Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОЙ ТОРМОЗНОЙ ЗАСЛОНКОЙ

Настоящее изобретение относится к способу управления по меньшей мере одной тормозной заслонкой в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания с осуществляемым работающим на отработавших газах турбонагнетателем наддувом, в частности для автомобиля промышленного назначения согласно ограничительной части п.1 формулы, а также к устройству для осуществления такого способа согласно ограничительной части п.9 формулы.

Как известно, моторное торможение четырехтактного двигателя внутреннего сгорания при закрытой тормозной заслонке в выпускном тракте дополнительно усиливается за счет того, что благодаря промежуточному открыванию выпускного клапана на него накладывается декомпрессионное тормозное действие, которое, например, инициируется посредством повышения противодавления отработавших газов, с воздействием на клапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Такие известные также под названием EVB (выпускной тормозной клапан) вспомогательные системы торможения описаны, например, в EP 0736672 B1 и EP 1526257 A2. В DE 10 2008 032774 A1 описано решение с гидравлическим воздействием на клапанный механизм газораспределения, посредством которого при временном очень высоком противодавлении отработавших газов необходимо предотвратить нежелательное срабатывание системы EVB (скачок клапана) в работающем прогретом двигателе внутреннего сгорания.

В двигателях внутреннего сгорания с устройствами нейтрализации отработавших газов, такими как каталитические нейтрализаторы, дизельные пылевые фильтры и т.д., и для определенного воздействия на процесс сжигания топлива в двигателе внутреннего сгорания используются устройства для осуществления рециркуляции отработавших газов, отчасти с высокой степенью рециркуляции отработавших газов. Достижимая степень рециркуляции, помимо прочего, зависит от соотношения давлений между давлением наддува двигателя внутреннего сгорания и давления отработавших газов. На это соотношение давлений можно также воздействовать, например, посредством управляемой дроссельной заслонки в трубопроводе наддува двигателя внутреннего сгорания.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и устройство, посредством которых в двигателе внутреннего сгорания с турбонаддувом указанного типа конструктивно простыми средствами достигалось бы улучшенное, в частности для нестационарного использования, функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы. Предпочтительные модификации и варианты осуществления изобретения составляют соответственно предмет подчиненных им зависимых пунктов формулы.

Согласно изобретению предлагается, что тормозная заслонка в выпускном тракте также и в прогретом двигателе внутреннего сгорания заданным способом регулируется для определенного повышения противодавления отработавших газов, причем противодавление отработавших газов постоянно удерживается ниже порогового значения, которое исключает срабатывание вспомогательной системы торможения (EVB). Предлагаемое в изобретении решение позволяет в известной степени без дополнительных конструктивных затрат обеспечить целевое и быстро реагирующее повышение противодавления отработавших газов в работающем в режиме горения двигателе на величину, обеспечивающую повышенную степень рециркуляции отработавших газов. Таким образом, тормозная заслонка в, по меньшей мере, в значительной степени закрытом состоянии, наряду с системой EVB, в режиме принудительного холостого хода регулирует процесс торможения двигателем, а в работающем в режиме горения двигателе управляет лишь частичным, не инициирующим срабатывание системы EVB повышением давления в выпускном тракте. Благодаря этому при необходимости может быть исключена из конструкции описанная выше дроссельная заслонка в трубопроводе наддува, и степень рециркуляции отработавших газов, помимо клапана рециркуляции отработавших газов, может регулироваться лишь модуляцией противодавления отработавших газов. Кроме того, посредством управления тормозной заслонкой в работающем в режиме горения двигателе внутреннего сгорания может быть ускорен процесс его прогрева при запуске в холодном состоянии.

По меньшей мере одна тормозная заслонка может быть расположена выше по потоку от турбины по меньшей мере одного турбонагнетателя, работающего на отработавших газах, благодаря чему наряду с быстрой реакцией на управление противодавлением обеспечивается улучшенное функционирование турбины, работающей на отработавших газах, а также осуществляется ее разгрузка от больших противодавлений отработавших газов.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа в выпускном тракте выше по потоку от тормозной заслонки может быть предусмотрен датчик давления, сигналы от которого направляются в управляющий тормозной заслонкой блок управления. Датчик давления обеспечивает точное измерение и контроль давления и может, таким образом, надежно противодействовать возникающим опасным пикам давления в переходном режиме работы двигателя.

