用于增压控制的系统和方法
【技术领域】
[0001]本说明书涉及用于提高发动机系统的增压控制的系统和方法，该发动机系统配置有用于将外部EGR提供给其他发动机汽缸的唯一汽缸。
【背景技术】
[0002]发动机可以被配置有排气再循环(EGR)系统以便将来自发动机排气歧管的至少一些排气转移到发动机进气歧管。通过提供期望的发动机稀释，这种系统减少发动机爆震、节流损失以及N0X排放。此外，可提高燃料经济性，尤其是在更高水平的发动机增压下。
[0003]发动机也已经被配置有唯一汽缸(或汽缸组)，其专用于向其他发动机汽缸提供外部EGR。此外，内燃发动机通常包含涡轮增压器组装件。涡轮增压器组装件使用排气流以使涡轮旋转，其进而驱动压缩被供应给进气歧管的燃烧空气的压缩机。当来自内燃发动机的预定数量的汽缸的排气出于EGR目的被专用于进气歧管由此绕过涡轮增压器组装件时，可用于涡轮增压器的涡轮的排气的流速减小，这减小了内燃发动机的最大功率输出。此外，发动机可能经受到涡轮迟滞。
[0004]该增压问题在其中被解决的专用EGR汽缸系统的一个示例由Hayman等人在美国专利8，539，768中示出。在其中，涡轮增压器组装件包含旁通阀选择性地将专用EGR汽缸组耦接到排气涡轮的旁通阀。在要求更高增压的情况期间，旁通阀可以被打开从而来自专用EGR汽缸的排气可以与来自剩余发动机汽缸的排气联合使用以使排气涡轮旋转。对比之下，在增压需求较低的情况期间，旁通阀可以被关闭从而来自专用EGR汽缸的排气仅被用于EGR目的并且只有来自剩余发动机汽缸的排气被用于使排气涡轮旋转。在又一些其他的发动机系统中，涡轮迟滞可以通过使用吹过一个或更多汽缸的空气来解决，该一个或更多汽缸通过气门重叠进行运转。通过同时调整(比如，充盈)通过气门重叠运转的汽缸的供油，被输送到涡轮的增压空气的量和温度可以被提高，由此促进涡轮加快旋转。
【发明内容】
[0005]但是，本发明人在此已经认识到此类方法的潜在问题。作为示例，在以直吹模式运转的发动机系统内，排气催化剂上方的直吹空气的最终流会导致催化剂效率下降和排气排放问题。作为另一示例，在以将专用EGR汽缸组选择性地耦接到排气涡轮的旁通阀来运转的发动机系统内，EGR的使用被局限于增压需求低的情况。换句话说，由于来自专用汽缸组的排气可以出于EGR的目的被按照制定路线输送或者出于涡轮旋转加速的目的被按照制定路线输送，所以高EGR可用性和高增压可用性可能是相互排斥的。因此，在更高的发动机增压水平下可能期望EGR来提高燃料经济性并且减少N0X排放。
[0006]在一个示例中，上述问题可以通过一种用于发动机的方法而被至少部分解决，该方法包括:以富汽缸燃烧和比剩余发动机汽缸更多的直吹空气来运转专用EGR汽缸组，专用EGR汽缸组通过第一涡轮将排气再循环到发动机进气，第一涡轮区别于从剩余发动机汽缸接收排气的第二涡轮。用这种方式，可以在专用EGR汽缸组下游的涡轮处产生放热，并且可以加快增压形成。
[0007]作为示例，在来自多汽缸发动机的专用EGR(DEGR)汽缸组的排气被再循环到所有发动机汽缸之前，该排气可以穿过水煤气变换(WGS)催化剂并且之后通过第一较小的排气涡轮。相比之下，来自剩余发动机汽缸的排气在通过排气管被释放之前穿过第二较大涡轮。可以使DEGR汽缸组的供油在发动机燃烧稳定性受限的工况期间被变富，从而WGS催化剂可以产生富氢排气以便再循环到发动机。第一涡轮可以驱动第一较小的压缩机，该第一较小的压缩机被定位在第二较大压缩机的上游，第二压缩机由第二涡轮驱动。
