用于egr控制的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于改善在配置有提供到其他發(fā)動機(jī)汽缸的外部EGR的專用汽缸組的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的EGR瞬態(tài)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)可以被配置有排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，以從發(fā)動機(jī)排氣歧管向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管轉(zhuǎn)移至少一些排氣。通過提供所需的發(fā)動機(jī)稀釋，這種系統(tǒng)不但降低發(fā)動機(jī)爆震、節(jié)流損失、缸內(nèi)熱損失，還降低NOx排放。因此，燃料的經(jīng)濟(jì)性提高，特別是在發(fā)動機(jī)推進(jìn)的高水平。發(fā)動機(jī)也已經(jīng)配置專為其他汽缸提供外部的EGR的唯一的汽缸(或汽缸組)。其中，來自專用的汽缸組的所有排氣都再循環(huán)到進(jìn)氣歧管。因此，在大多數(shù)操作條件下，允許大體上定額的EGR被提供到發(fā)動機(jī)汽缸。通過調(diào)節(jié)指定的EGR汽缸組的燃料(例如，充足運(yùn)轉(zhuǎn))，EGR成分可以被改變成包括諸如提高發(fā)動機(jī)的EGR公差的氫的種類，并且致使燃料經(jīng)濟(jì)性的好處。
[0003]在當(dāng)需要EGR降低時(shí)的情況期間，各種方法可以用于在這種專用的EGR系統(tǒng)中降低EGR速率。一個示例方法包括用于轉(zhuǎn)移來自專用EGR汽缸的排氣的一些或所有到排氣位置的分流氣門的使用。然而，分流氣門的使用成本高昂。另外，它們會有耐久性問題。由Geckler等人在W02014005127中示出的另一個示例方法，在發(fā)動機(jī)冷啟動條件和輕的發(fā)動機(jī)負(fù)載條件下，通過禁止對應(yīng)的燃料噴射器來切斷到專用EGR汽缸的燃料。在需要較少的發(fā)動機(jī)稀釋的時(shí)候的條件下，通過切斷到專用的EGR汽缸的燃料，EGR速率可以迅速降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]然而，發(fā)明者在此已經(jīng)認(rèn)識到上述方法的潛在問題。作為示例，專用的EGR汽缸的停用可能導(dǎo)致扭矩不均勻。例如，甚至在專用的EGR汽缸內(nèi)燃料已經(jīng)被切斷后，由于歧管填充的延遲，會在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣凈化EGR中存在對應(yīng)的延遲。因此，直到EGR已經(jīng)充分地被抽取，并且由于來自專用EGR汽缸的丟失扭矩，剩余的發(fā)動機(jī)汽缸的扭矩輸出會比需要的低。那么，當(dāng)EGR已經(jīng)在系統(tǒng)中使用時(shí)，更大量的新鮮空氣會被接收在剩余的發(fā)動機(jī)汽缸中，導(dǎo)致剩余的發(fā)動機(jī)汽缸產(chǎn)生比期望更多的扭矩。在這兩種情況中，EGR變化導(dǎo)致扭矩游離。仍作為另一個示例，在發(fā)動機(jī)冷啟動條件下接收到的更大量的新鮮空氣可以導(dǎo)致催化劑起燃的延遲。進(jìn)一步，如果存在EGR需求突然增加，諸如由于踩加速器踏板到更高負(fù)載的情況，甚至在專用EGR汽缸的燃料噴射器已經(jīng)再激活后，那么相同的歧管填充延遲可以引起EGR到期望的EGR速率的上升的延遲。因此，直到EGR已經(jīng)上升到目標(biāo)速率，都存在扭矩不均勻。
