Способ (варианты) и система для восстановления двигателя с использованием ионизированного воздуха
Изобретение относится к способам и системе для восстановления двигателя с помощью ионизированного воздуха. В процессе обслуживания специалист по техобслуживанию может обеспечить подачу ионизированного воздуха из внешнего источника ионизированного воздуха через имеющуюся в двигателе систему впуска воздуха в цилиндр этого двигателя. Одновременно с этим специалист по техобслуживанию может присоединить инструмент для техобслуживания к диагностическому порту транспортного средства с целью передачи операторского ввода, с помощью которого система управления транспортным средством сможет осуществить вращение двигателя и регулирование дросселя и кулачков двигателя. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и системам для восстановления двигателя с помощью системы подачи ионизированного воздуха.
Известный уровень техники и краткое изложение сущности изобретения
Такие узлы двигателя, как цилиндры и клапаны, могут по-разному претерпевать ухудшение своих характеристик со временем. Так, например, масляные отложения на стенках корпусов дроссельных заслонок могут препятствовать потоку воздуха. Другой пример: слой нагара на свечах зажигания способен усилить ограничение детонацией, тогда как скопление сажи на сажевых фильтрах может привести к ухудшению характеристик двигателя вследствие повышения противодавления. Хотя органы управления двигателем и можно рассчитать таким образом, чтобы регулировать его работу на основе изменения диапазона характеристик его компонентов, но диапазон компенсации может оказаться довольно узким. И даже в этом диапазоне число возможных регулировок может оказаться довольно ограниченным. В результате этого может потребоваться либо полная очистка, либо периодическая замена компонентов двигателя с целью поддержания приемлемых характеристик двигателя в течение длительного времени. Однако это может повлечь за собой неприемлемый рост затрат на эксплуатацию двигателя, не считая проблем с обеспечением гарантийных обязательств. Все это ставит под угрозу удовлетворение потребностей владельца автомобиля.
Как выяснили авторы настоящего изобретения, для того чтобы уменьшить опасность ухудшения характеристик компонентов двигателя, можно с успехом применить ионизированный воздух. Если говорить конкретнее, специалист по техобслуживанию может направить насыщенный ионами воздушный поток через имеющуюся в двигателе систему впуска воздуха с целью окисления и удаления органических веществ из этого двигателя. В соответствии с одним из вариантов, способ минимизации ухудшения характеристик компонентов двигателя включает в себя следующие этапы: вводят ионизированный воздух в цилиндр двигателя, вращая двигатель без подачи топлива; и осуществляют окисление находящихся в цилиндре органических веществ с помощью введенного ионизированного воздуха. Благодаря этому становится возможной минимизация ухудшения характеристик компонентов двигателя, обуславливаемого скоплением сажи и масляных осадков на различных компонентах.
Так, например, в режиме без сгорания специалист по техобслуживанию может подключить какой-либо внешний источник ионизированного воздуха к впуску двигателя, а точнее, к впускному воздушному дросселю или к системе впуска воздуха. При этом ионизированный воздух сможет засасываться через впуск двигателя в его цилиндры, где и будет происходить окисление находящихся в них органических веществ (например, углеводородов и масла). После этого ионизированный воздух может поступать из цилиндра в выпускную систему двигателя, где будет происходить окисление содержащихся в выпуске органических веществ (например, углеводородов, масла, сажи и пр.). Одновременно с этим специалист по техобслуживанию может присоединить инструмент для техобслуживания к какому-либо диагностическому порту, например, порту СБД (системы бортовой диагностики) транспортного средства. Будучи соединенным с диагностическим портом, инструмент для техобслуживания может соединяться с возможностью связи с системой управления транспортным средством, что дает возможность передачи операторского ввода, получаемого посредством инструмента для техобслуживания, на органы управления трансмиссией двигателя. Так, например, в ответ на операторский ввод и при поступлении ионизированного воздуха может быть полностью открыт впускной дроссель, может быть также полностью открыт клапан РОГ (рециркуляции отработавших газов) и/или могут быть сдвинуты в сторону опережения впускной и выпускной кулачки. Кроме того, можно привести двигатель во вращение или вращать его без подачи топлива, с тем чтобы обеспечить поступление ионизированного воздуха во все цилиндры двигателя.
В результате этого появляется возможность очистки и восстановительного ремонта компонентов двигателя с меньшими затратами средств и усилий. Благодаря направлению в двигатель потока ионизированного воздуха становятся возможными окисление и беспрепятственное удаление из систем двигателя таких органических веществ, как масло, масляные осадки, углеводороды и сажа. Благодаря же одновременному вращению двигателя без подачи топлива возможна подача ионизированного воздуха в каждый цилиндр двигателя, что позволяет добиться более тщательной его очистки. Благодаря тому, что не требуется разборки узлов двигателя для целей очистки, существенно уменьшаются требуемые для восстановления двигателя затраты средств, труда и времени. В результате использования ионизированного воздуха для периодических наладок двигателя улучшаются его рабочие характеристики и увеличивается срок его службы. Все сказанное позволяет давать более высокие гарантии работы двигателя.
Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение представляет собой лишь упрощенный сводный перечень принципов, которые будут разъяснены в нижеследующем описании более детально. Оно не подразумевает выявление ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем охраны которого определяется исключительно формулой изобретения, следующей за детальным описанием. Кроме того, заявляемый объект не ограничивается теми вариантами осуществления, с помощью которых устраняются те или иные недостатки, указанные выше или в любой из частей данного описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведено типовое гибридное транспортное средство.
На фиг. 2 приведен типовой двигатель внутреннего сгорания, используемый в гибридном транспортном средстве по фиг. 1.
На фиг. 3 приведена схема последовательности операций в рамках способа восстановления двигателя с использованием потока ионизированного воздуха в процессе техобслуживания двигателя.
фиг. 4 представляет собой типовой пример очистки двигателя с помощью потока ионизированного воздуха в соответствии с настоящим изобретением.
Детальное описание
Здесь предложены способы и системы, позволяющие производить ремонт и восстановление системы двигателя, установленного в транспортном средстве, типа системы по фиг. 1-2, с помощью ионизированного воздуха, подаваемого из источника, внешнего по отношению к транспортному средству. Поток ионизированного воздуха может подавать в двигатель специалист по техобслуживанию автомобиля, подключив систему впуска двигателя к источнику ионизированного воздуха. Специалист по техобслуживанию может также присоединить предназначенный для техобслуживания инструмент к диагностическому порту транспортного средства, вследствие чего этот инструмент будет соединен с системой управления двигателем. Контроллер двигателя можно рассчитать таким образом, чтобы он мог, приняв ввод от специалиста по техобслуживанию посредством инструмента для техобслуживания, выполнить в процессе техобслуживания двигателя управляющую программу типа представленной на фиг. 3 с целью регулирования одного или большего количества компонентов при подаче потока ионизированного воздуха. Так, например, подача потока ионизированного воздуха может сопровождаться регулированием открытия дросселя, открытия клапана РОГ и фаз распределения кулачков. Кроме того, возможны вращение двигателя и подача топлива с помощью электромотора на основе ввода от специалиста по техобслуживанию, что позволяет добиться циркуляции ионизированного воздуха через все цилиндры двигателя. Имеющиеся на впуске органические вещества могут окисляться ионизированным воздухом и выбрасываться через выпуск. Кроме того, поток ионизированного воздуха может быть направлен через выпуск двигателя, благодаря чему находящиеся там органические вещества тоже будут окисляться и выбрасываться наружу. Один из типовых примеров процесса очистки представлен на фиг. 4. Все это дает возможность более быстрого восстановления двигателя с меньшими затратами средств.
