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. В качестве одного примера, в любом из возможных вариантов пути в корпусе Беннета отработавшие газы всегда протекают как минимум через одно устройство нейтрализации после прохождения через турбину. То есть системе Беннета все же присущ недостаток, заключающийся в повышенном противодавлении на выходе турбины, возникающем из-за последующего протекания отработавших газов через расположенные ниже по потоку устройства нейтрализации. В качестве еще одного примера, в случае выбора пути, направляющего отработавшие газы из двигателя непосредственно в турбину, а затем через одно или несколько устройств нейтрализации, поток идет в обход одного из устройств нейтрализации (окислительного каталитического нейтрализатора). То есть, в как минимум одном примере, возможно ухудшение качества выбросов. Кроме того, согласно решению Беннета, отработавшие газы всегда протекают сначала через турбину, а затем через фильтр твердых частиц, в связи с чем твердые частицы могу оказывать ударное воздействие на рабочие лопатки турбины, что со временем ведет к ухудшению характеристик турбины.

В одном примере вышеуказанные недостатки может преодолеть способ для выпускной системы двигателя, содержащий шаги, на которых: в первом состоянии направляют первую порцию отработавших газов в турбину из турбины в как минимум одно устройство нейтрализации, и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, и направляют вторую порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации в обход турбины и далее из указанного устройства нейтрализации в атмосферу. Способ также содержит шаги, на которых: во втором состоянии направляют третью порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в турбину, и далее из турбины в атмосферу, и направляют четвертую порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу в обход турбины.

В одном примере первое состояние может включать в себя отдачу двигателя выше первой пороговой отдачи, например, в условиях работы двигателя с пиковой мощностью и/или нагрузкой. Второе состояние может включать в себя отдачу двигателя ниже второй пороговой отдачи, например, в режиме холостого хода двигателя. Таким образом, в условиях работы двигателя с пиковой мощностью и/или нагрузкой, выпускную систему можно эксплуатировать для обеспечения необходимого реагирования турбины в условиях пиковой нагрузки двигателя путем направления отработавших газов в турбину с одновременным снижением нагрузки турбины для предотвращения разноса турбины путем направления как минимум части отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации в обход турбины. Кроме того, в условиях холостого хода двигателя выпускную систему можно эксплуатировать для обеспечения достаточного прогрева каталитического нейтрализатора для уменьшения выбросов путем направления отработавших газов через указанное как минимум одно устройство нейтрализации с одновременным направлением как минимум части отработавших газов из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу в обход турбины, тем самым снижая насосные потери.

И в первом, и во втором состояниях, как минимум некоторое количество отработавших газов все же течет через турбину, при. этом все отработавшие газы протекают через указанное как минимум одно устройство нейтрализации, поэтому нет необходимости выбирать между качеством выбросов в ущерб реагированию турбины или наоборот. Кроме того, сохранение физического расположения турбокомпрессора между двигателем и как минимум одним устройством нейтрализации позволяет избежать осложнений, могущих возникнуть из-за размещения устройств нейтрализации перед турбокомпрессором. Также, если указанное как минимум одно устройство нейтрализации включает в себя фильтр твердых частиц, направление отработавших газов через фильтр твердых частиц перед турбиной в как минимум некоторых условиях позволяет уменьшить ударное воздействие твердых частиц на турбину и, тем самым, продлить срок службы турбины.

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

Краткое описание Фигур чертежей

На ФИГ. 1 изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя.

На ФИГ. 2 схематически изображена выпускная система, соединенная с многоцилиндровым двигателем на ФИГ. 1, в первом рабочем режиме.

На ФИГ. 3 изображена выпускная система на ФИГ. 2 во втором рабочем режиме.

На ФИГ. 4 изображена выпускная система на ФИГ. 2 в третьем рабочем режиме.

На ФИГ. 5 изображена выпускная система на ФИГ. 2 в четвертом рабочем режиме.

ФИГ. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для выбора режима работы для выпускной системы.

ФИГ. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для эксплуатации выпускной системы в первом стандартном режиме.

ФИГ. 8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для эксплуатации выпускной системы во втором стандартном режиме.

ФИГ. 9 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для эксплуатации выпускной системы в первом обходном режиме.

ФИГ. 10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для эксплуатации выпускной системы во втором обходном режиме.

На ФИГ. 11 изображен вариант осуществления выпускной системы с системой рекуперации энергии отработавших газов.

ФИГ. 12 иллюстрирует еще один вариант осуществления выпускной системы.

ФИГ. 13 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ для выбора режима работы для выпускной системы на ФИГ. 12.

Осуществление изобретения

Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для эксплуатации выпускной системы двигателя в различных режимах в зависимости от условий работы двигателя. Выпускная система содержит множество выпускных каналов и трехходовых клапанов для направления потока отработавших газов через турбину турбокомпрессора и множество устройств нейтрализации. Выпускную систему можно эксплуатировать в первом стандартном режиме работы, в котором отработавшие газы текут через выпускную систему по первому пути. На первом пути отработавшие газы текут через турбину турбокомпрессора, а затем - через одно или несколько расположенных ниже по потоку устройств нейтрализации. Выпускную систему можно эксплуатировать в первом стандартном режиме, когда необходимо быстрое реагирование турбокомпрессора, например, в связи с нажатием водителем педали акселератора (например, в случае события ускорения транспортного средства или двигателя), и/или в стандартных, установившихся, режимах работы, когда двигатель работает с отдачей ниже пиковой, устройства нейтрализации достигли температуры активации катализатора, образование твердых частиц в двигателе ниже порогового и т.п.

Выпускную систему можно эксплуатировать во втором стандартном режиме работы, в котором отработавшие газы текут через выпускную систему по второму пути. На втором пути первая порция отработавших газов течет через турбину турбокомпрессора, а затем - через одно или несколько расположенных ниже по потоку устройств нейтрализации, а вторая порция отработавших газов течет в обход турбины непосредственно в одно или несколько устройств нейтрализации. Выпускную систему можно эксплуатировать во втором стандартном режиме работы в условиях работы двигателя с пиковой мощностью и/или нагрузкой для снижения нагрузки на турбину.

Выпускная система может работать в первом обходном режиме, в котором отработавшие газы текут по третьему пути. На третьем пути отработавшие газы текут непосредственно в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, и из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в турбину. Выпускную систему можно эксплуатировать в первом обходном режиме, когда необходим быстрый прогрев устройства нейтрализации, например, в условиях холодного пуска двигателя, и/или когда образование твердых частиц в двигателе выше того или иного порога, для удаления твердых частиц из отработавших газов с помощью указанного как минимум одного устройства нейтрализации перед попаданием отработавших газов в турбину.

Второй обходной режим работы можно применять в режиме холостого хода двигателя. Во втором обходном режиме отработавшие газы текут по четвертому пути, на котором отработавшие газы текут в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, а далее первая порция отработавших газов течет из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в турбину, а вторая порция отработавших газов течет из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, что снижает насосные потери благодаря уменьшению потока отработавших газов в турбину в режиме холостого хода двигателя.

На ФИГ. 1 изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя, соединенного с выпускной системой, например, выпускной системой, раскрытой выше. На ФИГ. 2 и 3 изображена выпускная система соответственно в первом стандартном режиме и во втором стандартном режиме работы. Первый обходной режим работы представлен на ФИГ. 4, а на ФИГ. 5 изображен второй обходной режим работы. ФИГ. 6-10 иллюстрируют способы регулирования потока отработавших газов в режимах работы на ФИГ. 2-5. На ФИГ. 11 и 12 раскрыты дополнительные варианты осуществления выпускной системы, соединенной с двигателем, а ФИГ. 13 иллюстрирует способ для эксплуатации выпускной системы на ФИГ. 12. Двигателем и выпускной системой на ФИГ. 1-13 может управлять блок управления, например, контроллер на ФИГ. 1. Контроллер выполнен с возможностью хранения в памяти команд с возможностью их выполнения для реализации одного или нескольких способов для эксплуатации выпускной системы, например, способов, проиллюстрированных на ФИГ. 6-10 и ФИГ. 13.

На ФИГ. 1-5, 11 и 12 представлены примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если они показаны непосредственно соприкасающимися друг с другом или непосредственно соединенными, то такие элементы могут считаться непосредственно соприкасающимися или, в соответствующих случаях, непосредственно соединенными, как минимум в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть смежными или, в соответствующих случаях, прилегать друг к другу в как минимум одном примере. Например, компоненты, соприкасающиеся друг с другом торцами, могут рассматриваться как находящиеся в соприкосновении по торцу. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, между которыми находится только какое-либо пространство, но не другие компоненты, могут описываться таким образом в как минимум одном примере.

Изображенным на ФИГ. 1 двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим множество цилиндров, один из которых представлен на ФИГ. 1, управляет электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным между ними и связанным с коленчатым валом 40.

Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. Впускным и выпускным клапанами можно управлять с помощью кулачка 51 впускного клапана или кулачка 53 выпускного клапана соответственно. Положение кулачка впускного клапана 51 может определять датчик 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка выпускного клапана 53 может определять датчик 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как «непосредственный впрыск». Или же топливо можно впрыскивать во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники как «впрыск во впускные каналы». Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально длительности топливного импульса ДТИ (FPW) от контроллера 12. Топливо на топливную форсунку 66 подает топливная система (не показана), содержащая топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). Рабочий ток на топливную форсунку 66 подает формирователь 68 по сигналу контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан связанным с необязательным электроприводным дросселем 62, изменяющим положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из воздухозаборного канала 42 во впускной коллектор 44. В одном примере для создания повышенного давления топлива можно использовать двухступенчатую топливную систему высокого давления. В некоторых примерах дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44, при этом дроссель 62 представляет собой проходной дроссель.

Бесконтактная система 88 зажигания подает искру зажигания в камеру 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания по сигналу контроллера 12. При этом в примерах, где используют воспламенение от сжатия, система 88 зажигания может отсутствовать. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от выпускной системы 70, которая будет подробнее раскрыта на примерах ФИГ. 2-5, 11 и 12. Вместо УДКОГ 126 можно использовать двухрежимный датчик кислорода в отработавших газах.

Во время работы двигателя в каждом цилиндре двигателя 10 обычно происходят четыре такта: такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Обычно, во время такта впуска выпускной клапан 54 закрывают, а впускной клапан 52 открывают. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 движется к нижней части цилиндра для увеличения объема камеры 30 сгорания. Специалисты в данной области техники обычно называют положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (например, когда объем камеры 30 сгорания является максимальным), нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 движется к верхней части цилиндра для сжатия воздуха в камере 30 сгорания. Специалисты в данной области техники обычно называют точку, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндра (например, когда объем камеры 30 сгорания минимален), верхней мертвой точкой ВМТ (TDC). В процессе, именуемом в настоящем описании «впрыск», топливо подают в камеру сгорания. В процессе, именуемом в настоящем описании «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известного из уровня техники средства, например, свечи 92 зажигания, в результате чего возникает горение. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. И наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывают для выпуска продуктов сгорания топливовоздушной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеизложенное описание служит исключительно для примера, и что моменты открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапана можно изменять для создания положительного или отрицательного перекрытия клапанов, запаздывания закрытия впускного клапана или различных других примеров. Кроме того, двигатель может представлять собой двигатель с воспламенением от сжатия с возможностью работы, например, на дизельном топливе, поэтому во время его работы воспламенение посредством свечи 92 зажигания может отсутствовать.

При нажатии стопой 152 тормозной педали 150 может происходить колесное торможение или рекуперативное торможение транспортного средства с помощью стартера/генератора в составе силовой передачи СГССС (DISG). Датчик 154 тормозной педали направляет сигнал положения тормозной педали в контроллер 12. Усилитель 140 тормозов увеличивает усилие, прикладываемое стопой 152, для включения тормозов.

Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде известного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и известную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим разнообразные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к упомянутым выше сигналам, в том числе показания: температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; усилия, прилагаемого стопой 132, от датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора; давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) двигателя от датчика 122 давления, соединенного с впускным коллектором 44; положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; массового расхода воздуха в двигатель от датчика 120; и положения дросселя от датчика 58. Также можно измерять барометрическое давление (датчик не показан) для обработки контроллером 12. Датчик 118 положения двигателя может генерировать заданное количество импульсов с одинаковыми промежутками при каждом обороте коленчатого вала, на основании которых можно определить частоту вращения двигателя (ЧВД) (в оборотах в минуту). Контроллер 12 также выполнен с возможностью приема сигналов датчиков, расположенных в выпускной системе 70, и/или задействовать одно или несколько исполнительных устройств выпускной системы 70.

Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 (а также на ФИГ. 2-5, ФИГ. 11 и 12, раскрытых ниже) и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 и ФИГ. 2-5, ФИГ. 11-12, для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с командами в памяти контроллера. В одном примере контроллер 12 может принимать сигналы отдатчика 112 температуры, датчика 134 положения, датчика 118 на эффекте Холла, датчика 122 ДВК, датчика 120 МРВ и/или других датчиков, и, в зависимости от сигналов от указанных датчиков, выбирать стандартный или обходной режим работы выпускной системы 70 и задействовать одно или несколько исполнительных устройств в зависимости от выбранного режима работы. Например, контроллер 12 может устанавливать множество трехходовых клапанов на ФИГ. 2-5 и ФИГ. 11-12 в соответствующие заданные положения в зависимости от выбранного режима работы, как подробнее раскрыто ниже. Кроме того, контроллер 12 может задействовать регулятор давления наддува турбокомпрессора, раскрытый ниже, для создания необходимого давления наддува.

ФИГ. 2 схематически иллюстрирует выпускную систему 70 на ФИГ. 1 в первом стандартном режиме 200. Как указано выше на примере ФИГ. 1, двигатель 10 содержит множество цилиндров, в данном случае показанных в виде четырех рядно расположенных цилиндров, хотя возможны и другие конфигурации. Всасываемый воздух в двигатель 10 поступает через впускной коллектор 44, а отработавшие газы выходят через выпускной коллектор 48. Выпускная система 70 содержит турбокомпрессор 202, содержащий компрессор 206, расположенный в заборном канале 42, и газовую турбину 204, расположенную в выпускном канале (а именно, в узле соединения между первым каналом 216 и третьим каналом 220, подробнее раскрытыми ниже). Компрессор 206 выполнен с возможностью как минимум частичного приведения в действие газовой турбиной 204 посредством вала 208. Охладитель 232 наддувочного воздуха ОНВ (САС) может быть расположен в заборном канале 42, ниже по потоку от компрессора 206, для охлаждения заряда сжатого воздуха до его подачи в цилиндры двигателя. Дроссель 62 установлен в заборном канале двигателя для регулирования расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 62 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 206, как на ФИГ. 2, или выше по потоку от компрессора 206.

Все отработавшие газы или некоторое их количество могут течь в обход турбины 204 по перепускному каналу турбины под управлением клапана-регулятора 234 давления наддува. Вход клапана-регулятора 234 давления наддува может быть соединен по текучей среде с первым каналом 216 ниже по потоку от первого трехходового клапана 222 (раскрытого ниже) и выше по потоку от турбины 204. Первый канал 216 выполнен с возможностью приема отработавших газов непосредственно из выпускного коллектора и направления их через первый трехходовой клапан по первому каналу в турбину и/или на клапан-регулятор 234 давления наддува. Выход клапана-регулятора 234 давления наддува может быть соединен по текучей среде с третьим каналом 220 ниже по потоку от турбины и ниже по потоку от магистрали 228 РОГ. Вход клапана-регулятора 234 давления наддува также может быть соединен по текучей среде со вторым каналом 218 ниже по потоку от второго трехходового клапана 224. При этом в некоторых примерах клапан-регулятор 234 давления наддува может отсутствовать, а регулирование числа оборотов турбины может полностью осуществлять первый трехходовой клапан 222, как раскрыто ниже.

Выпускная система 70 содержит одно или несколько устройств нейтрализации отработавших газов. Как показано на фигуре, выпускная система 70 содержит первое устройство 210 нейтрализации, второе устройство 212 нейтрализации и третье устройство 214 нейтрализации. В число устройств нейтрализации могут входить одно или несколько из следующих: трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), улавливатель углеводородов, фильтр твердых частиц, глушитель, окислительный каталитический нейтрализатор, накопитель обедненных оксидов азота НООА (LNT), система избирательного каталитического восстановления ИКВ (SCR) или иное подходящее устройство нейтрализации. В одном конкретном примере двигатель 10 может представлять собой бензиновый двигатель, а первое устройство 210 нейтрализации может представлять собой ТКН, второе устройство 212 нейтрализации - подкузовной нейтрализатор, а третье устройство 214 нейтрализации - глушитель. В еще одном конкретном примере двигатель 10 может представлять собой дизельный двигатель, первое устройство 210 нейтрализации - дизельный окислительный каталитический нейтрализатор, второе устройство 212 нейтрализации - фильтр твердых частиц дизельного двигателя, а третье устройство 214 нейтрализации - ИКВ/НООА. Приведенные выше примеры не являются ограничивающими, при этом возможны и другие конфигурации.

Выпускная система 70 также содержит множество выпускных каналов и трехходовых клапанов для направления потока отработавших газов через турбину 204 и множество устройств нейтрализации. Выпускной коллектор 48 соединен по текучей среде с первым каналом 216. Первый канал 216 содержит вход, соединенный с выпускным коллектором 48, и выход, соединенный с входом турбины 204. Первый канал 216 выполнен для направления отработавших газов непосредственно из выпускного коллектора 48 в турбину 204 в как минимум некоторых условиях.

Первый канал 216 содержит первый трехходовой клапан 222 в узле соединения между первым каналом 216 и вторым каналом 218. Второй канал 218 содержит вход, соединенный по текучей среде с первым каналом 216 через первый трехходовой клапан 222, и выход, соединенный по текучей среде с входом турбины 204. Устройства 210, 212 и 214 нейтрализации расположены во втором канале 218. Второй канал 218 также содержит второй трехходовой клапан 224, соединяющий второй канал 218 с атмосферой. То есть второй канал 218 выполнен для направления отработавших газов, поступивших из первого канала 216, через первый трехходовой клапан 222 через каждое из устройств нейтрализации и либо в атмосферу, либо во вход турбины 204.

Выход турбины 204 соединен по текучей среде с третьим каналом 220. Третий канал 220 содержит вход, соединенный по текучей среде с выходом турбины 204, и выход, соединенный по текучей среде со вторым каналом 218. Выход третьего канала 220 соединен со вторым каналом 218 выше по потоку от первого устройства 210 нейтрализации и ниже по потоку от первого трехходового клапана 222. Третий трехходовой клапан 226 соединяет третий канал 220 с атмосферой. То есть третий канал 220 выполнен для направления отработавших газов из выхода турбины 204 либо в атмосферу, либо во второй канал 218. Кроме того, как раскрыто ниже, в некоторых условиях как минимум порция отработавших газов из третьего канала 220 может быть направлена обратно на впуск двигателя по системе рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR).

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) выполнена с возможностью направления необходимой порции отработавших газов из третьего канала 220 во впускной коллектор 44. На ФИГ. 2 показана система РОГ с магистралью 228 РОГ, соединенной с третьим каналом 220 ниже по потоку от выхода турбины 204 и выше по потоку от третьего трехходового клапана 226. Магистраль 228 РОГ может быть разветвлена на канал 252 РОГ низкого давления РОГ НД (LP-РОГ) и канал 250 РОГ высокого давления РОГ ВД (НР-РОГ).

В условиях работы двигателя с пиковой мощностью, противодавление отработавших газов ниже по потоку от турбокомпрессора (обусловленное влиянием компонентов выбросов) может быть высоким (например, выше 1.5 бар), но ниже давления во впускном коллекторе (могущего составлять около 2 бар, например). В одном примере в заборном канале 42 ниже по потоку от компрессора 206 и выше по потоку от ОНВ 232 может быть установлено устройство 251 Вентури для обеспечения потока РОГ из области ниже по потоку от турбины. Всасываемый воздух с выхода компрессора на вход ОНВ действует как эжектирующий поток для устройства 251 Вентури. Канал 250 РОГ ВД соединен с входом всасывающего потока устройства 251 Вентури. В еще одном примере третий трехходовой клапан 226 может действовать как дроссель, повышающий указанное противодавление для обеспечения потока РОГ.

По каналу 252 РОГ НД газы РОГ направляют в заборный канал 42 выше по потоку от компрессора 206, а по каналу 250 РОГ ВД направляют газы РОГ ВД в заборный канал 42 ниже по потоку от компрессора 206. Клапан 230 РОГ может быть расположен в месте разветвления магистрали 228 РОГ на канал 252 РОГ НД и канал 250 РОГ ВД. Клапан 230 РОГ выполнен с возможностью приведения в действие от подходящего привода, например, пневматического, гидравлического или электрического. Положение клапана РОГ может регулировать контроллер посредством указанного привода для обеспечения необходимого потока РОГ по каналу РОГ НД или каналу РОГ ВД в зависимости от условий работы, как будет раскрыто ниже на примерах ФИГ. 2-5.

Клапан 230 РОГ может представлять собой трехходовой клапан. В первом положении клапан 230 РОГ может направлять поток РОГ из магистрали 228 РОГ в канал 250 РОГ ВД, а во втором положении может направлять поток РОГ из магистрали 228 РОГ в канал 252 РОГ НД. В некоторых примерах может присутствовать только система РОГ НД, а в других примерах - только система РОГ ВД. Система РОГ может содержать охладитель РОГ НД (не показан) в канале РОГ НД и охладитель РОГ ВД (не показан) в канале РОГ ВД для отбора тепла из газов РОГ на хладагент двигателя, например. В некоторых примерах ни канал РОГ ВД, ни канал РОГ НД могут не содержать охладитель РОГ.

В некоторых режимах систему РОГ можно использовать для регулирования температуры топливовоздушной смеси в камере 30 сгорания. Поэтому целесообразно измерять или оценивать массовый расход РОГ. Датчики РОГ могут быть установлены в магистрали РОГ или в заборном канале с возможностью выдачи одного или нескольких из следующих показаний: массовый расход, давление, температура и концентрация 02 в газах РОГ. В некоторых вариантах осуществления один или несколько датчиков могут быть расположены в канале 252 РОГ НД, канале 250 РОГ ВД или заборном канале 42 для выдачи одного или нескольких из следующих показаний: расхода, давления, температуры, и концентрации 02 или других веществ для определения расхода и концентрации РОГ относительно расхода воздуха. Отработавшие газы, перенаправляемые по каналу 252 РОГ НД, можно разбавлять свежим всасываемым воздухам в точке смешивания, расположенной в узле соединения канала 252 РОГ НД и заборного канала 42.

Как показано на ФИГ. 2, выпускная система 70 работает в первом стандартном режиме 200, в котором первый трехходовой клапан 222, второй трехходовой клапан 224 и третий трехходовой клапан 226 находятся в своих первых положениях.

Выпускную систему можно эксплуатировать в первом стандартном режиме работы, когда имеет место увеличение требуемого крутящего момента, например, когда необходимо ускорение транспортного средства. В первом положении первый трехходовой клапан 222 блокирует соединение по текучей среде между вторым каналом 218 и первым каналом 216, в связи с чем отработавшие газы текут непосредственно из выпускного коллектора во вход турбины через первый канал 216. В первом положении второй трехходовой клапан 224 соединяет по текучей среде второй канал 218 с атмосферой. В первом положении третий трехходовой клапан 226 блокирует соединение по текучей среде между третьим каналом 220 и атмосферой. То есть в первом стандартном режиме работы отработавшие газы текут по первому пути, по которому отработавшие газы попадают из выпускного коллектора непосредственно в турбину через первый канал, из турбины во второй канал через третий канал, и из второго канала через множество устройств нейтрализации, и в атмосферу через второй канал.

В одном примере, в первых положениях первого, второго и третьего трехходовых клапанов: первый трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только в турбину, второй трехходовой клапан - для направления отработавших газов только в атмосферу, а третий трехходовой клапан - для направления отработавших газов только в указанное как минимум одно устройство нейтрализации (по третьему каналу и второму каналу).

В первом стандартном режиме отработавшие газы из области ниже по потоку от турбины и выше по потоку от третьего трехходового клапана 226 направляют по магистрали 228 РОГ. Клапан 230 РОГ в первом положении направляет поток отработавших газов к каналу 250 РОГ ВД, по которому отработавшие газы поступают в заборный канал 42 ниже по потоку от компрессора 206. В одном примере отработавшие газы, подаваемые по каналу 250 РОГ ВД, могут представлять собой отработавшие газы высокого давления из-за противодавления, создаваемого в третьем канале 220 выше по потоку от третьего трехходового клапана 226 и ниже по потоку от турбины 204 и во втором канале 218 множеством устройств нейтрализации. Отработавшие газы высокого давления из второго и третьего каналов могут быть направлены по магистрали 228 РОГ в канал 250 РОГ ВД через клапан 230 РОГ в первом положении. В одном примере, если в заборном канале 42 между компрессором 206 и ОНВ 232 расположено вышеупомянутое устройство Вентури, газы РОГ ВД могут быть направлены во вход всасывающего потока устройства Вентури, где имеет место относительно низкое статическое давление.

