CN105370450A - 具有可变充气运动的专用egr汽缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有可变充气运动的专用EGR汽缸，公开了用于调节连接至组成汽缸组的一系列汽缸的充气运动控制设备的方法和系统，汽缸组的一个包括专用EGR汽缸组，其中汽缸是输送排气至发动机进气道的仅有发动机汽缸。在一个示例中，第一汽缸组可以是再循环排气至进气歧管的专用汽缸组，而第二汽缸组可以是输送排气到涡轮的非专用汽缸组。一种方法可以包括调节连接至第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备，以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平。

Description

具有可变充气运动的专用EGR汽缸
技术领域
本发明总体涉及用于调节专用发动机汽缸组内的充气运动的方法和系统，专用发动机汽缸组提供外部EGR到发动机进气道和非专用的发动机汽缸组。
背景技术
发动机可以配备有排气再循环(EGR)系统，以从发动机排气歧管转移至少一些排气到发动机进气歧管。通过提供期望的发动机稀释，该系统降低发动机爆震、节流损失、缸内热损失以及氮氧化合物排放。因此，提升了燃料的经济效益，尤其是在高水平的发动机增压情况下。发动机还配备有独立的汽缸(或汽缸组)，其专用于为其他发动机汽缸提供外部EGR。其中，来自专用汽缸组的所有排气都被再循环到进气歧管。因此，这允许在大多数工况下，基本固定的EGR量被提供到发动机汽缸。通过调节专用EGR汽缸组的燃料添加(例如，调节到富运行)，可以改变EGR组分，使其包括许多种类，诸如氢，其提高了发动机的EGR容限，并且引起燃料经济效益的益处。
另外，增加的喷射到发动机燃烧室内的空气和/或燃料充气的运动可以在相同条件下增加燃烧效率。例如，通过在垂直于流向的方向上引入空气速度和湍流，充气运动可以增加燃烧的效力。通过引入额外的动能进入燃烧室，点火前部可以更快更平稳地穿过燃烧室的容积，以便在热能被转换为活塞运动之前，与更多的燃料量相互作用。而且，产生的湍流可以提高燃烧室内空气燃料混合物的均质化以及提高燃烧速率，燃烧速率是空气燃料混合物在燃烧过程中完全燃烧所需要的时间。在一个示例中，充气运动控制设备，诸如充气运动控制阀，可以被连接在发动机汽缸的进气道的上游，以便增加或减少相应汽缸的充气运动，由此分别提高或降低汽缸燃烧速率。
在一种使用充气运动控制设备的方法中，由Gopp和Michelini在US6715476中示出的，充气运动控制阀或进气歧管流道控制(或相似的设备)选择性地控制进入空气或空气燃料充气。在一个示例中，充气运动控制阀被设置在与每个汽缸关联的流道内，并且经由附连到每个各自阀的驱动器由控制器操作。驱动器可以被独立地控制或根据特定的应用以协调的方式被控制。而且，排气再循环(EGR)回路装配了EGR阀，以选择性地提供来自排气歧管的部分排气到进气歧管。在一个实施例中，EGR排气被示出为被引导进入充气运动控制阀的位置上游的进气歧管，使得在运行期间，空气或空气燃料充气连同EGR排气一起被引导通过充气运动控制阀。以此方式，期望的EGR流动速率的确定除了其他因素还包括充气运动控制阀的位置(打开、关闭)。
发明内容
然而，本发明人在此已经认识到该充气运动控制设备和方法潜在的问题。第一，充气运动控制阀被说明为根据来自控制器的命令而打开或关闭，其中没有讨论阀在打开和关闭位置之间的打开程度。充气运动控制阀的位置的范围可以被期望根据发动机工况获得每个汽缸的各种空燃比、湍流比和燃烧速率。而且，EGR系统包括每个汽缸的EGR回路，其引导排气的部分从每个汽缸回到进气歧管。可以期望输送只来自单一汽缸(或专用汽缸组)的可变的排气量，以便增加发动机性能，同时为充气运动控制和EGR提供更多的选择。
在一个示例中，上述问题可以通过用于发动机的方法至少部分地被解决，该方法包括：调节连接至第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备中的每个，以改变在第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，同时仅将来自所述第二汽缸组的排气再循环到进气歧管。以此方式，第一汽缸组和第二汽缸组的期望的燃烧速率的范围可以经由调整第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备和来自第一汽缸组的排气再循环的组合而获得。
在另一个示例中，来自EGR系统的排气可以以两种模式被选择性地控制；非专用EGR模式，其中没有排气从第一汽缸组被再循环到进气歧管中，和专用EGR模式，其中排气只从第一汽缸组被再循环到进气歧管。在非专用EGR模式期间，第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备可以被调节，以维持在两个汽缸组之间的共同的充气运动水平。在专用EGR模式期间，两个充气运动控制设备可以被调节，以在两个汽缸组之间改变充气运动水平。其他的配置也是可行的，如下面更详细的讨论。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确立所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1是包括专用EGR支援汽缸组和多个充气运动控制设备的发动机系统的示意图。
图2是图1的发动机系统的燃烧室的示意性描述。
图3示出了用于调节发动机系统运行以在调节一个或多个充气运动控制设备时改变EGR速率的示例方法。
图4示出了对于不同的发动机条件而转换专用EGR模式和在汽缸组之间调节充气运动水平的表格。
图5示出了根据在整个时间周期内的发动机负荷而调节多个变量的第一示例性图示。
图6示出了根据在整个时间周期内的发动机负荷而调节多个变量的第二示例性图示。
图7示出了根据在整个时间周期内的发动机负荷而调节多个变量的第三示例性图示。
具体实施方式
以下说明涉及用于调节被传送到汽缸的充气运动的系统和方法，所述汽缸连接或者不连接至专用排气再循环(EGR)系统。图1示出了包括专用EGR支援汽缸组和多个充气运动设备的发动机系统的示意图，而图2示出了图1的发动机系统的燃烧室的示意性描述。图3示出了用于调节发动机系统运行以在调节一个或多个充气运动控制设备时改变EGR速率的示例方法。图4示出了对于不同的发动机条件，转换专用EGR模式和调节汽缸组之间的充气运动水平的表格。最后，5-7示出了根据在整个时间周期内的发动机负荷而调节多个变量的三个示例性图示。
增加的喷射到发动机燃烧室内的空气和/或燃料充气的运动在一些情况下可以增加燃烧效率。例如，充气运动可以通过在垂直于流动方向的方向上引入空气速度而增加燃烧效率。通过引入额外的动能到燃烧室中，点火前部可以更快更平稳地穿过燃烧室的容积，以便在热能被转换为活塞运动之前与更多的燃料量相互作用。而且，产生的湍流可以提高燃烧室内空气燃料混合物的均质化。
充气运动控制阀(CMCV)可以被用于通过限制进气歧管内的部分进气通道而引入期望的湍流。当穿过该限制后，空气被从远端壁反射，该空气具有水平速度和由进气系统内的压力差引起的该空气的初始垂直(流动方向)速度。CMCV可以被驱动器控制，该驱动器被编程以在特定的、有利的工况期间产生这种障碍。在其他示例中，可替换的机械设备可以被用于调节一个或多个发动机汽缸的空气湍流和充气运动。
在一个示例中，CMCV可以在板-轴旋转配置中实现，其中板面具有被设计为当垂直于气流流动对齐时覆盖进气通道的大部分横截面(这被称为完全关闭位置)的几何构型。在完全打开位置中，板可以围绕其轴旋转，使得板的宽度和轴阻挡气道，从而允许充分更多的空气通过。旋转轴通常被定位为通过板面的对称轴线或处于板的靠近通道的一个壁的边缘。CMCV的形状可以类似于被用于引导空气充气进入进气歧管的节气门设备。CMCV通常被定位在各流道中的节气门设备的下游，所述流道将进气歧管连接到各汽缸。
公开的系统和方法涉及可以被包括在机动车辆的推进系统中的内燃发动机的进气系统的设计和运行。具体地，有目的地利用充气运动控制的进气系统可以包括在燃烧室内引入湍流，以使燃料空气分布均质化。而且，通过燃烧室的点火火焰的前沿可以通过这种额外的运动被加速，以便燃烧更快速发生，并且功率可以在做功冲程中的期望点被传送到曲轴。通过限制部分进气通道，空气被推入垂直于流动方向的方向，以便当空气充气进入室时，其具有在流动方向和与流动方向平面正交的方向上的速度分量。在不同的示例中，为了引入更多的翻滚运动，充气运动控制阀可以阻滞进气流的底部，以在进气口的顶部产生与流动相同方向上的高速流体。因此，流体沿着进气门的顶部进入燃烧室，并且导致增加的翻滚运动。充气运动控制阀(即，设备)可以被设置在发动机系统内，以用上述方式改变发动机的性能。
图1示意性地示出了包括具有四个汽缸(标记为1-4)的发动机10的示例发动机系统100的多个方面。如在此阐述的，四个汽缸被布置为由非专用EGR汽缸1-3组成的第一汽缸组17和由专用EGR汽缸4组成的第二汽缸组18。发动机10的每个燃烧室的详细描述参考图2被提供。发动机系统100可以被连接在车辆上、诸如配置为道路行驶的客车。
