RU142014U1 - Система турбонагнетателя с регулятором давления наддува - Google Patents

Abstract

1. Система турбонагнетателя, которая содержит головку цилиндра, формирующую часть камеры сгорания и включающую в себя встроенный выпускной коллектор, сообщающийся по текучей среде с камерой сгорания, а также регулятор давления наддува, расположенный в головке цилиндра и имеющий впускное отверстие, сообщающееся с встроенным выпускным коллектором, и выпускное отверстие, сообщающееся с выпускным отверстием турбины, расположенной ниже по потоку от встроенного выпускного коллектора.2. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой золотниковый клапан.3. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой клапан-бабочку.4. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой шлюзовой затвор.5. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой цилиндрический клапан.6. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой откидной клапан.7. Система турбонагнетателя по п.1, в которой головка цилиндра представляет собой цельную деталь.8. Система турбонагнетателя по п.1, которая дополнительно содержит обводной канал турбины, сообщающийся с выпускным отверстием регулятора давления наддува, и выпускной трубопровод ниже по потоку от турбины, причем обводной канал турбины имеет первую часть, проходящую через головку цилиндра, и вторую часть, расположенную за пределами головки цилиндра.9. Система турбонагнетателя по п.1, в которой встроенный выпускной коллектор имеет несколько выпускных трактов, сливающихся друг с другом с образованием

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к системе турбонагнетателя, включающей в себя регулятор давления наддува, встроенный в головку цилиндра.

Уровень техники

Турбонагнетатели могут быть использованы в двигателях для создания наддува с целью увеличения полезной мощности двигателя или уменьшения размеров двигателя. Однако при определенных условиях работы может оказаться эффективным регулировать степень наддува для двигателя. В этом случае используют регуляторы давления наддува турбонагнетателя, расположенные в обводных каналах турбины. Наличие регуляторов давления наддува может также привести к увеличению температуры выхлопных газов, направляемых к компонентам, расположенным ниже по потоку, по сравнению с выхлопными газами, проходящими через турбину. Следовательно, устройства для снижения токсичности выхлопных газов, например, каталитические нейтрализаторы, расположенные ниже по потоку относительно турбины, могут достигать рабочей температуры гораздо быстрее.

Например, в документе US 2011/0099998 (опубл. 05.05.2011), который может быть выбран в качестве ближайшего аналога, раскрыта турбина, включающая в себя регулятор давления наддува и обводной канал турбины, встроенные в корпус турбины и предназначенные для регулирования степени наддува в двигателе.

Было обнаружено, что регулятор давления наддува, описанный в US 2011/0099998, имеет ряд недостатков. Корпус турбины может накладывать определенные ограничения на конструкцию обводного канала турбины и регулятора давления наддува. Следовательно, длина обводного канала турбины может быть увеличена, также увеличивая путь прохождения потока выхлопных газов между цилиндрами и устройствами для снижения токсичности выхлопных газов, расположенных ниже по потоку, когда в работе турбины нет необходимости и клапан регулятора открыт.Это может привести к увеличению выбросов, например, при холодном запуске. Кроме того, во избежание высоких температур вокруг турбины регулятор давления наддува и обводной канал турбины могут быть изготовлены из материалов, имеющих высокую термостойкость. Однако такие материалы могут иметь высокую стоимость, что приводит к увеличению стоимости турбонагнетателя и двигателя.

Раскрытие полезной модели

Для решения вышеописанных проблем представлена система турбонагнетателя, которая содержит головку цилиндра, формирующую часть камеры сгорания и включающую в себя встроенный выпускной коллектор, сообщающийся по текучей среде с камерой сгорания. Система также содержит регулятор давления наддува, расположенный в головке цилиндра и имеющий впускное отверстие, сообщающееся с встроенным выпускным коллектором, и выпускное отверстие, сообщающееся с выпускным отверстием турбины, расположенной ниже по потоку от встроенного выпускного коллектора. Регулятор давления наддува может представлять собой золотниковый клапан, клапан-бабочку, шлюзовой затвор, цилиндрический клапан или откидной клапан.

Головка цилиндра может представлять собой цельную деталь, то есть быть выполненной из единого куска материала.