[0008]响应于操作者踩加速器踏板事件，被输送到DEGR汽缸组的直吹空气量可以被选择性地增加。具体地，可变凸轮正时设备可以被致动，例如通过更快致动的电动凸轮相位器，以便仅将DEGR汽缸组的进气门和排气门的正时调整到提供增加的正进气气门到排气气门重叠(比如，完全气门重叠)的正时。同时，DEGR汽缸组的供油可以根据直吹空气量来调整以便提供全面充分的燃烧。可替换地，一个或更多后燃料喷射可以被添加(比如，在给定燃烧事件的排气冲程中)。富程度可以根据与踩加速器踏板时的增压压力(或涡轮转速)相关的增压需求来调整。这样，放热在第一涡轮处被产生，进而促进涡轮加速旋转。通过加速旋转第一涡轮，由第一和第二压缩机提供的增压可以被增加，进而减小涡轮迟滞。可以继续以增加的直吹空气和增加的富燃烧运转DEGR汽缸，直到第一涡轮被充分地加速旋转，或者增压压力足够高。之后，直吹空气量可以被降低并且DEGR汽缸组供油可以根据包含EGR需求和燃烧稳定性的发动机工况来调整。
[0009]用这种方式，提供发动机配置，其中输送给专用EGR汽缸组的直吹空气可以被选择性地并且瞬时增加。通过同时使用富燃料喷射，可以在DEGR汽缸组的下游的涡轮处生成放热，进而促进增压压力形成。因为来自DEGR汽缸组的排气被输送到发动机进气，而不是发动机排气，所以直吹空气并没有减弱排气催化剂效率，由此避免了在其他方面与直吹空气的使用相关的排放问题。通过使用来自专用EGR汽缸组的排气能量来运转专用涡轮，来自专用汽缸组的排气能量能够被有效地捕获以便产生增压，即使是在较低的发动机转速下。此外，较小的涡轮可以被用来减小涡轮迟滞。使用较小的涡轮叶轮导致较少的惯性，由此允许将被更快实现的最大增压输出。
[0010]而且，涡轮增压器两端的排气温度的减小导致被再循环的较低温度的EGR，这有利于减缓燃烧以及控制吸收EGR的汽缸上的爆震。通过使用来自专用EGR汽缸的富排气来加速旋转较小的涡轮，同时使用来自剩余发动机汽缸的理想配比排气来加速旋转较大的涡轮，在踩加速器踏板期间能够减小涡轮迟滞。在排气流过第一涡轮之后，通过将来自专用EGR汽缸的富排气再循环到剩余发动机汽缸，即使是在更高的增压水平期间EGR也能够被提供给发动机而不降低燃烧稳定性。总的来说，涡轮迟滞能够被快速减小而不影响发动机排气排放。
[0011]应该理解的是，以上内容被提供以便用简化的形式引入选择的概念，这些概念将在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围将由【具体实施方式】之后的权利要求书唯一限定。而且，所要求保护的主题不局限于解决上文或本公开任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0012]当被单独拿出或参考附图时，通过阅读在此被称为【具体实施方式】的实施例的示例，将更加全面地理解本文所述的优点，在附图中:
[0013]图1是包含专用EGR捐献(donating)汽缸组的增压的发动机系统的示意图。
[0014]图2是发动机的燃烧室的示意性描述。
[0015]图3示出选择性地增加直吹空气到专用EGR汽缸组的输送以减小涡轮迟滞的示例方法。
[0016]图4示出在不同发动机运转工况下应用的专用EGR汽缸组的示例空气和燃料样式。
[0017]图5示出用于调整发动机汽缸的供油以实现增压控制的示例方法。
[0018]图6示出到发动机系统的专用和非专用EGR汽缸的示例供油调整以便于增压控制。
【具体实施方式】
[0019]本说明书涉及对以高度稀释的汽缸混合物进行运转的发动机(例如图1-2中的发动机系统)的增压控制。发动机汽缸混合物可以使用再循环排气(EGR)来稀释，再循环排气是燃烧空燃混合物的副产品。控制器可以被配置以执行控制程序(例如图3中的程序)，以响应于增压需求的增加，用富燃料燃烧和增加的直吹空气来运转专用EGR汽缸组。图4中示出可以被应用到专用EGR汽缸组的示例空燃样式。控制器也可以执行诸如图5中的程序的程序，以便在诸如踩加速器踏板事件期间响应于增压需求的增加来调整专用EGR汽缸组的燃烧的目标空燃比，从而促进涡轮加速旋转。用这种方式，涡轮迟滞能够在继续在高增压工况下提供EGR的同时被解决。用于增压控制的示例供油和空燃比调整参考图6被示出。
