CN102200077A - 多功能节流阀 - Google Patents

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Abstract

一种发动机系统，包括空气净化器、被连接到进气道的燃烧室以及进气歧管。进气歧管被配置成接收来自空气净化器的空气，并且在一些工况下接收来自燃烧室的排气。该发动机系统进一步包括经由出口被连接到进气道的多功能筒型节流阀，该节流阀具有被连接到进气歧管的第一进口和被连接到空气净化器的第二进口。

Description

多功能节流阀
技术领域
本申请涉及机动车辆工程领域，并且更具体地，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
增压发动机可以表现出比相似输出功率的自然吸气发动机更高的燃烧和排气温度。这些更高的温度可能引起发动机的氮氧化物(NOX)排放物的增加，并且可能加快材料老化，包括排气后处理催化剂老化。排气再循环(EGR)是减轻这些影响的一种方法。EGR通过用排气稀释进气充气来工作，由此减少它的氧含量。当产生的空气-排气混合物被用来代替普通的空气支持发动机中的燃烧时，产生较低的燃烧和排气温度。EGR还可以通过减小节流损失和排热来改善汽油发动机中的燃料经济性。
在装备有被机械地连接到涡轮的涡轮增压压缩机的增压发动机系统中，排气可以通过高压(HP)EGR回路或通过低压(LP)EGR回路被再循环。在HP EGR回路中，排气从涡轮的上游被带走并且与压缩机下游的进气混合。在LP EGR回路中，排气从涡轮的下游被带走并且与压缩机上游的进气混合。
HP和LP EGR策略达到了发动机负荷-转速图的不同区域中的最佳效能。例如，在运行理论空燃比的增压汽油发动机上，在低负荷，HP EGR是期望的，在低负荷下进气真空度提供充分的流动势(flow potential)；在较高的负荷，LP EGR是期望的，在较高的负荷下LP EGR回路提供了更大的流动势。也存在用于汽油发动机和柴油发动机的两种策略之间的各种其它折中。此外，每个策略呈现出了其自身的控制系统的挑战。例如，HP EGR在低负荷下最有效，在低负荷下进气真空度提供足够的流动势。在较高的负荷下，可能难以保持期望的EGR流速。另一方面，LP EGR提供从中等发动机负荷到高发动机负荷的充分流量，但是可能缓慢地响应于改变的发动机负荷、发动机转速或进气流量。特别是在汽油发动机中，当需要新鲜空气来维持燃烧而被EGR稀释的空气存在于节流阀的上游时，这种不满意的瞬态响应可以包括在松开加速器踏板(TIP-out)工况期间的燃烧不稳定性。虽然处于较低的绝对压力，但当被EGR稀释的空气保留在节流阀的上游时，此时打开压缩机旁通阀提供了对该问题的部分但不完整的补救。此外，在踩加速器踏板(TIP-in)工况期间可能发生EGR可用性的明显滞后，因为积聚在进气歧管中的EGR的量可能不足以提供期望的燃烧和/或排放控制性能。
已经针对装备EGR的发动机系统中的瞬态控制问题提出了各种方法。例如，Gray Jr.的美国专利号6,470,682提供了基本进气歧管和附加进气歧管，新鲜空气和被冷却的LP EGR通过基本进气歧管被提供给柴油发动机，附加进气歧管仅供应新鲜空气到发动机。附加进气歧管的动力由速动的电驱动空气压缩机来提供。当扭矩需求快速增加时，速动压缩机被接通，置换基本进气歧管中存在的空气与EGR的混合物并提供增加的氧气量给发动机，以增大扭矩。然而，这种系统是柴油发动机特有的，其可能不节流，并且即使处于怠速也可以容许大量的EGR。因此，Gray Jr.设法解决的特定瞬态控制问题不同于在火花点火式发动机中经历的那些问题。
发明内容
此处，发明人已经意识到借助于独特的进气道安装(port-mounted)的节流阀，能够实现装备有LP EGR的发动机系统中的改进的瞬态控制。因此，在一个实施例中，提供了一种发动机系统。该发动机系统包括空气净化器、被连接到进气道的燃烧室以及进气歧管。进气歧管被配置成接收来自空气净化器的空气并在一些工况下接收来自燃烧室的排气。该发动机系统进一步包括经由出口被连接到进气道的多功能筒型节流阀，该节流阀具有被连接到进气歧管的第一进口和被连接到空气净化器的第二进口。
在一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游。
在另一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游，其中压缩机被机械地连接到排气驱动的涡轮。
在另一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游，其中压缩机被机械地连接到排气驱动的涡轮，发动机系统进一步包括被配置成将排气从涡轮下游的位置传送到压缩机上游的位置的排气再循环通道。
根据另一方面，提供一种用于发动机进气道的多功能节流阀，该进气道具有上游端和下游端，该下游端经由进气阀被流控地连接到发动机的燃烧室。该节流阀包括：节流阀主体，其具有被配置成连接到进气道的上游端的出口、被配置成连接到第一空气源的第一进口以及被配置成连接到第二空气源的第二进口；节流阀筒(throttle barrel)，其被可转动地连接到节流阀主体中并具有筒孔(barrel bore)，所述筒孔在节流阀筒的第一转动(first rotation)处与第一进口对齐，在节流阀筒的第二转动处与第二进口对齐，并在节流阀筒的第一和第二转动处与出口对齐；以及形成于出口中的隔板(partition)，其延伸穿过出口，并将出口分为互补的第一和第二区域，隔板抵靠节流阀筒可滑动地密封以使得筒孔在节流阀筒的第三转动处与第一区域对齐，并在节流阀筒的第四转动处与第一和第二区域对齐，所述隔板被配置成将通过第一区域的气流与通过第二区域的气流分开并将每个被分开的气流引导至进气阀。
在一个实施例中，第一空气源是发动机的进气歧管，而第二空气源是空气净化器。
在另一个实施例中，节流阀筒的第一转动、第二转动、第三转动和第四转动在节流阀主体内的节流阀筒的多个基本连续的转动之中。
根据另一方面，提供一种用于输送进气到发动机的燃烧室的方法，进气从空气净化器引入，通过进气通道，并被传送到进气通道的下游端处的进气阀。该方法包括：通过被连接到进气通道上游端的多功能节流阀引入进气，节流阀具有可转动的节流阀筒和形成于其中的筒孔，筒孔选择性地将进气通道的上游端连接到进气歧管和空气净化器，节流阀筒抵靠形成于进气通道中的隔板滑动地密封，以使得筒孔选择性地与进气通道的互补的第一流动区域和第二流动区域相连通；给进气歧管填充新鲜空气与被再循环的排气的混合物；在第一工况期间，将节流阀筒转动至第一转动以在进气阀的上游供应混合物；在第二工况期间，将节流阀筒转动至第二转动以在进气阀的上游仅供应新鲜空气。
在一个实施例中，该方法进一步包括：在第一工况期间，转动节流阀筒以调节在进气阀上游被供应的混合物的量；以及在第二工况期间，转动节流阀筒以调节在进气阀上游被供应的新鲜空气的量。
