用于排气再循环控制的系统和方法
【技术领域】
[0001]本描述涉及用于改善配置有专用汽缸组的发动机系统中的EGR控制的系统和方法，该专用汽缸组用于向其它发动机汽缸提供外部EGR。
【背景技术】
[0002]发动机可以配置有排气再循环(EGR)系统以使至少一些排气从发动机排气歧管转移至发动机进气歧管。通过提供期望的发动机充气稀释，这类系统可以减小发动机爆震、汽缸内热损失、节流损失以及NOx排放物。因此，燃料经济性被提高，尤其在较高水平的发动机升压下。然而，冷却的EGR由燃烧系统的能力限制以便当通过EGR稀释时维持可接受的稳定性和燃烧率。
[0003]此外，发动机已经配置有专用的单个汽缸(或汽缸组)，用于向其它发动机汽缸提供外部EGR。其中，仅来自专用汽缸组的排气被再循环至其余的发动机。因此，这允许基本固定量(例如，百分比)的EGR在大多数工况下被提供给发动机汽缸。通过调整专用EGR汽缸组的加燃料，EGR成分可以被改变。特别地，专用汽缸可以比化学计量更富的运转以产生更多可燃种类(诸如，氢和一氧化碳)，其中当可燃种类被重路由至发动机进气口时，能够增加EGR容限。因此，通过减小燃烧不稳定性和燃烧持续时间同时增加容许的EGR率，这进一步提高了来自EGR的燃料经济性益处。
[0004]Gingrich等人在美国专利20120204844中示出具有专用EGR汽缸能力的升压发动机系统的一个示例。其中，来自专用EGR汽缸的排气在增压空气冷却器上游和进气节气门上游的位置处与来自压缩机的升压空气混合，使得冷却的EGR可以被传送到发动机。
[0005]然而，本文发明人已经认识到这类专用EGR汽缸配置的潜在的问题。特别地，EGR可以在瞬变期间处于错误的水平。作为一个示例，如果存在突然增加转矩需求且随着EGR需求随后的下降而将节气门的位置改变到更大的打开位置，则由于具体的EGR传送位置，因此可以存在歧管填充延迟，这导致了多于期望的存留于歧管中的EGR残余(residual)。抽取EGR残余的长延迟可以导致升压发动机性能的下降。作为另一个示例，如果存在突然减小转矩需求且随着EGR需求的随之增加而将节气门的位置改变到更大的闭合位置，则由于EGR传送的位置和由此产生的歧管填充延迟，因此可以存在少于期望的EGR残余。使用EGR填充歧管的长延迟可以导致发动机性能的下降。在这两种情况下，还可能出现燃烧稳定性问题。虽然导流阀可以在不需要EGR的状态期间用于将来自专用EGR汽缸的部分或全部排气转移至排气位置，但使用导流阀除了遭受耐用性问题之外还可能具有高昂的成本。
【发明内容】
[0006]发明人在此已经认识到了这些以及问题且已经通过一种用于发动机的方法至少部分解决它们，该方法基于发动机工况允许将来自专用EGR汽缸的排气路由至多个位置。该方法包含:选择性地打开专用EGR汽缸组的多个排气门以将排气再循环至其余的在前压缩机(pre-compressor)和后压缩机位置中的每个位置处的发动机汽缸。以此方式，EGR传送位置和传送率可以轻而易举地随发动机工况的变化而变化。
[0007]在一个示例中，发动机系统可以配置有单个专用EGR(DEGR)汽缸，用于向所有发动机汽缸提供外部EGR。进一步地，发动机可以包括被整合到进气歧管的增压空气冷却器(CAC)，从而允许升压发动机系统的压紧。专用EGR汽缸可以包括多个排气门(例如，三个排气门)和单个进气门。第一排气门可以将排气从DEGR汽缸引导至增压空气冷却器下游和进气节气门下游的发动机进气口，从而允许热EGR在进气歧管的更加下游的位置处被传送。第二排气门可以将排气从DEGR汽缸引导至进气压缩机上游的发动机进气口，从而允许冷却的EGR在进气歧管的更加上游的位置处再循环。由于发动机包括整合的CAC，因此热和冷却的EGR两者被传送到较小的歧管容积内，从而减小歧管填充延迟并加速EGR填充，即使节气门位置突然变化。