用于改善稀釋容差的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及在輕載荷運(yùn)行期間用于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣再循環(huán)稀釋容差(tolerance)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)將來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置的一部分排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，以便通過降低節(jié)流損耗和燃燒溫度來改善燃料經(jīng)濟(jì)性和車輛排放。在渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，可以實(shí)施低壓EGR(LP-EGR)回路。LP-EGR回路將來自渦輪下游的排氣通道的排氣再循環(huán)到渦輪增壓器壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣通道。
[0003]為了提供在廣泛工況下的EGR，LP-EGR系統(tǒng)可以利用專用EGR規(guī)劃(schedule)。一個(gè)示例EGR規(guī)劃由Fujita等人在US 20070246028中示出。其中，固定量的EGR在所有EGR狀況下被輸送，EGR量以一個(gè)或更多個(gè)低壓EGR和高壓EGR被輸送。另一個(gè)示例規(guī)劃由Styles等人在US 20120023937中示出。其中，LP-EGR在除高載荷以外的所有發(fā)動(dòng)機(jī)載荷下以相對(duì)于新鮮空氣流的固定EGR速率(或百分比)被輸送。
[0004]不過，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這些規(guī)劃的潛在問題。作為示例，根據(jù)Styles或Fujita的規(guī)劃輸送EGR會(huì)由于過量EGR稀釋的存在而導(dǎo)致在瞬態(tài)運(yùn)行期間的燃燒不穩(wěn)定性和發(fā)動(dòng)機(jī)失火現(xiàn)象。這很大程度上是由于EGR輸送的預(yù)壓縮機(jī)位置。具體地，在渦輪增壓系統(tǒng)中，通過LP-EGR回路提供EGR會(huì)產(chǎn)生較長的傳輸延遲，這是由于排氣在到達(dá)燃燒室之前必須行進(jìn)穿過渦輪增壓器壓縮機(jī)、高壓空氣導(dǎo)入管路、增壓空氣冷卻器和進(jìn)氣歧管。作為傳送延遲的結(jié)果，在EGR需要快速下降的狀況期間，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)從高載荷和高EGR速率條件變成低載荷和低EGR速率條件的松油門操作期間，EGR可能無法從進(jìn)氣系統(tǒng)足夠快速地吹掃。結(jié)果，在低載荷條件期間，會(huì)有上升的進(jìn)氣空氣EGR稀釋，直到EGR被從空氣進(jìn)氣系統(tǒng)吹掃。在低載荷時(shí)增加進(jìn)氣空氣的稀釋能夠增加燃燒穩(wěn)定性問題和發(fā)動(dòng)機(jī)失火的傾向。
[0005]雖然Styles的平直規(guī)劃會(huì)降低在較低發(fā)動(dòng)機(jī)載荷時(shí)高EGR量的可能性，不過該規(guī)劃也會(huì)限制LP-EGR的燃料經(jīng)濟(jì)性的好處。例如，平直EGR規(guī)劃會(huì)導(dǎo)致在無法實(shí)現(xiàn)EGR的燃料經(jīng)濟(jì)性的好處的某些低載荷點(diǎn)處提供LP-EGR。在某些情況下，甚至?xí)a(chǎn)生與在低載荷點(diǎn)處的LP-EGR輸送關(guān)聯(lián)的燃料性能惡化。作為另一個(gè)示例，在較低載荷點(diǎn)處的較低EGR會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)在隨后較高載荷操作期間可實(shí)現(xiàn)的峰值EGR速率。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中需要的EGR在低發(fā)動(dòng)機(jī)載荷時(shí)的EGR延遲吹掃還能夠使進(jìn)氣壓縮機(jī)易受腐蝕和凝結(jié)。而且，由于EGR通過冷卻器的流動(dòng)，增加的凝結(jié)可能發(fā)生在升壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的增壓空氣冷卻器處。增加的凝結(jié)可能需要額外的反凝結(jié)措施，這進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)示例中，上述的某些問題能夠通過用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法至少部分地解決，所述方法包括:在使低壓EGR流動(dòng)的同時(shí)，在所有汽缸燃燒的情況下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)；并且響應(yīng)于降低發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，禁用EGR并在停用一個(gè)或更多個(gè)汽缸的情況下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)直到EGR低于閾值。通過這種方式，發(fā)動(dòng)機(jī)在低載荷時(shí)的EGR容差得以改善。
