发动机系统和使用该发动机系统的控制方法与流程

相关申请的交叉参考

本申请要求于2016年9月20日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请no.10-2016-0120286的优先权的利益，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

本公开涉及一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，并且更具体地，涉及能够降低残留在配备有废气再循环系统的发动机中的进气管线中的废气浓度的发动机系统和使用该发动机系统的控制方法。

背景技术：

通常，废气中包含的氮氧化物(nox)可能引起环境问题以及对眼睛和呼吸器官的刺激。nox被规定为空气污染物，并且正在进行研究以减少nox的排放。

废气再循环(egr)系统是安装在车辆中以便减少废气的系统。通常，在空气与气体混合物的比例大的情况下nox增加，因此平稳地实施燃烧。因此，废气再循环系统是将从发动机排放的废气的一部分(例如，5％至20％)与气体混合物再次混合的系统，以便减少气体混合物中氧的量并阻止其燃烧，从而减少nox的产生。

作为废气再循环系统的类型，存在通过延迟点火正时并降低空燃比，来减少颗粒材料(pm)和碳氢化合物(hc)以及nox的热废气再循环系统(热egr系统)，以及通过冷却再循环废气并降低燃烧室中的温度来阻止燃烧的冷却废气再循环系统(冷却egr系统)。

egr率是指通过废气再循环系统引入发动机的再循环气体的量与引入发动机的空气(新鲜空气+再循环气体)总量的比率。当egr率增加时，供应到燃烧室中的氧气浓度降低，使得燃烧温度降低，并且氮氧化物的量减少。然而，当再循环废气的量增加时，发动机的输出和燃料经济性可能劣化。相反，当egr率降低时，供应到燃烧室中的氧气浓度增加，使得燃烧温度升高，并且氮氧化物的量增加。因此，需要适当地控制再循环废气的量。

此外，在发动机关闭之后，再循环废气残留在再循环气体和新鲜空气流经的进气流路中。进一步地，当发动机再次启动时，残余气体被引入发动机的燃烧室中，并且在这种情况下，在发动机的燃烧室中可能发生诸如爆震或提前点火的异常燃烧的问题。

在该背景部分中公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，并且因此其可能包含不形成在该国家对于本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开致力于提供一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，其能够降低在发动机关闭之后，残留在进气流路中的残余废气的浓度，再循环气体和新鲜空气流经该进气流路。

本公开还致力于提供一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，其能够防止诸如爆震或提前点火的异常燃烧的发生，并且通过去除残留在进气管线中的残余气体，来精确地控制egr率。

本公开的示例性实施例提供一种发动机系统，其包括：进气管线，要供应到发动机的燃烧室中的新鲜空气流经进气管线；排气管线，从燃烧室排放的废气流经排气管线；egr系统，其使从燃烧室排放的废气的一部分再循环到燃烧室；涡轮增压器，其包括设置在排气管线中并通过从燃烧室排放的废气而旋转的涡轮，以及设置在进气管线中并与涡轮的旋转连动地旋转的压缩器；进气旁通管线，其在压缩器的后端处从进气管线分支，并且在压缩器的前端处合并到进气管线中；再循环阀，其安装在进气旁通管线和进气管线合并在一起的位置处；以及控制器，其控制打开和关闭再循环阀的操作，使得由压缩器压缩的进气的一部分通过进气旁通管线在压缩器的前端处供应到进气管线中，或者进气通过进气旁通管线供应到燃烧室中。

控制器可以在松油门踏板(tip-out)时控制并打开再循环阀，使得由涡轮增压器的压缩器压缩的进气的一部分在压缩器的前端处供应到进气管线中。

控制器可以计算在发动机关闭之后残留在压缩器和燃烧室之间的进气管线中的残余废气量，并且当残余废气量大于预设量时，当发动机再次启动时，控制器可以控制并打开再循环阀。

控制器可以基于egr率和进气管线的容积，计算残余废气量。

再循环阀可以设置在中间冷却器的进口或出口处，中间冷却器在压缩器的后端处设置在进气管线中。

本公开的一些示例性实施例提供一种控制发动机的方法，该方法包括以下步骤：通过控制器计算在发动机关闭之后残留在涡轮增压器的压缩器和进气歧管之间的进气管线中的残余废气量；以及通过控制器，基于残余废气量，控制打开和关闭安装在进气旁通管线中的再循环阀的操作，进气旁通管线在燃烧室的前端处从进气管线分支，并且在涡轮增压器的压缩器的前端处合并到进气管线中。

