Система (варианты) турбонагнетателей

 

Предложена система турбонагнетателей. Система турбонагнетателей может включать в себя первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым цилиндром, второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром, и совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий регулятор давления наддува, присоединенный к нему, причем совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонагнетатели были разработаны для повышения отношения выходной мощности к весу двигателей. Таким образом, выходная мощность двигателя может увеличиваться без существенного увеличения веса двигателя или размера (например, рабочего объема) двигателя. В качестве альтернативы, рабочий объем двигателя может снижаться наряду с тем, что двигатель выдает эквивалентную величину выходной мощности, как больший двигатель без наддува.

Однако, турбонагнетатели могут испытывать запаздывание турбонаддува. Запаздывание турбонаддува может быть определено в качестве времени, необходимого для изменения частоты вращения турбонагнетателя, чтобы вырабатывать требуемую величину наддува, в ответ на изменение требования крутящего момента двигателя. Запаздывание турбонаддува может давать меньшую, чем требуемая, характеристику двигателя.

В уровне техники известна компоновка системы турбонагнетателя, содержащая спаренный турбонагнетатель, соединенный с двумя наборами цилиндров, два регулятора давления наддува и выпускной трубопровод, раскрытая в публикации патентной заявки США US 2011126812 А1, опубликованной 02.06.2011, озаглавленной «CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE». Раскрытая компоновка позволяет, с помощью каждого из регуляторов давления наддува, части отработавших газов обходить турбонагнетатель и протекать из выпускного коллектора непосредственно в выпускной трубопровод.

Системы со сдвоенным турбонагнетателем были разработаны для снижения запаздывания турбонаддува. Более точно, турбонагнетатель предусмотрен для каждого из двух рядов цилиндров. Эффективность каждого из двух турбонагнетателей может настраиваться посредством регуляторов давления наддува. Каждый регулятор давления наддува регулирует поток через канал, который начинается выше по потоку от одной из турбин турбонагнетателя, и возвращает отработавшие газы в местоположение ниже по потоку от той же самой турбины турбонагнеателя в выпускном канале, который направляет отработавшие газы только из ряда цилиндров, отправляющего отработавшие газы в турбину турбонагнетателя. Таким образом, каждый перепускной канал обходит одну из турбин, а не другую турбину.

Однако, изобретатели осознали несколько недостатков при использовании регулятора отработавших газов для каждой турбины в двигателе, имеющем параллельную конфигурацию турбонагнетателей. Например, может быть дорогостоящим применять два регулятора давления наддува в двигателе. Более того, профиль выпускной системы может увеличиваться, когда используются два отдельных регулятора давления наддува. К тому же, может быть желательным иметь уравновешенный поток отработавших газов, проходящий через каждую из турбин и/или перепускных трубопроводов в параллельной компоновке турбин. Однако, вследствие различий производства, управления и конструкции между двумя турбинами, регуляторы давления наддува могут не обеспечивать эквивалентное перепускание отработавших газов вокруг каждой из турбин. Такие условия могут приводить к неуравновешенному потоку отработавших газов и перепадам крутящего момента между рядами цилиндров. Как результат, работа турбонагнетателя может ухудшаться.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В настоящей полезной модели раскрыта система турбонагнетателей, содержащая:

первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым цилиндром;

второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром; и

совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий единственный регулятор давления наддува, присоединенный к нему, причем совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины.

В дополнительном аспекте совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием первой турбины и выпускным отверстием второй турбины.

В другом дополнительном аспекте выпускное отверстие первой турбины и выпускное отверстие второй турбины находятся в сообщении по текучей среде с выпускным трубопроводом, который сходится по текучей среде в одиночный выпускной трубопровод ниже по потоку от выпускных отверстий первой и второй турбин.

В еще одном дополнительном аспекте регулятор давления наддува включает в себя первое впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде с первым цилиндром и второе впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром.

В еще одном дополнительном аспекте регулятор давления наддува включает в себя первый механизм настройки потока, настраивающий расход отработавших газов из первого впускного отверстия регулятора давления наддува, и второй механизм настройки потока, настраивающий расход отработавших газов из второго впускного отверстия регулятора давления наддува.

В еще одном дополнительном аспекте регулятор давления наддува включает в себя одиночное впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде с первым и вторым цилиндрами.