在描述的实施例中，发动机10是连接至涡轮增压器13的增压发动机，涡轮增压器13包括由涡轮76驱动的压缩机74。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器53被引入发动机10，然后行进通过压缩机74，并且随后流至增压空气冷却器78。通过进气通道42进入进气系统的周围空气的流速可以至少部分通过调节进气节气门20而被控制。压缩机74可以是任意适合的进气压缩机，诸如马达驱动或传动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10内，压缩机是经由轴19被机械地连接至涡轮76的涡轮增压器压缩机，并且涡轮76通过膨胀发动机排气被驱动。在一个实施例中，压缩机74和涡轮76可以被连接在双涡旋涡轮增压器内。在另一个实施例中，涡轮增压器13可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何构型依据发动机转速主动地改变。
如图1所述，压缩机74通过增压空气冷却器78被连接至进气节气门20。进气节气门20被连接至发动机进气歧管25。从压缩机74，被压缩的空气充气流动通过增压空气冷却器78和节气门20至进气歧管25。增压空气冷却器可以是例如空气到空气或空气到水的热交换器。在图1中所示的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力被歧管空气压力(MAP)传感器24感测。压缩机旁通阀(未示出)可以在压缩机74的入口和出口之间串联连接。压缩机旁通阀可以是常闭阀，其被配置为在选择的工况下打开以减小过量的增压压力。例如，压缩机旁通阀可以在降低发动机转速的情况期间被打开，以转移压缩机喘振。
进气歧管25通过一系列进气门(见图2)连接至一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(见图2)被进一步连接至排气歧管36。在描述的实施例中，排气歧管36包括多个排气歧管区段，以使来自不同燃烧室的流出物(即，排气)能够被引导到发动机系统中的不同位置。特别地，来自第一汽缸组17(汽缸1-3)的流出物在被排放控制设备170的排气催化剂处理之前，被引导通过排气歧管36的涡轮76。相比之下，来自第二汽缸组18(汽缸4)的排气经由通道50和排气催化剂70被输送回到进气歧管25。可替换地，来自第二汽缸组18的至少部分排气经由气门65和通道56被引导至排气歧管36的涡轮76。通过调节气门65，被从汽缸4引导至相对于进气歧管的排气歧管的部分排气可以变化。在一些示例中，气门65和通道56可以被省略。
在一些实施例中，排气催化剂70可以配置为水煤气变换(WGS)催化剂。WGS催化剂70被配置为从在通道50内接收的来自汽缸4的富排气产生氢气。
每个汽缸1-4可以包括内部EGR，该内部EGR在各自汽缸内捕集自燃烧事件的排气和允许排气在随后的燃烧事件期间维持在各自汽缸内。内部EGR的量可以经由调节进气门和/或排气门打开和/或关闭时间而被改变。例如，通过增加进气门和排气门重叠，额外的EGR可以在随后的燃烧事件期间被保留在汽缸内。外部EGR经由来自第二汽缸组18(此处，汽缸4)和EGR通道50的排气流仅被提供到汽缸1-4。在另一个示例中，外部EGR可以只被提供至汽缸1-3，而不被提供到汽缸4。而且，外部EGR不被来自汽缸1-3的排气流提供。因此，在该示例中，汽缸4是发动机10的外部EGR的唯一来源，并且因此在此也被称为专用EGR汽缸(或专用汽缸组)。通过将来自四汽缸发动机中的一个汽缸的排气再循环到发动机进气歧管，接近恒定(例如，在本示例中大约25％)的EGR速率可以被提供。汽缸1-3在此也被称为非专用EGR汽缸(或非专用汽缸组)。虽然当前示例示出的专用EGR汽缸组具有单个汽缸，但是应当了解在可替换的发动机配置中，专用EGR汽缸组可以具有更多个发动机汽缸。
EGR通道50可以包括用于冷却被传送到发动机进气道的EGR的EGR冷却器54。另外，EGR通道50可以包括第一排气传感器51，其用于估计从第二汽缸组18再循环到剩余的发动机汽缸的排气的空燃比。第二排气传感器52可以被配置在第一汽缸组17的排气歧管区段的下游，用于估计第一汽缸组内的排气的空燃比。更进一步，排气传感器可以被包括在图1的发动机系统内。
来自汽缸4的外部EGR内的氢气浓度可以经由使在汽缸4内燃烧的空气燃料混合物变富而被增加。特别地，在WGS催化剂70处产生的氢气量可以通过增加在通道50内接收的来自汽缸4的排气的富程度而被增加。因此，为了将富氢的排气提供到发动机汽缸1-4，第二汽缸组18的燃料加注可以被调节，以使汽缸4变富。在一个示例中，来自汽缸4的外部EGR的氢气浓度可以在当发动机燃烧稳定性低于期望时被增加。这个动作增加了外部EGR中的氢气浓度，并且其可以提高发动机燃烧稳定性，特别是在低发动机转速和负荷(例如，怠速)的情况下。另外，在遭遇任何燃烧稳定性问题之前，如与传统的(更低氢气浓度)EGR相比，富氢的EGR允许在发动机中存在更高水平的EGR。通过增加EGR使用的范围和量，发动机燃料的经济效益被提高。
燃烧室30可以被提供一种或多种燃料，诸如汽油、酒精燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由喷射器66提供到燃烧室，喷射器66可以从燃料箱26抽吸燃料。在描述的示例中，燃料喷射器66被配置用于直接喷射，在其他实施例中，燃料喷射器66被配置用于进气道喷射或节气门-主体喷射。而且，每个燃烧室可以包括不同配置的一个或多个燃烧喷射器，以使每个汽缸能够经由直接喷射、进气道喷射、节气门-主体喷射或它们的组合而接收燃料。在燃烧室内，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火而开始。
许多充气运动控制设备(CMCD)27被放置在进气歧管25内，其中每个CMCD对应于汽缸1-4中的每个。如图1所示，进气歧管25被分割为对应于各汽缸1-4的独立的、分立的路径。在每个分立的路径内，CMCD27被设置以操控气流进入对应的汽缸。在其他实施例中，汽缸1-4可以具有多个进气路径(即，分支)，使得每个汽缸与多个CMCD27流体连通。在本实施例中，每个汽缸1-4被流体地连接至单个CMCD27。在一些实施例中，充气运动控制设备27可以包括阀，诸如图1中所示，在这种情况下，设备可以等价地被视为充气运动控制阀(CMCV)27。
CMCV27的一般的目的可以是限制气流至汽缸1-4中的一个或多个，以用于各种期望的结果，包括但不限于调节翻滚比率(即，湍流)和燃烧速率。在图1的当前示例中，每个CMCV27包括阀板。应当注意，为了本公开的目的，当CMCV完全被激活并且阀板完全倾斜进入各自的进气歧管25的管道中时，CMCV27处于“关闭”位置，由此引起最大空气充气流阻碍。可替换地，当阀被停用并且阀板完全旋转到平行于气流时，阀处于“打开”位置，由此充分地最小化或消除气流充气阻碍。也就是说，每个CMCV27可以利用进气路径内的旋转轴来旋转阀板，以使其平行于流动方向。在其他实施例中，每个CMCV27的阀(板)可以被集成到进气歧管25的分支中，这样在关闭位置期间，通过末端枢转CMCV27进入气流中而引起气流限制。可替换地，在该配置中，当CMCV27在打开位置时，板沿着分支的轮廓平放，使得在气流中基本不存在阻碍。CMCV27的其他配置是可行的，同时落入本发明的范围内。
来自排气歧管36的排气被引导至涡轮76以驱动涡轮。当期望降低的涡轮扭矩时，一些排气可以被改为引导通过废气门(未示出)，而绕过涡轮。来自涡轮和废气门的组合流然后流经排放控制设备170。通常，一个或多个排放控制设备170可以包括一个或多个排气后处理催化剂，其被配置为催化处理排气流，并且由此降低排气流中的一种或多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以配置为当排气流为稀时，捕集来自排气流的NOX，而当排气流为富时，减少捕集的NOX。在其他示例中，排气后处理催化剂可以配置为与NOX不成比例或配置为在减少介质的帮助下选择性地减少NOX。在其他示例中，排气后处理催化剂可以配置为使排气流中剩余的氢气和/或一氧化碳被氧化。具有任意这种功能的不同的排气后处理催化剂可以独立地或一起被布置在中间层或排气后处理级中的其他地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括可再生碳烟滤清器，其配置为捕集和氧化排气流中的碳烟微粒。来自排放控制设备170的所有或部分被处理的排气可以经由排气管道35被释放至大气中。