[0005]在一個示例中，可以通過一種用于發(fā)動機(jī)的方法至少部分解決上述問題，該方法包括:在發(fā)動機(jī)暖機(jī)條件下，停用配置為選擇性地再循環(huán)排氣到剩余的發(fā)動機(jī)缸的專用汽缸組；和調(diào)節(jié)剩余發(fā)動機(jī)汽缸的進(jìn)氣節(jié)氣門和火花正時(shí)的一個或多個，從而首先增加進(jìn)氣節(jié)氣門的開口，同時(shí)延遲火花正時(shí)，然后降低進(jìn)氣節(jié)氣門的開口，同時(shí)提前火花正時(shí)，以維持總發(fā)動機(jī)輸出扭矩。在該方法中，當(dāng)來自專用EGR汽缸的EGR速率上升或下降時(shí)，遭受扭矩瞬態(tài)，并且當(dāng)專用EGR汽缸再激活和停用時(shí)，扭矩瞬態(tài)會被降低。
[0006]作為一個示例，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可以配置有一個專用EGR汽缸，用于提供外部的EGR到所有的發(fā)動機(jī)汽缸。在選定的EGR需求低的情況下，諸如在發(fā)動機(jī)冷啟動、在催化劑暖機(jī)、和/或在輕的發(fā)動機(jī)負(fù)載情況下，專用EGR汽缸可以選擇性地被停用。例如，可以經(jīng)由可停用的燃料噴射器切斷到專用EGR汽缸的燃料。通過停用EGR汽缸，由汽缸提供的發(fā)動機(jī)稀釋被降低。停用EGR汽缸也導(dǎo)致發(fā)動機(jī)輸出扭矩最初減小。然后，隨著進(jìn)氣歧管中使用的EGR被用盡且被取代為新鮮空氣，發(fā)動機(jī)輸出的扭矩增加。為了降低與EGR汽缸的停用有關(guān)的扭矩不均勻并確保EGR改變，在停用之前，每個進(jìn)氣節(jié)氣門和火花正時(shí)可以被調(diào)節(jié)，以在預(yù)期的負(fù)扭矩瞬態(tài)之前，建立扭矩儲備。具體地，在停用之前，進(jìn)氣節(jié)氣門開口可以被增大，以增大到剩余的發(fā)動機(jī)汽缸的進(jìn)氣氣流，同時(shí)從MBT延遲汽缸的火花正時(shí)，以便維持恒定的發(fā)動機(jī)扭矩(盡管氣流增加)。在轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)專用EGR汽缸被停用時(shí)，火花正時(shí)可以提前到MBT，以增加扭矩和提供平滑的扭矩轉(zhuǎn)換。具體地，凈發(fā)動機(jī)扭矩被保持，即便汽缸停用。當(dāng)EGR被從發(fā)動機(jī)系統(tǒng)抽取時(shí)，然后進(jìn)一步調(diào)節(jié)被使用。具體地，當(dāng)進(jìn)氣歧管中的EGR下降并且被新鮮空氣代替時(shí)，進(jìn)氣節(jié)氣門和火花正時(shí)可以被調(diào)節(jié)，以避免過量的扭矩。具體地，當(dāng)進(jìn)氣EGR水平足夠低，進(jìn)起節(jié)氣門開口會被減小(與EGR有關(guān))，同時(shí)剩余的發(fā)動機(jī)汽缸的火花正時(shí)被延遲，以減小剩余發(fā)動機(jī)汽缸的汽缸扭矩的輸出。因此，在汽缸停用期間，汽缸充氣可以初始增加然后降低，以減小扭矩的不均勻。
[0007]當(dāng)再激活條件被確定時(shí)，諸如當(dāng)發(fā)動機(jī)和排氣催化劑被充分暖機(jī)并且進(jìn)一步根據(jù)來自車輛駕駛員的輸入(諸如踏板輸入、或傳動齒輪改變輸入)時(shí)，專用EGR汽缸可以再激活。類似的節(jié)氣門和火花正時(shí)調(diào)節(jié)在專用EGR汽缸被再激活時(shí)(通過恢復(fù)專用EGR汽缸中的燃料和氣門操作)，會被使用，以在重新激活期間減小扭矩瞬態(tài)的發(fā)生。例如，進(jìn)氣節(jié)氣門開口(和由此汽缸充氣)可以初始被降低，同時(shí)火花正時(shí)被延遲，以抵消(offset)來自額外的燃燒汽缸的扭矩增加，然后節(jié)氣門開口會增加，同時(shí)火花正時(shí)向前返回到MBT。