На фиг. 1 показана гибридная силовая установка 100 транспортного средства. В соответствии с иллюстрируемым вариантом осуществления, здесь использовано транспортное средство типа гибридного электромобиля (ГЭМ). Силовая установка 100 включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания с рядом цилиндров 30. Подача топлива в каждый цилиндр двигателя 10 может осуществляться от топливной системы (не показана), состоящей из одного или более топливных баков, одного или более насосов и инжекторов 166.
Двигатель 10 вырабатывает энергию для трансмиссии 44 посредством вала 18, передающего входной крутящий момент. В рассматриваемом здесь примере в качестве трансмиссии 44 использована трансмиссия с разветвлением потоков мощности (или ведущий мост в блоке с коробкой передач), содержащая планетарный комплект 22 и один или более поворотных зубчатых элементов. Кроме того, в состав трансмиссии 44 входят электрический генератор 24 и электромотор 26. Эти электрический генератор 24 и электромотор 26 можно также назвать электрическими машинами, поскольку каждый из них может действовать либо в качестве мотора, либо в качестве генератора. От трансмиссии 44 передается крутящий момент для приведения во вращение ведущих колес 52 посредством зубчатой силовой передачи 34, вала 19, передающего выходной крутящий момент, и узла 36, состоящего из дифференциала и оси.
Генератор 24 соединен с возможностью привода с электромотором 26 таким образом, что каждая из этих двух машин, генератор 24 и электромотор 26, может приводиться в действие с помощью электроэнергии от устройства хранения электроэнергии, изображенного в нашем случае в виде батареи 54. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, может быть предусмотрено устройство преобразования энергии типа инвертора, которое включается между батареей и мотором и обеспечивает преобразование выходного напряжения постоянного тока батареи в переменное выходное напряжение для мотора. Однако возможны и другие варианты, согласно которым инвертор может быть выполнен в виде электромотора. Благодаря механическим свойствам планетарного комплекта генератор 24 может приводиться в действие силовым выходным элементом (на стороне выпуска) планетарного комплекта 22 посредством механической связи 32, как будет детальнее разъяснено ниже.
Электромотор 26 может работать в режиме с положительной обратной связью, то есть как генератор, с поглощением при этом энергии от движения автомобиля и/или от двигателя и преобразованием поглощенной кинетической энергии в какую-либо форму энергии, пригодную для хранения в батарее 54. Кроме того, электромотор 26 может действовать при необходимости в качестве мотора или генератора с увеличением или поглощением при этом крутящего момента, вырабатываемого двигателем, как это происходит, в частности, при переходе двигателя 10 из одного режима сгорания в другой (например, при переходах из режима искрового зажигания в режим воспламенения от сжатия и наоборот).
В состав планетарного комплекта 22 входят коронная шестерня 42, солнечная шестерня 43 и узел 46 водила планетарной передачи. Коронная и солнечная шестерни могут соединяться друг с другом посредством водила. Первая впускная сторона планетарного комплекта 22 соединена с двигателем 10, а вторая впускная сторона планетарного комплекта 22 соединена с генератором 24. Выпускная сторона планетарного комплекта соединена с ведущими колесами 52 транспортного средства посредством зубчатой силовой передачи 34, включающей в себя одну или более зацепляющихся шестерен 60-68. В соответствии с одним из вариантов, в качестве зацепляющихся шестерен 60-68 можно использовать шестерни со ступенчато изменяющимся передаточным отношением, при этом узел 46 водила может распределять крутящий момент на шестерни со ступенчато изменяющимся передаточным отношением. Имеются зубчатые элементы 62, 64, 66, смонтированные на промежуточном валу 17, при этом зубчатый элемент 64 находится в зацеплении с зубчатым элементом 70, который приводится в действие электромотором. Электромотор 26 приводит в действие зубчатый элемент 70, который работает в качестве источника входного крутящего момента для шестерен промежуточного вала. В результате водило 46 планетарной передачи (и, следовательно, двигатель и генератор) может соединяться с колесами транспортного средства и мотором посредством одного или более зубчатых элементов. Гибридную силовую установку 100 можно применить в рамках разных вариантов осуществления, включая полногибридную систему, в которой транспортное средство приводится в движение только совместно двигателем и генератором, либо только электромотором, либо с помощью какой-либо их комбинации. В соответствии с другим вариантом, можно применить также умеренные, или мягкие гибридные системы, в которых двигатель является первичным источником крутящего момента, а электромотор обеспечивает избирательное добавление крутящего момента в особых условиях, например, в случае резкого нажатия педали акселератора.
Силовая установка 100 может также включать в себя диагностический порт 204. В соответствии с одним из вариантов, в качестве диагностического порта может быть использован порт СБД. Диагностический порт может располагаться, например, в кабине транспортного средства возле рулевого колеса или же под капотом автомобиля. Присоединяя к диагностическому порту инструмент для техобслуживания, специалист по техобслуживанию получает возможность выбрать один или более диагностических кодов, отражающих результаты одной или более диагностических проверок различных узлов транспортного средства. Исходя из выбранных диагностических кодов, специалист по техобслуживанию способен определить, для каких узлов транспортного средства требуется ремонт или замена.
Как будет детально разъяснено ниже при рассмотрении фиг.3, в определенных условиях мотор 26 и/или генератор 24 можно использовать для вращения двигателя 10, находящегося без подачи топлива. Так, в частности, когда силовая установка 100 работает в режиме техобслуживания, в отсутствие сгорания в двигателе 10, в этот двигатель может подаваться ионизированный воздух, в то время как энергию батареи можно использовать для управления мотором/генератором с целью вращения двигателя без подачи топлива. При вращении двигателя без подачи топлива с одновременным направлением в двигатель потока ионизированного воздуха удается обеспечить надежную подачу этого последнего во все цилиндры двигателя, что дает возможность более тщательной очистки двигателя. В процессе вращения специалист по техобслуживанию может присоединить к диагностическому порту 204 инструмент для техобслуживания, благодаря чему этот инструмент будет соединен с контроллером 12 транспортного средства. Основываясь на операторском вводе, принятом от специалиста по техобслуживанию посредством инструмента для техобслуживания, можно выполнять регулирование одного или более компонентов транспортного средства и двигателя с целью интенсификации потока ионизированного воздуха через двигатель. Так, например, можно добиться полного опережения впуска и полного открытия впускного дросселя, что позволит интенсифицировать поток ионизированного воздуха в цилиндры. Можно предусмотреть и другие регулировки.
Следует иметь в виду, что хотя здесь ведется рассмотрение силовой установки в виде гибридного автомобиля, другие варианты осуществления могут предусматривать использование силовой установки в виде не гибридного электромобиля, а обычного транспортного средства, приводимого в движение исключительно двигателем внутреннего сгорания. В соответствии с одним из таких вариантов, специалист по техобслуживанию может присоединить к диагностическому порту инструмент для техобслуживания и вращать двигатель без подачи топлива посредством стартерного мотора или 12-вольтовой батареи двигателя. Во избежание полной разрядки 12-вольтовой батареи вращение с помощью стартерного мотора можно осуществлять только при условии, что к ней подключено зарядное устройство. Привод гибридного автомобиля может осуществляться в первом режиме с работающим двигателем, который мы называем здесь также «двигательным» режимом, в котором двигатель 10 работает совместно с электрическим генератором (который вырабатывает реактивный крутящий момент для планетарного комплекта и дает возможность получения эффективного выходного крутящего момента для достижения движущей силы) и используется в качестве основного источника крутящего момента для приведения колес 52 во вращение (генератор может также вырабатывать момент, работая в режиме мотора). В «двигательном» режиме возможен впрыск топлива в двигатель 10 из топливного бака через топливный инжектор 166, вследствие чего могут вращать двигатель без подачи топлива с получением при этом крутящего момента для приведения в движение транспортного средства.