第三排气门可以将热排气从DEGR汽缸转移至在排气催化剂的上游位置处的排气歧管同时绕过其余的发动机汽缸。因此，第三排气门允许不讲EGR传送给发动机。多个排气门可以通过可变气门正时来操作，诸如，通过使用凸轮轮廓转换(CPS)机构，使得一个或多个排气门在给定时间处选择性地被激活。例如，可以使用CPS机构，使得专用EGR系统基于发动机工况以多种模式中的一种模式操作，该模式确定每个排气门在专用EGR汽缸组的排气冲程期间何时打开且打开多久。作为一个示例，在低负荷和/或低升压状态期间，专用EGR汽缸可以通过第一模式来操作，使得热EGR被传送到后压缩机位置处的发动机进气口，其中在第一模式下仅在排气冲程期间打开第一排气门。然后，在高负荷和/或高升压状态期间，专用EGR汽缸可以通过第二模式来操作，其中在第二模式下仅在排气冲程期间打开第二排气门且冷却的EGR被传送到前压缩机位置处的发动机进气口。相比之下，在发动机冷启动和催化剂加热状态期间，或当不需要发动机充气稀释时，专用EGR汽缸可以通过第三模式来操作，以将热排气传送到排气催化剂的同时绕过发动机汽缸，其中在第三模式下仅在排气冲程期间打开第三排气门。在更进一步的示例中，可以调整每个排气门的正时，使得它们根据不同程度的重叠(例如，仅部分重叠)来操作。
[0008]以此方式，来自专用EGR汽缸组的EGR传送的位置可以随着升压发动机系统中的工况变化而变化。通过基于发动机负荷和升压状态而允许将EGR选择性地传送到前压缩机位置和/或后压缩机位置，可以减少在节气门位置的瞬态变化期间的燃烧稳定性问题和EGR误差。通过在较高的发动机负荷和较高的EGR率下将EGR引进至前压缩机位置，在EGR汽缸对汽缸平衡被改善的同时还通过增压空气冷却器提供附加的EGR冷却。此外，压缩机喘振风险被降低。通过基于发动机工况改变EGR传送位置，在那些状态下要求EGR的位置和EGR被引进的位置之间的差异被降低，从而减小了产生的EGR传送误差量并且降低了歧管填充时间。因此，这减小了 EGR处于错误水平的可能性。此外，该方法允许以减小的速率来同时获取冷却的和未冷却的EGR以及一些排气流到催化剂用于点火维护。通过调整专用EGR汽缸组的多个排气门的打开，排气冲程的冲放部分可以被利用，用于提高EGR驱动能力。进一步地，排气可以被路由至预涡轮位置，用于提高涡轮增压器性能。同样地，对于较大浓度的未燃烧的或部分燃烧的烃，排气口可以被调整以利用排气冲程的扫气部分，用于提高发动机中的EGR容限。通过减小在瞬变期间的EGR误差，提高了升压发动机性能，甚至在高发动机充气稀释的情况下。
[0009]应当理解，上述
【发明内容】
被提供从而通过简化的形式来引入概念的选择，这些概念将被进一步描述在【具体实施方式】中。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围通过【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]当单独或与附图结合时，通过阅读在此被称为【具体实施方式】的示例实施例将更全面地理解本文描述的优点，其中:
[0011]图1是包括给予汽缸组的专用EGR的发动机系统的示意图。
[0012]图2示出处于不同操作模式下的给予汽缸组的专用EGR的多个排气门的示意性描述。
[0013]图3是发动机的燃烧室的示意性描述。
[0014]图4示出基于发动机工况用于调整专用EGR汽缸组的排气门操作以改变EGR流动的示例方法。
[0015]图5示出响应于发动机工况的变化，在专用EGR汽缸组的不同操作模式之间转换的示例程序。
[0016]图6示出列出专用EGR汽缸组的各种操作模式的表。
[0017]图7-8示出专用EGR汽缸组在不同操作模式期间的示例排气门正时。
【具体实施方式】
