具有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机的制作方法_2

文档序号:9763742阅读:来源:国知局
R传感器144可以被布置在HP-EGR通路140内并且可以提供对排气的压力、温度和浓度的一个或多个的指示。替代地,可以通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MAT(歧管气体温度)、以及曲轴速度传感器的信号的计算值来控制EGR(例如,HP-EGR和LP-EGR中的一个或多个)。另外,可以基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)控制EGR。在一些条件下,该EGR系统可以被用来调节该燃烧室内的空气燃料混合物的温度。
[0022]图1示出了其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的上游被传送至涡轮增压器的压缩机的下游的HP-EGR通路140、以及其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的下游被传送至该涡轮增压器的压缩机的上游的LP-EGR通路150。另外,如图1所示,HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146并且该LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158以便例如排斥从EGR放出气体到发动机冷却液的热量。在替代实施例中,发动机10可以包括仅HP-EGR系统或仅LP-EGR系统。
[0023]LP-EGR通路150的出口可以与压缩机162间隔开。该出口与压缩机162之间的距离可以基于压缩机叶轮的直径。例如,该距离可以正好是该压缩机叶轮的直径的75%。作为另一个示例,该距离可以小于或大于该压缩机叶轮的直径的75%。
[0024]通过LP-EGR通路150再循环到进气道42的排气与压缩机162上游的空气混合。所产生的空气与再循环排气的混合物形成了被供应至压缩机162并且被压缩的充气空气。
[0025]这样,发动机10可以进一步包括压缩装置,例如至少包含沿着进气歧管44布置的压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对涡轮增压器而言,压缩机162可以至少部分地被沿着排气道48布置的涡轮机164(例如,经由轴)所驱动。排气流可以向涡轮机供应能量并且最终向驱动压缩机的该轴供应能量。对机械增压器而言,压缩机162可以至少部分地被发动机和/或电动机器所驱动、并且可以不包括涡轮机。因此,经由涡轮增压器或机械增压器被提供到该发动机的一个或多个汽缸的压缩的量可以由控制器12改变。
[0026]涡轮机164可以是径流式涡轮机,以便允许机械增压布置的紧密包装。与涡轮机相比,压缩机是在其出口流动方面被定义的。径流式压缩机因此是其离开转子叶片的流基本上径向行进的压缩机。在本发明的背景下,“基本上径向”是指径向方向上的速度分量大于轴向的速度分量。离开轴流式压缩机的叶轮叶片的流基本上轴向地行进。压缩机162可以是径流式或轴流式。压缩机162可以包括入口区域,该入口区域是与压缩机162的轴同轴并且使得接近压缩机162的充气空气流基本上轴向地行进。
[0027]在轴向流入压缩机的情况下,在该至少一个压缩机叶轮上游的进气系统中的充气空气流的方向的转向或改变通常被取消,由此避免了由于流动转向导致的充气空气流中的不必要的压力损失,并且在进入压缩机的入口处该充气空气的压力增大。没有方向改变还减小了排气和/或充气空气与进气系统的内壁和/或与压缩机壳体的内壁之间的接触、并且因此减小了热传递和冷凝物的形成。
[0028]压缩机162对供应至其的充气空气进行压缩并且将经压缩的充气空气至少输送到汽缸30。可以在压缩机的下游、在进气歧管44中提供一个增压空气冷却器以便在充气空气进入该至少一个汽缸30之前冷却充气空气。该冷却器降低充气空气的温度并且由此增大其密度,使得该增压空气冷却器还有助于提高汽缸30的充气。该充气空气进一步被该增压空气冷却器的冷却能力压缩。
[0029]如果再循环的热排气遇到冷空气并且与冷空气混合,则能够形成冷凝物。该排气降温,而空气的温度升高。新鲜空气与再循环的排气的混合物的温度(即,充气空气温度)低于再循环的排气的排气温度。在冷却排气的过程期间,如果进气道42的部件或内壁的温度低于露点温度,排气和/或充气空气中之前所含的、仍为气态形式的液体(具体为水)可以冷凝。充气空气中的污染物可以有助于在充气空气流中形成冷凝水滴。