[0007]作為示例，在中等至高發(fā)動(dòng)機(jī)載荷期間，發(fā)動(dòng)機(jī)可以以提供燃料經(jīng)濟(jì)性和排放好處的低壓EGR(LP-EGR)流動(dòng)來運(yùn)行。LP-EGR流可以被調(diào)整為相對(duì)于空氣流的固定速率。響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)載荷減少到低載荷條件，例如由于駕駛員松油門踏板，空氣流會(huì)下降(例如，通過調(diào)整進(jìn)氣節(jié)氣門)，同時(shí)也減少LP-EGR流(例如，調(diào)整LP-EGR閥)。例如，EGR閥可以被調(diào)整成提供在較低載荷條件時(shí)的較低發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋。不過，由于在LP-EGR系統(tǒng)中的傳輸延遲，從發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)吹掃EGR會(huì)比期望發(fā)生得更慢。具體地，比期望更多的EGR會(huì)存在于空氣引入系統(tǒng)中，具體地在預(yù)壓縮機(jī)位置處，從而使燃燒穩(wěn)定性下降并潛在導(dǎo)致失火。
[0008]為了改善低載荷發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性和EGR容差，響應(yīng)于減少發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，在降低EGR的同時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)汽缸可以被選擇性停用。例如，至一個(gè)或更多個(gè)汽缸的燃料可以被切斷，同時(shí)進(jìn)氣門和排氣門被停用。汽缸停用的數(shù)量可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的下降。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有兩組汽缸，并且響應(yīng)于減少發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，第一發(fā)動(dòng)機(jī)組的所有汽缸可以被停用，而第二組的所有汽缸保持活性。結(jié)果，對(duì)于相同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，第二組汽缸可以以較高的平均汽缸載荷工作?；钚云椎妮^高載荷運(yùn)行允許在降低失火和緩慢燃燒問題的可能性的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)以存留的EGR運(yùn)行。此外，通過隔離被停用汽缸組的空氣容積，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效升壓容積減少，并且LP-EGR的耗用被加快。發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)以停用一個(gè)或更多個(gè)汽缸的情況運(yùn)行，直到LP-EGR已被耗用到閾值水平。響應(yīng)于隨后的踩油門，先前停用的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸可以被再激活。此外，在再激活期間，加燃料可以被調(diào)整，以便吹掃被聯(lián)結(jié)到停用汽缸組的排氣催化劑。因此，從較高汽缸載荷運(yùn)行獲得的燃料經(jīng)濟(jì)性和加快的EGR吹掃會(huì)平衡或勝過與排氣催化劑的吹掃關(guān)聯(lián)的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0009]通過這種方式，從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置吹掃EGR能夠被加快。通過在減少發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和減少EGR條件期間選擇性停用一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，平均汽缸載荷能夠增加，從而提高汽缸的EGR容差并提高燃燒穩(wěn)定性。通過隔離被停用汽缸的空氣容積，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效升壓容積減少，并且LP EGR的耗用被加快。因此，這使得在空氣引入系統(tǒng)和進(jìn)氣歧管中的EGR水平能夠比其他可能方式更快地下降(例如，高達(dá)節(jié)約一半時(shí)間)。通過快速降低在低載荷條件時(shí)的進(jìn)氣EGR水平且經(jīng)由汽缸停用增加在這些低發(fā)動(dòng)機(jī)載荷條件的EGR稀釋容差，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)隨后重新起動(dòng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的EGR速率。因此，這大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，尤其是在中等至高等發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-載荷區(qū)中。通過用新鮮空氣替換EGR，水蒸發(fā)和烴類凝結(jié)增加，從而減少它們在發(fā)動(dòng)機(jī)中的濃度以及對(duì)反凝結(jié)措施的需要。此外，減少凝結(jié)降低了壓縮機(jī)和增壓空氣冷卻器的腐蝕和退化。整體上，升壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能得以改善。
