用于對角吹氣排氣清掃的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本說明書大體涉及用于在升壓的內燃發動機中用吹氣(blow-through)空氣改進扭矩輸出的方法和系統。
【背景技術】
[0002]發動機的性能能夠經由渦輪增壓器或機械增壓器增強。渦輪增壓器或機械增壓器給環境空氣加壓，以增大進入發動機汽缸的空氣的密度。當該汽缸充氣可能比非渦輪增壓發動機的汽缸充氣更密時，增加汽缸捕集的空氣量。與非渦輪增壓發動機相比，這可以允許增加要噴入發動機汽缸的燃料量，從而導致扭矩增加。
[0003]然而，在某些條件下(例如，在低發動機轉速和節氣門全開下)，升壓發動機可以被嚴格地限制爆震，導致扭矩輸出降低。改進低速度爆震限制的扭矩的一個方法包括提供可變進氣門和/或排氣門正時。特別地，可以調整渦輪增壓發動機的進氣門和排氣門，使得當汽缸的進氣門和排氣門同時打開時和當發動機進氣歧管壓力高于發動機排氣歧管壓力時，發動機輸出功率可以增加。發動機進氣歧管中的加壓空氣能夠將排氣從汽缸驅動到發動機排氣歧管，使得汽缸新鮮充氣(例如，空氣和燃料)可以增加。此外，通過用新鮮空氣代替所捕集的排氣，可以降低充氣溫度。因此，可以降低爆震的傾向。然而，本發明人在此已識別關于此類方法的問題。作為示例，在重疊時間段期間，由于進氣門和排氣門之間的短流動路徑，由壓縮機輸送的空氣可以在排氣被完全從汽缸清除之前泄漏到排氣端口中。因此，可以需要增加的升壓空氣量，以清除排氣室，這可以限制能夠由壓縮機提供的升壓量。
[0004]此外，為了維持化學計量的排氣空燃比，可以將附加的燃料噴入汽缸，以補償排氣中的附加空氣。結果是，排氣可以包含高的一氧化碳和氫氣濃度，這可以放熱地與附加空氣中的過量氧氣化合，這當在催化劑處被氧化時可以導致催化劑超過溫度的條件。

【發明內容】

[0005]在一個示例中，上述問題可以至少部分由用于包括一個或多個四氣門汽缸的發動機的方法解決，該方法包括:在第一正氣門重疊模式期間，相比于通過汽缸的第二進氣門和第二排氣門，使更多的吹氣通過汽缸的第一進氣門和第一排氣門從進氣歧管流動到排氣歧管。
[0006]作為示例，在發動機以第一重疊模式操作期間，壓縮空氣可以經由第一進氣門從進氣歧管被引導，并且熱的殘余氣體可以經由第一排氣門被清除。第一進氣門和第一排氣門可以對角地布置在汽缸蓋中。因此，在吹氣期間，氣體可以流過較長的對角線路徑。
[0007]以這種方式，通過引導氣體流過較長的路徑，可以更有效地從汽缸清除排氣，并且在汽缸中可以捕集更多的新鮮空氣。產生的增加的汽缸空氣充氣可以提供更多的扭矩。以低發動機轉速增加的扭矩輸出可以在最高檔位增加時間，從而導致改善的燃料經濟性。此夕卜，由于汽缸中捕集了更多的空氣，泄漏到排氣的空氣量可以減少。因此，可以不太富地操作汽缸。減少的排氣中的空氣量和不太富的燃燒可以減少在排氣歧管中放熱化合的燃料和空氣的量。結果是，排氣溫度的過量增加和因此排氣催化劑溫度的過量增加可以降低。
[0008]此外，由于排氣被有效地清除，汽缸內的溫度可以降低。因此，較低的汽缸內溫度可以降低爆震的傾向，這可以允許用更多的火花提前操作發動機，這也可以有助于降低排氣溫度。
[0009]總之，通過提供對角吹氣，更多的扭矩在低速度下可以是可用的，燃料經濟性可以被改善，排氣催化劑的過量加熱可以減少，并且降低的爆震發生率可以實現。
[0010]當單獨地或與附圖結合考慮時，根據以下【具體實施方式】，本說明書的上述優點和其他優點及特征將是顯而易見的。
[0011]應該理解，提供上述
【發明內容】
，以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的概念的選擇。其目的不是識別所要求保護的主題的關鍵或必要特征，所要求保護的主題的范圍由【具體實施方式】之后的權利要求唯一限定。此外，所要求保護的主題不限于解決在上面或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】
[0012]圖1示出示例發動機系統的一個汽缸的示意圖。
[0013]圖2示出包括渦輪增壓器的4汽缸發動機的示例發動機系統的示意圖。
[0014]圖3A、3B、3C和3D示出分別在四氣門吹氣、兩氣門對角吹氣、掩蓋的兩氣門吹氣和掩蓋的四氣門吹氣期間包括氣體的流動方向的示例四氣門汽缸蓋。