Транспортное средство может также приводиться в движение в режиме «с поддержкой», когда двигатель 10 работает и используется в качестве основного источника момента для приведения колес 52 во вращение, а электромотор используется как дополнительный источник крутящего момента, который действует совместно с двигателем 10, увеличивая вырабатываемый им крутящий момент. При работе в режиме «с поддержкой» осуществляется подача топлива в двигатель 10, что позволяет вращать его с подачей топлива и создавать крутящий момент для колес транспортного средства.
В соответствии с еще одним вариантом, приведение в движение транспортного средства может осуществляться в режиме с неработающим двигателем, который мы называем здесь также «исключительно электрическим» режимом, в котором питающийся от батареи электромотор 26 работает и используется в качестве единственного источника крутящего момента для приведения во вращение колес 52. В этих условиях при работе в режиме с неработающим двигателем впрыск топлива в двигатель 10 не производится, вне зависимости от того, вращается двигатель или нет. Режим с неработающим двигателем может применяться, в частности, во время торможения, при малой частоте вращения, при остановках у светофора и т.п.
Кроме этого, силовая установка может содержать систему управления, включающую в себя контроллер 12, рассчитанный таким образом, чтобы получать информацию от ряда датчиков 16 (их различные примеры описываются ниже) и посылать управляющие сигналы на ряд исполнительных органов 81 (их различные примеры тоже описываются ниже). В качестве примера можно указать, что в число датчиков 16 могут входить различные датчики давления и температуры, датчик уровня топлива, различные датчики отработавших газов и пр. В число различных исполнительных органов могу входить, например, комплект шестерен, топливные инжекторы цилиндров (не показаны), дроссель впуска воздуха, соединенный с впускным коллектором двигателя (не показан) и пр. В контроллер 12 могут поступать входные данные от различных датчиков, он может обрабатывать входные данные и включать в работу исполнительные органы в соответствии с результатами обработки входных данных на основе запрограммированной команды или кода, соответствующих одной или большему количеству стандартных программ. Одна из типовых управляющих программ будет описана ниже при рассмотрении фиг. 3.
На фиг. 2 иллюстрируется типовой вариант выполнения камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 по фиг. 1. В двигатель 10 могу поступать управляющие параметры из системы управления, включающей в себя контроллер 12, а также ввод от водителя 130 транспортного средства посредством устройства ввода 132. В рассматриваемом примере устройство ввода 132 включает в себя педаль акселератора и датчик134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали (ПП). В соответствии с другим примером, возможен прием ввода от водителя транспортного средства относительно нужного режима движения под уклон на основе положения кнопки 58, как было описано ранее при рассмотрении фиг.1. Цилиндр (здесь также «камера сгорания») 30 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с помещенным в них поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по меньшей мере, с одним ведущим колесом пассажирского автомобиля посредством трансмиссии. Кроме того, к коленчатому валу 140 может быть присоединен посредством маховика стартерный мотор для обеспечения возможности пуска двигателя 10. Так, например, можно присоединить генератор 24 и/или электромотор 26 к коленчатому валу для создания крутящего момента с целью его вращения.
Воздух может поступать в цилиндр 30 по ряду впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный Канал 146 может сообщаться и с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 30. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, в одном или более впускных каналов может быть предусмотрено устройство наддува типа турбонагнетателя или компрессора наддува. Так, например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, имеющим компрессор 174, помещенный между впускными каналами 142 и 144, и газовую турбину 176, располагающуюся вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие от газовой турбины 176 посредством вала 180, когда устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако при использовании других вариантов, например когда двигатель 10 снабжен компрессором наддува, можно в ряде случаев обойтись без газовой турбины 176, если компрессор 174 может приводиться в действие с помощью механического воздействия от двигателя или специального электромотора. Можно предусмотреть дроссель 20 с дроссельной заслонкой 164 вдоль впускного канала двигателя для регулирования расхода и/или давления всасываемого воздуха, который подается в цилиндры двигателя. Так, например, дроссель 20 может располагаться за компрессором 174 (см. фиг. 2) или, в соответствии с другим решением, перед этим компрессором 174.
В выпускной канал 148 могут поступать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 30. Здесь показан датчик 128 отработавших газов, подключенный к выпускному каналу 148 перед устройством 178 для снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных для этой цели датчиков, обеспечивающих индикацию воздушно-топливного отношения в отработавших газах, типа линейного датчика содержания кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах); двухрежимного датчика содержания кислорода или ДКОГ (датчик кислорода в отработавших газах); НДКОГ (нагреваемого ДКОГ); датчиков содержания оксидов азота (OA), НС или СО. В качестве устройства 178 для снижения токсичности отработавших газов можно использовать трехкомпонентный нейтрализатор (ТКН), уловитель OA, разнообразные иные устройства для снижения токсичности отработавших газов или их комбинации.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, можно предусмотреть канал рециркуляции отработавших газов, рассчитанный таким образом, чтобы достигалась рециркуляция, по меньшей мере, части отработавших газов из выпускного канала во впускной канал. Регулирование потока рециркулированных отработавших газов (РОГ) можно производить с помощью клапана РОГ, соединенного с каналом РОГ. Этот канал РОГ может быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить рециркуляцию отработавших газов низкого давления (РОГ НД), при которой отработавшие газы рециркулируются из выпускного канала за турбиной 176 во впускной канал перед компрессором 174. Другое решение предусматривает такое выполнение канала РОГ, при котором обеспечивается рециркуляция отработавших газов высокого давления (РОГ ВД), при которой отработавшие газы рециркулируются из выпускного канала перед турбиной 176 во впускной канал за компрессором 174. Согласно еще одному варианту, двигатель можно рассчитать таким образом, чтобы с помощью соответствующих каналов и клапанов обеспечивались и РОГ НД, и РОГ ВД.
Возможна оценка температуры отработавших газов с помощью одного или более температурных датчиков (не показаны), помещенных в выпускной канал 148. В соответствии с другим вариантом, сделать вывод о температуре отработавших газов можно на основе таких рабочих характеристик двигателя, как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и пр. Кроме того, температуру отработавших газов можно вычислить с помощью одного или более датчиков 128 отработавших газов. Можно отметить, что в других случаях возможна также оценка температуры отработавших газов с использованием любой комбинации вышеперечисленных оценочных методов.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Так, например, показанный здесь цилиндр 30 включает в себя, по меньшей мере, один впускной тарельчатый клапан 150 и, по меньшей мере, один выпускной тарельчатый клапан 156, помещенные в верхней части цилиндра 30. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 30, может содержать, по меньшей мере, два впускных тарельчатый клапана и, по меньшей мере, два выпускных тарельчатый клапана, помещенных в верхней части цилиндра.
Работой впускного клапана 150 может управлять контроллер 12 посредством кулачкового привода с помощью кулачковой приводной системы 151. Аналогичным образом, работой выпускного клапана 156 может управлять контроллер 12 посредством кулачкового привода с помощью системы 153. Каждая из кулачковых приводных систем 151 и 153 может содержать один или более кулачков и работать с использованием одной или более из следующих систем: системы переключения профиля кулачков (ППК), системы изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), системы изменения фаз клапанного газораспределения (ИФГ) и/или системы изменения высоты подъема клапана (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 с целью изменения работы клапана. Определить положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно с помощью соответствующих датчиков 155 и 157 положения клапанов. В соответствии с другими вариантами осуществления, впускной и/или выпускной клапаны могут регулироваться с помощью электроклапанного привода. Так, например, цилиндр 30 может содержать, при использовании этих альтернативных вариантов, впускной клапан, регулируемый с помощью электроклапанного привода, и выпускной клапан, регулируемый с помощью кулачкового привода, включая системы ППК и/или ИФКР. В соответствии с другими вариантами осуществления, впускной и выпускной клапаны могут регулироваться общим клапанным приводом или приводной системой либо приводом с изменением фаз клапанного газораспределения или соответствующей приводной системой.
