用于排氣再循環(huán)控制的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本描述涉及用于改善配置有專用汽缸組的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的EGR控制的系統(tǒng)和方法，該專用汽缸組用于向其它發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供外部EGR。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)可以配置有排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)以使至少一些排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管轉(zhuǎn)移至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管。通過提供期望的發(fā)動(dòng)機(jī)充氣稀釋，這類系統(tǒng)可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、汽缸內(nèi)熱損失、節(jié)流損失以及NOx排放物。因此，燃料經(jīng)濟(jì)性被提高，尤其在較高水平的發(fā)動(dòng)機(jī)升壓下。然而，冷卻的EGR由燃燒系統(tǒng)的能力限制以便當(dāng)通過EGR稀釋時(shí)維持可接受的穩(wěn)定性和燃燒率。
[0003]此外，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)配置有專用的單個(gè)汽缸(或汽缸組)，用于向其它發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供外部EGR。其中，僅來自專用汽缸組的排氣被再循環(huán)至其余的發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，這允許基本固定量(例如，百分比)的EGR在大多數(shù)工況下被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。通過調(diào)整專用EGR汽缸組的加燃料，EGR成分可以被改變。特別地，專用汽缸可以比化學(xué)計(jì)量更富的運(yùn)轉(zhuǎn)以產(chǎn)生更多可燃種類(諸如，氫和一氧化碳)，其中當(dāng)可燃種類被重路由至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口時(shí)，能夠增加EGR容限。因此，通過減小燃燒不穩(wěn)定性和燃燒持續(xù)時(shí)間同時(shí)增加容許的EGR率，這進(jìn)一步提高了來自EGR的燃料經(jīng)濟(jì)性益處。
[0004]Gingrich等人在美國專利20120204844中示出具有專用EGR汽缸能力的升壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)示例。其中，來自專用EGR汽缸的排氣在增壓空氣冷卻器上游和進(jìn)氣節(jié)氣門上游的位置處與來自壓縮機(jī)的升壓空氣混合，使得冷卻的EGR可以被傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]然而，本文發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到這類專用EGR汽缸配置的潛在的問題。特別地，EGR可以在瞬變期間處于錯(cuò)誤的水平。作為一個(gè)示例，如果存在突然增加轉(zhuǎn)矩需求且隨著EGR需求隨后的下降而將節(jié)氣門的位置改變到更大的打開位置，則由于具體的EGR傳送位置，因此可以存在歧管填充延遲，這導(dǎo)致了多于期望的存留于歧管中的EGR殘余(residual)。抽取EGR殘余的長延遲可以導(dǎo)致升壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下降。作為另一個(gè)示例，如果存在突然減小轉(zhuǎn)矩需求且隨著EGR需求的隨之增加而將節(jié)氣門的位置改變到更大的閉合位置，則由于EGR傳送的位置和由此產(chǎn)生的歧管填充延遲，因此可以存在少于期望的EGR殘余。使用EGR填充歧管的長延遲可以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下降。在這兩種情況下，還可能出現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性問題。雖然導(dǎo)流閥可以在不需要EGR的狀態(tài)期間用于將來自專用EGR汽缸的部分或全部排氣轉(zhuǎn)移至排氣位置，但使用導(dǎo)流閥除了遭受耐用性問題之外還可能具有高昂的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識到了這些以及問題且已經(jīng)通過一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法至少部分解決它們，該方法基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況允許將來自專用EGR汽缸的排氣路由至多個(gè)位置。該方法包含:選擇性地打開專用EGR汽缸組的多個(gè)排氣門以將排氣再循環(huán)至其余的在前壓縮機(jī)(pre-compressor)和后壓縮機(jī)位置中的每個(gè)位置處的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。以此方式，EGR傳送位置和傳送率可以輕而易舉地隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化而變化。