Направление газов РОГ ВД в заборный канал ниже по потоку от компрессора позволяет сократить время задержки в переходном режиме, когда компрессор все еще набирает момент вращения для сжатия воздуха, подаваемого в двигатель через указанный заборный канал для удовлетворения возросшей потребности в крутящем моменте. Газы РОГ ВД, введенные ниже по потоку от компрессора, могут создавать необходимое давление всасываемого воздуха, подаваемого в двигатель в этот период.

На ФИГ. 3 схематически изображена выпускная система 70, работающая во втором стандартном режиме 300 работы. Выпускную систему можно эксплуатировать во втором стандартном режиме 300 работы в условиях пиковой нагрузки двигателя, в котором первый клапан в третьем положении может функционировать как клапан-регулятор давления наддува, направляя порцию отработавших газов в обход турбины к как минимум одному устройству нейтрализации для снижения нагрузки на турбину. Во втором стандартном режиме второй трехходовой клапан 224 и третий трехходовой клапан 226 находятся в своем первом положении, а первый трехходовой клапан 222 - в третьем положении. Первый трехходовой клапан 222 в третьем положении может принимать поток из выпускного коллектора по первому каналу 216 и может направлять первую порцию отработавших газов в турбину, а вторую порцию отработавших газов - в обход турбины к как минимум одному устройству нейтрализации. Порция отработавших газов, направляемая первым трехходовым клапаном в турбину, течет через турбину, по третьему каналу 220 к третьему трехходовому клапану 226 в первом положении. Третий трехходовой клапан 226 в первом положении направляет отработавшие газы по третьему каналу для поступления во второй канал 218 и в указанное как минимум одно устройство нейтрализации ниже по потоку от первого трехходового клапана 222. Отработавшие газы, текущие через устройство нейтрализации по второму каналу 218, направляют в атмосферу через второй клапан в первом положении. Во втором стандартном режиме газы РОГ продолжают направлять в заборный канал 42 по каналу 250 РОГ ВД, как и в первом режиме работы.

В одном примере, когда первый трехходовой клапан находится в третьем положении, а второй и третий трехходовые клапаны - в своих первых положениях, первый трехходовой клапан выполнен для направления первой порции отработавших газов в турбину, а второй порции отработавших газов - в обход турбины в как минимум одно устройство нейтрализации, второй трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только в атмосферу, а третий трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только в указанное как минимум одно устройство нейтрализации (по третьему каналу и второму каналу).

В одном примере первый трехходовой клапан можно регулировать в зависимости от давления наддува. Если давление наддува выше порогового, первый трехходовой клапан можно установить в третье положение для направления порции отработавших газов в обход турбины, при этом данная порция отработавших газов проходит через первый трехходовой клапан в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, и далее из указанного устройства нейтрализации в атмосферу, для уменьшения нагрузки на турбину. В противном случае, когда давление наддува ниже порогового, все отработавшие газы из выпускного коллектора могут проходить через первый трехходовой клапан в (и через) турбину (например, в первом стандартном режиме).

Первый трехходовой клапан также можно регулировать в зависимости от потребности в газах РОГ. Например, если в условиях пиковой мощности и/или нагрузки (в которых первый трехходовой клапан обычно устанавливают в третье положение для выполнения функций регулятора давления наддува) потребность в газах РОГ относительно высока (например, выше, чем может удовлетворить порция отработавших газов, направляемая в турбину, когда первый трехходовой клапан находится в третьем положении), первый трехходовой клапан 222 можно установить в первое положение для направления всех отработавших газов к турбине через первый канал. Это обеспечивает наличие всех отработавших газов для удовлетворения потребности в газах РОГ. При этом, для уменьшения нагрузки на турбину и для удовлетворения потребности в газах РОГ, клапан-регулятор 234 давления наддува можно открыть для пропуска отработавших газов в обход турбины 204, чтобы предотвратить разнос турбины при пиковой нагрузке. Отработавшие газы могут течь из первого канала 216 в (и через) клапан-регулятор 234 давления наддува в третий канал 220, ниже по потоку от турбины 204 для обеспечения достаточного количества отработавших газов для рециркуляции по магистрали 228 РОГ для удовлетворения потребности в газах РОГ.

На ФИГ. 4 схематически изображена выпускная система 70, работающая в первом обходном режиме 400 работы, в котором первый трехходовой клапан 222, второй трехходовой клапан 224 и третий трехходовой клапан 226 находятся в своих вторых положениях. Выпускную систему можно эксплуатировать в первом обходном режиме в условиях холодного пуска, когда устройства нейтрализации еще не достигли температуры активации катализатора, и/или когда содержание твердых частицы в отработавших газах может превышать пороговое значение. Во втором положении первый трехходовой клапан 222 соединяет по текучей среде второй канал 218 с первым каналом 216, благодаря чему отработавшие газы текут из выпускного коллектора во множество устройств нейтрализации без прохождения через турбину. Во втором положении второй трехходовой клапан 224 соединяет по текучей среде второй канал 218 с входом турбины. Во втором положении третий трехходовой клапан 226 соединяет по текучей среде третий канал 220 с атмосферой. То есть в первом обходном режиме работы отработавшие газы текут по пути, на котором они проходят из выпускного коллектора во второй канал через первый канал; через устройства нейтрализации и в турбину через второй канал; и из турбины в атмосферу по третьему каналу.

В одном примере, в котором первый, второй и третий трехходовые клапаны находятся в своих вторых положениях, первый трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только во второй канал, второй трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только в турбину, и третий трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только в атмосферу.

Поток РОГ в заборный канал в первом обходном режиме направляют из области ниже по потоку от турбины и выше по потоку от третьего клапана во втором положении, через клапан РОГ в канал РОГ НД, по которому отработавшие газы поступают в заборный канал выше по потоку от компрессора.

На ФИГ. 5 схематически изображена выпускная система 70, работающая во втором обходном режиме 500 работы, в котором первый трехходовой клапан 222 и третий трехходовой клапан 226 находятся в своих вторых положениях, а второй трехходовой клапан 224 находится в третьем положении. Выпускную систему можно эксплуатировать во втором обходном режиме в условиях холостого хода двигателя для уменьшения насосных потерь путем перенаправления порции потока отработавших газов из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, уменьшая поток отработавших газов в турбину. Во втором положении первый трехходовой клапан 222 соединяет по текучей среде второй канал 218 с первым каналом 216, благодаря чему отработавшие газы текут из выпускного коллектора во множество устройств нейтрализации без прохождения через турбину. В третьем положении второй трехходовой клапан 224 соединяет по текучей среде второй канал 218 с входом турбины и атмосферой, направляя часть отработавших газов от турбины в атмосферу, при этом остальные отработавшие газы текут через второй клапан в третьем положении в турбину. Отработавшие газы текут через турбину в третий канал 220 в третий трехходовой клапан 226 во втором положении, соединяющий по текучей среде третий канал 220 с атмосферой, направляя отработавшие газы из турбины в атмосферу.

Таким образом, во втором обходном режиме работы отработавшие газы текут по пути, по которому отработавшие газы направляют из выпускного коллектора во второй канал через первый канал; через устройства нейтрализации, и из устройств нейтрализации - частично в атмосферу, и частично в турбину через второй канал. Пройдя через турбину, отработавшие газы текут в атмосферу по третьему каналу.

В одном примере, в котором первый и третий трехходовые клапаны находятся в своих вторых положениях, а второй трехходовой клапан находится в третьем положении, первый трехходовой клапан выполнен для направления отработавших газов только во второй канал, второй трехходовой клапан - для направления одной порции отработавших газов в турбину и одной порции отработавших газов в атмосферу, а третий трехходовой клапан - для направления отработавших газов только в атмосферу.

Поток РОГ в заборный канал во втором обходном режиме направляют из области ниже по потоку от турбины и выше по потоку от третьего клапана во втором положении, через клапан РОГ в канал РОГ НД, по которому отработавшие газы поступают в заборный канал выше по потоку от компрессора.

Таким образом, выпускной системой 70 можно управлять в первом или во втором стандартном режиме работы, каждый из которых предусматривает направление отработавших газов сначала через турбину, а затем через указанное как минимум одно устройство нейтрализации, либо выпускную систему можно эксплуатировать в первом или во втором обходном режиме работы для направления отработавших газов сначала через указанное как минимум одно устройство нейтрализации, а затем через турбину. Режим работы можно выбирать в зависимости от условий работы для обеспечения быстрого реагирования турбокомпрессора, ускорения прогрева каталитического нейтрализатора или других параметров.

ФИГ. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 600 для выбора режима работы выпускной системы. Способ 600 можно осуществлять для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 70 на ФИГ. 1-5, в необходимом режиме работы. Команды для реализации способа 600 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, может выполнять контроллер (например, контроллер 12) в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1-5. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя, например, трехходовые клапаны, регулятор давления наддува, дроссель и т.п., для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.

На шаге 602 способ 600 включает в себя определение параметров работы. В число определяемых параметров, помимо прочих, могут входить: частота вращения двигателя, необходимый крутящий момент, температура двигателя, давление наддува, отдача двигателя, концентрация компонентов отработавших газов и другие параметры. На шаге 604, по результатам определения параметров работы, способ 600 проверяет, имеет ли место событие ускорения транспортного средства или двигателя. Наличие события ускорения транспортного средства или двигателя может быть установлено на основании роста частоты вращения двигателя или скорости транспортного средства, изменения положения педали акселератора или другого параметра. Во время события ускорения необходимо увеличение крутящего момента двигателя, поэтому в турбину может быть направлено максимально возможное количество энергии отработавших газов, чтобы обеспечить необходимое давление наддува для удовлетворения потребности в крутящем моменте. Соответственно, если будет установлено наличие события ускорения, способ 600 следует на шаг 616 для эксплуатации выпускной системы в первом стандартном режиме, в котором поток отработавших газов направляют непосредственно в турбину, а затем в указанное как минимум одно устройство нейтрализации. Работа в первом стандартном режиме будет подробнее раскрыта ниже на примере ФИГ. 7. Затем способ 600 совершает возврат.

Если наличие события ускорения не будет установлено, способ 600 следует на шаг 606 для проверки того, работает ли двигатель в условиях пиковой мощности и/или нагрузки. Условия пиковой мощности и/или нагрузки могут включать в себя максимальную нагрузку двигателя и/или отдаваемую мощность (например, работу в пороговом диапазоне максимальной расчетной отдаваемой мощности двигателя, например, около 90% максимальной расчетной отдаваемой мощности двигателя), а их наличие можно устанавливать по массовому расходу воздуха, температуре отработавших газов, положению впускного дросселя или другим подходящим параметрам. Когда двигатель работает в условиях пиковой мощности и/или нагрузки, температура отработавших газов может достигать относительно высоких значений, что может стать причиной повреждения турбины, поэтому может возникнуть необходимость направления части отработавших газов в обход турбины, через устройства нейтрализации, для уменьшения температуры и/или давления отработавших газов, поступающих в турбину. Например, данная операция позволяет повысить КПД двигателя. Таким образом, если будет установлено, что двигатель работает в условиях пиковой мощности и/или нагрузки, способ 600 следует на шаг 618 для работы во втором стандартном режиме. Второй стандартный режим будет раскрыт ниже на примере ФИГ. 8. Затем способ 600 совершает возврат.

Если не будет установлено наличие условий пиковой нагрузки, способ следует на шаг 608 для оценки наличия условий холодного пуска. В число условий холодного пуска могут входить: температура двигателя ниже пороговой, температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой, температура двигателя, равная температуре окружающей среды при пуске, период времени после пуска двигателя меньше порогового или иные подходящие параметры. В условиях холодного пуска двигателя температура двигателя может быть ниже стандартной рабочей температуры (например, 100°F), поэтому температура одного или нескольких устройств нейтрализации в выпускной системе, например, ТКН, может быть ниже температуры активации катализатора. Для ускорения прогрева устройства нейтрализации, отработавшие газы можно направить через одно или несколько устройств нейтрализации до того, как они будут направлены через турбину, поэтому, если двигатель работает в условиях холодного пуска, способ 600 следует на шаг 620 для эксплуатации выпускной системы в первом обходном режиме, который будет подробнее раскрыт ниже на примере ФИГ. 9.