在另一个实施例中，该方法进一步包括转动节流阀以调节在进气阀上游被供应的混合物或新鲜空气的滚流度(degree of tumble)。
在另一个实施例中，该方法进一步包括转动节流阀以调节在进气阀上游被供应的混合物或新鲜空气的滚流度，其中所述调节包括在较低的发动机转速工况期间增大滚流度，以及在较高的发动机转速工况期间减小滚流度。
在另一个实施例中，该方法进一步包括转动节流阀以调节在进气阀上游被供应的混合物或新鲜空气的滚流度，其中转动节流阀以调节滚流度包括：在第三工况期间，将节流阀筒转动至第三转动以将混合物仅供应到第一流动区域和第二流动区域中的一个区域；在第四工况期间，将节流阀筒转动至第四转动以将混合物供应到第一流动区域和第二流动区域；以及在第五工况期间，将节流阀筒转动至第五转动以将新鲜空气仅供应到第一流动区域和第二流动区域中的一个区域。
在另一个实施例中，其中第一转动和第二转动被分隔开少于节流阀筒的四分之一回转(turn)。
在另一个实施例中，该方法进一步包括在松开加速器踏板工况期间将节流阀筒从第一转动转动到第二转动。
在另一个实施例中，该方法进一步包括转动节流阀筒以在较高的发动机负荷工况期间在进气阀上游供应增大量的混合物，并在较低的发动机负荷工况期间在进气阀上游供应减小量的混合物。
除各种其它优点外，节流阀使发动机系统能快速地在引入来自进气歧管的包含EGR的充气与引入来自空气净化器的新鲜空气之间切换。此方法有效地解决了装备EGR的发动机系统的至少一些瞬态控制困难。
应该理解的是，提供上述概述从而以简化的形式介绍在后面的具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着指定要求保护的主题的关键特征或主要特征，要求保护的主题的范围通过随附于说明书的权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决上面或在此发明的任何部分提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过阅读下述具体实施例的详细描述并参考附图，本发明的主题将得以更好地理解，其中：
图1和图2示意性地示出了根据本发明的不同实施例的示例性发动机系统的多个方面；
图3示出了根据本发明的实施例的机械增压和涡轮增压汽油发动机的发动机负荷-发动机转速的理论图(idealized map)；
图4示意性地示出了根据本发明的实施例的另一个发动机系统的多个方面；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的涡轮增压汽油发动机的发动机负荷-发动机转速的理论图；
图6示意性地示出了根据本发明的实施例在图4中示意性地示出的发动机系统的一些方面的更详细示意图；
图7示意性地示出了根据本发明的实施例在图4中示意性地示出的发动机系统的一些方面的更详细示意图；
图8示意性地示出了从图7展开并旋转的区域；
图9和图10示意性地示出了根据本发明的实施例处于新鲜空气引入和高滚流转动中的节流阀筒；
图11示意性地示出了根据本发明的实施例处于混合物引入和高滚流转动中的节流阀筒；
图12和图13示意性地示出了根据本发明的实施例处于混合物引入和低滚流转动中的节流阀筒；
图14示意性地示出了根据本发明的实施例具有偏心筒孔的节流阀筒；
图15和图16说明了根据本发明的不同实施例用于将空气引入涡轮增压发动机系统的发动机中的方法；
图17说明了根据本发明的实施例用于基于EGR流量传感器的响应致动EGR控制阀的方法；
图18说明了根据本发明的实施例用于将空气引入涡轮增压发动机系统的发动机中的另一个示例性方法；以及
图19说明了根据本发明的实施例用于输送进气至发动机的燃烧室的方法。
具体实施方式
现在，通过示例并参考某些说明性的实施例来描述本发明的主题。在两个或更多个实施例中可能基本相同的组件被等同标示并极少被重复描述。然而，应注意的是，在不同实施例中被等同标示的组件可以至少部分不同。应进一步注意的是，包括在本发明中的附图是示意性的。所说明的实施例的视图通常不是按比例制图；长宽比、特征尺寸以及特征数量可能被故意失真以使选择的特征或关系更易于被看到。
图1示意性地示出了一个实施例中示例性的发动机系统10的多个方面。在发动机系统10中，新鲜空气经由空气净化器12被引入并流到压缩机14。该压缩机是被机械地连接到涡轮16的涡轮增压压缩机，涡轮由来自排气歧管18的膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被连接在双涡流涡轮增压器内。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何构型随着发动机转速而主动变化。被增压的充气从压缩机流到节流阀20。
排气歧管18和进气歧管22通过一系列排气阀26和进气阀28分别被连接到一系列燃烧室24。在一个实施例中，每个排气阀和进气阀可以是电子致动的。在另一个实施例中，每个排气阀和进气阀可以是凸轮致动的。无论是电子致动或是凸轮致动，为了期望的燃烧和排放控制性能，在需要时可以调节排气阀和进气阀开启和关闭的正时。特别地，可以调节阀门正时以使当来自之前燃烧的大量或增大量的排气仍然存在于一个或更多个燃烧室中时开始燃烧。这种被调节的阀门正时可以使得“内部EGR”模式在选择的工况下对于降低峰值燃烧温度是有用的。在一些实施例中，除了以下描述的“外部EGR”模式之外，可以使用被调节的阀门正时。经由内部EGR模式和外部EGR模式的任何合适的组合或协调，进气歧管可以适于在选择的工况下接收来自燃烧室24的排气。
图1示出了电子控制系统30，电子控制系统30可以是其中安装有发动机系统10的车辆的任何电子控制系统。在至少一个进气阀或排气阀被配置成根据可调节的正时来打开和关闭的实施例中，可调节的正时可以经由电子控制系统来控制以调节在点火时刻燃烧室中存在的排气量。为了评估与发动机系统的各种控制功能有关的工况，电子控制系统可以被可操作地连接到被布置在发动机系统各处的多个传感器：流量传感器、温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等。
在燃烧室24中，可以经由任何变体的火花点火和/或压缩点火来开始燃烧。此外，燃烧室可以被供应任意多种燃料：汽油、酒精、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀主体喷射或其任何组合被供应到燃烧室。
