CN104033290B - 在内燃发动机内选择地引导废气和空气的排放系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在内燃发动机中选择地引导排气的排放系统和方法。内燃发动机包括动力总成，动力总成包括燃烧室、进气总成、排气歧管和泵。燃烧室被配置用于燃烧空气和燃料混合物。进气总成被配置用于供给空气到燃烧室。排气歧管被配置用于从燃烧室抽吸废气。泵可操作地布置在进气总成和排气歧管之间，使泵与进气总成和排气歧管中的每一个流体连通。泵被配置为以第一模式运行，以从排气歧管抽吸废气，并以正EGR流量供给废气到进气歧管，使废气被供给到燃烧室。

Description

在内燃发动机内选择地引导废气和空气的排放系统和方法
技术领域
本发明涉及在内燃发动机内选择地引导废气和空气的排放系统和方法。
背景技术
内燃发动机可以从排放系统再循环废气到进气歧管，通常被称为废气再循环（EGR），以提高车辆的燃料效率和/或降低发动机排放。因为来自EGR系统的废气被引导到进气歧管，所以EGR系统的必要操作（例如，燃料/空气混合比）可能需要根据各种工况而变化，并且由专用的EGR汽缸传送的废气的量可能需要被调整。
发明内容
一种动力总成，包括燃烧室、进气总成、排气歧管和泵。燃烧室被配置用于燃烧空气和燃料混合物。进气总成被配置用于供给空气到燃烧室。排气歧管被配置用于从燃烧室抽吸废气。泵可操作地布置在进气总成和排气歧管之间，使泵与进气总成和排气歧管中的每一个流体连通。泵被配置为在第一模式运行，以从排气歧管抽吸废气，并以正EGR流量供给废气到进气歧管，使废气被供给到燃烧室。
一种控制排放系统的泵的方法，所述泵可操作地连接到内燃发动机的进气总成和排气歧管，所述方法包括确定排气歧管内的废气的NOx浓度。确定是否所确定的NOx浓度至少等于NOx浓度限值。确定将所确定的NOx浓度降低到低于NOx浓度限值所需的正EGR流量。命令泵以第一模式运行以获得正EGR流量。
在另一方面，一种控制排放系统的泵的方法，所述泵可操作地连接到内燃发动机的进气总成和排气歧管，所述方法包括确定排气歧管和进气总成之间的压力差。确定排气歧管和进气总成之间提供内燃发动机的期望燃料效率所需的压力差。确定所确定的压力差是否至少等于所要求的压力差。命令泵以第一模式运行以获得正EGR流量，使得获得所要求的压力差。
当结合附图时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实施本发明的最佳方式的详细描述变得显而易见。
附图说明
图1是车辆的示意性平面图，该车辆包括动力总成，该动力总成具有内燃发动机和排放系统；和
图2是示出用于控制例如在图1的内燃发动机内的排放系统的算法或方法的示意性流程图。
具体实施方式
参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，车辆总体显示在图1中20处。车辆20具有动力总成22，该动力总成包括内燃发动机24和排放系统26。内燃发动机24被配置以驱动和推进车辆20的至少一个车轮28。内燃发动机24可以包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。内燃发动机24包括四个汽缸30，每个限定了燃烧室32。然而，应当理解的是，内燃发动机24可以包括任何合适的发动机尺寸和/或配置，包括但不限于直列六缸30发动机、V型六缸30发动机或V型八缸30发动机。内燃发动机24还包括进气总成34和排气歧管36。
燃烧室32被配置用于燃烧空气/燃料混合物以提供推进车辆20的车轮28的驱动扭矩。在进入进气总成34之前，空气可以通过穿过空气过滤器（未示出）进入内燃发动机24的燃烧室32。因此，进气总成34供给空气到燃烧室32中。燃料被喷射到燃烧室32中以和空气混合，这提供了空气/燃料混合物。火花塞（未示出）在燃烧室32内点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生废气。废气离开燃烧室32并被抽吸到排气歧管36中。