В еще одном дополнительном аспекте регулятор давления наддува расположен ниже по потоку от области соединения первого ответвительного канала в сообщении по текучей среде с первым цилиндром и второго ответвительного канала в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром, причем первый и второй ответвительные каналы включены в совместно используемый перепускной трубопровод.

В еще одном дополнительном аспекте первый ответвительный канал включает в себя впускное отверстие, открывающееся в первый выпускной коллектор, который находится в сообщении по текучей среде с первым цилиндром, и при этом второй ответвительный канал включает в себя впускное отверстие, открывающееся во второй выпускной коллектор, который находится в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром.

В еще одном дополнительном аспекте устройство снижения токсичности выбросов расположено в совместно используемом перепускном трубопроводе ниже по потоку от регулятора давления наддува.

В еще одном дополнительном аспекте первая турбина находится в сообщении по текучей среде с множеством цилиндров в первом ряду цилиндров, и при этом вторая турбина находится в сообщении по текучей среде с множеством цилиндров во втором ряду цилиндров.

В еще одном дополнительном аспекте первая турбина и вторая турбина по существу идентичны.

Также в настоящей полезной модели раскрыта другая система турбонагнетателей, содержащая:

первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым рядом цилиндров, включающим в себя по меньшей мере один цилиндр;

второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым рядом цилиндров, включающим в себя по меньшей мере один цилиндр;

совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий единственный регулятор давления наддува, присоединенный к нему, причем совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины; и

систему управления, включающую в себя команды, хранимые в невременной памяти, для настройки регулятора давления наддува, чтобы осуществлять течение отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод во время первого рабочего состояния, и настройки регулятора давления наддува, чтобы по существу препятствовать отработавшим газам протекать через совместно используемый перепускной трубопровода во время второго рабочего состояния.

В дополнительном аспекте первое рабочее состояние происходит, когда отработавшие газы, выходящие из одного из первого и второго рядов цилиндров, превышают предопределенное пороговое значение расхода, а второе рабочее состояние происходит, когда отработавшие газы, выходящие из каждого из первого и второго рядов цилиндров, находятся ниже предопределенного порогового значения расхода.

По существу, в одном из подходов, предусмотрена система турбонагнетателей, которая может улучшать выравнивание потока между рядами цилиндров. Система турбонагнетателей включает в себя первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым цилиндром, второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром и совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий единственный регулятор давления наддува, присоединенный к нему, совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины. Таким образом, одиночный перепускной трубопровод и регулятор давления наддува могут использоваться для обвода двух турбин. Как результат, может снижаться вероятность неуравновешенной операции перепускания. Более того, стоимость, а также размер системы турбонагнетателей могут быть уменьшены по сравнению с системами турбонагнетателей, применяющими два регулятора давления наддува и перепускных трубопровода.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания при изучении отдельно или в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предназначена для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематическое изображение двигателя;

фиг. 2 показывает схематическое изображение транспортного средства, включающего в себя двигатель, показанный на фиг. 1, и систему турбонагнетателей;

фиг. 3 показывает еще один вариант осуществления системы турбонагнетателей, включенной в транспортное средство, показанное на фиг. 2.

фиг. 4 показывает способ для приведения в действие системы турбонагнетателей; и

фиг. 5 показывает еще один способ для приведения в действие системы турбонагнетателей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В материалах настоящей заявки описано транспортное средство, имеющее систему со сдвоенным турбонагнетателем. Система турбонагнетателей может включать в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым рядом цилиндров и вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым рядом цилиндров. Каждый из рядов цилиндров может включать в себя по меньшей мере один цилиндр. Совместно используемый перепускной трубопровод турбины, имеющий единственный регулятор давления наддува, расположенный в нем, может находиться в сообщении по текучей среде с выпускными трубопроводами выше по потоку и ниже по потоку от каждой из турбин. Таким образом, частота вращения турбин может управляться посредством одиночного регулятора давления наддува, предотвращая неуравновешенную работу перепускного канала.

Кроме того, в некоторых примерах, транспортное средство дополнительно может включать в себя контроллер, выполненный с возможностью настраивать положение регулятора давления наддува. Последующая стратегия управления может применяться посредством контроллера. Во время первого рабочего состояния, регулятор давления наддува может управляться посредством контроллера, чтобы по существу запрещать поток отработавших газов через него, а во время второго рабочего состояния, регулятор давления наддува может управляться посредством контроллера, чтобы давать отработавшим газам возможность протекать через него. Второе рабочее состояние может иметь место, когда расход отработавших газов, выходящих из одного из рядов цилиндров, превышает предопределенное пороговое значение, а первое рабочее состояние может быть, когда расход отработавших газов, выходящих из обоих рядов цилиндров, находится ниже предопределенного порогового значения. Таким образом, регулятор давления наддува может управляться на основании условий эксплуатации по обоим из потоков отработавших газов, выходящих из двигателя, чтобы снижать вероятность превышения пороговой частоты вращения турбинами. Как результат, снижается вероятность повреждения турбин от повышенных частот вращения турбин.

