用于排氣再循環控制的系統和方法技術方案

本申請公開提供用于改變從專用EGR汽缸傳送至發動機的EGR的位置和比率的方法和系統。專用EGR汽缸配置有經由凸輪輪廓轉換機構控制的多個排氣門，該凸輪輪廓轉換機構允許每個排氣門的打開正時和打開持續時間變化。通過選擇性地在某時打開排氣門，來自專用EGR汽缸的排氣可以被傳送至前壓縮機位置、后壓縮機位置，或至排氣歧管同時繞過所有發動機汽缸。

【技術實現步驟摘要】

本描述涉及用于改善配置有專用汽缸組的發動機系統中的EGR控制的系統和方法，該專用汽缸組用于向其它發動機汽缸提供外部EGR。
技術介紹
發動機可以配置有排氣再循環(EGR)系統以使至少一些排氣從發動機排氣歧管轉移至發動機進氣歧管。通過提供期望的發動機充氣稀釋，這類系統可以減小發動機爆震、汽缸內熱損失、節流損失以及NOx排放物。因此，燃料經濟性被提高，尤其在較高水平的發動機升壓下。然而，冷卻的EGR由燃燒系統的能力限制以便當通過EGR稀釋時維持可接受的穩定性和燃燒率。此外，發動機已經配置有專用的單個汽缸(或汽缸組)，用于向其它發動機汽缸提供外部EGR。其中，僅來自專用汽缸組的排氣被再循環至其余的發動機。因此，這允許基本固定量(例如，百分比)的EGR在大多數工況下被提供給發動機汽缸。通過調整專用EGR汽缸組的加燃料，EGR成分可以被改變。特別地，專用汽缸可以比化學計量更富的運轉以產生更多可燃種類(諸如，氫和一氧化碳)，其中當可燃種類被重路由至發動機進氣口時，能夠增加EGR容限。因此，通過減小燃燒不穩定性和燃燒持續時間同時增加容許的EGR率，這進一步提高了來自EGR的燃料經濟性益處。Gingrich等人在美國專利20120204844中示出具有專用EGR汽缸能力的升壓發動機系統的一個示例。其中，來自專用EGR汽缸的排氣在增壓空氣冷卻器上游和進氣節氣門上游的位置處與來自壓縮機的升壓空氣混合，使得冷卻的EGR可以被傳送到發動機。然而，本文專利技術人已經認識到這類專用EGR汽缸配置的潛在的問題。特別地，EGR可以在瞬變期間處于錯誤的水平。作為一個示例，如果存在突然增加轉矩需求且隨著EGR需求隨后的下降而將節氣門的位置改變到更大的打開位置，則由于具體的EGR傳送位置，因此可以存在歧管填充延遲，這導致了多于期望的存留于歧管中的EGR殘余(residual)。抽取EGR殘余的長延遲可以導致升壓發動機性能的下降。作為另一個示例，如果存在突然減小轉矩需求且隨著EGR需求的隨之增加而將節氣門的位置改變到更大的閉合位置，則由于EGR傳送的位置和由此產生的歧管填充延遲，因此可以存在少于期望的EGR殘余。使用EGR填充歧管的長延遲可以導致發動機性能的下降。在這兩種情況下，還可能出現燃燒穩定性問題。雖然導流閥可以在不需要EGR的狀態期間用于將來自專用EGR汽缸的部分或全部排氣轉移至排氣位置，但使用導流閥除了遭受耐用性問題之外還可能具有高昂的成本。
技術實現思路
專利技術人在此已經認識到了這些以及問題且已經通過一種用于發動機的方法至少部分解決它們，該方法基于發動機工況允許將來自專用EGR汽缸的排氣路由至多個位置。該方法包含:選擇性地打開專用EGR汽缸組的多個排氣門以將排氣再循環至其余的在前壓縮機(pre-compressor)和后壓縮機位置中的每個位置處的發動機汽缸。以此方式，EGR傳送位置和傳送率可以輕而易舉地隨發動機工況的變化而變化。在一個示例中，發動機系統可以配置有單個專用EGR(DEGR)汽缸，用于向所有發動機汽缸提供外部EGR。進一步地，發動機可以包括被整合到進氣歧管的增壓空氣冷卻器(CAC)，從而允許升壓發動機系統的壓緊。專用EGR汽缸可以包括多個排氣門(例如，三個排氣門)和單個進氣門。第一排氣門可以將排氣從DEGR汽缸引導至增壓空氣冷卻器下游和進氣節氣門下游的發動機進氣口，從而允許熱EGR在進氣歧管的更加下游的位置處被傳送。第二排氣門可以將排氣從DEGR汽缸引導至進氣壓縮機上游的發動機進氣口，從而允許冷卻的EGR在進氣歧管的更加上游的位置處再循環。由于發動機包括整合的CAC，因此熱和冷卻的EGR兩者被傳送到較小的歧管容積內，從而減小歧管填充延遲并加速EGR填充，即使節氣門位置突然變化。