CN115667695A - 用于管理多个排气再循环冷却器的系统和方法 - Google Patents

用于管理多个排气再循环冷却器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种系统。所述系统包括通信地联接到工业燃烧发动机和排气再循环(EGR)系统的控制器，其中，EGR系统构造成将由工业燃烧发动机生成的排气从至少一个排气系统导引到至少一个进气系统，EGR系统包括多个EGR回路，多个EGR回路中的每个EGR回路包括EGR冷却器单元，该EGR冷却器单元包括高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器中的至少两个。该控制器包括对一个或多个处理器可执行例程进行编码的处理器和非暂时性存储器，其中，所述一个或多个例程在由所述处理器执行时导致控制器控制工业燃烧发动机和EGR系统两者的操作。

Description

用于管理多个排气再循环冷却器的系统和方法
技术领域
本文中公开的主题涉及内燃发动机，并且更特别地涉及用于工业内燃发动机的多个排气再循环冷却器的管理。
背景技术
排气再循环(EGR)涉及将来自内燃发动机的排气的一部分引入内燃发动机的燃烧室，诸如内燃发动机的一个或多个缸体。EGR可用来减少诸如例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的氮氧化物(以下统称为NOx)的形成。排气是基本上惰性的。因此，将排气的一部分引入内燃发动机的燃烧室中稀释了待燃烧的燃料和空气的混合物，并且因此降低了峰值燃烧温度和过量氧气。结果，发动机产生减少量的NOx，因为NOx在较高温度下以较高的浓度形成。因此，EGR减少或限制在发动机的燃烧期间生成的NOx的量。
发明内容
以下概述在范围上与最初要求保护的主题相称的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的主题的范围，而是这些实施例仅旨在提供主题的可能形式的简要概述。实际上，本主题可包括类似于或不同于下面阐述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，提供了一种系统。该系统包括工业燃烧发动机，该工业燃烧发动机包括至少一个进气系统和至少一个排气系统。该系统还包括排气再循环(EGR)系统，该排气再循环(EGR)系统联接到工业燃烧发动机并构造成将由工业燃烧发动机生成的排气从所述至少一个排气系统导引到所述至少一个进气系统。该EGR系统包括用于沿着第一EGR回路设置的工业燃烧发动机的第一组缸体的第一EGR冷却器单元。该EGR系统还包括用于沿着第二EGR回路设置的工业燃烧发动机的第二组缸体的第二EGR冷却器单元，其中，第一和第二EGR冷却器单元各自包括高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器中的至少两个。第一和第二EGR冷却器单元分别与第一和第二EGR阀联接，第一和第二EGR阀构造成使排气能够分别从第一和第二EGR回路流到工业燃烧发动机。该系统还包括通信地联接到工业燃烧发动机和EGR系统的控制器，其中，控制器包括对一个或多个处理器可执行例程进行编码的处理器和非暂时性存储器，其中，所述一个或多个例程在由处理器执行时经由发送到致动器的信号导致控制器通过调制第一和第二EGR阀来管理到工业燃烧发动机的排气的流量。
在第二实施例中，提供了一种系统。该系统包括通信地联接到工业燃烧发动机和排气再循环(EGR)系统的控制器，其中，EGR系统构造成将由工业燃烧发动机生成的排气从至少一个排气系统导引到至少一个进气系统，EGR系统包括多个EGR回路，多个EGR回路中的每个EGR回路包括EGR冷却器单元，该EGR冷却器单元包括高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器中的至少两个。控制器包括对一个或多个处理器可执行例程进行编码的处理器和非暂时性存储器，其中，所述一个或多个例程在由处理器执行时经由发送到致动器的控制信号导致控制器通过以下方式来管理到工业燃烧发动机的排气的流量：完全打开沿着所述多个EGR回路设置的相应的EGR阀并调制由相应的EGR阀下游的所述多个EGR回路共享的共享EGR阀，以调整到工业燃烧发动机的排气的流量；完全打开共享EGR阀并调制相应的EGR阀以调整到工业燃烧发动机的排气的流量；或者部分地打开相应的EGR阀和共享EGR阀以调整到工业燃烧发动机的排气的流量。