Фиг. 1 показывает схематическое изображение двигателя. Фиг. 2 показывает схематическое изображение транспортного средства, включающего в себя систему турбонагнетателей. Фиг. 3 показывает еще один пример системы турбонагнетателей. Фиг. 4 и 5 показывают способы для приведения в действие системы турбонагнетателей.

Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя цилиндр 30 и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Цилиндр 30 показан сообщающимся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответственный впускной клапан 52 и выпускной клапан 54.

Первый компрессор 204 и второй компрессор 206, показанные на фиг. 2, могут быть расположены выше по потоку от впускного коллектора 44 и впускного канала 42. Подобным образом, первая турбина 228 может быть расположена ниже по потоку от выпускного коллектора 48.

Будет принято во внимание, что, хотя одиночный цилиндр показан на фиг. 1, двигатель 10 может включать в себя множество цилиндров. Множество цилиндров могут быть скомпонованы в рядах цилиндров двигателя, как подробнее обсуждено в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 2. Более того, двигатель 10 может включать в себя второй выпускной коллектор в сообщении по текучей среде с одним или более цилиндров. Второй выпускной коллектор 226, показанный на фиг. 2, может быть в сообщении по текучей среде со второй турбиной 230, показанной на фиг. 2, обсужденной подробнее в материалах настоящей заявки.

Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. В качестве альтернативы или дополнительно, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Топливная форсунка 66 выдает жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана). Топливная форсунка 66 питается рабочим током из формирователя 68, который реагирует на действие контроллера 12. В дополнение, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который настраивает положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из впускной камеры 46 наддува. В некоторых примерах, дроссель 62 может быть выполнен с возможностью настраивать величину потока воздуха, выдаваемого во второй цилиндр и/или ряд цилиндров. Двухступенная топливная система высокого давления может использоваться для формирования высоких давлений топлива на форсунках 66.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в цилиндр 20 через запальную свечу 92 в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода отработавших газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода отработавших газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) от датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; датчик детонации для определения воспламенения остаточных газов (не показан); измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя от датчика 118 Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя от датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает предопределенное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых примерах, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых примерах, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время работы, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в цилиндр 30 через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри цилиндра 30. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда цилиндр 30 находится при наибольшем своем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой в качестве нижней мертвой точки (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается по направлению к головке блока цилиндров, с тем чтобы сжимать воздух внутри цилиндра 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда цилиндр 30 находится при наименьшем своем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в цилиндр. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливо-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.

Фиг. 2 показывает транспортное средство 200, включающее в себя двигатель 10. Транспортное средство 200 дополнительно включает в себя систему 202 турбонагнетателей. Система 202 турбонагнетателей включает в себя первый компрессор 204 и второй компрессор 206. Первый компрессор 204 и второй компрессор 206 могут быть по существу идентичными. То есть, они могут содержать в себе идентичные компоненты, которые имеют эквивалентные размеры. Таким образом, первый и второй компрессоры (204 и 206) в системе 202 турбонагнетателя могут быть уравновешенными. Однако, предполагались другие конфигурации компрессоров.

Первый и второй компрессоры (204 и 206) выполнены с возможностью обеспечивать наддув для двигателя. Таким образом, всасываемый воздух, имеющий более высокую плотность, чем окружающий воздух, выдается в двигатель 10, что может давать характеристике двигателя возможность повышаться посредством увеличения мощности сгорания и/или эффективности сгорания.

Первый компрессор 204 может включать в себя впускное отверстие 208 компрессора. Подобным образом, второй компрессор 206 также может включать в себя впускное отверстие 210 компрессора. Впускные отверстия (208 и 210) компрессора могут принимать всасываемый воздух из расположенного выше по потоку трубопровода в сообщении по текучей среде с окружающей атмосферой. Кроме того, в некоторых примерах, одиночный дроссель может быть расположен выше по потоку от первого и второго компрессоров (204 и 206), или дроссель может быть расположен выше по потоку от каждого из первого компрессора 204 и второго компрессора 206.