如上所述，来自排气歧管18的排气流到涡轮16以驱动涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，一些排气相反可以被引导通过绕过涡轮的废气门32。然后来自涡轮和废气门的结合的气流流过排气后处理装置34、36和38。排气后处理装置的性质、数量和布置在本发明的不同实施例中可以不同。通常，排气后处理装置可以包括至少一种排气后处理催化剂，其被配置为催化地处理排气流并由此减少排气流中的一种或更多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置成当排气流较稀时捕集来自排气流的NOX，并且当排气流较富时还原被捕集的NOX。在其它示例中，排气后处理催化剂可以被配置成使NOX不成比例或借助于还原剂来选择性地还原NOX。在其它示例中，排气后处理催化剂可以被配置成氧化排气流中剩余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任意这种功能的不同的排气后处理催化剂可以被单独或一起布置在中间层(wash coat)中或排气后处理装置中。在一些实施例中，排气后处理装置可以包括被配置成捕集并氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。此外，在一个实施例中，排气后处理装置34可以包括点火催化剂(light-off catalyst)。
继续在图1中，来自排气后处理装置的被处理的排气中的所有或部分排气可以经由消声器40被释放到环境中。然而，取决于工况，一些被处理的排气相反可以被转移通过被连接到发动机系统10中的高温(HT)EGR冷却器44上游的双向EGR选择阀42。在一个实施例中，双向EGR选择阀可以是双态阀，在第一状态，双态阀允许涡轮后的(post-turbine)排气流到HT EGR冷却器但是阻止涡轮前的(pre-turbine)排气流到HT EGR冷却器。在第二状态，双向EGR选择阀阻止涡轮后的排气流到HT EGR冷却器但是允许涡轮前的排气流到HT EGR冷却器。在一个实施例中，双向EGR选择阀可以是具有双孔蝶形结构的分流阀。如图1所示，排气歧管18还被连接到HT EGR冷却器的上游。因此，当双向EGR选择阀42处于第二状态并且存在充分的流动势时，未被处理的涡轮前的排气可以经过HT EGR冷却器。这样，双向EGR选择阀起到EGR分支选择器的作用，在第一状态下使被处理的LP排气能流到HT EGR冷却器，并且在第二状态下使未被处理的HP排气能流到HT EGR冷却器。
HT EGR冷却器44可以是任何合适的热交换器，其被配置成为了期望的燃烧和排放控制性能而冷却选择的排气流。HT EGR冷却器可以被发动机冷却液冷却并被配置成被动地向其传递热量。HT EGR冷却器在HP和LP EGR回路之间被共用并被设定尺寸以便为LP EGR回路提供合适的冷却，HT EGR冷却器可以被配置成将被再循环的排气冷却到引入压缩机14中可接受的温度。然而，因为HT EGR冷却器循环发动机冷却液，包含EGR的充气降到低于充气的水露点温度以下的风险被降低了。应注意的是，夹带在进气充气中的水滴如果被引入其中能够潜在地损坏压缩机的泵轮叶片。
来自HT EGR冷却器44的被冷却的排气流被允许进入EGR控制阀46。在一个实施例中，EGR控制阀可以是由电动马达致动的滑塞型阀(sliding-piston type valve)或线性柱式型阀/线性滑阀(linear-spool type valve)。此处，基本圆柱形的活塞可以在具有适当密封件的圆柱阀主体内滑动。这样，EGR控制阀使得能够进行流量选择和流量测量。特别地，EGR控制阀选择性地使被冷却的排气流行进到下游的HP EGR混合点或下游的LP EGR混合点中的任一个处。例如，在图1所说明的实施例中，EGR控制阀被配置成将被冷却的排气流引导到一体形成的充气/EGR冷却器48(HP混合点)或返回到压缩机14的进口(LP混合点)。此外，EGR控制阀准确地提供给选择的EGR回路中被冷却的EGR流量。在一个实施例中，EGR控制阀可以被配置成：当调节流过LP EGR回路的发动机排气量时，停止传输发动机排气经过HP EGR回路，并且当调节流过HP EGR回路的发动机排气量时，停止传输发动机排气经过LP EGR回路。在一些实施例中，阀或相关联的阀致动器中的位置反馈可以使闭环流量控制成为可能。
一体形成的充气/EGR冷却器48可以是任何合适的热交换器，其被配置成将被压缩的充气冷却到适合于进入进气歧管22的温度。特别地，它为HP EGR回路提供进一步的冷却。一体形成的充气/EGR冷却器可以被配置成将排气冷却到比HT EGR冷却器44更低的温度，因为HP EGR回路中水滴的聚集不会产生特别的风险。来自一体形成的充气/EGR冷却器的充气流到进气歧管。
在图1的示例性配置中，HP和LP EGR回路共用双向EGR选择阀42与EGR控制阀46之间的公共流径。因此，被连接在这个流径内的共用流量传感器能够提供对两个回路的EGR流量测量。因此，发动机系统10包括被连接到HT EGR冷却器44的下游和EGR控制阀46的上游的流量传感器50。例如，流量传感器可以包括可操作地连接到电子控制系统30的热线风速计、压差孔(delta pressure orifice)或文氏管。
在一些实施例中，节流阀20、废气门32、双向EGR选择阀42和EGR控制阀46可以是被配置成在电子控制系统30的命令下关闭和开启的电子控制阀。此外，这些阀中的一个或更多个可以是连续可调的。电子控制系统可以被可操作地连接到每个电子控制阀并被配置成在需要时命令它们的开启、关闭和/或调节以实现本文描述的任何控制功能。
通过适当地控制双向EGR选择阀42和EGR控制阀46，并通过调节排气阀正时和进气阀正时(见上)，电子控制系统30可以使发动机系统10能在变化的工况下将进气传递到燃烧室24。这些工况包括：从进气省略EGR或在内部提供EGR到每个燃烧室(例如，经由被调节的阀正时)的工况；从涡轮16上游的分支点处引出EGR并传送到压缩机14下游(HP EGR)的混合点的工况；以及从涡轮下游的分支点引出EGR并传送到压缩机上游(LP EGR)的混合点的工况。
应理解的是，图1的任何方面均不意图作为限制。特别地，在与本发明完全一致的实施例中，HP和LP EGR的分支点和混合点可以不同。例如，虽然图1示出了从排气后处理装置34的下游引出LP EGR，但在其它实施例中，LP EGR可以从排气后处理装置38的下游或排气后处理装置34的上游引出。
图2示意性地示出了在一个实施例中的另一个示例性发动机系统52的多个方面。在发动机系统52中，新鲜空气经由空气净化器12被引入并流到第一压缩机14。第一压缩机可以是如上所述的涡轮增压压缩机。进气在从第一压缩机到节流阀20的途中流过第一充气冷却器54。来自节流阀的进气进入第二压缩机56，在第二压缩机56中进气被进一步压缩。第二压缩机可以是任何合适的进气压缩机，例如，马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压压缩机。进气在从第二压缩机到进气歧管22的途中流过第二充气冷却器58。在图2所示的实施例中，压缩机旁通阀60被连接在第二压缩机的进口与第二增压空气冷却器的出口之间。压缩机旁通阀可以是常闭阀，其被配置成在电子控制系统30的命令下打开以在选择的工况下减小第二压缩机的过量增压。例如，在减少发动机负荷的工况期间，压缩机旁通阀可以被打开以避免第二压缩机中的喘振。