继续参照图1，排放系统26包括泵38，该泵38可操作地布置在进气总成34和排气歧管36之间，使泵38与进气总成34和排气歧管36中的每一个流体连通。泵38被配置为以第一模式、第二模式运行，以及不运行，从而选择地控制进气总成34和排气歧管36之间的流动方向。泵38可以是涡轮泵38，例如离心泵38、动力泵38和类似物。泵38也可以是正排量泵38。当泵38以第一模式运行时，正压力差在排气歧管36和进气总成34之间产生或被增大，引起正EGR流量。这个正EGR流量从排气歧管36抽吸废气 并将废气供给到进气总成34，以使废气被供给到燃烧室32，从而以比泵38没有在第一模式运行时更大的量和空气-燃料混合物混合。应当理解的是，在泵38没有运行的情况下，正EGR流量可能已经存在，并且泵38以第一模式运转将有助于增加正EGR流量。
与燃烧室32内的空气-燃料混合物混合的废气的增加，减少了局部高温区的形成，该高温区有助于烟尘形成。正EGR流量允许废气于是用作抑制燃烧温度低于形成大量单氮氧化物（NOx）的温度的稀释剂。泵38可以以不同的速度选择地以第一模式运行，以改变EGR流量，由此改变燃烧和NOx形成的温度的控制。因此，在第一模式中，泵38的速度可能被提高以增大正EGR流量。同样地，在第一模式中，泵38的速度可能被降低，或者被关闭，以减少正EGR流量。
再次参照图1，排放系统26还包括废气再循环（EGR）阀40。EGR阀40可操作地布置在进气总成34泵38之间。因此，EGR阀40与进气总成34和排气歧管36流体连通。EGR阀40被配置为在打开位置和关闭位置之间运动，从而在排气歧管36和进气总成34之间选择地控制废气的流动。当EGR阀40在打开位置时，空气被允许通过其流过。同样地，当EGR阀40在关闭位置时，空气被阻止通过其流过。EGR阀40的位置可以由发动机真空、发动机控制单元（ECU）46等控制。在一些实施例中，EGR阀40可以被配置以提供计量开口，该计量开口限制通过其的流动量，以选择地限制发动机的燃烧温度和防止NOx的排放。当EGR阀40在打开位置中时，EGR阀40可以再循环一部分废气回到进气总成34，如前面所述。
排放系统26还可以包括冷却器42，其被布置为与排气歧管36和EGR阀40流体连通。更具体地，冷却器42可以被可操作地布置在排气歧管36和泵38之间。因此，在将废气与进气总成34中的环境空气混合之前，冷却器42被配置为冷却从排气歧管36接收的废气。
当泵38选择性地以第二模式运行时，在排气歧管36和进气总成34之间产生压力差，导致新鲜空气进气流。在第二模式，由泵38的运行产生的负压力差从进气总成34抽吸空气，并通过二次空气喷射（SAI）提供空气到排气歧管36以与废气混合。更具体地，在车辆20的冷起动期间，在进入排气歧管36的废气中缺乏氧气。废气中氧气的缺乏可能限制排气歧管36内和/或催化转换器43内的催化剂的任何放热化学反应的程度。因此，在冷启动 期间，空气与排气歧管36内的废气的混合增加了废气中的氧含量，允许废气的额外燃烧以提高进入催化转换器43的排气温度。更具体地，这种较高温度的提高可能导致催化转换器43内的催化剂更快的催化剂触发，允许冷启动过程中废气中NOx、HC和CO的减少。
如图1所示，控制系统44与动力总成22通信，并能够操作动力总成22。控制系统44以高度示意性的方式被示出。控制系统44被车载安装在车辆20上，并与内燃发动机24和排放系统26的几个部件通信。控制系统44执行用于动力总成22的实时车载检测、诊断和计算功能。
控制系统44可以包括一个或多个部件，其具有存储介质的部件和适量的可编程存储器，能够存储和执行一个或多个算法或方法以实现动力总成22的控制。控制系统44的每一个部件可以包括分布式控制器架构，并可以是ECU46的一部分。在控制系统44内可存在额外的模块或处理器。
