EA028553B1 - Система и способ работы двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Система и способ работы двигателя внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
EA028553B1
EA028553B1 EA201490844A EA201490844A EA028553B1 EA 028553 B1 EA028553 B1 EA 028553B1 EA 201490844 A EA201490844 A EA 201490844A EA 201490844 A EA201490844 A EA 201490844A EA 028553 B1 EA028553 B1 EA 028553B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
engine
exhaust
exhaust gas
fuel injection
fuel
Prior art date
Application number
EA201490844A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201490844A2 (ru
EA028553B8 (ru
EA201490844A3 (ru
Inventor
Томас Майкл Лаверту
Адам Эдгар Клингбейл
Рой Джеймс Праймус
Омоволеола Чукувуемука Акиниэми
Вену Гуммадавелли
Барри Аллен Рекорд
Джеймс Хенри Ягер
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of EA201490844A2 publication Critical patent/EA201490844A2/ru
Publication of EA201490844A3 publication Critical patent/EA201490844A3/ru
Publication of EA028553B1 publication Critical patent/EA028553B1/ru
Publication of EA028553B8 publication Critical patent/EA028553B8/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F02D43/04—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment using only digital means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F02M26/10—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/36—Control for minimising NOx emissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/38—Control for minimising smoke emissions, e.g. by applying smoke limitations on the fuel injection amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/144—Sensor in intake manifold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

В изобретении представлен способ работы двигателя внутреннего сгорания. Способ включает сжигание смеси свежего воздуха и топлива в цилиндрах. Способ также включает направление первой части выхлопных газов в турбину первой ступени и турбину второй ступени турбокомпрессора для расширения выхлопных газов, направление второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов через канал выхлопных газов в обход турбины первой ступени и рециркуляцию третьей части выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания со свежим воздухом. Способ включает управление по меньшей мере одним из следующего: уменьшением нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл; одновременным увеличением расхода третьей части выхлопных газов во время рециркуляции и увеличением опережения впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов для соответствия требованиям уровня 4 Агентства по охране окружающей среды.

Description

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся, в общем, к системе и способу работы двигателя, в частности к системе и способу регулирования выбросов выхлопных газов двигателя.
Двигатели с воспламенением от сжатия, такие как дизельные двигатели, работают за счет непосредственного впрыскивания топлива (например, дизельного топлива) в сжатый воздух в одном или более узлах поршневых цилиндров, так что тепло сжатого воздуха воспламеняет топливовоздушную смесь. Двигатели с воспламенением от сжатия могут также содержать запальную свечу, обеспечивающую тепло для гарантии воспламенения. Непосредственное впрыскивание топлива распыляет топливо в капли, которые испаряются и смешиваются со сжатым воздухом в камерах сгорания поршневых цилиндров. Как правило, двигатели с воспламенением от сжатия работают при относительно более высокой степени сжатия, чем двигатели с искровым зажиганием. Степень сжатия непосредственно влияет на работу двигателя, КПД, загрязняющие вещества выхлопных газов и другие характеристики двигателя. Соотношение топливо-воздух также влияет на работу двигателя, КПД, загрязняющие вещества выхлопных газов и другие характеристики двигателя. Выбросы выхлопных газов обычно включают загрязняющие вещества, такие как оксиды углерода (например, моноксид углерода), оксиды азота (ΝΟΧ), оксиды серы (§ΟΧ), твердые частицы (раШси1а1е таИсг. РМ) и несгоревшие углеводороды (ЬубтосатЪош, НС). Количество и относительное содержание этих загрязняющих веществ меняется в зависимости от топливовоздушной смеси, степени сжатия, времени впрыскивания, условий окружающей среды (например, атмосферного давления, температуры и т.д.) и т.д. Новые строгие требования к выбросам, такие как требования уровня 4 (Пег 4) к выбросам локомотивов (40 СЕК Рай 1033 - статья 1033 раздела 40 Свода федеральных правил) Агентства по охране окружающей среды США ШпПеб §1а1е8 Епу1гоптеп1а1 Рто1ес1юи Адепсу, ЕРА), приводят к необходимости способов разработки двигателей, которые используют системы последующей обработки для регулирования выбросов выхлопных газов. Однако использование систем последующей обработки может увеличить стоимость производства двигателей и потребление топлива, что приведет к высокой стоимости срока службы оборудования.
Таким образом, желательно иметь систему и способ с усовершенствованной технологией регулирования выбросов выхлопных газов и обеспечения низкого потребления топлива двигателя.