[0007]在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以配置有單個(gè)專用EGR(DEGR)汽缸，用于向所有發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供外部EGR。進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括被整合到進(jìn)氣歧管的增壓空氣冷卻器(CAC)，從而允許升壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的壓緊。專用EGR汽缸可以包括多個(gè)排氣門(例如，三個(gè)排氣門)和單個(gè)進(jìn)氣門。第一排氣門可以將排氣從DEGR汽缸引導(dǎo)至增壓空氣冷卻器下游和進(jìn)氣節(jié)氣門下游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，從而允許熱EGR在進(jìn)氣歧管的更加下游的位置處被傳送。第二排氣門可以將排氣從DEGR汽缸引導(dǎo)至進(jìn)氣壓縮機(jī)上游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，從而允許冷卻的EGR在進(jìn)氣歧管的更加上游的位置處再循環(huán)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)包括整合的CAC，因此熱和冷卻的EGR兩者被傳送到較小的歧管容積內(nèi)，從而減小歧管填充延遲并加速EGR填充，即使節(jié)氣門位置突然變化。第三排氣門可以將熱排氣從DEGR汽缸轉(zhuǎn)移至在排氣催化劑的上游位置處的排氣歧管同時(shí)繞過其余的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。因此，第三排氣門允許不講EGR傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)。多個(gè)排氣門可以通過可變氣門正時(shí)來操作，諸如，通過使用凸輪輪廓轉(zhuǎn)換(CPS)機(jī)構(gòu)，使得一個(gè)或多個(gè)排氣門在給定時(shí)間處選擇性地被激活。例如，可以使用CPS機(jī)構(gòu)，使得專用EGR系統(tǒng)基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況以多種模式中的一種模式操作，該模式確定每個(gè)排氣門在專用EGR汽缸組的排氣沖程期間何時(shí)打開且打開多久。作為一個(gè)示例，在低負(fù)荷和/或低升壓狀態(tài)期間，專用EGR汽缸可以通過第一模式來操作，使得熱EGR被傳送到后壓縮機(jī)位置處的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，其中在第一模式下僅在排氣沖程期間打開第一排氣門。然后，在高負(fù)荷和/或高升壓狀態(tài)期間，專用EGR汽缸可以通過第二模式來操作，其中在第二模式下僅在排氣沖程期間打開第二排氣門且冷卻的EGR被傳送到前壓縮機(jī)位置處的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。相比之下，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)和催化劑加熱狀態(tài)期間，或當(dāng)不需要發(fā)動(dòng)機(jī)充氣稀釋時(shí)，專用EGR汽缸可以通過第三模式來操作，以將熱排氣傳送到排氣催化劑的同時(shí)繞過發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，其中在第三模式下僅在排氣沖程期間打開第三排氣門。在更進(jìn)一步的示例中，可以調(diào)整每個(gè)排氣門的正時(shí)，使得它們根據(jù)不同程度的重疊(例如，僅部分重疊)來操作。
[0008]以此方式，來自專用EGR汽缸組的EGR傳送的位置可以隨著升壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的工況變化而變化。通過基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和升壓狀態(tài)而允許將EGR選擇性地傳送到前壓縮機(jī)位置和/或后壓縮機(jī)位置，可以減少在節(jié)氣門位置的瞬態(tài)變化期間的燃燒穩(wěn)定性問題和EGR誤差。通過在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和較高的EGR率下將EGR引進(jìn)至前壓縮機(jī)位置，在EGR汽缸對汽缸平衡被改善的同時(shí)還通過增壓空氣冷卻器提供附加的EGR冷卻。此外，壓縮機(jī)喘振風(fēng)險(xiǎn)被降低。通過基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況改變EGR傳送位置，在那些狀態(tài)下要求EGR的位置和EGR被引進(jìn)的位置之間的差異被降低，從而減小了產(chǎn)生的EGR傳送誤差量并且降低了歧管填充時(shí)間。因此，這減小了 EGR處于錯(cuò)誤水平的可能性。此外，該方法允許以減小的速率來同時(shí)獲取冷卻的和未冷卻的EGR以及一些排氣流到催化劑用于點(diǎn)火維護(hù)。通過調(diào)整專用EGR汽缸組的多個(gè)排氣門的打開，排氣沖程的沖放部分可以被利用，用于提高EGR驅(qū)動(dòng)能力。進(jìn)一步地，排氣可以被路由至預(yù)渦輪位置，用于提高渦輪增壓器性能。同樣地，對于較大濃度的未燃燒的或部分燃燒的烴，排氣口可以被調(diào)整以利用排氣沖程的掃氣部分，用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)中的EGR容限。通過減小在瞬變期間的EGR誤差，提高了升壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能，甚至在高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣稀釋的情況下。
[0009]應(yīng)當(dāng)理解，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供從而通過簡化的形式來引入概念的選擇，這些概念將被進(jìn)一步描述在【具體實(shí)施方式】中。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍通過【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0010]當(dāng)單獨(dú)或與附圖結(jié)合時(shí)，通過閱讀在此被稱為【具體實(shí)施方式】的示例實(shí)施例將更全面地理解本文描述的優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0011]圖1是包括給予汽缸組的專用EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2示出處于不同操作模式下的給予汽缸組的專用EGR的多個(gè)排氣門的示意性描述。
[0013]圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的示意性描述。
[0014]圖4示出基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況用于調(diào)整專用EGR汽缸組的排氣門操作以改變EGR流動(dòng)的示例方法。
[0015]圖5示出響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化，在專用EGR汽缸組的不同操作模式之間轉(zhuǎn)換的示例程序。