仍参照图1，车辆20可以包括多个传感器48，多个传感器48与发动机、EGR阀40、泵38、冷却器42等中的每一个电连接或通信。更具体地，传感器48可以被配置用于监测进入进气总成34的空气质量流量、废气中的氧气量、节气门位置、曲轴位置等等。通过非限制性例子，传感器48可以包括被配置为确定歧管内NOx浓度的NOx传感器48a，被配置为感测废气温度的废气温度传感器48b，和类似物。应当理解的是，更多或更少的传感器48可以与ECU46通信。该通信可以是适合用于发送和接收必要的电控制信号的硬线连接或无线控制链路或通路，该电控制信号用于泵38和EGR阀40的适当控制。ECU46包括微处理器单元，接收和处理各种车辆20的运行值，该运行值包括APM电压输出（V）和APM电流输出（i）。ECU46可以被配置为分布式或中央控制模块，其具有可能需要以期望的方式执行所有所需的车辆20的车载功率流控制功能的这样的控制模块和功能。
此外，ECU46可以被配置为通用数字计算机，该计算机通常包括微处理器或中央处理单元、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、电可编程只读存储器（EPROM）、高速时钟、模数转换（A/D）和数模转换（D/A）电路，以及输入/输出电路和装置（I/O），还包括适当的信号调制和缓冲电路。任何驻留在ECU46中或可访问的算法可以被存储在ROM中，并被执行以提供相应的功能。
ECU46被配置为在打开位置和关闭位置之间选择地移动EGR阀40。 ECU46还被配置为选择地以第一模式、第二模式运行泵38，或不运行泵38。此外，ECU46可以被配置为根据需要以任何需要的速度或模式运行泵38，以改变EGR流量。因此，当泵38以第一模式运行时，在车辆20的发动机操作区域中，可以得到较高的正EGR流量，该较高的正EGR流量通常将导致有限的压力差。因此，可得到提高的发动机燃料效率。此外，由于泵38也被允许以第二模式运行，从而在车辆20冷启动期间实现新鲜空气流量，以提供SAI到排气歧管36，排放系统26硬件被最小化。
现在参照图2，并继续参照图1，图中示出用于控制排放系统26的方法100，如在图1中示出的排放系统26。方法100可以在控制系统44内被完全或部分地执行。
图2仅示出了方法100的高度简图。示出的算法或方法100的步骤的确切顺序可以不需要。步骤可重新排序，步骤可省略，并且可以包括额外的步骤。此外，方法100可以是另一种算法或方法的一部分或子例程。
为了说明的目的，参考关于图1示出和描述的元件和部件描述方法100，并且方法100可以由控制系统44来执行。然而，其他部件可以被用于实施方法100和所附权利要求中限定的本发明。任何步骤可以通过控制系统44的多个控制装置或部件被执行。
再次参考图2，方法100可以开始于起始或初始化步骤110，在其时间期间，方法100被激活，并且监测车辆20、内燃发动机24和排放系统26的工况。例如，响应车辆20的操作者插入点火钥匙或响应特定条件被满足，可能开始。在车辆20正在使用的任何时候，方法100可以持续或循环不断地运转。
步骤112进行废气温度的确定。该确定可以使用一个或多个传感器48、根据经验、使用查找表等进行。
在步骤114处，确定的废气温度可以和所要求的最低废气温度进行比较。如果确定的废气温度不至少等于所要求的最小废气温度，则在泵38可在步骤116处以第二模式运行，如上所述。
如果确定的废气温度被确定至少等于所要求的最小废气温度，则在步骤118处确定EGR阀40是否在打开位置。如果EGR位置被确定不在打开位置，即，处于关闭位置，则在步骤120处泵38不以任何模式运行。
如果EGR位置被确定在打开位置，则在步骤122处确定废气中NOx的 浓度。该确定可以使用一个或多个传感器48、根据经验、使用查找表和类似物进行。
在步骤124处，确定NOx浓度是否需要被降低到低于Nox浓度限值。如果在步骤124处确定NOx浓度不需要被降低，则方法100行进到步骤120，使泵38不以任何模式运行。
