用于egr控制的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于改善在配置有提供到其他发动机汽缸的外部EGR的专用汽缸组的发动机系统中的EGR瞬态的系统和方法。
【背景技术】
[0002]发动机可以被配置有排气再循环(EGR)系统，以从发动机排气歧管向发动机进气歧管转移至少一些排气。通过提供所需的发动机稀释，这种系统不但降低发动机爆震、节流损失、缸内热损失，还降低NOx排放。因此，燃料的经济性提高，特别是在发动机推进的高水平。发动机也已经配置专为其他汽缸提供外部的EGR的唯一的汽缸(或汽缸组)。其中，来自专用的汽缸组的所有排气都再循环到进气歧管。因此，在大多数操作条件下，允许大体上定额的EGR被提供到发动机汽缸。通过调节指定的EGR汽缸组的燃料(例如，充足运转)，EGR成分可以被改变成包括诸如提高发动机的EGR公差的氢的种类，并且致使燃料经济性的好处。
[0003]在当需要EGR降低时的情况期间，各种方法可以用于在这种专用的EGR系统中降低EGR速率。一个示例方法包括用于转移来自专用EGR汽缸的排气的一些或所有到排气位置的分流气门的使用。然而，分流气门的使用成本高昂。另外，它们会有耐久性问题。由Geckler等人在W02014005127中示出的另一个示例方法，在发动机冷启动条件和轻的发动机负载条件下，通过禁止对应的燃料喷射器来切断到专用EGR汽缸的燃料。在需要较少的发动机稀释的时候的条件下，通过切断到专用的EGR汽缸的燃料，EGR速率可以迅速降低。
【发明内容】
[0004]然而，发明者在此已经认识到上述方法的潜在问题。作为示例，专用的EGR汽缸的停用可能导致扭矩不均匀。例如，甚至在专用的EGR汽缸内燃料已经被切断后，由于歧管填充的延迟，会在发动机进气净化EGR中存在对应的延迟。因此，直到EGR已经充分地被抽取，并且由于来自专用EGR汽缸的丢失扭矩，剩余的发动机汽缸的扭矩输出会比需要的低。那么，当EGR已经在系统中使用时，更大量的新鲜空气会被接收在剩余的发动机汽缸中，导致剩余的发动机汽缸产生比期望更多的扭矩。在这两种情况中，EGR变化导致扭矩游离。仍作为另一个示例，在发动机冷启动条件下接收到的更大量的新鲜空气可以导致催化剂起燃的延迟。进一步，如果存在EGR需求突然增加，诸如由于踩加速器踏板到更高负载的情况，甚至在专用EGR汽缸的燃料喷射器已经再激活后，那么相同的歧管填充延迟可以引起EGR到期望的EGR速率的上升的延迟。因此，直到EGR已经上升到目标速率，都存在扭矩不均匀。
[0005]在一个示例中，可以通过一种用于发动机的方法至少部分解决上述问题，该方法包括:在发动机暖机条件下，停用配置为选择性地再循环排气到剩余的发动机缸的专用汽缸组；和调节剩余发动机汽缸的进气节气门和火花正时的一个或多个，从而首先增加进气节气门的开口，同时延迟火花正时，然后降低进气节气门的开口，同时提前火花正时，以维持总发动机输出扭矩。在该方法中，当来自专用EGR汽缸的EGR速率上升或下降时，遭受扭矩瞬态，并且当专用EGR汽缸再激活和停用时，扭矩瞬态会被降低。
[0006]作为一个示例，发动机系统可以配置有一个专用EGR汽缸，用于提供外部的EGR到所有的发动机汽缸。在选定的EGR需求低的情况下，诸如在发动机冷启动、在催化剂暖机、和/或在轻的发动机负载情况下，专用EGR汽缸可以选择性地被停用。例如，可以经由可停用的燃料喷射器切断到专用EGR汽缸的燃料。通过停用EGR汽缸，由汽缸提供的发动机稀释被降低。停用EGR汽缸也导致发动机输出扭矩最初减小。然后，随着进气歧管中使用的EGR被用尽且被取代为新鲜空气，发动机输出的扭矩增加。