[0010]應(yīng)當(dāng)理解，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
被設(shè)置以簡化形式介紹本發(fā)明的一些概念，其將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。這不意味著確定所要求的發(fā)明主題的關(guān)鍵或基本特征，所要求保護(hù)的主題的范圍由隨附【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。而且，所要求的主題不限于解決上述或本公開任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0011]圖1不出不例發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)的布局。
[0012]圖2示出局部發(fā)動(dòng)機(jī)視圖。
[0013]圖3示出配置有排氣再循環(huán)(EGR)性能的另一示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
[0014]圖4示出在一個(gè)或更多個(gè)汽缸停用的情況下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)以加快LP-EGR的吹掃的示例方法。
[0015]圖5示出以VDE模式運(yùn)行第一發(fā)動(dòng)機(jī)組同時(shí)以非VDE模式運(yùn)行剩余發(fā)動(dòng)機(jī)組以加快從發(fā)動(dòng)機(jī)吹掃LP-EGR的示例方法。
[0016]圖6-7示出加快從空氣引入系統(tǒng)吹掃LP-EGR的示例汽缸停用。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下列【具體實(shí)施方式】涉及選擇性停用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(例如圖1-3的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng))的一個(gè)或更多個(gè)汽缸以改善在低載荷條件時(shí)的燃燒EGR容差和加快從發(fā)動(dòng)機(jī)吹掃/凈化EGR的系統(tǒng)和方法。在以EGR流動(dòng)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，響應(yīng)于減少發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR需要快速下降。在這類條件期間，控制器可以經(jīng)配置執(zhí)行控制例程，例如圖4的示例例程，以便選擇性停用至一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的燃料以及進(jìn)氣門和排氣門，同時(shí)以更高的平均汽缸載荷運(yùn)行有效汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)可以在一個(gè)或更多個(gè)汽缸停用的情況下運(yùn)行一段時(shí)間，直到從發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管充分吹掃EGR。在一個(gè)不例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸組的所有汽缸被停用的情況下以VDE模式運(yùn)行，直到EGR被充分吹掃。示例調(diào)整參照?qǐng)D6-7示出。通過這種方式，發(fā)動(dòng)機(jī)在低發(fā)動(dòng)機(jī)載荷時(shí)的稀釋容差得以改善。
[0018]圖1示出具有第一排15a和第二排15b的示例可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)(VDE) 10。在示出的示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是具有第一排和第二排并且每排具有三個(gè)汽缸的V6發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有帶節(jié)氣門20的進(jìn)氣歧管16以及聯(lián)結(jié)到排放控制系統(tǒng)30的排氣歧管18。排放控制系統(tǒng)30包括一個(gè)或更多個(gè)催化劑和空燃比傳感器，例如關(guān)于圖2所描述的。作為一個(gè)非限制性示例，發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠被包括作為客車的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。
