Способ обогащения отработавших газов несгоревшими углеводородами
Изобретение относится к способам обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами. Способ включает стадии контроля текущего режима работы двигателя и осуществления последующего впрыска топлива в один заранее определенный цилиндр (12) из по меньшей мере двух цилиндров (12), соединенных с выпускным коллектором (14), когда текущий режим работы двигателя совпадает с заранее определенным режимом его работы. Заранее определенный режим работы двигателя представляет собой режим, в котором углеводороды последующего впрыска, по существу, не поступают в контур системы рециркуляции отработавших газов для конкретной конструкции двигателя. Технический результат - повышение надежности двигателя внутреннего сгорания, снижение выбросов вредных веществ. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами, где двигатель содержит цилиндры, по меньшей мере один выпускной коллектор для отработавших газов, поступающих по меньшей мере из двух цилиндров, и контур системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) для подачи отработавших газов из выпускного коллектора в канал для впуска воздуха по меньшей мере одного цилиндра, и выпускной коллектор содержит первый выпускной канал для подачи отработавших газов в систему последующей обработки этих газов и второй выпускной канал для подачи отработавших газов в контур системы РОГ.
Изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей программные коды, к компьютерному программному продукту, содержащему программные коды, записанные на машиночитаемом носителе, а также к компьютерной (вычислительной) системе для осуществления способа обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами.
Способ по настоящему изобретению особенно подходит для дизельных двигателей, в которых может быть необходима периодическая регенерация системы последующей обработки отработавших газов.
Уровень техники
Дизельные двигатели ценятся за их надежность в работе и низкое потребление топлива, однако они выбрасывают в атмосферу больше вредных веществ по сравнению, например, с бензиновыми двигателями, в которых используются трехкомпонентные катализаторы. Один из способов снижения уровня выбросов вредных веществ дизельным двигателем заключается в использовании системы последующей обработки отработавших газов, содержащей сажевый фильтр и/или устройство, обеспечивающее снижение содержания NOx. Такие фильтры обычно очень эффективны и обеспечивают улавливание частиц больших и малых размеров. Для предотвращения полного заполнения частицами сажевого фильтра, в результате чего возникает перепад давлений для отработавших газов, накопившиеся частицы необходимо сжигать. В одном из способов сажу сжигают оксидами азота, содержащимися в отработавших газах дизельного двигателя. В этом случае часть оксидов азота, которая имеет форму NO2, может окислять сажу в интервале температур 250-400°C отработавших газов, однако этот процесс отнимает сравнительно много времени, даже при использовании каталитического нейтрализатора, установленного перед фильтром или в самом фильтре (в форме слоя катализатора на стенках фильтра). Другой способ окисления сажи, накопившейся в сажевой фильтре, заключается в нагреве фильтра до примерно 600-650°C, так чтобы кислород в отработавших газах мог окислять сажу непосредственно, и этот процесс происходит достаточно быстро. Сажа, накапливающаяся в фильтре в течение многих часов работы двигателя, может быть полностью окислена за 5-10 минут. Температура отработавших газов дизельного двигателя обычно никогда не достигает уровня 600-650°C, особенно после турбонагнетателя, поскольку для работы турбины используется энергия отработавших газов, и их температура падает. Температура отработавших газов после турбонагнетателя может падать ниже 250°C, и при такой температуре каталитический катализатор теряет свою эффективность.
Временное повышение температуры для регенерации накопительного нейтрализатора NOx, такого как сажевый фильтр, может быть осуществлено путем подачи несгоревших углеводородов, например, в форме топлива, в поток отработавших газов перед накопительным или каталитическим нейтрализатором NOx. В этом случае обычно в системе выпуска отработавших газов устанавливают отдельную топливную форсунку для впрыска топлива непосредственно в трубопровод выпуска отработавших газов выше по потоку сажевого фильтра. Однако это техническое решение требует установки дополнительной топливной форсунки внутри системы выпуска отработавших газов, а также топливных трубопроводов для этой дополнительной форсунки, в результате чего повышаются затраты, увеличивается объем работ по техническому обслуживанию системы и снижается ее надежность.