[0015]圖4示出示例流程圖，其示出用于根據發動機工況確定吹氣的類型的例程。
[0016]圖5示出示例流程圖，其示出用于提供兩氣門對角吹氣的例程。
[0017]圖6示出示例流程圖，其示出用于提供四氣門吹氣的例程。
[0018]圖7示出示例曲線圖，其示出在兩氣門對角吹氣期間的示例氣門正時、氣門升程和持續時間。
[0019]圖8示出示例曲線圖，其示出在四氣門吹氣期間的示例氣門正時、氣門升程和持續時間。
【具體實施方式】
[0020]本說明書涉及用于在包括如圖1-2中所示的渦輪增壓器的發動機系統中改進吹氣清掃(scavenging)的方法和系統。發動機控制器可以經配置執行控制例程，如圖4_6中所示的那些，以確定吹氣的類型(兩氣門對角吹氣或四氣門吹氣)并以所確定的吹氣模式操作發動機。可以使用如在圖3B所示的兩氣門對角吹氣模式，以增加氣體從第一進氣門到第一排氣門的流動距離，從而改進用于更有效清除的氣體的混合并通過減少泄漏到排氣歧管中的吹氣空氣的量來增加汽缸空氣充氣。當一個或多個氣門的溫度大于閾值劣化溫度以降低用于吹氣的氣門的劣化時，可以使用如在圖3A所示的四氣門吹氣模式來取代兩氣門吹氣模式。在一個示例中，可以使用四氣門吹氣模式，以加快聯接到圖1-2的發動機的排氣催化劑的加熱。在一些示例中，可以使用如在圖3C所示的掩蓋的兩氣門吹氣模式。在另一些示例中，可以使用如在圖3D所示的掩蓋的四氣門吹氣模式。在圖7和圖8分別示出了在兩氣門對角吹氣模式期間和在四氣門吹氣模式期間的示例氣門正時、氣門持續時間及氣門升程。
[0021]圖1示出內燃發動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。發動機10可以從包括控制器12的控制系統接收控制參數并可以經由輸入裝置132從車輛操作員130接收輸入。在該示例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用于產生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的汽缸(在本文也稱為“燃燒室”)14可以包括具有活塞138布置在其中的燃燒室壁136。活塞138可以聯接到曲軸140使得該活塞的往復運動轉化成該曲軸的旋轉運動。曲軸140可以經由傳輸系統聯接到客車的至少一個驅動輪。此外，起動機馬達可以經由飛輪聯接到曲軸140，以啟動發動機10的起動操作。
[0022]汽缸14能夠經由一系列進氣通道142、144和146接收進氣空氣。進氣通道146能夠與除汽缸14以外的發動機10的其他汽缸連通。在一些實施例中，進氣通道中的一個或多個進氣通道可以包括諸如渦輪增壓器或機械增壓器的升壓裝置。例如，圖1示出配置有渦輪增壓器的發動機10，所述渦輪增壓器包括布置在進氣通道142和144之間的壓縮機174和沿排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可以至少部分由排氣渦輪176經由軸180提供動力，其中升壓裝置被配置作為渦輪增壓器。然而，在另一些示例中，如在發動機10設置有機械增壓器的情況下，可以任選地省略排氣渦輪176，其中壓縮機174可以由來自馬達或發動機的機械輸入提供動力。包括節流板164的節氣門20可以沿發動機的進氣通道設置，用于改變提供給發動機汽缸的進氣空氣的流率和/或壓力。例如，節氣門20可以如本文所示設置在壓縮機174的下游，或者可替代地可以被設置在壓縮機174的上游。
[0023]排氣通道148能夠從除汽缸14以外的發動機10的其他汽缸接收排氣。排氣傳感器128被示出在排放控制裝置178的上游聯接到排氣通道148。傳感器128可以從諸如例如線性氧傳感器或UEG0(通用或寬域排氣氧傳感器)、雙態氧傳感器或EG0(如圖所示)、HEG0(加熱的EGO)、N0X、HC或CO傳感器等用于提供排氣空氣/燃料比的指示的各種合適的傳感器中選出。排放控制裝置178可以是三元催化劑(TWC)、N0X捕集器、各種其他排放控制裝置或它們的組合。
[0024]排氣溫度可以由位于排氣通道148中的一個或多個溫度傳感器(未示出)估計。可替代地，排氣溫度可以基于諸如轉速、負荷、空燃比(AFR)、火花延遲等發動機工況推斷。此外，排氣溫度可以由一個或多個排氣傳感器128計算。可以理解的是，排氣溫度可以可替代地通過本文列出的溫度估計方法的任何組合進行估計。