Сущность изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предлагается способ работы двигателя внутреннего сгорания. Способ включает сжигание смеси потока свежего воздуха и топлива внутри цилиндров, при этом топливо впрыскивают из системы впрыска топлива в цилиндры. Способ также включает направление первой части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов в турбину первой ступени и турбину второй ступени турбокомпрессора для расширения указанной части выхлопных газов. Способ также включает направление второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов через канал выхлопных газов в обход турбины первой ступени. Кроме того, способ включает рециркуляцию третьей части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания с потоком свежего воздуха. Способ включает управление одним из следующего: уменьшением нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента; одновременным увеличением расхода третьей части выхлопных газов во время рециркуляции и увеличением опережения впрыскивания для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предлагается система сжигания топлива. Система содержит двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры двигателя для сжигания смеси свежего воздуха и топлива. Система также содержит турбокомпрессор, содержащий турбину, соединенную через вал турбокомпрессора с компрессором, при этом компрессор выполнен с возможностью приема свежего воздуха и выпуска потока сжатого воздуха во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, система содержит первый путь потока для пропускания первой части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов в турбину для расширения этой первой части выхлопных газов, второй путь потока для пропускания второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов через канал выхлопных газов в обход турбины первой ступени и третий путь потока для рециркуляции третьей части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания со свежим воздухом. Система также содержит контроллер, содержащий датчики для измерения рабочих параметров, при этом контроллер выполнен с возможностью уменьшения нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента, увеличения расхода рециркуляции выхлопных газов, увеличения давления впрыска, уменьшения степени сжатия и увеличения опережения впрыскивания для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предлагается контроллер. Контроллер содержит датчики для измерения рабочих параметров. Контроллер также содержит блок управления, выполненный с возможностью изменения и оптимизации частоты вращения двигателя для каждой уста- 1 028553 новки мощности двигателя, рециркуляции выхлопных газов, давления впрыска топлива и/или продолжительности и времени впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам. Оптимизация частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя включает одновременное уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для соответствующей установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента, увеличение рециркуляции выхлопных газов и увеличение опережения впрыскивания топлива в соответствии с уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из последующего подробного описания изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых подобные символы обозначают подобные компоненты.
На фиг. 1 схематически представлена система, имеющая турбокомпрессорную систему в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет график сравнения выбросов твердых частиц в выхлопных газах при постоянном расходе рециркуляции как функции частоты вращения двигателя и выбросов твердых частиц при возрастающем расходе рециркуляции выхлопных газов при постоянной частоте вращения и постоянном уровне ΝΟΧ в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет график сравнения уровней выбросов твердых частиц в выхлопных газах при различных значениях мощности двигателя и постоянном уровне ΝΟΧ в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 является блок-схемой способа работы двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
При описании элементов различных вариантов осуществления настоящего изобретения указание таких элементов означает то, что имеется один или более этих элементов. Термины содержащий, включающий и имеющий означают включение и подразумевают, что могут иметься дополнительные элементы, отличные от перечисленных. Любые примеры рабочих параметров не исключают других параметров в раскрытых вариантах осуществления изобретения.
На фиг. 1 схематически представлена система 10, имеющая турбокомпрессорный блок 12 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Турбокомпрессорный блок 12 содержит двухступенчатый турбокомпрессор и двигатель с воспламенением от сжатия, например дизельный двигатель 14. В одном варианте осуществления изобретения система 10 может содержать одноступенчатый турбокомпрессор. Двигатель 14 содержит цилиндры сгорания. Поршень (не показан) расположен с возможностью скольжения в каждом цилиндре и осуществляет возвратно-поступательное движение между верхним мертвым положением и нижним мертвым положением. Следует отметить, что количество цилиндров может изменяться в зависимости от применения. Показанный двигатель 14 содержит воздушный впускной коллектор 16 и коллектор 18 выхлопных газов. Цилиндры сгорания соединены со впускным коллектором 16 и получают сжатый воздух через впускной коллектор 16. Двигатель-генераторный блок (не показан) может быть механически соединен с турбокомпрессорным блоком 12. Система 10 также содержит систему 19 впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндры двигателя 14. Система 19 впрыска топлива содержит топливный инжекторный насос (не показан) для приведения в действие топливных форсунок (не показаны) для впрыскивания топлива в цилиндры двигателя 14.
Турбокомпрессорный блок 12 содержит компрессор 20 первой ступени, компрессор 22 второй ступени, турбину 24 первой ступени и турбину 26 второй ступени. Впускной свежий воздух 28 может втягиваться через фильтр (не показан) во впускной канал 29 и затем сжиматься до более высокого давления посредством компрессора 20 первой ступени. Температура воздуха увеличивается из-за сжатия. Сжатый впускной воздух 28 охлаждается с помощью промежуточного охладителя 30 и затем дополнительно сжимается до еще более высокого давления с помощью компрессора 22 второй ступени. Сжатый воздух 28 затем охлаждается с помощью добавочного охладителя 32 и подается во впускной коллектор 16 для сжигания в двигателе 14. Сжатый воздух 28 протекает через добавочный охладитель 32, так что температура воздуха снижается перед подачей во впускной коллектор 16 двигателя 14. В одном варианте осуществления изобретения промежуточный охладитель 30 и добавочный охладитель 32 могут быть теплообменниками типа воздух-вода, в которых используется охладитель для обеспечения отвода тепла из сжатого воздуха. В другом варианте осуществления изобретения промежуточный охладитель 30 и добавочный охладитель 32 могут быть теплообменниками типа воздух-воздух, в которых используется окружающий воздух для обеспечения отвода тепла из сжатого воздуха. В еще одном варианте осуществления изобретения промежуточный охладитель 30 и добавочный охладитель 32 могут иметь гибридную конструкцию охладителей, в которой используются как теплообменники типа воздух-вода, так и теплообменники типа воздух-воздух.