在第三实施例中，提供了一种方法。该方法包括利用通信地联接到工业燃烧发动机和排气再循环(EGR)系统并且包括非暂时性存储器和处理器的控制器来：在工业燃烧发动机的第一冷起动期间经由控制信号初始地激活EGR系统的多个EGR回路中的仅一个EGR回路；并且然后当控制器基于从传感器接收的反馈检测到工业燃烧发动机的操作参数正接近指定范围的外极限时，随后激活多个EGR回路中的每个EGR回路。该方法还包括：在工业燃烧发动机的第二冷起动期间经由控制信号初始地激活在工业燃烧发动机的第一冷起动期间未激活的多个EGR回路中的任一个，并且在工业燃烧发动机的后续热起动期间，初始地激活在第一冷起动期间最初被激活的EGR回路，其中，第二冷起动或后续热起动是在第一冷起动之后的下一个起动，并且其中，多个EGR回路中的每个EGR回路包括EGR冷却器单元，该EGR冷却器单元包括多个功能部段。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本主题的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中贯穿附图相同的标记表示相同的零件，其中：
图1是根据实施例的发动机驱动的功率生成系统的框图；
图2是根据实施例的用于发动机驱动的功率生成系统中的发动机控制模块(ECM)的示意图；
图3是根据实施例的利用低压环路EGR系统的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图4是根据实施例的利用低压环路EGR系统(例如，共享进气歧管)的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图5是根据实施例的利用低压环路EGR系统(例如，共享进气歧管和排气歧管)的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图6是根据实施例的利用高压环路EGR系统的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图7是根据实施例的利用高压环路EGR系统(例如，共享进气歧管)的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图8是根据实施例的利用低压环路EGR系统(例如，共享进气歧管和排气歧管)的图1的发动机驱动的功率生成系统的示意图；
图9是根据实施例的用于在图1的发动机驱动的功率生成系统的顺序预热期间利用EGR系统的方法的流程图；和
图10是根据实施例的图2的ECM的功能操作的示意图。
具体实施方式
下面将描述本主题的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能没有描述实际实现方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多特定于实施方式的决定来实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，所述约束可能从一个实施方式到另一个实施方式变化。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说，这将是设计、加工和制造的常规任务。
当介绍本主题的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个该元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且表示除了列出的元件之外，还可有附加的元件。