发动机系统100进一步包括控制系统14。控制系统14包括控制器12，其可以是发动机系统或安装了发动机系统的车辆的任意电子控制系统。控制器12可以被配置为根据至少部分来自发动机系统内的一个或多个传感器16的输入而做出控制决策，并且可以基于控制决策控制驱动器81。例如，控制器12可以在存储器内储存计算机可读指令，且驱动器81可以经由指令的执行被控制。示例性传感器包括MAP传感器24、MAF传感器55、排气温度和压力传感器128和129、和排气氧传感器51、52，和曲轴箱通风压力传感器62。示例驱动器包括节气门20、燃料喷射器66、充气运动控制设备27、专用汽缸组气门65等。可以包括额外的传感器和驱动器，如图2中所述。控制器12中的存储介质只读存储器可以计算机可读数据编程，该数据表示由处理器可执行以用于实施以下方法的指令，以及可预计但并未具体列出的其他变体。示例方法和程序在此参考图3-7被描述。
带有控制器12的控制系统14可以包括用于控制驱动器81，特别是CMCV27的计算机可读指令。例如，CMCV27的驱动(即，打开和关闭)可以是发动机转速和负荷的函数，其中负荷是一些因子诸如进气歧管压力(MAP)、大气压力和温度等的函数。在其他示例中，CMCV27的驱动可以响应于节气门20的驱动，并且可以被用于控制系统内以监测发动机负荷。在一个示例中，响应于被指示的节气门20的位置，CMCV27可以被驱动第一量，并且可以响应于指示的MAP被驱动第二量。第一量和第二量可以在相对于CMCV27的板的旋转角度的相同方向或相反方向。而且，如果被指示的节气门位置处于预定阈值或如果MAP处于预定阈值，则CMCV27可以完全打开。可替换地，控制系统14可以具有指令，以响应于两个变量的函数而关闭和/或打开CMCV27。除非另行规定，否则气门驱动可以进一步响应于温度、点火正时或其他条件。
在另一示例操作方案中，控制系统14可以具有指令，以经由驱动器81响应于来自传感器16的输入而驱动任意CMCV27。输入信息可以包括发动机或排气系统内的温度，以便如果发动机情况下降到温度阈值以下，CMCV27可以被关闭，因此引入冷启动内的湍流。燃烧室内的湍流允许更有效的燃烧，这对于燃烧效率损失明显的冷启动情况下是有利的。实施例还可以驱动CMCV27到对应于感测的温度或其他发动机负荷指示的预定的位置。在一些示例中，驱动器81可以完全打开CMCV27，使得在传感器16指示如控制系统14确定的负荷阈值被满足后，阀板平行于气流放置。完全打开平行于气流和进气歧管分支的阀板基本清除了通道障碍，使得最大空气充气可以进入汽缸1-4的燃烧室，从而提供最大马力。
参考图2，示出了包括如图1中所示的多个汽缸的内燃发动机10的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁132，其中活塞136设置在汽缸壁132中并且连接至曲轴40。飞轮97和环行齿轮99被连接至曲轴40。起动机96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99。起动机96可以直接安装到发动机的前面或发动机的后面。在一个示例中，起动机96可以选择性地经由皮带或链条给曲轴40提供扭矩。在一个示例中，起动机96当没有与发动机曲轴接合时处于基本状态。
燃烧室30被示出为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。每个进气门和排气门可以被进气凸轮151和排气凸轮153独立地操作。进气门调节器85相对于曲轴40的位置推进或延迟进气门152的相位。此外，进气门调节器85可以增加或减小进气门升程量。排气门调节器83相对于曲轴40的位置推进或延迟排气门154的相位。而且，排气门调节器83可以增加或减小排气门升程量。充气运动控制设备(例如，阀)133被设置在进气门152和电子节气门162之间的进气歧管144内，下面将更详细的描述。CMCD133可以类似于或基本上与图1的CMCV27相同。
进气凸轮151的位置可以被进气凸轮传感器155确定。排气凸轮153的位置可以被排气凸轮传感器157确定。在燃烧室30是专用EGR汽缸的一部分的情况下，气门152和154的正时和/或升程量可以独立于其他发动机汽缸被调节，以便专用EGR汽缸的汽缸空气充气可以相对于其他发动机汽缸而增加或减少。以此方式，提供到发动机汽缸的外部EGR可以超过汽缸充气质量的百分之二十五。外部EGR是泵送出汽缸的排气门并且经由汽缸进气门返回到汽缸的排气。而且，除了EGR汽缸的汽缸的内部EGR量可以独立于专用EGR汽缸通过调节这些各自汽缸的气门正时而被调节。内部EGR是燃烧事件后汽缸内残余的排气并且是用于随后燃烧事件的汽缸内的部分混合物。
燃料喷射器66被示出定位为直接喷射燃料至汽缸30内，这是本领域技术人员熟知的直接喷射。可替换地，燃料可以被喷射到进气道，这是本领域技术人员熟知的进气道喷射。在一些发动机配置的示例中，一个或多个发动机汽缸可以接收来自直接燃料喷射器和进气道燃料喷射器两者的燃料。
在一个示例中，燃料喷射器66可以是选择性地可停用的燃料喷射器。因此，发动机汽缸可以通过中断至给定汽缸的燃料而被选择性地停用。在专用EGR汽缸(图1中的汽缸4)的情况中，给EGR汽缸加注燃料的喷射器66可以在EGR需求为低的选择的情况期间被停用，以便允许迅速降低来自专用汽缸的外部EGR。这些情况可以包括，诸如当发动机负荷低时(例如，低于阈值负荷)、在发动机冷启动期间、或在催化剂暖机情况期间的情况。
在一些实施例中，专用EGR汽缸可以通过切断空气而不是切断燃料或者通过切断空气和燃料而被选择性地停用。例如，专用EGR汽缸的进气门或排气门可以被停用。通过停用进气门或排气门，汽缸的泵送功会升高，这在催化剂暖机期间是期望的。最大化专用EGR汽缸的泵送功也可以包括调节凸轮相位、气门升程、进气道节气门的位置、或充气运动控制设备等。可替换地，当期望在不增加泵送功的情况下减少EGR时，例如，在催化剂被暖机后的较低发动机负荷时，专用EGR汽缸的所有气门均可以被停用。
进气歧管144被示出与可选的电子节气门162连通，可选的电子节气门调节节流板164的位置，以控制从进气道42到进气歧管144的气流。在一些示例中，节气门162和节流板164可以被放置在进气门152和进气歧管144之间，使得节气门162是进气道节气门。驾驶员需求扭矩可以从如被加速器踏板传感器184感测的加速器踏板180的位置而确定。当驾驶员的脚182操作加速器踏板180时，指示驾驶员需求扭矩的电压或电流自加速器踏板传感器184输出。
无分电器点火系统88响应于控制器12，经由火花塞92提供点火火花到燃烧室30。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126被示出为连接至催化转化器170上游的排气歧管148。可替换地，双态排气氧传感器可以取代UEGO传感器126。
在一个示例中，转化器170可以包括多种催化剂砖。在另一个示例中，每个都具有多种砖的多个排放控制设备可以被使用。转化器170在一个示例中可以是三元型催化剂。
控制器12在图2中示出为常规的微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读(非暂时)存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被示出为接收来自连接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前讨论的那些信号以外，还包括：来自连接至冷却套筒113的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器115的发动机位置传感器；来自传感器119的进入发动机的空气质量的测量值；和来自传感器158的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(传感器未示出)以便被控制器12处理。在本发明优选的方面中，发动机位置传感器115在曲轴的每次旋转中产生预定数量的等间距脉冲，根据该脉冲可以确定发动机转速(RPM)。
在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门154关闭，而进气门152打开。空气经由进气歧管144被引入燃烧室30，并且活塞136移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的容积。活塞136靠近汽缸的底部并处于其冲程的末尾(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门152和排气门154关闭。活塞136朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞136处于其冲程的末尾并且最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的位置通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。