控制的步骤可以包括：通过控制器确定残余废气量是否大于预设量；以及当残余废气量大于预设量时，当发动机再次启动时，通过控制器打开再循环阀。

可以基于egr率和进气管线的容积来计算残余废气量。

依据根据本公开的示例性实施例的发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，通过增加新鲜空气的量，来降低包含在要供应到燃烧室中的进气中的残余废气的浓度是可能的，新鲜空气将通过安装在进气旁通管线中的再循环阀供应到进气歧管中，进气旁通管线在燃烧室的后端处从进气管线分支，并且在涡轮增压器的压缩器的前端处合并到进气管线中。

另外，防止燃烧室中异常燃烧的发生，并通过降低残余废气的浓度来精确地控制egr率是可能的。

附图说明

附图旨在用作用于描述本公开的示例性实施例的参考，并且附图不应被解释为限制本公开的技术精神。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的发动机系统的配置的概念图。

图2和图3是示出根据本公开的示例性实施例的通过发动机系统中的再循环阀的进气流的概念图。

图4和图5是示出根据本公开的示例性实施例的通过发动机系统中的再循环阀的压缩空气流的概念图。

图6是示出根据本公开的示例性实施例的控制发动机的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施例。如本领域技术人员将理解的，在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。

将省略与描述无关的部分以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相同或相似的组成元件将由相同的附图标记来表示。

另外，为了理解和易于描述，可以任意地示出附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，但本公开并不限于此。为了清楚的表达，可以放大几个部分和区域的厚度。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的发动机系统。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的发动机系统的配置的概念图。

如图1所示，根据本公开的示例性实施例的发动机系统包括发动机20、涡轮增压器70、egr系统50、中间冷却器16、再循环阀40以及控制器90。

发动机20包括通过燃烧燃料产生驱动功率的多个燃烧室21。发动机20具有要供应到燃烧室21的进气流经的进气管线10，以及从燃烧室21排放的废气流经的排气管线30。

过滤从外部引入的新鲜空气的空气净化器或空气过滤器11设置在进气管线10的进口中。

将要供应到多个燃烧室中的进气进行分配的进气歧管设置在燃烧室的前端处，并且调节要引入进气歧管中的进气量的节流阀25设置在进气歧管的前端处。

废气净化装置60设置在排气管线30中，废气净化装置60去除包含在从燃烧室21排放的废气中的各种类型的有害物质。为去除氮氧化物，废气净化装置60可以包括稀nox捕集器(lnt)、柴油氧化催化剂以及柴油颗粒过滤器。

涡轮增压器70压缩通过进气管线10引入的进气(外部空气+再循环气体)，并且将进气供应到燃烧室21中。涡轮增压器70包括设置在排气管线30中并通过从燃烧室21排放的废气而旋转的涡轮71，以及与涡轮71的旋转连动地旋转并压缩进气的压缩器72。

egr系统50是使从燃烧室21排放的废气的一部分再循环到燃烧室21的装置。egr系统50(低压废气再循环(lp-egr)装置)包括egr管线52、egr冷却器56以及egr阀54。虽然将低压egr装置描述为本公开的示例性实施例中的示例，但是可以应用其他类型的egr装置(例如，高压egr装置)。

egr管线52在涡轮71的后端处从排气管线30分支，并且在压缩器72的前端处合并到进气管线10中。egr冷却器56设置在egr管线52中，并且冷却流经egr管线52的废气。egr阀54设置在egr管线52和进气管线10合并在一起的位置处，并且调节通过egr管线52流入进气管线10的废气量。这里，通过egr管线52供应到进气管线10的废气被称为再循环气体。

中间冷却器16通过与冷却剂的热交换，来冷却通过进气管线10引入的进气。也就是说，因为由涡轮增压器70压缩的进气随着其温度升高而膨胀，所以供应到燃烧室21中的进气的氧气密度降低。因此，难以输出发动机20所需的扭矩。因此，通过由中间冷却器16冷却进气而增加进气的密度，从而改善发动机20的燃烧效率。

形成进气旁通管线12，进气旁通管线12在压缩器72的后端处从进气管线10分支，并且在压缩器72的前端处合并到进气管线10中。在这种情况下，进气旁通管线12可以从设置在压缩器和进气歧管23之间的中间冷却器16的进口或出口分支，并且可以在压缩器72的前端处合并到进气管线中。

再循环阀40安装在进气旁通管线12和进气管线10合并在一起的位置处。具体地，再循环阀40可以与中间冷却器16一体地设置在中间冷却器16的进口或出口处。再循环阀40通过来自控制器90的控制信号打开和关闭。

再循环阀40包括壳体41、第一通路42、第二通路43以及驱动单元。

壳体41安装在设置在中间冷却器16的上侧处的进气管线10上，并且流路形成在壳体41中。

第一通路42形成在壳体41中，与流路连通并通过进气旁通管线12在节流阀25前端处与进气管线连通。第二通路43形成在壳体41中，与流路连通并在节流阀25前端处与进气管线10连通。

