二次空气与直吹空气输送的协调的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及通过增压内燃发动机中的二次空气喷射与直吹空气的协调以改进涡轮延迟以及提高转矩输出的方法和系统。
【背景技术】
[0002]相比于相似功率的自然进气式发动机，增压式发动机可提供更高的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬时条件期间，增压式发动机的功率、燃料效率以及排放-控制性能可受到损害。这种瞬时条件可包括快速地增加或减少发动机负载、发动机转速或空气质量流量。例如，当发动机负载快速地增加时，涡轮增压器压缩机可需要增大的转矩以输送增大的空气流量。如果驱动该压缩机的涡轮没有完全地加速自旋(spun up)，那么该转矩是达不到的。因此，在进气流量达到需要的等级之前可能发生不期望的功率延迟。
[0003]以前已经认识到，涡轮增压发动机系统可适用于提供“直吹”(blow through)空气，其中，增压进气从压缩机下游的进气歧管被驱动，穿过发动机汽缸(可为多个汽缸)以及进入涡轮机上游的排气歧管。例如，可暂时地调节可变凸轮正时(VCT)系统以提供高气门重叠。在正气门重叠期间，增压空气被引导穿过汽缸进入涡轮机以暂时地在排气中提供额外的质量流量和焓。额外的涡轮机能量使涡轮能够更快的加速自旋，从而减少涡轮延迟。
【发明内容】
[0004]然而，本文的发明人已经确定了这种方法存在的潜在问题。例如，为了提供直吹，发动机不得不处于正栗送状态中(即，在增压式发动机操作下)，否则涡轮增压器性能可能降级。此外，在直吹期间，可能以高火花延迟运行发动机以便为排气提供额外的能量以增加涡轮机转速和增压。然而，通过高水平的火花延迟运行发动机可造成燃烧的发生晚于立即的转矩输出所需的最佳正时。
[0005]因此，可通过用于涡轮增压发动机的方法解决至少一些上述问题，该方法包括:将压缩空气从由连接至发动机的排气道的涡轮机驱动的压缩机通过节气门供应至发动机；以及在节气门的给油(tip-1n)期间，通过在第一操作模式期间输送环境空气至涡轮机和在第二操作模式期间将一部分压缩空气在没有燃烧的情况下直吹通过发动机至涡轮机来减少涡轮延迟。
[0006]作为一个实例，响应于给油，可使用二次空气栗将二次空气输送进入涡轮机上游的排气排气歧管。与此同时，可提供加浓以产生高水平的发动机排出的一氧化碳(C0)、氢气(?)和碳氢化合物，以与排气中的二次空气发生反应。因此，排气的质量和焓可被增加，可利用增加的排气的质量和焓将涡轮机的转速增加至期望的转速。此外，由于涡轮机转速的增加，增压压力可被增加。在达到对于直吹而言可获得充足增压的阈值增压压力下，发动机操作可转换到提供直吹。即，可停止二次空气喷射并且利用直吹在排气中提供额外的空气。
[0007]在一些实例中，在达到阈值增压压力下，可减少二次空气喷射量，并且可同时增加直吹空气量，直到二次空气喷射量减小到阈值量以下为止，在此之后可仅通过直吹操作发动机，直到达到期望的涡轮机转速为止。
[0008]通过在给油期间提早地提供二次空气喷射，可产生用于直吹的充足增压。因此，涡轮增压器性能可被提高。进一步地，在给油初始部分期间利用二次空气喷射可允许在汽缸中的更高的捕获质量(因为对于额外的排气能量而言，在所需的排气中的额外的空气由二次空气栗而非涡轮增压器提供)。因此，初始转矩输出可被提高。此外，通过在给油初始部分期间利用二次空气喷射，可调节气门正时来增加初始转矩输出。更进一步地，通过转换发动机操作以在达到充足增压之后额外地或可替代地提供直吹，可减少涡轮机达到期望转速所需的时间，从而减少涡轮延迟。以这种方式，可在给油期间协调二次空气喷射和直吹以加快涡轮加速自旋以及提高初始转矩输出。
[0009]应当理解的是，提供以上内容以便以简化的形式引入一部分概念，这些概念将在详细的说明书中进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围唯一地由跟随详细的说明书的权利要求限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决在上文或本公开任意部分记载的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]图1示出了发动机系统的示意图。
[0011]图2示出了图1的发动机系统的一个汽缸的示意图。
[0012]图3示出了可用于在给油期间协调二次空气喷射与直吹以减少涡轮延迟而实施的程序的高级流程图。
[0013]图4示出了用于提供二次空气喷射以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
[0014]图5示出了可用于提供直吹以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
[0015]图6示出了可用于增加直吹量同时减少二次空气喷射量以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
[0016]图7示出了根据本公开的二次空气与直吹空气调节以减少涡轮延迟的实例。
【具体实施方式】