Турбина 24 первой ступени соединена с коллектором 18 выхлопных газов для получения энергии
- 2 028553 выхлопных газов для вращения вала 34 турбокомпрессора, соединенного с компрессором 22 второй ступени. Турбина 26 второй ступени соединена с турбиной 24 первой ступени для получения энергии расширившихся газов, поступающих из турбины 24 первой ступени, для вращения вала 36 турбокомпрессора, соединенного с компрессором 20 первой ступени. Расширившиеся газы из турбины 26 второй ступени могут выбрасываться в атмосферу.
В показанном варианте осуществления изобретения канал 38 выхлопных газов расположен в обход турбины 24 первой ступени. Канал 38 выхлопных газов снабжен обходным регулирующим клапаном 40 для управления потоком через канал 38 выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления изобретения все выхлопные газы из коллектора 18 выхлопных газов расширяются с помощью турбины 24 первой ступени. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, первая часть выхлопных газов течет по первому пути 25 потока из коллектора 18 выхлопных газов в турбину 24 первой ступени для расширения, а вторая часть выхлопных газов из коллектора 18 выхлопных газов подается через канал 38 выхлопных газов в обход турбины 24 первой ступени. Вторая часть выхлопных газов, подаваемых через канал 38, расширяется с помощью турбины 26 второй ступени.
Система 10 также содержит третий путь 42 потока для рециркуляции третьей части выхлопных газов из коллектора 18 выхлопных газов во впускной коллектор 16 после смешивания со сжатым воздухом 28.
Для управления потоком сжатого воздуха 28 через третий путь 42 потока имеется регулирующий клапан 44 рециркуляции выхлопных газов (ехйаик! дак гес1гси1айои, БОК). В некоторых вариантах осуществления изобретения все выхлопные газы из донорных цилиндров (не показаны) подаются через третий путь 42 потока во впускной коллектор 16. Охладитель 46 ЕОК предусмотрен для третьего пути 42 потока для охлаждения выхлопных газов до подачи в цилиндры сгорания через впускной коллектор 16. В одном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 1, третья часть выхлопных газов, протекающих по третьему пути 42 потока из коллектора 18 выхлопных газов, рециркулирует непосредственно во впускной коллектор 16. В других вариантах осуществления изобретения третий путь 42 потока может направлять третью часть выхлопных газов в любое местоположение во впускном канале 29 для смешивания со сжатым воздухом 28 до поступления во впускной коллектор 16.
Турбокомпрессорный блок 10 также содержит блок 48 управления. В показанном варианте осуществления изобретения блок 48 управления является электронным блоком управления для турбокомпрессора 12 и двигателя 14. В другом варианте осуществления изобретения блок 48 управления является электронным логическим блоком управления, который программируется пользователем.
Блок 48 управления выполнен с возможностью измерения рабочих параметров посредством датчиков, расположенных в системе 10. В одном варианте осуществления изобретения блок 48 управления принимает сигнал давления от датчика давления, предназначенного для определения давления впускного воздуха 28, подаваемого в двигатель 14. Кроме того, блок 48 управления принимает сигнал температуры от датчика температуры, предназначенного для определения температуры впускного воздуха 28, подаваемого в двигатель 14. Блок 48 управления может также принимать сигнал содержания кислорода от кислородного датчика, предназначенного для определения количества кислорода во впускном воздухе 28, подаваемом во впускной коллектор 16. В некоторых вариантах осуществления изобретения блок 48 управления может также принимать другой сигнал содержания кислорода от другого кислородного датчика, обеспечивающего определение количества кислорода в выхлопных газах, подаваемых из коллектора 18 выхлопных газов. Кроме того, блок 48 управления может также принимать сигнал массового расхода от датчика топлива, обеспечивающего определение массового расхода топлива, подаваемого в двигатель 14. Блок 48 управления может также принимать сигнал частоты вращения от датчика частоты вращения, сигнал нагрузки от датчика нагрузки, сигнал времени впрыскивания топлива от датчика времени впрыскивания топлива и сигнал массового расхода рециркуляции выхлопных газов от датчика массового расхода.
Кроме того, блок 48 управления управляет частотой вращения двигателя и/или массовым расходом топлива путем создания сигнала синхронизации для управления работой топливных форсунок в системе 19 впрыска топлива. Блок 48 управления также выполнен с возможностью увеличения расхода рециркуляции выхлопных газов в третьем пути 42 потока путем регулирования клапана 44 ЕОК, а также увеличения давления впрыска и опережения впрыскивания топлива на основе сигналов, полученных от датчиков, для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам.
В целях удовлетворения требованиям к выбросам блок 48 управления выполнен с возможностью изменения расхода рециркуляции выхлопных газов, давления и/или продолжительности впрыска топлива и времени впрыскивания топлива при оптимизации частоты вращения двигателя 14 для каждой установки мощности двигателя.
Оптимизация частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя включает уменьшение нормальной частоты вращения для соответствующей установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента двигателя, так что мощность поддерживается на том же уровне. В одном
- 3 028553 варианте осуществления изобретения давление впрыска может также быть увеличено для увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента двигателя. Уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя основано на соблюдении порогового предела для рабочих параметров, в том числе пиковых давлений в цилиндрах и нагрузок на подшипники вала двигателя. Кроме того, уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя основано на требовании системы для обработки воздуха, заключающемся в том, что отношение кислород-топливо (охудеи-1о-£ие1 габо. ОРК) должно быть равно, по меньшей мере, значению, которое больше порога для соответствующей мощности двигателя. Отношение кислород-топливо (ОРК) определяется в виде отношения общего подвода массового потока кислорода к массовому потоку топлива. Следует отметить, что уменьшение частоты вращения может быть более значительным для более низких установок мощности двигателя (нижних положений рукоятки управления) для уменьшения выбросов твердых частиц.
