用于專用egr汽缸排氣溫度控制的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文涉及用于改善以高水平的排氣再循環(huán)(EGR)進行操作的發(fā)動機的運行的系統(tǒng)和方法。所述方法可以特別適用于包括向發(fā)動機汽缸提供外部EGR的一個或多個專用排氣再循環(huán)(Dedicated EGR)汽缸的發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機可以通過一個或多個專用EGR汽缸(例如，引導(dǎo)其排氣流的至少一部分(沒有來自其他汽缸的排氣)以向發(fā)動機汽缸提供外部EGR的汽缸)來操作，所述專用EGR汽缸將其所有的排氣引導(dǎo)至發(fā)動機汽缸的進氣中，作為外部排氣再循環(huán)(EGR)。這種布置可以允許發(fā)動機以更高水平的排氣稀釋操作。因此，可以減少發(fā)動機抽吸做功并且可以提高發(fā)動機效率。外部EGR也可以被引導(dǎo)通過冷卻器以降低發(fā)動機汽缸中的氣體溫度，從而使發(fā)動機受爆震限制更小并且進一步降低了氮氧化物(NOx)排放。然而，在EGR冷卻器內(nèi)可能形成冷凝物，并且冷凝物可能最終被吸入到發(fā)動機中，這可能增加發(fā)動機點火失敗的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明人這里已經(jīng)認識到運行高度稀釋的發(fā)動機的上述缺點并且已經(jīng)研發(fā)了一種用于發(fā)動機的方法，該方法包括:僅僅使來自專用EGR汽缸的排氣再循環(huán)到發(fā)動機汽缸的進氣管；通過響應(yīng)于EGR冷卻器冷凝增大專用EGR汽缸的空燃比來提高專用EGR汽缸中的排氣溫度；以及在響應(yīng)于EGR冷卻劑冷凝的理論配比空燃比周圍運行剩余的發(fā)動機汽缸。
[0004]通過增大正在運行的汽缸的空燃比至濃的程度以提高包括專用EGR(DEGR)汽缸的發(fā)動機的發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性，可以升高EGR氣體溫度并從EGR冷卻器中移除冷凝物。DEGR汽缸一般可以在濃空燃比下運行以提高發(fā)動機的非DEGR汽缸中的燃燒穩(wěn)定性。然而，如果基于EGR冷卻器冷凝、較冷的發(fā)動機和/或較低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷期望較高的EGR氣體溫度，則可以通過增大供給至DEGR汽缸的空氣-燃料混合物或者通過使空氣-燃料混合物濃度較低而升高EGR氣體溫度。此外，當(dāng)DEGR汽缸的空燃比增大而導(dǎo)致再循環(huán)排氣中的燃料較少時，噴射至每個剩余的汽缸中的燃料的量可以增大以保持剩余的汽缸中的理論配比空燃比。另外，在一些示例中，與非DEGR汽缸的火花正時相比，DEGR汽缸的火花正時可以延遲。通過這種方式，可以升高EGR氣體溫度而不升高非DEGR汽缸的排氣溫度。
[0005]本發(fā)明可以提供多種優(yōu)點。特別地，所述方法可以通過允許減小EGR冷卻器冷凝而減小發(fā)動機點火失敗的可能性。另外，所述方法可以提供更快的發(fā)動機熱機，從而減小發(fā)動機排放。另外，所述方法可以提高發(fā)動機輕載下的發(fā)動機效率。
[0006]當(dāng)單獨地理解下文的詳細描述或結(jié)合附圖來理解下文的詳細描述時，本發(fā)明的上述優(yōu)點以及其他優(yōu)點和特征將從這些詳細描述中顯而易見。
[0007]應(yīng)當(dāng)理解的是，提供上面的簡要描述是為了以簡化的形式引入將在詳細的說明書中進一步描述的一系列概念。其并不意在確定要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，其中，要求保護的主題的范圍由所附權(quán)利要求唯一地限定。另外，要求保護的主題不限于解決在前文中或者在本公開的任何部分中提到的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0008]當(dāng)單獨地或結(jié)合附圖來理解時，通過閱讀實施方式的示例(在本文中稱為“【具體實施方式】”)將更完整地理解本文描述的優(yōu)點。
[0009]圖1是發(fā)動機的示意圖；