[0017]提供了在车辆发动机中用于减少涡轮延迟的方法和系统，例如图1至图2示出的发动机系统。在给油期间，可协调二次空气喷射和直吹以加快涡轮机旋转至期望转速，以及增加初始转矩输出。控制器可被构造成执行控制程序，例如图3至图6的实例程序，以确定在给油期间可执行的发动机操作类型，以及基于操作模式的类型调节发动机操作。在图7中描述了二次空气喷射和直吹调节的实例。
[0018]图1示出了车辆系统106的示意图。车辆系统106包括发动机系统108，发动机系统108包括连接至排放控制系统122的发动机100。发动机100包括多个汽缸14。发动机100还包括进气道123和排气道125。进气道123可通过进气通道142接收来自大气的新鲜空气。可通过空气滤清器191过滤进入进气通道142的空气。进气通道142可包括定位在进气压缩机152和进气增压空气冷却器184下游的进气节气门164。进气节气门164可被构造成调节进入发动机进气歧管146的进气(例如，增压的进气)流量。排气道125包括通向排气通道145的排气歧管148，排气通道145将排气通过排气管135输送至大气。
[0019]发动机100可为包括例如涡轮增压器161的增压装置的增压式发动机。涡轮增压器161可包括沿进气通道142布置的进气压缩机152和沿排气通道145布置的排气涡轮机154。压缩机152可通过轴180至少部分地由涡轮机154驱动。涡轮增压器提供的增压的量可通过发动机控制器改变。由废气旁通阀165控制的涡轮机旁通通道163可跨接在排气涡轮机两端以使流动通过排气通道145的一些或全部的排气能够绕过涡轮机154。通过调节废气旁通阀的位置，可改变输送通过涡轮机的排气的量，从而改变输送至发动机进气道的增压的量。
[0020]在进一步的实施例中，由旁通阀(未示出)控制的相似的旁通通道可跨接在进气压缩机两端以使由压缩机152压缩的一些或全部进气能够再循环进入压缩机152上游的进气通道142。通过调节压缩机旁通阀的位置，可在选定条件期间释放进气系统中的压力，以减少压缩机喘振负载的影响。
[0021]可在进气通道中的压缩机152下游设置可选的增压空气冷却器184，用来降低由涡轮增压器压缩的进气空气的温度。具体地，可在进气节气门164的上游设置后冷却器184或将后冷却器184与进气歧管144整合为一体。
[0022]连接至排气通道145的排放控制系统122包括排放控制装置178。在一个实例中，排放控制装置178可包括多个催化剂块。在另一个实施例中，可使用多个排放控制装置，每个排放控制装置都带有多个块。在一个实例中，排放控制装置178可为三效催化剂。在其他实例中，排放控制装置178可为氧化催化剂、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)装置，颗粒过滤器，或其他排气处理装置。尽管在本文描述的实施例中排放控制装置178布置在涡轮机154的下游，但是在其他的实施例中，排放控制装置178可布置在涡轮增压器涡轮机上游或在不背离本公开的范围的情况下在发动机排气通道中的另一位置。
[0023]在一些实例中，车辆系统106可进一步包括低压EGR(LP-EGR)系统(未示出)。LP-EGR系统可包括将位于排气排放控制装置178下游的排气通道145与位于压缩机152上游的进气通道142连接的LP-EGR通道。在LP-EGR通道中可布置有EGR冷却器(未示出)和LP-EGR阀(未示出)，以分别将流动通过此处的排气冷却以及改变从排气通道通过LP-EGR系统再循环至进气通道的排气的量和/或速率。
[0024]在一些实例中(如所示出的)，车辆系统106可进一步包括高压EGR(HP-EGR)系统171。ΗΡ-EGR系统171包括将位于涡轮机154上游的排气通道145与位于压缩机152下游以及增压空气冷却器184和进气节气门164上游的空气进气通道142连接的EGR通道173。布置在EGR通道173中的EGR冷却器172将流动通过此处的排气冷却。位于EGR冷却器172的进气通道侧上的EGR通道173中的EGR阀179的位置可由控制器120调节，以改变从排气通道通过ΗΡ-EGR系统再循环至进气通道的排气的量和/速率。在一些实施例中，可在ΗΡ-ERG通道173中安置一个或多个传感器，用于提供再循环通过ΗΡ-EGR通道的排气的压力、温度以及空气-燃料比中的一个或多个的指示。
[0025]发动机100可至少部分地由包括控制器120的控制系统140以及来自车辆操作者经由输入装置(未示出)的输入而被控制。控制系统140被构造成接收来自多个传感器160 (本文所描述的各种实例)的信息并且发送控制信号至多个致动器181。例如，传感器160可包括连接至排气歧管148的排气氧传感器126、连接至进气歧管144的MAP传感器
121、排气催化剂温度传感器117、位于排气管135中的排放控制装置178上游的排气压力传感器119、排气温度传感器127以及位于排气管135中的排放控制装置178下游的排气压力传感器129。在排放控制装置178下游的排气通道145中可设置有各种排气传感器，例如颗粒物(PM)传感器、NOx传感器、氧传感器、氨气传感器，碳氢化合物传感器，等等。其他传感器，例如额外的压力、温度、空气/燃料比以及成分传感器，可连接至车辆系统106中的各个位置。如另一个实例，致动器181可包括燃料喷射器166、EGR阀159以及进气节气门164。其他的致动器，例如各种额外的阀和节气门，可连接至车辆系统106中的各个位置。控制器120可接受来自各种传感器的输入数据，处理该输入数据，以及响