本公开的实施例能够实现用于工业燃烧发动机(例如，构造成生成2兆瓦(MW)的功率)的排气再循环(EGR)系统的控制或管理。如下面更详细地描述的，EGR系统包括多个EGR回路，所述多个EGR回路各自包括EGR冷却器单元，该EGR冷却器单元包括多个功能部段。例如，每个EGR冷却器单元可包括以下部段中的至少两个：高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器。此外，每个EGR回路可包括恒温控制的旁通阀，当打开时，该旁通阀使排气能够绕过相应的EGR冷却器单元内的每个冷却器。控制器通信地联接到工业燃烧发动机和EGR系统两者，其能够实现工业燃烧发动机和EGR系统两者的操作的控制。多个EGR回路(和EGR冷却器单元)的管理提供了冗余和附加的容量以及额外的功能。例如，如下面更详细地描述的，多个EGR冷却器单元能够实现EGR排热的在线操纵、当发动机在一个EGR回路被禁用的情况下降额(即，发动机以低于最大功率操作)时对另一个EGR回路的利用、EGR分配管理、顺序预热和其它功能。
在图1中图示了发动机驱动的功率生成系统10的一个示例。应当注意，发动机生成并输出功率，但功率的应用可用于电功率生成、气体压缩、机械驱动、热电联产(cogeneration,有时也称为联合发电)(例如，联合的热和功率)、三联产(例如，用于温室应用的联合的热、功率和工业化学品)或其它应用。该系统包括联接到排气再循环(EGR)系统14的发动机12(例如，往复式内燃发动机)。系统10适于在固定应用(例如，工业功率生成发动机或固定往复式内燃发动机)中利用。尽管在某些实施例中，所描述的技术可在移动应用(例如，船舶或机车)中利用。在某些实施例中，系统10可生成大于2兆瓦(MW)的功率。在其它实施例中，系统10可生成小于2兆瓦的功率(例如，在1 MW和2 MW之间的功率，或者甚至小于1 MW的功率)。系统10还可在化学计量空气燃料当量比(例如，λ=1)下操作发动机12，同时利用EGR作为稀释剂。在化学计量条件下操作发动机12使得排气后处理系统(例如，三元催化剂)能够由系统10利用来减少排放物。应当注意，在一些操作模式下，λ设定点可为富燃的(例如，λ小于1.0)。实际λ的主要决定因素取决于来自排气后处理系统的排放物输出，通常称为“排气管输出”(stack-out)。在某些实施例中，操作可针对特定的λ值或以特定频率在λ范围内的抖动，以实现期望的“排气管输出”排放。典型的是操作具有0.96至1.04的λ的化学计量/富燃发动机，但这主要取决于特定的排气后处理系统(例如，贵金属载荷、涂层、温度等)。λ中的变化对EGR系统14具有由ECM 16解释的动态影响。在某些实施例中，系统10还可在稀燃条件下操作发动机，同时还利用EGR作为稀释剂和排气后处理系统(例如，二元氧化催化转换器(“Oxi-Cat”)和/或将还原剂主动地注入催化剂(诸如但不一定限于氨或尿素)的选择性催化还原(SCR))。
如下面更详细地描述的，由于排热要求和EGR冷却器物理尺寸确定，EGR系统14可包括多个EGR回路，其中每个EGR回路包括EGR冷却器单元。每个EGR冷却器单元可包括多个功能部段。EGR系统14可利用高压环路EGR系统(例如，排气从涡轮增压器的涡轮的上游转向并在压缩机之后重新引入进气系统中)或低压环路EGR系统(例如，排气从涡轮增压器的涡轮的下游转向并在涡轮增压器的压缩机之前重新引入进气系统中)。由EGR系统14对多个EGR回路/冷却器单元的利用增加了在管理系统14以产生冗余、额外容量和附加功能方面的自由度。例如，多个EGR冷却器单元能够实现EGR排热的在线操纵、当发动机在一个EGR回路被禁用的情况下降额时对另一个EGR回路的利用、EGR分配管理、顺序预热和其它功能。
