具有可變充氣運動的專用egr汽缸的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及用于調節專用發動機汽缸組內的充氣運動的方法和系統，專用發動機汽缸組提供外部EGR到發動機進氣道和非專用的發動機汽缸組。
【背景技術】
[0002]發動機可以配備有排氣再循環(EGR)系統，以從發動機排氣歧管轉移至少一些排氣到發動機進氣歧管。通過提供期望的發動機稀釋，該系統降低發動機爆震、節流損失、缸內熱損失以及氮氧化合物排放。因此，提升了燃料的經濟效益，尤其是在高水平的發動機增壓情況下。發動機還配備有獨立的汽缸(或汽缸組)，其專用于為其他發動機汽缸提供外部EGRo其中，來自專用汽缸組的所有排氣都被再循環到進氣歧管。因此，這允許在大多數工況下，基本固定的EGR量被提供到發動機汽缸。通過調節專用EGR汽缸組的燃料添加(例如，調節到富運行)，可以改變EGR組分，使其包括許多種類，諸如氫，其提高了發動機的EGR容限，并且引起燃料經濟效益的益處。
[0003]另外，增加的噴射到發動機燃燒室內的空氣和/或燃料充氣的運動可以在相同條件下增加燃燒效率。例如，通過在垂直于流向的方向上引入空氣速度和湍流，充氣運動可以增加燃燒的效力。通過引入額外的動能進入燃燒室，點火前部可以更快更平穩地穿過燃燒室的容積，以便在熱能被轉換為活塞運動之前，與更多的燃料量相互作用。而且，產生的湍流可以提高燃燒室內空氣燃料混合物的均質化以及提高燃燒速率，燃燒速率是空氣燃料混合物在燃燒過程中完全燃燒所需要的時間。在一個示例中，充氣運動控制設備，諸如充氣運動控制閥，可以被連接在發動機汽缸的進氣道的上游，以便增加或減少相應汽缸的充氣運動，由此分別提高或降低汽缸燃燒速率。
[0004]在一種使用充氣運動控制設備的方法中，由Gopp和Michelini在US6715476中示出的，充氣運動控制閥或進氣歧管流道控制(或相似的設備)選擇性地控制進入空氣或空氣燃料充氣。在一個示例中，充氣運動控制閥被設置在與每個汽缸關聯的流道內，并且經由附連到每個各自閥的驅動器由控制器操作。驅動器可以被獨立地控制或根據特定的應用以協調的方式被控制。而且，排氣再循環(EGR)回路裝配了 EGR閥，以選擇性地提供來自排氣歧管的部分排氣到進氣歧管。在一個實施例中，EGR排氣被示出為被引導進入充氣運動控制閥的位置上游的進氣歧管，使得在運行期間，空氣或空氣燃料充氣連同EGR排氣一起被引導通過充氣運動控制閥。以此方式，期望的EGR流動速率的確定除了其他因素還包括充氣運動控制閥的位置(打開、關閉)。

【發明內容】

[0005]然而，本發明人在此已經認識到該充氣運動控制設備和方法潛在的問題。第一，充氣運動控制閥被說明為根據來自控制器的命令而打開或關閉，其中沒有討論閥在打開和關閉位置之間的打開程度。充氣運動控制閥的位置的范圍可以被期望根據發動機工況獲得每個汽缸的各種空燃比、湍流比和燃燒速率。而且，EGR系統包括每個汽缸的EGR回路，其引導排氣的部分從每個汽缸回到進氣歧管。可以期望輸送只來自單一汽缸(或專用汽缸組)的可變的排氣量，以便增加發動機性能，同時為充氣運動控制和EGR提供更多的選擇。
[0006]在一個示例中，上述問題可以通過用于發動機的方法至少部分地被解決，該方法包括:調節連接至第一汽缸組的第一充氣運動控制設備和連接至第二汽缸組的第二充氣運動控制設備中的每個，以改變在第一汽缸組和第二汽缸組之間的充氣運動水平，同時僅將來自所述第二汽缸組的排氣再循環到進氣歧管。以此方式，第一汽缸組和第二汽缸組的期望的燃燒速率的范圍可以經由調整第一充氣運動控制設備和第二充氣運動控制設備和來自第一汽缸組的排氣再循環的組合而獲得。