Если двигатель не работает в условиях холодного пуска, например, если температура двигателя выше пороговой, способ 600 следует на шаг 610 для проверки того, превышает ли концентрация твердых частиц на выходе двигателя пороговую. Концентрацию твердых частиц на выходе двигателя можно оценивать по условиям работы или измерять с помощью датчика твердых частиц, расположенного в выпускной системе. Если концентрация твердых частиц превышает указанный порог, может иметь место ухудшение характеристик турбины из-за ударного воздействия твердых частицы на ее рабочие лопатки, поэтому может быть нужно сначала направить отработавшие газы через фильтр твердых частиц. Например, пороговая концентрация твердых частиц может зависеть от предела стойкости турбины к воздействию твердых частиц.

Соответственно, если концентрация твердых частиц на выходе двигателя превышает указанный порог, способ 600 следует на шаг 620 для работы в первом обходном режиме, который будет раскрыт на примере ФИГ. 9. Затем способ 600 совершает возврат.

Если концентрация твердых частиц на выходе двигателя не превышает указанный порог, способ 600 следует на шаг 612 для проверки наличия условий холостого хода двигателя, например, на основании того, что частота вращения двигателя ниже того или иного порога (например, ниже 500 об./мин), положение дросселя меньше того или иного порога, и/или того, что транспортное средство находится в неподвижном состоянии с работающим двигателем. Если будет установлено наличие условий холостого хода двигателя, способ 600 следует на шаг 622 для эксплуатации выпускной системы во втором обходном режиме. Во втором обходном режиме поток отработавших газов через турбину можно уменьшить, направив часть отработавших газов в атмосферу для уменьшения насосных потерь, как будет раскрыто на примере ФИГ. 10. Если условия холостого хода двигателя отсутствуют, способ следует на шаг 614 и эксплуатирует выпускную систему в первом рабочем режиме. Затем способ 600 совершает возврат.

Таким образом, способ 600 предусматривает эксплуатацию выпускной системы в первом стандартном режиме работы, в котором отработавшие газы сначала проходят через турбину, а затем через одно или несколько устройств нейтрализации, в большинстве режимов работы двигателя, в том числе при увеличении потребности в крутящем моменте при ускорении. При этом выпускную систему можно эксплуатировать во втором стандартном режиме работы, в котором часть отработавших газов направляют в обход турбины к как минимум одному устройству нейтрализации для уменьшения нагрузки на турбину в условиях работы двигателя с пиковой мощностью и/или нагрузкой. Выпускную систему также можно эксплуатировать во втором стандартном режиме работы, когда давление наддува во впускной системе двигателя превышает необходимое, даже если двигатель не работает с пиковой мощностью или нагрузкой. Выпускная система может работать в первом обходном режиме, в котором отработавшие газы сначала проходят через указанное как минимум одно устройство нейтрализации, а затем через турбину, при наличии определенных рабочих условий. В их число могут входить условия холодного пуска и концентрация твердых частиц на выходе двигателя выше порога. В еще одном примере двигателем можно управлять в первом обходном режиме при наличии указания на то, что происходит регенерация одного из устройств нейтрализации, например, фильтра твердых частиц, во избежание потери тепла через турбину, что может привести к задержке регенерации или увеличению ее продолжительности.

Выпускную систему можно эксплуатировать во втором обходном режиме, в котором поток отработавших газов из как минимум одного устройства нейтрализации в турбину частично направляют в атмосферу, например, для уменьшения насосных потерь в условиях холостого хода двигателя. Кроме того, первому стандартному режиму работы можно отдавать предпочтение во время события ускорения, в частности, когда давление наддува относительно низко, или когда температура отработавших газов низка, для обеспечения быстрого создания необходимого крутящего момента. Данное предпочтение может предусматривать работу в указанном стандартном режиме в связи с событием ускорения, даже когда двигатель работает в условиях холодного пуска, концентрация твердых частиц выше указанного порога и т.п. При этом, если температура отработавших газов относительно высока, выпускную систему можно эксплуатировать в первом обходном режиме даже во время события ускорения во избежание повреждения турбины отработавшими газами высокой температуры.

ФИГ. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 700 для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 70 на ФИГ. 1-5, в первом стандартном режиме работы. Способ 700 можно выполнять как часть способа 600, например, в связи с выявлением события ускорения. На шаге 702 способ 700 предусматривает установку первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие первые положения. Как указано выше на примере ФИГ. 2, когда первый трехходовой клапан 222, второй трехходовой клапан 224 и третий трехходовой клапан 226 установлены в первые положения, отработавшие газы текут в выпускной системе по первому пути. Первый путь предусматривает направление отработавших газов из выпускного коллектора в турбину, как указано на шаге 704. Первый путь также предусматривает направление отработавших газов из турбины в (и через) как минимум одно устройство нейтрализации отработавших газов, как указано на шаге 705. Первый путь также предусматривает направление отработавших газов из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, как указано на шаге 706.

При необходимости, способ 700 также предусматривает, на шаге 708, направление как минимум части отработавших газов обратно в заборный канал двигателя по каналу РОГ ВД, например, каналу 250 РОГ ВД, представленному на ФИГ. 2. Поток отработавших газов по каналу РОГ ВД можно регулировать, регулируя поток через клапан 230 РОГ. Газы РОГ ВД можно подавать в заборный канал для уменьшения турбоямы, когда компрессор еще не достиг необходимого числа оборотов, для удовлетворения возросшей потребности в крутящем моменте. Третий клапан в первом положении может создавать противодавление с возможностью передачи высокого давления на газы РОГ, текущие по каналу РОГ ВД в заборный канал ниже по потоку от компрессора. Количество отработавших газов, направляемых в заборный канал по каналу РОГ ВД, может зависеть от частоты вращения и нагрузки двигателя, устойчивости горения и/или других условий, для поддержания необходимой концентрации кислорода во всасываемых газах, температуры сгорания, концентрации NOx на выходе двигателя и т.п.

На шаге 710 способ 700 предусматривает проверку наличия свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим работы. В их число могут входить: достижение двигателем пиковой мощности и/или нагрузки, например, непрерывное ускорение в течение того или иного периода времени, превышение пороговой температуры отработавших газов и т.п. При наличии свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим, способ 700 следует на шаг 715 для установки первого клапана в третье положение, оставления второго и третьего клапанов в их первых положениях и направления отработавших газов по пути, раскрытом ниже на примере ФИГ. 8. При отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим, способ 700 следует на шаг 712 для оценки наличия свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим.

При наличии свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим, например, если двигатель продолжает работать в условиях холодного пуска после исчезновения условий для работы в первом стандартном режиме (например, после прекращения ускорения двигателя), или когда содержание ТЧ выше порогового, способ 700 переходит к установке первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положения и направлению отработавших газов по пути, показанном на ФИГ. 9.

Во время перехода из первого стандартного режима в первый обходной режим может произойти временное падение давления наддува из-за задержки поступления отработавших газов в турбину при переходе выпускной системы от направления отработавших газов непосредственно из выпускного коллектора в турбину к направлению отработавших газов сначала через устройство (устройства) нейтрализации. Так как отработавшие газы сначала текут через устройства нейтрализации, может иметь место короткий период, когда они не вращают турбину. Кроме того, отработавшие газы, поступающие в турбину, могут быть холоднее или иметь другое давление, чем при работе в первом стандартном режиме. В совокупности, это может привести к падению давления наддува во время перехода.

Соответственно, способ 700 предусматривает одно или несколько возможных действий для смягчения последствий такого падения давления наддува. В их число могут входить, на шаге 717, регулировка положения впускного воздушного дросселя для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха во время перехода. Дополнительно или взамен, способ 700 предусматривает регулирование клапана РОГ на шаге 718 для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха и газов РОГ ВД во время перехода. Например, можно увеличить степень открытия клапана РОГ для увеличения потока РОГ во время перехода, чтобы компенсировать временное падение давления отработавших газов ниже по потоку от турбины. Степень изменения положения впускного дросселя и/или клапана РОГ может зависеть от исходного числа оборотов турбины и/или температуры отработавших газов.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим, способ 700 следует на шаг 714 для оценки наличия свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим, например, проверки того, начинает ли двигатель работать в режиме холостого хода. Если ответ будет "Да", на шаге 720 способ 700 осуществляет переход во второй обходной режим для установки второго клапана в третье положение, первого и третьего клапанов в их соответствующие вторые положения и направления отработавших газов по пути, показанному на ФИГ. 10.

На шаге 722 способ 700 может предусматривать регулировку положения впускного воздушного дросселя для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха во время перехода из первого стандартного режима во второй обходной режим. Дополнительно или взамен, способ 700 предусматривает регулирование клапана РОГ на шаге 724 для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха и газов РОГ ВД во время перехода. Например, можно увеличить степень открытия клапана РОГ для увеличения потока РОГ во время перехода, чтобы компенсировать временное падение давления отработавших газов ниже по потоку от турбины. Степень изменения положения впускного дросселя и/или клапана РОГ может зависеть от исходного числа оборотов турбины и/или температуры отработавших газов. Затем способ 700 совершает возврат.

На шаге 714, при отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим, способ 700 следует на шаг 726, на котором выпускную систему оставляют в первом стандартном режиме с первым, вторым и третьим трехходовыми клапанами в первых положениях для продолжения направления отработавших газов по первому пути. Затем способ 700 совершает возврат.

ФИГ. 8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 800 для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 70 на ФИГ. 1-5, во втором стандартном режиме работы. Способ 800 можно выполнять как часть способов 600 и 700, например, в связи с работой двигателя в условиях пиковой мощности и/или нагрузки. Выпускную систему также можно эксплуатировать во втором стандартном режиме работы, когда давление наддува во впускной системе двигателя превышает необходимое, даже если двигатель не работает с пиковой мощностью или нагрузкой. На шаге 802 способ 800 предусматривает установку первого трехходового клапана в третье положение и установку второго трехходового клапана и третьего трехходового клапана в их соответствующие первые положения для направления отработавших газов по второму пути. Как указано выше на примере ФИГ. З, второй путь предусматривает, на шаге 804, направление первой порции отработавших газов по первому каналу через первый клапан в третьем положении в турбину, и из турбины через третий клапан в первом положении в как минимум одно устройство нейтрализации. На шаге 806 вторую порцию отработавших газов направляют через первый клапан в третьем положении в указанное как минимум одно устройство нейтрализации в обход турбины. На шаге 808 отработавшие газы текут из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу через второй клапан в первом положении.

При необходимости, способ 800 также предусматривает, на шаге 809, направление как минимум части отработавших газов обратно в заборный канал двигателя по каналу РОГ ВД. Поток отработавших газов по каналу РОГ ВД можно регулировать, регулируя поток через клапан 230 РОГ в первом положении, как показано на ФИГ. 3. Аналогично способу 700, в способе 800 газы РОГ ВД можно подавать в указанный заборный канал, а третий клапан в первом положении может создавать противодавление с возможностью передачи высокого давления на газы РОГ, текущие в заборный канал. Количество отработавших газов, направляемых в заборный канал по каналу РОГ ВД, может зависеть от частоты вращения и нагрузки двигателя, устойчивости горения и/или других условий, для поддержания необходимой концентрации кислорода во всасываемых газах, температуры сгорания, концентрации NOx на выходе двигателя и т.п.

На шаге 810 способ 800 предусматривает проверку наличия свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим работы. В их число могут входить окончание работы двигателя в условиях пиковой мощности/нагрузки с продолжением работы двигателя в условиях холодного пуска, превышение порогового содержания твердых частиц в отработавших газах и т.п. При наличии свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим, способ 800 следует на шаг 815 для установки первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положения и направления отработавших газов по пути, раскрытому ниже на примере ФИГ. 9.

Как и при переходе из первого стандартного режима в первый обходной режим, во время перехода из второго стандартного режима в первый обходной режим может произойти временное падение давления наддува из-за задержки поступления отработавших газов в турбину, когда выпускная система переходит от направления всех отработавших газов непосредственно из выпускного коллектора в турбину к направлению отработавших газов сначала через устройство (устройства) нейтрализации. Так как отработавшие газы сначала текут через устройства нейтрализации, в обход турбины, может иметь место короткий период, когда они не вращают турбину. Кроме того, отработавшие газы, поступающие в турбину, могут быть холоднее или иметь другое давление, чем при работе во втором стандартном режиме. В совокупности, это может привести к падению давления наддува во время перехода.