在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火装置(例如火花塞92)点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞136推回至BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门154打开，以便将燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管148，并且活塞返回至TDC。注意，上述内容仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开正时和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、延迟进气门关闭或各种其他示例。
因此，图1-2的组件被提供以用于发动机系统，该发动机系统包括：第一汽缸组，其输送排气至排气通道；第二汽缸组，其直接从第二汽缸组输送排气到发动机的进气歧管；连接至第一汽缸组的汽缸的第一组充气运动控制设备；连接至第二汽缸组的汽缸的第二组充气运动控制设备；和具有计算机可读指令的控制器，该指令用于调节第一组充气运动控制设备和第二组充气运动控制设备中的每个，以当只将来自第二汽缸组的排气再循环至进气歧管时，改变在第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，基于发动机负荷和第二汽缸组的空燃比来调节第一组和第二组充气运动控制设备中的每个。其他示例操作方案也是可行的，其在此更详细地描述。
在具有上述发动机系统的一个示例中，第一组充气运动控制设备和第二组充气运动控制设备包括连接至第一汽缸组和第二汽缸组的每个汽缸的进气道的充气运动控制阀。而且，第一组和第二组充气运动控制设备和它们各自的充气运动控制阀沿进气流道间隔开，进气流道将进气歧管连接到第一汽缸组和第二汽缸组。另外，第二汽缸组被流体连接至包括一个或多个通道、一个或多个控制阀、冷却器和排气催化剂的专用排气再循环系统。
图3示出了用于基于发动机工况调节多缸发动机的专用EGR汽缸组和其他发动机汽缸(例如，非专用EGR汽缸)的参数的示例方法300。以专用EGR(DEGR)模式开启或关闭的操作可以以多种方式执行。在一个示例中，DEGR汽缸组的各排气门可以传送排气到不同的位置。一个排气门可以在DEGR模式期间传送排气到进气道，而第二排气门可以在非DEGR模式期间传送排气到排气歧管和涡轮。在另一个示例中，为了开始非DEGR模式，在特定条件期间，给DEGR汽缸加注燃料可以被停用，使得由一个或多个DEGR汽缸产生的排气迅速减少。在另一个示例中，DEGR汽缸的进气门和/或排气门可以被停用以便开始非DEGR模式。以此方式，在DEGR模式期间，一个或多个专用EGR汽缸可以传送排气到发动机进气道。在非DEGR模式期间，一个或多个专用EGR汽缸可以不传送排气到发动机进气道。
首先，在302处，程序包括估计和/或测量发动机工况，包括但不限于发动机转速、负荷、增压、MAP、进气气流和充气运动控制阀的位置。而且，发动机工况可以包括环境条件，诸如大气压力、温度、湿度和催化剂温度。在304处，可以确定是否满足了非专用EGR模式条件。因此，专用EGR汽缸组可以根据EGR需求水平被激活或停用。在一个示例中，专用EGR汽缸组可以在发动机暖机条件期间被停用，发动机暖机条件可以包括发动机冷启动和排气催化剂温度低于阈值中的一个。在另一个示例中，给发动机进气道提供EGR的专用EGR汽缸组可以响应于发动机负荷被停用。具体地，一个或多个专用EGR汽缸可以响应于发动机负荷低于阈值负荷而被停用。
如果非专用EGR模式条件被满足，那么在306处，该程序包括通过不将排气从DEGR汽缸组流动到进气道而以非DEGR模式操作。这可以包括打开图1的气门65或未在图1中描述的不同的EGR控制阀。也就是说，在不将排气从汽缸4引导到进气歧管25的情况下，第二汽缸组18(DEGR汽缸4)以与第一汽缸组17(非DEGR汽缸1-3)基本相同的方式进气和排气。在另一个示例，这可以包括通过停用加注燃料和/或停用排气门来停用DEGR汽缸组的DEGR汽缸。在另一个示例中，每个DEGR汽缸可以具有输送排气到EGR通道和发动机进气道的第一排气门，和输送排气到排气通道和涡轮的不同的第二排气门。在非DEGR模式期间，发动机控制器可以关闭第一排气门，而只操作第二排气门。而且，在306处的方法还可以包括调节非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的空燃比，以使两者都为化学计量的空燃比。
下一步，在308处，方法包括调节非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的充气运动控制设备(例如，气门)，以保持在两个汽缸组之间的共同的充气运动水平，共同的充气运动水平基于发动机负荷。在308处，该方法可以进一步包括调节充气运动控制设备以实现共同的燃烧速率，同时非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组两者的空燃比是化学计量的(例如，大致化学计量的)。在326处，调节充气运动控制设备可以包括，基于发动机负荷调节单个共用驱动器。单个共用驱动器可以是把每个汽缸的充气运动控制设备连接到一起的设备，诸如对应于图1的汽缸1-4的CMCV27。以此方式，DEGR汽缸组的充气运动控制设备和非DEGR汽缸组的充气运动控制设备可以被链接。在可替换的实施例中，在328处，调节充气运动控制设备可以包括基于发动机负荷，调节连接至每个非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的驱动器到共同的充气运动水平。代替利用如步骤326中的单个共用驱动器的是，每个CMCV27可用一个驱动器控制。以此方式，每一个驱动器被调节为相同，以便每个CMCV27成相同的角度，以允许等量的空气充气进入汽缸1-4。可替换地，每组汽缸(例如，DEGR和非DEGR)可以用单个驱动器控制。因此，可以具有两个驱动器，其独立地控制每个汽缸组的充气运动。以此方式，DEGR汽缸组的充气运动控制设备和非DEGR汽缸组的充气运动控制设备未链接。
可替换地，如果非专用EGR模式条件在304处未被满足，那么在310，该程序包括以DEGR模式操作以使排气从DEGR汽缸组流入进气道。这可以包括关闭图1的气门65或图1中未描述的不同的EGR控制阀。在另一个示例中，这可以包括操作DEGR汽缸组的每个汽缸的排气门，DEGR汽缸组连接每个汽缸到传送排气到发动机进气道(例如，进气歧管)的EGR通道。因此，从第二汽缸组18(DEGR汽缸4)排出的所有或部分排气被发送通过通道50并且被引导进入进气歧管25，以在汽缸1-4内与新鲜空气充气混合和燃烧。在DEGR模式期间，非DEGR汽缸组的非专用汽缸继续将排气仅传送到涡轮和排气通道，而不传送到进气歧管。
下一步，在312处，该方法包括调节(即，改变)非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的充气运动控制设备，以根据发动机负荷和其他参数(例如，DEGR汽缸组内汽缸的空燃比)改变在非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组之间的充气运动水平并平衡燃烧速率。也就是说，当DEGR模式被激活并且来自DEGR汽缸组(例如，汽缸4)的排气被再循环到新鲜空气充气内时，被引导到所有发动机汽缸(例如，汽缸1-4)的进气空气的量可以根据情况例如发动机负荷而改变。在一个示例中，在330处，调节两个汽缸组的充气运动控制设备包括基于发动机负荷调节单个共用驱动器。单个共用驱动器可以使汽缸1-4(所有发动机汽缸)的CMCV27连接在一起，以使每个CMCV27与其他CMCV一致地运动。在另一个示例中，在332处，调节充气运动控制设备包括基于发动机负荷和汽缸类型独立地调节连接至每个非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的驱动器。在一个示例中，这可以包括独立地调节每个单独的驱动器。在另一个示例中，这可以包括调节两个驱动器，这两个驱动器的每个都被连接至DEGR汽缸组或非DEGR汽缸组(例如，一个驱动器包括单个汽缸组的所有CMCD)中的一个的充气运动控制设备。涉及步骤332的多种操作根据期望的发动机负荷是可行的，这些操作中的一些在图4中示出。
如遍历本公开使用的，一个燃烧室的燃烧速率指的是当活塞接近其冲程的上止点时，燃烧室内大部分空气燃料混合物完全燃烧所用的时间。特别地，当大约90％的空气燃料混合物被燃烧时，该燃烧可以完成，并且剩余的未燃烧的碳氢化合物在随后的排气事件中被排放。也就是说，燃烧速率是燃料释放其能量的速度。而且，如遍历本公开使用的，翻滚比率指的是汽缸内充气运动的程度。特别地，翻滚比率可以量化为无量纲数值，其描述空气充气流在燃烧室内的翻滚方向上旋转得多快。例如，为1的翻滚比率是指每个活塞冲程中气流完成一次完整旋转。当活塞到达上止点位置时，翻滚运动被自然地压缩并在点火之前被转化为湍流，并且增加空气燃料混合物的燃烧速率。翻滚比率通过在气流经过充气运动控制设备时对其进行引导而被增大。特别地，随着充气运动控制设备朝着更加关闭的位置移动，翻滚比率被增大，由此在空气中引入更多的湍流，以及增加室内燃料混合物，并且增大燃烧速率。