Первый компрессор 204 включает в себя выпускное отверстие 212 компрессора. Подобным образом, второй компрессор 206 включает в себя выпускное отверстие 214 компрессора. Выпускные отверстия (204 и 214) компрессора могут быть в сообщении по текучей среде с дросселем 216. Дроссель 216 может быть выполнен с возможностью настраивать количество всасываемого воздуха, выдаваемого в двигатель 10. Дроссель 216 расположен во впускном трубопроводе 218. Впускной трубопровод 218 находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием 212 компрессора первого компрессора 204 и выпускным отверстием 214 компрессора второго компрессора 206. Промежуточный охладитель (не показан) также может быть расположен ниже по потоку от первого компрессора и второго компрессора 206. Таким образом, всасываемый воздух может охлаждаться для увеличения плотности всасываемого воздуха, чтобы улучшать характеристику двигателя.

Двигатель 10 включает в себя первый ряд 220 цилиндров и второй ряд 222 цилиндров. Каждый из рядов цилиндров изображен в качестве включающего в себя множество цилиндров 224. Будет принято во внимание, что цилиндр 30, показанный на фиг. 1, включен в множество цилиндров 224. Однако, будет принято во внимание, что, в других примерах, первый ряд 220 цилиндров и/или второй ряд 222 цилиндров каждый может включать всего лишь один цилиндр. Более того, ряды (220 и 222) цилиндров каждый имеет равное количество цилиндров. Однако, предполагались другие конфигурации цилиндров. Например, цилиндры могут не быть поделенными на ряды цилиндров.

Впускной трубопровод 218 находится в сообщении по текучей среде с первым и вторым рядами (220 и 222) цилиндров. Более точно, впускной коллектор может подавать всасываемый воздух в первый ряд 220 цилиндров, а также второй ряд 222 цилиндров. В других примерах, два дросселя могут быть предусмотрены в системе впуска, а потому, первый компрессор 204 может быть в сообщении по текучей среде с первым рядом 220 цилиндров, а второй компрессор 206 может быть в сообщении по текучей среде со вторым рядом 222 цилиндров.

Первый выпускной коллектор 225 находится в сообщении по текучей среде с каждым из цилиндров в первом ряду 220 цилиндров. Первый выпускной коллектор 225 может быть в сообщении по текучей среде с выпускным коллектором 48, показанным на фиг. 1. Второй выпускной коллектор 226 находится в сообщении по текучей среде с каждым из цилиндров во втором ряду 222 цилиндров. Дополнительно, первый выпускной коллектор 225 находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием 234 турбины первой турбины 228. Подобным образом, второй выпускной коллектор 226 находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием 236 турбины второй турбины 230. Первая турбина 228 и вторая турбина 230 могут быть по существу идентичными. То есть, они могут содержать в себе идентичные компоненты, которые имеют эквивалентные размеры. Таким образом, система турбонагнетателей может быть уравновешенной. Однако, предполагались другие конфигурации турбин.

Первая турбина 228 и вторая турбина 230 включены в систему 202 турбонагнетателей и выполнены с возможностью передавать выходную мощность вращения на первый компрессор 204 и второй компрессор 206, соответственно. Более точно, первая турбина 228 и первый компрессор 204 включены в первый турбонагнетатель, а вторая турбина 230 и второй компрессор 206 включены во второй турбонагнетатель. Будет принято во внимание, что первая турбина 228 с возможностью вращения присоединена к первому компрессору 204. Подобным образом, вторая турбина 230 с возможностью вращения присоединена ко второму компрессору 206.

Система 202 турбонагнетателей дополнительно включает в себя совместно используемый перепускной трубопровод 232. Совместно используемый перепускной трубопровод 232 находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием 234 турбины первой турбины 228 и впускным отверстием 236 турбины второй турбины 230. Таким образом, совместно используемый перепускной трубопровод 232 включает в себя первое впускное отверстие 238, включенное в первый ответвительный канал 240, открывающийся в первый выпускной коллектор 225, и второе впускное отверстие 242, включенное во второй ответвительный канал 244, открывающийся во второй выпускной коллектор 226. Таким образом, отработавшие газы из обоих, первого и второго впускных коллекторов (225 и 226) могут направляться в одиночный совместно используемый перепускной трубопровод 232.