В другом решении несгоревшие углеводороды обеспечиваются путем впрыска топлива в один или несколько цилиндров после штатного впрыска топлива, сгорающего в цилиндрах (далее "последующий впрыск топлива"). Это решение не требует установки дополнительной топливной форсунки для подачи несгоревших углеводородов в отработавшие газы. Некоторые наиболее современные дизельные двигатели часто снабжают системой РОГ для снижения уровня выбросов оксидов азота. Совместное использование последующего впрыска в цилиндр несгоревших углеводородов, системы РОГ, сажевых фильтров и/или накопительных или каталитических нейтрализаторов NOx приводят к различного рода проблемам, таким как, например, возможное загрязнение контура РОГ несгоревшими углеводородами, а также обогащение этими углеводородами всасываемого воздуха, что может изменять условия горения топлива. Таким образом, есть потребность в улучшениях, которые должны быть сделаны в схеме направления отработавших газов с несгоревшими углеводородами в систему выпуска для целей регенерации, чтобы предотвращать попадание несгоревших углеводородов в контур системы РОГ.
Неблагоприятные последствия, связанные с присутствием топлива в контуре системы РОГ, можно предотвратить путем выборочного закрытия этого контура, когда осуществляется поздний дополнительный (последующий) впрыск топлива, как это описано в заявке US 20060196178 A1, или путем последующего впрыска топлива только в некоторые заранее определенные цилиндры с одновременным использованием специально сконструированного выпускного коллектора, как это описано в заявке US 2008110161, или путем обеспечения системы выпуска отработавших газов, которая разделена на две части в сочетании с последующим впрыском топлива в некоторые заранее определенные цилиндры, как это описано в патентах US 5987884 и US 6141959.
Способ управления потоком отработавших газов с помощью регулирующих клапанов или внутренних разделительных стенок, которые делят выпускной коллектор и/или систему выпуска отработавших газов по меньшей мере на две части, приводит к удорожанию системы и требует больше места для ее установки. Следует отметить, что разработка специальной конструкции выпускного коллектора требует большого объема конструкторских работ, и в этом случае ограничиваются возможности выпускного коллектора. Таким образом, существует потребность в улучшенном способе обогащения выпускных газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами, в котором устранены вышеуказанные недостатки.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание способа обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами, в котором по меньшей мере частично устранены вышеуказанные недостатки. Эта цель достигается за счет признаков отличительной части п. 1 формулы настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами, причем двигатель содержит множество (группу) цилиндров, по меньшей мере один выпускной коллектор для отработавших газов, поступающих по меньшей мере из двух цилиндров из указанного множества, и контур рециркуляции отработавших газов (РОГ) для подачи отработавших газов из выпускного коллектора в канал для впуска воздуха по меньшей мере одного цилиндра из указанного множества, и выпускной коллектор содержит первый выпускной канал для подачи отработавших газов в систему их последующей обработки и второй выпускной канал для подачи отработавших газов в контур РОГ.
Способ включает стадии контроля текущего режима работы двигателя и осуществления последующего впрыска несгоревших углеводородов (далее - топлива) в один заранее определенный цилиндр из указанных по меньшей мере двух цилиндров, соединенных с выпускным коллектором, когда текущий режим работы двигателя совпадает с заранее определенным режимом его работы, который представляет собой режим работы, в котором в контур системы РОГ для конкретной конструкции двигателя, по существу, не попадают углеводороды последующего впрыска.
Один положительный эффект способа по настоящему изобретению заключается в возможности исключить использование дополнительной топливной форсунки в системе выпуска для целей регенерации частей системы последующей обработки отработавших газов путем нагрева, и в этом случае для этой цели используется одна или более имеющихся топливных форсунок цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Исключение топливной форсунки, которую обычно устанавливают в системе выпуска отработавших газов, снижает расходы и повышает надежность двигателя и системы выпуска. Другое достоинство заключается в высокой степени отделения отработавших газов, выходящих из цилиндра с последующим впрыском топлива, от отработавших газов, поступающих в контур системы РОГ, без необходимости использования средств, которые повышают стоимость или занимают место. Кроме того, способ по настоящему изобретению обеспечивает возможность одновременного последующего впрыска топлива в цилиндр и активной работы системы РОГ, так что может обеспечиваться непрерывное снижение выбросов NOx системой РОГ.