В одном варианте осуществления изобретения блок 48 управления выполнен с возможностью увеличения давления наддува для поддержания отношения кислород-топливо выше порогового значения при каждой установке мощности двигателя. Для увеличения давления наддува турбокомпрессорного блока 12 блок 48 управления осуществляет управление переменным положением обходного регулирующего клапана 40 в канале 38 выхлопных газов в обход турбины 24 первой ступени в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В других вариантах осуществления изобретения блок 48 управления может быть выполнен с возможностью управления турбокомпрессором с переменной геометрией (уапаЫе деошейу ФгЬосЬагдег, УОТ), или нагнетателем, или подсистемой компрессоров, предназначенных для увеличения давления наддува и, таким образом, поддержания отношения кислородтопливо (ОРК) равным, по меньшей мере, определенному пороговому значению при каждом значении мощности двигателя.
Кроме того, оптимизация расхода рециркулирующих выхлопных газов включает увеличение расхода рециркуляции выхлопных газов и опережения впрыскивания топлива при одновременном уменьшении частоты вращения двигателя 14 для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя 14. В примере, не ограничивающем изобретение, расход рециркуляции выхлопных газов увеличивается приблизительно на 40% при соответствующем увеличении опережения впрыскивания топлива. В одном варианте осуществления изобретения степень сжатия в двигателе 14 понижается для уменьшения уровней выбросов для соблюдения требований к выбросам.
В одном варианте осуществления изобретения блок 48 управления выполнен с возможностью уменьшения частоты вращения двигателя в реальном времени в соответствии с максимальными уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах. Уровень оксидов азота (ΝΟΧ) определяется датчиком оксидов азота (ΝΟΧ) в выхлопных газах или является функцией температуры воздуха в работающем коллекторе, времени впрыскивания и т.п., в то время как уровень твердых частиц (РМ) определяется на основе измерения отношения кислород-топливо во впускном коллекторе 16 и коллекторе 18 выхлопных газов.
Кроме того, в одном варианте осуществления изобретения выброс оксидов азота (ΝΟΧ) сокращается за счет работы двигателя 14 в соответствии с циклом Миллера, который включает движение поршня из верхнего мертвого положения к нижнему мертвому положению в цилиндре двигателя, закрытие впускного клапана двигателя внутреннего сгорания, когда поршень находится около нижнего мертвого положения в цилиндре двигателя в течение такта впуска, и открытие выпускного клапана на заранее заданный период времени, когда поршень находится около нижнего мертвого положения цилиндра двигателя после закрытия впускного клапана в течение такта выпуска, так чтобы выпустить заранее заданное количество заряда свежей рабочей смеси из цилиндра двигателя через выпускной клапан. Цикл Миллера направлен на уменьшение эффективной степени сжатия при сохранении степени расширения. Это снижает в цилиндре температуру адиабатического сжатия, что позволяет снизить выбросы оксидов азота (ΝΟΧ).
Фиг. 2 представляет график 100, на котором сравниваются выбросы твердых частиц в выхлопных газах при постоянном расходе рециркуляции выхлопных газов и при возрастающем расходе рециркулирующих выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Ось у графика 100 показывает уровень выбросов твердых частиц (РМ) в процентах от базовых выбросов РМ. Ось х графика 100 представляет частоту вращения двигателя в оборотах в минуту (грт). График 100 представляет первую кривую 102, отображающую уровни твердых частиц (РМ) в выхлопных газах при постоянном расходе рециркулирующих выхлопных газов при разных значениях частоты вращения двигателя, и вторую кривую 104, отображающую уровни твердых частиц (РМ) в выхлопных газах при увеличении расхода рециркулирующих выхлопных газов при постоянной частоте вращения двигателя. График 100 наглядно показывает значительное уменьшение содержания твердых частиц (РМ) в выхлопных газах при уменьшении частоты вращения двигателя и одновременном увеличении рециркуляции выхлопных газов.
В качестве примера, фиг. 3 представляет график 200, на котором сравниваются уровни выбросов твердых частиц в выхлопных газах при различных установках мощности двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Ось у графика 200 представляет уровень выбросов
- 4 028553 твердых частиц (РМ) в процентах от базового уровня выбросов. Ось х графика 200 показывает частоту вращения двигателя в оборотах в минуту. Следует отметить, что на графике 200 уровни выбросов твердых частиц в выхлопных газах показаны при разных значениях частоты вращения двигателя в условиях частичной нагрузки и полной нагрузки при сохранении постоянных уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и отношения воздух-топливо. В этом примере рециркуляция выхлопных газов была оптимизирована для минимизации выбросов твердых частиц. График 200 показывает первую кривую 202, отображающую уровни твердых частиц (РМ) в выхлопных газах в условиях полной нагрузки. График 200 показывает вторую кривую 204, отображающую уровни твердых частиц (РМ) в выхлопных газах в условиях частичной нагрузки. График 200 наглядно показывает уменьшение уровней твердых частиц (РМ) в выхлопных газах при более низких значениях частоты вращения.