为了降低与EGR汽缸的停用有关的扭矩不均匀并确保EGR改变，在停用之前，每个进气节气门和火花正时可以被调节，以在预期的负扭矩瞬态之前，建立扭矩储备。具体地，在停用之前，进气节气门开口可以被增大，以增大到剩余的发动机汽缸的进气气流，同时从MBT延迟汽缸的火花正时，以便维持恒定的发动机扭矩(尽管气流增加)。在转换时，当专用EGR汽缸被停用时，火花正时可以提前到MBT，以增加扭矩和提供平滑的扭矩转换。具体地，净发动机扭矩被保持，即便汽缸停用。当EGR被从发动机系统抽取时，然后进一步调节被使用。具体地，当进气歧管中的EGR下降并且被新鲜空气代替时，进气节气门和火花正时可以被调节，以避免过量的扭矩。具体地，当进气EGR水平足够低，进起节气门开口会被减小(与EGR有关)，同时剩余的发动机汽缸的火花正时被延迟，以减小剩余发动机汽缸的汽缸扭矩的输出。因此，在汽缸停用期间，汽缸充气可以初始增加然后降低，以减小扭矩的不均匀。
[0007]当再激活条件被确定时，诸如当发动机和排气催化剂被充分暖机并且进一步根据来自车辆驾驶员的输入(诸如踏板输入、或传动齿轮改变输入)时，专用EGR汽缸可以再激活。类似的节气门和火花正时调节在专用EGR汽缸被再激活时(通过恢复专用EGR汽缸中的燃料和气门操作)，会被使用，以在重新激活期间减小扭矩瞬态的发生。例如，进气节气门开口(和由此汽缸充气)可以初始被降低，同时火花正时被延迟，以抵消(offset)来自额外的燃烧汽缸的扭矩增加，然后节气门开口会增加，同时火花正时向前返回到MBT。
[0008]按照这种方式，外部EGR可以通过激活或停用专用EGR汽缸而被改变，同时降低在激活或停用期间的扭矩不均匀。在停用专用EGR汽缸之前，通过调节所有剩余发动机汽缸的进气节气门位置和火花正时，扭矩储备可以被建立，以对抗在专用EGR汽缸停用的时候的预期的扭矩下降。通过随后根据在进气歧管处的EGR中的改变调节进气节气门位置和火花正时，可以避免当EGR被新鲜空气取代时预期的扭矩激增。具体地，非专用汽缸扭矩必须增加，以补偿专用汽缸的停用，但是随着EGR从系统被抽取，非专用汽缸扭矩被保持而非降低。随着EGR被抽取时，节气门也可以很少地被关闭，但是新鲜空气的质量和非专用汽缸扭矩输出保持大致恒定。因此，通过在专用EGR汽缸的停用期间首先增加汽缸充气，然后降低汽缸充气，在整个停用期间，发动机输出扭矩可以被保持。
[0009]同样地，在重新激活期间，非专用汽缸内的扭矩在专用EGR汽缸被激活时被降低，然后随着EGR被输送穿过感应系统，扭矩被保持。在此，通过在专用EGR汽缸的再激活期间首先减小汽缸进气，然后增加汽缸进气，发动机输出扭矩可以在整个再激活期间被保持。通过在EGR从专用EGR汽缸上升或下降的期间的情况时降低扭矩的不均匀，发动机性能被提尚O
[0010]应该理解，提供以上总结是为了以简化的形式引入在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定了所要求的主题的关键或基本特征，其范围由详细说明后的权利要求唯一确定。而且，所要求的主题不限于解决上面或本发明的任何部分提到的任何缺点的实施。
【附图说明】
[0011]通过在单独或参考附图时阅读在本文中称为【具体实施方式】的实施例的示例，将会完全理解本文描述的优势，其中:
[0012]图1是包括提供给汽缸组的专用EGR的发动机系统的示意图。
[0013]图2是发动机燃烧室的示意图。
[0014]图3-4示出用于调节发动机的操作以改变EGR速率，同时调节一个或多个致动器的操作以降低扭矩瞬态的示例方法。
