內燃機中的egr氣缸操作的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]總所周知，內燃機包括多個氣缸，其中，多個氣缸中的至少一個專用于為進氣歧管提供廢氣再循環。這種配置也被稱為專用的廢氣再循環(EGR)發動機，能夠與所有類型的燃料一起使用，包括天然氣、汽油和柴油燃料。
[0002]火花點火式發動機通常通過將空氣和燃料的混合物引入發動機的氣缸來操作。然后，活塞壓縮該混合物，并且火花塞會在預定曲軸角度點燃空氣/燃料混合物，從而產生通過燃燒室傳播的火焰前緣。來自燃燒的燃料的熱量的迅速增加觸發壓力增大，增大的壓力在氣缸中向下迫使活塞。來自燃燒事件的廢氣通過排氣閥從氣缸排放至排氣歧管內。
[0003]專用的EGR發動機具有一個分裂排氣歧管，在該分裂排氣歧管中，來自專用的EGR發動機的排氣與來自其他氣缸的排氣被分開。在EGR歧管中產生高排氣壓力的操作條件下，排氣內的殘留物會殘留在專用的EGR氣缸中，并且在某些情況下，會通過氣缸被推回進氣歧管，這增大了發生爆震的可能性以及燃燒不穩定性。
[0004]專用的EGR發動機可享有大大簡化的控制和壓力管理、較少的硬件設備以及其他益處。然而，相對于其他氣缸，這些簡化的代價是失去對系統的控制，包括由一個或多個EGR氣缸中可能存在的不同條件引起的失控。因此，以與其他氣缸相同的方式操作專用的EGR氣缸可能不會導致所需的輸出。其結果是該領域需要進一步的技術發展。
【發明內容】
[0005]一個實施方式為用于控制分開排氣式發動機的操作以減少或防止爆震并改善燃燒穩定性的獨特系統。其他實施方式包括獨特的方法、系統和裝置來控制分開排氣式發動機中的主要EGR氣缸操作。主要EGR氣缸是在至少一些操作條件下所有排氣輸出都被再循環至進氣口的氣缸。在某些操作條件下，諸如與高排氣壓力相關聯的那些操作條件下，一個或多個主要EGR氣缸中的內部殘留物會增加的比其他氣缸多，從而導致主要EGR氣缸中的早期爆震以及較低的穩定性。在一個【具體實施方式】中，一個或多個主要EGR氣缸與非主要EGR氣缸相對于彼此以固定凸輪定時差來操作，以使得一個或多個主要EGR氣缸中的內部廢氣殘留物減少。在另一【具體實施方式】中，一個或多個主要EGR氣缸相對于其他氣缸以不同的壓縮比操作，以使得在一個或多個主要EGR氣缸的上死點處幾乎沒有可用于存儲廢氣的容積。一個或多個主要EGR氣缸中內部殘留物的減少降低了主要EGR氣缸在一定操作條件下(諸如在高排氣壓力下)的爆震傾向。
[0006]提供本概述是為了引入在以下說明性實施方式中進一步進行描述的概念的選擇。該概述并不旨在確定所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不是旨在用于幫助限制所要求保護的主題的范圍。更多的實施方式、形式、目的、特征、優點、方面和益處應在以下描述和附圖中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0007]圖1是具有帶有分開的排氣系統的發動機的系統的一個實施方式的示意圖
[0008]圖2是用于操作圖1的帶有分開的排氣系統的發動機的程序的流程圖。
[0009]圖3A-3C是圖1的發動機的主要EGR氣缸的示意圖。
[0010]圖3D是圖1的發動機的非主要EGR氣缸的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]為了促進對本發明的原理的理解，以下將參照附圖中示出的實施方式，并且將使用具體語言來描述這些實施方式。然而，應理解的是，并不從而旨在對本發明的范圍進行限制，在所述實施方式中的任何變化和進一步的修改以及與本發明相關的、本領域技術人員通常會想到的、如本文中所述的本發明的原理的任何進一步的應用均在本文中進行了設雄
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[0012]參照圖1，系統100被示出具有發動機102。發動機102為任何類型的內燃機，并且可包括化學計量的發動機、汽油發動機、柴油發動機和/或天然氣發動機。在某些實施方式中，發動機102包括稀薄燃燒發動機，諸如稀薄燃燒汽油或天然氣發動機。在某些實施方式中，發動機102可以是產生排放的任何類型的發動機，可包括廢氣再循環(EGR)系統，例如用于減少來自發動機102的排放。發動機102包括氣缸a、b。氣缸的數量可以是適合發動機的任何數目，并且其布置可以是任何適合的布置。該系統100包括僅用于說明的聯機6氣缸布置。示例發動機102還可以包括點火源，諸如在某些實施方式中的火花塞(未示出)。