图2示出了被连接到排气后处理装置34、36和38下游的排气背压阀62和消声器40。在一个实施例中，排气背压阀可以是由电动马达致动的单孔蝶阀。在一些实施例中，阀或相关联的阀致动器中的位置反馈可以使闭环控制成为可能。继续在图2中，来自排气后处理装置的被处理的排气中的所有或部分排气流过排气背压阀并经由消声器释放到环境中。然而，取决于工况，一些被处理的排气相反可以被转移通过EGR控制阀46。在一个实施例中，EGR控制阀可以是如上所述的滑塞型阀或线性轴型阀。
继续在图2中，EGR控制阀46被配置成允许选择的排气流进入HT EGR冷却器44。在某些工况下，经由EGR控制阀46选择的排气流可以包括来自排气后处理装置38下游的被处理的涡轮后的排气。在其它工况下，选择的排气流可以包括来自排气歧管18的未被处理的涡轮前的排气。来自HT EGR冷却器的选择的排气流被允许进入EGR引导阀64。在一个实施例中，EGR引导阀可以是具有相互偏置90度的阻隔板(blocking flaps)的单轴双孔蝶阀。这种压力平衡阀允许选择的排气流被引导到两个方向中的任一个方向：到达第一压缩机14下游的HP混合点或到达第一压缩机上游的LP混合点。在图2所示的实施例中，EGR引导阀被配置成将冷却的被选择的排气流引导到低温(LT)EGR冷却器66(HP混合点)或返回到第一压缩机14的进口(LP混合点)。
LT EGR冷却器66可以是任何热交换器，其被配置成将选择的排气流冷却到适合混合到进气中的温度。特别地，LT EGR冷却器为HPEGR回路提供进一步的冷却。因此，LT EGR冷却器可以被配置成将排气冷却到比HT EGR冷却器44更低的温度，因为HP EGR回路中的水蒸气的积聚不会产生特别的风险。来自LT EGR冷却器的选择的排气流与来自节流阀20的被压缩的进气流混合并被传送到第二压缩机56。
尽管它们的详细配置不同，但图1和图2所示的实施例都包括第一通道网络(即HP EGR回路)和第二通道网络(即LP EGR回路)，所述第一通道网络被配置成使来自涡轮下游的分支点的一些发动机排气到达压缩机上游的混合点，所述第二通道网络被配置成使来自涡轮上游的分支点的一些发动机排气到达压缩机下游的混合点。此外，两个实施例都包括至少一个共用的通道和被连接在共用的通道中的控制阀。控制阀被配置成调节流过第一通道网络的发动机排气量并调节流过第二通道网络的发动机排气量。
在图2所示的示例性配置中，HP和LP EGR回路共用EGR控制阀46与EGR引导阀64之间的公共流径。因此，基本如上所述，被连接在这个流径中的共用的流量传感器50能够为两个回路提供EGR流量测量。
与节流阀20、废气门32和EGR控制阀46类似，压缩机旁通阀60、排气背压阀62和/或排气引导阀64可以是被配置成在电子控制系统30的命令下关闭和开启的电子控制阀。此外，这些阀中的一个或更多个可以是连续可调的。电子控制系统可以被可操作地连接到每个电子控制阀并被配置成在需要时命令它们的开启、关闭和/或调节以实现此处描述的任何控制功能。
基本如上所述，通过适当地控制EGR控制阀46和EGR引导阀64，并通过调节排气阀正时和进气阀正时，电子控制系统30可以使发动机系统52能在变化的工况下将进气传递到燃烧室24，这些变化的工况包括没有EGR、内部EGR、HP EGR或LP EGR的工况。
在发动机系统中使多种EGR模式可用提供了一些优点。例如，被冷却的LP EGR可以用于低速操作。此处，通过第一压缩机14的EGR流将工作点从喘振线移走。涡轮功率被维持，因为EGR是从涡轮的下游被引入的。另一方面，被冷却的HP EGR可以用于中速到高速操作。在废气门32可以被部分开启的这些工况下，从涡轮的上游引入EGR将不会使涡轮增压器的性能退化。此外，由于此时不通过第一压缩机引入EGR，阻塞(choke)线与超速线之间的工作裕度可以被维持。
在如发动机系统52的配置中，可以实现进一步的优点，发动机系统52包括第一(涡轮增压器)压缩机14和第二(机械增压器)压缩机56。这样的系统允许压缩机与HP和LP EGR回路之间的互通性的多种模式。互通性的一个示例性模式如图3所示，图3示出了发动机负荷-发动机转速的曲线图。该曲线图被分成三个发动机负荷区域：低负荷区域，在此区域中，任一压缩机提供较少的增压或不提供增压，并且HP EGR或内部EGR可以被用于期望的燃烧特性；中等负荷区域，在此区域中，经由涡轮增压器压缩机单独提供增压；以及高负荷区域，在此区域中，经由涡轮增压器压缩机和机械增压器压缩机提供增压。中等负荷区域和高负荷区域分别被分成较低的发动机转速区域和较高的发动机转速区域。在每种情况下，LP EGR被用在较低的发动机转速区域，并且HP EGR被用在较高的发动机转速区域。因此，在如所说明的发动机系统中，在HP EGR与LP EGR之间切换的能力使得能够更有效地控制各种发动机转速/负荷区域中的EGR量。
进一步的优点产生于在HP与LP EGR回路之间共用(即两用)的至少一些组件。在图1和图2所示的实施例中，共用的组件包括HT EGR冷却器44、EGR流量传感器50、EGR选择和控制阀以及其间延伸的通道部分。通过将这些组件配置成共用的而不是冗余的，可以实现发动机系统的成本和重量的明显节约。此外，与冗余地提供所有EGR组件的配置相比，共用的配置可以导致发动机系统中明显较少的拥挤。此外，在发动机系统10和52中，EGR剂量的闭环控制可以被简化，例如，仅需要查询单个传感器以测量HP和LP EGR回路的EGR流速。
为了说明另一个优点，应注意的是，发动机系统10和52和电子控制系统30可以被进一步配置用于额外的工况，在额外的工况下，经由此处描述的模式的任何合适的组合或混合来提供EGR。例如，通过EGR控制阀46和双向EGR选择阀42与EGR引导阀64中的一个的合适布置，可以使被再循环的排气从HP分支点传送到LP混合点。在一些工况下，这种策略可能是期望的，例如，为了避免第一压缩机14中的喘振或增加EGR流量。
图4示意性地示出了一个实施例中的另一个示例性发动机系统68的多个方面。在发动机系统68中，新鲜空气经由空气净化器12被导入并流到压缩机14。在图4所示的实施例中，如上所述，压缩机是被机械地连接到涡轮16的涡轮增压器压缩机。进气在从压缩机到进气歧管22的途中流过增压空气冷却器70。该增压空气冷却器可以是任何合适的热交换器，其被配置成为了合适的燃烧和排放控制性能而冷却被压缩的进气充气。如在下面进一步描述的，提供气流限制和其它功能的一个或更多个进气道式节流阀72被连接到进气歧管。
图4示出了被连接到排气后处理装置34、36和38的下游的排气背压阀62和消声器40。因此，来自排气后处理装置的被处理的排气中的所有或一部分排气流过排气背压阀并经由消声器被释放到环境中。然而，取决于工况，一些被处理的排气可以通过EGR控制阀46被转移。如上所述，EGR控制阀被配置成允许选择的排气流进入HTEGR冷却器44。
在某些工况下，经由EGR控制阀46选择的排气流可以包括来自排气后处理装置38的下游的被处理的涡轮后的排气。在其它工况下，选择的排气流可以包括来自排气歧管18的未被处理的涡轮前的排气。来自HT EGR冷却器44的选择的排气流被允许进入EGR引导阀64。EGR引导阀被配置成将被冷却的选择的排气流引导到两个方向中的一个：到达LT EGR冷却器66或回到压缩机14的进口。来自LT EGR冷却器的被两次冷却的选择的排气流与流到增压空气冷却器70的被压缩的进气混合。