[0010]圖2和圖3示出了包括DEGR汽缸的示例性發(fā)動機變型；
[0011]圖4是根據(jù)圖5的方法的示例性發(fā)動機操作順序圖；以及
[0012]圖5示出了用于運行包括DEGR汽缸的發(fā)動機的示例性方法。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明涉及運行具有高度稀釋的汽缸混合物的發(fā)動機。發(fā)動機汽缸混合物可以使用再循環(huán)排氣來稀釋，其中再循環(huán)排氣是燃燒空氣-燃料混合物的副產(chǎn)品。再循環(huán)排氣可以稱為EGR。圖1至圖3示出了可以以較高的汽缸充注氣(charge)稀釋水平運行以改善發(fā)動機效率和排放的示例性發(fā)動機構(gòu)型。發(fā)動機可以根據(jù)圖5所示的方法以圖4的順序所示地運行。
[0014]參照圖1，包括如圖2和圖3所示的多個汽缸(在圖1中示出了其中一個汽缸)的內(nèi)燃發(fā)動機10由發(fā)動機電子控制器12控制。發(fā)動機10包括燃燒室30和汽缸壁22，其中活塞36定位在燃燒室30和汽缸壁22中并且連接至曲軸40。燃燒室30示出為通過相應(yīng)的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣門和排氣門可以通過進氣凸輪51和排氣凸輪53相對于其他汽缸的氣門獨立地操作。進氣門調(diào)節(jié)器85相對于曲軸40的位置提前或延遲進氣門52的相位。另外，進氣門調(diào)節(jié)器85可以增加或減小進氣門提升量。排氣門調(diào)節(jié)器83相對于曲軸40的位置提前或延遲排氣門54的相位。另外，排氣門調(diào)節(jié)器83可以增加或減小排氣門提升量。
[0015]進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。在燃燒室構(gòu)成DEGR汽缸的一部分的情況下，氣門52和54的正時和/或提升量可以獨立于其他發(fā)動機汽缸中的氣門被調(diào)節(jié)，使得在同一個發(fā)動機循環(huán)期間，DEGR汽缸的汽缸空氣充注量可以相對于其他發(fā)動機汽缸的汽缸空氣充注量增加或減小。通過這種方式，對于僅包括一個DEGR汽缸的四缸發(fā)動機，供給至發(fā)動機汽缸的外部EGR可以超過汽缸充注質(zhì)量的25%。另外，除DEGR汽缸以外的汽缸的內(nèi)部EGR量可以通過調(diào)節(jié)這些相應(yīng)汽缸的氣門正時而獨立于DEGR汽缸來調(diào)節(jié)。在一些示例中，發(fā)動機可以包括兩個或更多個DEGR汽缸。例如，八缸發(fā)動機可以在每個汽缸列包括DEGR汽缸。
[0016]燃料噴射器66示出為定位成將燃料直接噴射到汽缸30中，這就是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的直噴?？商娲兀剂峡梢员粐娚涞竭M氣道，這就是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的進氣道噴射。進氣歧管44示出為與可選的電子節(jié)氣門62連通，其中電子節(jié)氣門62調(diào)節(jié)節(jié)氣門板64的位置以控制從增壓室46到進氣歧管44的氣流。在一些示例中，節(jié)氣門62和節(jié)氣門板64可以定位在進氣門52與進氣歧管44之間，使得節(jié)氣門62是進氣道節(jié)氣門。壓縮機162將空氣從進氣管42供給至增壓室46。壓縮機162由與渦輪機164機械連接的軸161驅(qū)動。壓縮機再循環(huán)閥158可以選擇性地操作以減小增壓壓力。廢氣門72可以選擇性地打開或關(guān)閉以控制渦輪機164的速度。
[0017]駕駛員要求扭矩可以根據(jù)由加速踏板傳感器134感測到的加速踏板130的位置來確定。當(dāng)駕駛員的腳132操作加速踏板130時，表示駕駛員要求扭矩的電壓或電流從加速踏板傳感器134輸出。
