[发明专利]增压发动机的内部和外部LP EGR

说明书

技术领域

本申请涉及机动车辆工程领域，且更具体地涉及机动车辆发动机系统中的进气和排气再循环。

背景技术

增压发动机与具有类似输出功率的自然进气式发动机相比可能具有更高的燃烧和排气温度。这种更高的温度会导致从发动机中排放出更多的氧化氮(NOX)排放物，并且会加速材料的老化，包括涡轮增压器和排气后处理催化剂系统的老化。排气再循环(EGR)是抗击这些后果的一种途径。EGR通过用排气稀释进气充气而工作，从而降低其氧含量。当使用所得到的排气混合物代替普通空气以支持发动机中的燃烧时，得到更低的燃烧和排气温度。EGR也能改善汽油发动机中的燃料经济性。在中等负荷和高负荷下，燃料经济性由于爆震减轻而得到改善，从而允许更有效率的燃烧相位、减小的流失至发动机冷却剂的热量损失以及更低的排气温度，进而减小冷却排气部件对富集(enrichment)的需要。在低负荷下，EGR提供减小节流损失的额外好处。

在装配有机械连接至排气驱动涡轮的压缩机的增压发动机系统中，排气可以通过高压(HP)EGR回路和/或低压(LP)EGR回路再循环。在HP EGR回路中，排气从涡轮上游进入并在压缩机下游与进气混合。在LP EGR回路中，排气从涡轮下游进入并在压缩机上游与进气混合。进一步地，一些发动机系统提供所谓的“内部EGR”，其中当来自先前燃烧的排气仍然存在于汽缸中时，发动机的一个或更多个汽缸中的燃烧可以被启动。可以使用可变进气门和/或排气门正时来控制内部EGR的量。

HP和LP EGR策略在发动机负荷转速图中的不同区域中实现最优的功效。此外，每个策略存在其自身的控制系统挑战。例如，HP EGR 在低负荷时最有效，而进气真空提供充足的流动势能；在高负荷下，期望的EGR流动速率可能由于减小的流动势能而无法得到。固有地根据涡轮增压器废气门和节气门状况，HP EGR可能需要复杂的流动控制策略。进一步地，由于HP EGR流出点和发动机的进气流道之间的短距离，HP EGR可能遭受稀EGR/进气混合且可能需要高速率主动冷却。

与HP EGR相比，LP EGR在HP EGR的流动受到限制且更容易被冷却的区域中从中等发动机负荷到高发动机负荷都提供充足的流动，且能够更独立于节气门和废气门而得到控制。但是，LP EGR可能对改变发动机负荷、发动机转速或进气流响应迟缓。尤其在汽油发动机中，当需要新鲜空气维持燃烧但被EGR稀释的空气存在于节气门上游时，该不能令人满意的瞬时响应可导致松开加速器踏板状况期间的燃烧不稳定性。此外，在踩下加速器踏板状况期间，EGR可用性的明显滞后可能发生，因为聚集在进气歧管中的EGR量可能不足以提供期望的燃烧和/或排放物控制性能。

已经描述了使用多于一个EGR模式的涡轮增压发动机系统。例如，世界知识产权组织专利申请公开号2007/136142描述了一个系统，该系统中取决于发动机工况而调节内部和外部LP EGR的比例。但是，该引用不能实现全部范围的控制选项，当快速响应内部EGR与较慢响应外部LP EGR协调时，该全部范围的控制选项是可能的。

发明内容

因此，一个实施例提供了一种用于控制涡轮增压发动机的燃烧室中燃烧的方法。该方法包含使来自所述发动机的进气歧管的第一量的排气在点火之前进入所述燃烧室，所述第一量响应于变化的发动机负荷而以第一速率变化。该方法进一步包括使来自所述燃烧室的第二量的排气在点火之前保持在所述燃烧室内，所述第二量响应于所述变化的发动机负荷而以大于所述第一速率的第二速率变化。这样，外部LPEGR能用于在稳态状况的范围中供应适当稀释的进气，而更快响应的内部EGR能用于在瞬时状况中填充。

在一个实施例中，所述调节包含致动发动机的可变凸轮正时机构。

根据另一方面，提供了一种用于控制涡轮增压发动机的燃烧室中 燃烧的方法。该方法包含：当发动机负荷高于第一阈值时，使来自所述发动机的进气歧管的第一量的排气在点火之前进入所述燃烧室，所述第一量响应于变化的发动机负荷而以第一速率变化；当所述发动机负荷低于第二阈值时，使来自所述燃烧室的第二量的排气在点火之前保持在所述燃烧室内，所述第二量响应于所述变化的发动机负荷而以大于所述第一速率的第二速率变化；并且当所述发动机负荷介于第一和第二阈值之间时，在稳态发动机负荷状况期间以小于或等于所述第一速率的第三速率减小所述第一量并增加所述第二量。

在一个实施例中，减小所述第一量并增加所述第二量使保持在和进入所述燃烧室中的排气总量基本不变，并且增加所述燃烧室中的燃烧温度下的所述第二量的允许范围。