CN103161616A - 用于双模发动机的共享的egr系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于双模发动机的共享的EGR系统和方法。在某些系统中，进气口和排气口之间的压力差不足以驱动EGR，因此提供了EGR泵。在双发动机系统中，本发明涉及一种EGR系统，即EGR冷却器和EGR泵，是共享的，从而避免了各需要两个。可在EGR系统与两个发动机的副发动机之间提供截止阀，从而在副发动机不运行时将其分隔开。当发动机为OPOC发动机时，可将排气后处理设备，如柴油氧化催化剂和/或柴油微粒过滤器，置于EGR气体从发动机的排气口排出的位置的上游，从而维持穿过位于发动机排气口下游的排气涡轮机的高压力比。

Description

用于双模发动机的共享的EGR系统和方法
技术领域
本发明涉及用于具有多个发动机的发动机系统的EGR和后处理系统，以及还涉及控制该系统的方法。
背景技术
具有两个内燃发动机的发动机系统具有提供较高的燃料燃烧效率的潜力。当转矩需求较小时，只运行两个发动机中的一个。但是，可允许两个发动机的运行来满足高转矩的需求。一个挑战是避免完全地复制全部的发动机附件。
发明内容
公开了一种内燃发动机系统，其包括第一内燃发动机和第二内燃发动机。该系统还包括：置于第一发动机下游的发动机排气口中的第一排气后处理设备，置于第二发动机下游的发动机排气口中的第二排气后处理设备，置于第一排气后处理设备下游的第一T形三通，以及置于第二排气后处理设备下游的第二T形三通。第一T形三通具有第一EGR支路和第一排气支路，第二T形三通具有第二EGR支路和第二排气支路。EGR系统与第一EGR支路及第二EGR支路流通性联接。该EGR系统包括EGR冷却器和EGR泵。第一涡轮增压器，其具有置于第一排气支路内的涡轮机。第二涡轮增压器，其具有置于第二排气支路内的涡轮机。第一排气道和第二排气道与EGR系统联接。第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接，第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接。第一涡轮增压器还包括置于第一发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游。第二涡轮增压器还包括置于第二发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游。
该系统还包括位于第二EGR支路中的第一截止阀，以及置于来自EGR系统的第二排气道中的第二截止阀。第一和第二截止阀与电子控制单元电联接。
在一些实施例中，EGR泵为正排量泵。
在一个实施例中，第一后处理设备和第二后处理设备是第一柴油氧化催化剂和第二柴油氧化催化剂；选择性地，第一后处理设备和第二后处理设备是第一柴油微粒过滤器和第二柴油微粒过滤器；在另一个实施例中，第一后处理设备和第二后处理设备同时包括柴油氧化催化剂和柴油微粒过滤器，二者彼此相邻。在一个实施例中，柴油氧化催化剂位于柴油微粒过滤器的紧上游。在另一个实施例中，柴油氧化催化剂位于柴油微粒过滤器的紧下游。
在一些实施例中，涡轮增压器具有电机，该电机用于向涡轮增压器的轴提供能量，并提取来自涡轮增压器的轴的能量。
在一些实施例中，该系统包括与EGR泵联接的控制装置和与控制装置联接的电子控制单元(ECU)。控制装置可以是与EGR泵的入口和出口流通性联接的旁路管道以及置于该旁路管道中的可控阀。EGR泵可直接地或间接地通过一个发动机的曲轴驱动。
在一些实施例中，两个发动机都是对置活塞对置气缸(OPOC)发动机。
公开了一种方法，其中确定是否存在启动副发动机的命令。如果存在，则转动副发动机、向副发动机提供燃料、并打开将副发动机与共享的EGR系统分隔开的截止阀。该方法还包括确定是否收到停止副发动机的命令。如果收到，则停止向副发动机提供燃料并关闭截止阀。可将副发动机制动。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的后处理系统的示意图；以及