发动机12可为二冲程发动机、四冲程发动机或其它类型的发动机12。在特定实施例中，发动机12是四冲程发动机。发动机12还可包括任何数量的燃烧室、活塞和在V型、W型、VR型(又称V型直列)或WR型缸体组构造的一个(例如，直列)或多个(例如，左和右缸体组)缸体组中的相关联的缸体(例如，1-24)。例如，在某些实施例中，系统8可包括大型工业往复式发动机，该发动机具有在缸体中往复式运动的6、8、12、16、20、24或更多个活塞。在一些这样的情况下，缸体和/或活塞可具有大约13.5至31厘米(cm)之间的直径。在某些实施例中，缸体和/或活塞可具有超出上述范围的直径。由发动机12利用的燃料可为任何合适的气体燃料，诸如例如天然气、伴生石油气、氢气(H2)、丙烷(C3H8)、生物气、污水气、填埋气、煤矿瓦斯、丁烷(C4H10)、氨气(NH3)。燃料还可包括各种液体燃料，诸如汽油、柴油、甲醇或乙醇燃料。燃料可通过高压(吹送式)燃料供应系统或低压(抽吸式)燃料供应系统或直接喷射引入。在某些实施例中，发动机12可利用火花点火。在其它实施例中，发动机12可利用压缩点火。
系统10包括可操作地联接成以与发动机12和EGR系统14通信的发动机控制模块(ECM)或发动机控制单元(ECU)16(例如，控制器)。此外，ECM 16可操作地联接成以与一个或多个传感器18和一个或多个致动器20通信。ECM 16可为容纳在相同或独立壳体中的单个控制器或多个控制器。传感器18可联接到发动机12、EGR系统14的一个或多个部件或发动机系统10的其它部件，并感测发动机12、EGR系统14和/或发动机系统10的一个或多个操作特性，并输出表示该操作特性的信号。典型发动机操作特性的一些示例包括：发动机速度；扭矩指示特性，诸如进气歧管绝对压力(IMAP)或进气歧管密度(IMD)；指示从进入发动机的输入确定的发动机的功率输出的特性，诸如制动平均有效压力(BMEP)或指示平均有效压力(IMEP)或其它估计值；指示发动机的空气与燃料当量比的特性，诸如排气氧含量；环境和/或发动机温度；环境压力；环境湿度；和其它。可由传感器18测量的其它特性的一些示例包括来自发动机的输出的发动机的功率输出，例如由发动机驱动的发电机、由发动机驱动的压缩机的吞吐量和压力、利用称重传感器测量的发动机载荷和其它。致动器20适于控制用于控制发动机12、EGR系统14和其它发动机系统部件的各种发动机系统部件(未具体地示出)。典型发动机部件的一些示例包括节气门、涡轮增压器、涡轮增压器压缩机旁路或废气门、诸如可调燃料混合器的空气/燃料调节装置、燃料压力调节器、燃料喷射器、化油器、一个或多个EGR阀和其它。ECM 16也可联接成以与其它部件22通信。其它部件22的一些示例可包括允许用户查询ECM 16或向ECM 16输入数据或指令的用户接口、感测除发动机或发动机系统的操作特性之外的信息的一个或多个外部传感器、ECM 16可向其传送系统的特性的监测或诊断装备、由发动机驱动的负载(例如，发电机、压缩机或其它负载)和其它。
参考图2，ECM 16包括可操作地联接到非暂时性计算机可读介质或存储器26的处理器24。计算机可读介质26可完全地或部分地从ECM 16可移除。计算机可读介质26包含由处理器24用来执行本文中描述的方法中的一个或多个的指令。更具体地，存储器26可包括诸如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器和/或诸如只读存储器(ROM)的非易失性存储器、光学驱动器、硬盘驱动器或固态驱动器。另外，处理器24可包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或它们的任何组合。此外，术语处理器不仅限于本领域中称为处理器的那些集成电路，而是广泛地指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其它可编程电路。ECM 16可接收诸如来自传感器18、致动器20和其它部件22的一个或多个输入信号(输入1 .. .输入n)，并且可输出诸如到传感器18、致动器20和其它部件22的一个或多个输出信号(输出1 . . .输出n)。