[0007]在另一個示例中，來自EGR系統的排氣可以以兩種模式被選擇性地控制；非專用EGR模式，其中沒有排氣從第一汽缸組被再循環到進氣歧管中，和專用EGR模式，其中排氣只從第一汽缸組被再循環到進氣歧管。在非專用EGR模式期間，第一充氣運動控制設備和第二充氣運動控制設備可以被調節，以維持在兩個汽缸組之間的共同的充氣運動水平。在專用EGR模式期間，兩個充氣運動控制設備可以被調節，以在兩個汽缸組之間改變充氣運動水平。其他的配置也是可行的，如下面更詳細的討論。
[0008]應當理解，提供以上
【發明內容】
是為了以簡化的形式介紹一系列概念，這些概念在【具體實施方式】中被進一步描述。這并不意味著確立所要求保護的主題的關鍵或必要特征，要求保護的主題的范圍由所附權利要求唯一地限定。另外，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及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1是包括專用EGR支援汽缸組和多個充氣運動控制設備的發動機系統的示意圖。
[0010]圖2是圖1的發動機系統的燃燒室的示意性描述。
[0011]圖3示出了用于調節發動機系統運行以在調節一個或多個充氣運動控制設備時改變EGR速率的示例方法。
[0012]圖4示出了對于不同的發動機條件而轉換專用EGR模式和在汽缸組之間調節充氣運動水平的表格。
[0013]圖5示出了根據在整個時間周期內的發動機負荷而調節多個變量的第一示例性圖示。
[0014]圖6示出了根據在整個時間周期內的發動機負荷而調節多個變量的第二示例性圖示。
[0015]圖7示出了根據在整個時間周期內的發動機負荷而調節多個變量的第三示例性圖示。
【具體實施方式】
[0016]以下說明涉及用于調節被傳送到汽缸的充氣運動的系統和方法，所述汽缸連接或者不連接至專用排氣再循環(EGR)系統。圖1示出了包括專用EGR支援汽缸組和多個充氣運動設備的發動機系統的示意圖，而圖2示出了圖1的發動機系統的燃燒室的示意性描述。圖3示出了用于調節發動機系統運行以在調節一個或多個充氣運動控制設備時改變EGR速率的示例方法。圖4示出了對于不同的發動機條件，轉換專用EGR模式和調節汽缸組之間的充氣運動水平的表格。最后，5-7示出了根據在整個時間周期內的發動機負荷而調節多個變量的三個示例性圖示。
[0017]增加的噴射到發動機燃燒室內的空氣和/或燃料充氣的運動在一些情況下可以增加燃燒效率。例如，充氣運動可以通過在垂直于流動方向的方向上引入空氣速度而增加燃燒效率。通過引入額外的動能到燃燒室中，點火前部可以更快更平穩地穿過燃燒室的容積，以便在熱能被轉換為活塞運動之前與更多的燃料量相互作用。而且，產生的湍流可以提高燃燒室內空氣燃料混合物的均質化。
[0018]充氣運動控制閥(CMCV)可以被用于通過限制進氣歧管內的部分進氣通道而引入期望的湍流。當穿過該限制后，空氣被從遠端壁反射，該空氣具有水平速度和由進氣系統內的壓力差引起的該空氣的初始垂直(流動方向)速度。CMCV可以被驅動器控制，該驅動器被編程以在特定的、有利的工況期間產生這種障礙。在其他示例中，可替換的機械設備可以被用于調節一個或多個發動機汽缸的空氣湍流和充氣運動。
[0019]在一個示例中，CMCV可以在板-軸旋轉配置中實現，其中板面具有被設計為當垂直于氣流流動對齊時覆蓋進氣通道的大部分橫截面(這被稱為完全關閉位置)的幾何構型。在完全打開位置中，板可以圍繞其軸旋轉，使得板的寬度和軸阻擋氣道，從而允許充分更多的空氣通過。旋轉軸通常被定位為通過板面的對稱軸線或處于板的靠近通道的一個壁的邊緣。CMCV的形狀可以類似于被用于引導空氣充氣進入進氣歧管的節氣門設備。CMCV通常被定位在各流道中的節氣門設備的下游，所述流道將進氣歧管連接到各汽缸。