Система турбонагнетателя дополнительно может содержать обводной канал турбины, сообщающийся с выпускным отверстием регулятора давления наддува, и выпускной трубопровод ниже по потоку от турбины, где обводной канал турбины имеет первую часть, проходящую через головку цилиндра, и вторую часть, расположенную за пределами головки цилиндра.

Встроенный выпускной коллектор может иметь несколько выпускных трактов, сливающихся друг с другом с образованием единого трубопровода с выпускным отверстием на стороне головки цилиндра.

Турбина может непосредственно сообщаться с выпуском встроенного выпускного коллектора.

Регулятор давления наддува может быть расположен в соответствующем гнезде внутри головки цилиндра с наружной стороны.

Система турбонагнетателя может дополнительно содержать рубашку охлаждения головки цилиндра, включающую в себя канал охлаждения, проходящий через корпус регулятора давления наддува.

В другом аспекте полезная модель также относится к регулятору давления наддува для использования в предложенной системе турбонагнетателя. Регуляторный клапан имеет впускное отверстие, открывающееся в выпускной коллектор, встроенный в головку цилиндра, и выпускное отверстие, сообщающееся с обводным каналом турбины. При этом обводной канал имеет первую часть, проходящую через головку цилиндра, и вторую часть, расположенную за пределами головки цилиндра и сообщающуюся с выпускным трубопроводом, расположенным ниже по потоку от турбины, размещенной ниже по потоку от встроенного выпускного коллектора.

Регулятор давления наддува может быть расположен рядом с выпускным фланцем головки цилиндра или над встроенным выпускным коллектором.

Техническим результатом полезной модели является увеличение температуры выхлопных газов, подаваемых к устройству для снижения токсичности выхлопных газов, расположенному ниже по потоку, во время холодного запуска. Это достигается за счет того, что регулятор давления наддува размещают в головке цилиндра, за счет чего уменьшают длину обводного канала турбины (в котором находится регулятор давления наддува) по сравнению с известными системами. В частности, уменьшение длины обводного канала может быть достигнуто за счет устранения конструктивных ограничений, вызванных встраиванием обводного канала в корпус турбины. В результате этого устройство для снижения токсичности выхлопных газов может достигать рабочих температур за меньшее время по сравнению с системой турбонагнетателя, в которой регулятор давления наддува расположен за пределами головки цилиндра.

Встраивание регулятора давления наддува в головку цилиндра позволяет не только уменьшить количество компонентов и/или их сложность, но и обеспечить несколько взаимоусиливающих эффектов, направленных на повышение производительности двигателя. Например, подобный подход позволяет использовать головку цилиндра (в качестве альтернативы или в дополнение к корпусу турбонагнетателя) в качестве теплоотвода для регулятора давления наддува, снижая, тем самым, температуру и вероятность тепловой деградации регулятора давления наддува. В частности это относится к встроенному выпускному коллектору с каналами охлаждения в головке, улучшающими отвод тепла. Таким образом, регулятор давления наддува может быть охлажден с помощью контура охлаждения головки цилиндра при работе двигателя и/или регулятора давления наддува при повышенных температурах, например, при значениях, превышающих желаемый уровень рабочей температуры. Следовательно, контур охлаждения головки цилиндра за счет встраивания регулятора давления наддува в головку цилиндра может быть использован в нескольких целях, снижая, таким образом, стоимость двигателя.

Вышеуказанные и другие преимущества, а также отличительные признаки предложенной конструкции подробно описаны в нижеследующем описании, которое может быть рассмотрено как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя, включающего в себя систему турбонагнетателя;

На Фиг. 2 представлен способ работы системы турбонагнетателя.

Осуществление полезной модели

Описана система турбонагнетателя, включающая в себя регулятор давления наддува, встроенный в головку цилиндра. На Фиг. 1 представлено схематическое изображение многоцилиндрового двигателя 10, содержащего головку 11 цилиндра. В одном примере головка 11 цилиндра может быть сформирована в виде единой цельной детали. В показанном примере двигатель 10 включает в себя два цилиндра, расположенных в один ряд. Однако следует понимать, что в других вариантах может быть использовано другое количество цилиндров и/или иная конфигурация их расположения. Например, двигатель может включать в себя 4 цилиндра, расположенных в один ряд, 4 цилиндра, расположенных V-образной конфигурации и т.д.

