经由分离式排气装置改善直吹空气的方法
2020-01-14

经由分离式排气装置改善直吹空气的方法

本发明提供了用于具有分离式排气系统的升压发动机的方法和系统。一种方法包括通过经由压缩机入口气门使来自在排气冲程即将结束时的排气和直吹空气的组合流向压缩机的进气装置来减少爆震。

因此,第一排气门和第二排气门的正时能够使汽缸放气气体与排气的扫气部分分离,同时能够使用在进气门与压缩机入口气门之间的正气门重叠期间直吹的新鲜进气来清除汽缸的余隙容积中的任何剩余排气。通过使第一部分排气(例如,高压排气)流过涡轮和高压排气通道并且使第二部分排气(例如,低压排气)流过催化剂装置和低压排气通道,而第三部分低压排气和直吹空气被再循环至压缩机入口,能够降低燃烧温度,同时改善涡轮的工作效率和发动机扭矩。

每个燃烧室可以经由进气通道28从进气歧管27接收进气。进气歧管27可以经由进气道耦接至燃烧室。例如,进气歧管27在图1中被示为分别经由进气道152、154、156和158耦接至汽缸20、22、24和26。每个进气道可以向其耦接至的汽缸供应空气和/或燃料以用于燃烧。每个汽缸进气道可以分别经由一个或多个进气门与汽缸选择性地连通。汽缸20、22、24和26在图1中被示为均具有两个进气门。例如,汽缸20具有两个进气门32和34,汽缸22具有两个进气门36和38,汽缸24具有两个进气门40和42,而汽缸26具有两个进气门44和46。在一个示例中,进气通道可以由与每个进气门选择性连通的进气歧管27形成。在其他实施例中,用于单个汽缸的进气通道可以靠近汽缸被分成在中间有壁的两个相邻路径,该通道的每个分开的路径与单个进气门连通。在另一示例中,两个进气门中的每一个可以被控制为在特定的发动机转速下打开,并且因此可以通过共同的进气道与进气歧管连通。

同样如之前在图1中所详细说明,除了压缩机入口气门外,发动机10的每个汽缸还可以包括两个(或更多个)进气门和两个(或更多个)排气门。在所描绘的视图200中,进气门252和排气门256位于燃烧室230的上部区域处。进气门252和排气门256可以由控制器12利用各自的包括一个或多个凸轮的凸轮致动系统来控制。凸轮致动系统可以使用凸轮廓线变换即CPS、可变凸轮正时即VCT、可变气门正时即VVT和/或可变气门升程即WL系统中的一个或多个来改变气门操作。在所描述的示例中,每个进气门252由进气凸轮251控制,而每个排气门256由排气凸轮253控制。进气门252和排气门256的位置可以分别由气门位置传感器255和257确定。

因此,从汽缸排出的燃烧过的气体可以经由三个不同的通道被分成三部分,这三个通道包括由分离式排气歧管形成的两个排气通道和将压缩机入口气门连接到涡轮压缩机上游的一个通道。例如,在一个燃烧循环中,汽缸20的第一排气门122可以经由第一通道(管160)将第一部分排气(即放气部分)引导至涡轮92。相同汽缸(2〇)的第二排气门132可以经由第二通道(管162)将紧随放气部分之后的第二部分排气引导至排放控制装置72。经由第二排气门132排出的第二部分排气将会主要是排气的扫气部分。在排气冲程即将结束时,可以通过来自直吹的新鲜空气从相同汽缸(20)的佘隙容积中清除剩余的排气,并经由压缩机入口气门112和第三通道(管164)向涡轮压缩机94的入口转移。具体地,第二部分排气主要由没有任何新鲜空气含量的排气组成,而压缩机入口气门H2和管164主要运送具有较小排气含量的新鲜直吹空气。

如果MAP低于压缩机入口压力,那么CIV可以关闭或保持关闭并停用以防止反向气流。例如,在节流状况下,进气可能会经由燃烧室从压缩机的上游流向进气歧管。为了防止这样的反向流动,CIV可以停用并关闭,而第二排气门可以在排气冲程的大约中途打开并且在进气冲程开始时或刚好在进气冲程开始之后关闭。

继续图2,排气传感器226被示为耦接至排气通道148。传感器226可以被设置在一个或更多个排放控制装置(诸如图1的装置72)上游的排气通道中。传感器226可以从用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器之中选择,例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如图所示)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或C0传感器。下游排放控制装置可以包括三元催化剂(TWC)、N0x捕集器、各种其他排放控制装置或其组合中的一个或多个。

每个燃烧室可以经由耦接至其上的一个或多个排气道排出燃烧气体。汽缸20、22、24和26在图1中被示为均耦接至两个排气道,这两个排气道分别用于独立地引导燃烧气体的放气部分和扫气部分。例如,排气道33和35被耦接至汽缸22,排气道39和41被耦接至汽缸22,排气道4f5和47被耦接至汽缸24,而排气道51和53被耦接至汽缸26。每个排气道可以经由排气门与其所耦接至的汽缸选择性地连通。例如,排气道33、35、39、41、45、47、51和53经由其各自的排气门122、132、124、134、126、136、128和138与其各自的汽缸连通。

图2示出了局部的发动机视图。

继续图3,汽缸被配置为经由两个进气门接收进气,并且经由第一排气门将第一放气部分排至涡轮入口,经由第二排气门将第二扫气部分排至排放控制装置,以及使低压排气和新鲜直吹空气的组合经由压缩机入口气门流向涡轮压缩机的入口。通过调整压缩机入口气门的打开和/或关闭的正时以及两个排气门和两个进气门的打开和/或关闭的正时,汽缸余隙容积中的残余排气可以被清除,并且作为EGR与新鲜进气直吹空气一起被再循环。映射图300图示说明了沿着x轴上的曲轴转角即CAD的发动机位置。曲线302描述了活塞位置(沿着y轴),参照其相对于上止点即TDC和/或下止点即BDC的位置,并且进一步参照其在发动机循环的四个冲程(进气、压缩、做功和排气)内的位置。

发动机可以使用升压装置(诸如涡轮增压器)来增加发动机功率密度。然而,由于增加的燃烧温度,发动机爆震可能会发生。可以通过延迟火花正时来解决发动机爆震;然而,显著的火花延迟会降低燃料经济性并且限制最大扭矩。在升压的状况下,由于高充气温度,爆震是特别成问题的。