Соответственно, способ 800 предусматривает одно или несколько возможных действий для смягчения последствий такого падения давления наддува. В их число могут входить, на шаге 816, регулировка положения впускного воздушного дросселя для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха во время перехода. Дополнительно или взамен, способ 800 предусматривает регулирование клапана РОГ на шаге 817 для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха и газов РОГ ВД во время перехода. Степень изменения положения впускного дросселя и/или клапана РОГ может зависеть от исходного числа оборотов турбины и/или температуры отработавших газов.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим, способ 800 следует на шаг 812 для оценки наличия свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим. При наличии свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим, например, если двигатель начинает работать в условиях холостого хода /низкой нагрузки, способ 800 следует на шаг 818 для установки первого и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положения, установки второго клапана в третье положение и направления отработавших газов по пути, показанному на ФИГ. 10 и подробнее раскрытому ниже. На шаге 820 регулируют положение впускного воздушного дросселя для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха во время перехода. Дополнительно или взамен, способ 800 предусматривает регулирование клапана РОГ на шаге 822 для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха и потока РОГ во время перехода. Степень изменения положения впускного дросселя и/или клапана РОГ может зависеть от исходного числа оборотов турбины и/или температуры отработавших газов.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим, способ 800 следует на шаг 814 для оценки наличия свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим, например, проверки того, имеет ли место рост потребности в крутящем моменте для ускорения двигателя. Если ответ будет "Да", на шаге 824 способ 800 осуществляет переход в первый стандартный режим путем установки первого клапана в первое положение и оставления второго и третьего клапанов в их первых положениях для направления отработавших газов по пути, показанному на ФИГ. 7.

На шаге 814, при отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим, например, если двигатель продолжает работать при пиковой мощности/нагрузке, способ 800 следует на шаг 826, на котором выпускную систему оставляют во втором стандартном режиме с первым клапаном в третьем положении, и вторым и третьим клапанами в первых положениях, раскрытых выше. Затем способ 800 совершает возврат.

ФИГ. 9 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 900 для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 70 на ФИГ. 1-5, в первом обходном режиме работы. Способ 900 можно выполнять как часть способов 600, 700 или 800, например, в связи с условиями холодного пуска. На шаге 902 способ 900 предусматривает установку первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положения. Как разъяснялось выше на примере ФИГ. 4, когда первый, второй и третий трехходовые клапаны установлены в их соответствующие вторые положения, отработавшие газы текут в выпускной системе по третьему пути, предусматривающему направление отработавших газов из выпускного коллектора в (и через) как минимум одно устройство нейтрализации, как указано на шаге 904. Указанный путь также предусматривает направление отработавших газов из указанного как минимум одного устройства нейтрализации отработавших газов в турбину, как указано на шаге 906, а на шаге 908 - направление отработавших газов из турбины в атмосферу.

При необходимости, способ 900 также предусматривает, на шаге 910, направление как минимум части отработавших газов обратно в заборный канал двигателя, выше по потоку от компрессора по каналу РОГ НД. Количество отработавших газов, направляемых в заборный канал по каналу РОГ НД, может зависеть от частоты вращения и нагрузки двигателя, устойчивости горения и/или других условий, для поддержания необходимой концентрации кислорода во всасываемых газах, температуры сгорания, концентрации NOx на выходе двигателя и т.п.

На шаге 912 способ 900 предусматривает проверку наличия свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим работы. В их число могут входить начало работы двигателя в условиях холостого хода, падение нагрузки двигателя ниже пороговой или другой подходящий параметр. Если на шаге 912 будет установлена необходимость перехода во второй обходной режим, способ 900 следует на шаг 916 для установки второго клапана в третье положение, оставления первого и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положениях и направления отработавших газов по пути, показанном на ФИГ. 10 и раскрытому ниже.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй обходной режим, способ 900 следует на шаг 914 для проверки наличия свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим. Если ответ будет "Да", способ 900 следует на шаг 918 для перемещения первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие первые положения, в которых отработавшие газы направляют по первому пути, раскрытому выше на примере ФИГ. 7.

Во время перехода из первого обходного в первый стандартный режим, моменты перемещения первого и второго трехходовых клапанов можно регулировать во избежание направления отработавших газов в атмосферу через второй трехходовой клапан до поступления отработавших газов из первого канала в турбину. То есть способ 900 может предусматривать, на шаге 919, задержку перемещения второго трехходового клапана в первое положение относительно перемещения первого трехходового клапана в первое положение. Например, контроллер может направить сигнал переместить первый трехходовой клапан из второго положения в первое положение при наличии свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим. Контроллер может задержать направление сигнала переместить второй трехходовой клапан из второго положения в первое положение на то или иное количество времени. Время задержки может зависеть от длины первого канала, массового расхода потока отработавших газов по первому каналу и т.п., с тем, чтобы начало направления отработавших газов во втором канале в атмосферу совпадало по времени с достижением турбины отработавшими газами в первом канале или немного опережало его. Затем способ 900 совершает возврат.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим, на шаге 915 способ 900 проверяет наличие свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим. Например, свидетельством необходимости перехода из первого обходного режима во второй стандартный режим может быть событие нажатия педали акселератора при работе в условиях холодного пуска. Если ответ будет "Да", на шаге 920 способ 900 предусматривает установку первого клапана в третье положение, а второго и третьего клапанов - в их соответствующие первые положения, и, тем самым, направление отработавших газов по пути, раскрытому на примере ФИГ. 8. Во время перехода из первого обходного режима во второй стандартный режим, способ 900 может предусматривать, на шаге 921, задержку перемещения второго трехходового клапана в первое положение относительно перемещения первого трехходового клапана в третье положение во избежание направления отработавших газов в атмосферу через второй трехходовой клапан до поступления отработавших газов из первого канала в турбину.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим, способ 900 следует на шаг 922, на котором систему оставляют в первом обходном режиме с первым, вторым и третьим трехходовыми клапанами во втором положении. Затем способ 900 совершает возврат.

ФИГ. 10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 950 для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 70 на ФИГ. 1-5, во втором обходном режиме работы. Способ 950 можно выполнять как часть способов 600, 700, 800 или 900, например, в связи с условиями холостого хода двигателя или в связи с превышением пороговой концентрации твердых частиц на выходе двигателя. На шаге 952 способ 950 предусматривает установку первого и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие вторые положения, а второго клапана - в третье положение. Как указано выше на примере ФИГ. 5, когда первый и третий трехходовые клапаны находятся в своих вторых положениях, а второй трехходовой клапан - в третьем положении, отработавшие газы текут по четвертому пути.

Четвертый путь предусматривает направление отработавших газов из выпускного коллектора в (и через) как минимум одно устройство нейтрализации на шаге 954. На шаге 956 способ 950 предусматривает направление первой порции отработавших газов из указанного как минимум одного устройства нейтрализации через второй клапан в третьем положении в турбину, и из турбины через третий клапан во втором положении в атмосферу. Данный путь также предусматривает, на шаге 958, направление второй порции отработавших газов из как минимум одного устройства нейтрализации отработавших газов через второй клапан в третьем положении в атмосферу.

При необходимости, способ 950 также предусматривает, на шаге 959, направление как минимум части отработавших газов обратно в заборный канал двигателя по каналу РОГ НД. Количество отработавших газов, направляемых в заборный канал по каналу РОГ НД, может зависеть от частоты вращения и нагрузки двигателя, устойчивости горения и/или других условий, для поддержания необходимой концентрации кислорода во всасываемых газах, температуры сгорания, концентрации NOx на выходе двигателя и т.п.

На шаге 960 способ 900 предусматривает проверку наличия свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим работы. Необходимость перехода из второго обходного режима в первый стандартный режим можно установить на основании необходимости ускорения двигателя или иного подходящего параметра. Если на шаге 960 будет установлено наличие свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим, способ 950 следует на шаг 966 для перемещения первого, второго и третьего трехходовых клапанов в их соответствующие первые положения и направления отработавших газов по первому пути, раскрытому выше на примере ФИГ. 7.

Во время перехода из второго обходного в первый стандартный режим, моменты перемещения первого и второго трехходовых клапанов можно регулировать во избежание направления отработавших газов в атмосферу через второй трехходовой клапан до поступления отработавших газов из первого канала в турбину. То есть способ 950 может предусматривать, на шаге 967, задержку перемещения второго трехходового клапана в первое положение относительно перемещения первого трехходового клапана в первое положение. Например, контроллер может направить сигнал переместить первый трехходовой клапан из второго положения в первое положение при наличии свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим. Контроллер может задержать направление сигнала переместить второй трехходовой клапан из второго положения в первое положение на то или иное количество времени. Время задержки может зависеть от длины первого канала, массового расхода потока отработавших газов по первому каналу и т.п., с тем, чтобы начало направления отработавших газов во втором канале в атмосферу совпадало по времени с достижением турбины отработавшими газами в первом канале или немного опережало его. Затем способ 950 совершает возврат.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый стандартный режим, способ 950 следует на шаг 962 для проверки наличия свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим. Например, свидетельством необходимости перехода во второй стандартный режим может быть достижение двигателем пиковой отдаваемой мощности. Если ответ будет "Да", способ 950 следует на шаг 968 для перемещения первого клапана в третье положение, а второго и третьего трехходовых клапанов - в их соответствующие первые положения, и направления, тем самым, отработавших газов по второму пути, показанному на ФИГ. 8.

Во время перехода из второго обходного режима во второй стандартный режим, моменты перемещения первого и второго трехходовых клапанов можно регулировать во избежание направления отработавших газов в атмосферу через второй трехходовой клапан до поступления отработавших газов из первого канала в турбину. То есть способ 950 может предусматривать, на шаге 969, задержку перемещения второго трехходового клапана в первое положение относительно перемещения первого трехходового клапана из второго положения в третье положение. Например, контроллер может направить сигнал переместить первый трехходовой клапан из второго положения в третье положение при наличии свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим. Контроллер может задержать направление сигнала переместить второй трехходовой клапан из второго положения в первое положение на то или иное количество времени. Время задержки может зависеть от длины первого канала, массового расхода потока отработавших газов по первому каналу и т.п., с тем, чтобы начало направления отработавших газов во втором канале в атмосферу совпадало по времени с достижением турбины отработавшими газами в первом канале или немного опережало его. Затем способ 950 совершает возврат.

При отсутствии свидетельств необходимости перехода во второй стандартный режим, на шаге 964 способ 950 проверяет наличие свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим. Свидетельством необходимости перехода из второго обходного режима в первый обходной режим может быть переход двигателя от холостого хода к не-холостому ходу, например, при трогании транспортного средства. Если ответ будет "Да", на шаге 970 способ 950 устанавливает первый, второй и третий клапаны в их соответствующие вторые положения, тем самым направляя отработавшие газы по третьему пути, раскрытому на примере ФИГ. 9. При отсутствии свидетельств необходимости перехода в первый обходной режим, способ 950 следует на шаг 972, на котором систему оставляют во втором обходном режиме. Затем способ 950 совершает возврат.

ФИГ. 11 иллюстрирует вариант 980 осуществления выпускной системы 70 на ФИГ. 2-5. Признаки выпускной системы 70, раскрытые ранее на примерах ФИГ. 2-5, имеют аналогичные номера позиций и не раскрываются повторно. Вариант 980 осуществления содержит систему 254 рекуперации энергии отработавших газов, расположенную в первом канале 216, ниже по потоку от первого трехходового клапана 222 и выше по потоку от турбины 204 выпускной системы 70. Поток отработавших газов из выпускного коллектора 48 через первый трехходовой клапан 222 в первом положении будет течь в (и через) систему 254 рекуперации энергии отработавших газов, соединенную с первым каналом 216. Система 254 рекуперации энергии отработавших газов выполнена с возможностью отбора тепловой энергии из горячих отработавших газов, текущих через систему 254 рекуперации энергии отработавших газов, и преобразования этой тепловой энергии в электроэнергию. Полученную электроэнергию можно накапливать в батарее 256, соединенной с системой 254 рекуперации энергии отработавших газов, с одновременным направлением охлажденных отработавших газов по первому каналу в турбину 204 и далее через турбину в третий канал 220.