图2是展示控制图1的系统的方法的流程图。
具体实施方式
如本领域技术人员所了解，参照任意一个附图所示出和描述的实施例的各种特征可与另一个或多个附图中所示出的多个特征相组合，从而产生未明确示出或描述的选择性实施例。所示的多个特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。但是，与本发明公开的教导一致的特征的各种组合及修改可用于描述特定的应用或实施。本领域技术人员可识别出相似的应用或实施，无论是否明确地描述或示出。
在图1中展示了对置活塞对置气缸(OPOC)发动机系统10的换气系统的示意图。发动机系统10具有主发动机12和副发动机14。由于它们几乎相同，下面只对它们中的一个进行详细描述。在图1的实施例中，主发动机和副发动机都是OPOC发动机。在US6170443中公开一种OPOC发动机，该专利通过完全引用而结合于此。但是本发明适用于任何发动机类型，并且也适用于主发动机和副发动机类型和/或排气量不同的情况。发动机12具有气缸16，气缸16具有外进气活塞18和内排气活塞22，与气缸16对置的气缸17具有内进气活塞20和外排气活塞24。活塞18、20、22、24通过连接杆与曲轴26联接。在相关的活塞的往复运动过程中，进气活塞18和20覆盖和露出进气孔44，排气活塞22和24覆盖和露出排气孔50。
发动机12具有电子控制的涡轮增压器(ECT)40，该ECT的进气道30中具有压气机34、排气道32中具有涡轮机36。在图1的实施例中，涡轮机36是VGT类型的；但是，可使用任何适当的涡轮机。ECT40具有电机38，用于补充排气焓。在一个实施例中，电机是马达/发电机(Motor/Generator)，其可作为马达操作以增加涡轮增压器的轴转矩，或作为发电机操作以吸收来自涡轮增压器的转矩；但是可使用任何适当的电机。进气口还具有中冷器(IC)42，位于压气机34下游。
图1中的实施例展示了一个柴油氧化催化剂(DOC)52，其位于发动机12的气缸16和17的排气孔50的紧下游。各个DOC52的排出气体进入柴油微粒过滤器(DPF)54。来自DPF54的一些气体在涡轮机36中膨胀，一些排出气流被EGR系统回收进入进气口。EGR系统包括EGR冷却器58和EGR泵60。EGR泵60可以是正排量泵或任何其它适当的泵。EGR泵60是由主发动机12的曲轴26通过驱动轴62驱动的。选择性地，EGR泵60可由电力或任何其它适当的方式驱动。EGR系统共享于两个发动机12和14之间，以避免组件冗余。而在另一个选择性实施例中，EGR泵60位于EGR冷却器58的上游。
涡轮机36通常位于DPF54的上游，从而任何来自DPF54的脱落物不会损坏涡轮机叶轮。尽管，通过改进金属衬底，催化剂衬底脱落并穿过涡轮机的可能性被大大降低，从而为图1中的配置提供了允许性。
当需要小转矩时，双模发动机系统10可只运行主发动机12。当副发动机14未运行时，截止阀56关闭，从而使得副发动机14与主发动机12隔离。当副发动机14待运行时，截止阀56被命令处于打开位置。在一些实施例中，主发动机12和副发动机14通过离合器(未示出)联接，从而，当需要较大的转矩时，可通过起动机马达(未示出)或缓冲(bump)起动(通过关闭离合器)使副发动机14启动。随后，副发动机14启动并产生补充主发动机12的转矩。在一些实施例中，如在OPOC发动机中，可能没有截止阀。在OPOC发动机中，当一个气缸中的活塞接近进气孔打开的位置时，相对的气缸中的活塞接近TDC(即需要很大压力才能达到的位置)。当两个气缸中的活塞都处在中间位置时，此时没有孔打开，发动机将会停止。如果总是这种情况，则可移除截止阀。在一些实施例中，发动机是典型的四冲程多缸发动机，不运行的发动机可在使一个进气阀与一个排气阀(在至少一个气缸中)同时打开的位置上停止。在这种实施例中，截止阀可阻止排出气从发动机泄露。
电子控制单元(ECU)70与旁通阀64、截止阀56、电机38和多个VGT36电联接。ECU70接收来自其它若干传感器72的输入，以确定对截止阀56、电机38和多个VGT36的适当控制。在一些实施例中，EGR泵60是由曲轴26驱动的，其中速度由发动机的需求控制，通过旁路管道66，旁通阀64提供期望的排气流控制，从而控制EGR根据情况提供至一个或多个发动机的排气量。