Кроме того, при помощи датчика давления может быть выгодным образом управляемо осуществляться дополнительная защитная функция двигателя, при которой при слишком высоком противодавлении отработавших газов, несмотря на открытую тормозную заслонку осуществляется управляемое уменьшение давления наддува и/или уменьшение количества впрыскиваемого топлива, что приводит к быстрому понижению давления в выпускном тракте.

Кроме того, также и в линии наддува может быть предусмотрен датчик давления, сигналы от которого направляются в управляющий тормозной заслонкой блок управления, причем является предпочтительным, что сигналы обоих датчиков давления в выпускном тракте и в линии наддува логически связаны в блоке управления для управляемой установки определенной разности давлений. Таким образом, значения давления выше по потоку и ниже по потоку от камеры сгорания двигателя сравниваются, и тормозная заслонка регулируется соответствующим образом для установления определенного перепада давления.

Альтернативно датчику давления в выпускном тракте или предпочтительно в дополнение к нему тормозная заслонка в работающем в режиме горения двигателе может управляться в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания и/или в зависимости от указаний процессора управления автомобилем. При этом является предпочтительным, что требуемые для этого данные и без того уже зарегистрированы в блоке управления двигателем и/или в процессоре управления автомобилем и требуют только включающей тормозную заслонку в работающем в режиме горения двигателе модификации.

Таким образом, в блоке управления двигателем в соответствии с этими данными может записываться характеристика для управления тормозной заслонкой, и тормозная заслонка может соответствующим образом управляться. В частности, в качестве рабочих параметров для управления тормозной заслонкой среди прочих могут регистрироваться такие параметры, как: температура двигателя внутреннего сгорания, количество впрыскиваемого топлива, число оборотов двигателя внутреннего сгорания и величина его нагрузки, которые могут с автоматическим управлением обрабатываться в блоке управления двигателем таким образом, что может осуществляться как заданная степень рециркуляции отработавших газов, так и, при необходимости, быстрый прогрев двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, в управлении тормозной заслонкой посредством процессора управления автомобилем могут регистрироваться среди прочего и использоваться для управления тормозной заслонкой положение педали акселератора и/или включенная ступень коробки передач и/или команды водителя.

Кроме того, в частности, для осуществления описанного выше способа предлагается устройство, в котором расположенная в выпускном тракте тормозная заслонка расположена выше по потоку работающей на отработавших газах турбины турбонагнетателя, работающего на отработавших газах, и может приводиться в действие посредством блока управления двигателем также и при работающем в режиме горения двигателе внутреннего сгорания для управляемой установки заданного противодавления отработавших газов. При этом приведение в действие тормозной заслонки может осуществляться пневматически, гидравлически или особенно предпочтительно электрически посредством соответствующего серводвигателя.

Кроме того, двигатель внутреннего сгорания может иметь регистровую систему наддува с турбонагнетателем высокого давления и турбонагнетателем низкого давления, причем тормозная заслонка предпочтительно расположена в выпускном тракте выше по потоку работающей на отработавших газах турбины турбонагнетателя высокого давления.

Кроме того, в случае двигателя внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами могут быть предусмотрены два выпускных коллектора с отдельно проходящими до турбины, работающей на отработавших газах, выпускными каналами, и в обоих выпускных каналах может быть установлено по одной тормозной заслонке, которые предпочтительно синхронно приводятся в действие посредством серводвигателя. Для этого может использоваться либо по одному датчику давления в обоих выпускных каналах, либо, при помощи соединительной линии, только один датчик давления для обоих выпускных каналов.

Кроме того, от обоих выпускных каналов выше по потоку тормозных заслонок может ответвляться по одной линии рециркуляции отработавших газов с интегрированным в каждой из них клапаном рециркуляции отработавших газов, которые сведены вместе в по меньшей мере один охладитель отработавших газов и присоединены к линии наддува. Посредством отдельных линий рециркуляции отработавших газов с интегрированными клапанами рециркуляции отработавших газов (например, электрически управляемыми импульсными (тактовыми) клапанами) может быть обеспечено еще более точное управление соответствующей степенью рециркуляции отработавших газов.

При необходимости для еще более точного управления степенью рециркуляции отработавших газов в линии наддува ниже по потоку средства для воздействия на давление наддува может быть расположен датчик давления. Этим средством может являться, например, вентиляционный канал от линии наддува к выпускному тракту ниже по потоку тормозной заслонки. Тем не менее, является предпочтительным, что для этого используется известный сам по себе дроссельный клапан или дроссельная заслонка.