Двигатель 10 В может являться компонентом системы обеспечения движения транспортного средства 100, в котором для определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, создаваемых в двигателе 10, может быть использован датчик 126 выхлопных газов (например, датчик воздушно-топливного отношения). Воздушно-топливное отношение (вместе с другими рабочими параметрами) может быть использовано в различных режимах работы для обеспечения обратной связи для двигателя 10. Система может, по крайней мере частично, управлять двигателем 10 с помощью контроллера 12 и входного сигнала от оператора 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндры (т.е. камера сгорания) 30 двигателя 10 могут иметь стенки камеры сгорания с расположенным в них поршнем (не показан). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом (не показан) таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Кроме того, коленчатый вал может быть соединен с по крайней мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему силовой передачи. Кроме того, с коленчатым валом может быть соединен стартерный двигатель через маховик, который позволяет выполнить запуск двигателя 10.

В цилиндр 30 может поступать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а из него могут выходить газы сгорания через выпускной коллектор 48, встроенный в головку 11 цилиндра. Встроенный выпускной коллектор 48 включает в себя несколько выпускных трактов 150. В частности на Фиг. 1 показано два выпускных тракта. Однако следует понимать, что в выпускном коллекторе могут быть предусмотрены и дополнительные выпускные тракты. Например, двигатель 10 может иметь по два выпускных клапана на цилиндр, и, соответственно, четыре выпускных тракта, по одному тракту на каждый выпускной клапан. Выпускные тракты 150 сливаются друг с другом, образуя один трубопровод 152, имеющий выпуск 154 на первой стороне 156 (например, на выпускной стороне) головки 11 цилиндра. Головка 11 цилиндра также имеет вторую сторону 158 (например, впускную сторону), третью сторону 160 (например, верхнюю сторону), четвертую сторону 162 (например, нижнюю сторону), пятую сторону 164 и шестую сторону 166.

Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут выборочно сообщаться с цилиндрами 30 с помощью впускных клапанов 52 и выпускных клапанов 54. В представленном примере каждый из цилиндров 30 имеет один впускной клапан и один выпускной клапан. Однако в других примерах каждый цилиндр может иметь по два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. Во впускном канале 42 расположен дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. Дроссель выполнен с возможностью регулировать количество воздуха, поступающего в цилиндры 30.

Дроссель 62 расположен ниже по потоку относительно компрессора 170, входящего в состав системы 171 турбонагнетателя. Компрессор 170 выполнен с возможностью увеличивать давление впускного воздуха, подавая нагнетаемый воздух в цилиндры 30. Турбонагнетатель также включает в себя турбину 172. Турбина 172 выполнена с возможностью приема выхлопных газов из встроенного выпускного коллектора 48. В изображенном примере турбина 172 напрямую соединена с головкой 11 цилиндров. Под прямым соединением понимается отсутствие между соединяемыми компонентами промежуточных компонентов. В показанном примере турбина 172 имеет прямое сообщение по текучей среде с выпуском 154 выпускного коллектора 48. Прямое соединение турбины с головкой цилиндра позволяет снизить потери в выпускной системе, увеличивая таким образом производительность турбонагнетателя и степень наддува для двигателя, если это необходимо. Однако в других примерах турбина может быть соединена с выпускным контуром ниже по потоку относительно головки цилиндра. Турбина 172 сконфигурирована таким образом, чтобы забирать энергию от выхлопных газов и преобразовывать ее во вращательную энергию. Вращательная энергия в турбине 172 передается компрессору 170 через механическое соединительное устройство, например, ведущий вал. Таким образом, энергия от выхлопных газов может быть использована для создания наддува для двигателя. Таким образом, может быть увеличена эффективность сгорания и/или полезная мощность двигателя.