第三排氣門可以將熱排氣從DEGR汽缸轉移至在排氣催化劑的上游位置處的排氣歧管同時繞過其余的發動機汽缸。因此，第三排氣門允許不講EGR傳送給發動機。多個排氣門可以通過可變氣門正時來操作，諸如，通過使用凸輪輪廓轉換(CPS)機構，使得一個或多個排氣門在給定時間處選擇性地被激活。例如，可以使用CPS機構，使得專用EGR系統基于發動機工況以多種模式中的一種模式操作，該模式確定每個排氣門在專用EGR汽缸組的排氣沖程期間何時打開且打開多久。作為一個示例，在低負荷和/或低升壓狀態期間，專用EGR汽缸可以通過第一模式來操作，使得熱EGR被傳送到后壓縮機位置處的發動機進氣口，其中在第一模式下僅在排氣沖程期間打開第一排氣門。然后，在高負荷和/或高升壓狀態期間，專用EGR汽缸可以通過第二模式來操作，其中在第二模式下僅在排氣沖程期間打開第二排氣門且冷卻的EGR被傳送到前壓縮機位置處的發動機進氣口。相比之下，在發動機冷啟動和催化劑加熱狀態期間，或當不需要發動機充氣稀釋時，專用EGR汽缸可以通過第三模式來操作，以將熱排氣傳送到排氣催化劑的同時繞過發動機汽缸，其中在第三模式下僅在排氣沖程期間打開第三排氣門。在更進一步的示例中，可以調整每個排氣門的正時，使得它們根據不同程度的重疊(例如，僅部分重疊)來操作。以此方式，來自專用EGR汽缸組的EGR傳送的位置可以隨著升壓發動機系統中的工況變化而變化。通過基于發動機負荷和升壓狀態而允許將EGR選擇性地傳送到前壓縮機位置和/或后壓縮機位置，可以減少在節氣門位置的瞬態變化期間的燃燒穩定性問題和EGR誤差。通過在較高的發動機負荷和較高的EGR率下將EGR引進至前壓縮機位置，在EGR汽缸對汽缸平衡被改善的同時還通過增壓空氣冷卻器提供附加的EGR冷卻。此外，壓縮機喘振風險被降低。通過基于發動機工況改變EGR傳送位置，在那些狀態下要求EGR的位置和EGR被引進的位置之間的差異被降低，從而減小了產生的EGR傳送誤差量并且降低了歧管填充時間。因此，這減小了 EGR處于錯誤水平的可能性。此外，該方法允許以減小的速率來同時獲取冷卻的和未冷卻的EGR以及一些排氣流到催化劑用于點火維護。通過調整專用EGR汽缸組的多個排氣門的打開，排氣沖程的沖放部分可以被利用，用于提高EGR驅動能力。進一步地，排氣可以被路由至預渦輪位置，用于提高渦輪增壓器性能。同樣地，對于較大濃度的未燃燒的或部分燃燒的烴，排氣口可以被調整以利用排氣沖程的掃氣部分，用于提高發動機中的EGR容限。通過減小在瞬變期間的EGR誤差，提高了升壓發動機性能，甚至在高發動機充氣稀釋的情況下。應當理解，上述
技術實現思路
被提供從而通過簡化的形式來引入概念的選擇，這些概念將被進一步描述在【具體實施方式】中。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，要求保護的主題的范圍通過【具體實施方式】之后的權利要求唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。【附圖說明】當單獨或與附圖結合時，通過閱讀在此被稱為【具體實施方式】的示例實施例將更全面地理解本文描述的優點，其中:圖1是包括給予汽缸組的專用EGR的發動機系統的示意圖。圖2示出處于不同操作模式下的給予汽缸組的專用EGR的多個排氣門的示意性描述。圖3是發動機的燃燒室的示意性描述。圖4示出基于發動機工況用于調整專用EGR汽缸組的排氣門操作以改變EGR流動的示例方法。圖5示出響應于發動機工況的變化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于發動機的方法，其包含：選擇性地打開專用EGR汽缸組的多個排氣門以將排氣再循環至前壓縮機位置和后壓縮機位置中的每個處的發動機汽缸。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：邱金輝，D·J·斯黛奧茲，B·A·博伊爾，G·P·麥康威爾，J·N·阿勒瑞，J·D·歐文，
申請(專利權)人：福特環球技術公司，
類型：發明
國別省市：美國;US