[0025]發動機10的每個汽缸可以包括一個或多個進氣門和一個或多個排氣門。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14的上部區域處的至少一個進氣提升氣門150和至少一個排氣提升氣門156。在一些實施例中，發動機10的每個汽缸(包括汽缸14)可以包括位于該汽缸的上部區域處的至少兩個進氣提升氣門和至少兩個排氣提升氣門。
[0026]進氣門150可以由控制器12經由凸輪致動系統151通過凸輪致動控制。類似地，排氣門156可以由控制器12經由凸輪致動系統153控制。凸輪致動系統151和153每個都可以包括一個或多個凸輪，并且可以使用凸輪廓線變換(CPS)系統、可變凸輪正時(VCT)系統、可變氣門正時(VVT)系統和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個，這些系統可以由控制器12操作，以改變氣門操作。進氣門150和排氣門156的位置可以分別由氣門位置傳感器155和157確定。在可替代的實施例中，該進氣門和/或排氣門可以通過電動氣門致動而被控制。例如，汽缸14可以替代地包括經由電動氣門致動控制的進氣門和經由包括CPS和/或VCT系統的凸輪致動控制的排氣門。在又一些實施例中，進氣門和排氣門可以由共同的氣門致動器或致動系統或者可變氣門正時致動器或致動系統控制。
[0027]汽缸14能夠具有壓縮比，該壓縮比是當活塞138處于底部中心時對其處于頂部中心時的容積比。常規地，該壓縮比是在9:1至10:1的范圍中。然而，在其中使用不同燃料的一些示例中，可以增加該壓縮比。例如當使用較高辛烷值燃料或具有較高蒸發潛焓的燃料時，這可以發生。如果由于其對發動機爆震的影響而使用直接噴射，則也可以增加該壓縮比。
[0028]在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以包括用于起動燃燒的火花塞192。點火系統190能夠在選定的操作模式期間響應于來自控制器12的火花提前信號SA，經由火花塞192向燃燒室14提供點火火花。然而，在一些實施例中，可以省略火花塞192，如在一些柴油發動機的情況中，發動機10可以通過自動點火或燃料的噴射發起燃燒。
[0029]在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以配置有用于向其提供燃料的一個或多個燃料噴射器。作為非限制性不例，汽缸14被不出包括一個燃料噴射器166。燃料噴射器166被示出直接聯接到汽缸14，用于與經由電子驅動器168從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例將燃料直接噴射在其中。以這種方式，燃料噴射器166提供所謂的燃料到燃燒汽缸14中的直接噴射(以下也稱為“DI”)。雖然圖1示出作為側噴射器的噴射器166，但是該噴射器也可以位于活塞的上方(overhead)，如靠近火花塞192的位置。當由于一些醇基燃料的較低揮發性而用醇基燃料操作發動機時，此類位置可以改善混合和燃燒。可替代地，噴射器可以位于進氣門的正上方或靠近進氣門以提高混合。燃料可以從包括燃料箱、燃料栗和燃料軌的高壓燃料系統8輸送給燃料噴射器166。可替代地，燃料可以在較低壓力下由單級燃料栗輸送，在這種情況下與如果使用高壓燃料系統相比，可以在壓縮沖程期間更多地限制直接燃料噴射的正時。此外，雖然未示出，但是燃料箱可以具有向控制器12提供信號的壓力變換器。將理解的是，在替代實施例中，噴射器166可以是提供燃料到汽缸14的上游的進氣道的進氣道噴射器。
[0030]也應當理解的是，雖然所示的實施例示出發動機通過經由單個直接噴射器噴射燃料操作；在替代實施例中，發動機可以通過使用兩個噴射器(例如，直接噴射器和進氣道噴射器)和改變來自每個噴射器的相對噴射量而操作。
[0031]燃料可以在汽缸的單循環期間由噴射器輸送給該汽缸。此外，從噴射器輸送的燃料的分布和/或相對量可以隨工況改變。此外，對于單個燃燒事件，可以每個循環執行所輸送的燃料的多次噴射。在壓縮沖程、進氣沖程或它們的任何合適的組合期間可以執行多次噴射。此外，在該循環期間可以噴射燃料，以調整燃燒的空氣與噴射的燃料的比(AFR)。例如，可以噴射燃料，以提