Фиг. 4 представляет блок-схему 300 способа работы двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На шаге 302 способ включает сжигание смеси потока свежего воздуха и топлива внутри цилиндров, при этом топливо впрыскивают из системы впрыска топлива в цилиндры. На шаге 304 способ включает направление первой части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов в турбину первой ступени и турбину второй ступени турбокомпрессора для расширения первой части выхлопных газов. Далее на шаге 306 способ также включает направление второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов через канал выхлопных газов в обход турбины первой ступени. Кроме того, на шаге 308 способ включает рециркуляцию третьей части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания с потоком свежего воздуха. Наконец, на шаге 310 способ включает управление по меньшей мере одним из следующего: уменьшением нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя при сохранении постоянного уровня мощности двигателя за счет увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента; одновременным увеличением расхода третьей части выхлопных газов во время рециркуляции и увеличением опережения впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам.
Следует отметить, что уменьшение частоты вращения для каждой установки мощности двигателя выполняют с учетом механического ограничения, включающего максимальное пиковое давление в цилиндре и максимальную нагрузку подшипника. Как пиковое давление в цилиндре, так и нагрузки подшипника возрастают по мере того, как возрастает подача топлива в течение цикла. Кроме того, уменьшение частоты вращения для каждой установки мощности двигателя выполняют с учетом ограничений по обработке воздуха для отношения кислород-топливо (ΟΡΚ), равного по меньшей мере пороговому значению, при каждой установке мощности для поддержания низких выбросов твердых частиц (РМ). Могут существовать разные отношения кислород-топливо (ΟΡΚ) при каждой установке мощности двигателя (позиции рукоятки управления). Следует также отметить, что турбокомпрессорный блок 12 (показан на фиг. 1) ограничивает возможность соблюдения ограничения для отношения кислород-топливо (ΟΡΚ). Если уровень рециркуляции выхлопных газов (БОК) сильно возрастает при одновременном сохранении ΟΡΚ выше минимального уровня, частота вращения двигателя может быть уменьшена только в такой степени, чтобы не достичь ограничения системы для обработки воздуха.
Способ также включает увеличение давления впрыска и/или продолжительности впрыска для каждой установки мощности двигателя при уменьшении нормальной частоты вращения двигателя для поддержания постоянного уровня мощности двигателя. В одном варианте осуществления изобретения способ включает одновременное уменьшение частоты вращения двигателя, увеличение рециркуляции выхлопных газов, увеличение опережения впрыскивания топлива, увеличение давления впрыска и уменьшение степени сжатия для достижения необходимых уровней оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя. Предпочтительно настоящие система и способ направлены на регулирование выбросов выхлопных газов для соответствия требованиям (Т1ег IV) без применения системы последующей обработки.
Более того, специалисту понятна взаимозаменяемость различных признаков разных вариантов осуществления изобретения. Аналогично, описанные различные шаги и признаки способа, а также другие известные эквиваленты для каждого из таких способов и признаков могут быть использованы совместно и подобраны специалистом для построения дополнительных систем и способов в соответствии с принципами настоящего изобретения. Следует понимать, что необязательно все цели и преимущества, описанные выше, могут быть достигнуты в соответствии с каким-либо конкретным вариантом осуществления изобретения. Так, например, специалистам будет понятно, что системы и способы, описанные в настоящем документе, могут быть воплощены или выполнены так, чтобы достичь или оптимизировать одно преимущество или группу преимуществ, как описано в настоящем документе, без обязательного достижения других целей или преимуществ, какие могут быть описаны или предложены в настоящем документе.
Хотя в настоящем документе только некоторые признаки изобретения были проиллюстрированы и описаны, специалистам будут очевидны многие модификации и изменения. Таким образом, приложенная формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, которые находятся в пределах сущности настоящего изобретения.

Claims (20)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий сжигание смеси потока свежего воздуха и топлива внутри цилиндров, при этом топливо впрыскивают из системы впрыска топлива в цилиндры;
    направление первой части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов в турбину первой ступени и турбину второй ступени турбокомпрессора для расширения первой части выхлопных газов;
    рециркуляцию второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания с потоком свежего воздуха;
    уменьшение частоты вращения двигателя при работе двигателя внутреннего сгорания с высоким средним эффективным тормозным давлением при заданной мощности двигателя с поддержанием постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента;
    одновременное увеличение расхода второй части выхлопных газов во время рециркуляции и увеличение опережения впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам.
  2. 2. Способ по п.1, также включающий увеличение давления впрыска для заданной мощности двигателя при уменьшении нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя для поддержания постоянного уровня мощности двигателя.
  3. 3. Способ по п.1, также включающий уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для заданной мощности двигателя на основе того, что рабочие параметры, включающие пиковые давления в цилиндрах и нагрузки на подшипники вала двигателя, не превышают пороговый предел.
  4. 4. Способ по п.1, также включающий уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для заданной мощности двигателя на основе требования системы для обработки воздуха, заключающегося в том, что отношение кислород-топливо должно быть равно, по меньшей мере, пороговому значению для соответствующей мощности двигателя.