图3和下面的其他示例提供了用于发动机的方法，其包括：调节连接至第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备中的每个，以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，同时将仅来自第二汽缸组的排气再循环到进气歧管。使用该方法，第一汽缸组和第二汽缸组的汽缸的火花正时可以被调节，以在所有汽缸内获得优化的燃烧相位。另外，在第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平可以基于第二汽缸组(即，DEGR汽缸)的汽缸的空燃比。使用该方法，调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备的每个，以改变在第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，其包括使用第一驱动器调节第一充气运动控制设备和使用分离的第二驱动器调节第二充气运动控制设备。而且，第一充气运动控制设备包括连接至第一汽缸组内的每个汽缸的充气运动控制阀，并且其中第二充气运动控制设备包括连接至第二汽缸组的每个汽缸的充气运动控制阀。
在一个示例中，调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括使用单个共用驱动器一起调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备，该第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备被链接并且通过引起在第一汽缸组和第二汽缸组之间充气运动水平的恒定差的设置偏移而彼此偏移。而且，第一汽缸组的充气运动水平低于第二汽缸组的充气运动水平。并且，第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备在共同的轴上被连接至单个共用驱动器，定位在共同的轴上的第一充气运动控制设备具有与第二充气运动控制设备的设置的偏移。
可替换地，调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个，以响应于发动机负荷和第一汽缸组和第二汽缸组的空燃比来改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，第二汽缸组的充气运动水平通过减少发动机负荷而增大并且增加空燃比与化学计量的空燃比的方差，而第一汽缸组的充气运动水平通过减少发动机负荷而增大。特别地，当DEGR汽缸使用非化学计量的空燃比(例如，富或稀)运行时，DEGR汽缸的燃烧速率可以比非DEGR汽缸的燃烧速率低。为了充分地匹配两个汽缸组(DEGR和非DEGR汽缸)的燃烧速率，充气运动可以被增加，以增大DEGR汽缸的燃烧速率。而且，发动机负荷可以影响所有汽缸需求的充气运动，然而DEGR汽缸(第二汽缸组)的空燃比可以影响两个汽缸组之间的充气运动差。
在另一个示例中，调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个，以增加第二汽缸组的充气运动水平，同时增加发动机负荷，以便减小从第二汽缸组传送到进气歧管的EGR的EGR速率。
在另一个示例中，上面的方法进一步包括降低第二汽缸组的空燃比，并且保持第一汽缸组的空燃比处于化学计量的空燃比，同时仅将来自第二汽缸组的排气再循环到进气歧管，并且其中调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以增加第二汽缸组的充气运动水平到大于第一汽缸组的充气运动水平，以便匹配第一汽缸组和第二汽缸组之间的燃烧速率。
在另一个示例中，调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，同时仅将来自第二汽缸组的排气再循环到进气歧管是在第一专用EGR模式期间进行的，并且进一步包括在来自第二汽缸组的排气不被输送到进气歧管的第二非专用EGR模式期间，调节第二汽缸组和第一汽缸组的空燃比到化学计量的空燃比，并且调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以保持第一汽缸组和第二汽缸组之间的共同的充气运动水平。
图4描述了示出用于根据发动机负荷控制充气运动控制设备和汽缸的EGR的不同情况的表格400。图4中示出的这些情况可以在图3的步骤312或步骤308期间被利用，并且尤其在步骤332或328中被利用。参考表格400，第一列示出了范围从高值到低值的发动机负荷。发动机负荷的若干阈值在此被限定为上阈值大于中阈值，中阈值进而大于低阈值。发动机负荷的这三个阈值在本发明的上下文中是彼此相对的。发动机负荷的测量的特定值或单位可以根据发动机而变化，但是这三个阈值保持彼此相对。
表格400的第二和第三列分别示出了非DEGR汽缸和DEGR汽缸的充气运动和翻滚比率水平。如图所示，翻滚比率范围从低、中、高到更高，所有这些均相对于彼此，这与上面描述的发动机负荷阈值类似。同样地翻滚比率的范围对应于充气运动水平。也就是说，高充气运动水平引起高翻滚比率。最后，第四列示出了专用EGR模式是开启还是关闭。例如，如果DEGR模式开启，那么排气从DEGR汽缸组(例如，图1的汽缸4)被输送通过EGR系统，以与进气歧管的进气充气混合，从而流到DEGR汽缸和非DEGR汽缸内。可替换地，如果DEGR模式关闭，那么没有排气从DEGR汽缸组被输送通过EGR系统并且输送到进气歧管。
在表格400的第一行中示出了第一种情况401。当发动机负荷高于前述上阈值时，第一种情况出现。在一些示例中，发动机负荷高于上阈值可以在踩加速器踏板期间发生。当发动机高于上阈值时，在非DEGR汽缸组内需要低翻滚比率，并且因此充气运动水平被调节到低设置。因此CMCD可以被调节，以便他们不阻碍对应汽缸的进气，并且允许最大气流流到发动机汽缸。同样地，在DEGR汽缸组内也需要低翻滚比率，并且由此充气运动水平被调节到低设置。最后，DEGR模式可以被关闭，以便所有排气被传送通过排气歧管到达排放控制设备和涡轮，而不输送部分排气回到进气歧管。
当发动机负荷在上阈值与中阈值之间时，第二种情况402发生。在第二种情况期间，非DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平保持为低，同时DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平被提升到中等水平。因此，在第二种情况(或发动机负荷模式)期间，DEGR汽缸内的充气运动水平可以高于非DEGR汽缸内的充气运动水平。而且，DEGR模式被开启，以使部分排气(即，汽缸4的排气)被输送到进气歧管的上游。当发动机负荷在中阈值和低阈值之间时，第三种情况403发生。在第三种情况期间，非DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平处于中等水平，同时DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平被提升到高水平。以此方式，DEGR汽缸中的充气运动高于非DEGR汽缸中的充气运动。对于第三种情况，DEGR模式开启。
最后，当发动机负荷低于下阈值时，第四种情况404发生。在一个示例中，发动机负荷低于下阈值可以在松加速器踏板期间发生。在另一个示例中，发动机负荷低于下阈值可以在发动机怠速情况期间发生。在第四种情况期间，非DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平被提升到高水平，同时DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平被提升到更高水平(比高水平更高)。以此方式，DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平可以大于非DEGR汽缸的翻滚比率和充气运动水平。最后，在第四种情况期间，DEGR模式可以被开启但是伴随EGR量的减少，其可以经由部分关闭图1的气门65或类似的EGR控制设备而被实施。在另一实例中，DEGR模式可以在第四种情况404期间被完全关闭。
总之，通过相互结合或独立地调节第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，汽缸的燃烧速率被充分匹配(即，汽缸之间相等)。例如，DEGR汽缸将具有EGR和具有富空燃比，同时非DEGR汽缸将只具有EGR和化学计量的空燃比。因此，氢气产生以用于提高稀释容限。在一些情况下，DEGR汽缸将以与非DEGR汽缸不同的速率燃烧，除非燃烧速率差异被充气运动控制补偿，如上面示例所描述的。