[0013]在某些實施方式中，發動機102提供為火花點火式內燃機，被配置成由燃料和導入氣體的化學計量混合物的內部燃燒開發機械動力。如本文所用，短語“導入氣體”可包括新鮮空氣、再循環廢氣等或其任意組合。進氣歧管105從進氣通道104接收導入氣體，并且將導入氣體分配至發動機102的氣缸a、b的燃燒室。因此，進氣歧管105的入口被設置在進氣通道104的出口的下游，并且進氣歧管105的出口被設置在發動機102的燃燒室中每個的入口的上游。第一排氣歧管130收集來自發動機102的氣缸a的燃燒室的廢氣，并且將該廢氣輸送至排氣通道132，第二排氣歧管107收集來自發動機102的氣缸b的燃燒室的廢氣，并且將該廢氣輸送至EGR通路109。因此，排氣歧管107、130的入口被設置在發動機102中燃燒室中的每個的出口的上游以及相對應的EGR通路109和排氣通道132的入口的上游。
[0014]還可以將噴射器設置在發動機102內，從而用構造成將燃料輸送至發動機102的燃料輸送系統150直接或間接地將燃料輸送至氣缸a、b的燃燒室。例如，燃料輸送系統150可包括燃料箱152和燃料泵154，其中，燃料泵154被配置成將燃料(如汽油)輸送至發動機102。在另一實施方式中，燃料輸送系統可被配置成將除了汽油之外的另一類型的燃料輸送至發動機102。這種額外的燃料的示例包括柴油(或其他高十六烷值燃料)、天然氣、乙醇等。在一個實施方式中，燃料輸送系統150可包括一個或多個噴射器158 (圖3A-3D)，該一個或多個噴射器158被配置成將燃料噴射至發動機102內，以使得燃料可在相應的氣缸a、b的燃燒室內進行燃燒。示例噴射器包括如圖所示的直接噴射器和/或口部噴射器。
[0015]在圖示的實施方式中，發動機102包括主要EGR氣缸b以及為非主要EGR氣缸b的其他或其余氣缸a。氣缸a能夠與EGR系統完全地流體隔離，或能夠流體連接以為EGR系統至少提供一些排放流，和/或在某些操作條件下從EGR系統接收至少一些排放流。如在本文中所用，術語“主要EGR”應廣義地進行理解。氣缸的全部排氣輸出都被再循環至發動機進氣部(至少某些操作條件的過程中)的任何EGR布置均為主要EGR氣缸。主要EGR氣缸通常(至少在主要EGR操作過程中)包括從作為非主要EGR氣缸的其余氣缸中的一個或多個分開的排氣。
[0016]在系統100中，EGR流108在EGR通道109中再循環，并在進氣歧管105的上游位置處與進氣流118相結合。進氣歧管105提供包括與EGR流108結合的進氣流118的充氣流(charge flow)。進氣歧管105連接至進氣通道104，進氣通道104包括進氣節流閥111，以將充氣流調節至氣缸a、b。進氣通道104還可以包括充入空氣冷卻裝置126，以冷卻提供至進氣歧管105的充氣流。進氣通道104還包括壓縮機120，以壓縮從進氣清潔裝置124接收的進氣流。在其它實施方式中，進氣歧管105包括相對于主要EGR氣缸b和非主要EGR氣缸a分開的第一部分和第二部分。
[0017]EGR流108可通過例如混合器、累積器或通過任何其他布置在EGR通道109中的約束部122的出口處與進氣流118相結合。在某些實施方式中，EGR流108直接返回進氣歧管105。在其他實施方式中，EGR系統可為低壓回路，例如在壓縮機120的上游位置處返回進氣部。在所示實施方式中，EGR系統形成高壓回路，例如，通過在壓縮機120的下游位置和/或在進氣歧管105處返回進氣部。在某些實施方式中，系統100不包括壓縮機或其它任何類型的增壓生成裝置。示例系統100在EGR通道109中包括EGR冷卻裝置112。在其它實施方式中，EGR通路109可包括具有閥119的旁路117，其中，閥119選擇性地允許EGR流繞開EGR冷卻裝置112。EGR冷卻裝置112和/或EGR冷卻裝置旁路117的存在是可選且非限制性的。
[0018]一個或多個非主要EGR氣缸a連接至排氣系統，該排氣系統包括排氣歧管130、排氣通道132和渦輪134，其中，排氣歧管130接收來自非主要EGR氣缸a的廢氣，排氣通道132接收來自排氣歧管130的廢氣，渦輪134位于排氣通道132中并且可通過廢氣來操作以通過桿、軸等136來驅動壓縮機120。渦輪134可為具有可調節入口的可變幾何渦輪，或包括廢汽門來旁通排氣流。然而，應理解的是，渦輪增壓器可以以其他適合方式提供(例如，如多級渦輪增壓器等)，并且可設置有廢氣門和/或旁路或沒有廢氣門和/或旁路。其它實施方式設想了在排氣系統中的排氣節流閥(未示出)。
[0019]排氣通道132可在排氣通道132中進一步包括后處理系統138，后處理系統138被配置成處理廢氣中的排放物。后處理系統138可包括本領域中已知的任何后處理組件。示例后處理組件處理一氧化碳(CO)、未燃盡的碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、揮發性有機化合物(VOC)和/或顆粒物(PM)。
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