然而，如果在步骤124处确定NOx浓度需要被降低到低于Nox浓度限值，则确定降低所确定的NOx浓度到低于Nox浓度限值所需要的正EGR流量。方法100然后行进到步骤126，该步骤126命令泵38以第一模式运行以将废气中的NOx浓度降低到低于NOx限值。
虽然用于实施本发明的最佳方式已经详细地描述，但是本发明相关领域技术人员将意识到在所附的权利要求的保护范围内用于实现本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (7)

1.一种动力总成，包括：
燃烧室，配置用于燃烧空气和燃料混合物；
进气总成，配置用于供给空气到所述燃烧室；
排气歧管，配置用于从所述燃烧室抽吸废气；和
泵，可操作地布置在所述进气总成和所述排气歧管之间，使所述泵与所述进气总成和所述排气歧管中的每一个流体连通；
其中，所述泵被配置为以第一模式运行，以从所述排气歧管抽吸废气，并以正EGR流量供给所述废气到进气歧管，使废气被供给到所述燃烧室；并且
其中，所述泵还被配置为以第二模式运行，以新鲜空气进气流量从进气总成抽吸新鲜空气，并且将新鲜空气直接地供给到排气歧管，使得进入排气歧管的新鲜空气与进入排气歧管的废气混合，以增加废气中的氧含量，并且提高离开排气歧管的废气的燃烧温度。
2.如权利要求1所述的动力总成，还包括废气再循环阀，其与所述进气总成流体连通，其中，所述废气再循环阀被配置为在打开位置和关闭位置之间运动，以选择地控制从所述排气歧管到所述进气总成的废气流动；
其中，当所述废气再循环阀在关闭位置中时，废气被阻止在所述排气歧管和所述进气总成之间流动；和
其中，当所述废气再循环阀在打开位置中时，废气被允许在所述排气歧管和所述进气总成之间流动。
3.如权利要求2所述的动力总成，还包括NOx传感器，配置为确定所述排气歧管内的NOx浓度；
其中，如果确定的所述排气歧管内的NOx浓度被确定为需要增大的正EGR流量，则所述泵被配置为以所述第一模式运行。
4.如权利要求1所述的动力总成，还包括废气温度传感器，所述废气温度传感器配置为感测所述废气的温度；
其中，所述泵被配置为当所述废气的温度被确定为小于所要求的最小废气温度时，以第二模式运行。
5.如权利要求1所述的动力总成，其中，在所述第一模式和第二模式中的任一模式下的所述泵的转速是可变的，以控制相应的正EGR流量和新鲜空气进气流量。
6.一种控制排放系统的泵的方法，所述泵可操作地连接到内燃发动机的进气总成和排气歧管，所述方法包括：
确定所述排气歧管内的废气的NOx浓度；
确定所确定的NOx浓度是否至少等于NOx浓度限值；
确定将所确定的NOx浓度降低到低于所述NOx浓度限值所需的正EGR流量；和
命令所述泵以第一模式运行，以获得所述正EGR流量，直到NOx浓度被确定为低于NOx浓度限值；
确定废气温度；
确定废气温度小于所要求的最小废气温度；和
命令泵以第二模式运行，以获得新鲜空气进气流量，从而以新鲜空气进气流量从进气总成抽吸新鲜空气，并且将新鲜空气直接供给到排气歧管，使得进入排气歧管的新鲜空气与进入排气歧管的废气混合，以增加废气中的氧气含量，并且提高离开排气歧管的废气的燃烧温度。
7.一种控制排放系统的泵的方法，所述泵可操作地连接到内燃发动机的进气总成和排气歧管，所述方法包括：
确定所述排气歧管和所述进气总成之间的压力差；
确定用于提供所述内燃发动机的期望的燃料效率所需的所述排气歧管和所述进气总成之间的压力差；
确定所确定的压力差是否至少等于所要求的压力差；和
命令所述泵以第一模式运行，以达到正EGR流量，使得获得所要求的压力差；
确定废气温度；
确定废气温度小于所要求的最小废气温度；和
命令泵以第二模式运行，以获得新鲜空气进气流量，从而以新鲜空气进气流量从进气总成抽吸新鲜空气，并且将新鲜空气直接供给到排气歧管，使得进入排气歧管的新鲜空气与进入排气歧管的废气混合，以增加废气中的氧含量，并且提高离开排气歧管的废气的燃烧温度。
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