Совместно используемый перепускной трубопровод 232 также находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием 246 турбины первой турбины 228, а также выпускным отверстием 248 турбины второй турбины 230. Более точно, в изображенном примере, совместно используемый перепускной трубопровод 232 находится в сообщении по текучей среде с выпускным трубопроводом 270, расположенным ниже по потоку от выпускного отверстия 246 турбины, и выпускным трубопроводом 272, расположенным ниже по потоку от выпускного отверстия 248 турбины. Однако, предполагались другие компоновки выпускного трубопровода.

Единственный регулятор 250 давления наддува присоединен к совместно используемому перепускному трубопроводу 232. Регулятор 250 давления наддува, показанный на фиг. 2, расположен ниже по потоку от области 252 соединения ответвительных каналов (240 и 244) совместно используемого перепускного трубопровода 232. Однако, другие положения регулятора давления наддува могут использоваться в других примерах. Например, как показано на фиг. 3, регулятор 250 давления наддува может быть расположен в области соединения ответвительных каналов (240 и 244).

Регулятор 250 давления наддува включает в себя впускное отверстие 253 регулятора давления наддува и выпускное отверстие 255 регулятора давления наддува. Регулятор 250 давления наддува может быть выполнен с возможностью настраивать поток отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод 232. Более точно, регулятор 250 давления наддува включает в себя механизм 251 настройки (например, вакуумный регулировочный клапан или электрический исполнительный механизм) для реализации вышеупомянутых функциональных возможностей. В некоторых примерах, механизм 251 настройки (например, исполнительный механизм регулятора давления наддува) может быть установлен удаленно. Как результат, может быть улучшена компоновка двигателя в транспортном средстве. В частности, механизм 251 настройки может быть расположен в низкотемпературном местоположении в транспортном средстве для увеличения срока службы механизма настройки, а также потенциального снижения себестоимости производства механизма настройки вследствие уменьшенных ограничений интервала допустимых температур механизма настройки. Например, механизм 251 настройки может быть расположен на определенном расстоянии от регулятора 250 давления наддува, расположен на определенном расстоянии от выпускных коллекторов (225 и 226) и/или расположен на определенном расстоянии от турбин (228 и 230).

Первый каталитический нейтрализатор 254 отработавших газов также может быть присоединен к совместно используемому перепускному трубопроводу 232 ниже по потоку от регулятора 250 давления наддува. Первый каталитический нейтрализатор 254 отработавших газов может быть выполнен с возможностью, среди прочего, повышать температуру отработавших газов, протекающих через него. Первый каталитический нейтрализатор 254 отработавших газов может включать в себя многочисленные брикеты каталитического нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Первый каталитический нейтрализатор 254 отработавших газов, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа.

Второй каталитический нейтрализатор 256 отработавших газов может быть расположен в выпускном трубопроводе 270 ниже по потоку от первой турбины 228. Подобным образом, третий каталитический нейтрализатор 258 отработавших газов может быть расположен в выпускном трубопроводе 272 ниже по потоку от второй турбины 230. Будет принято во внимание, что, другие устройства снижения токсичности выбросов могут быть расположены ниже по потоку от первой турбины и/или второй турбины 230, такие как фильтры.

Транспортное средство 200 может включать в себя систему 260 управления, включающую в себя контроллер 12, регулятор 250 давления наддува и дроссель 216. Более точно, регулятор 250 давления наддува может быть электронным образом присоединен к контроллеру 12. Поэтому, контроллер 12 может настраивать положение регулятора 250 давления наддува посредством электронных сигналов. Дроссель 216 также может быть присоединен электронным образом к контроллеру 12. Поэтому, контроллер 12 может настраивать положение дросселя 216 посредством электронных сигналов.

Транспортное средство 200 также может включать в себя некоторое количество датчиков в на электронной связи с контроллером 12. Датчики могут включать в себя датчик 262 давления, расположенный во впускном трубопроводе 218, датчик 264 температуры, присоединенный к двигателю 10, датчик 266 давления, присоединенный к первому выпускному коллектору 225, и датчик 268 давления, присоединенный ко второму выпускному коллектору 226. Транспортное средство 200 дополнительно может включать в себя датчики кислорода, а также дополнительные датчики температуры и давления, как показано на фиг. 1. В некоторых примерах, вышеупомянутые датчики могут быть включены в систему 260 управления.