  5. 5. Способ по п.4, также включающий увеличение давления наддува для поддержания отношения кислород-топливо равным, по меньшей мере, пороговому значению для каждой установки мощности двигателя путем управления по меньшей мере одним из следующего: переменным положением клапана в канале выхлопных газов в обход турбины первой ступени, турбокомпрессором с переменной геометрией (УОТ), нагнетателем и подсистемой компрессоров, предназначенных для увеличения давления наддува.
  6. 6. Способ по п.1, в котором расход рециркуляции выхлопных газов увеличивают приблизительно на 40%, в то же время увеличивая опережение впрыскивания топлива.
  7. 7. Способ по п.1, также включающий одновременное уменьшение частоты вращения двигателя, увеличение рециркуляции выхлопных газов, увеличение опережения впрыскивания топлива, увеличение давления впрыска и уменьшение степени сжатия в соответствии с уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя.
  8. 8. Способ по п.7, также включающий уменьшение степени сжатия в каждом цилиндре от приблизительно 17:1 до приблизительно 15:1.
  9. 9. Способ по п.1, также включающий уменьшение частоты вращения двигателя в реальном времени в соответствии с максимальными уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ), обнаруженных измерительной системой в выхлопных газах, и твердых частиц (РМ), полученных на основе измерения отношения кислород-топливо во впускном коллекторе.
  10. 10. Способ по п.9, в котором уровни выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах соответствуют уровням выбросов локомотива уровня 4 Агентства по охране окружающей среды США.
  11. 11. Способ по п.1, также включающий охлаждение второй части выхлопных газов перед их поступлением во впускной коллектор посредством охладителя рециркуляции выхлопных газов.
  12. 12. Способ по п.1, также включающий охлаждение свежего воздуха с использованием одного или более теплообменников во впускном канале, имеющем компрессор первой ступени и компрессор второй ступени.
  13. 13. Способ по п.1, в котором работа двигателя внутреннего сгорания в соответствии с циклом Миллера включает движение поршня из верхнего мертвого положения к нижнему мертвому положению в цилиндре двигателя, закрытие впускного клапана двигателя внутреннего сгорания, когда поршень находится около нижнего мертвого положения в цилиндре двигателя в течение такта впуска, и открытие выпускного клапана на заранее заданный период времени, когда поршень находится около нижнего мертвого положения цилиндра двигателя после закрытия впускного клапана в течение такта выпуска, так чтобы выпустить заранее заданное количество заряда свежей рабочей смеси из цилиндра двигателя через выпускной клапан.
  14. 14. Система сжигания топлива, содержащая
    - 6 028553 двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры двигателя для сжигания смеси свежего воздуха и топлива;
    систему впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндры двигателя;
    турбокомпрессорный блок, содержащий турбину, соединенную через вал турбокомпрессора с компрессором, при этом компрессор выполнен с возможностью приема свежего воздуха и выпуска потока сжатого воздуха во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания;
    первый путь потока для пропускания первой части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов в турбину для расширения этой первой части выхлопных газов;
    второй путь потока для пропускания второй части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов через канал выхлопных газов в обход турбины первой ступени;
    третий путь потока для рециркуляции третьей части выхлопных газов из коллектора выхлопных газов во впускной коллектор после смешивания со свежим воздухом и контроллер, содержащий датчики для измерения рабочих параметров, при этом контроллер выполнен с возможностью уменьшения нормальной частоты вращения двигателя для данной мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента, увеличения расхода рециркуляции выхлопных газов, увеличения давления впрыска и увеличения опережения впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам.
  15. 15. Способ по п.14, также включающий уменьшение степени сжатия в каждом цилиндре от приблизительно 17:1 до приблизительно 15:1.
  16. 16. Система по п.14, также содержащая охладитель рециркуляции выхлопных газов, расположенный в третьем пути потока, переносящем третью часть выхлопных газов во впускной коллектор, и один или более промежуточных охладителей, расположенных во впускном канале, имеющем компрессор первой ступени и компрессор второй ступени.
  17. 17. Система по п.15, в которой третий путь потока содержит регулирующий клапан рециркуляции выхлопных газов (ЕСК) для регулирования потока второй части выхлопных газов.
  18. 18. Система по п.14, в которой контроллер выполнен с возможностью одновременного увеличения рециркуляции выхлопных газов (ЕСК) и опережения впрыскивания топлива в соответствии с уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя.
  19. 19. Система по п.14, в которой контроллер выполнен с возможностью одновременного уменьшения нормальной частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя на основе рабочих параметров, включающих пиковые давления в цилиндрах и нагрузки на подшипники вала двигателя, с учетом требования системы для обработки воздуха, заключающегося в том, что отношение кислородтопливо должно быть равно, по меньшей мере, пороговому значению для соответствующей установки мощности двигателя, увеличения рециркуляции выхлопных газов и увеличения опережения впрыскивания топлива в соответствии с уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя.