当调节第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平时，可以把空燃比的作用考虑在内。特别是，对于相对于化学计量的空燃比略富的空燃比，燃烧速率可以初始增大(即，较快地燃烧)。然后，当空燃比降低或变得更富时，燃烧速率将降低。因此，当空燃比被调节时，可以使用充气运动气门来补偿燃烧速率的改变。在一些示例中，DEGR汽缸将富运转，使得燃烧速率将通过增加DEGR汽缸内的充气运动而被增大。在其他示例中，如果DEGR汽缸具有EGR并且为稀，那么充气运动可以被增加，以便增加稀DEGR汽缸内的燃烧速率，从而充分匹配非DEGR汽缸的燃烧速率。其他操作方法也是可行的，同时落入本发明的范围。
图5示出了若干变量的曲线图，其在驱动DEGR汽缸和非专用EGR汽缸(例如，图1中示出的汽缸1-4)的充气运动控制设备的发动机运行期间波动。图500在曲线图510中以百分比描述了EGR速率，在曲线图502描述了非DEGR汽缸的空燃比，在曲线图504中描述了DEGR汽缸的空燃比，在曲线图512中描述了非DEGR汽缸的CMCD位置，以及在曲线图514中描述了DEGR汽缸的CMCD位置。而且，DEGR汽缸的充气运动水平在曲线图524中被示出，而非DEGR汽缸的充气运动水平在曲线526示出。最后，DEGR模式的开启与关闭位置在曲线图538中示出，而发动机负荷在曲线图544中示出。
应当注意，充气运动水平曲线图和CMCD位置曲线图彼此关联地示出。具体地，当CMCD位置关闭时(例如，覆盖汽缸的大部分流动通道)，该汽缸的湍流和充气运动水平增加。另外，如前所述，EGR完全(例如，仅)由DEGR汽缸提供。而且，图500示出了DEGR汽缸组的CMCD和非DEGR汽缸组的CMCD被链接(例如，经由单个驱动器)的示例。例如，两组的驱动器之间的联动装置(例如，共同的轴)可以具有两个组之间的设置(即，恒定的)偏移。因此，曲线图512和514之间的垂直偏移513保持基本相同。同样地，曲线图524和526之间的垂直偏移525保持基本相同。以此方式，两个不同汽缸组之间的充气运动可以被一起控制，但在两组之间可以产生不同的充气运动水平。时间被沿着图500的所有曲线图的水平轴示出。
在t1之前，发动机可以运转为使得所有汽缸燃烧，并且排气被从专用EGR汽缸(DEGR)再循环到发动机进气道，以使EGR被从DEGR汽缸提供到所有剩余的发动机汽缸以及DEGR汽缸。因此，在t1之前，EGR以基本上固定的速率(例如，在具有一个DEGR汽缸和三个非DEGR汽缸的发动机内，诸如图1的发动机10中，大约为25％)被提供。在时间t1，由于发动机工况改变，发动机负荷被增加，如曲线图544所示。在一些示例中，发动机负荷的增加相应于踩加速器踏板的情况。响应于发动机负荷的改变，非DEGR汽缸和DEGR汽缸的CMCD位置增加到另一水平。更具体地，两汽缸组的CMCD的开度增加，由此降低了所有发动机汽缸内的充气运动水平。然而，DEGR汽缸组的汽缸的充气运动水平高于非DEGR汽缸组的汽缸中的充气运动水平。另外，非DEGR汽缸的空燃比保持在大约化学计量比，同时DEGR汽缸的空燃比保持在较低的空燃比(即，富)。
接下来，在时间t2，当发动机负荷减小后，其也可以被称为发动机松加速器踏板，非DEGR汽缸和EGR汽缸的CMCD位置也降低，以使CMCD的气门处于比时间t1和t2之间的位置更加关闭的位置。同时，充气运动水平相应地增加，如曲线图524和526所示。由曲线图502和504示出的两汽缸组的空燃比在该时间期间保持基本恒定。当发动机负荷在t3再次增加(或踩加速器踏板)后，曲线图512和514的CMCD位置再次增加。由于发动机负荷在t3增加到大于发动机负荷在时间t1的增加，所以在t3的CMCD位置的增加(和相关的充气运动水平)大于在t1的CMCD位置的增加(和相关的充气运动水平)，如图5所示。当这种积极的踩加速器踏板开始(例如，发动机负荷高于上阈值)时，DEGR模式在时间t3被转换为关闭，其也相应于EGR速率从25％下降到0％。关闭DEGR可以包括停用DEGR汽缸或从DEGR汽缸传送排气仅到涡轮，而不到进气歧管。从时间t1之前到时间t3，EGR速率维持在25％，这是因为四个汽缸里只有一个汽缸具有专用EGR功能。在其他示例中，EGR速率可以根据各种EGR控制阀的位置和有多少来自第四汽缸的排气被允许通过排气系统流到下游而在0％到25％间改变。
从时间t1到t3以及之后，曲线图502的非DEGR汽缸的空燃比保持围绕在曲线图503的化学计量空燃比周围基本恒定，同时DEGR汽缸的空燃比维持在接近恒定的富水平。在时间t3，当DEGR模式被切换为关闭时，非DEGR汽缸的空燃比维持在化学计量的空燃比503。而且，在时间t3，DEGR汽缸的空燃比也增加到化学计量的空燃比，这是由于当DEGR模式被切换为关闭时，排气将不会被再循环，而是改为被传送到涡轮和车辆排气系统。当接近精确的空气量被提供到燃烧室以完全燃烧在燃烧周期期间燃烧室内存在的所有燃料时，化学计量的空燃比503发生。
图6示出了若干变量的曲线图的第二示例，其在发动机运行期间随着充气运动控制设备的驱动而波动。图600在曲线图610处以百分比描述了EGR速率，在曲线图602处描述了非DEGR汽缸的空燃比，在曲线图604处描述了DEGR汽缸的空燃比，在曲线图603处描述了化学计量的空燃比。如图5所示，图600示出了非DEGR汽缸组和DEGR汽缸组的CMCD被链接并且经由共同的驱动器被一起控制的实施例。因此，图600在曲线图612处示出了非DEGR汽缸的CMCD位置，在曲线图614处示出了DEGR汽缸的CMCD位置，以及曲线图612和613之间的恒定的垂直偏移613。同样地，曲线图624示出了DEGR汽缸的充气运动水平，同时曲线图626示出了非DEGR汽缸的充气运动水平。垂直偏移625同样存在于曲线图624和626之间。最后，DEGR模式的开启/关闭状态在曲线图638处示出，同时发动机负荷被曲线图644示出。应当注意，垂直偏移613和625可以与图5的垂直偏移513和525不同。时间沿图600的所有曲线图的水平轴示出。
在时间t1之前，发动机负荷被维持在相对低的负荷，同时DEGR处于开启模式并具有25％的EGR速率(例如，大约25％)。与此同时，曲线图602中所示的非DEGR汽缸的空燃比保持在由曲线图603所示的化学计量水平，同时曲线图604中所示的空燃比低于化学计量的空燃比(即，富)。在时间t1，踩加速器踏板引起发动机负荷增加，这引起一系列命令，以关闭DEGR模式，由此EGR速率从25％降低到基本0％。这样，基本上由图1的汽缸4(或在其他实施例中DEGR汽缸的组)排出的所有排气可以连同来自汽缸1-3的排气被引导到排气系统。同时，非DEGR汽缸和DEGR汽缸的CMCD位置(在曲线图612和614中示出)移动到更加打开的位置，同时充气运动水平降低。最后，DEGR汽缸的空燃比(曲线图604)增加(即，变得更稀)到化学计量的空燃比603。
下一步，在时间t2，当发动机负荷降低返回到低水平时，曲线图612和614的CMCD位置向更加关闭的位置移动，同时曲线图624和626的充气运动水平增加。由于发动机负荷降低，所以DEGR模式开启(即，激活)，引起EGR速率增加返回高达25％。因此，DEGR汽缸可以富运转，以便空燃比降低。在时间t3，发动机负荷增加到时间t1和t2的发动机负荷之间的水平。因此，CMCD位置再次增加，同时充气运动水平再次降低，同时分别维持垂直偏移613和625。而且，在时间t3的发动机负荷期间，可以期望低量的EGR，并且因此EGR速率可以通过调节一个或多个EGR控制阀被降低到诸如15％的值。在可替换的示例中，EGR速率可以维持在固定的大约25％。最后，在时间t3，DEGR汽缸604的空燃比稍微增加，但是维持低于曲线图603的化学计量的空燃比。
图7示出了若干变量的曲线图的第三示例，其在发动机运行期间随着充气运动控制设备的驱动而波动。图700在曲线图710处以百分比描述了EGR速率，在曲线图702处描述了非DEGR汽缸的空燃比，在曲线图704处描述了DEGR汽缸的空燃比，在703处描述了化学计量的空燃比，在曲线图712处描述了非DEGR汽缸的CMCD位置，在曲线图714处描述了DEGR汽缸的CMCD位置。另外，在曲线图724处示出了DEGR汽缸的充气运动水平，在曲线图726处示出了非DEGR汽缸的充气运动水平，在曲线图738处描述了DEGR模式，以及在曲线图744处描述了发动机负荷。时间沿图700的所有曲线图的水平轴示出。应当注意，虽然图5和6的CMCD位置之间和充气运动水平之间的垂直偏移保持基本恒定，但图7中的相同曲线图(曲线图712、714、724和726)的垂直偏移在时间t1和t3之间波动。这是未被链接的DEGR汽缸组和非DEGR汽缸组之间的CMCD的结果。在一个示例中，每个单独汽缸的每个CMCD被单独地控制。在另一个示例中，DEGR汽缸组的所有CMCD由第一驱动器控制，而非DEGR汽缸组的所有CMCD由第二驱动器控制，第一驱动器和第二驱动器基于发动机负荷和汽缸类型(例如，专用与非专用)被单独地控制。