Другие положительные результаты предложенного способа обеспечиваются одним или несколькими признаками зависимых пунктов.
Комбинация одного заранее определенного цилиндра и заранее определенных режимов работы двигателя может быть получена на основе определения распределения и/или моделирования, которые позволяют оценить вклад каждого цилиндра в поток отработавших газов (поступление отработавших газов от каждого из цилиндров), проходящих в контуре РОГ, для разных режимов работы двигателя. Иначе говоря, определение распределения и/или моделирование используются для оценки вклада каждого цилиндра в поток отработавших газов, проходящих в контуре системы РОГ, и, соответственно, для определения цилиндра, который должен использоваться для последующего впрыска топлива для конкретного режима работы двигателя. После определения того, что отработавшие газы из одного или нескольких цилиндров не поступают в контур системы РОГ или поступает только малая часть этих газов, этот цилиндр (или несколько цилиндров) могут быть зафиксированы как подходящие для последующего впрыска топлива при возникновении необходимого заранее определенного режима работы двигателя.
Предпочтительно последующий впрыск топлива в один заранее определенный цилиндр осуществляют только тогда, когда текущий режим работы двигателя совпадает с заранее определенным режимом работы, поскольку в этом случае будет обеспечиваться нормальная работа системы РОГ.
Последующий впрыск несгоревших углеводородов в один заранее определенный цилиндр может быть единственным средством обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами с одновременным предотвращением попадания этих углеводородов в контур системы РОГ.
Режим работы двигателя предпочтительно может включать по меньшей мере число оборотов и нагрузку двигателя. Дополнительно к указанным характеристикам или вместо них может использоваться расход отработавших газов в контуре системы РОГ или соответствующий параметр.
В контуре системы РОГ может использоваться лишь один клапан РОГ для каждого выпускного коллектора, или для каждого набора цилиндров, или для каждого двигателя. В традиционных системах РОГ используется единственный клапан для регулирования потока отработавших газов, и дополнительные клапаны для предотвращения попадания несгоревших углеводородов в контур системы РОГ увеличивают стоимость двигателя и снижают его надежность, и, кроме того, увеличивается объем работ по техническому обслуживанию.
Первое и второе выпускные отверстия могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга в направлении, параллельном направлению линейки цилиндров, соединенных с указанным по меньшей мере одним выпускным коллектором. Разнесение первого и второго выпускных отверстий в указанном направлении увеличивает количество режимов работы двигателя, в которых последующий впрыск топлива может быть осуществлен без поступления слишком больших количеств несгоревших углеводородов в контур системы РОГ.
В предпочтительных вариантах в выпускном коллекторе могут отсутствовать внутренние разделительные стенки и/или клапаны регулирования потока.
В настоящем изобретении также предлагается компьютерная программа, содержащая программные коды для выполнения всех стадий предложенного способа, когда программа выполняется на компьютере.
Кроме того, в настоящем изобретении также предлагается компьютерный программный продукт, содержащий программные коды, записанные на машиночитаемом носителе, для выполнения всех стадий предложенного способа, когда этот программный продукт выполняется на компьютере.
В настоящем изобретении также предлагается компьютерная система для осуществления способа обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами путем последующего впрыска этих углеводородов в цилиндр, причем двигатель содержит множество цилиндров, по меньшей мере один выпускной коллектор для отработавших газов, поступающих по меньшей мере из двух цилиндров из указанного множества, и контур системы РОГ для подачи отработавших газов из выпускного коллектора в канал для впуска воздуха по меньшей мере одного цилиндра из указанного множества, и выпускной коллектор содержит первое выпускное отверстие для подачи отработавших газов в систему их последующей обработки и второе выпускное отверстие для подачи отработавших газов в контур системы РОГ, причем компьютерная система содержит средство обработки информации, обеспечивающее: контроль текущего режима работы двигателя и осуществление последующего впрыска топлива в один заранее определенный цилиндр из указанных по меньшей мере двух цилиндров, соединенных с выпускным коллектором, когда текущий режим работы двигателя совпадает с заранее определенным режимом его работы, который представляет собой режим работы, в котором в контур системы РОГ для конкретной конструкции двигателя, по существу, не попадают углеводороды последующего впрыска.