[0018]本描述涉及通过高度稀释的汽缸混合物来操作的发动机上的EGR控制，诸如，图1-3的发动机系统。可以使用作为燃烧空燃混合物的副产品的再循环的排气(EGR)来稀释发动机汽缸混合物。发动机的专用EGR汽缸(或汽缸组)可以配置有多个排气门。每个排气门的打开经由凸轮廓线变换机构来控制，使得在某时打开的排气门的数量和标识以及排气门打开的持续时间能够随发动机工况而变化。控制器可以经配置以执行控制程序(诸如图4的程序)，以基于EGR需求选择性地打开多个排气门，从而使EGR传送的位置和传送率变化。例如，控制器可以通过多种模式(图2和图6)中的一种模式来操作专用EGR汽缸组，且随着工况的改变在多种模式(图5)之间转换以改变前压缩机、后压缩机和排气催化剂位置之间的EGR传送的位置。参考图7-8，其示出用于升压发动机系统中的EGR控制的示例排气门调整。
[0019]图1示意性示出包括具有四个汽缸(1-4)的发动机10的示例发动机系统100的方面。如本文所阐述的，四个汽缸被安排为由专用EGR汽缸4组成的第一汽缸组18和由非专用EGR汽缸1-3组成的第二汽缸组17。参考图3，其提供了发动机10的每个燃烧室的详细描述。发动机系统100可以被耦接在车辆中，诸如，被配置为用于道路行驶的客运车辆。
[0020]在所描述的实施例中，发动机10是被耦接到涡轮增压器13的升压发动机，涡轮增压器13包括由涡轮76驱动的压缩机74。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器53被引入发动机10且流至压缩机74。通过调整进气节气门20，可以至少部分控制通过进气空气通道42进入进气系统的周围空气的流动速率。压缩机74可以是任何合适的进气空气压缩机，诸如，马达驱动的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，压缩机是经由轴19机械耦接至涡轮76的涡轮增压器压缩机，通过使发动机排气膨胀从而驱动涡轮76。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。在另一个示例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构根据发动机转速主动地进行变化。
[0021]如图1所示，压缩机74通过增压空气冷却器(CAC)78耦接至进气节气门20。CAC78可以被整合到进气歧管25中，从而允许将升压发动机的尺寸缩小。例如，发动机系统可以按照第一配置(配置A)来制造，其中CAC未被整合。替代地，发动机系统可以按照第二配置(配置B)来制造，其中CAC被整合。如参考图6的表所阐述的，每个配置可以通过三种操作模式中的一种操作模式来操作，其中实现了不同的ΗΡ-EGR或LP-EGR的益处。
[0022]进气节气门20被耦接至发动机进气歧管25。来自压缩机的压缩的增压空气流过增压空气冷却器和节气门到进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气对空气或空气对水的热交换器。在图1示出的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器24感测。压缩机旁通阀(未示出)可以被串联耦接在压缩机74的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是常闭阀，该常闭阀经配置在选定工况下打开以缓解过量升压压力。例如，压缩机旁通阀可以在减小发动机转速的状态期间打开以避免压缩机喘振。
[0023]进气歧管25通过一系列进气门被耦接至一系列燃烧室30(见图3)。燃烧室经由一些列排气门被进一步耦接至排气歧管36(见图3)。每个汽缸30可以通过一个或多个气门来使用(service)。