用于排气再循环控制的系统和方法技术方案

本申请公开提供用于改变从专用EGR汽缸传送至发动机的EGR的位置和比率的方法和系统。专用EGR汽缸配置有经由凸轮轮廓转换机构控制的多个排气门，该凸轮轮廓转换机构允许每个排气门的打开正时和打开持续时间变化。通过选择性地在某时打开排气门，来自专用EGR汽缸的排气可以被传送至前压缩机位置、后压缩机位置，或至排气歧管同时绕过所有发动机汽缸。

【技术实现步骤摘要】

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。
技术介绍
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。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。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。然而，本文专利技术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。
技术实现思路
专利技术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。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。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。应当理解，上述
技术实现思路
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】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:图1是包括给予汽缸组的专用EGR的发动机系统的示意图。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。图3是发动机的燃烧室的示意性描述。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。图5示出响应于发动机工况的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发动机的方法，其包含：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前压缩机位置和后压缩机位置中的每个处的发动机汽缸。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱金辉，D·J·斯黛奥兹，B·A·博伊尔，G·P·麦康威尔，J·N·阿勒瑞，J·D·欧文，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US