Наконец, по меньшей мере, в линии рециркуляции отработавших газов и/или в линии наддува могут быть расположены датчики температуры, которые соединены с блоком управления двигателя для осуществления управления тормозными заслонками соответственно для опосредованного воздействия на рециркуляцию отработавших газов и которые, например, при очень высоких значениях температуры посредством управления (регулирования) тормозными заслонками способствуют снижению противодавления отработавших газов.

Пример осуществления изобретения детально описан ниже при помощи приложенной блок-схемы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом отработавшими газами, устройством моторного тормоза с тормозной заслонкой и с устройством рециркуляции отработавших газов.

На блок-схеме лишь примерно представлен самовоспламеняющийся шестицилиндровый четырехтактный двигатель 1 внутреннего сгорания для автомобилей промышленного назначения, который показан лишь в той мере, насколько это необходимо для понимания настоящего изобретения. Если иное не указано, двигатель 1 внутреннего сгорания может являться двигателем известной конструкции.

Наддув двигателя 1 внутреннего сгорания осуществляется посредством работающего на отработавших газах турбонагнетателя 2 низкого давления и работающего на отработавших газах турбонагнетателя 3 высокого давления, причем подключенные друг за другом компрессоры 2a и 3a направляют воздух для горения в двигатель 1 внутреннего сгорания через охладители 4, 5 наддувочного воздуха и линию 6 наддува.

Компрессоры 2a и 3a приводятся в действие турбинами 2b и 3b, работающими на отработавших газах, которые включены в выпускной тракт двигателя 1 внутреннего сгорания. При этом имеющиеся при необходимости байпасные устройства для регулирования давления наддува не показаны.

Выпускной тракт, как показано, составлен из двух выпускных коллекторов 7, 8, двух отдельно ведущих до работающей на отработавших газах турбины 3b высокого давления выпускной линии 9, 10, ведущей далее линии 11 отработавших газов и включенного после нее устройство 12 нейтрализации отработавших газов, такое как, например, каталитический нейтрализатор окисления и/или дизельный пылевой фильтр. Другие элементы выпускного тракта не показаны.

От выпускных линий 9, 10 ответвляются две линии 13, 14 рециркуляции отработавших газов, в которых расположены два клапана 15 рециркуляции отработавших газов (лишь примерно отмечены, например, импульсные клапаны), а в ведущей далее линии 16 рециркуляции отработавших газов расположены два охладителя 17 отработавших газов. Общая линия 16 рециркуляции отработавших газов соединена с линией 6 наддува ниже по потоку выполненного в виде управляемой дроссельной заслонки 18 дроссельного клапана.

В выпускном тракте в обеих выпускных линиях 9, 10 (или альтернативно непосредственно в выпускных коллекторах 7, 8) выше по потоку работающей на отработавших газах турбины 3b расположено по одной совместно управляемой посредством серводвигателя 19 тормозной заслонки 20 описанного ниже моторного тормоза автомобиля промышленного назначения, которые управляются, соответственно регулируются в зависимости от электронного блока 21 управления двигателем и процессора 22 управления автомобилем.

Газообмен в двигателе 1 внутреннего сгорания управляется посредством впускных клапанов и выпускных клапанов клапанного механизма газораспределения (не представлен), который дополнительно имеет саму по себе известную EVB-функцию, при которой, как описано вначале, при высоком противодавлении отработавших газов инициируется промежуточное открытие выпускных клапанов и удерживается за счет воздействия на клапанный механизм газораспределения.

Моторное торможение посредством закрытия тормозных заслонок 20 и последующей активации EVB-функции инициируется процессором 22 управления автомобиля, например, посредством команды о торможении со стороны водителя и посредством блока 21 управления двигателем и осуществляется самим по себе известным способом, причем прерывается подача топлива посредством не показанной системы впрыска топлива.

Если не подается сигнала о торможении для осуществления моторного торможения и двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме горения (снабжается топливом под управлением блока 21 управления двигателем, в соответствии с рабочими данными двигателя 1 внутреннего сгорания), то тормозные заслонки 20 посредством серводвигателя 19 под управлением блока 19 управления двигателем регулируются в своем положении таким образом, что в зависимости от необходимости достигается определенное противодавление отработавших газов, которое устанавливает либо быстрый прогрев до рабочей температуры в случае холодного двигателя 1 внутреннего сгорания, либо целевую степень рециркуляции отработавших газов посредством клапанов 15 рециркуляции отработавших газов в случае прогретого двигателя 1 внутреннего сгорания.