[0015]图5示出在用于扭矩瞬态的专用EGR汽缸停用和重新激活期间，使用的火花和气门调节的示例。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及在操作具有高度稀释汽缸混合物的发动机上的EGR流控制，诸如图1-2的发动机系统。发动机汽缸混合物可以使用再循环的排气(EGR)被稀释，再循环的排气是燃烧的空燃混合物的副产物。控制器可以被配置为执行控制程序，诸如图3-4的程序，以响应于EGR需求的增加或降低调节专用EGR汽缸组的燃料供给。另外，控制器可以调节一个或多个发动机致动器，诸如火花正时和气门正时，同时改变来自专用EGR汽缸组的EGR流，以降低扭矩瞬态。参考图5示出了扭矩瞬态控制的调节的示例。
[0017]图1示意性地示出包括具有4个汽缸(1-4)的发动机10的示例性发动机系统100的各方面。如在此阐述，4个汽缸布置为，第一汽缸组17由非专用EGR汽缸1-3组成，且第二组汽缸18由专用EGR汽缸4组成。参考图2提供发动机10的每个燃烧室的详细说明。发动机系统100可以被连接在车辆内，诸如配置为道路运行的客车。
[0018]在描述的实施例中，发动机10是连接到涡轮增压器13的增压发动机，其中涡轮增压器13包括由涡轮76驱动的压缩机74。具体地，新鲜空气经由空气抽取器53沿进气通道42被引入发动机10并且流到压缩机74。通过进气空气通道42进入进气系统的环境空气的流速可以通过调节进气节气门20至少部分被控制。压缩机74可以是任何合适的进气压缩机，诸如电机驱动的或驱动轴驱动的增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机是经由轴19机械地连接到涡轮76的涡轮增压器压缩机，涡轮76通过扩大发动机排气被驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被连接在双涡旋涡轮增压器内，在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机转速的函数而主动地变化。
[0019]如图1所示，压缩机74通过增压空气冷却器78被连接到进气节气门20。进气节气门20被连接到发动机进气歧管25。来自压缩机的压缩进气流经增压空气冷却器和节气门到进气歧管。增压空气冷却器可以是例如空气-空气热交换器或空气-水热交换器。在图1中所示的实施例中，进气歧管内空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器24感应。压缩机旁通阀(未示出)可以被串联在压缩机74的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是正常的关闭阀，其配置为在选定的工况下打开，以释放过量的增压压力。例如，，压缩机旁通阀在降低发动机转速期间可以被打开以避免压缩机喘振。
[0020]进气歧管25通过一系列进气门连接到一系列燃烧室30(见图2)。燃烧室进一步经由一系列排气门连接到排气歧管36 (见图2)。在描述的实施例中，排气歧管36包括多个排气歧管部分，以使得来自不同的燃烧室的流体(effluent)被导向到发动机系统中的不同位置。具体地，来自第一汽缸组17(汽缸1-3)的流体在由排放控制装置170的排气催化剂处理之前，被导向通过排气歧管36的涡轮76。相比较，来自第二汽缸组18(汽缸4)的排气，经由通道50和排气催化剂70按路线返回进气歧管25。可替换地，来自第二汽缸组的排气的至少一部分经由气门65和通道56被引导到排气歧管48的祸轮76。通过调节气门65，可以改变从汽缸4引导到排气歧管的排气歧管相对于从汽缸4引导到进气歧管的比例。在一些不例中，气门65和通道56可以省略。
[0021]排气催化剂70被配置为水煤