В одном примере система 254 рекуперации энергии отработавших газов может содержать как минимум один преобразователь тепловой энергии в электрическую, как минимум одна сторона которого находится в тепловом контакте с потоком горячих отработавших газов по первому каналу 216, а другая сторона - в тепловом контакте с охлаждающей текучей средой, например, хладагентом двигателя. Разность температур между сторонами преобразователя может быть причиной возникновения электрического напряжения с возможностью его накопления в батарее 256. Энергию, накопленную в батарее 256, можно использовать для выполнения других действий в транспортном средстве, например, как источник энергии для обогрева пассажирского салона, для размораживания окон и т.п.

В еще одном примере в основе работы системы рекуперации энергии отработавших газов может лежать цикл Ренкина, могущий представлять собой термодинамический цикл, в котором тепло отработавших газов используют для превращения в пар текучей среды под давлением. Давление пара, создаваемое превращенной в пар текучей средой, может приводить в действие расширитель, который может быть либо непосредственно связан с коленчатым валом двигателя, либо соединен с генератором переменного тока, для производства электроэнергии. В одном примере система рекуперации энергии отработавших газов может представлять собой термоэлектрический генератор (ТЭГ, также именуемый «генератор на эффекте Зеебека»). ТЭГ представляет собой твердотельное устройство, преобразующее тепло непосредственно в электроэнергию, используя эффект разности температур. ТЭГ могут функционировать как тепловые двигатели, будучи меньше их по габаритам и не содержа подвижных частей.

Отработавшие газы, текущие из системы 254 рекуперации энергии отработавших газов, холоднее поступающих в систему рекуперации энергии отработавших газов. Охлажденные отработавшие газы, выходящие из системы рекуперации энергии, текут по первому каналу 216 в турбину 204, далее через турбину в третий канал 220, соединенный по текучей среде с магистралью 228 РОГ, разветвляющейся на канал 252 РОГ НД и канал 250 РОГ ВД. Охлажденные отработавшие газы текут по магистрали 228 РОГ и либо в канал РОГ НД, либо в канал РОГ ВД, в зависимости от параметров работы двигателя. Поэтому ни в канале РОГ НД, ни в канале РОГ ВД не нужны охладители РОГ для охлаждения отработавших газов, текущих в заборный канал 42, благодаря чему не происходит отбор тепла на охладители РОГ, при этом повышается общая топливная экономичность. В других примерах канал 252 РОГ НД и/или канал 250 РОГ ВД могут содержать один или несколько охладителей РОГ, что обеспечивает возможность подачи относительно больших количеств газов РОГ в двигатель даже в условиях высокой температуры отработавших газов.

Поток отработавших газов в систему 254 рекуперации энергии отработавших газов можно регулировать, изменяя положение первого трехходового клапана 222 выше по потоку от системы рекуперации энергии отработавших газов. Первый трехходовой клапан 222, находясь в первом положении (например, в первом стандартном режиме в условиях возросшей потребности в крутящем моменте, как показано на фигуре на ФИГ. 2), может направлять отработавшие газы по первому каналу 216 в (и через) систему 254 рекуперации отработавших газов. Охлажденные отработавшие газы, выходящие из системы 254 рекуперации энергии, могут течь по первому каналу 216 в турбину 204, через турбину в как минимум одно устройство нейтрализации, и из указанного как минимум одного устройства нейтрализации - в атмосферу.

Первый трехходовой клапан 222 во втором положении может направлять отработавшие газы в обход системы 254 рекуперации отработавших газов и в обход турбины по второму каналу 218 непосредственно в как минимум одно устройство нейтрализации (например, в первом обходном режиме в условиях холодного пуска и во втором обходном режиме во время холостого хода двигателя, как показано на ФИГ. 4 и 5).

Первый клапан в третьем положении может направлять порцию отработавших газов в первый канал 216, при этом отработавшие газы текут в (и через) систему 254 рекуперации отработавших газов в турбину 204, и может направлять другую порцию отработавших газов в как минимум одно устройство нейтрализации в обход турбины (например, во втором стандартном режиме, в условиях пиковой нагрузки, как показано на ФИГ. 3). Аналогично выпускной системе и способам, раскрытым выше на примере ФИГ. 2-10, выпускную систему на ФИГ. 11 можно эксплуатировать в четырех рабочих режимах (первом стандартном, втором стандартном, первом обходном, втором обходном) с возможностью перехода из одного из указанных четырех рабочих режимов в другой в зависимости от параметров работы двигателя.

На ФИГ. 12 схематически изображена система 1000 двигателя с выпускной системой 71. Выпускная система 71 может быть соединена с двигателем 10, содержащим множество цилиндров, в данном случае показанных в виде четырех рядно расположенных цилиндров, хотя возможны и другие конфигурации. Как было раннее показано на ФИГ. 2*, всасываемый воздух поступает в двигатель 10 через впускной коллектор 44, а отработавшие газы выходят через выпускной коллектор 48. Выпускная система 71 содержит турбокомпрессор 1002, содержащий компрессор 1006, расположенный в заборном канале 42, и турбину 1004, расположенную в канале для приема отработавших газов из выпускного коллектора 48. Компрессор 1006 может как минимум частично приводить в действие газовая турбина 1004 посредством вала 1008. Все отработавшие газы или некоторую их часть можно направлять в обход турбины 1004 по перепускному каналу турбины с возможностью регулирования регулятором 1030 давления наддува. Система 1020 рекуперации энергии отработавших газов, соединенная с батареей 1021, может быть соединена по текучей среде с выпускным каналом ниже по потоку от выпускного коллектора и выше по потоку от турбины 1004.

Система 1020 рекуперации энергии отработавших газов может содержать как минимум один термоэлектрический преобразователь, преобразующий разность температур отработавших газов и охлаждающей текучей среды (например, хладагента двигателя) в электрическое напряжение с возможностью его накапливания батарее 1021. Канал 1016 РОГ ВД с клапаном 1017 РОГ ВД выполнен с возможностью направления охлажденных отработавших газов, выходящих из системы 1020 рекуперации энергии отработавших газов выше по потоку от турбины, в заборный канал ниже по потоку от компрессора. Канал 1018 РОГ НД выполнен с возможностью направления охлажденных отработавших газов, выходящих из системы 1020 рекуперации энергии отработавших газов, из области ниже по потоку от турбины 1004 в заборный канал выше по потоку от компрессора 1006.

Выпускная система 71 содержит одно или несколько устройств нейтрализации отработавших газов, аналогичных устройствам нейтрализации, описанным на примере ФИГ. 2. Как показано на ФИГ. 12, выпускная система 71 содержит первое устройство 1010 нейтрализации, второе устройство 1012 нейтрализации и третье устройство 1014 нейтрализации. В число устройств нейтрализации могут входить одно или несколько из следующих: трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), улавливатель углеводородов, фильтр твердых частиц, глушитель, окислительный каталитический нейтрализатор, накопитель обедненных оксидов азота (НООА), система избирательного каталитического восстановления (ИКВ) или другое подходящее устройство нейтрализации. В одном конкретном примере двигатель 10 может представлять собой бензиновый двигатель, а первое устройство нейтрализации может представлять собой ТКН, второе устройство нейтрализации - подкузовной нейтрализатор, а третье устройство нейтрализации - глушитель. В еще одном конкретном примере двигатель 10 может представлять собой дизельный двигатель, первое устройство нейтрализации - дизельный окислительный каталитический нейтрализатор, второе устройство нейтрализации - фильтр твердых частиц дизельного двигателя, а третье устройство нейтрализации - ИКВ/НООА. Приведенные выше примеры не являются ограничивающими, при этом возможны и другие конфигурации.

Выпускная система 71 также содержит множество выпускных каналов и трехходовых клапанов для направления потока отработавших газов через турбину 1004 и через множество устройств нейтрализации. Выпускной коллектор 48 соединен по текучей среде с первым каналом 1024. Первый канал 1024 соединен по текучей среде через первый трехходовой клапан 1022 с системой 1020 рекуперации энергии отработавших газов и далее с турбиной 1004. Второй канал 1026 соединяет турбину 1004 с как минимум одним устройством нейтрализации, а устройство нейтрализации - с атмосферой. Третий канал 1028 содержит вход, соединенный с первым каналом 1024 через первый трехходовой клапан 1022, а третий канал 1028 содержит выход, соединенный со вторым каналом 1026 ниже по потоку от турбины и выше по потоку от указанного как минимум одного устройства нейтрализации. Таким образом, первый канал 1024 выполнен для направления отработавших газов непосредственно из выпускного коллектора 48 через систему 1020 рекуперации энергии отработавших газов в турбину 1004 в как минимум некоторых условиях, когда первый трехходовой клапан 1022 находится в первом положении. Третий канал 1028 выполнен для направления отработавших газов непосредственно в указанное как минимум одно устройство нейтрализации в обход системы 1020 рекуперации энергии отработавших газов и турбины 1004 в как минимум некоторых условиях работы, когда первый трехходовой клапан находится во втором положении.

В одном примере в условиях низкой нагрузки двигателя, в том числе в условиях холостого хода двигателя, выпускную систему можно эксплуатировать в первом рабочем режиме. В первом рабочем режиме первый трехходовой клапан 1022 в первом положении направляет отработавшие газы по первому каналу 1024 в систему 1020 рекуперации энергии отработавших газов. Далее отработавшие газы текут через систему 1020 рекуперации энергии отработавших газов в турбину 1004. Тепловая энергия отработавших газов может быть отобрана и преобразована в электроэнергию системой 1020 рекуперации энергии отработавших газов с возможностью накопления в батарее 1021. Охлажденные отработавшие газы, выходящие из системы 1020 рекуперации энергии отработавших газов, текут в турбину 1004 и далее через турбину во второй канал 1026, по которому отработавшие газы текут через указанное как минимум одно устройство нейтрализации в атмосферу. Газы РОГ НД могут быть направлены из второго канала 1026 в заборный канал 42 выше по потоку от компрессора 1006 по каналу 1018 РОГ НД путем регулирования клапана 1019 РОГ НД. Температура отработавших газов, текущих по каналу 1018 РОГ НД, уже снижена за счет отбора тепловой энергии из отработавших газов при их протекании через систему 1020 рекуперации энергии отработавших газов. Подача газов РОГ НД в заборный канал выше по потоку от компрессора позволяет уменьшить выбросы и повысить топливную экономичность.

Когда двигатель работает в условиях пиковой мощности и/или нагрузки, выпускная система может функционировать во втором рабочем режиме, в котором отработавшие газы текут через первый трехходовой клапан в первом положении в (и через) систему 1020 рекуперации энергии отработавших газов и далее в турбину 1004. Далее отработавшие газы текут через турбину в как минимум одно устройство нейтрализации, а затем в атмосферу. Охлажденные газы РОГ, выходящие в области ниже по потоку от системы рекуперации энергии отработавших газов и выше по потоку от турбины, могут быть направлены по каналу РОГ ВД в заборный канал 42 ниже по потоку от компрессора 1006, что позволяет снизить насосные потери, повысить топливную экономичность и уменьшить выбросы двигателя.

В еще одном примере выпускная система может функционировать в третьем рабочем режиме в условиях холодного пуска, когда устройства нейтрализации еще не достигли температуры активации катализатора. В третьем рабочем режиме трехходовой клапан 1022 во втором положении может направлять отработавшие газы по третьему каналу 1028 во второй канал 1026, далее из второго канала 1026 в как минимум одно из устройств нейтрализации, и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу в обход системы 1020 рекуперации энергии отработавших газов и турбины 1004. Поток РОГ через каналы РОГ ВД и РОГ НД в указанный заборный канал невозможен.

ФИГ. 13 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 1100 для выбора режима работы выпускной системы. Способ 1100 можно осуществлять для эксплуатации выпускной системы, например, выпускной системы 71 на ФИГ. 12, в необходимом режиме работы. Команды для реализации способа 1100 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, может выполнять контроллер (например, контроллер 12) в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1 и 12. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя, например, трехходовые клапаны, регулятор давления наддува, дроссель и т.п., для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.

На шаге 1102 способ 1100 включает в себя определение параметров работы. В число определяемых параметров, помимо прочих, могут входить: частота вращения двигателя, необходимый крутящий момент, температура двигателя, давление наддува, отдача двигателя, концентрация компонентов отработавших газов и другие параметры. На шаге 1104, по результатам определения параметров работы, способ 1100 предусматривает проверку того, установлено ли наличие режима низкой нагрузки двигателя. Наличие режима низкой нагрузки двигателя может быть установлено, когда двигатель работает на холостом ходу, частота вращения двигателя не превышает пороговую, или по другому параметру. Если будет установлено наличие режима низкой нагрузки двигателя, способ 1100 следует на шаг 1112 для эксплуатации выпускной системы в первом рабочем режиме, предусматривающем направление отработавших газов через первый трехходовой клапан в первом положении в систему рекуперации энергии отработавших газов, через систему рекуперации энергии отработавших газов в турбину, через турбину в как минимум одно устройство нейтрализации, и через указанное как минимум одно устройство нейтрализации в атмосферу. Охлажденные газы РОГ по каналу РОГ НД направляют в заборный канал выше по потоку от компрессора. Затем способ 1100 совершает возврат.

