用于专用排放气体再循环和控制的系统及方法
【专利说明】用于专用排放气体再循环和控制的系统及方法
[0001]相关文献的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年I月18日提交的第13/744，928号美国专利申请的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及内燃机中的排放气体再循环，更具体地，涉及通过一个或多个低压排放气体再循环回路使来自具有可控排放气体再循环率的一个或多个专用汽缸的排放气体再循环的系统及方法。
【背景技术】
[0004]由内燃机产生的污染空气的有毒氮氧化物(NOx)是不期望的，并且在一些情况中受到政府部门所建立的条例的控制。此外，火花点火发动机中显示出称作“爆震”的异常燃烧现象，当未燃区的燃烧反应在均质燃烧过程前的传播火焰到达之前发起迅速的不受控制的燃烧时，异常燃烧现象发生。一种用于控制爆震的方法包括通过以下方法增加火焰传播速度，例如，通过提高混合物均匀度或者通过增加由规律的气流运动所引发的湍流级。
[0005]一种用于限制或控制发动机燃烧温度从而减少NOx排放的技术已经可将部分排放气体再循环至发动机进气口，从而降低进入空气中的含氧量。这降低了进入气体的燃烧温度，并且由于较低的火焰温度转而降低了燃烧过程中形成的NOx的量。为了再循环排放气体，提供了将排气歧管连接至进气供应线的排放气体再循环线(EGR)。
[0006]用于增加火焰传播速度以解决爆震的技术是，具有专用于向发动机进气口提供EGR流的一个或多个汽缸。当EGR线与一个或多个专用汽缸相连接时，发动机用作驱动EGR流的正排量泵，以消除将排放气体传输至进气系统过程中的泵送损失，并且允许实现不含氮氧排放物的各种发动机。另外，由于来自专用汽缸的排放气体未离开发动机，专用汽缸具有可替代的燃烧过程，诸如在充足的燃烧条件下运行专用汽缸，以产生如氢的有利物质。此夕卜，不需要具有可变几何尺寸的涡轮增压器来驱动EGR流，以便满足目标空气-燃料比。
[0007]当利用作为专用EGR汽缸的一个或多个汽缸进行操作的发动机偏向于极度简化的控制装置和压力处理装置、较少的硬件、和其他益处时，这些简化造成的代价是损失对系统的控制，包括损失对EGR率的控制。当标称汽缸专用于提供EGR、以及应用标准燃料和控制装置时，由汽缸提供的EGR比率限制于EGR汽缸的数量与汽缸的总数的简单比率。例如，如果所有发动机以同样的方式操作，具有专用于EGR的一个汽缸和总共四个汽缸的发动机将以25 %的EGR率进行操作。然而，当所有的汽缸保持相同的操作时，迄今为止还未实现使所获得的EGR比不同于由专用汽缸所提供的EGR比。
[0008]因此，问题在于，在各种发动机操作条件下获得EGR流与进入空气流的适当混合，同时实现发动机汽缸内EGR流的分配。因此，需要提高使用专用于提供EGR流的一个或多个发动机汽缸的系统中的EGR流的系统、方法和装置。
【发明内容】
[0009]各实施方式包括用于排放气体再循环的独特的系统和方法。所述系统和方法包括专用排放气体再循环系统，其用于在燃烧之前使从发动机的至少一个专用汽缸流入空气进入系统的排放气体进行再循环。该系统和方法还包括低压排放气体再循环系统，其允许相对于由专用排放气体再循环系统所提供的EGR率对排放气体再循环率进行控制。通过以下描述和附图，本发明的其他实施方式、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得更明显。
【附图说明】
[0010]图1为内燃机系统的示意图，该内燃机被配置成提供来自一个或多个专用汽缸的专用EGR流和来自一个或多个非专用汽缸的低压EGR流，以改变专用EGR率。
[0011]图2为用于控制EGR率的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]为了促进对本发明原理的理解，以下将参照附图中所示的实施方式并将使用具体语言对这些实施方式进行描述。然而，应理解，这并非旨在限制本发明的范围，本文中预期了所示实施方式中的任何替代和进一步的修改以及与本发明相关的领域的技术人员通常会想到的如本文中描述的本发明原理的任何其他应用。
[0013]参照图1，以示意图形式示出了用于控制EGR流的系统20。所示系统20具有发动机30，发动机30具有通过专用EGR系统或回路21和低压EGR系统或回路41连接的进气和排气系统。发动机30为任何类型的内燃机，并且可包括化学计量比发动机、汽油发动机、酒精发动机(例如乙醇或甲醇)或天然气发动机。在某些实施方式中，发动机30包括诸如稀燃汽油机、稀燃酒精发动机、稀燃天然气发动机、或柴油循环发动机的稀燃发动机。在某些实施方式中，发动机30可为产生排放物的任何类型的发动机，其可用于排放气体再循环(EGR)系统中，例如，以减小爆震并且降低从发动机30排放的NOx。在所述实施方式中，发动机30包括直线布置的六个汽缸30a-30f。但是，汽缸的数量可为任何值，并且汽缸的布置可为任何布置，而不局限于图1所示的数量和布置。
[0014]发动机30包括至少一个专用EGR汽缸30a，其余的汽缸30b_30f不专用于EGR。虽然图1仅示出了一个专用EGR汽缸30a，但是两个或更多的专用EGR汽缸也是可设想到的。本文所用的术语“专用EGR”应当广义地理解。至少在某些操作条件中，其中某专用汽缸的总排放输出再循环至发动机进气口的任何EGR布置为专用EGR布置。在系统20中，来自专用汽缸的排放气体在发动机30的进气歧管28的上游与吸入气体进行再循环和结合。再循环的排放气体可在混合位置24的混合器(未示出)处或者通过其他布置与吸入气体结合。在某些实施方式中，再循环的排放气体直接返回至进气歧管28。图1的专用EGR系统21可为高压回路或系统或者低压回路，例如，高压回路或系统可通过使专用EGR汽缸30a的排气返回至所示压缩机50下游位置的进气口来加以实现，而低压回路可通过使所述排气返回至压缩机下游位置的进气口来加以实现。
[0015]发动机30包括至少部分地限定汽缸30a_30f的发动机组70。活塞(未示出)可以可滑动地设置在每个汽缸30a-30f内，以便在上止点位置和下止点位置间往复运动，而汽缸盖(未示出)可与每个汽缸30a-30f相连。汽缸30a-30f的每一个、其各自的活塞、和汽缸盖构成燃烧室。在所述实施方式中，发动机30包括6个这样的燃烧室。然而，可设想的是，发动机30可包括数量更多或更少的汽缸和燃烧室，并且这些汽缸和燃烧室可被设置成“直线”配置、“V”配置、或其他合适的配置。
[0016]在一种实施方式中，发动机30为四冲程发动机。也就是说，对于每个完整的发动机循环(即对于每两次完整的机轴旋转)，每个汽缸30a-30f的活塞都通过进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程或动力冲程、以及排气冲程进行运动。因此，在用于示出的六汽缸发动机的每个完整循环期间具有六个冲程，在冲程期间，空气从进气歧管供应管道26被吸入各个燃烧室中。在所述实施方式中，排放气体在五个冲程期间从各个汽缸30b-30f排至排气管道34，并且在一个排气冲程期间从汽缸30a排至再循环排放气体供应管道40，以提供约为16%的专用EGR率。这些冲程与各个系统内的空气和排气的脉动相对应。应理解的是，其他专用EGR率也是可以设想的。例如，具有两个专用EGR汽缸的布置提供了 33%的专用EGR率，而具有单个专用汽缸的四汽缸