图2展示的流程图示出了根据本发明的方法。在程序块100，主发动机12启动，截止阀56被命令关闭(如果还没有关闭)。在程序块102，确定是否存在启动副发动机14的命令。副发动机14可基于主发动机12不能产生所需的转矩而启动。选择性地，副发动机14可基于获取较小的总体燃料燃烧效率或其它适当的标准而命令启动。如果在程序块102收到了这样的命令，控制进入程序块104，其中导致副发动机14转动。在一个实施例中，副发动机14具有起动机马达(未示出)。在另一个实施例中，在发动机12和14之间具有一个电子控制的离合器(未示出)。通过关闭离合器，副发动机14被缓冲启动。在程序块106，当副发动机14以足够的速度转动时，燃料被提供给副发动机。几乎同时，在程序块108，将副发动机的排出气与EGR系统分隔开的截止阀56被打开。这时，两个发动机都正常运行。控制进入程序块110，其中确定是否收到了停止副发动机14的信号。该命令可基于对所需转矩的下降或其它适当的标准。如果确定了这样的命令，在程序块112，停止向副发动机供应燃料；在程序块114，截止阀关闭；在程序块116，将副发动机制动。此时，发动机系统中只有主发动机正常运行，控制返回程序块102。
虽然针对特定实施例对最佳方式进行了详细的描述，熟悉该领域的人可识别出在下面的权利要求的范围内的各种选择性的设计和实施例。虽然针对一个或多个期望的特征，各种实施例被描述为相比其它实施例具有优势或是优选的，但是，作为领域内的技术人员应意识到，可放弃一个或多个特征以获得期望的系统属性，这取决于具体的应用和实施。这些属性包括，但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易于装配等等。本文所描述的一些实施例被认为针对一个或多个特征相比于其它实施例或现有技术实施是不令人满意的，这些实施例并不处于本发明的范围之外，并且对于某些特定的实施例也许是可取的。

Claims (20)

1.一种内燃发动机系统，包括：
第一内燃发动机；
第二内燃发动机：
第一柴油微粒过滤器(DPF)，其置于第一发动机下游的发动机排气口中；
第二DPF，其置于第二发动机下游的发动机排气口中；
第一T形三通，其置于第一DPF的下游，所述第一T形三通具有第一EGR支路和第一排气支路；
第二T形三通，其置于第二DPF的下游，所述第二T形三通具有第二EGR支路和第二排气支路；
EGR系统，其与第一EGR支路及第二EGR支路流通性联接，该EGR系统包括：EGR冷却器和EGR泵；
第一涡轮增压器，其具有置于第一排气支路内的涡轮机；以及
第二涡轮增压器，其具有置于第二排气支路内的涡轮机。
2.如权利要求1的系统，还包括：来自EGR系统的第一排气道和第二排气道，其中第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接，第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接。
3.如权利要求2的系统，其中：
第一涡轮增压器还包括置于第一发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游；以及
第二涡轮增压器还包括置于第二发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游。
4.如权利要求2的系统，还包括：
第一截止阀，其位于第二EGR支路中；
第二截止阀，其置于来自EGR系统的第二排气道中；以及
电子控制单元，其与第一截止阀和第二截止阀电联接。
5.如权利要求1的系统，其中，所述EGR泵为正排量泵。
6.如权利要求1的系统，还包括：
第一柴油氧化催化剂(DOC)，其置于第一发动机的发动机排气口中，并位于第一DPF的上游；以及
第二DOC，其置于第二发动机的发动机排气口中，并位于第二DPF的上游。
7.如权利要求1的系统，还包括：
控制装置，其与所述EGR泵联接；以及