Если наличие режима низкой нагрузки двигателя не будет установлено, способ 1100 следует на шаг 1106 для проверки того, работает ли двигатель в условиях пиковой мощности и/или нагрузки. Условия пиковой мощности и/или нагрузки могут включать в себя максимальную нагрузку двигателя и/или отдаваемую мощность, а их наличие можно устанавливать по массовому расходу воздуха, температуре отработавших газов, положению впускного дросселя или другим подходящим параметрам. Если будет установлено, что двигатель работает в условиях пиковой мощности и/или нагрузки, способ 1100 следует на шаг 1114 для эксплуатации выпускной системы во втором рабочем режиме. Второй рабочий режим предусматривает нахождение первого клапана в первом положении и направление отработавших газов через систему рекуперации энергии отработавших газов в турбину, через турбину в как минимум одно устройство нейтрализации, и через указанное как минимум одно устройство нейтрализации в атмосферу. Охлажденные газы РОГ по каналу РОГ ВД направляют в заборный канал ниже по потоку от компрессора. Затем способ 1100 совершает возврат.

Если наличие условий пиковой нагрузки не будет установлено, способ следует на шаг 1108 для оценки наличия условий холодного пуска. В число условий холодного пуска могут входить: температура двигателя ниже пороговой, температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой, температура двигателя, равная температуре окружающей среды при пуске, период времени после пуска двигателя меньше порогового или иные подходящие параметры. В условиях холодного пуска двигателя температура двигателя может быть ниже стандартной рабочей температуры (например, 100°F), поэтому температура одного или нескольких устройств нейтрализации в выпускной системе, например, ТКН, может быть ниже температуры активации катализатора. Для ускорения прогрева устройств нейтрализации, отработавшие газы можно направить через одно или несколько устройств нейтрализации в обход системы рекуперации энергии отработавших газов и турбины. То есть, если двигатель работает в условиях холодного пуска, способ 1100 следует на шаг 1116 для эксплуатации выпускной системы в третьем рабочем режиме, предусматривающем направление отработавших газов через указанное как минимум одно устройство нейтрализации в атмосферу в обход системы рекуперации энергии отработавших газов и турбины. Затем способ 1100 совершает возврат.

Если двигатель не работает в условиях холодного пуска, например, если температура двигателя выше пороговой, способ 1100 следует на шаг 1110 и эксплуатирует выпускную систему в первом рабочем режиме, раскрытом выше. Затем способ 1100 совершает возврат.

Таким образом, выпускную систему системы двигателя в транспортном средстве можно эксплуатировать в различных режимах в зависимости от условий работы двигателя. При работе в первом стандартном режиме, отработавшие газы сначала протекают через турбину с последующим поступлением в устройства нейтрализации отработавших газов, что обеспечивает возможность максимального отбора энергии отработавших газов посредством турбокомпрессора. В частности, это может быть полезно при трогании транспортного средства или в других условиях, обычно связанных с задержкой реагирования турбокомпрессора, когда необходима быстрая реакция (например, раскрутка) турбины для обеспечения необходимого крутящего момента. Во втором стандартном режиме, в условиях пиковой нагрузки двигателя, некоторую часть нагрузки можно направить в обход турбины путем перенаправления как минимум части потока отработавших газов от турбины, что позволяет снизить нагрузку и предотвратить перегрев турбины. При работе в первом обходном режиме отработавшие газы текут через устройства нейтрализации с последующим поступлением в турбину. Это обеспечивает возможность быстрого прогрева каталитического нейтрализатора в условиях холодного пуска и предотвращения поступления в турбину отработавших газов высокой температуры, твердых частиц или иных компонентов отработавших газов, могущих ухудшить характеристики турбины. Кроме того, первый обходной режим работы позволяет уменьшить противодавление отработавших газов. При работе во втором обходном режиме отработавшие газы, текущие через указанное как минимум одно устройство нейтрализации в турбину, можно частично направить в атмосферу через второй клапан для уменьшения насосных потерь в режиме холостого хода двигателя. Кроме того, во всех раскрытых выше режимах работы отработавшие газы, так или иначе, проходят через устройства нейтрализации и поступают в турбину, обеспечивая соблюдение нормативов выбросов и улучшение эксплуатационных показателей двигателя при всех условиях работы без необходимости изменения компоновки компонентов двигателя.

Технический эффект, достигаемый эксплуатацией системы двигателя с выпускной системой в первом или во втором стандартном режиме работы, состоит в обеспечении быстрого реагирования во время событий ускорения и уменьшении нагрузки на турбину в условиях пиковой нагрузки двигателя. Кроме того, технический эффект, достигаемый эксплуатацией системы двигателя с выпускной системой в первом или во втором обходном режиме работы, состоит в ускорении прогрева каталитического нейтрализатора в условиях холодного пуска и уменьшении насосных потерь в режиме холостого хода двигателя.

Способ для двигателя содержит шаги, на которых: в первом состоянии направляют первую порцию отработавших газов в турбину, из турбины в как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, и направляют вторую порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации в обход турбины, и далее из указанного устройства нейтрализации в атмосферу, а во втором состоянии направляют третью порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в турбину, и далее из турбины в атмосферу, и направляют четвертую порцию отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу в обход турбины. В первом примере способа первое состояние включает в себя отдачу двигателя выше первой пороговой отдачи, а второе состояние включает в себя отдачу двигателя ниже второй пороговой отдачи. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором по меньшей мере часть отработавших газов направляют в заборный канал двигателя по единой магистрали рециркуляции отработавших газов, разветвляющейся на канал рециркуляции отработавших газов высокого давления и канал рециркуляции отработавших газов низкого давления, при этом отработавшие газы поступают в единую магистраль рециркуляции отработавших газов в месте между турбиной и указанным как минимум одним устройством нейтрализации. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно содержит шаги, на которых: в первом состоянии отработавшие газы направляют по единой магистрали рециркуляции отработавших газов в канал рециркуляции отработавших газов высокого давления, а из канала рециркуляции отработавших газов высокого давления - в указанный заборный канал ниже по потоку от компрессора, и во втором состоянии отработавшие газы направляют по единой магистрали рециркуляции отработавших газов в канал рециркуляции отработавших газов низкого давления, а из канала рециркуляции отработавших газов низкого давления - в указанный заборный канал выше по потоку от компрессора. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и отличается тем, что в первом состоянии направление отработавших газов включает в себя установку первого трехходового клапана в третье положение и установку второго трехходового клапана и третьего трехходового клапана в их соответствующие первые положения. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и отличается тем, что во втором состоянии направление отработавших газов включает в себя установку первого трехходового клапана и третьего трехходового клапана в их соответствующие вторые положения, а второго трехходового клапана - в третье положение. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и дополнительно содержит шаг, на котором, в связи с переходом из первого состояния во второе состояние, регулируют положение впускной дроссельной заслонки и/или клапана рециркуляции отработавших газов для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и отличается тем, что положение впускной дроссельной заслонки и/или клапана рециркуляции отработавших газов также регулируют в зависимости от давления наддува. Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по седьмой и дополнительно содержит шаги, на которых: в третьем состоянии направляют отработавшие газы через турбину, из турбины в указанное как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, и в четвертом состоянии направляют отработавшие газы через указанное как минимум одно устройство нейтрализации, из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в турбину, и далее из турбины в атмосферу. Девятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по восьмой и отличается тем, что третье состояние включает в себя событие ускорения двигателя, а четвертое состояние включает в себя температуру двигателя ниже пороговой.

Система для двигателя содержит двигатель, содержащий выпускной коллектор, турбину турбокомпрессора, соединенную по текучей среде с выпускным коллектором по первому каналу, второй канал, ответвляющийся от первого канала выше по потоку от турбины и содержащий выход, соединенный по текучей среде с турбиной, первый трехходовой клапан в узле соединения между первым каналом и вторым каналом, как минимум одно устройство нейтрализации, расположенное во втором канале, второй трехходовой клапан, расположенный во втором канале выше по потоку от турбины и ниже по потоку от указанного как минимум одного устройства нейтрализации, при этом второй трехходовой клапан соединяет второй канал с атмосферой, третий канал, соединенный по текучей среде с выходом турбины и вторым каналом выше по потоку от указанного как минимум одного устройства нейтрализации, третий трехходовой клапан, соединяющий третий канал с атмосферой, четвертый трехходовой клапан, соединяющий единую магистраль рециркуляции отработавших газов (РОГ) с каналом РОГ низкого давления (РОГ НД) и каналом РОГ высокого давления (РОГ ВД), и контроллер, хранящий исполнимые инструкции для: в первом рабочем состоянии двигателя, регулировки положения первого трехходового клапана, и/или второго трехходового клапана, и/или третьего трехходового клапана, и/или четвертого трехходового клапана для соединения по текучей среде первого канала с турбиной и с указанным как минимум одним устройством нейтрализации, для соединения по текучей среде второго канала с атмосферой, для соединения по текучей среде третьего канала со вторым каналом и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ ВД, и, во втором рабочем состоянии двигателя, регулировки положения первого трехходового клапана, и/или второго трехходового клапана, и/или третьего трехходового клапана, и/или четвертого трехходового клапана для соединения по текучей среде второго канала с турбиной и с атмосферой, соединения по текучей среде первого канала со вторым каналом, соединения по текучей среде третьего канала с атмосферой, и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ НД. В первом примере система отличается тем, что контроллер содержит исполнимые инструкции для: соединения по текучей среде первого канала с турбиной и с указанным как минимум одним устройством нейтрализации, установки первого трехходового клапана в третье положение с возможностью направления первой порции отработавших газов в первый канал, а второй порции отработавших газов в указанное как минимум одно устройство нейтрализации, для соединения по текучей среде второго канала с атмосферой, установки второго трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только в атмосферу, для соединения по текучей среде третьего канала со вторым каналом, установки третьего трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только во второй канал, и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ ВД, установки четвертого трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только в канал РОГ ВД. Второй пример системы необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что контроллер содержит исполнимые инструкции для: соединения по текучей среде второго канала с турбиной и с атмосферой, установки второго трехходового клапана в третье положение с возможностью направления третьей порции отработавших газов в турбину и четвертой порции отработавших газов в атмосферу, соединения по текучей среде первого канала со вторым каналом, установки первого трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только во второй канал, соединения по текучей среде третьего канала с атмосферой, установки третьего трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только в атмосферу, и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ НД, установки четвертого трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только в канал РОГ НД. Третий пример системы необязательно включает в себя первый и второй примеры и также содержит систему рекуперации энергии отработавших газов, соединенную с батарей и расположенную в первом канале ниже по потоку от первого трехходового клапана и выше по потоку от турбины. Четвертый пример системы необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и отличается тем, что контроллер содержит исполнимые инструкции для регулировки положения первого трехходового клапана для соединения по текучей среде первого канала с системой рекуперации энергии отработавших газов. Пятый пример системы необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и отличается тем, что вход единой магистрали РОГ соединен с третьим каналом выше по потоку от третьего трехходового клапана и ниже по потоку от турбины. Шестой пример системы необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные исполнимые инструкции для совершения следующих действий: в третьем рабочем состоянии двигателя, регулировки положения первого, и/или второго, и/или третьего, и/или четвертого трехходовых клапанов для соединения по текучей среде первого канала только с турбиной, соединения по текучей среде третьего канала только со вторым каналом, соединения по текучей среде второго канала только с атмосферой, и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ ВД. Седьмой пример системы необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные исполнимые инструкции для совершения следующих действий: в четвертом рабочем состоянии двигателя, регулировки положения первого, и/или второго, и/или третьего, и/или четвертого трехходовых клапанов для соединения по текучей среде первого канала только во вторым каналом, соединения по текучей среде второго канала только с турбиной, соединения по текучей среде третьего канала только с атмосферой и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ только с каналом РОГ НД.