在一些实施例中，与本文标示的各种其它阀一样，节流阀72可以是被配置成在电子控制系统30的命令下关闭和开启的电子控制阀。此外，这些阀中的一个或更多个可以是连续可调的。电子控制系统可以被可操作地连接到每个电子控制阀并被配置成在需要时命令它们的开启、关闭和/或调节以实现本文描述的任何控制功能。
应理解的是，图4的任何方面均不意图作为限制。例如，在与本发明完全一致的其它实施例中，除了上面所示的发动机系统配置外，不同的发动机系统配置可以提供被冷却的LP和HP EGR。例如，与图1和图2所示的实施例相反，LP EGR可以被传送经过与HP EGR路径中所使用的那些完全不同的EGR通道、EGR控制阀和EGR冷却器。
如上所述，使发动机系统68中的多种EGR模式可用提供了一些优点。当新鲜空气和/或EGR以合适的“滚流”度(即偏离流量轴线(flow axis)的对流)被提供给燃烧室24时，产生更大的优点。如图5所示，发动机系统68的不同工况的合适的滚流度以及合适的EGR模式可以不同。图5示出了示例性的汽油发动机的发动机负荷-发动机转速的理论图。该曲线图被分成四个区域。区域74是低负荷区域，在低负荷区域中，没有外部EGR被传送到燃烧室。在此区域中，被调节的阀正时可以被用来提供内部EGR；节流阀72仅允许空气进入燃烧室24，并且可以期望相对高的滚流度。区域76是高负荷低转速区域，在高负荷低转速区域中，被冷却的LP EGR被传送到燃烧室，并且可以期望相对高的滚流度。区域78是高负荷中等转速区域，在高负荷中等转速区域中，被冷却的LP EGR被传送到燃烧室，但可以期望相对低的滚流度。区域80是高负荷高转速区域，在高负荷高转速区域中，被冷却的HP EGR被传送到燃烧室，并且可以期望相对低的滚流度。
尽管上面提及了优点，但当发动机的工作点快速变化时，EGR系统可能容易遭受瞬态控制困难。这些变化包括发动机负荷突然减少的所谓的“松开加速器踏板”。参考图5，例如，松开加速器踏板可以对应于从区域78相对快速地转变到区域74。当松开加速器踏板发生时，被引入的EGR可能引起燃烧不稳定性；因此，可能期望在松开加速器踏板期间，迅速地阻止包含EGR的进气进入燃烧室24并且作为替代新鲜空气被传送到燃烧室。因此，在图4所示的实施例中，在某些工况下，节流阀72被配置成允许来自空气净化器12的新鲜空气进入燃烧室，而在其它工况下，允许任何充气可以存在于进气歧管22中。取决于发动机系统68的当前工作状态，存在于进气歧管中的充气可以被压缩和/或用EGR稀释。进一步预期如下实施例，其中节流阀被配置成允许进入燃烧室的选择的新鲜空气与任何充气的混合物可以存在于进气歧管中。
为了使这种功能可用，发动机系统68中的每个节流阀可以是经由出口被连接到发动机的进气道的多功能筒型节流阀。每个节流阀可以具有被连接到第一空气源(例如进气歧管)的第一进口和被连接到第二空气源(例如空气净化器)的第二进口。因此，图4所说明的实施例包括被连接到每个节流阀72和空气净化器12的新鲜空气管路82。该新鲜空气管路供应新鲜空气到节流阀。如下面进一步描述的，每个节流阀可以被配置成在新鲜空气与进气歧管中存在的混合物之间选择并且以合适的滚流度提供该气体。
图4还示出了可选的怠速控制阀84。怠速控制阀可以被配置成提供对维持发动机系统68中的怠速所需的微弱空气流量的更大控制。其它实施例可以包括用于每个节流阀72的单独的怠速控制阀。在其它实施例中，节流阀72本身可以提供怠速期间对引入空气的充分控制；在这些实施例中，怠速控制阀84可以被省略。
图6提供了发动机系统68的一些方面的更详细的示意图。特别地，该附图示出了被机械地连接到致动器轴88的节流阀致动器86。节流阀致动器可以是任何合适的旋转致动器。在一个实施例中，节流阀致动器可以包括伺服马达，并且可以经由电子控制系统30控制。致动器轴可以以任何方式被配置成将节流阀致动器的转动运动传递到节流阀72，并由此控制节流阀。可以以此方式被控制的每个节流阀的多个方面包括相对于新鲜空气的开启量、相对于来自进气歧管22的充气的开启量和新鲜空气和/或进气歧管充气被提供到其各自的进气阀28时的滚流度。在一个实施例中，致动器轴可以延长通过并被机械地连接到每个节流阀的可转动部分。在一个实施例中，如下面进一步描述的，节流阀的可转动部分可以包括节流阀筒。
应理解的是，图6的任何方面均不意图作为限制。尽管图6描述了四缸直列式发动机，但本发明同样适用于具有更多或更少汽缸的发动机和对置的汽缸体被布置在发动机两侧的V型发动机。在包括V型发动机的实施例中，一对致动器轴可以被用来将转动运动传递到节流阀72。并且在一些这种实施例中，每个致动器轴可以由分离的节流阀致动器驱动。
图7提供了一个实施例中的发动机系统68的一些方面的更详细的示意图。特别地，该附图示出了从图6展开并旋转的区域。图7示出了节流阀72的横截面。该节流阀被连接到发动机的进气道90。该进气道具有上游端和下游端。该进气道的下游端经由进气阀28连接到燃烧室24。
节流阀72包括节流阀主体92和节流阀筒94。如上所述，节流阀筒可以被机械地连接到致动器轴88。因此，节流阀致动器86可以被配置成调节并控制节流阀筒相对于节流阀主体的转动角度，由此根据本文所述的功能控制节流阀。
节流阀主体92具有被配置成连接到进气道90上游端的出口、被连接到进气歧管22的第一进口96和被连接到新鲜空气管路82的第二进口98。节流阀筒被可转动地连接到节流阀主体中并且包括筒孔100。如下面进一步描述的，筒孔在节流阀筒的第一转动处与第一进口对齐，在节流阀筒的第二转动处与第二进口对齐，并且在节流阀筒的第一和第二转动处与出口对齐。自然地，节流阀筒的第一和第二转动和本文所指的其他转动可以在节流阀主体中的节流阀筒的多个离散的或基本连续的转动之中。这些转动可以通过适当控制节流阀致动器86来拨动以产生到进气道90的新鲜空气和/或EGR的流量的相应离散的或基本连续的变化，并产生被传送气流的滚流度的相应离散的或基本连续的变化。
在一些实施例中，节流阀主体92和节流阀筒94中的一个或两个可以包括能够形成耐泄漏密封的不粘的耐磨损材料。合适的不粘材料包括类金刚石硅、金属玻璃和各种氟化聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)。在一个实施例中，不粘材料可以被用作节流阀主体上的涂层。在其它实施例中，不粘材料可以被用作节流阀筒上的涂层。
如图7所示，进气道90包括被布置在通道内侧的隔板102。隔板被配置成分隔通道的两个互补的流动区域(第一流动区域104和第二流动区域106)并将通过每个被分隔的流动区域的气流引导到进气阀28。在图7所说明的实施例中，隔板从进气阀基本一直延伸到节流阀筒。