ECM 16将发动机12(图1)操作到指定的操作状态，例如指定的速度、扭矩输出或其它指定的操作状态，并将发动机保持在稳态操作中。为此，ECM 16接收来自传感器18的输入，包括发动机状态参数，并且确定和输出适于控制致动器20以操作发动机12的一个或多个致动器控制信号。如下面更详细地描述的，ECM 16还基于来自传感器18的输入操作EGR系统14。以下是ECM 16在估计或计算EGR流的量或速率时可利用的源(例如，传感器、技术等)的非限制性示例：科里奥利流量计、热线风速表、层流流量计、超声波流量计、涡街流量计、压差(ΔP；跨发动机、EGR回路或单独的部件)和净差法(对于功率来说的燃料、对于λ来说的空气、速度密度中的总和)。在某些实施例中，用于估计或计算EGR流的量或速率的附加方法包括对来自进气系统的每种化学成分(例如，CO2、CO、NOx、N2O、VOCs、HC、CH2O、NH3等)的气体浓度进行采样并且将这些与作为总发动机流的一部分的构成进气系统流的附加流动流(例如，环境空气、燃料、封闭曲轴箱通风(CCV)和EGR)进行比较。这些化学成分中的一些仅来自排气(即EGR)。因此，如果测量了进气系统浓度，则可估计百分比体积EGR流量，因为当校正流动流的状态特性时，该百分比体积EGR流量将是成比例的。图10提供了针对ECM 16的更具体的非限制性示例。
图3至图8描述了发动机驱动的功率生成系统10的各种实施例。图3是利用低压环路EGR系统(例如，排气从涡轮增压器(TC)的涡轮的下游转向并在涡轮增压器(TC)的压缩机之前重新引入进气系统中)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。尽管图示为多个部件，但图3中图示的系统10的各种部件可遍及发动机缸体组共享，如由星号所指示。如所描绘，发动机12包括多个缸体组28(例如，组A和组B，但典型地分别指左缸体组和右缸体组)和多个EGR回路30。如所描绘，系统10包括并联的两个EGR回路30。EGR回路30的数量可改变(例如，2、3、4或更多个)。此外，在某些实施例中，EGR回路30可串联布置。每个燃烧室34包括相应的缸体盖。每个缸体盖32包括多个组件，所述组件包括设置在相应缸体(未示出)内的相应活塞。燃料被提供到每个缸体中的燃烧室34，同时氧化剂(例如，空气)经由(多个)进气阀36提供到燃烧室34(在这里发生燃烧)，并且(多个)排气阀38控制来自发动机12的排气的排出。每个缸体组28包括进气歧管40(或进气系统)、排气歧管42(或排气系统)和节气门44。节气门44、压缩机旁通阀58和废气门56是限定输送到燃烧室34的氧化剂/燃料的量的主要功率控制。在某些实施例中，其它功率控制可包括可变涡轮几何形状或可变气门正时。
如所图示，系统10还包括与每个EGR回路30相关联的涡轮增压器46和中间冷却器48(例如，热交换器)。在某些实施例中，可利用电动压缩机(例如，具有联接到压缩机的电动马达)来代替涡轮增压器46。在某些实施例中，可利用多级涡轮增压系统。每个涡轮增压器46包括联接到涡轮52(例如，经由驱动轴(未示出))的压缩机50。空气(例如，氧化剂)经由进气口54提供。在某些实施例中，空气过滤器可设置在进气口54内。涡轮52由排气驱动以驱动压缩机50，压缩机50继而压缩进气、燃料和EGR流，以便在由中间冷却器48冷却后引入进气歧管40中。此外，燃料从进气口54下游和压缩机50上游的燃料供应系统53供应。如所描绘，燃料供应系统53是低压(抽吸式)燃料供应系统。在低压(LP)燃料系统中，通过在压缩机50之前将气体(燃料)与空气在大气压或略低于大气压下混合来利用低气体压力。然后，空气燃料混合物被抽吸通过压缩机50并压缩。由于燃料是在环境条件下混合的，这些条件中的变化将影响发动机性能。到发动机燃料调节器的典型气体(燃料)压力落入0.5至5 psig的范围内。在某些实施例中，燃料供应系统53可为高压(HP)燃料供应系统。对于高压燃料系统，涡轮增压发动机需要气体(燃料)供应压力大于由压缩机50产生的增压压力。由于在空气通过压缩机50之后燃料被引入到空气流中，该差压(即，气体超过空气压力)允许燃料和空气在化油器中的适当混合。到发动机燃料调节器的典型气体(燃料)压力落入12至90psig的范围内。在某些实施例中，燃料供应系统53可包括控制装置，以调节提供给发动机12的空气和燃料。