[0020]公開的系統和方法涉及可以被包括在機動車輛的推進系統中的內燃發動機的進氣系統的設計和運行。具體地，有目的地利用充氣運動控制的進氣系統可以包括在燃燒室內引入湍流，以使燃料空氣分布均質化。而且，通過燃燒室的點火火焰的前沿可以通過這種額外的運動被加速，以便燃燒更快速發生，并且功率可以在做功沖程中的期望點被傳送到曲軸。通過限制部分進氣通道，空氣被推入垂直于流動方向的方向，以便當空氣充氣進入室時，其具有在流動方向和與流動方向平面正交的方向上的速度分量。在不同的示例中，為了引入更多的翻滾運動，充氣運動控制閥可以阻滯進氣流的底部，以在進氣口的頂部產生與流動相同方向上的高速流體。因此，流體沿著進氣門的頂部進入燃燒室，并且導致增加的翻滾運動。充氣運動控制閥(即，設備)可以被設置在發動機系統內，以用上述方式改變發動機的性能。
[0021]圖1示意性地示出了包括具有四個汽缸(標記為1-4)的發動機10的示例發動機系統100的多個方面。如在此闡述的，四個汽缸被布置為由非專用EGR汽缸1-3組成的第一汽缸組17和由專用EGR汽缸4組成的第二汽缸組18。發動機10的每個燃燒室的詳細描述參考圖2被提供。發動機系統100可以被連接在車輛上、諸如配置為道路行駛的客車。
[0022]在描述的實施例中，發動機10是連接至渦輪增壓器13的增壓發動機，渦輪增壓器13包括由渦輪76驅動的壓縮機74。具體地，新鮮空氣沿進氣通道42經由空氣凈化器53被引入發動機10，然后行進通過壓縮機74，并且隨后流至增壓空氣冷卻器78。通過進氣通道42進入進氣系統的周圍空氣的流速可以至少部分通過調節進氣節氣門20而被控制。壓縮機74可以是任意適合的進氣壓縮機，諸如馬達驅動或傳動軸驅動的機械增壓器壓縮機。然而，在發動機系統10內，壓縮機是經由軸19被機械地連接至渦輪76的渦輪增壓器壓縮機，并且渦輪76通過膨脹發動機排氣被驅動。在一個實施例中，壓縮機74和渦輪76可以被連接在雙渦旋渦輪增壓器內。在另一個實施例中，渦輪增壓器13可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪幾何構型依據發動機轉速主動地改變。
[0023]如圖1所述，壓縮機74通過增壓空氣冷卻器78被連接至進氣節氣門20。進氣節氣門20被連接至發動機進氣歧管25。從壓縮機74，被壓縮的空氣充氣流動通過增壓空氣冷卻器78和節氣門20至進氣歧管25。增壓空氣冷卻器可以是例如空氣到空氣或空氣到水的熱交換器。在圖1中所示的實施例中，進氣歧管內的空氣充氣的壓力被歧管空氣壓力(MAP)傳感器24感測。壓縮機旁通閥(未示出)可以在壓縮機74的入口和出口之間串聯連接。壓縮機旁通閥可以是常閉閥，其被配置為在選擇的工況下打開以減小過量的增壓壓力。例如，壓縮機旁通閥可以在降低發動機轉速的情況期間被打開，以轉移壓縮機喘振。
[0024]進氣歧管25通過一系列進氣門(見圖2)連接至一系列燃燒室30。燃燒室經由一系列排氣門(見圖2)被進一步連接至排氣歧管36。在描述的實施例中，排氣歧管36包括多個排氣歧管區段，以使來自不同燃燒室的流出物(即，排氣)能夠被引導到發動機系統中的不同位置。特別地，來自第一汽缸組17(汽缸1-3)的流出物在被排放控制設備170的排氣催化劑處理之前，被引導通過排氣歧管36的渦輪76。相比之下，來自第二汽缸組18(汽缸4)的排氣經由通道50和排氣催化劑70被輸送回到進氣歧管25。可替換地，來自第二汽缸組18的至少部分排氣經由氣門65和通道56被引導至排氣歧管36的渦輪76。通過調節氣門65，被從汽缸4引導至相對于進氣歧管的排氣歧管的部分排氣可以變化。在一些示例中，氣門65和通道56可以被省略。
[0025]在一些實施例中，排氣催化劑70可以配置為水煤氣變換(WGS)催化劑。WGS催化劑70被配置為從在通道50內接收的來自汽缸4的富排氣產生氫氣。
[0026]每個汽缸1-4可以包括內部EGR，該內部E