用于專用排放氣體再循環(huán)和控制的系統(tǒng)及方法
【專利說明】用于專用排放氣體再循環(huán)和控制的系統(tǒng)及方法
[0001]相關文獻的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年I月18日提交的第13/744，928號美國專利申請的優(yōu)先權，該申請通過引用并入本文。
技術領域
[0003]本發(fā)明大體上涉及內燃機中的排放氣體再循環(huán)，更具體地，涉及通過一個或多個低壓排放氣體再循環(huán)回路使來自具有可控排放氣體再循環(huán)率的一個或多個專用汽缸的排放氣體再循環(huán)的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0004]由內燃機產生的污染空氣的有毒氮氧化物(NOx)是不期望的，并且在一些情況中受到政府部門所建立的條例的控制。此外，火花點火發(fā)動機中顯示出稱作“爆震”的異常燃燒現象，當未燃區(qū)的燃燒反應在均質燃燒過程前的傳播火焰到達之前發(fā)起迅速的不受控制的燃燒時，異常燃燒現象發(fā)生。一種用于控制爆震的方法包括通過以下方法增加火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?，通過提高混合物均勻度或者通過增加由規(guī)律的氣流運動所引發(fā)的湍流級。
[0005]一種用于限制或控制發(fā)動機燃燒溫度從而減少NOx排放的技術已經可將部分排放氣體再循環(huán)至發(fā)動機進氣口，從而降低進入空氣中的含氧量。這降低了進入氣體的燃燒溫度，并且由于較低的火焰溫度轉而降低了燃燒過程中形成的NOx的量。為了再循環(huán)排放氣體，提供了將排氣歧管連接至進氣供應線的排放氣體再循環(huán)線(EGR)。
[0006]用于增加火焰?zhèn)鞑ニ俣纫越鉀Q爆震的技術是，具有專用于向發(fā)動機進氣口提供EGR流的一個或多個汽缸。當EGR線與一個或多個專用汽缸相連接時，發(fā)動機用作驅動EGR流的正排量泵，以消除將排放氣體傳輸至進氣系統(tǒng)過程中的泵送損失，并且允許實現不含氮氧排放物的各種發(fā)動機。另外，由于來自專用汽缸的排放氣體未離開發(fā)動機，專用汽缸具有可替代的燃燒過程，諸如在充足的燃燒條件下運行專用汽缸，以產生如氫的有利物質。此夕卜，不需要具有可變幾何尺寸的渦輪增壓器來驅動EGR流，以便滿足目標空氣-燃料比。
[0007]當利用作為專用EGR汽缸的一個或多個汽缸進行操作的發(fā)動機偏向于極度簡化的控制裝置和壓力處理裝置、較少的硬件、和其他益處時，這些簡化造成的代價是損失對系統(tǒng)的控制，包括損失對EGR率的控制。當標稱汽缸專用于提供EGR、以及應用標準燃料和控制裝置時，由汽缸提供的EGR比率限制于EGR汽缸的數量與汽缸的總數的簡單比率。例如，如果所有發(fā)動機以同樣的方式操作，具有專用于EGR的一個汽缸和總共四個汽缸的發(fā)動機將以25 %的EGR率進行操作。然而，當所有的汽缸保持相同的操作時，迄今為止還未實現使所獲得的EGR比不同于由專用汽缸所提供的EGR比。
[0008]因此，問題在于，在各種發(fā)動機操作條件下獲得EGR流與進入空氣流的適當混合，同時實現發(fā)動機汽缸內EGR流的分配。因此，需要提高使用專用于提供EGR流的一個或多個發(fā)動機汽缸的系統(tǒng)中的EGR流的系統(tǒng)、方法和裝置。

【發(fā)明內容】

[0009]各實施方式包括用于排放氣體再循環(huán)的獨特的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法包括專用排放氣體再循環(huán)系統(tǒng)，其用于在燃燒之前使從發(fā)動機的至少一個專用汽缸流入空氣進入系統(tǒng)的排放氣體進行再循環(huán)。該系統(tǒng)和方法還包括低壓排放氣體再循環(huán)系統(tǒng)，其允許相對于由專用排放氣體再循環(huán)系統(tǒng)所提供的EGR率對排放氣體再循環(huán)率進行控制。通過以下描述和附圖，本發(fā)明的其他實施方式、形式、目的、特征、優(yōu)點、方面和益處將變得更明顯。
【附圖說明】
[0010]圖1為內燃機系統(tǒng)的示意圖，該內燃機被配置成提供來自一個或多個專用汽缸的專用EGR流和來自一個或多個非專用汽缸的低壓EGR流，以改變專用EGR率。