Еще один пример способа содержит шаги, на которых: выборочно направляют отработавшие газы через первый трехходовой клапан в первом положении в турбину, далее из турбины в как минимум одно устройство нейтрализации, и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу, и, в связи с превышением порогового давления наддува, регулируют положение первого трехходового клапана для направления порции отработавших газов в обход турбины, при этом указанная порция отработавших газов течет через первый трехходовой клапан в указанное как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного устройства нейтрализации в атмосферу. Первый пример способа отличается тем, что регулировка положения первого трехходового клапана также включает в себя регулировку положения первого трехходового клапана для направления второй порции отработавших газов через первый трехходовой клапан в турбину, далее из турбины в указанное как минимум одно устройство нейтрализации и далее из указанного как минимум одного устройства нейтрализации в атмосферу.

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

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

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

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

в первом рабочем состоянии двигателя, определяемом с помощью контроллера двигателя на основе показаний одного или более из датчика массового расхода воздуха, датчика положения впускного дросселя и датчика положения двигателя,

направляют первую порцию отработавших газов из двигателя в турбину через первый трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера двигателя в третье положение, причем первый трехходовой клапан расположен в первом выпускном канале,

направляют первую порцию из турбины в одно или более устройств нейтрализации, расположенных во втором выпускном канале, через третий трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера в первое положение, и третий выпускной канал,

далее направляют первую порцию из одного или более устройств нейтрализации в атмосферу через второй выпускной канал и второй трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера двигателя в первое положение, причем второй трехходовой клапан расположен во втором канале, и

направляют вторую порцию отработавших газов из двигателя в одно или более устройств нейтрализации во втором выпускном канале через первый выпускной канал, первый трехходовой клапан, установленный в третье положение, и второй выпускной канал, в обход турбины, далее из одного или более устройств нейтрализации в атмосферу через второй канал и второй трехходовой клапан, установленный в первое положение; и

во втором рабочем состоянии двигателя, определяемом с помощью контроллера двигателя на основе показаний одного или более из датчика положения впускного дросселя, датчика массового расхода воздуха и датчика положения двигателя,

направляют третью порцию отработавших газов из двигателя в одно или более устройств нейтрализации во втором выпускном канале через первый выпускной канал, первый трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера во второе положение, и второй канал,

направляют третью порцию из одного или более устройств нейтрализации в турбину через второй канал и второй трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера в третье положение, и далее из турбины в атмосферу через третий трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера во второе положение, и

направляют четвертую порцию отработавших газов из двигателя в одно или более устройств нейтрализации во втором выпускном канале через первый выпускной канал, первый трехходовой клапан, установленный во второе положение, и второй канал, и далее из одного или более устройств нейтрализации в атмосферу, в обход турбины, через второй выпускной канал и второй трехходовой клапан, установленный в третье положение.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое рабочее состояние включает в себя нагрузку двигателя выше первой пороговой нагрузки, а второе рабочее состояние включает в себя нагрузку двигателя ниже второй пороговой нагрузки.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором, при работе двигателя в первом состоянии или втором состоянии,

направляют по меньшей мере часть отработавших газов в заборный канал двигателя по единой магистрали рециркуляции отработавших газов и через клапан рециркуляции отработавших газов, расположенный в единой магистрали рециркуляции отработавших газов,

причем единая магистраль рециркуляции отработавших газов разветвляется на канал рециркуляции отработавших газов высокого давления и канал рециркуляции отработавших газов низкого давления ниже по потоку от клапана рециркуляции отработавших газов в направлении потока отработавших газов, и при этом отработавшие газы поступают в единую магистраль рециркуляции отработавших газов в месте ниже по потоку от турбины в направлении потока отработавших газов.

4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий шаги, на которых: в первом рабочем состоянии отработавшие газы направляют по единой магистрали рециркуляции отработавших газов в канал рециркуляции отработавших газов высокого давления, а из канала рециркуляции отработавших газов высокого давления - в заборный канал ниже по потоку от компрессора; и во втором рабочем состоянии отработавшие газы направляют по единой магистрали рециркуляции отработавших газов в канал рециркуляции отработавших газов низкого давления, а из канала рециркуляции отработавших газов низкого давления - в заборный канал выше по потоку от компрессора.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором, в связи с переходом из первого рабочего состояния во второе рабочее состояние, регулируют положение впускной дроссельной заслонки и/или клапана рециркуляции отработавших газов для поддержания необходимого потока всасываемого воздуха.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что положение впускной дроссельной заслонки и/или клапана рециркуляции отработавших газов также регулируют в зависимости от давления наддува в заборном канале, причем давление наддува определяют с помощью контроллера двигателя.

7. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых: в третьем рабочем состоянии двигателя, направляют все отработавшие газы из двигателя через турбину через первый выпускной канал и первый трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера в первое положение, из турбины в одно или более устройств нейтрализации во втором выпускном канале через третий трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера в первое положение, и третий выпускной канал, далее из одного или более устройств нейтрализации в атмосферу через второй выпускной канал и второй трехходовой клапан, установленный в первое положение, и в четвертом рабочем состоянии двигателя, направляют все отработавшие газы из двигателя через одно или более устройств нейтрализации, через первый выпускной канал, первый трехходовой клапан, установленный во второе положение, и второй выпускной канал, из одного или более устройств нейтрализации в турбину через второй выпускной канал и второй трехходовой клапан, установленный во второе положение, и далее из турбины в атмосферу.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что третье рабочее состояние включает в себя событие ускорения двигателя, причем событие ускорения двигателя определяют с помощью контроллера двигателя на основе показаний датчика положения педали, а четвертое рабочее состояние включает в себя температуру двигателя ниже пороговой температуры, причем температуру двигателя определяют с помощью контроллера двигателя на основе показаний датчика температуры двигателя.

9. Система для регулирования потока отработавших газов в выпускной системе двигателя, содержащего выпускной коллектор, содержащая:

турбину турбокомпрессора, соединенную по текучей среде с выпускным коллектором через первый канал;

второй канал, ответвляющийся от первого канала выше по потоку от турбины и содержащий выход, соединенный по текучей среде с турбиной;

первый трехходовой клапан в узле соединения между первым каналом и вторым каналом;

по меньшей мере одно устройство нейтрализации, расположенное во втором канале;

второй трехходовой клапан, расположенный во втором канале выше по потоку от турбины и ниже по потоку от указанного по меньшей мере одного устройства нейтрализации, при этом второй трехходовой клапан соединяет второй канал с атмосферой;

третий канал, соединенный по текучей среде с выходом турбины и вторым каналом выше по потоку от указанного по меньшей мере одного устройства нейтрализации;

третий трехходовой клапан, соединяющий третий канал с атмосферой; четвертый трехходовой клапан, соединяющий единую магистраль рециркуляции отработавших газов (РОГ) с каналом рециркуляции отработавших газов низкого давления (РОГ НД) и каналом рециркуляции отработавших газов высокого давления (РОГ ВД);

датчик массового расхода воздуха, соединенный с заборным каналом двигателя;

датчик положение впускного дросселя, соединенный с впускной дроссельной заслонкой;

датчик положения двигателя, соединенный с коленчатым валом двигателя; и

контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов от датчика массового расхода воздуха, датчика положения впускного дросселя и датчика положения двигателя и хранящий исполнимые инструкции для:

в первом рабочем состоянии двигателя, определяемом на основе показаний от одного или более из датчика массового расхода воздуха, датчика положения впускного дросселя и датчика положения двигателя, регулировки положения первого трехходового клапана, и/или второго трехходового клапана, и/или третьего трехходового клапана, и/или четвертого трехходового клапана для соединения по текучей среде первого канала с турбиной и с указанным по меньшей мере одним устройством нейтрализации, для соединения по текучей среде второго канала с атмосферой, для соединения по текучей среде третьего канала со вторым каналом и соединения по текучей среде единой магистрали рециркуляции отработавших газов с каналом рециркуляции отработавших газов высокого давления; и

во втором рабочем состоянии двигателя, определяемом на основе показаний от одного или более из датчика массового расхода воздуха, датчика положения впускного дросселя и датчика положения двигателя, регулировки положения первого трехходового клапана, и/или второго трехходового клапана, и/или третьего трехходового клапана, и/или четвертого трехходового клапана для соединения по текучей среде второго канала с турбиной и с атмосферой, соединения по текучей среде первого канала со вторым каналом, соединения по текучей среде третьего канала с атмосферой и соединения по текучей среде единой магистрали рециркуляции отработавших газов с каналом рециркуляции отработавших газов низкого давления.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что, для соединения по текучей среде первого канала с турбиной и с указанным по меньшей мере одним устройством нейтрализации контроллер содержит исполнимые инструкции для установки первого трехходового клапана в третье положение с возможностью направления первой порции отработавших газов в первый канал и второй порции отработавших газов в указанное по меньшей мере одно устройство нейтрализации; для соединения по текучей среде второго канала с атмосферой контроллер содержит исполнимые инструкции для установки второго трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только в атмосферу; для соединения по текучей среде третьего канала со вторым каналом контроллер содержит исполнимые инструкции для установки третьего трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только во второй канал; и для соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ ВД контроллер содержит исполнимые инструкции для установки четвертого трехходового клапана в первое положение с возможностью направления отработавших газов только в канал РОГ ВД.

11. Система по п. 9, отличающаяся тем, что для соединения по текучей среде второго канала с турбиной и с атмосферой контроллер содержит исполнимые инструкции для установки второго трехходового клапана в третье положение с возможностью направления третьей порции отработавших газов в турбину и четвертой порции отработавших газов в атмосферу; для соединения по текучей среде первого канала со вторым каналом контроллер содержит исполнимые инструкции для установки первого трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только во второй канал; для соединения по текучей среде третьего канала с атмосферой контроллер содержит исполнимые инструкции для установки третьего трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только в атмосферу; и для соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ НД контроллер содержит исполнимые инструкции для установки четвертого трехходового клапана во второе положение с возможностью направления отработавших газов только в канал РОГ НД.

12. Система по п. 9, дополнительно содержащая систему рекуперации энергии отработавших газов, соединенную с батарей и расположенную в первом канале ниже по потоку от первого трехходового клапана и выше по потоку от турбины.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что контроллер содержит исполнимые инструкции для регулировки положения первого трехходового клапана для соединения по текучей среде первого канала с системой рекуперации энергии отработавших газов.

14. Система по п. 9, отличающаяся тем, что вход единой магистрали РОГ соединен с третьим каналом выше по потоку от третьего трехходового клапана и ниже по потоку от турбины.

15. Система по п. 9, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные исполнимые инструкции для совершения следующих действий: в третьем рабочем состоянии двигателя, определяемом на основе показаний датчика положения педали, регулировки положения первого, и/или второго, и/или третьего, и/или четвертого трехходовых клапанов для соединения по текучей среде первого канала только с турбиной, соединения по текучей среде третьего канала только со вторым каналом, соединения по текучей среде второго канала только с атмосферой и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ с каналом РОГ ВД.

16. Система по п. 9, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные исполнимые инструкции для совершения следующих действий: в четвертом рабочем состоянии двигателя, определяемом на основе показаний датчика температуры двигателя, регулировки положения первого, и/или второго, и/или третьего, и/или четвертого трехходовых клапанов для соединения по текучей среде первого канала только во вторым каналом, соединения по текучей среде второго канала только с турбиной, соединения по текучей среде третьего канала только с атмосферой и соединения по текучей среде единой магистрали РОГ только с каналом РОГ НД.

17. Способ эксплуатации двигателя, содержащий шаги, на которых:

направляют отработавшие газы из двигателя через первый трехходовой клапан, установленный с помощью контроллера двигателя в первое положение, в турбину, далее - в устройство нейтрализации, и далее - в атмосферу; и в связи с превышением давления наддува порогового значения, регулируют положение первого трехходового клапана с помощью контроллера двигателя для направления отработавших газов в обход турбины и через первый трехходовой клапан в устройство нейтрализации, и далее в атмосферу, причем давление наддува определяют с помощью контроллера двигателя посредством по меньшей мере одного датчика.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанное направление отработавших газов из первого трехходового клапана в устройство нейтрализации и далее в атмосферу осуществляют напрямую без прохождения потока отработавших газов через турбину,

причем регулировка положения первого трехходового клапана также включает в себя регулировку положения первого трехходового клапана, с помощью контроллера двигателя, для направления второй порции отработавших газов через первый трехходовой клапан в турбину, далее из турбины в устройство нейтрализации и далее из устройства нейтрализации в атмосферу.