隔板102延伸穿过节流阀72的出口，并将出口分成互补的第一和第二区域：第一流动区域104和第二流动区域106的截面部分。如下面进一步描述的，隔板抵靠节流阀筒94被可滑动地密封以使筒孔100在节流阀筒的第三转动处与第一区域对齐，并且在节流阀筒的第四转动处与第一和第二区域对齐。所说明的配置提供了在选择的工况下，可以将显著的滚流度给予进入燃烧室24中的空气，例如通过允许流过第一流动区域并阻止流过第二流动区域。所说明的配置还提供了可以通过允许同时流过第一和第二流动区域以明显小的滚流度传送进气到燃烧室。因此，电子控制系统30可以被配置成通过命令阀致动器86的转动来控制节流阀的出口是否与第一和第二流动区域中的一个或两个连通。
图8示出了从图7展开并旋转的区域。如图8所示，隔板102横穿截面地将进气道90分成对应于第一流动区域104和第二流动区域106的两个区域。因此，通过进气道的进气流量被分成两部分。
图9-图13示出了图7中的另一个区域并提供节流阀72的附加的横截面图。特别地，图9-图13示出了一个示例性实施例中的筒孔100、第一进口96和第二进口98。在所说明的实施例中，第一进口和第二进口形成于节流阀主体92中并基本一直延伸到节流阀筒94。相对于节流阀筒的对称轴，第一进口被布置在隔板102对面，并且第二进口被布置在与隔板和第一进口成直角处。第一进口、筒孔和进气道具有基本相等的横截面积，而第二进口具有较小的横截面积。如下面进一步描述的，通过节流阀筒的转动，筒孔可以以各种方式相对于第一进口和第二进口定位。特别地，筒孔可以被配置成在节流阀筒的第一转动处将进气道90的上游端连接到进气歧管22，并且在节流阀筒的第二转动处将进气道的上游端连接到空气净化器12。此外，节流阀筒可以抵靠隔板被可滑动地密封，以使得筒孔在节流阀筒的第三转动处与第一流动区域连通并且在节流阀筒的第四转动处与第一和第二流动区域连通。
图9和图10示出了处于新鲜空气引入且高滚流转动中的节流阀筒94。在图9中，筒孔100相对第一进口96关闭，相对第二进口98开启并且相对进气道90仅稍微开启。此工况对应于图5的区域74。特别地，它对应于怠速工况。图10示出了处于相似取向但稍微逆时针转动的节流阀筒94。此工况也对应于通过使用较小的发动机负荷稍微离开怠速的区域74。
图11示出了处于混合物引入且高滚流转动中的节流阀筒94。筒孔100相对第一进口96开启，相对第二进口98关闭，并相对进气道90部分开启。特别地，筒孔仅相对被隔板102隔开的进气道的两个流动区域中的一个开启。结果，将仅通过进气道的一个流动区域提供进气流给燃烧室24，这提供相当高的滚流度。此工况对应于图5中的区域76。
图12和13示出了处于混合物引入且低滚流转动中的节流阀筒94，其中筒孔100相对第一进口96开启，相对第二进口98关闭，并且相对进气道90开启。在图12中，筒孔100相对第一进口部分开启，而在图13中，筒孔相对第一进口完全开启。在两个附图中，筒孔相对于被隔板102隔开的进气道的两个流动区域开启。结果，进气流将通过进气道的两个流动区域被提供到燃烧室24，这提供相对较低的滚流度。节流阀筒的这些转动状态可以对应于图5的区域78或区域80，这取决于外部EGR在发动机系统68中被传送的方式。继续参考图4，如果EGR控制阀46处于选择涡轮后的排气流的位置并且EGR引导阀64处于将排气流引导到涡轮14的进口(被冷却的LP EGR)的位置，则图12和图13中所示的节流阀筒的转动将对应于区域78。然而，如果EGR控制阀处于选择涡轮前的排气流的位置并且EGR引导阀处于将排气流引导到LT EGR冷却器52(被冷却的HP EGR)的位置，则图12和图13中所示的节流阀筒的转动将对应于区域80。
通过更详细地查看图9-图13，发动机系统68的进一步的优点将显而易见。例如，松开离合器踏板的情形对应于从区域78到区域74的突然转换。在此处所说明的实施例中，要求的节流阀调节将是从图12或图13所示的转动状态到图9所示的转动状态。顺时针的四分之一回转或更少的这种调节能够被迅速实现，从而引起从被压缩的经EGR稀释的空气迅速转换为被供应到燃烧室24的新鲜空气。
图4-图13和上面的说明仅详细说明了本发明的一些实施例，许多其它实施例也是可预期的。一个这种实施例包括具有双节流阀筒的节流阀：一个节流阀筒用于控制来自进气歧管的空气，而第二节流阀筒用于允许新鲜空气进入。在一个实施例中，双节流阀筒可以由共用的致动器轴致动。图14示出了另一个实施例的多个方面，其中筒孔相对于节流阀筒被偏心布置。将筒孔移出节流阀筒的对称平面可以在某些工况下使得能够更容易地调节引入燃烧室的歧管空气和新鲜空气的量。此外，本文公开的各种节流阀的实施例可以形成为各种现有进气道节流阀的改型。
上述配置使得将进气传送到发动机的燃烧室的各种方法可用。因此，现在通过示例的方式并继续参考以上配置来描述一些这样的方法。然而，应理解的是，这些方法和完全在本发明的范围内的其它方法也可以经由其它配置而实现。
本文展示的方法包括可以经由所说明的发动机系统或安装了这种发动机系统的车辆的电子控制系统(如，电子控制系统30)来实现的各种计算、比较和决策动作。所述方法还包括可以经由被布置在可操作地连接到电子控制系统的发动机系统中的一个或更多个传感器(温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等)来实现的各种测量和/或感测行为。所述方法进一步包括电子控制系统可以响应于各种决策动作执行的各种阀致动事件。
图15说明了在一个实施例中用于将空气引入到涡轮增压发动机系统的发动机中的示例性方法108。例如，以规则的间隔和/或当发动机系统工作时，该方法可以经由图1所示的配置实现，并响应于发动机系统的预定工况而进入。
方法108在110处开始，在110处，发动机负荷被感测。发动机负荷可以通过询问合适的发动机系统传感器而被感测。在一些实施例中，发动机负荷的替代物或预测器可以被感测。例如，歧管空气压力传感器的输出可以被感测并被用作发动机负荷的预测器。之后所述方法进行到112处，在112处，确定发动机负荷是否在上限阈值以上。在一个实施例中，上限阈值可以对应于期望LP EGR的发动机负荷的最小值。如果发动机负荷在上限阈值以上，则所述方法进行到114A处，在114A处，发动机系统中的EGR控制阀被调节，以使得排气被引导到LP混合点。之后所述方法进行到116处，在116处，发动机系统中的双向EGR选择阀被设置到第一状态，以使得从LP分支点引出EGR。
然而，如果在112处确定发动机负荷不在上限阈值以上，则方法108进行到118处，在118处，确定发动机负荷是否在下限阈值以上。如果发动机负荷在下限阈值以上，则所述方法进行到114B处，在114B处，EGR控制阀被调节，以使得排气被引导到HP混合点。之后所述方法进行到120处，在120处，双向EGR选择阀被设置到第二状态，以使得从HP分支点引出EGR。
如果在118处确定发动机负荷不在下限阈值以上，则方法108进行到122处，在122处，实现内部EGR。之后所述方法进行到114C处，在114C处，EGR控制阀被调节以切断外部EGR。方法从114C处、116处或120处进行到124处，在124处，发动机系统中的燃料喷射量基于被调节的EGR流速而被调节以保持期望的空燃比。例如，如果发动机系统包括汽油发动机，则期望的空燃比可以基本等于理论空燃比。