  20. 20. Контроллер для управления двигателем, содержащий датчики для измерения рабочих параметров;
    блок управления, выполненный с возможностью изменения частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя, рециркуляции выхлопных газов, давления впрыска топлива или продолжительности впрыска топлива и времени впрыскивания топлива для уменьшения уровней выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) для соответствия требованиям к выбросам, при этом изменение частоты вращения двигателя для каждой установки мощности двигателя включает одновременное уменьшение нормальной частоты вращения двигателя для соответствующей установки мощности двигателя при поддержании постоянного уровня мощности двигателя путем увеличения впрыска топлива за цикл для увеличения крутящего момента, увеличение рециркуляции выхлопных газов и увеличение опережения впрыскивания топлива в соответствии с уровнями выбросов оксидов азота (ΝΟΧ) и твердых частиц (РМ) в выхлопных газах двигателя.
EA201490844A 2013-05-30 2014-05-20 Система и способ работы двигателя внутреннего сгорания EA028553B8 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/905,691 US10094324B2 (en) 2013-05-30 2013-05-30 System and method of operating an internal combustion engine

Publications (4)

Publication Number Publication Date
EA201490844A2 EA201490844A2 (ru) 2014-11-28
EA201490844A3 EA201490844A3 (ru) 2015-03-31
EA028553B1 true EA028553B1 (ru) 2017-11-30
EA028553B8 EA028553B8 (ru) 2018-01-31

Family

ID=50942034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201490844A EA028553B8 (ru) 2013-05-30 2014-05-20 Система и способ работы двигателя внутреннего сгорания

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10094324B2 (ru)
EP (1) EP2808522B1 (ru)
CN (1) CN104213998B (ru)
AU (1) AU2014202824B2 (ru)
BR (1) BR102014011863B8 (ru)
EA (1) EA028553B8 (ru)
PL (1) PL2808522T3 (ru)
TR (1) TR201811148T4 (ru)
ZA (1) ZA201403545B (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9334841B1 (en) * 2014-10-16 2016-05-10 General Electric Company Differential fueling between donor and non-donor cylinders in engines
GB2533351A (en) * 2014-12-17 2016-06-22 Gm Global Tech Operations Inc Internal combustion engine having a two stage turbocharger
JP6446705B2 (ja) * 2015-01-09 2019-01-09 三菱重工業株式会社 エンジンシステム
CN106285924B (zh) * 2015-06-26 2020-05-05 张建民 提高内燃机尾气中能量利用率的装置
US20190003373A1 (en) * 2015-12-07 2019-01-03 Achates Power, Inc. Air handling in a heavy-duty opposed-piston engine
EP3192997B1 (en) * 2016-01-13 2019-08-07 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Method and system for optimizing the fuel consumption of a two-stroke turbocharged slow running diesel engine
US9909490B2 (en) * 2016-03-24 2018-03-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost control
US10794266B2 (en) * 2016-03-31 2020-10-06 Ai Alpine Us Bidco Inc System for cooling engine intake flow
US9903284B1 (en) 2016-10-31 2018-02-27 General Electric Company Dual-fuel engine system and method having the same
CN112368469B (zh) * 2018-06-26 2023-08-15 沃尔沃卡车集团 用于控制内燃机的改进的方法
DE102019206448B4 (de) * 2019-05-06 2021-03-18 Ford Global Technologies, Llc Motorsystem
CN110296005B (zh) * 2019-06-28 2022-04-15 潍柴重机股份有限公司 一种天然气发动机双输出模式控制系统及控制方法
CN112177789B (zh) * 2020-09-27 2022-08-09 同济大学 一种生物柴油发动机自适应喷油控制系统及控制方法
CN112963238B (zh) * 2021-02-26 2022-02-15 华中科技大学 一种基于绝热燃烧室和米勒循环的绝热内燃机燃烧系统
CN112832901B (zh) * 2021-03-25 2024-03-12 中船动力研究院有限公司 一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6651432B1 (en) * 2002-08-08 2003-11-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency Controlled temperature combustion engine
US20040099248A1 (en) * 2002-11-20 2004-05-27 Denso Corporation Accumulation type fuel injection system
US20040134193A1 (en) * 2002-06-26 2004-07-15 Dieter Klingel Motor brake device for a turbocharged internal combustion engine
US20050022506A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion control system of internal combustion engine
WO2010021190A1 (ja) * 2008-08-19 2010-02-25 ヤンマー株式会社 エンジン
FR2940357A1 (fr) * 2008-12-18 2010-06-25 Valeo Sys Controle Moteur Sas Moteur thermique a combustion interne,systeme de regulation, procede de dimensionnement pour le moteur et vehicule automobile avec le moteur

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH622062A5 (ru) * 1977-03-07 1981-03-13 Semt
US4397285A (en) * 1981-07-15 1983-08-09 Physics International Company Closed loop diesel engine control
JP3789597B2 (ja) * 1997-05-12 2006-06-28 三菱電機株式会社 エンジンのアイドル回転制御装置
AU2001261247A1 (en) 2000-05-08 2001-11-20 Cummins, Inc. Internal combustion engine operable in pcci mode with early control injection and method of operation
JP4007103B2 (ja) * 2002-07-11 2007-11-14 株式会社豊田中央研究所 燃料噴射装置
US7047741B2 (en) 2002-08-08 2006-05-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency Methods for low emission, controlled temperature combustion in engines which utilize late direct cylinder injection of fuel
US20040112329A1 (en) * 2002-12-17 2004-06-17 Coleman Gerald N. Low emissions compression ignited engine technology