Система 260 управления может включать в себя выполняемые команды, хранимые в невременной памяти, для настройки регулятора 250 давления наддува, чтобы осуществлять течение отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод 232 во время первого рабочего состояния, и настройки регулятора давления наддува, чтобы по существу препятствовать отработавшим газам протекать через совместно используемый перепускной трубопровода во время второго рабочего состояния. Первое рабочее состояние может быть, когда расход отработавших газов, выходящих из одного из первого и второго рядов (220 и 222) цилиндров, или давление превышает предопределенное пороговое значение, а второе рабочее состояние может быть, когда расход или давление отработавших газов, выходящих из обоих из первого и второго рядов цилиндров, находится ниже предопределенного порогового значения. Следует принять во внимание, что давление в первом и втором выпускном коллекторе (225 и 226) может соотноситься с расходом отработавших газов. Температура отработавших газов также может использоваться для определения расхода отработавших газов.

Фиг. 3 показывает еще один пример транспортного средства 200, показанного на фиг. 2. Транспортное средство 200, показанное на фиг. 3, включает в себя многие из прежних систем, компонентов, и т.д., показанных на фиг. 2. Поэтому, подобные части помечены соответствующим образом.

Как показано, регулятор 250 давления наддува расположен в области 252 соединения ответвительных каналов (240 и 244). Поэтому, регулятор 250 давления наддува, показанный на фиг. 3, включает в себя первое впускное отверстие 300 регулятора давления наддува и второе впускное отверстие 302 регулятора давления наддува. Регулятор 250 давления наддува может включать в себя первый механизм 304 настройки и второй механизм 306 настройки. Первый механизм 304 настройки может быть выполнен с возможностью настраивать количество отработавших газов, принимаемых регулятором 250 давления наддува из первого ряда 220 цилиндров. Подобным образом, второй механизм 306 настройки может быть выполнен с возможностью настраивать количество отработавших газов, принимаемых регулятором 250 давления наддува из второго ряда 222 цилиндров. Таким образом, потоки отработавших газов, поступающие в регулятора 250 давления наддува могут управляться раздельно. Как результат, поток отработавших газов из первого и второго рядов (220 и 222) цилиндров может уравновешиваться посредством управления первым механизмом 304 настройки вторым механизмом 306 настройки.

Более того, выпускные трубопроводы 309 и совместно используемый перепускной трубопровод 232 сходятся по текучей среде в одиночный выпускной трубопровод 310, имеющий устройство 312 снижения токсичности выбросов, присоединенное к нему. Устройство 312 снижения токсичности выбросов может быть каталитическим нейтрализатором отработавших газов, фильтром, и т.д. В некоторых примерах, дополнительный каталитический нейтрализатора отработавших газов может быть предусмотрен в перепускном трубопроводе 232.

Фиг. 4 показывает способ 400 для приведения в действие системы турбонагнетателей. Способ 400 может использоваться для управления системой турбонагнетателей, описанном выше со ссылкой на фиг. 2-3, или может использоваться для приведения в действие другой пригодной системы турбонагнетателей. Способ 400 может выполняться посредством команд, хранимых в невременной памяти контроллера, как показано на фиг. 1 и 2.

На этапе 402 способ 400 включает в себя осуществление течения отработавших газов из первого цилиндра в первый выпускной коллектор, а на этапе 404 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из второго цилиндра во второй выпускной коллектор.

Во время первого рабочего состояния, могут реализовываться этапы 406-410. Первое рабочее состояние может быть, когда одна из первой и второй турбин превысила предопределенную пороговую частоту вращения, а второе рабочее состояние может быть, когда обе, первая и вторая, турбины находятся ниже предопределенной пороговой частоты вращения. Следует принять во внимание, что давление в выпускном коллекторе выше по потоку от турбин может соотноситься с частотой вращения турбины Первое рабочее состояние, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть, когда давление наддува, выдаваемое в двигатель через систему турбонагнетателей, превысило предопределенное значение. Первое рабочее состояние, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть, когда двигатель находится ниже предопределенной температуры, а второе рабочее состояние, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть, когда двигатель находится выше предопределенной температуры.