[0030]冷凝物和冷凝水滴是不期望的并且可能导致进气系统中噪音排放增加、并且可能损坏压缩机162的叶片。后一种影响与压缩机的效率降低相关联。
[0031]压缩机旁路170联接至压缩机162的一部分和进气道42。压缩机旁路170使充气空气的一部分从压缩机壳体内部转向到压缩机的上游。该充气空气的一部分(即,绕行的充气空气)相对于进气道42的表面(例如,内壁)以锐角流入进气道42。以此方式,该绕行的充气空气在该表面附近流动并且可以产生减轻冷凝物撞击到该表面上的可能性的壁皇。绕行的充气空气朝压缩机162流回。
[0032]压缩机旁路管线170可以用于使充气空气再循环进入压缩机162上游的进气道42,以便人为地增大被供送至压缩机的充气空气的量。以此方式,压缩机特性图表中的滞后线能够朝向较小的压缩机流量偏移,由此甚至在压缩机小流量的情况下能够实现更高的充入压缩比。由此显著改善了较低转速范围内的扭矩特性。
[0033]可以使用机械增压来增大内燃发动机的功率同时维持空气质量流量,或者使用机械增压来减小质量空气流量同时维持相同的功率。在任意情况下,机械增压导致体积功率输出增大并且功率与重量比改善。如果空气质量流量减小,因此能够使发动机负载朝更高负载偏移,此时比燃料消耗率较低。
[0034]旁通阀172可以调节绕行的充气空气穿过压缩机旁路管线170的流。旁通阀172可以移动到更多打开的位置以允许更多充气空气绕过压缩机162。下面将关于图2和图3来更详细地讨论压缩机旁路170和用于控制该旁通阀172的方法。
[0035]排气传感器126被示为在排放控制装置71的上游且在涡轮机164的下游被联接至排气道48。传感器126可以是用于提供对排气空燃比的指示的任何适当的传感器,例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO (加热型EGO)、NOx、HC、或 CO 传感器。
[0036]排放控制装置71被示出为沿着排气道48布置在排气传感器126的下游。排放控制装置71可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置、或者其组合。例如,装置71可以是TWC。进一步地,在一些实施例中,在发动机10的运行期间,可以通过使该发动机的至少一个汽缸在特定空燃比之内运行来周期性地重置该排放控制装置71。
[0037]控制器12在图1中被示为微处理器,该微处理器包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/o) 104、在这个具体示例中被示为只读存储器芯片(ROM) 106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、和/或保活存储器(KAM) 110、及数据总线。控制器12可以接收来自联接至发动机10上的传感器的各种信号,除了之前讨论的那些信号之外,还包括:来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值、来自联接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)的测量值、来自联接至曲轴40上的霍尔效应传感器118 (或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)的测量值、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)的测量值、以及来自传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)的测量值。发动机转速信号RPM可以通过控制器12由信号PIP产生。可以使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供该进气歧管中的真空、或压力的指示。注意,可以使用上述传感器的各种组合,例如MAF传感器而没有MAP传感器,反之亦然。在按化学计量比的操作中,该MAP传感器能够给出对发动机扭矩的指示。进一步地,这个传感器连同所检测到的发动机转速一起能够提供被引入汽缸中的充气(包括空气)的估算。在一个示例中,传感器118 (也用作发动机转速传感器)可以对于该曲轴的每一转产生预定数量的等间距脉冲。
[0038]储存介质只读存储器106能够用计算机可读数据被编程,该计算机可读数据表示由处理器102可执行的指令用于执行以下所描述的方法以及预期的但未具体列出的其他变体。控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并且采用图1的各种致
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