[0018]無分電器的點火系統(tǒng)88響應(yīng)于控制器12通過火花塞92向燃燒室30提供點火火花。通用排氣氧(UEG0)傳感器126示出為連接至位于渦輪機164和催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管48。可替代地，雙態(tài)排氣氧傳感器可以替代UEG0傳感器126。在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以包括多個催化劑塊。在另一個示例中，可以使用多個排放控制裝置，每個排放控制裝置具有多個催化劑塊。在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以是三元型催化劑。
[0019]控制器12在圖1中示出為常規(guī)的微型計算機，其包括:微處理器單元(CPU) 102、輸入/輸出端口 104、只讀(非瞬態(tài))存儲器(ROM) 106、隨機存取存儲器(RAM) 108、保持活躍存儲器(KAM)llO以及常規(guī)的數(shù)據(jù)總線。除了前面論述過的那些信號之外，控制器12示出為還接收來自連接于發(fā)動機10的傳感器的各種信號，這些信號包括:來自連接于冷卻水套114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接于進氣歧管44的壓力傳感器121的發(fā)動機歧管壓力(MAP)的測量值；來自壓力傳感器122的增壓壓力的測量值；來自感測曲軸40的位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機位置傳感器；來自傳感器120的進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量的測量值；以及來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測量值。大氣壓力也可以被(未示出傳感器)感測以用于由控制器12處理。
[0020]在操作期間，發(fā)動機10內(nèi)的每個汽缸一般經(jīng)歷四沖程循環(huán)，該循環(huán)包括吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。通常，在吸氣沖程期間，排氣門54關(guān)閉而進氣門52打開。空氣通過進氣歧管44被引入到燃燒室30中，并且活塞36移動至汽缸的底部以增加燃燒室30內(nèi)的容積。活塞36處于汽缸的底部附近并且在其行程結(jié)束時(例如當(dāng)燃燒室30處于其最大容積時)的位置一般被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為下止點(BDC)。在壓縮沖程期間，進氣門52和排氣門54關(guān)閉?；钊?6向汽缸蓋移動以壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣?；钊?6處于其行程結(jié)束并且最靠近汽缸蓋時(例如當(dāng)燃燒室30處于其最小容積時)的點一般被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為上止點(TDC)。
[0021]在下文中稱為噴射的過程中，燃料被引入到燃燒室中。在下文中稱為點火的過程中，噴射的燃料通過諸如火花塞92之類的已知的點火方式被點燃，導(dǎo)致燃燒。在做功沖程期間，膨脹的氣體將活塞36推回到BDC。曲軸40將活塞運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門54打開以將燃燒后的空氣-燃料混合物釋放至排氣歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，以上所示僅僅作為示例，并且進氣門和排氣門打開和/或關(guān)閉正時可以變化，例如以便提供正的或負的進氣門和排氣門打開重疊、延遲的進氣門關(guān)閉或各種其他示例。
[0022]圖2示出了發(fā)動機10的第一示例的示意圖，示出了汽缸1-4，其中一個汽缸包括圖1的燃燒室30。對于每個發(fā)動機汽缸，圖2的示例性發(fā)動機構(gòu)型都可以包括圖1所示的裝置。每個汽缸的進氣門52和排氣門54可以通過進氣門調(diào)節(jié)器85和排氣門調(diào)節(jié)器83獨立于其他發(fā)動機汽缸的氣門打開和關(guān)閉。例如，編號為4的汽缸的進氣門52和排氣門54可以相對于發(fā)動機曲軸40和其他發(fā)動機汽缸的氣門在不同正時打開和關(guān)閉。因此，編號為4的汽缸的進氣門52可以在編號為4的汽缸的BDC吸