[0008]按照這種方式，外部EGR可以通過激活或停用專用EGR汽缸而被改變，同時(shí)降低在激活或停用期間的扭矩不均勻。在停用專用EGR汽缸之前，通過調(diào)節(jié)所有剩余發(fā)動機(jī)汽缸的進(jìn)氣節(jié)氣門位置和火花正時(shí)，扭矩儲備可以被建立，以對抗在專用EGR汽缸停用的時(shí)候的預(yù)期的扭矩下降。通過隨后根據(jù)在進(jìn)氣歧管處的EGR中的改變調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)氣門位置和火花正時(shí)，可以避免當(dāng)EGR被新鮮空氣取代時(shí)預(yù)期的扭矩激增。具體地，非專用汽缸扭矩必須增加，以補(bǔ)償專用汽缸的停用，但是隨著EGR從系統(tǒng)被抽取，非專用汽缸扭矩被保持而非降低。隨著EGR被抽取時(shí)，節(jié)氣門也可以很少地被關(guān)閉，但是新鮮空氣的質(zhì)量和非專用汽缸扭矩輸出保持大致恒定。因此，通過在專用EGR汽缸的停用期間首先增加汽缸充氣，然后降低汽缸充氣，在整個停用期間，發(fā)動機(jī)輸出扭矩可以被保持。
[0009]同樣地，在重新激活期間，非專用汽缸內(nèi)的扭矩在專用EGR汽缸被激活時(shí)被降低，然后隨著EGR被輸送穿過感應(yīng)系統(tǒng)，扭矩被保持。在此，通過在專用EGR汽缸的再激活期間首先減小汽缸進(jìn)氣，然后增加汽缸進(jìn)氣，發(fā)動機(jī)輸出扭矩可以在整個再激活期間被保持。通過在EGR從專用EGR汽缸上升或下降的期間的情況時(shí)降低扭矩的不均勻，發(fā)動機(jī)性能被提尚O
[0010]應(yīng)該理解，提供以上總結(jié)是為了以簡化的形式引入在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的概念的選擇。這并不意味著確定了所要求的主題的關(guān)鍵或基本特征，其范圍由詳細(xì)說明后的權(quán)利要求唯一確定。而且，所要求的主題不限于解決上面或本發(fā)明的任何部分提到的任何缺點(diǎn)的實(shí)施。
【附圖說明】
[0011]通過在單獨(dú)或參考附圖時(shí)閱讀在本文中稱為【具體實(shí)施方式】的實(shí)施例的示例，將會完全理解本文描述的優(yōu)勢，其中:
[0012]圖1是包括提供給汽缸組的專用EGR的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖2是發(fā)動機(jī)燃燒室的示意圖。
[0014]圖3-4示出用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的操作以改變EGR速率，同時(shí)調(diào)節(jié)一個或多個致動器的操作以降低扭矩瞬態(tài)的示例方法。
[0015]圖5示出在用于扭矩瞬態(tài)的專用EGR汽缸停用和重新激活期間，使用的火花和氣門調(diào)節(jié)的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明涉及在操作具有高度稀釋汽缸混合物的發(fā)動機(jī)上的EGR流控制，諸如圖1-2的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)汽缸混合物可以使用再循環(huán)的排氣(EGR)被稀釋，再循環(huán)的排氣是燃燒的空燃混合物的副產(chǎn)物。控制器可以被配置為執(zhí)行控制程序，諸如圖3-4的程序，以響應(yīng)于EGR需求的增加或降低調(diào)節(jié)專用EGR汽缸組的燃料供給。另外，控制器可以調(diào)節(jié)一個或多個發(fā)動機(jī)致動器，諸如火花正時(shí)和氣門正時(shí)，同時(shí)改變來自專用EGR汽缸組的EGR流，以降低扭矩瞬態(tài)。參考圖5示出了扭矩瞬態(tài)控制的調(diào)節(jié)的示例。
[0017]圖1示意性地示出包括具有4個汽缸(1-4)的發(fā)動機(jī)10的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)100的各方面。如在此闡述，4個汽缸布置為，第一汽缸組17由非專用EGR汽缸1-3組成，且第二組汽缸18由專用EGR汽缸4組成。參考圖2提供發(fā)動機(jī)10的每個燃燒室的詳細(xì)說明。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)100可以被連接在車輛內(nèi)，諸如配置為道路運(yùn)行的客車。