Краткое описание чертежей
В нижеприведенном описании изобретения делаются ссылки на следующие фигуры, на которых показано:
на фиг. 1 - схема двигателя, в котором может быть осуществлен способ по настоящему изобретению;
на фиг. 2 - схема конструкции выпускного коллектора, используемого в двигателе, схема которого приведена на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Различные варианты осуществления изобретения будут описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, которые предназначены для иллюстрации изобретения и никоим образом не ограничивают его объем, причем на разных чертежах одинаковые обозначения указывают одинаковые элементы, причем варианты осуществления изобретения не ограничиваются лишь вариантом, рассмотренным ниже в описании.
Двигатель 10 внутреннего сгорания, схема которого приведена на фиг. 1, содержит блок 11 цилиндров с шестью поршневыми цилиндрами 12, впускной коллектор 13 и выпускной коллектор 14. Отработавшие газы подаются на колесо 17 турбины турбонагнетателя 16 по каналу 15. Отработавшие газы поступают в канал 15 через первое выпускное отверстие 26 с выпускного коллектора 14. Вал 18 турбины вращает колесо 19 компрессора турбонагнетателя 16 для сжатия воздуха, поступающего по впускному каналу 20 через охладитель 21 воздуха турбонаддува во впускной коллектор 13. Топливо подается в соответствующие цилиндры 12 через впрыскивающие устройства (не показаны).
Отработавшие газы, прошедшие через турбину 17, выводятся в атмосферу через выпускную линию 22, содержащую систему 23 последующей обработки отработавших газов, которая включает регенерируемый сажевый фильтр или накапливающий нейтрализатор NOx. Регенерация сажевого фильтра осуществляется путем подачи несгоревшего топлива из любого цилиндра 12, например, топлива последующего впрыска, и в результате окисления топлива на катализаторе выше по потоку сажевого фильтра его температура повышается в достаточной степени для воспламенения и сгорания накопившейся сажи.
Отработавшие газы из выпускного коллектора 14 также подаются на сторону всасывания двигателя 10 по каналу 24 для снижения выбросов из двигателя 10 оксидов азота с использованием известной системы РОГ. Отработавшие газы подаются в канал 24 через второе выпускное отверстие 27 выпускного коллектора 14. Контур системы РОГ содержит клапан 25, который выполняет функции обратного клапан и регулятора потока отработавших газов в системе РОГ.
Последующий впрыск топлива в цилиндры осуществляется при нахождении коленчатого вала под углом, в котором не выполняются условия воспламенения топлива в цилиндре. Эти условия не выполняются, например, когда топливо впрыскивается в цилиндр 12 в последней части рабочего хода или в такте выпуска. Если топливо впрыскивается в цилиндр 12, то в этом случае может использоваться то же устройство впрыска, которое используется для обычного впрыска топлива.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ обогащения отработавших газов двигателя 10 внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами включает стадии контроля режима работы двигателя и осуществления последующего впрыска топлива в цилиндры, когда текущий режим работы двигателя будет совпадать с некоторым заранее определенным режимом. Стадия контроля может осуществляться, например, путем получения необходимых характеристик работы двигателя с помощью измерительных датчиков или путем оценки с использованием моделирования, причем характеристики получают с достаточной частотой выборки. Предпочтительно режим работы двигателя определяется такими характеристиками, как число оборотов и нагрузка двигателя. Дополнительно к указанным характеристикам или вместо них может использоваться расход отработавших газов в контуре системы РОГ. Число оборотов легко измеряется с помощью датчика скорости вращения распределительного вала или другого измерительного устройства. Нагрузка двигателя может быть рассчитана, например, с использованием модели нагрузки двигателя, в которой используется информация о впрыске топлива, или может быть измерена, например, путем измерения выходного крутящего момента двигателя. Расход отработавших газов в контуре РОГ может быть измерен, например, с помощью расходомера потока в системе РОГ или рассчитан с использованием различных соответствующих параметров.