图16说明了在一个实施例中将空气引入到涡轮增压发动机系统的发动机中的示例性方法126。例如，以规则的间隔和/或当发动机工作时，所述方法可以经由图2所示的配置而实现，并响应于发动机系统的预定工况而进入。
方法126在110处开始，在110处，发动机负荷被感测。之后所述方法进行到112处，在112处，确定发动机负荷是否在上限阈值以上。如果发动机负荷在上限阈值以上，则所述方法进行到114D处，在114D处，发动机系统中的EGR控制阀被调节，以使得从LP分支点引出排气。之后所述方法进行到128处，在128处，发动机系统中的EGR引导阀被调节，以使得选择的EGR被引导到LP混合点。
然而，如果在112处确定发动机负荷不在上限阈值以上，则方法126进行到118处，在118处，确定发动机负荷是否在下限阈值以上。如果发动机负荷在下限阈值以上，则所述方法进行到114E处，在114E处，EGR控制阀被调节，以使得从HP分支点引出排气。之后所述方法进行到130处，在130处，EGR引导阀被调节，以使得选择的EGR被引导到HP混合点。
如果在118处确定发动机负荷不在下限阈值以上，则方法126进行到122处，在122处，实现内部EGR。之后所述方法进行到114C处，在114C处，EGR控制阀被调节以切断外部EGR。所述方法从114C处、128处或130处进行到124处，在124处，发动机系统中的燃料喷射量基于被调节的EGR流速被调节以保持期望的空燃比。
图15或图16的任何方面都不意图作为限制，因为两个方法都可以包括没有在流程图中具体说明的很多其它步骤和行为。例如，选择的EGR流在被转移到合适的HP或LP混合点的途中可以被冷却。在一些实施例中，EGR流在到达混合点和/或混合点下游的途中可以被进一步冷却。在一个实施例中，不同的热交换器可以被用来冷却选择的排气流，这取决于EGR分流阀或双向EGR选择阀的位置。然而，在其它实施例中，可以使用相同的热交换器来冷却HP和LP EGR回路的选择的排气流。
图17说明了在一个实施例中用于基于对EGR流量传感器的响应来致动EGR控制阀的示例性方法114X。在发动机系统的电子控制系统命令调节EGR控制阀的任何时刻，可以进入该方法。
方法114X在132处开始，在132处，基于发动机系统中期望的EGR流速来计算上限流速阈值和下限流速阈值。上限流速阈值可以等于期望的EGR流速加上预定的公差值；下限流速阈值可以等于期望的EGR流速减去预定的公差值。在一些实施例中，用于上限阈值和下限阈值的预定的公差值可以相同；在其它实施例中，它们可以不同。此外，预定的公差值可以不同，这取决于发动机系统中EGR引导阀或双向EGR选择阀的位置。例如，可以选择预定的公差值从而当EGR被允许进入HP混合点时提供比EGR被允许进入LP混合点时更密集/紧的流速公差。
之后方法114X进行到134处，在134处，EGR流速被感测。EGR流速可以通过询问响应于EGR流速的任何合适的传感器而被感测，该传感器例如为发动机系统10或52的EGR流量传感器50。在一个实施例中，不同的传感器可以被询问，这取决于发动机系统中EGR引导阀或双向EGR选择阀的位置。然而，在其它实施例中，无论EGR引导阀的位置如何，相同的传感器可以被询问并被用来感测EGR流速。换言之，相同的传感器可以在使用HP EGR回路时被用来感测HP EGR流量，并在使用LP EGR回路时被用来感测LP EGR流量。
之后，方法114X进行到136处，在136处，确定在之前的步骤中感测的EGR流速是否大于之前在所述方法中确定的上限阈值。如果确定EGR流速大于上限阈值，则所述方法进行到138处，在138处，发动机系统中的EGR控制阀的马达被转动以增加EGR流速。然而，如果确定EGR流速不大于上限阈值，则所述方法进行到140处，在140处，确定EGR流速是否小于之前在所述方法中确定的下限阈值。如果确定EGR流速小于下限阈值，则EGR控制阀的马达被转动以减小EGR流速。否则，在步骤138或142之后，方法114X返回。
图18说明了在一个实施例中用于将空气引入涡轮增压发动机系统的发动机中的另一个示例性方法144。如前所述，所述方法在134处开始，在134处，EGR流速被感测。之后所述方法进行到146处，在146处，确定发动机系统中的EGR流速是否小于期望的EGR流速。可以基于多种发动机工况和传感器输出来计算期望的EGR流速，传感器输出包括排放控制传感器输出。如果确定EGR流速不小于期望的EGR流速，则所述方法进行到148处，在148处，确定是否指示压缩机喘振工况。如果确定无论通过检测实际的压缩机喘振还是通过确定当前发动机工况(例如，进气质量流量、歧管空气压力)预示压缩机喘振均指示出压缩机喘振工况，则所述方法进行到150处。在150处，发动机系统中的一个或更多个EGR控制阀、EGR引导阀和LP分支阀被调节，以使得排气从HP分支点被传送到LP混合点。在一个实施例中，所述阀能够被调节以使EGR从涡轮上游的HP分支点被传送到压缩机上游的LP混合点。当确定发动机系统中的EGR流速小于期望的EGR流速时，方法144的步骤150还可以从146处执行。步骤150之后或当确定没有指示压缩机喘振工况时，方法144返回。
图19示出了在一个实施例中用于将进气传送到发动机的燃烧室的示例性方法152。在所说明的方法中，进气从空气净化器引入，通过进气道并被传送到被连接在进气道下游端处的进气阀。最终，进气通过被连接在进气道上游端处的多功能节流阀引入。在结构上，节流阀可以具有前述实施例描述的一些或所有特征：节流阀可以具有可转动的节流阀筒和形成于其中的筒孔；筒孔可以被配置成选择性地将进气道的上游端连接到进气歧管和空气净化器；节流阀筒可以抵靠形成于进气道中的隔板而被可滑动地密封，以使得筒孔与进气道的互补的第一和第二流动区域选择性地连通。
方法152可以允许各种进入工况。例如，发动机系统可以在进入该方法时工作，并且进气歧管可以被填充新鲜空气与被再循环的排气的混合物。在一个实施例中，当期望发动机系统在增压工况下工作时，所述混合物可以被压缩到大气压以上。在另一个实施例中，当废气门在方法执行之前被打开时，所述混合物可以处于大气压或在大气压附近。
方法152在154处开始，在154处，发动机的转速和负荷被感测。转速和负荷可以通过询问发动机系统的传感器而被感测。在一些实施例中，发动机转速和/或负荷的合适的替代物或预测器可以被感测。例如，歧管空气压力传感器的输出可以被感测并被用作发动机负荷的预测器。之后所述方法进行到156处，在156处，确定发动机负荷是否在阈值以下。在一个实施例中，阈值可以对应于在图5的区域74之上画出的水平恒定负荷线。如果发动机负荷在阈值以下，则所述方法进行到158处，在158处，节流阀筒被转动到新鲜空气引入的高滚流转动，其导致新鲜空气在相对高的滚流下被供应到节流阀的上游。在一个实施例中，新鲜空气引入的高滚流转动可以是节流阀的多个新鲜空气引入的高滚流转动中的一个。因此，被供应到进气阀上游的新鲜空气量可以通过在这些转动之间转动节流阀筒来调节。之后所述方法进行到160处，在160处，执行进气阀正时和/或排气阀正时的调节以促进内部EGR。这个调节可以包括提前一个或更多个排气阀的关闭和/或延迟一个或更多个进气阀的开启。之后所述方法进行到162处，在162处，外部HP和LP EGR不可用。