在时间t1之前，发动机负荷处于较高水平。与此同时，非DEGR汽缸的CMCD维持在打开位置，同时DEGR汽缸的CMCD维持在关闭位置。对应地，DEGR汽缸的充气运动水平维持在较高水平，而非DEGR汽缸的充气运动水平维持在较低水平。由于当DEGR汽缸的充气运动水平处于较高水平时较高的发动机负荷，EGR速率可以被设置为小于最大值25％的百分数，诸如15％。与图5和6中所示的相似，在曲线图702所示的非DEGR汽缸的空燃比维持基本等于曲线图703的化学计量的空燃比。
在时间t1，发动机负荷降低到比时间t1之前的水平还低的水平。响应于发动机负荷的降低，非DEGR汽缸的CMCD位置移动靠近关闭位置，同时非DEGR汽缸的充气运动水平相应增加。而且，EGR速率增加到25％的最大水平。最后，DEGR汽缸的空燃比比化学计量的水平更富，并且在时间t1和t2之间维持大约恒定。
下一步，在时间t2，曲线图744的发动机负荷增加到时间t1之前到和时间t1的发动机负荷之间的中间水平。同时，DEGR被切换为关闭，如曲线图710所示，其中EGR速率降到大约0％。由于DEGR模式的关闭，如曲线图738所示，曲线图704的DEGR汽缸的空燃比增加到时间t2和时间t3之间的化学计量的空燃比。因此，响应于EGR速率的改变，曲线图712的非DEGR汽缸的CMCD位置减小到基本与曲线图714的DEGR汽缸的CMCD位置匹配。另外，DEGR汽缸的CMCD位置可以打开到更加打开的位置，以降低曲线图724的DEGR汽缸内的充气运动水平，这是由于汽缸在没有稀释的情况下以化学计量比运行。因此，非DEGR汽缸和DEGR汽缸两者的CMCD位置和充气运动水平在时间t2和t3之间基本相等。这是上面描述的没有链接的驱动器的结果。在一个示例中，响应于消除EGR的命令(例如，响应于较低的期望的EGR速率)，发动机控制器可以同时增加发动机负荷，并且降低DEGR汽缸的充气运动水平(或维持该充气运动水平)。
在时间t3，发动机负荷再次增加到更高水平，引起非DEGR汽缸的CMCD位置的类似的增加。作为响应，DEGR模式再次被激活，并且在710，EGR速率增加到比25％的最大水平低的提升水平。而且，非DEGR汽缸的充气运动水平降低，同时EGR速率再次增加。这可以通过调节发动机运行而提供增加DEGR汽缸的相对恒定的EGR速率的优势。当非DEGR汽缸的空燃比保持接近化学计量水平时，DEGR汽缸的空燃比响应于DEGR被转换回到打开而再次降低。而且，由于曲线图710的EGR速率增加到超过0％，在曲线图738中示出的DEGR模式转换为开启设置。
如图5-7所示，用于发动机的方法可以包括：在第一情况期间，当以没有排气被从第一汽缸组或第二汽缸组再循环到进气歧管的非专用EGR模式运行时，调节连接至所述第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备，以在所述第一汽缸组和第二汽缸组之间保持共同的充气运动水平；和在第二情况期间，当以排气仅从所述第二汽缸组被再循环到所述进气歧管的专用EGR模式运行时，调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备，以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的所述充气运动水平。在一些实施例中，这种方法可以基本匹配第一汽缸组和第二汽缸组之间的燃烧速率，因为充气运动在较慢燃烧的汽缸内(DEGR汽缸)增加。在这种方法中，第一情况包括冷启动、发动机暖机时间段或发动机负荷超过上阈值水平中的一个或多个，并且其中第二情况包括当发动机负荷处于下阈值水平和上阈值水平之间时。
在一些示例中，上述方法进一步包括在第二情况期间，维持第一汽缸组的空燃比处于化学计量的空燃比，并且降低第二汽缸组的空燃比至低于化学计量的空燃比，并且其中在第二情况期间调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备包括调节第一充气运动控制设备到第一水平和第二充气运动控制设备到第二水平，第一水平低于第二水平，其中第一水平和第二水平随着发动机负荷降低而增加，并且其中第二水平进一步随着第二汽缸组的空燃比的降低而增加。在该示例中，第一水平和第二水平之间的差在所有工况中都是恒定的，该差基于第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备之间的设置的偏移，第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备使用单个共用驱动器被控制。
而且，在第一水平和第二水平之间的差是基于发动机负荷和第二汽缸组的空燃比而可变的，并且其中调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备以改变第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括调节连接至第一充气运动控制设备的第一驱动器和与第一驱动器分离并且连接至第二充气运动控制设备的第二驱动器。尤其是，当DEGR汽缸(第二汽缸组)的空燃比进一步偏离化学计量的空燃比时，充气运动水平可以被增加，以便充分匹配非DEGR汽缸的燃烧速率。
在其他示例中，上述方法进一步包括响应于踩加速器踏板超过阈值，通过停用第二汽缸组中的每个汽缸的进气门或排气门中的一个或多个，而从专用EGR模式转换为非专用EGR模式，并且其中在第一情况和第二情况期间调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备包括调节第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备以在第一汽缸组和第二汽缸组之间维持共同的燃烧速率。
在另一示例方法中，在DEGR汽缸和非DEGR汽缸之间可以存在不同量的内部剩余。因此，如果在DEGR汽缸内存在比非DEGR汽缸内更多的总剩余或更高的内部剩余，那么充气运动可以被增加，以提高横跨汽缸的燃烧速率。应当注意，调节第一和第二充气运动水平和DEGR模式的上述方法是更一般情况的特定示例，在所述更一般情况中，DEGR汽缸内增加的稀释(经由外部EGR、内部EGR、稀空燃比、或富空燃比)使燃烧缓慢，并且CMCV的位置应当被调节(例如，被关闭)以进行补偿。
以此方式，上面提出的用于操作位于结合专用EGR系统的相应汽缸上游的充气运动控制设备的方法允许增加的热效率以及更鲁棒地变换到和退出专用EGR模式的能力。特别地，通过充气运动控制设备(气门)的驱动，可以为更平稳的发动机运行提供在专用EGR模式的开启和关闭状态之间的转变。而且，独立地控制专用和非专用EGR汽缸组上的充气运动控制设备实现了以下技术效果，即在不同的发动机负荷情况下增加对专用EGR汽缸和非专用EGR汽缸的充气运动控制，调节由专用EGR汽缸提供的EGR速率，并且因此允许有助于更大范围的发动机需求的更多功能的发动机运行。因此，燃料的经济效益会增加，同时降低了总的车辆排放。
注意，本文包括的示例性控制和估计例程能够与多种发动机和/或车辆系统构型一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时的存储器中。本文描述的特定程序可以代表诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等等任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行、或者在一些情况下可以被省略。类似地，所示的处理顺序不是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所必须的，而是为了易于示例和描述的目的而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的非暂时的存储器中的代码。
将意识到的是，本文公开的构型和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为可以存在众多的变型。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文描述的各种系统和构型以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别地指出了被认为是新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这些元件。通过对本权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求，可以要求保护公开的特征、功能、元件和/或属性的组合和子组合。这些权利要求，无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、相同或不同，同样被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