На этапе 406 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из первого и второго выпускных коллекторов в совместно используемый перепускной трубопровод в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины, а также выпускным отверстием первой турбины и выпускным отверстием второй турбины. На этапе 408 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод посредством приведения в действие регулятора давления наддува, присоединенного к совместно используемому перепускному трубопроводу. В некоторых примерах, осуществление течения отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод включает в себя осуществление течения отработавших газов через каталитический нейтрализатор отработавших газов, расположенный в совместно используемом перепускном трубопроводе ниже по потоку от регулятора отработавших газов, и где первое рабочее состояние происходит, когда двигатель, включающий в себя систему турбонагнетателей, находится ниже предопределенной температуры. В таком примере, способ 400 дополнительно может включать в себя, во время первого рабочего условия, осуществление течения отработавших газов из первого каталитического нейтрализатора отработавших газов во второй каталитический нейтрализатор отработавших газов, расположенный ниже по потоку от первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. На этапе 410 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из совместно используемого перепускного трубопровода в по меньшей мере одно устройство снижения токсичности выбросов, расположенное ниже по потоку от по меньшей мере одной из первой турбины и второй турбины. Будет принято во внимание, что этапы 408-410 настраивают частоту вращения первой турбины и частоту вращения второй турбины посредством единственного исполнительного механизма, расположенного в выпускном канале двигателя.

Во время второго рабочего состояния, могут реализовываться этапы 412-422. Второе рабочее состояние может быть, когда обе, первая и вторая, турбины находятся ниже предопределенной пороговой частоты вращения, и/или когда давление наддува, выдаваемое в двигатель через систему турбонагнетателей, является меньшим, чем предопределенное значение. Второе рабочее состояние, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть, когда давление наддува, выдаваемое в двигатель через систему турбонагнетателей, находится ниже предопределенного значения. Второе рабочее состояние, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть, когда двигатель находится выше предопределенной температуры.

На этапе 412 способ включает в себя запрещение потока отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод посредством приведения в действие регулятора давления наддува. На этапе 414 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из первого выпускного коллектора в первую турбину. На этапе 416 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из второго выпускного коллектора во вторую турбину. На этапе 418 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов через первую турбину. На этапе 420 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов через вторую турбину, а на этапе 422 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из первой и второй турбин в по меньшей мере одно устройство снижения токсичности отработавших газов, расположенное ниже по потоку от по меньшей мер одной из первой турбины и второй турбины.

Таким образом, способ по фиг. 4 настраивает частоту вращения первой и второй турбин посредством единственного исполнительного механизма, расположенного в выпускном канале двигателя. Единственный исполнительный механизм может быть регулятором давления наддува. Кроме того, регулятор давления наддува может быть с вакуумным или с электрическим приводом. Кроме того, единый и единственный регулятора давления наддува настраивается в ответ на состояния двух отдельных турбонагнетателей. Например, регулятор давления наддува открывается и/или закрывается в ответ на давления в двух разных выпускных коллекторах. Кроме того, два выпускных коллектора могут быть по текучей среде изолированы друг от друга на стороне выпуска цилиндров двигателя, когда регулятор давления наддува закрыт. Таким образом, единственный регулятор давления наддува может настраиваться в ответ на состояния двух выпускных рядов цилиндров.

Фиг. 5 показывает способ 500 для приведения в действие системы турбонагнетателей. Способ 500 может использоваться для управления системой турбонагнетателей, описанном выше со ссылкой на фиг. 2-3, или может использоваться для приведения в действие другой пригодной системы турбонагнетателей. Способ 500 может выполняться посредством команд, хранимых в невременной памяти контроллера, как показано на фиг. 1 и 2.

На этапе 502 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов из первого цилиндра в первый выпускной коллектор. На этапе 504 способ включает в себя осуществление течения отработавших газов во второй выпускной коллектор.

На этапе 506 определяется, является ли давление во впускном коллекторе большим, чем предопределенное значение. В других примерах, может определяться, является ли давление в по меньшей мере одном из первого и второго выпускных коллекторов большим, чем предопределенное значение. Коме того дополнительно, в некоторых примерах, может определяться, является ли частота вращения по меньшей мере одной из первой турбины и второй турбины большей, чем предопределенное значение. Если давление воздуха во впускном коллекторе не является большим, чем предопределенное значение (Нет на этапе 506), способ включает в себя, на этапе 508 запрещение потока отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод посредством приведения в действие единственного регулятора давления наддува, присоединенного к совместно используемому перепускному трубопроводу. Однако, если давление воздуха во впускном коллекторе является большим, чем предопределенное значение (Да на этапе 506), способ включает в себя, на этапе 510, осуществление течения отработавших газов из первого и второго выпускных коллекторов в совместно используемый перепускной трубопровод в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины, а также выпускным отверстием первой турбины и выпускным отверстием второй турбины. На этапе 512 осуществляют течение отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод посредством приведения в действие регулятора давления наддува.