Стадия последующего впрыска топлива в цилиндр, когда текущий режим работы двигателя будет совпадать с заранее определенным режимом, может осуществляться системой управления двигателя, которая сконфигурирована для непрерывного контроля текущего режима работы двигателя на его совпадение с заранее определенным режимом и выработки команд на последующий впрыск топлива в заранее определенный цилиндр 12, когда такое совпадение происходит. Режим работы двигателя здесь определяется некоторыми диапазонами изменения его отдельных характеристик.
Заранее определенный режим работы двигателя в сочетании с последующим впрыском топлива в заранее определенный цилиндр 12 устанавливают таким образом, чтобы практически исключить попадание несгоревших углеводородов в контур системы РОГ для конкретной конструкции двигателя. Для этого составляется карта распределения, которая определяет, из какого цилиндра 12 поступают отработавшие газы, проходящие по контуру системы РОГ, при различных режимах работы двигателя. Таким образом, составление такой карты и/или моделирование обеспечивает определение прохождения потока отработавших газов из каждого цилиндра двигателя 10 для разных режимов работы двигателя. В идеальном случае составление карты или моделирование позволяет установить пути потока отработавших газов из каждого цилиндра двигателя для всех режимов работы двигателя, однако ввиду некоторых ограничений, действующих при определении потоков отработавших газов из отдельных цилиндров, получаемая схема потоков отработавших газов может иметь ограниченную точность, поскольку она составляется на основе разумно необходимого количества различных режимов работы двигателя.
В Таблице 1 приведен первый пример составления такой карты, которая показывает, из какого цилиндра выходят отработавшие газы, протекающие по контуру системы РОГ. Конкретная карта Таблицы 1 получена на основе моделирования конструкции выпускного коллектора, схема которой приведена на фиг. 2. Информация Таблицы 1 показывает, из каких цилиндров поступают отработавшие газы, протекающие по контуру РОГ, для следующего режима работы двигателя: скорость - 28,3 об/с; нагрузка двигателя - максимальная.
Как можно понять из Таблицы 1, вклад цилиндров 4, 5 и 6 в поток отработавших газов в контуре системы РОГ сравнительно мал, и, соответственно, эти цилиндры могут использоваться для последующего впрыска топлива, поскольку в этом случае в контур РОГ может попадать очень малое количество впрыснутого топлива.
В Таблице 2 приведен второй пример такой карты, полученной на основе конструкции выпускного коллектора, схема которого приведена на фиг. 2, однако в режиме малого числа оборотов двигателя, в частности: скорость - 19,5 об/с; нагрузка двигателя - максимальная.
Данные в Таблице 2 примерно соответствуют данным, приведенным в Таблице 1 для большего числа оборотов двигателя, то есть в этом случае вклад цилиндров 4, 5 и 6 в поток отработавших газов в контуре системы РОГ также сравнительно мал, и, соответственно, эти цилиндры 12 могут использоваться для последующего впрыска топлива.
Карты, приведенные в Таблицах 1, 2, получены путем анализа характера потока отработавших газов с использованием трехмерной гидродинамической модели выпускного коллектора и кожуха клапана системы РОГ и компьютерной программы моделирования работы двигателя, которая построена на модели двигателя, с учетом таких параметров, как размеры трубопроводов, расположение и форма контура системы РОГ и т.п. Программа моделирования работы двигателя и трехмерная гидродинамическая модель коллектора были соединены с использованием восьми трехмерных моделей соединений, соответствующих соединениям 1, 2, 3, 4, 5, 6 цилиндров с выпускным коллектором, соединению 26 коллектора с турбиной и соединению 27 коллектора с контуром системы РОГ. Вместо моделирования или в дополнение к нему карты Таблиц 1, 2 могут быть получены путем измерений потока отработавших газов.