[0018]在描述的實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)10是連接到渦輪增壓器13的增壓發(fā)動機(jī)，其中渦輪增壓器13包括由渦輪76驅(qū)動的壓縮機(jī)74。具體地，新鮮空氣經(jīng)由空氣抽取器53沿進(jìn)氣通道42被引入發(fā)動機(jī)10并且流到壓縮機(jī)74。通過進(jìn)氣空氣通道42進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)的環(huán)境空氣的流速可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)氣門20至少部分被控制。壓縮機(jī)74可以是任何合適的進(jìn)氣壓縮機(jī)，諸如電機(jī)驅(qū)動的或驅(qū)動軸驅(qū)動的增壓器壓縮機(jī)。然而，在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10中，壓縮機(jī)是經(jīng)由軸19機(jī)械地連接到渦輪76的渦輪增壓器壓縮機(jī)，渦輪76通過擴(kuò)大發(fā)動機(jī)排氣被驅(qū)動。在一個實(shí)施例中，壓縮機(jī)和渦輪可以被連接在雙渦旋渦輪增壓器內(nèi)，在另一個實(shí)施例中，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪幾何形狀根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)而主動地變化。
[0019]如圖1所示，壓縮機(jī)74通過增壓空氣冷卻器78被連接到進(jìn)氣節(jié)氣門20。進(jìn)氣節(jié)氣門20被連接到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管25。來自壓縮機(jī)的壓縮進(jìn)氣流經(jīng)增壓空氣冷卻器和節(jié)氣門到進(jìn)氣歧管。增壓空氣冷卻器可以是例如空氣-空氣熱交換器或空氣-水熱交換器。在圖1中所示的實(shí)施例中，進(jìn)氣歧管內(nèi)空氣充氣的壓力由歧管空氣壓力(MAP)傳感器24感應(yīng)。壓縮機(jī)旁通閥(未示出)可以被串聯(lián)在壓縮機(jī)74的入口和出口之間。壓縮機(jī)旁通閥可以是正常的關(guān)閉閥，其配置為在選定的工況下打開，以釋放過量的增壓壓力。例如，，壓縮機(jī)旁通閥在降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速期間可以被打開以避免壓縮機(jī)喘振。
[0020]進(jìn)氣歧管25通過一系列進(jìn)氣門連接到一系列燃燒室30(見圖2)。燃燒室進(jìn)一步經(jīng)由一系列排氣門連接到排氣歧管36 (見圖2)。在描述的實(shí)施例中，排氣歧管36包括多個排氣歧管部分，以使得來自不同的燃燒室的流體(effluent)被導(dǎo)向到發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的不同位置。具體地，來自第一汽缸組17(汽缸1-3)的流體在由排放控制裝置170的排氣催化劑處理之前，被導(dǎo)向通過排氣歧管36的渦輪76。相比較，來自第二汽缸組18(汽缸4)的排氣，經(jīng)由通道50和排氣催化劑70按路線返回進(jìn)氣歧管25。可替換地，來自第二汽缸組的排氣的至少一部分經(jīng)由氣門65和通道56被引導(dǎo)到排氣歧管48的禍輪76。通過調(diào)節(jié)氣門65，可以改變從汽缸4引導(dǎo)到排氣歧管的排氣歧管相對于從汽缸4引導(dǎo)到進(jìn)氣歧管的比例。在一些不例中，氣門65和通道56可以省略。
[0021]排氣催化劑70被配置為水煤