Это завершает описание. Прочтение его специалистами в данной области техники поможет разработать многие изменения и модификации, не отклоняясь от сущности и объема описания. Например, для одноцилиндрового двигателя, рядных двигателей I2, I3, I4, I5 и V-образных двигателей V6, V8, V10, V12 и V16, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, можно использовать настоящее описание для получения преимущества.

1. Система турбонагнетателей, содержащая: первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым цилиндром; второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром; и совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий единственный регулятор давления наддува, присоединенный к нему, причем совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины.

2. Система турбонагнетателей по п.1, в которой совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием первой турбины и выпускным отверстием второй турбины.

3. Система турбонагнетателей по п.2, в которой выпускное отверстие первой турбины и выпускное отверстие второй турбины находятся в сообщении по текучей среде с выпускным трубопроводом, который сходится по текучей среде в одиночный выпускной трубопровод ниже по потоку от выпускных отверстий первой и второй турбин.

4. Система турбонагнетателей по п.1, в которой регулятор давления наддува включает в себя первое впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде с первым цилиндром и второе впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром.

5. Система турбонагнетателей по п.4, в которой регулятор давления наддува включает в себя первый механизм настройки потока, настраивающий расход отработавших газов из первого впускного отверстия регулятора давления наддува, и второй механизм настройки потока, настраивающий расход отработавших газов из второго впускного отверстия регулятора давления наддува.

6. Система турбонагнетателей по п.1, в которой регулятор давления наддува включает в себя одиночное впускное отверстие регулятора давления наддува в сообщении по текучей среде с первым и вторым цилиндрами.

7. Система турбонагнетателей по п.1, в которой регулятор давления наддува расположен ниже по потоку от области соединения первого ответвительного канала в сообщении по текучей среде с первым цилиндром и второго ответвительного канала в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром, причем первый и второй ответвительные каналы включены в совместно используемый перепускной трубопровод.

8. Система турбонагнетателей по п.7, в которой первый ответвительный канал включает в себя впускное отверстие, открывающееся в первый выпускной коллектор, который находится в сообщении по текучей среде с первым цилиндром, и в которой второй ответвительный канал включает в себя впускное отверстие, открывающееся во второй выпускной коллектор, который находится в сообщении по текучей среде со вторым цилиндром.

9. Система турбонагнетателей по п.1, дополнительно содержащая устройство снижения токсичности выбросов, расположенное в совместно используемом перепускном трубопроводе ниже по потоку от регулятора давления наддува.

10. Система турбонагнетателей по п.1, в которой первый цилиндр включен в первый ряд цилиндров, а второй цилиндр включен во второй ряд цилиндров.

11. Система турбонагнетателей по п.10, в которой первая турбина находится в сообщении по текучей среде с множеством цилиндров в первом ряду цилиндров, и в которой вторая турбина находится в сообщении по текучей среде с множеством цилиндров во втором ряду цилиндров.

12. Система турбонагнетателей по п.1, в которой первая турбина и вторая турбина по существу идентичны, каждая из которых содержит в себе идентичные компоненты, которые имеют эквивалентные размеры.

13. Система турбонагнетателей, содержащая первый турбонагнетатель, включающий в себя первую турбину в сообщении по текучей среде с первым рядом цилиндров, включающим в себя по меньшей мере один цилиндр; второй турбонагнетатель, включающий в себя вторую турбину в сообщении по текучей среде со вторым рядом цилиндров, включающим в себя по меньшей мере один цилиндр; совместно используемый перепускной трубопровод, имеющий единственный регулятор давления наддува, присоединенный к нему, причем совместно используемый перепускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с впускным отверстием первой турбины и впускным отверстием второй турбины; и систему управления, включающую в себя команды, сохраненные в невременной памяти, для настройки регулятора давления наддува на протекание отработавших газов через совместно используемый перепускной трубопровод во время первого рабочего состояния и настройки регулятора давления наддува на по существу препятствование протеканию отработавших газов протекать через совместно используемый перепускной трубопровод во время второго рабочего состояния.

14. Система турбонагнетателей по п.13, в которой первое рабочее состояние является состоянием, в котором количество отработавших газов из одного из первого и второго рядов цилиндров превышает предопределенное пороговое значение расхода, а второе рабочее состояние является состоянием, в котором количество отработавших газов из каждого из первого и второго рядов цилиндров ниже предопределенного порогового значения расхода.

РИСУНКИ



 

Наверх