Степень сжатия в цилиндре 30 может соответствовать соотношению объема камеры сгорания, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания, когда поршень 138 находится в верхней мертвой точке. Степень сжатия традиционно составляет от 9:1 до 10:1. Однако при использовании некоторых вариантов с использованием других видов топлива эта степень сжатия может быть большей. Так могут обстоять дела, например, когда применяют более высокооктановые топлива или топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также увеличиваться, если используется непосредственный впрыск, вследствие его влияния на работу двигателя с детонацией.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу зажигания 192 для инициирования процесса сгорания. Система зажигания 190 может подавать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу зажигания 192 в соответствии с сигналом опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Однако при использовании некоторых вариантов осуществления можно обойтись без свечи зажигания 192, как, например, в случаях, когда сгорание в двигателе 10 может инициироваться посредством самовоспламенения или посредством впрыска топлива, как происходит в некоторых дизельных двигателях.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или большим количеством инжекторов для подачи в него рабочей среды для подавления детонации или преждевременного зажигания. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, в качестве рабочей среды может выступать топливо, и тогда инжектор называют также «топливным инжектором». В качестве примера, не имеющего исчерпывающего характера, здесь показан цилиндр 30 с одним топливным инжектором 166. Как можно видеть, топливный инжектор 166 соединен непосредственно с цилиндром 30, что позволяет впрыскивать в него топливо непосредственно, пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ), принимаемого от контроллера 12 через электронное задающее устройство 168. В результате топливный инжектор 166 обеспечивает так называемый «непосредственный впрыск» (здесь мы называем его также «НВ») топлива в цилиндр 30 сгорания. Хотя на фиг. 2 показан инжектор 166 с боковым расположением, можно также предусмотреть его размещение над поршнем, и в частности, возле свечи 192 зажигания. Такое размещение позволяет добиться более эффективного смешивания и сгорания при работе двигателя с топливом на спиртовой основе благодаря меньшей летучести некоторых топлив этого вида. В соответствии с другим вариантом, можно поместить инжектор над впускным клапаном, рядом с ним, что позволит улучшить смешивание.
Подача топлива в топливный инжектор 166 может производиться из топливной системы 8 высокого давления, в состав которой входят топливные баки, топливные насосы и топливная рампа. В соответствии с другим вариантом, возможна подача топлива от одноступенчатого топливного насоса под меньшим давлением, и тогда регулировка непосредственного впрыска топлива может быть на такте сжатия более ограниченной, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливные баки могут быть снабжены датчиком давления (не показан), который будет вырабатывать сигнал в контроллер 12. Следует иметь в виду, что в соответствии с другим вариантом осуществления, в качестве топливного инжектора 166 можно использовать инжектор распределенного впрыска, который обеспечит подачу топлива во впускной канал перед цилиндром 30.
Как было сказано выше, на фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. В этой связи заметим, что каждый цилиндр может подобным же образом включать в себя собственную группу впускных/выпускных клапанов, топливный(ые) инжектор(ы), свечу зажигания и т.д.
В топливные баки топливной системы 8 могут заливаться топлива с разными свойствами, и в частности, с разным составом. Различия могут состоять в содержании спирта, октановом числе, теплоте парообразования, составе смеси и/или в комбинациях этих свойств, и т.д.
Показанный на фиг. 2 контроллер 12 представляет собой микрокомпьютер, включающий в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в рассматриваемом примере как микросхема 110 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимую память (ЭНП) 114 и шину данных. На контроллер 12 могут поступать различные сигналы с датчиков, соединенных с двигателем 10, помимо ранее перечислявшихся сигналов, в том числе результаты измерения массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) с датчика 122 массового расхода воздуха; температура хладагента двигателя (ТХД) от температурного датчика 116, соединенного с патрубком 118 охлаждения; выходной сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124; сигнал воздушно-топливного отношения (ВТО) от датчика ДКОГ; и сигнал нарушения процесса сгорания от датчика детонации. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может формироваться контроллером 12 из сигнала ПЗ.
Постоянное запоминающее устройство 110 носителя информации может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой команды, выполняемые процессором 106, для реализации описываемых ниже способов, а также других предполагаемых вариантов, которые отдельно не указываются.
В этих условиях различные компоненты двигателя могут претерпевать со временем ухудшение характеристик разных видов и с разной степенью. В качестве примера укажем, что дроссель 20 может засоряться осадками, при этом из-за забивания корпусов дроссельных заслонок могут возникать проблемы с пуском двигателя, вызываемые ограничением потока воздуха. Другой пример: отложения на клапанах двигателя могут приводить к снижению точности подачи топлива в разомкнутом цикле, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на эффективности использования топлива. Еще один пример: на свече зажигания может скапливаться углерод в виде сажи, что приводит к более значительным ограничениям по детонации, что также отражается на эффективности использования топлива. Следующий пример: возможно скопление сажи на сажевом фильтре отработавших газов, что приводит к увеличению токсичности выпуска и противодавления отработавших газов. Хотя и можно проводить регулярную регенерацию сажевого фильтра для удаления скопившейся сажи, но иногда проводятся некоторые испытательные циклы (например, циклов Гренни), чреватые чрезмерным скоплением сажи, с которым невозможно справиться с помощью одной только регенерации. Наконец, в гибридных автомобилях с двигателем на цикле Аткинсона двигатель может работать с более низкой температурой, что ведет к ускоренному образованию нагара на свече зажигания. В двигателе может также иметь место более сильная обратная вспышка из-за позднего закрытия впускного клапана, что ведет к большему загрязнению дросселя, а также к находящихся спереди компонентов типа ловушки для углеводородов. В гибридных автомобилях надежность тяги двигателя должна быть максимально воспроизводимой и устойчивой. Недостаточная тяга вследствие таких факторов старения, как загрязнения корпуса дроссельной заслонки, может иметь негативные последствия для соблюдения гарантийных обязательств и удовлетворения потребностей клиентов.
Для решения некоторых из рассмотренных выше проблем требуется очистка компонентов или даже их замена с целью поддержания удовлетворительного функционирования двигателя в течение длительного времени. Кроме того, можно применить разнообразные передовые методики управления двигателем для его адаптации к меняющимся характеристикам компонентов. Однако пределы такой коррекции могут оказаться довольно узкими. Из-за необходимости частых очисток или замен возрастают эксплуатационные затраты и требования по гарантийным обязательствам. Далее, разборка двигателя для целей очистки или замены компонентов может привести к дополнительным временным и производственным затратам, и кроме того, в процессе разборки и повторной сборки появляется опасность новых повреждений.