Система 171 турбонагнетателя также включает в себя регулятор 190 давления наддува. Регулятор 190 давления наддува встроен в головку 11 цилиндра. Встраивание регулятора 190 давления наддува в головку 11 цилиндра позволяет увеличить температуру выхлопных газов, поступающих в устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов, по сравнению с регуляторами давления наддува, расположенными за пределами головки цилиндра, за счет уменьшения длины обводного канала турбины, в котором расположен регулятор давления наддува. Увеличение температуры выхлопных газов, поступающих к устройству снижения токсичности выхлопных газов, может оказаться предпочтительным во время холодного запуска, когда температура устройства для снижения токсичности выхлопных газов ниже рабочего уровня. В результате, встраивание регулятора давления наддува в головку цилиндра позволяет уменьшить количество выбросов двигателя. Установка регулятора давления наддува в головке 11 цилиндра также позволяет использовать систему охлаждения двигателя в нескольких целях: для охлаждения головки цилиндра и для охлаждения регулятора давления наддува в определенные промежутки времени. Например, регулятор давления наддува может подвергаться охлаждению, когда температура головки цилиндра и/или регулятора давления наддува превышает желаемую рабочую температуру. Таким образом, система также позволяет уменьшить вероятность тепловой деградации регулятора давления наддува. Кроме того, за счет использования системы охлаждения в двух целях может быть снижена и стоимость двигателя.

Регулятор 190 давления наддува имеет впускное отверстие 197 и выпускное отверстие 198. Впускное отверстие 197 сообщается с встроенным выпускным коллектором 48, а выпускное отверстие 198 сообщается с выпускным контуром 188, расположенным ниже по потоку (например, сразу после) турбины 172. В некоторых примерах выпускное отверстие 198 может иметь прямое сообщение с выпуском турбины 172. В представленном примере впускное отверстие 197 имеет прямое сообщение с встроенным выпускным коллектором. Однако в других примерах регулятор 190 давления наддува может быть установлен на участке обводного канала 192 турбины, расположенном ниже по потоку и проходящем через головку 11 цилиндра.

Встраивание регулятора 190 давления наддува в головку 11 цилиндра также позволяет использовать в системе турбонагнетателя регуляторы давления наддува различных типов. В одном примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой тарельчатый клапан. Однако в другом примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой золотниковый клапан. Золотниковый клапан может включать в себя цилиндрические золотники, выполненные с возможностью закрывать и открывать каналы, сообщающиеся (например, имеющие прямое сообщение по текучей среде) с обводным каналом 192 турбины, как будет более подробно описано далее.

В другом примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой клапан-бабочку. Клапан-бабочка может включать в себя пластину (например, диск), которая приводится в движение таким образом, чтобы открывать и блокировать поток выхлопных газов через обводной канал 192 турбины. Пластина может иметь такие размеры, чтобы в закрытом положении полностью перекрывать поток выхлопных газов. Следовательно, контуры пластины могут совпадать с контурами обводного канала турбины. В открытом положении пластина может быть повернута таким образом, чтобы обеспечить прохождение потока выхлопных газов через обводной канал турбины.

В другом примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой шлюзовой затвор. Шлюзовой затвор может включать в себя затвор, сконфигурированный таким образом, чтобы открывать и закрывать канал прохождения выхлопных газов. В частности, в одном примере, при срабатывании затвор может быть перемещен в направлении, перпендикулярном центральной оси обводного канала турбины. В некоторых примерах уплотняющие поверхности между затвором и седлами в клапане могут быть плоскими.

В другом примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой цилиндрический клапан.

В другом примере регулятор 190 давления наддува может представлять собой откидной клапан. Откидной клапан может включать в себя крышку, расположенную под уплотнением на фланце обводного контура турбины. Крышка может шарнирно поворачиваться вокруг механического соединения, обеспечивающего открывание и закрывание клапана. Следовательно, в открытом положении крышка может перемещаться в направлении от фланца, а в закрытом положении - крышка может располагаться на фланце и плотно закрывать отверстие на нем.

В одном примере регулятор 190 давления наддува расположен в предназначенноом для него гнезде 191, проходящем внутрь головки 11 цилиндра с наружной стороны. Таким образом, к регулятору 190 давления наддува может быть обеспечен доступ для установки, демонтажа и/или ремонта. В частности, гнездо 191 для регулятора давления наддува может проходить вниз от верхней стороны головки 11 цилиндра. Как показано на рисунке, регулятор 190 давления наддува соединен с боковой стороной встроенного выпускного коллектора 48. Поперечная ось показана в целях иллюстрации. Однако в других примерах регулятор 190 давления наддува может быть расположен вертикально над встроенным выпускным коллектором 48 и соединен с верхней стороной встроенного выпускного коллектора. Необходимо понимать, что вертикальная ось может быть перпендикулярна плоскости страницы. Подобное расположение регулятора 190 давления наддува 190 может подразумевать размещение регулятора 190 давления наддува ближе к турбине 172.