废气门56(例如，废气门阀)可设置在排气歧管排放口和排气系统之间，以通过从涡轮52转移排气能量来调节涡轮增压器46。废气门46在功能上调节提供到涡轮增压器46的涡轮52的发动机排气的量，并且因此调节由压缩机50产生的压缩机排放压力。废气门56可为一体式(例如，与涡轮52)、电子控制废气门(电子废气门)或感测系统10内其它地方压力的气动废气门。系统10还可包括与每个涡轮增压器46的每个压缩机50相关联的相应旁通阀58(例如，压缩机旁通阀(CBV))，以通过将进气流的一部分转移到发动机12来控制压力。如所描绘，压缩机旁通阀58与压缩机50分离。在某些实施例中，压缩机旁通阀58集成在压缩机50内。
沿着EGR回路30设置在每个涡轮52的下游的是EGR冷却器单元60。在某些实施例中，每个EGR冷却器单元60包括多个功能区段。如所描绘，每个EGR冷却器单元60包括高温非冷凝冷却器62、低温冷凝冷却器64、绝热气体/液体分离器66和再热器68。再热器68可利用发动机冷却剂(有时称为夹套水)将EGR流加热到期望的温度。高温非冷凝冷却器62、低温冷凝冷却器64和再热器68中的每一个可包括称为辅助冷却剂回路的单独的冷却剂管线，或者可利用夹套水。此外，高温非冷凝冷却器62、低温冷凝冷却器64和再热器68可互连到液压集成回路70，该液压集成回路70可为辅助设施(BOP)的一部分。在某些实施例中，每个EGR冷却器单元60包括这些功能部段中的至少两个。在某些实施例中，每个EGR冷却器单元60可包括每个功能部段中的多于一个。系统10包括设置在EGR回路30和EGR冷却器单元60之间的旁通阀72(例如，恒温控制的旁通阀)。旁通阀72可对局部温度作出反应或由ECM 16控制(例如，经由致动器)。旁通阀72(例如，当打开时)将EGR流引导到气体/液体分离器66，由此绕过冷却器62、64。
EGR系统14的每个EGR回路30包括设置在排气歧管42的下游和压缩机50的上游的EGR阀74。特别地，EGR阀74位于相应的EGR冷却器单元60的冷侧上，以保持其接近环境温度。当打开时，EGR阀74允许EGR流到达压缩机50并随后到达发动机12的进气歧管40。如所描绘，这些EGR阀74相对于彼此并联地设置。如所描绘，共享或混合EGR阀76设置在EGR阀74的下游。EGR阀76能够实现来自EGR回路30中的每一个的EGR流的调制(和混合)。EGR阀76与EGR阀74中的每一个串联地设置。在某些实施例中，EGR系统14可不包括EGR阀76，并且EGR流可直接提供在压缩机50的上游。
尽管每个回路30中的排气的一部分被转向EGR冷却器单元60，但排气的剩余部分被转移到排气后处理系统78。在某些实施例中，排气后处理系统78可包括三元催化剂以减少排气排放物(例如，氮氧化物(NOX)、烃(HC)、一氧化碳(CO)和其它排放物)。
系统10、发动机12和EGR系统14的各种部件(或用于这些部件的致动器)可与ECM16通信。例如，EGR阀74、76、节气门44、压缩机旁通阀58、废气门阀56、旁通阀72和/或燃料供应系统53(包括空气/燃料控制装置)可通信地联接到ECM 16，以使ECM 16能够控制这些部件。
如上文所提及，系统10的某些部件可共享(例如，遍及缸体组28)。图4是利用低压环路EGR系统(例如，共享进气歧管40)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。图4中描绘的系统10如图3中描述的那样，不同的是以下部件遍及缸体组28共享以有助于共享进气歧管40：中间冷却器48、进气歧管40和节气门44。图5是利用低压环路EGR系统(例如，共享进气歧管40和排气歧管42)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。图5中描绘的系统10如图3中描述的那样，不同的是以下部件遍及缸体组28共享以有助于共享进气歧管40和排气歧管42：进气口54、废气门56、压缩机旁通阀58、中间冷却器48、进气歧管40、节气门44、涡轮增压器46(包括压缩机50和涡轮52)、排气后处理系统78和排气歧管42。在这些实施例中，可共享其它部件。