[0019]在選定條件期間，例如當(dāng)不需要發(fā)動(dòng)機(jī)的全轉(zhuǎn)矩能力時(shí)，第一或第二組汽缸中的一者可以被選擇停用(在本文中，也被稱為VDE運(yùn)行模式)。具體地，可以通過切斷相應(yīng)的燃料噴射器同時(shí)保持進(jìn)氣門和排氣門的運(yùn)行使得空氣可以繼續(xù)通過汽缸泵送，從而停用選定汽缸組中的一個(gè)或更多個(gè)汽缸。雖然禁用汽缸的燃料噴射器被切斷，不過剩余的被啟用汽缸在燃料噴射器有效且運(yùn)行的情況下繼續(xù)執(zhí)行燃燒。為了滿足轉(zhuǎn)矩需求，發(fā)動(dòng)機(jī)在噴射器保持啟用的那些汽缸上產(chǎn)生相同量的轉(zhuǎn)矩。換句話說，剩余的有效汽缸以更高的平均汽缸載荷運(yùn)行。這要求更高的歧管壓力，從而產(chǎn)生下降的泵送損失和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。而且，暴露于燃燒的較低的有效表面面積(僅來自于啟用汽缸)降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱損失，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。
[0020]在替代實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以具有帶有可選擇性停用的進(jìn)氣門和/或排氣門的汽缸。其中，汽缸氣門可以經(jīng)由液壓致動(dòng)升降桿(例如，聯(lián)結(jié)到氣門推桿的升降桿)或經(jīng)由凸輪廓線變換機(jī)構(gòu)被選擇性停用，其中在所述凸輪廓線變換機(jī)構(gòu)中沒有提升的凸輪凸角被用于停用的氣門。
[0021]汽缸可以以排特定的方式被分組停用。例如，在圖1中，第一組汽缸可以包括第一排15a的三個(gè)汽缸，而第二組汽缸可以包括第二排15b的三個(gè)汽缸。在替代實(shí)施例中，取代每排的一個(gè)或更多個(gè)汽缸一起被停用，V8發(fā)動(dòng)機(jī)的每排中的兩個(gè)汽缸可以一起被選擇性停用。
[0022]發(fā)動(dòng)機(jī)10可以以多種物質(zhì)運(yùn)行，所述多種物質(zhì)可以經(jīng)由燃料系統(tǒng)8輸送。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以至少部分通過包括控制器12的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。控制器12可以從聯(lián)結(jié)到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器4接收各種信號(hào)(參照?qǐng)D2進(jìn)一步詳細(xì)描述)，并向聯(lián)結(jié)到發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛的各種致動(dòng)器22發(fā)送控制信號(hào)(也參照?qǐng)D2進(jìn)行描述)。各種傳感器可以包括例如，各種溫度、壓力和空燃比傳感器。此外，控制器12可以從沿發(fā)動(dòng)機(jī)缸體分布的一個(gè)或更多個(gè)爆震傳感器接收汽缸爆震或預(yù)點(diǎn)火指示。當(dāng)被包括時(shí)，所述多個(gè)爆震傳感器可以沿發(fā)動(dòng)機(jī)缸體對(duì)稱或不對(duì)稱分布。進(jìn)一步地，所述一個(gè)或更多個(gè)爆震傳感器可以包括加速計(jì)、電離傳感器或汽缸內(nèi)壓力換能器。
[0023]燃料系統(tǒng)8可以被進(jìn)一步聯(lián)結(jié)到燃料蒸汽回收系統(tǒng)(未示出)，該燃料蒸汽回收系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)加燃料和每日燃料蒸汽的一個(gè)或更多個(gè)碳罐。在選定條件期間，燃料蒸汽回收系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)氣門可以被調(diào)整成將所存儲(chǔ)的燃料蒸汽吹掃到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，以提高燃料經(jīng)濟(jì)性和降低排氣排放。在一種示例中，吹掃蒸汽可以被引導(dǎo)靠近特定汽缸的進(jìn)氣門。例如，在VDE運(yùn)行模式期間，吹掃蒸汽可以只被引導(dǎo)到正點(diǎn)火的汽缸。這可以在針對(duì)不同汽缸組配置不同進(jìn)氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)。替代性地，一個(gè)或更多個(gè)蒸汽管理氣門可以被控制成確定哪個(gè)汽缸獲得吹掃蒸汽。
[0024]圖2示出(圖1的)發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室或汽缸的示例實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以從包括控制器12的控制系統(tǒng)接收控制參數(shù)且經(jīng)由