[0020]图1示意性地示出示例发动机系统100的方面，示例发动机系统100包含具有四个汽缸(1-4)的发动机10。如在本文中详述的，四个汽缸被布置成由非专用EGR汽缸1-3组成的第一汽缸组17和由专用EGR汽缸4组成的第二汽缸组18。参考图2提供发动机10的每个燃烧室的具体描述。发动机系统100可以被耦接在车辆内，例如被配置以便于公路行驶的乘客车辆。
[0021]在所描述的实施例中，发动机10是被耦接到第一较小涡轮增压器113和第二较大涡轮增压器13的增压发动机。具体地，第一涡轮增压器113包含由第一较小涡轮176驱动的第一较小压缩机174。具体地，新鲜空气沿着进气道142经由空气净化器63被引进发动机10内，并且流到压缩机174。在一些实施例中，通过进气空气通道142进入进气系统的环境空气的流速能够通过调整被定位在压缩机174上游的空气进气系统节气门(未显示)来至少部分地控制。压缩机174可以是任何合适的进气-空气压缩机，例如电机驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10内，压缩机是通过轴119机械耦接到涡轮176的涡轮增压器压缩机，涡轮176由从专用汽缸组18 (在此为汽缸4)唯一地释放的膨胀发动机排气驱动。如在本文中详述的，通过调整专用汽缸组18的燃烧空燃比，被导向通过第一涡轮176的排气的温度和空燃比可以响应于增压需求的改变而变化，以减小涡轮迟滞。
[0022]第二涡轮增压器13包含由第二较大涡轮76驱动的第二较大压缩机74。具体地，新鲜空气沿着进气道42经由空气净化器53被引入到发动机10内，并且流到压缩机174。通过进气空气通道42进入进气系统内的环境空气的流速能够通过调整进气节气门20而被至少部分地控制。而且，可以在压缩机74上游的进气道42中提供额外的导通系统进气节气门(未显示)。用这种方式，进气通42和142包括发动机的进气系统的平行空气进气分支。压缩机74可以是任何合适的进气-空气压缩机，例如电机驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机是通过轴19机械耦接到涡轮76的涡轮增压器压缩机，涡轮76由从非专用汽缸组17 (在此为汽缸1-3)唯一地释放的膨胀发动机排气驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被耦接在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何可根据发动机转速主动变化。
[0023]如图1所示，压缩机74通过增压空气冷却器78与进气节气门20耦接。进气节气门20被耦接到发动机进气歧管25。压缩空气充气从压缩机流过增压空气冷却器和节气门气门到达进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气到空气或空气到水热交换器。在图1所示的实施例中，进气歧管内空气充气的压力被歧管空气压力(MAP)传感器124感测。通过进气道42在进气歧管内接收的空气充气的流速可以被歧管空气流(MAF)传感器55感测。压缩机旁通阀(未显示)可以被串联地耦接在压缩机74的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是被配置为在选定工况下打开以释放过多的增压压力的常闭阀。例如，压缩机旁通阀可以在降低发动机转速的工况期间被打开以避免压缩机喘振。
[0024]进气歧管25通过一系列进气门耦接到一系列燃烧室30(见图2)。燃烧室通过一系列排气门被进一步耦接到排气歧管36 (见图2)。在所描述的实施例中，排气歧管36包含多个排气歧管部分以便使来自不同燃烧室的废气被导向到发动机系统内的不同位置。特别地，来自第一汽缸组17(汽缸1-3)的废气在由排放控制设备170的排气催化剂处理之前被导向通过排气歧管36的较大涡轮76。相比之下，来自第二气缸组18(汽缸4)的排气在经由排气气体再循环(