然而，如果在156处确定发动机负荷不小于阈值，则方法152进行到164处，在164处，确定发动机的工作点是否在最高转速-负荷区域中。在一个实施例中，最高转速-负荷区域可以对应于图5的区域80。如果工作点在最高转速-负荷区域中，则所述方法进行到166处和168处，在166处，外部LP EGR不可用，在168处，外部HP EGR可用。之后所述方法进行到170处，在170处，节流阀筒被转动到混合物引入的低滚流转动，其导致进气与HP EGR的混合物以相对低的滚流被供应到节流阀的上游。在一个实施例中，混合物引入的低滚流转动可以是节流阀的多个混合物引入的低滚流转动中的一个。因此，被供应到进气阀上游的混合物的量可以通过在这些转动中转动节流阀筒来调节。这种调节可以响应于发动机系统的任何合适的工作参数。例如，混合物的量可以随着发动机负荷的增加而增加并随发动机负荷的减少而减少。此外，可以使用发动机负荷的各种替代物或预测器：踏板位置、歧管空气压力等。这样，节流阀筒可以被转动以在较高的发动机负荷工况期间在进气阀上游供应增加量的混合物，并在较低的发动机负荷工况期间在进气阀上游供应减少量的混合物。
然而，如果在164处确定发动机的工作点不在最高转速-负荷区域中，则方法152进行到172处和174处，在172处，外部HP EGR不可用，在174处，外部LP EGR可用。之后所述方法进行到176处，在176处，确定发动机的工作点是否在最低转速-负荷区域中。在一个实施例中，最低转速-负荷区域可以对应于图5的区域76。如果工作点在最低转速-负荷区域中，则所述方法进行到178处，在178处，节流阀筒被转动到混合物引入的高滚流转动，其导致进气与外部LP EGR的混合物在相对高的滚流下被供应到节流阀上游。在一个实施例中，混合物引入的高滚流转动可以是节流阀的多个混合物引入的高滚流转动中的一个。因此，被供应到进气阀上游的混合物的量可以通过在这些转动之中转动节流阀筒来调节。如上述所提及的，这种调节可以响应于发动机系统的任何合适的工作参数。
然而，如果在176处确定发动机的工作点不在最低转速-负荷区域中，则所述方法进行到180处，在180处，节流阀筒被转动到混合物引入的低滚流转动，其导致进气与外部LP EGR的混合物在相对低的滚流下被供应到节流阀的上游。因此，方法152允许调节混合物中或被供应到进气阀上游的新鲜空气中的滚流度。这种调节可以包括在较低的发动机转速工况期间增加滚流度并在较高的发动机转速工况期间减小滚流度。在162处、170处、178处或180处采取的行为之后，方法152返回。
方法152包括各种筒转动，例如，在158处、170处、178处和180处。响应于改变发动机系统的工况，例如发动机转速和/或负荷，筒的转动被实现。通常，这些工况可以逐渐地或突然地改变；因此，所说明的方法和使能所述方法的发动机系统适合于响应两种变化。例如，如以上所提及的，可以配置筒型节流阀以使对松开加速器踏板工况(突然减小发动机负荷)的适当响应可以包括少于节流阀筒四分之一回转。这种转动可以被快速实现，使得来自空气净化器的新鲜空气被引入发动机的燃烧室中，而不是可能存在于进气歧管中的增压空气/EGR混合物。
应理解的是，本文公开的示例性控制和评估程序可以被用于各种系统配置。这些程序可以表示一个或更多个不同的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及类似物。这样，所公开的处理步骤(操作、功能和/或动作)可以表示被编入电子控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。
应理解的是，在一些实施例中，此处描述和/或说明的处理步骤中的一些可以被省略，而不脱离本发明的范围。同样，可以不总是要求处理步骤的所标示的顺序以实现期望的结果，而是提供易于说明和描述的顺序。一个或更多个说明性的动作、功能或操作可以被重复执行，这取决于所使用的具体策略。
最后，应理解的是，本文描述的物体、系统和方法实质上是示例性的，并且这些特定的实施例或示例不被认为有限制的意思，因为很多变化是可预期的。因此，本发明包括本文公开的各种系统和方法的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合及其任何和所有等价物。

Claims (6)

1.一种发动机系统，包括：
空气净化器；
燃烧室，其被连接到进气道；
进气歧管，其被配置成接收来自所述空气净化器的空气，并且在一些工况下接收来自所述燃烧室的排气；以及
多功能筒型节流阀，其经由出口被连接到所述进气道，所述节流阀具有被连接到所述进气歧管的第一进口和被连接到所述空气净化器的第二进口。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括被机械地连接到所述节流阀的阀致动器和可操作地连接到所述阀致动器的电子控制系统，其中所述电子控制系统被配置成通过命令所述阀致动器转动来控制从所述第一进口和所述第二进口到所述出口的气流，其中所述进气道包括进气通道，并且其中所述燃烧室包括被连接到所述进气通道的进气阀和被连接到排气歧管的排气阀。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其中所述进气通道包括被配置成将所述进气通道的第一流动区域与所述进气通道的第二流动区域隔开并将每个被隔开的气流引导到所述进气阀的隔板，并且其中所述电子控制系统被进一步配置成通过命令所述阀致动器转动来控制所述出口是否与所述第一和第二流动区域中的一个或两个连通。
4.根据权利要求2所述的发动机系统，其中所述进气阀和所述排气阀中的至少一个被配置成根据可调节的正时而开启和关闭，并且其中所述可调节的正时由所述电子控制系统控制以调整在点火时存在于所述燃烧室中的排气量。
5.根据权利要求3所述的发动机系统，其中所述节流阀包括可转动的节流阀筒和形成于其中的筒孔，所述筒孔被配置成在所述节流阀筒的第一转动处将所述进气通道的上游端连接到所述进气歧管，并在所述节流阀筒的第二转动处将所述进气通道的所述上游端连接到所述空气净化器，所述节流阀筒抵靠所述隔板被可滑动地密封，以使所述筒孔在所述节流阀筒的第三转动处与所述第一流动区域连通，并在所述节流阀筒的第四转动处与所述第一和第二流动区域连通。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括排气再循环冷却器，其中被接收到所述进气歧管中的所述排气通过所述排气再循环冷却器被引入。
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