При этом клапан системы РОГ моделировался в полностью открытом состоянии, и в гидродинамической модели учитывались термодинамические характеристики, такие как молярная масса, вязкость, удельная теплоемкость, температура и теплопроводность. Осуществлялись автономные прогоны гидродинамической модели коллектора для величин массового потока, давления и температуры на границах коллектора, изменяющихся во времени. Величины массовых потоков и температуры задавались на соединениях 1, 2, 3, 4, 5, 6 цилиндров, а величины давления и температуры задавались на соединении 26 с турбиной и на соединении 27 с контуром системы РОГ. Каждой границе выпускного канала присваивалась собственная скалярная величина с идентичными характеристиками для отслеживания пути отработавших газов из каждого цилиндра.
Из вышеприведенных результатов понятно, что карты распределения потоков отработавших газов, поступающих из цилиндров двигателя, в контуре системы РОГ могут быть получены при разных режимах работы двигателя для всех возможных конфигураций двигателя, и что могут быть определены комбинации последующего впрыска топлива в один цилиндр 12 в периоды заранее определенных режимов работы двигателя, в результате чего существенно снижается количество несгоревших углеводородов, поступающих в контур системы РОГ, или же поступление несгоревших углеводородов практически исключается. Следует отметить, что указанный результат достигается без разделения системы выпуска отработавших газов на отдельные части, и без использования в выпускном коллекторе 14 дополнительного регулирующего клапана, за исключением обычного клапана системы РОГ, для предотвращения поступления топлива последующего впрыска в контур системы РОГ несмотря на то, что все отработавшие газы поступают полностью в один канал выпускного коллектора 14 за пределами выпускных каналов всех цилиндров 12. В результате применения предложенного в изобретении технического решения также исключается необходимость в разделении моментов последующего впрыска топлива и интервалов закрытия контура системы РОГ, то есть закрытия клапана системы РОГ в периоды последующего впрыска топлива в цилиндры, и, таким образом, контур системы РОГ может оставаться в рабочем состоянии, в результате чего поддерживается существенное снижение уровня выброса NOx. Соответственно, может обеспечиваться последующий впрыск топлива одновременно с обычной работой контура системы РОГ.
Последующий впрыск топлива в заданный цилиндр 12 предпочтительно осуществляется только в том случае, когда контролируемый (текущий) режим работы двигателя совпадает с заранее определенным режимом. При использовании такого алгоритма обычно только малое или незначительное количество несгоревших углеводородов (в зависимости от конструкции выпускного коллектора) поступает в контур системы РОГ. Если же потребуется срочно выполнить регенерацию части системы 23 последующей обработки отработавших газов, и последующий впрыск топлива в цилиндр 12 - это единственное средство обогащения отработавших газов двигателя 10 внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами, и заранее определенный режим работы двигателя еще не обнаружен системой управления двигателем, которая контролирует текущий режим его работы, то последующий впрыск топлива тем не менее может быть выполнен. Возможно, клапан 25 системы РОГ может быть закрыт на этот период последующего впрыска для предотвращения поступления несгоревшего топлива в контур системы РОГ.
Предложенный в настоящем изобретении способ обеспечивает регенерацию по меньшей мере части системы 23 последующей обработки отработавших газов с помощью углеводородов последующего впрыска. Основной частью, требующей регенерации, является дизельный сажевый фильтр, который время от времени должен быть нагрет до температуры, достаточной для выжигания накопившейся в нем сажи.
Способ по настоящему изобретению может применяться для многих различных схем выпускного коллектора, однако для обеспечения поступления в контур системы РОГ пониженного количества несгоревшего топлива требуется обеспечить некоторое расстояние между первым 26 и вторым 27 выпускными отверстиями. В схеме выпускного коллектора, приведенной на фиг. 2, первое 26 и второе 27 выпускные отверстия находятся на расстоянии D друг от друга в направлении, параллельном направлению линейки цилиндров 12, соединенных с выпускным коллектором 14. В данном случае второе выпускное отверстие 27 расположено между первым концом 29 выпускного коллектора и его центральной точкой 30. В предпочтительном варианте цилиндр 12, заранее определенный для последующего впрыска углеводородов, расположен между вторым концом 31 выпускного коллектора 14 и его центральной точкой 30. Таким образом, несгоревшее топливо, выбрасываемое в выпускной коллектор, вероятнее всего будет выходить через первое выпускное отверстие 26. Схема, приведенная на фиг. 2, должна рассматриваться лишь как иллюстративный вариант, и первое 26 и/или второе 27 выпускные отверстия без выхода за пределы объема изобретения могут быть смещены в большей или меньшей степени к первому 29 или второму 31 концам выпускного коллектора 14, при условии, что для их положения может быть определено сочетание цилиндра для последующего впрыска топлива и характеристик работы двигателя, для которого обеспечиваются пониженные уровни несгоревшего топлива внутри контура системы РОГ.