Для успешного решения этих проблем в рамках способа быстрого восстановления двигателя с целью достижения оптимальных характеристик без необходимости его разборки предусмотрено использование ионизированного воздуха. Как детально поясняется с помощью фиг. 3, ионизированный воздух может вводиться в цилиндр двигателя при вращении последнего без подачи топлива, что дает возможность окисления и удаления находящихся в цилиндре органических веществ с помощью введенного ионизированного воздуха. Для этого предусмотрена возможность подключения источника 202 ионизированного воздуха к системе впуска воздуха двигателя, например, к впускному воздушному каналу 142 и/или к впускному дросселю 20 с целью направления потока ионизированного воздуха в цилиндры двигателя. В качестве источника ионизированного воздуха можно использовать какой-либо внешний источник воздуха типа ионизированного магистрального воздуха от воздушного компрессора. По сути дела, при подводе энергии к органическим веществам их состояние меняется, а конкретнее, твердые вещества становятся жидкими, а жидкие - газообразными. Если подвести к газу еще больше энергии, он ионизируется и переходит в состояние высокоэнергетической плазмы. Создать плазму (или ионизированный воздух) можно путем нагрева газа (например, окружающего воздуха) или воздействия на него сильным электромагнитным полем специального генератора (например, лазерного или СВЧ-генератора). При этом уменьшается или увеличивается число электронов, в результате чего формируются положительно или отрицательно заряженные частицы, или ионы, причем этот процесс сопровождается диссоциацией молекулярных связей, если таковые имеются. В состав источника ионизированного воздуха может входить ионизатор, в котором используются электростатически заряженные пластины для генерирования положительно или отрицательно заряженных ионов газа (например, N2- или O2-), к которым пристают органические вещества и вещества в форме частиц под влиянием воздействия, аналогичного статическому электричеству. Так, например, к ионизированному воздуху можно отнести воздух, у которого содержащийся в нем кислород подвергся действию электрического заряда, - это может быть как отрицательный заряд, обусловленный наличием одного или более дополнительных электронов на молекулу кислорода, так и положительный заряд, обусловленный наличием электронов на молекулу кислорода в количестве, меньшем, чем обычно. Следует отметить, что ионизированный воздух (здесь мы называем его также «ионным воздухом» или «плазмой»), полученный соединен источника ионизированного воздуха, может отличаться от озона (в котором содержится молекула кислорода с тройной связью). В ионизаторе (или генераторе плазмы, или источнике ионизированного воздуха) могут использоваться заряженные электрические поверхности или иглы для генерации электрически заряженных ионов воздуха или газа. Эти ионы могут прикрепляться к материалам в форме частиц, которые при этом окисляются или электростатически притягиваются к заряженной коллекторной пластине. Ионизаторы бывают как без вентилятора, так и с вентилятором. В качестве одного из примеров укажем ионизатор с использованием источника плазмы типа «Системы плазменной обработки поверхностей», выпускаемой под товарным знаком Openair компанией Plasmatreat, 2541 Technology Drive, Elgin, IL 60124.
Источник 202 ионизированного воздуха может подключаться к впускному каналу и/или к дросселю, для чего надо отсоединить от дросселя трубку с застежкой типа «молния» и закрепить шланг от источника ионизированного воздуха на нужном месте, присоединив его к дросселю. В соответствии с другим решением, можно присоединить источник ионизированного воздуха к фильтру всасываемого воздуха для очистки датчика МРВ, если оператор находится рядом с корпусом фильтра. В определенных обстоятельствах специалист по техобслуживанию может перевести автомобиль в режим техобслуживания (например, в случаях, когда этот автомобиль доставляется в сервисную службу или к дилеру). В этих условиях, в процессе техобслуживания, сгорание в двигателе невозможно. Специалист по техобслуживанию может присоединить источник 202 ионизированного воздуха к впуску двигателя или к корпусу дроссельной заслонки. Одновременно с этим специалист по техобслуживанию может вставить инструмент для техобслуживания в диагностический порт 204 транспортного средства (например, в порт системы бортовой диагностики). При соединении инструмента для техобслуживания с диагностическим портом этот инструмент может оказаться соединенным с возможностью связи с системой управления транспортным средством. Инструмент для техобслуживания может работать согласованно с двигателем и органами управления автомобилем, участвуя в одной или более регулировок, что позволяет улучшить циркуляцию ионизированного воздуха и его подачу в цилиндры двигателя. Так, например, основываясь на вводимых специалистом по техобслуживанию данных, принятых посредством инструмента для техобслуживания, система управления может открыть корпус дроссельной заслонки (например, полностью открыть впускную дроссельную заслонку) и вращать двигатель без подачи топлива. Такое вращение без топлива может осуществляться с помощью электромотора или генератора гибридного автомобиля. В соответствии с другим вариантом, вращение без подачи топлива может производиться стартерным мотором негибридного автомобиля.
После подтверждения того факта, что открылся дроссель, кулачки сдвинуты в сторону опережения и/или открылся клапан РОГ, можно переключить источник ионизированного воздуха на продувку воздуха с высоким содержанием ионов через двигатель и выпускную систему. Под действием ионизированного потока происходит окисление молекул органических веществ на впуске двигателя, в его цилиндрах и выпускной системе. При этом достигаются различные преимущества, в том числе, например, становятся возможными удаление отложений в двигателе с достижением лучшей экономии топлива, очистка свечи зажигания с уменьшением степени ее загрязнения, очистка клапанов с восстановлением нужных параметров потока и очистка корпусов дроссельных заслонок с удалением масляных осадков и устранением прочих проблем, вызываемых загрязнением. Кроме того, возможно удаление нагара с топливных инжекторов и со стенок цилиндров, а также сажи с клапана РОГ, из перепускных каналов и с сажевого фильтра, содержащейся в выпуске.
Подачу ионизированного воздуха можно продолжать в течение некоторого заданного конкретного времени (например, 2-х минут). После этого можно завершить процедуру и убрать оборудование, включая источник ионизированного воздуха и инструмент для техобслуживания. Затем можно принять решение относительно необходимости восстановления двигателя. Последующее восстановление для следующего порогового пробега транспортного средства (например, еще 100000 миль) может не понадобиться.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3, где иллюстрируется типовая стандартная программа выполнения операции очистки двигателя с помощью ионизированного воздуха согласно настоящему изобретению. Благодаря направлению потока ионизированного воздуха в двигатель, а также одновременному вращению двигателя без подачи топлива с использованием крутящего момента электромотора и увеличению потока ионизированного воздуха через цилиндры посредством открытия дросселя и сдвига в сторону опережения впускного/выпускного кулачков, операция очистки двигателя становится менее интрузивной (например, без необходимости его разборки) и, по существу, автоматизированной. Кроме того, уменьшаются временные и трудозатраты специалиста по техобслуживанию.
На этапе 302 программа предусматривает подтверждение того факта, что на транспортном средстве получен запрос на ионную наладку. В соответствии с одним из вариантов, запрос на ионную наладку может быть получен транспортным средством от специалиста по техобслуживанию в то время, когда оно находится в выключенном состоянии (например, поставлено в гараж). Специалист по техобслуживанию может затребовать ионную наладку, воспользовавшись простым инструментом для техобслуживания, который крепится к диагностическому порту транспортного средства (или в каком-нибудь другом месте на кузове транспортного средства). Кроме того, запрос может быть принят посредством специалиста по техобслуживанию, переводящего транспортное средство в режим техобслуживания, например, с использованием сенсорного интерактивного дисплея на приборном щитке. При техобслуживании транспортное средство может оказаться в особом режиме работы двигателя без сгорания.
После подтверждения запроса на ионную наладку, на этапе 304, инструмент для техобслуживания, присоединенный к диагностическому порту, может оказаться соединенным с возможностью связи с системой управления транспортным средством. В этих условиях обеспечивается возможность управления одним или более компонентов транспортного средства и двигателя, а также их регулирование на основе операторского ввода (от специалиста по техобслуживанию), принятого с помощью инструмента для техобслуживания.