电子控制单元(ECU)，其与所述控制装置联接。
8.如权利要求1的系统，其中，控制装置包括与所述EGR泵的入口和出口流通性联接的旁路管道，以及置于该旁路管道中的可控阀。
9.一种控制具有主发动机和副发动机的双发动机系统的方法，该方法包括：
确定是否存在启动副发动机的命令；
如果确定命令启动副发动机，作为响应，执行如下步骤：
转动副发动机；
向副发动机提供燃料；以及
打开将副发动机与共享的EGR系统分隔开的截止阀；
确定是否存在停止副发动机的命令；
如果确定命令停止副发动机，作为响应，执行如下步骤：
停止向副发动机提供燃料；以及
关闭截止阀，从而将副发动机与共享的EGR系统分隔开。
10.如权利要求9的方法，其中，如果确定命令停止副发动机，作为响应，还执行如下步骤：将副发动机制动。
11.如权利要求9的方法，其中，所述双发动机系统还包括：
至少一个第一后处理设备，其置于主发动机下游的发动机排气口中；
至少一个第二后处理设备，其置于副发动机下游的发动机排气口中；
第一T形三通，其置于第一后处理设备的下游，所述第一T形三通具有第一EGR支路和第一排气支路；
第二T形三通，其置于第二后处理设备的下游，所述第二T形三通具有第二EGR支路和第二排气支路；
EGR系统，其与第一EGR支路及第二EGR支路流通性联接，该EGR系统包括：EGR冷却器和EGR泵。
12.如权利要求11的方法，其中，所述双发动机系统还包括：
第一涡轮增压器，其具有置于第一排气支路内的涡轮机，以及置于主发动机的发动机进气口中的压气机；以及
第二涡轮增压器，其具有置于第二排气支路内的涡轮机，以及置于副发动机的发动机进气口中的压气机。
13.一种内燃发动机系统，包括：
第一内燃发动机；
第二内燃发动机：
第一柴油氧化催化剂(DOC)，其置于第一发动机下游的发动机排气口中；
第二DOC，其置于第二发动机下游的发动机排气口中；
第一T形三通，其置于第一DOC的下游，所述第一T形三通具有第一EGR支路和第一排气支路；
第二T形三通，其置于第二DOC的下游，所述第二T形三通具有第二EGR支路和第二排气支路；
EGR系统，其与第一EGR支路及第二EGR支路流通性联接，该EGR系统包括：EGR泵；
第一涡轮增压器，其具有置于第一排气支路内的涡轮机；以及
第二涡轮增压器，其具有置于第二排气支路内的涡轮机。
14.如权利要求13的系统，还包括：来自EGR系统的第一排气道和第二排气道，其中第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接，第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接。
15.如权利要求14的系统，其中：
第一涡轮增压器还包括置于第一发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第一排气道与第一发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游；以及
第二涡轮增压器还包括置于第二发动机的发动机进气口中的压气机，并且该压气机位于第二排气道与第二发动机的发动机进气口流通性联接的位置的上游。
16.如权利要求14的系统，还包括：
第一截止阀，其位于第二EGR支路中；
第二截止阀，其置于来自EGR系统的第二排气道中；以及
电子控制单元，其与第一截止阀和第二截止阀电联接。
17.如权利要求13的系统，其中，第一发动机和第二发动机是OPOC发动机。
18.如权利要求13的系统，还包括：
第一柴油微粒过滤器(DPF)，其置于第一发动机的发动机排气口中，并紧邻接于第一DOC；以及
第二DPF，其置于第二发动机的发动机排气口中，并紧邻接于第二DOC。
19.如权利要求13的系统，其中，所述EGR泵的驱动轴是由主发动机的曲轴驱动的。
20.权利要求13的系统，还包括：
与所述EGR泵的入口和出口流通性联接的旁路管道，以及置于该旁路管道中的可控阀；以及
与可控阀电联接的电子控制单元。
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