Система 171 турбонагнетателя также включает в себя обводной канал 192 турбины. Обводной канал 192 турбины имеет первую часть 193, проходящую через головку 11 цилиндра, и вторую часть 194, расположенную за пределами головки 11 цилиндра. Однако в других примерах обводной канал 192 турбины может быть полностью находиться за пределами головки 11 цилиндра. Кроме того, обводной канал 192 турбины имеет впускное отверстие 195, сообщающееся со встроенным выпускным коллектором 48, и выпускное отверстие 196, сообщающееся (например, имеющее прямое сообщение по текучей среде) с выпускным трубопроводом 188. Таким образом, выхлопные газы могут обходить турбину 172. Изображенное впускное отверстие 195 сообщается с выпускным отверстием 198 регулятора давления наддува. Однако в других примерах впускное отверстие 195 может открываться во встроенный выпускной коллектор 48, а регулятор 190 давления наддува может быть подключен к обводному каналу 192 турбины на участке между впускным отверстием 195 и выпускным отверстием 196.

Двигатель 10 также включает в себя охлаждающий контур 140 головки цилиндра. Охлаждающий контур 140 головки цилиндра может входить в состав системы охлаждения двигателя. В одном примере система охлаждения двигателя может также включать в себя каналы охлаждения, проходящие через блок цилиндров, соединенный с головкой цилиндра. Охлаждающий контур 140 головки цилиндра включает в себя насос 142 системы охлаждения, выполненный с возможностью пропускать поток жидкости по каналам контура. Охлаждающий контур 140 головки цилиндра включает в себя по крайней мере один канал 143 для хладагента, проходящий через головку 11 цилиндра. Необходимо понимать, что в других примерах контур 140 охлаждения головки цилиндра может включать в себя несколько каналов охлаждения, проходящих через головку цилиндра. Как показано, участок 144 канала 143 охлаждения проходит через регулятор 190 давления наддува. В одном примере канал охлаждения может проходить через корпус регулятора 190 давления наддува. Однако в других примерах канал охлаждения может быть соединен с корпусом регулятора давления наддува или проходить через часть головки цилиндра, расположенную рядом с регулятором давления наддува. Таким образом, система охлаждения двигателя и, в частности, контур охлаждения головки цилиндра, выполняет две функции: охлаждение головки цилиндра и охлаждение регулятора давления наддува. Следовательно, стоимость двигателя может быть снижена по сравнению с двигателем, который имеет отдельные контуры охлаждения для головки цилиндра и для регулятора давления наддува.

Охлаждающий контур 140 головки цилиндра также включает в себя теплообменник 145, сконфигурированный таким образом, чтобы отводить тепло из охлаждающего контура 140 головки цилиндра. На схеме на Фиг. 1 теплообменник 145 расположен за пределами головки 11 цилиндра. Необходимо понимать, что в качестве теплоотвода для регулятора 190 давления наддува также может быть использована головка 11 цилиндра, за счет ее высокой удельной теплоемкости, обеспечивая таким образом охлаждение регулятора 190 давления наддува и снижая вероятность тепловой деградации регулятора давления наддува. Кроме того, следует понимать, что для эксплуатации при более низкой температуре регулятор давления наддува при желани может быть изготовлен из менее теплостойкого материала. Следовательно, стоимость регулятора давления наддува может быть меньше, чем для регулятора давления наддува, изготовленного из более теплостойкого (и дорогого) материала.

Впускные клапаны 52 и выпускные клапаны 54 могут быть расположены во впускных отверстиях 180 и выпускных отверстиях 182. Впускные отверстия 180 и выпускные отверстия 182 сообщаются (например, имеют прямое сообщение по текучей среде) с соответствующими цилиндрами 30. Впускные клапаны 52 могут перекрывать или открывать поток впускного воздуха от впускного коллектора 44 к соответствующим цилиндрам 30, а выпускные клапаны 54 могут перекрывать или открывать поток выхлопных газов от соответствующих цилиндров 30 к выпускному коллектору 48.