调节连接至第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，同时仅将来自所述第二汽缸组的排气再循环到进气歧管。
2.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括通过单个共用驱动器一起调节所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备，所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备被链接并且以引起所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平的恒定差的设置偏移彼此偏移。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一汽缸组的所述充气运动水平低于所述第二汽缸组的所述充气运动水平。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备在共同的轴上被连接至所述单个共用驱动器，位于所述共同的轴上的所述第一充气运动控制设备具有距所述第二充气运动控制设备的所述设置的偏移。
5.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括使用第一驱动器调节所述第一充气运动控制设备，并且使用分离的第二驱动器调节所述第二充气运动控制设备。
6.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平是响应于发动机负荷和所述第一汽缸组和第二汽缸组的空燃比进行的，所述第二汽缸组的所述充气运动水平随着发动机负荷减小和所述空燃比与化学计量的空燃比的方差的增大而增大，而所述第一汽缸组的所述充气运动水平随着发动机负荷的减小而增大。
7.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个，以提高所述第二汽缸组的充气运动水平，同时增加发动机负荷，以便减小从所述第二汽缸组传送到所述进气歧管的EGR的EGR速率。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括降低所述第二汽缸组的空燃比，并且保持所述第一汽缸组的空燃比为化学计量的空燃比，同时仅将来自所述第二汽缸组的排气再循环到进气歧管，并且其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平包括调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个，以增加所述第二汽缸组的所述充气运动水平到高于所述第一汽缸组的充气运动水平，以便匹配所述第一汽缸组和所述第二汽缸组之间的燃烧速率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备中的每个以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的充气运动水平，同时仅将来自所述第二汽缸组的排气再循环到所述进气歧管是在第一专用EGR模式期间进行的，并且进一步包括在来自所述第二汽缸组的排气不被输送到所述进气歧管的第二非专用EGR模式期间，调节所述第二汽缸组和所述第一汽缸组的所述空燃比到化学计量的空燃比，并且调节所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备中的每个以在所述第一汽缸组和第二汽缸组之间维持共同的充气运动水平。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一充气运动控制设备包括连接至所述第一汽缸组中的每个汽缸的充气运动控制阀，并且其中所述第二充气运动控制设备包括连接至所述第二汽缸组的每个汽缸的充气运动控制阀。
11.一种用于发动机的方法，包括：
在第一情况期间，当以没有排气被从第一汽缸组或第二汽缸组再循环到进气歧管的非专用EGR模式运行时，调节连接至所述第一汽缸组的第一充气运动控制设备和连接至第二汽缸组的第二充气运动控制设备，以在所述第一汽缸组和第二汽缸组之间保持共同的充气运动水平；和
在第二情况期间，当以排气仅从所述第二汽缸组被再循环到所述进气歧管的专用EGR模式运行时，调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备，以改变所述第一汽缸组和第二汽缸组之间的所述充气运动水平。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一情况包括冷启动、发动机暖机时间段或发动机负荷超过上阈值水平中的一个或多个，并且其中所述第二情况包括当发动机负荷处于下阈值水平和所述上阈值水平之间时。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括，在所述第二情况期间，保持所述第一汽缸组的空燃比处于化学计量的空燃比，并且降低所述第二汽缸组的空燃比至低于化学计量的空燃比，并且其中在所述第二情况期间调节所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备包括调节所述第一充气运动控制设备到第一水平并且调节所述第二充气运动控制设备到第二水平，所述第一水平低于所述第二水平，其中所述第一水平和所述第二水平随着发动机负荷的降低而增大，并且其中所述第二水平随着所述第二汽缸组的空燃比的降低而进一步增大。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一水平和所述第二水平之间的差在所有工况中均是恒定的，所述差基于所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备之间的设置的偏移，所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备用单个共用驱动器控制。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一水平和所述第二水平之间的差是基于发动机负荷和所述第二汽缸组的空燃比而可变的，并且其中调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备以改变所述第一汽缸组和所述第二汽缸组之间的所述充气运动水平包括调节连接至所述第一充气运动控制设备的第一驱动器和与所述第一驱动器分离的连接至所述第二充气运动控制设备的第二驱动器。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括响应于踩加速器踏板超过阈值，通过停用所述第二汽缸组的每个汽缸的进气门或排气门中的一个或多个，而从所述专用EGR模式转换为所述非专用EGR模式，并且其中在所述第一情况和所述第二情况两者期间调节所述第一充气运动控制设备和第二充气运动控制设备包括调节所述第一充气运动控制设备和所述第二充气运动控制设备，以在所述第一汽缸组和所述第二汽缸组之间维持共同的燃烧速率。
17.一种发动机系统，包括：
第一汽缸组，其输送排气到排气通道；
第二汽缸组，其直接将来自所述第二汽缸组的排气输送到所述发动机的进气歧管；
第一组充气运动控制设备，其连接至所述第一汽缸组中的汽缸；
第二组充气运动控制设备，其连接至所述第二汽缸组中的汽缸；和
具有计算机可读指令的控制器，所述指令用于调节所述第一组充气运动控制设备和所述第二组充气运动控制设备中的每个，以改变在所述第一汽缸组和所述第二汽缸组之间的充气运动水平，同时仅将来自所述第二汽缸组的排气再循环到所述进气歧管，调节所述第一组充气运动控制设备和所述第二组充气运动控制设备中的每个基于发动机负荷和所述第二汽缸组的空燃比。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一组充气运动控制设备和所述第二组充气运动控制设备包括连接至所述第一汽缸组和所述第二汽缸组中的每个汽缸的进气道的充气运动控制阀。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一组充气运动控制设备和所述第二组充气运动控制设备及其各自的充气运动控制阀沿进气流道间隔开，所述进气流道将所述进气歧管连接到所述第一汽缸组和所述第二汽缸组。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述第二汽缸组流体连接至专用排气再循环系统，所述专用排气再循环系统包括一个或多个通道、一个或多个控制阀、冷却器和排气催化剂。
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