Как показано на фиг. 2, первое выпускное отверстие 26 расположено посередине выпускного коллектора 14 в направлении 28 линейки цилиндров 12, соединенных с коллектором 14, а второе выпускное отверстие 27 смещено на расстояние D в сторону первого конца 29 от первого отверстия 26 в направлении 28 линейки цилиндров 12. Точнее, второе выпускное отверстие 27 расположено напротив впускного отверстия из второго цилиндра 12. Выпускной коллектор 14 в общем случае представляет собой трубопровод 32, от которого отходят отдельные трубчатые секции 33 к цилиндрам 12 двигателя 10. Таким образом, отработавшие газы, поступающие в общий трубопровод 32 из разных цилиндров 12, могут свободно смешиваться, поскольку в трубопроводе 32 нет внутренних стенок, разделяющих его на несколько секций. Через первое 26 и второе 27 отверстия обеспечивается проход в трубопровод 32, в котором отсутствуют какие-либо клапанные устройства для выборочного направления потока отработавших газов в отверстия 26, 27.
В выпускных трубопроводах 15, 24, соединенных с первым 26 и вторым 27 выпускными отверстиями, также отсутствуют клапаны, за исключение клапана, обычно устанавливаемого в контуре системы РОГ.
Как уже указывалось, двигатель 10 в варианте, представленном на фиг. 1, имеет шесть цилиндров 12, расположенных в ряд по оси 28. Однако предлагаемый в настоящем изобретении способ не ограничивается лишь такой конфигурацией двигателя, а может применяться в двигателях с другим количеством цилиндров или с цилиндрами, расположенными по V-образной схеме, например, двигатель может иметь четыре или пять цилиндров, или конфигурацию V6 или V8. Для V-образной схемы расположения цилиндров обычно для каждого ряда цилиндров 12 используется отдельный выпускной коллектор 14.
В изобретении также предлагается компьютерная программа, содержащая программные коды для выполнения всех стадий предложенного способа, когда программа выполняется на компьютере. В изобретении также предлагается компьютерный программный продукт, содержащий программные коды, которые могут быть записаны на машиночитаемом носителе. Изобретение также включает вычислительную систему для осуществления вышеописанного способа.
Ссылочные номера, указанные в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничения объема охраны заявленных объектов изобретения, и их единственное назначение заключается в облегчении восприятия формулы изобретения.
Как можно будет понять, возможны различные модификации изобретения без выхода за пределы его объема, определяемого прилагаемой формулой. Соответственно, чертежи и их описания должны рассматриваться лишь как иллюстрации изобретения, а не как ограничения.