На этапе 306 программа предусматривает вращение двигателя без подачи топлива на основе операторского ввода. Говоря точнее, вращение двигателя без подачи топлива может осуществляться с использованием крутящего момента от автомобильного электромотора (или генератора), питающегося от батареи. В соответствии с одним из вариантов, в качестве электромотора можно использовать электромотор/генератор гибридного транспортного средства. Другое решение предусматривает, что в качестве электромотора будет использоваться стартерный мотор негибридного транспортного средства. Вращение может осуществляться с опережением открытия впускного клапана и с открытым впускным дросселем, как описано для этапов 308-312. Если говорить конкретнее, момент от электромотора/генератора транспортного средства можно использовать для вращения двигателя при первой, более высокой частоте вращения (например, 1000 об./мин.) в течение первого, более короткого времени (например, более 15 секунд). Такое первоначальное вращение используют для уменьшения или устранения непостоянства коэффициента трения при сжатии, обусловленного отсутствием масляной пленки, и для формирования достаточного давления масла в масляном насосе с приводом от двигателя с целью облегчения приведения в действие впускного кулачка.
На этапе 308 можно открыть (в частности, полностью) впускной дроссель. Так, например, может быть открыт корпус дроссельной заслонки. На этапе 310 может быть произведено опережение открытия впускного клапана (например, полное опережение) путем сдвига в сторону опережения (например, полного опережения) впускного кулачка. Кроме того, можно произвести опережение открытия выпускного клапана (например, полное опережение) путем сдвига в сторону опережения (например, полного опережения) выпускного кулачка. На этапе 312 может быть открыт (например, полностью) клапан РОГ. При вращении двигателя с полным опережением открытия, по меньшей мере, впускного клапана и с полным открытием впускного дросселя удается обеспечить циркуляцию некоторого объема ионизированного воздуха через систему двигателя с ионизацией и удалением любых органических веществ за разумно необходимый период времени, например, за 3 минуты.
На этапе 314 в рамках рассматриваемого способа, продолжая вращать двигатель без подачи топлива, вводят в этот двигатель (точнее, в его цилиндры) ионизированный воздух. Этот ионизированный воздух может быть получен от источника ионизированного воздуха, соединенного с системой впуска воздуха двигателя. Источник ионизированного воздуха может находиться вне двигателя и может крепиться специалистом по техобслуживанию к системе впуска воздуха двигателя, например возле впускного канала или впускного дросселя, в процессе техобслуживания транспортного средства, что позволит произвести ионную наладку. В этих условиях введение ионизированного воздуха и вращение двигателя без подачи топлива осуществляются в ответ на операторский ввод (в данном случае от специалиста по техобслуживанию). При подаче ионизированного воздуха одновременно может быть запущен таймер. При этом контроллер может продолжить направление потока ионизированного воздуха через вращающийся двигатель с выполнением, в течение определенного времени, одного или более из следующих условий: полное открытие впускного дросселя, полное открытие клапана РОГ и полный сдвиг в сторону опережения впускного и выпускного кулачков.
На этапе 316 программа предусматривает окисление органических веществ на впуске двигателя, в том числе в цилиндрах двигателя, с использованием введенного ионизированного воздуха. Так, например, возможно окисление отложений на корпусе дроссельной заслонки, нагара на свечах зажигания и масляного осадка на клапанах цилиндров. На этапе 318 программа предусматривает далее направление потока ионизированного воздуха со впуска двигателя и из его цилиндров в выпускную систему и окисление органических веществ в выпуске с помощью ионизированного воздуха. Так, например, возможно окисление сажи на устройстве для ограничения выброса отработавших газов типа сажевого фильтра на выпуске. В результате этого ионизированный воздух может циркулировать через впуск и выпускную систему двигателя, окисляя при этом находящиеся в двигателе органические вещества, после чего этот ионизированный воздух вместе с окисленными веществами выбрасываются в атмосферу.
В соответствии с одним из вариантов, по завершении первоначального вращения двигателя (до введения потока ионизированного воздуха) можно выполнить его вращение (в процессе введения потока ионизированного воздуха) при второй, меньшей частоте вращения (например, от 1000 об./мин. вплоть до 200 об./мин.) в течение второго, более длительного периода времени (например, 30 секунд). Вторая частота вращения двигателя может быть меньше, чем первая, и быть уменьшенной настолько, чтобы она составляла максимально достижимое низкое значение, при котором еще поддерживается достаточно эффективное управление частотой вращения двигателя. Кроме того, при выборе второй частоты вращения можно основываться на степени зарядки батареи (СЗ батареи) с учетом того, что частота вращения возрастает по мере увеличения СЗ батареи. Однако, если СЗ батареи падает ниже некоторого порога, то ионную наладку можно прекратить и вращать двигателя с топливом для перезарядки батареи и предотвращения выхода автомобиля из строя.
На этапе 320 можно определить, истекло ли некоторое пороговое время (например, 2 минуты) с момента запуска таймера и началось ли поступление потока ионизированного воздуха в двигатель. Если это не так, то программа обеспечит продолжение подачи потока ионизированного воздуха через вращающийся двигатель. В противном случае по истечении порогового времени программа прервет введение ионизированного воздуха и даст команду на отсоединение инструмента для техобслуживания от системы управления двигателем. После этого выполнение дополнительных регулировок двигателя на основе ввода, принимаемого с помощью инструмента для техобслуживания, становится невозможным.
С учетом всего сказанного выше, возможна настройка двигателя с использованием ионизированного воздуха. После ионного восстановления двигателю уже не требуется дополнительных ионных наладок до истечения пороговых величин времени/пробега транспортного средства. Так, например, новая настройка может понадобиться лишь после пробега следующих 100000 миль.
На фиг. 4 представлена диаграмма 400, иллюстрирующая типовой процесс очистки двигателя с помощью потока ионизированного воздуха. Благодаря этому процессу становится возможным удаление органических веществ, и в частности осадков и сажи, из двигателя транспортного средства с использованием менее интрузивного способа.
На диаграмме 400 скопление органических веществ показано в виде графика 402. Содержание органических веществ может отражать скопление этих веществ на компоненте двигателя (в частности, клапане, свече зажигания, дросселе или сажевом фильтре на выпуске) или скопление органических веществ на двигателе в целом. График 404 отображает подачу (включена или выключена) ионизированного воздуха от источника этого воздуха, соединенного с системой впуска двигателя; график 406 отображает степень зарядки (СЗ) автомобильной батареи; график 408 отображает подачу топлива в двигатель (включена или выключена); график 410 отображает открытие впускного дросселя; график 412 отображает регулировку фаз распределения впускных кулачков; и график 414 отображает частоту вращения двигателя.
До момента t1 транспортное средство, включая двигатель, может оставаться выключенным. Соответственно, возможно скопление значительных объемов органических веществ в двигателе (см. график 402). В момент t1 двигатель может быть переведен в режим техобслуживания в ответ на получение ввода от оператора (в нашем случае от специалиста по техобслуживанию). Так, например, в момент t1 оператор может присоединить инструмент для техобслуживания к диагностическому порту транспортного средства и соединить источник ионизированного воздуха с впускным каналом двигателя. Сразу после подключения к диагностическому порту инструмент для техобслуживания может быть соединен с возможностью связи с системой управления транспортным средством. Таким образом, в ответ на получение операторского ввода в момент t1 может произойти открытие (в нашем случае полное) впускного дросселя (график 410). Кроме того, по получении операторского ввода, в промежуток времени между t1 и t2, двигатель могут вращать (например, с частотой 1000-2000 об./мин.) без подачи топлива с использованием энергии от автомобильной батареи (график 406). Благодаря этому первоначальному вращению возможно формирование давления масла для приведения в действие кулачков.
В момент t2 используют сформированное давление масла для сдвига впускных кулачков в сторону опережения относительно номинальной регулировки (график 412). Хотя это здесь и не отображено, давление масла можно также использовать для сдвига в сторону опережения выпускных кулачков. В тот же момент t2 вращение двигателя может продолжаться, но с меньшей частотой вращения (например, от 200 до 1000 об./мин.). Кроме того, может начаться подача ионизированного воздуха. Так, например, можно включить насос или ионизатор источника ионизированного воздуха на генерацию ионизированного воздуха и его введение в двигатель.