图6是利用高压环路EGR系统(例如，排气从涡轮的上游转向并在压缩机之后重新引入进气歧管中)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。尽管图示为多个部件，但图6中图示的系统10的各种部件可遍及发动机缸体组共享，如由星号所指示。除了一些不同之外，图6中的系统10与图3中描述的相同。如图6中所描绘，每个EGR回路的EGR冷却器单元60设置在排气歧管42的下游和涡轮52的上游。此外，EGR流从压缩机50下游的EGR冷却器单元60引入中间冷却器48和进气歧管40之间。此外，燃料在中间冷却器48和进气歧管40之间被引入空气和排气中。如所描绘，燃料供应系统53是高压(吹送式)燃料供应系统。在某些实施例中，高压燃料供应系统53可采取通过进气道喷射(未示出)实现的单独气体混合的形式。在某些实施例中，燃料供应系统53可为低压燃料供应系统。
如上文所提及，系统10的某些部件可共享(例如，遍及缸体组28)。图7是利用高压环路EGR系统(例如，共享进气歧管40)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。图7中描绘的系统10与图6中描述那样，不同的是以下部件遍及缸体组28共享以有助于共享进气歧管40：中间冷却器48、进气歧管40和节气门44。图8是利用高压环路EGR系统(例如，共享进气歧管40和排气歧管42)的图1的发动机驱动的功率生成系统10的示意图。图8中描绘的系统10与图6中描述的相同，不同的是以下部件遍及缸体组28共享以有助于共享进气歧管40和排气歧管42：进气口54、废气门56、压缩机旁通阀58、中间冷却器48、进气歧管40、节气门44、涡轮增压器46(包括压缩机50和涡轮52)、排气后处理系统78和排气歧管42。在这些实施例中，可共享其它部件。
如下所述，多个EGR回路30和EGR冷却器单元60的管理为EGR系统14提供了增加的功能。例如，EGR回路30和EGR冷却器单元60可被管理以经由EGR系统12的顺序预热来降低EGR系统14的热质量。热质量是质量体的性质，它使质量体能够储存热量，提供对抗温度波动的惯性。一般来说，对于往复式内燃发动机，它可被描述为具有它可经历的两个不同的温度：操作温度和环境温度。操作温度可被描述为全功能发动机或有产生冷凝物的可能的关键EGR流部件的稳态温度，该部件能够在额定功率(速度和负载)下运行(其通常被称为预热)。操作温度也可为预定义的恒定值输入。环境温度可最好地描述为发动机周围的当前环境温度和发动机可达到的最低温度(如果允许均衡)或预定义的恒定值输入。理论上，发动机可经历的最大温度变化在环境温度下开始并升温，直到达到操作温度。类似地，不产生功率(潜在地不需要EGR流量)的任何发动机和处于其最大功率(潜在地需要最大EGR流量)的发动机将在这两个极端之间不断地增加EGR流量。意图是限制需要加热的热质量，该热质量与EGR流交互，并有通过比流体的露点冷而产生冷凝的风险。可手动定义转变温度。备选地，可在以下方程中定义在这两个温度之间的转变温度，其中
Figure 21832DEST_PATH_IMAGE001
：
T转变=T环境+C(T操作-T环境)。
在某些实施例中，C可小于或等于1.0、0.9、0.8、0.7、0.6或0.5或它们之间的任何数字。例如，如果C小于或等于0.5，则能够实现两个条件之间的简单平均。