[0011]圖2為用于控制EGR率的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]為了促進對本發(fā)明原理的理解，以下將參照附圖中所示的實施方式并將使用具體語言對這些實施方式進行描述。然而，應理解，這并非旨在限制本發(fā)明的范圍，本文中預期了所示實施方式中的任何替代和進一步的修改以及與本發(fā)明相關的領域的技術人員通常會想到的如本文中描述的本發(fā)明原理的任何其他應用。
[0013]參照圖1，以示意圖形式示出了用于控制EGR流的系統(tǒng)20。所示系統(tǒng)20具有發(fā)動機30，發(fā)動機30具有通過專用EGR系統(tǒng)或回路21和低壓EGR系統(tǒng)或回路41連接的進氣和排氣系統(tǒng)。發(fā)動機30為任何類型的內燃機，并且可包括化學計量比發(fā)動機、汽油發(fā)動機、酒精發(fā)動機(例如乙醇或甲醇)或天然氣發(fā)動機。在某些實施方式中，發(fā)動機30包括諸如稀燃汽油機、稀燃酒精發(fā)動機、稀燃天然氣發(fā)動機、或柴油循環(huán)發(fā)動機的稀燃發(fā)動機。在某些實施方式中，發(fā)動機30可為產生排放物的任何類型的發(fā)動機，其可用于排放氣體再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)中，例如，以減小爆震并且降低從發(fā)動機30排放的NOx。在所述實施方式中，發(fā)動機30包括直線布置的六個汽缸30a-30f。但是，汽缸的數量可為任何值，并且汽缸的布置可為任何布置，而不局限于圖1所示的數量和布置。
[0014]發(fā)動機30包括至少一個專用EGR汽缸30a，其余的汽缸30b_30f不專用于EGR。雖然圖1僅示出了一個專用EGR汽缸30a，但是兩個或更多的專用EGR汽缸也是可設想到的。本文所用的術語“專用EGR”應當廣義地理解。至少在某些操作條件中，其中某專用汽缸的總排放輸出再循環(huán)至發(fā)動機進氣口的任何EGR布置為專用EGR布置。在系統(tǒng)20中，來自專用汽缸的排放氣體在發(fā)動機30的進氣歧管28的上游與吸入氣體進行再循環(huán)和結合。再循環(huán)的排放氣體可在混合位置24的混合器(未示出)處或者通過其他布置與吸入氣體結合。在某些實施方式中，再循環(huán)的排放氣體直接返回至進氣歧管28。圖1的專用EGR系統(tǒng)21可為高壓回路或系統(tǒng)或者低壓回路，例如，高壓回路或系統(tǒng)可通過使專用EGR汽缸30a的排氣返回至所示壓縮機50下游位置的進氣口來加以實現，而低壓回路可通過使所述排氣返回至壓縮機下游位置的進氣口來加以實現。
[0015]發(fā)動機30包括至少部分地限定汽缸30a_30f的發(fā)動機組70?；钊?未示出)可以可滑動地設置在每個汽缸30a-30f內，以便在上止點位置和下止點位置間往復運動，而汽缸蓋(未示出)可與每個汽缸30a-30f相連。汽缸30a-30f的每一個、其各自的活塞、和汽缸蓋構成燃燒室。在所述實施方式中，發(fā)動機30包括6個這樣的燃燒室。然而，可設想的是，發(fā)動機30可包括數量更多或更少的汽缸和燃燒室，并且這些汽缸和燃燒室可被設置成“直線”配置、“V”配置、或其他合適的配置。
[0016]在一種實施方式中，發(fā)動機30為四沖程發(fā)動機。也就是說，對于每個完整的發(fā)動機循環(huán)(即對于每兩次完整的機軸旋轉)，每個汽缸30a-30f的活塞都通過進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程或動力沖程、以及排氣沖程進行運動。因此，在用于示出的六汽缸發(fā)動機的每個完整循環(huán)期間具有六個沖程，在沖程期間，空氣從進氣歧管供應管道26被吸入各個燃燒室中。在所述實施方式中，排放氣體在五個沖程期間從各個汽缸30b-30f排至排氣管道34，并且在一個排氣沖程期間從汽缸30a排至再循環(huán)排放氣體供應管道40，以提供約為16%的專用EGR率。這些沖程與各個系統(tǒng)內的空氣和排氣的脈動相對應。應理解的是，其他專用EGR率也是可以設想的。例如，具有兩個專用EGR汽缸的布置提供了 33%的專用EGR率，而具有單個專用汽缸的四汽缸