Подача ионизированного воздуха может осуществляться в течение некоторого заданного периода от t2 до t3, когда ионизированный воздух будет окислять органические вещества, находящиеся в двигателе (например, на впуске, на впускном дросселе, внутри цилиндров, на свече зажигания, на клапанах цилиндров и на выпуске двигателя), после чего воздух будет выбрасываться наружу по выхлопной трубе. Таким образом, по мере продвижения потока ионизированного воздуха объем находящиеся в двигателе органических веществ может уменьшаться.
В момент t3 подача потока ионизированного воздуха может прерваться. Кроме того, впускной дроссель может быть возвращен в закрытое положение, а регулировка фаз распределения кулачков - к номинальному распределению. В следующий момент, t4, в ответ на запрос повторного пуска двигателя, может быть возобновлена подача топлива в двигатель и может быть произведено вращение двигателя с подачей топлива. Кроме этого, дроссель может быть открыт и фазы распределения кулачков могут быть отрегулированы, исходя из режима работы двигателя.
В соответствии с одним из вариантов, возможность ионной наладки автомобильного двигателя достигается с помощью способа, используемого в двигателе, установленном в транспортном средстве, при этом способ включает в себя следующие этапы: в режиме техобслуживания транспортного средства, когда сгорания в двигателе нет, принимают ввод от оператора посредством диагностического инструмента для техобслуживания, присоединенного к транспортному средству; и одновременно с этим обеспечивают поступление ионизированного воздуха в систему впуска воздуха двигателя от источника ионизированного воздуха, присоединенного к транспортному средству. Далее, действуя на основе операторского ввода, контроллер двигателя может регулировать один или более из следующих параметров: открытие впускного дросселя, открытие клапана РОГ, установка фаз распределения впускных кулачков и установка фаз распределения выпускных кулачков. Регулировка может предусматривать одну или более из следующих операций: полное открытие впускного дросселя, полное открытие клапана РОГ и полное опережение фаз распределения впускных кулачков и выпускных кулачков. В соответствии с одним из вариантов, в качестве транспортного средства выступает гибридный автомобиль, содержащий электромотор, при этом способ дополнительно включает в себя этап, на котором, действуя на основе операторского ввода, вращают двигатель без подачи топлива с помощью электромотора до достижения нужного положения на основе операторского ввода и поддерживают двигатель в этом положении с использованием крутящего момента электромотора до получения операторского ввода, сигнализирующего о завершении очистки двигателя с помощью ионизированного воздуха. Кроме того, способ может включает в себя этап, на котором направляют поток поступившего ионизированного воздуха в цилиндры двигателя с целью окисления органических веществ, находящихся в цилиндрах, с использованием ионизированного воздуха, после чего направляют поток поступившего воздуха на выпуск двигателя с целью окисления органических веществ, находящихся в выпускной системе, с использованием ионизированного воздуха.
В соответствии с другим решением, система транспортного средства содержит: двигатель, включающий в себя впуск, выпуск и ряд цилиндров двигателя; диагностический порт; и контроллер. Этот контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми командами, хранящимися в долговременной памяти, для: перевода транспортного средства в режим техобслуживания при работе в особых условиях отсутствия сгорания, когда оператор запрашивает проведение режима техобслуживания; приема операторского ввода посредством инструмента для техобслуживания, присоединенного к диагностическому порту, причем инструмент для техобслуживания соединен с возможностью связи с системой управления транспортным средством в режиме техобслуживания; и направления потока ионизированного воздуха, полученного из внешнего источника ионизированного воздуха, соединенного с впуском двигателя, через ряд цилиндров двигателя с вращением двигателя без подачи топлива. Впуск двигателя может включать в себя впускной дроссель, а контроллер может содержать дополнительные команды на увеличение открытия впускного дросселя на основе операторского ввода. Каждый из ряда цилиндров двигателя может содержать впускной клапан, управляемый впускным кулачком, и выпускной клапан, управляемый выпускным кулачком, а контроллер может содержать дополнительные команды на полный сдвиг в сторону опережения каждого из двух кулачков, впускного и выпускного, на основе операторского ввода. В соответствии с одним из вариантов, система транспортного средства может представлять собой систему гибридного транспортного средства, включающую в себя электромотор, в которой контроллер содержит дополнительные команды на вращение двигателя без подачи топлива с помощью электромотора на основе операторского ввода с обеспечением при этом протекания ионизированного воздуха.
В соответствии с другой конфигурацией, система транспортного средства содержит: двигатель, включающий в себя впуск, выпуск и ряд цилиндров двигателя; диагностический порт; стартерный мотор для проворачивания коленчатого вала двигателя в процессе пуска; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми командами, хранящимися в долговременной памяти, для: перевода транспортного средства в режим техобслуживания при работе в особых условиях отсутствия сгорания, когда оператор запрашивает проведение режима техобслуживания; приема операторского ввода посредством инструмента для техобслуживания, присоединенного к диагностическому порту, причем инструмент для техобслуживания соединен с возможностью связи с системой управления транспортным средством в режиме техобслуживания; и направления потока ионизированного воздуха, полученного из внешнего источника ионизированного воздуха, соединенного с впуском двигателя, через ряд цилиндров двигателя с вращением двигателя без подачи топлива. Если говорить конкретнее, после получения операторского ввода, принятого посредством инструмента для техобслуживания, стартерный мотор может быть включен на вращение двигателя без подачи топлива. Двигатель могут вращать в течение первого, более короткого времени при первой, более высокой частоте вращения до того, как будет начата подача ионизированного воздуха, с использованием крутящего момента электромотора от стартерного мотора. Возможно такое регулирование первого времени и первой частоты вращения, чтобы добиться достаточного давления масла с целью приведения в действие впускного и выпускного кулачков. После этого можно выполнить вращение двигателя в течение второго, более длительного периода времени при второй, меньшей частоте вращения с использованием крутящего момента электромотора от стартерного мотора. Возможно такое регулирование второго времени и второй частоты вращения, чтобы добиться циркуляции достаточного объема ионизированного воздуха по всему двигателю и окисления содержащихся в двигателе органических веществ с их удалением с его различных компонентов. В состав системы впуска двигателя могут входить впускной дроссель, а контроллер может содержать дополнительные команды на увеличение открытия впускного дросселя (например, на полное открытие дросселя) на основе операторского ввода. Каждый из ряда цилиндров двигателя может содержать впускной клапан, управляемый впускным кулачком, и выпускной клапан, управляемый выпускным кулачком, а контроллер может содержать дополнительные команды на полный сдвиг в сторону опережения каждого из двух кулачков, впускного и выпускного, на основе операторского ввода.
В результате становится возможной настройка двигателя с использованием потока ионизированного воздуха, что позволяет уменьшить временные и трудозатраты, а также сложность работ, выполняемых специалистом по техобслуживанию при очистке двигателя. Благодаря использованию ионизированного воздуха, вводимого в двигатель с целью окисления сажи, углеводородов, масляных осадков и прочих органических веществ, отлагающихся на различных компонентах двигателя, снижается опасность ухудшения характеристик этих компонентов, улучшаются эксплуатационные характеристики двигателя и облегчаются проблемы, связанные с соблюдением гарантийных обязательств. Кроме того, реже возникает необходимость в замене компонентов двигателя. Вследствие того, что восстановление компонентов двигателя не требует его разборки, снижается опасность повреждения этих компонентов в процессе их очистки. В итоге достигается большая экономия топлива для двигателя и облегчаются проблемы, связанные со старением компонентов двигателя.