US7308872B2 (en) 2004-12-30 2007-12-18 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for optimized combustion in an internal combustion engine utilizing homogeneous charge compression ignition and variable valve actuation
CA2505455C (en) 2005-05-18 2007-02-20 Westport Research Inc. Direct injection gaseous fuelled engine and method of controlling fuel injection pressure
JP4135734B2 (ja) 2005-07-06 2008-08-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US7832197B2 (en) 2005-09-20 2010-11-16 Ford Global Technologies, Llc System and method for reducing NOx emissions in an apparatus having a diesel engine
CA2539711C (en) 2006-03-31 2009-06-09 Westport Research Inc. Method and apparatus of fuelling an internal combustion engine with hydrogen and methane
US7277790B1 (en) 2006-04-25 2007-10-02 Ut-Battelle, Llc Combustion diagnostic for active engine feedback control
JP4672081B2 (ja) 2007-06-29 2011-04-20 富士通株式会社 パケット中継方法及び装置
CN101990595B (zh) * 2008-01-08 2013-04-10 马克卡车公司 用于减少柴油发动机排放的方法及柴油发动机
JP5324961B2 (ja) * 2009-02-27 2013-10-23 三菱重工業株式会社 内燃機関の過給システム
US8136505B2 (en) 2009-09-29 2012-03-20 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling spark for particulate filter regenerating
US20110253103A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Mahesh Talwar Tug Boat Engine Emissions Control Suite
US20120048218A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 General Electric Company System and method for operating an internal combustion engine
WO2012047191A1 (en) * 2010-10-04 2012-04-12 International Engine Intellectual Property Company, Llc Engine controlling emissions during transient operations

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040134193A1 (en) * 2002-06-26 2004-07-15 Dieter Klingel Motor brake device for a turbocharged internal combustion engine
US6651432B1 (en) * 2002-08-08 2003-11-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency Controlled temperature combustion engine
US20040099248A1 (en) * 2002-11-20 2004-05-27 Denso Corporation Accumulation type fuel injection system
US20050022506A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion control system of internal combustion engine
WO2010021190A1 (ja) * 2008-08-19 2010-02-25 ヤンマー株式会社 エンジン
FR2940357A1 (fr) * 2008-12-18 2010-06-25 Valeo Sys Controle Moteur Sas Moteur thermique a combustion interne,systeme de regulation, procede de dimensionnement pour le moteur et vehicule automobile avec le moteur

Also Published As

Publication number Publication date
EP2808522A2 (en) 2014-12-03
AU2014202824B2 (en) 2015-11-26
CN104213998A (zh) 2014-12-17
EP2808522A3 (en) 2015-08-19
PL2808522T3 (pl) 2018-10-31
EA201490844A2 (ru) 2014-11-28
US20140358404A1 (en) 2014-12-04
BR102014011863B1 (pt) 2022-07-26
CN104213998B (zh) 2017-07-18
BR102014011863A2 (pt) 2016-02-16
TR201811148T4 (tr) 2018-08-27
US10094324B2 (en) 2018-10-09
BR102014011863A8 (pt) 2018-06-05
EA028553B8 (ru) 2018-01-31
EP2808522B1 (en) 2018-07-18
AU2014202824A1 (en) 2014-12-18
BR102014011863B8 (pt) 2023-04-25
EA201490844A3 (ru) 2015-03-31
ZA201403545B (en) 2015-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA028553B1 (ru) Система и способ работы двигателя внутреннего сгорания
US9964056B2 (en) System and method for controlling exhaust emissions and specific fuel consumption of an engine
US8607564B2 (en) Automobile-mount diesel engine with turbocharger and method of controlling the diesel engine
CA2376620C (en) Low emission, diesel-cycle engine
AU2013245468B2 (en) System and method for controlling exhaust emissions and specific fuel consumption of an engine
US20120227397A1 (en) Gaseous fuel-powered engine system having turbo-compounding
RU2699149C2 (ru) Способ координации подачи вторичного воздуха и продувочного воздуха в двигатель (варианты)
US20070223352A1 (en) Optical disc assemblies for performing assays
US9388770B2 (en) Exhaust gas recirculation system for engine
US20110100343A1 (en) Emission control system for an engine having a two-stage turbocharger
JP4429359B2 (ja) 内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置
US20070220884A1 (en) Divided housing turbocharger for an engine
JP2009209809A (ja) エンジンの過給装置
US20140158100A1 (en) Six-Stroke Engine Exhaust Gas Recirculation System and Method
US6868824B2 (en) System and method of gas recirculation in an internal combustion engine
KR20110112287A (ko) 내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차
US8978603B2 (en) Six-stroke internal combustion engine valve activation system and method for operating such engine
JP2000220480A (ja) ミラーサイクルエンジン
KR101683495B1 (ko) 터보차저를 갖는 엔진 시스템
JP2000008963A (ja) 過給エンジンの排気再循環装置
EP2666992A1 (en) Control device for compression ignition type internal combustion engine and method for determining smoke-generating state of compression ignition type internal combustion engine
US20100275892A1 (en) Petrol engine having a low-pressure egr circuit
Senthil et al. Direct injection diesel engine performance improvement and emission control using boost pressure
WO2014199192A1 (en) Process for operating an internal combustion engine arrangement, and arrangement adapted therefore
KR20120044605A (ko) 2행정 디젤엔진 배기가스에 함유된 질소 산화물 절감장치