[0016]圖6示出列出專用EGR汽缸組的各種操作模式的表。
[0017]圖7-8示出專用EGR汽缸組在不同操作模式期間的示例排氣門正時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本描述涉及通過高度稀釋的汽缸混合物來操作的發(fā)動(dòng)機(jī)上的EGR控制，諸如，圖1-3的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)?？梢允褂米鳛槿紵杖蓟旌衔锏母碑a(chǎn)品的再循環(huán)的排氣(EGR)來稀釋發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸混合物。發(fā)動(dòng)機(jī)的專用EGR汽缸(或汽缸組)可以配置有多個(gè)排氣門。每個(gè)排氣門的打開經(jīng)由凸輪廓線變換機(jī)構(gòu)來控制，使得在某時(shí)打開的排氣門的數(shù)量和標(biāo)識以及排氣門打開的持續(xù)時(shí)間能夠隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況而變化?？刂破骺梢越?jīng)配置以執(zhí)行控制程序(諸如圖4的程序)，以基于EGR需求選擇性地打開多個(gè)排氣門，從而使EGR傳送的位置和傳送率變化。例如，控制器可以通過多種模式(圖2和圖6)中的一種模式來操作專用EGR汽缸組，且隨著工況的改變在多種模式(圖5)之間轉(zhuǎn)換以改變前壓縮機(jī)、后壓縮機(jī)和排氣催化劑位置之間的EGR傳送的位置。參考圖7-8，其示出用于升壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的EGR控制的示例排氣門調(diào)整。
[0019]圖1示意性示出包括具有四個(gè)汽缸(1-4)的發(fā)動(dòng)機(jī)10的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的方面。如本文所闡述的，四個(gè)汽缸被安排為由專用EGR汽缸4組成的第一汽缸組18和由非專用EGR汽缸1-3組成的第二汽缸組17。參考圖3，其提供了發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)燃燒室的詳細(xì)描述。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可以被耦接在車輛中，諸如，被配置為用于道路行駛的客運(yùn)車輛。
[0020]在所描述的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是被耦接到渦輪增壓器13的升壓發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪增壓器13包括由渦輪76驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)74。具體地，新鮮空氣沿進(jìn)氣通道42經(jīng)由空氣凈化器53被引入發(fā)動(dòng)機(jī)10且流至壓縮機(jī)74。通過調(diào)整進(jìn)氣節(jié)氣門20，可以至少部分控制通過進(jìn)氣空氣通道42進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)的周圍空氣的流動(dòng)速率。壓縮機(jī)74可以是任何合適的進(jìn)氣空氣壓縮機(jī)，諸如，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的或驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械增壓器壓縮機(jī)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10中，壓縮機(jī)是經(jīng)由軸19機(jī)械耦接至渦輪76的渦輪增壓器壓縮機(jī)，通過使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣膨脹從而驅(qū)動(dòng)渦輪76。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)和渦輪可以被耦接在雙渦流渦輪增壓器內(nèi)。在另一個(gè)示例中，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪幾何結(jié)構(gòu)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速主動(dòng)地進(jìn)行變化。
[0021]如圖1所示，壓縮機(jī)74通過增壓空氣冷卻器(CAC)78耦接至進(jìn)氣節(jié)氣門20。CAC78可以被整合到進(jìn)氣歧管25中，從而允許將升壓發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸縮小。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以按照第一配置(配置A)來制造，其中CAC未被整合。替代地，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以按照第二配置(配置B)來制造，其中CAC被整合。如參考圖6的表所闡述的，每個(gè)配置可以通過三種操作模式中的一種操作模式來操作，其中實(shí)現(xiàn)了不同的ΗΡ-EGR或LP-EGR的益處。
[0022]進(jìn)氣節(jié)氣門20被耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管25。來自壓縮機(jī)的壓縮的增壓空氣流過增壓空氣冷卻器和節(jié)氣門到進(jìn)氣歧管。例如，增壓空氣冷卻器可以是空氣對空氣或空氣對水的熱交換器。在圖1示出的實(shí)施例中，進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣充氣的壓力由歧管空氣壓力(MAP)傳感器24感測。壓縮機(jī)旁通閥(未示出)可以被串聯(lián)耦接在壓縮機(jī)74的入口和出口之間。壓縮機(jī)旁通閥可以是常閉閥，該常閉閥經(jīng)配置在選定工況下打開以緩解過量升壓壓力。例如，壓縮機(jī)旁通閥可以在減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)期間打開以避免壓縮機(jī)喘振。
[0023]進(jìn)氣歧管25通過一系列進(jìn)氣門被耦接至一系列燃燒室30(見圖3)。燃燒室經(jīng)由一些列排氣門被進(jìn)一步耦接至排氣歧管36(見圖3)。每個(gè)汽缸30可以通過一個(gè)或多個(gè)氣門來使用(service)。