Следует отметить, что рассмотренные здесь типовые программы управления и оценки можно использовать для разных конфигураций двигателя и/или транспортной системы. Изложенные выше способы и программы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и осуществляться управляющей системой, в состав которой входит контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и прочим оборудованием двигателя. Описанные здесь специальные программы могут характеризовать одну или более из любого количества стратегий обработки типа управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопоточных и т.п. По сути дела, различные проиллюстрированные здесь действия, операции и/или функции могут быть осуществлены в рассмотренной последовательности или параллельно, либо, в ряде случаев, опущены. Подобным же образом, порядок обработки не обязательно должен обеспечивать достижение признаков и преимуществ описанных здесь типовых вариантов осуществления и был изложен лишь для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из описанных здесь действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой методики. Кроме того, описанные здесь действия, операции и/или функции могут графически отображать код, подлежащий программированию в долговременной памяти машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия осуществляются посредством выполнения команд в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует иметь в виду, что описанные здесь конфигурации и стандартные программы являются по своей природе лишь иллюстративными примерами, так что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать как единственно возможные, поскольку возможны самые разнообразные модификации. Так, например, описанную выше технологию можно применить для таких типов двигателей, как V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитный четырехцилиндровый и др. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, а также иные описанные выше признаки, функции и/или свойства.
В прилагаемой формуле изобретения демонстрируются некоторые комбинации и субкомбинации, считающиеся новыми и неочевидными. В пунктах формулы могут иметься ссылки на «какой-либо» или «первый» элемент или на его эквивалент. Эти пункты следует понимать как подразумевающие присоединение одного или более таких элементов, без требования при этом наличия или исключения двух или более таких элементов. Могут быть заявлены и другие комбинации и субкомбинации раскрытых здесь признаков, функций, элементов и/или свойств путем изменения данной формулы изобретения или путем представления новой формулы в этой или родственной заявке. Такая формула, будь она шире, уже, такой же или отличной по объему притязаний от первоначальной формулы изобретения, тоже будет считаться включенной в предмет настоящего изобретения.
1. Способ для двигателя транспортного средства, включающий в себя следующие этапы:
вводят ионизированный воздух в цилиндр двигателя, вращая двигатель без подачи топлива; и
осуществляют окисление находящихся в цилиндре органических веществ с помощью введенного ионизированного воздуха,
причем введение ионизированного воздуха и вращение двигателя без подачи топлива осуществляют в ответ на ввод от оператора, причем в качестве оператора выступает специалист по техобслуживанию.
2. Способ по п. 1, в соответствии с которым введение ионизированного воздуха включает в себя этап, на котором вводят ионизированный воздух из источника ионизированного воздуха, внешнего по отношению к двигателю.
3. Способ по п. 2, в соответствии с которым введение ионизированного воздуха в цилиндр включает в себя этапы, на которых обеспечивают поступление ионизированного воздуха из источника ионизированного воздуха в систему впуска воздуха двигателя и направляют поток поступившего ионизированного воздуха из системы впуска воздуха в цилиндр двигателя.
4. Способ по п. 3, дополнительно включающий в себя этапы, на которых направляют поток ионизированного воздуха из цилиндра двигателя на выпуск двигателя и окисляют органические вещества, содержащиеся в выпуске, с помощью ионизированного воздуха.
5. Способ по п. 1, в соответствии с которым операторский ввод принимают посредством инструмента для техобслуживания, присоединенного к диагностическому порту транспортного средства.
6. Способ по п. 5, дополнительно включающий в себя этап, на котором соединяют инструмент для техобслуживания с возможностью связи с системой управления транспортным средством.
7. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя этап, на котором полностью открывают один или более из впускного дросселя и клапана РОГ в процессе введения ионизированного воздуха в ответ на операторский ввод, принятый посредством инструмента для техобслуживания.
8. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя этап, на котором полностью сдвигают в сторону опережения впускной и/или выпускной кулачок в процессе введения ионизированного воздуха в ответ на операторский ввод, принятый посредством инструмента для техобслуживания.
9. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя этапы, на которых по прошествии порогового периода времени прерывают введение ионизированного воздуха и отсоединяют инструмент для техобслуживания от системы управления транспортным средством.
10. Способ по п. 1, в соответствии с которым введение включает в себя этап, на котором вводят ионизированный воздух в особых условиях работы двигателя без сгорания, когда транспортное средство переведено в режим техобслуживания.
11. Способ для двигателя, установленного в транспортном средстве, включающий в себя следующие этапы:
в режиме техобслуживания транспортного средства, когда сгорания в двигателе нет, принимают ввод от оператора посредством диагностического инструмента для техобслуживания, присоединенного к транспортному средству; и одновременно с этим обеспечивают поступление ионизированного воздуха в систему впуска воздуха двигателя от источника ионизированного воздуха, присоединенного к транспортному средству.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором в ответ на операторский ввод регулируют один или более из следующих параметров: открытие впускного дросселя, открытие клапана РОГ, установка фаз распределения впускных кулачков и установка фаз распределения выпускных кулачков.
13. Способ по п. 12, в соответствии с которым регулирование включает в себя один или более из следующих этапов: полностью открывают впускной дроссель, полностью открывают клапан РОГ и осуществляют полное опережение фаз распределения впускных кулачков и фаз распределения выпускных кулачков.
14. Способ по п. 12, в соответствии с которым транспортное средство включает в себя стартерный электромотор для проворачивания коленчатого вала двигателя в процессе пуска двигателя, при этом способ дополнительно включает в себя этап, на котором, действуя на основе операторского ввода, вращают двигатель без подачи топлива с помощью стартерного электромотора до достижения нужного положения на основе операторского ввода и поддерживают двигатель в этом положении с использованием крутящего момента электромотора до получения операторского ввода, сигнализирующего о завершении очистки двигателя с помощью ионизированного воздуха.
15. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этапы, на которых направляют поток поступившего ионизированного воздуха в цилиндры двигателя с целью окисления органических веществ, находящихся в цилиндрах, с использованием ионизированного воздуха, после чего направляют поток поступившего ионизированного воздуха на выпуск двигателя с целью окисления органических веществ, находящихся в выпуске, с использованием ионизированного воздуха.
16. Система транспортного средства, содержащая:
двигатель, включающий в себя впуск, выпуск и ряд цилиндров двигателя;
диагностический порт; и
контроллер с машиночитаемыми командами, хранящимися в долговременной памяти, для:
перевода транспортного средства в режим техобслуживания при работе в особых условиях отсутствия сгорания, когда оператор запрашивает проведение режима техобслуживания;
приема операторского ввода посредством инструмента для техобслуживания, присоединенного к диагностическому порту, причем инструмент для техобслуживания соединен с возможностью связи с системой управления транспортным средством в режиме техобслуживания; и
направления потока ионизированного воздуха, полученного из внешнего источника ионизированного воздуха, соединенного с впуском двигателя, через ряд цилиндров двигателя с вращением двигателя без подачи топлива.
17. Система по п. 16, в которой впуск двигателя включает в себя впускной дроссель и в которой контроллер содержит дополнительные команды на увеличение открытия впускного дросселя на основе операторского ввода.
18. Система по п. 16, в которой цилиндры ряда цилиндров двигателя содержат впускной клапан, управляемый впускным кулачком, и выпускной клапан, управляемый выпускным кулачком, и в которой контроллер содержит дополнительные команды на полное опережение каждого из двух кулачков, впускного и выпускного, на основе операторского ввода.
19. Система по п. 16, в которой система транспортного средства представляет собой систему гибридного транспортного средства, включающую в себя электромотор, и в которой контроллер содержит дополнительные команды на вращение двигателя без подачи топлива с помощью электромотора на основе операторского ввода с обеспечением при этом протекания ионизированного воздуха.