驱动单元是安装在壳体41中并操作阻挡部分的动力源。驱动单元可以由电磁阀构成或包括电磁阀，其包括基于是否供应电力而产生磁力的线圈45，根据由线圈45产生的磁力选择性地关闭第一通路42的凸缘46，以及在凸缘46关闭第一通路42的方向上提供弹力的弹簧47。

也就是说，当没有电力施加到线圈45时，凸缘46通过由弹簧47的弹力向下移动，来关闭第一通路42。相反，当电力施加到线圈45时，凸缘46通过向上移动打开第一通路42，使得第一通路42和第二通路43彼此连通。

在残余废气在压缩器72的后端和节流阀25的前端之间残留在进气管线10中的情况下，控制器90打开再循环阀40，以便额外地将进气供应到燃烧室21中。

例如，在再循环气体通过egr系统50供应到燃烧室21的过程期间，发动机关闭的情况下，废气在压缩器72和燃烧室21之间残留在进气管线10中。进一步地，当发动机20再次启动时，残留在进气管线10中的残余废气供应到燃烧室21中。因此，由于残余废气，可能发生诸如爆震或提前点火的异常燃烧。

为防止上述异常燃烧，控制器90计算发动机20关闭之后的残余废气量，并且如果残余废气量大于预设量，则当发动机20再次启动时，控制器90打开再循环阀40。在这种情况下，控制器90可以基于egr率和进气管线的容积计算残余废气量，但是也可以考虑其他因素。

如图2和图3所示，当发动机20再次启动时再循环阀40打开时，要供应到燃烧室21中的进气通过由进气管线10形成的第一进气路径(空气净化器11→压缩器72→中间冷却器16→节流阀25)，和由进气管线10和进气旁通管线12形成的第二进气路径(空气净化器11→再循环阀40→中间冷却器16→节流阀25)供应到燃烧室21中。因此，供应到燃烧室21中的进气量增加，从而可以降低要供应到燃烧室21中的进气中包含的残余废气的浓度，并防止异常燃烧的发生。

要供应到燃烧室21中的进气通常通过第一进气路径供应，并且如果残余废气量大于预设量，则打开再循环阀40，并且要通过第二进气路径供应到燃烧室21中的进气量增加。因此，可以降低残余废气的浓度。

同时，再循环阀40可以选择性地将形成在压缩器72的后端和节流阀25的前端之间的高压，在压缩器72的前端处排放到进气管线10。

例如，在驾驶员在车辆加速时执行松油门踏板操作的情况下，控制器90关闭节流阀25，以便阻挡进入燃烧室21的进气的供应，从而减少发动机20的输出。在这种情况下，增压压力通过涡轮增压器70在压缩器72的后端和节流阀25之间形成在进气管线10中。

因此，如图4和图5所示，控制器90控制并打开再循环阀40，以便将在压缩器72的后端和节流阀25之间形成在进气管线10中的增压压力，通过进气旁通管线12在压缩器72的前端处排放到进气管线10。

如果增压压力在压缩器72的后端和节流阀25之间残留在进气管线10中，则当节流阀25再次打开时可能发生喘振冲击。因此，控制器90打开再循环阀40，并且通过进气旁通管线12排放进气管线10中的增压压力。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的控制发动机系统的方法。

图6是示出根据本公开的示例性实施例的控制发动机的方法的流程图。

如图6所示，控制器90确定发动机20是否关闭(s10)。

当发动机20关闭时，控制器90计算在压缩器72和进气歧管23之间残留在进气管线10中的残余废气量(s20)。在这种情况下，控制器90可以基于egr率(废气再循环率)和进气管线10的容积，计算残余废气量。

egr率是指在发动机20关闭之前通过egr系统50供应到燃烧室21中的再循环气体的量，和通过设计或实验预先确定的进气管线10的容积。因此，可以基于egr率和进气管线10的容积计算残余废气量。

当在步骤s25中发动机20再次启动时，控制器90将残余废气量和预设量进行比较(s30)，并且如果残余废气量大于预设量，则控制器90打开再循环阀40(s40)，并且允许要供应到燃烧室21中的进气通过第一进气路径和第二进气路径供应。

如果在步骤s30中残余废气量等于或小于预设量，则控制器90关闭再循环阀40(s50)，并且允许要供应到燃烧室21中的进气仅通过第一进气路径供应。

因此，使要引入发动机的燃烧室21中的残余气体的浓度最小化。从而，减少或防止在燃烧室中发生诸如爆震或提前点火的异常燃烧。

如上所述，依据根据本公开的示例性实施例的发动机系统和控制方法，根据残留在进气管线10中的残余废气量，选择性地打开再循环阀40，因此，可以降低要供应到燃烧室21中的进气中所包含的残余废气的浓度，从而防止异常燃烧的发生。

虽然已经结合目前认为是示例性实施例的内容描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，本公开旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。