В одном примере впускные клапаны 52 и/или выпускные клапаны 54 могут приводиться в движение с помощью кулачков. Однако в других примерах может быть использован электрический кулачковый привод. В одном примере при использовании кулачков для привода клапанов двигатель 10 может включать в себя систему изменения фаз газораспределения, выполненную с возможностью регулировать моменты срабатывания кулачков (опережение или запаздывание). Положение впускных клапанов 52 и выпускных клапанов 54 может быть определено с помощью позиционных датчиков 55 и 57 соответственно.

Двигатель 10 может также иметь систему подачи топлива в цилиндры 30 в нужное время (не показана). Контроллер 12 может регулировать количество топлива, поступающего в цилиндры, и моменты подачи топлива в цилиндры. Для подачи топлива в цилиндры могут быть использованы системы впрыска во впускные каналы и/или системы прямого впрыска.

Система 88 зажигания может подавать искру в цилиндры 30 с помощью устройств зажигания 92 (например, свечей зажигания) в ответ на сигнал SA опережения зажигания от контроллера 12 в выбранных режимах работы. Хотя изображены компоненты искрового зажигания, в некоторых примерах цилиндры 30 или одна или более других камер зажигания двигателя 10 может работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее.

Датчик 126 выхлопных газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выхлопной системы 50, расположенной выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного отношения выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода в выхлопных газах или датчик широкого диапазона), бистабильный датчик содержания кислорода (EGO), датчик HEGO (нагреваемый EGO) или датчики NOx, HC или CO. В некоторых примерах датчик 126 выхлопных газов может быть первым из множества датчиков выхлопных газов, расположенных в выпускной системе. Например, ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов могут быть установлены дополнительные датчики выхлопных газов.

Показанное устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов расположено вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или их комбинацию. В некоторых примерах устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может быть первым из нескольких устройств снижения токсичности выхлопных газов, расположенных в выхлопной системе. В некоторых примерах во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может периодически перенастраиваться с помощью по крайней мере одного цилиндра двигателя при определенном воздушно-топливном отношении.

Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 106 (CPU), порты 108 ввода и вывода (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), например, микросхему памяти в данном конкретном примере, оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (KAM) и обычную шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, помимо описанных выше сигналов, также получает данные: о величине массового расхода поданного воздуха (MAF) от датчика 120 расхода воздуха, о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ECT) от датчика 112 температуры, соединенного с головкой 11 цилиндров; о положении дросселя (TP) от датчика положения дросселя; измерений абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал давления в коллекторе MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения информации о вакууме или давлении во впускном коллекторе. Необходимо принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, MAF без MAP или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может подавать сигналы о крутящем моменте двигателя. Кроме того, этот датчик вместе с фиксированной частотой вращения двигателя может предоставить информацию об величине заряда (включая воздух), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик частоты вращения двигателя может быть подключен к коленчатому валу и иметь электронную связь с контроллером 12 для предоставления информации о частоте вращения двигателя.

Во время работы каждый цилиндр 30 в двигателе 10 обычно проходит 4 рабочих цикла: такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Следует понимать, при необходимости цикл сгорания в различных цилиндрах может происходить в разные моменты. В частности в некоторых примерах сгорание в цилиндрах может выполняться в шахматном порядке для снижения вибраций двигателя. Однако возможны и другие варианты циклов сгорания.

Во время такта впуска обычно выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. Воздух поступает в цилиндр через впускной коллектор, а поршень двигается по направлению к дну камеры сгорания так, чтобы увеличить объем внутри цилиндра. Положение, в котором поршень находится рядом с дном камеры сгорания и в конце своего хода (т.е. когда цилиндр имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия впускной клапан и выпускной клапан закрыты. Поршень двигается по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри цилиндра. Точка, в которой поршень находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда цилиндр имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных средств обеспечения зажигания, таких как свеча зажигания, что приводит к сгоранию. В качестве альтернативы или дополнительно, для зажигания воздушно-топливной смеси может быть использовано сжатие. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ. Коленчатый вал превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор, а поршень возвращается к ВМТ. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера, и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты. В качестве дополнения или альтернативы может быть использовано воспламенение от сжатия в цилиндре.