1. Способ обогащения отработавших газов двигателя (10) внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами путем последующего впрыска несгоревших углеводородов в цилиндр, причем двигатель (10) имеет группу цилиндров (12), по меньшей мере один выпускной коллектор (14) для отработавших газов, поступающих по меньшей мере из двух цилиндров (12), и контур системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) для подачи отработавших газов из выпускного коллектора (14) в канал (13) впуска воздуха по меньшей мере одного из цилиндров (12), и выпускной коллектор (14) имеет первое выпускное отверстие (26) для подачи отработавших газов в систему (23) их последующей обработки и второе выпускное отверстие (27) для подачи отработавших газов в контур системы РОГ,
отличающийся тем, что он включает:
определение распределения и/или моделирование вклада каждого цилиндра (12) в поток отработавших газов, проходящих по контуру системы РОГ, для множества различных режимов работы двигателя,
определение на основе упомянутых распределения и/или моделирования сочетания одного заранее определенного цилиндра (12) и заранее определенных режимов работы двигателя, на которых обеспечивается, по существу, нулевой поток углеводородов упомянутого последующего впрыска в контуре системы РОГ для конкретной конструкции двигателя,
контроль режима работы двигателя и
осуществление последующего впрыска несгоревших углеводородов в указанный один заранее определенный цилиндр (12) из упомянутых по меньшей мере двух цилиндров (12), соединенных с выпускным коллектором (14), когда текущий режим работы двигателя совпадает с упомянутым заранее определенным режимом его работы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает стадию регенерации по меньшей мере части системы (23) последующей обработки отработавших газов посредством упомянутых углеводородов последующего впрыска.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последующий впрыск несгоревших углеводородов в упомянутый один заранее определенный цилиндр (12) осуществляют только, когда текущий режим работы двигателя совпадает с упомянутым заранее определенным режимом его работы.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последующий впрыск несгоревших углеводородов в упомянутый заранее определенный цилиндр (12) является единственным средством обогащения отработавших газов двигателя (10) внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами с одновременным предотвращением попадания упомянутых углеводородов последующего впрыска в контур системы РОГ.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый режим работы двигателя включает по меньшей мере число оборотов и нагрузку двигателя.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что упомянутый режим работы двигателя включает расход отработавших газов в контуре системы РОГ.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конкретной конструкции двигателя контур системы РОГ снабжен одним клапаном (25) РОГ для каждого выпускного коллектора (14) или для каждого набора цилиндров, или для каждого двигателя (10).
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конкретной конструкции двигателя первое (26) и второе (27) выпускные отверстия расположены на расстоянии (D) друг от друга в направлении, параллельном направлению (28) линейки цилиндров (12), соединенных с указанным по меньшей мере одним выпускным коллектором (14).
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конкретной конструкции двигателя второе (27) выпускное отверстие расположено между первым концом (29) и центральной точкой (30) выпускного коллектора (14), а заранее определенный цилиндр (12), выбранный для последующего впрыска углеводородов, расположен между вторым концом (31) и центральной точкой (30) выпускного коллектора (14).
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конкретная конструкция двигателя содержит по меньшей мере четыре цилиндра (12), расположенных по прямой линии, и второе выпускное отверстие (27), по существу, смещено от первого выпускного отверстия (26) в направлении (28) линейки цилиндров (12).
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конкретная конструкция двигателя содержит шесть цилиндров (12), расположенных по прямой линии.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конкретной конструкции двигателя в выпускном коллекторе (14) нет внутренних разделительных стенок и/или клапанов регулирования потока.
13. Компьютерная система для осуществления способа обогащения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания несгоревшими углеводородами путем последующего впрыска несгоревших углеводородов в цилиндр, причем двигатель (10) содержит группу цилиндров (12), по меньшей мере один выпускной коллектор (14) для отработавших газов, поступающих по меньшей мере из двух цилиндров (12), и контур системы РОГ для подачи отработавших газов из выпускного коллектора (14) в канал (13) впуска воздуха по меньшей мере одного из указанных цилиндров (12), и выпускной коллектор (14) имеет первое выпускное отверстие (26) для подачи отработавших газов в систему (23) их последующей обработки и второе выпускное отверстие (27) для подачи отработавших газов в контур системы РОГ, причем компьютерная система содержит средство обработки информации, обеспечивающее:
определение распределения и/или моделирование вклада каждого цилиндра (12) в поток отработавших газов, проходящих по контуру системы РОГ, для множества различных режимов работы двигателя,
определение на основе упомянутых распределения и/или моделирования сочетания одного заранее определенного цилиндра (12) и заранее определенных режимов работы двигателя, на которых обеспечивается практически нулевой поток углеводородов последующего впрыска в контуре системы РОГ для конкретной конструкции двигателя,
контроль режима работы двигателя и
выработку команд для последующего впрыска несгоревших углеводородов в указанный один заранее определенный цилиндр (12) из указанных по меньшей мере двух цилиндров (12), соединенных с выпускным коллектором (14), когда текущий режим работы двигателя совпадает с упомянутым заранее определенным режимом его работы.