Для этого, прежде всего, в соединительной линии 23 между выпускными линиями 9, 10 выше по потоку тормозных заслонок 20 расположен датчик 24 давления, который постоянно регистрирует фактическое значение противодавления отработавших газов и который с возможностью передачи сигналов соединен с блоком 21 управления двигателем. Другой датчик 24 давления предусмотрен в линии 6 наддува ниже по потоку дроссельной заслонки 18. Соответствующая разность давлений может регистрироваться в блоке 21 управления двигателем посредством обоих датчиков 24 давления, а посредством серводвигателя 19 может быть установлена на определенную номинальную величину.

Кроме того, в общей линии 16 рециркуляции отработавших газов, в линии 6 наддува ниже по потоку дроссельной заслонки 18 и во впускном коллекторе 25 расположены обозначенные одной позицией 26 датчики температуры, которые, в свою очередь, также с возможностью передачи сигналов соединены с блоком 21 управления двигателем.

В блоке 21 управления двигателем записана характеристика для управления тормозными заслонками 20 посредством серводвигателя 19 в работающем в режиме горения двигателе 1 внутреннего сгорания, которая задает оптимальную для рециркуляции отработавших газов и/или ускоренного прогрева двигателя 1 внутреннего сгорания позицию в соответствии со специфическими для двигателя данными, такими как число оборотов двигателя, величина нагрузки, количество впрыскиваемого топлива, различные температуры, полученные от датчиков 26 температуры, величины давлений датчиков 24 давления в выпускном тракте 9, 10 и линии 6 наддува, а также в соответствии с данными процессора 22 управления автомобилем, такими как положение педали акселератора, текущая включенная ступень коробки передач и т.д. При этом противодавление отработавших газов постоянно удерживается ниже заданного порогового значения, которое исключает срабатывание EVB-функции.

Кроме того, в блок 21 управления двигателем интегрирована функция защиты двигателя, которая, в случае недопустимо высокого, несмотря на полностью открытые тормозные заслонки 20 противодавления отработавших газов уменьшает давление наддува в линии 6 наддува посредством управления дроссельным клапаном 18 и/или уменьшает мощность двигателя 1 внутреннего сгорания посредством уменьшения количества впрыскиваемого топлива. При необходимости для снижения давления наддува также могут быть открыты предусмотренные в выпускном тракте байпасные клапаны (перепускной клапан).

Изобретение не ограничивается представленным примером его осуществления. Вместо регистровой системы наддува с турбонагнетателями 2, 3, работающими на отработавших газах, может быть при необходимости предусмотрено также и более простая система турбонаддува лишь с одним турбонагнетателем, работающим на отработавших газах, с переменной геометрией турбины и, при необходимости, лишь одна выпускная линия.

Кроме того, может быть достаточно обеспечить регулирование степени рециркуляции отработавших газов посредством клапанов 15 рециркуляции отработавших газов или установку определенного значения повышенного давления отработавших газов лишь при помощи тормозных заслонок 20, так что может отпасть необходимость использования дроссельного клапана 18 в линии 6 наддува.

Управление тормозными заслонками 20 в работающем в режиме горения двигателе 1 внутреннего сгорания может осуществляться упрощенным способом лишь при помощи датчиков 24 давления или лишь при помощи записанной в блоке 21 управления двигателем в соответствии с рабочими параметрами двигателя 1 внутреннего сгорания характеристики.

Перечень ссылочных позиций:

1 - двигатель внутреннего сгорания

2 - турбонагнетатель низкого давления, работающий на отработавших газах

2a - компрессор

2b - турбина, работающая на отработавших газах

3 - турбонагнетатель высокого давления, работающий на отработавших газах

3a - компрессор

3b - турбина, работающая на отработавших газах

4 - охладитель наддувочного воздуха

5 - охладитель наддувочного воздуха

6 - линия наддува

7 - выпускной коллектор

8 - выпускной коллектор

9 - выпускная линия

10 - выпускная линия

11 - выпускная линия

12 - устройство нейтрализации отработавших газов

13 - линия рециркуляции отработавших газов

14 - линия рециркуляции отработавших газов

15 - клапан рециркуляции отработавших газов

16 - линия рециркуляции отработавших газов

17 - охладитель отработавших газов

18 - дроссельная заслонка

19 - серводвигатель

20 - тормозные заслонки

21 - блок управления двигателем

22 - процессор управления автомобилем

23 - соединительная линия

24 - датчики давления

25 - впускной коллектор

26 - датчики температуры