На Фиг. 2 представлен способ 200 эксплуатации системы турбонагнетателя. Способ 200 может быть использован для системы турбонагнетателя и компонентов, описанных выше со ссылкой на Фиг. 1 или для любой другой подходящей системы турбонагнетателя и компонентов.

На этапе 202 способ предполагает прохождение выхлопных газов от выпускного коллектора, встроенного в головку цилиндра, к регулятору давления наддува, расположенному внутри головки цилиндра. Затем на этапе 204 способ предполагает прохождение выхлопных газов от регулятора давления наддува к выпускному трубопроводу, расположенному ниже по потоку от турбины за пределами головки цилиндра. В некоторых примерах выхлопные газы пропускают от регулятора давления наддува к выпускному трубопроводу, когда температура устройства снижения токсичности выхлопных газов, расположенного ниже по потоку от выпускного трубопровода, ниже порогового значения рабочей температуры.

Затем на этапе 206 способ предусматривает отвод тепла от регулятора давления наддува с помощью канала охлаждения, проходящего через головку цилиндра и входящего в состав водяной рубашки головки цилиндра. Как было сказано ранее, канал охлаждения может быть расположен рядом с корпусом регулятора давления наддува или проходить через него. На этапе 208 способ предполагает перекрывание потока выхлопных газов через регулятор давления наддува.

Необходимо отметить, что рассмотренный пример программ управления может быть использован с различными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Кроме того, различные действия, операции или функции могут выполняться в представленной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут быть пропущены. Также порядок выполнения не обязательно должен быть таким, как он показан, он приведен для наглядного представления и описания процесса. Некоторые этапы, способы или функции могут повторяться в зависимости от используемой стратегии.

Следует понимать, что описанные конфигурации и способы являются примерными по свое сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим видам двигателя.

Claims (15)

1. Система турбонагнетателя, которая содержит головку цилиндра, формирующую часть камеры сгорания и включающую в себя встроенный выпускной коллектор, сообщающийся по текучей среде с камерой сгорания, а также регулятор давления наддува, расположенный в головке цилиндра и имеющий впускное отверстие, сообщающееся с встроенным выпускным коллектором, и выпускное отверстие, сообщающееся с выпускным отверстием турбины, расположенной ниже по потоку от встроенного выпускного коллектора.

2. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой золотниковый клапан.

3. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой клапан-бабочку.

4. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой шлюзовой затвор.

5. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой цилиндрический клапан.

6. Система турбонагнетателя по п.1, в которой регулятор давления наддува представляет собой откидной клапан.

7. Система турбонагнетателя по п.1, в которой головка цилиндра представляет собой цельную деталь.

8. Система турбонагнетателя по п.1, которая дополнительно содержит обводной канал турбины, сообщающийся с выпускным отверстием регулятора давления наддува, и выпускной трубопровод ниже по потоку от турбины, причем обводной канал турбины имеет первую часть, проходящую через головку цилиндра, и вторую часть, расположенную за пределами головки цилиндра.

9. Система турбонагнетателя по п.1, в которой встроенный выпускной коллектор имеет несколько выпускных трактов, сливающихся друг с другом с образованием единого трубопровода с выпускным отверстием на стороне головки цилиндра.

10. Система турбонагнетателя по п.1, в которой турбина непосредственно сообщается с выпуском встроенного выпускного коллектора.

11. Система турбонагнетателя по п. 1, в которой регулятор давления наддува расположен в соответствующем гнезде внутри головки цилиндра с наружной стороны.

12. Система турбонагнетателя по п. 1, которая дополнительно содержит рубашку охлаждения головки цилиндра, включающую в себя канал охлаждения, проходящий через корпус регулятора давления наддува.

13. Регулятор давления наддува, который имеет впускное отверстие, открывающееся в выпускной коллектор, встроенный в головку цилиндра, и выпускное отверстие, сообщающееся с обводным каналом турбины, имеющим первую часть, проходящую через головку цилиндра, и вторую часть, расположенную за пределами головки цилиндра и сообщающуюся с выпускным трубопроводом, расположенным ниже по потоку от турбины, размещенной ниже по потоку от встроенного выпускного коллектора.

14. Регулятор давления наддува по п.13, который расположен рядом с выпускным фланцем головки цилиндра.

15. Регулятор давления наддува по п.14, который расположен над встроенным выпускным коллектором.

Images