备选地，可独立地定义转变温度，而不考虑操作温度或环境温度。例如，在与排气的冷凝温度(露点)保持一定差额的同时，在大气压下以零过量空气燃烧的商用优质天然气(CQNG)为大约57.2℃(135℉)。备选地，热起动和冷起动之间的转变可代替预定义的时间恒定值输入，因为时间和温度通过热传递原理直接相关。在发动机起动(在由外部起动力作用下以最小速度转动曲轴)时，转变温度将被用作定义两种状态的阈值：第一，如果T<T转变，这将被定义为冷起动，第二，如果T>T转变，这将被定义为热起动。转变温度的目的是建立阈值，以在重复使用已经高于环境温度的硬件的热质量优势与由于热低循环疲劳累积损伤、由来自EGR流体的沉积物产生的污垢和其它问题造成的机械磨损和劣化之间实现平衡。
EGR使用目标函数也将需要被定义。该使用目标函数的目的是量化对并联且能够独立控制的EGR环路的不同部件的机械磨损或劣化。EGR使用目标函数可为但不一定限于占空比(发动机功率和时间)、起动次数、流过的总EGR体积、流过的总冷却剂体积、基于传感器、用户输入超控或其它因素。当转动曲轴作为冷起动开始时，根据EGR使用目标函数，将首先使用多个EGR并联回路30中的至少一个。这将发生，直到基于发动机操作的EGR流量的要求需要同时使用多于一个的EGR并联回路30。没有两个紧接的后续冷起动事件会首先使用多个EGR并联回路30中的同一个。当转动曲轴作为热起动开始时，根据EGR使用目标函数，将首先使用(例如，激活)多个EGR并联回路30中的至少一个。这将发生，直到基于发动机操作的EGR流量的要求需要同时使用多于一个的EGR并联回路30。任何热起动事件都将使用最后标识用于在冷起动期间由EGR使用目标函数使用的多个EGR并联回路30中的同一个。
在冷再起动期间，最初利用仅一个EGR回路30，因为仅存在EGR回路30需要加热的质量的量的一半(或如果多于两个EGR回路并联存在，则少于一半)。最初，在发动机12的起动期间，在首先利用的EGR回路中，旁通阀72完全打开或开启，以使EGR流能够流到分离器66，并绕过冷却器62、64的热质量。随着由高温非冷凝冷却器62和/或低温冷凝冷却器64构成的EGR冷却器单元60达到其目标温度，旁通阀72逐渐关闭或关断。在某些实施例中，旁通可用作再热器68的补充。一旦利用初始EGR回路30实现了可能的最大冷却量，但需要更多的冷却，则以与初始EGR回路30相同的方式开始利用另一EGR回路30(例如，旁通阀72的初始利用)。在热再起动期间，以相同的方式顺序地利用EGR回路30，但是跳过旁通的利用。
图9是用于在图1的发动机驱动的功率生成系统的顺序预热期间利用EGR系统的方法80的流程图。在某些实施例中，方法80中图示的所有或一些操作或步骤可由ECM 16的处理器24执行。例如，处理器24可执行程序以执行存储在存储器26上的数据。方法80包括确定在最近的起动事件(例如，热起动或冷起动)时首先利用(例如，激活)哪个EGR回路30(和EGR冷却器单元60)(框82)。方法80还包括：如果下一个起动事件是冷起动或再起动，则用在最近的起动或再起动时未首先利用的EGR回路30开始起动或再起动(框84)。方法80还包括：如果下一个起动是热起动或再起动，则用在最近的起动或再起动时首先利用的相同EGR回路30开始起动或再起动(框86)。方法80甚至还包括随后在需要时(即，当控制器基于从传感器接收的反馈检测到工业燃烧发动机的操作参数正接近指定范围的外极限时)利用剩余的EGR回路30(即，最初在当前起动或再起动中未利用的EGR回路30)(框88)。如上文所指出，根据再起动的类型，可利用或者可不利用旁通阀72。EGR回路30的顺序预热的利用减少了EGR系统14的热质量。
由EGR系统14中的多个EGR回路30实现的另一个功能是EGR分配管理。多个EGR回路30(例如，并联回路)在其流体流动行为上可不同。这种差异可能存在于最初的制造或维护期间，或者可能由于操作而随时间推移表现出来。不同流体流动行为的来源可包括但不一定限于：制造公差中的变化、不正确的安装、不正确的维护、不同的维护阶段、流量损失中的差异(回路长度中的不同、管道弯头、收缩部等)、外部热源(辐射、对流、传导)、由沉积物产生的污垢的积聚、二次冷却剂流温度或流率中的差异、施加的背压中的差异(EGR抽取的位置)、施加的下游压力中的差异(EGR出口的位置)、到EGR回路的附加流动流连接件(封闭曲轴箱通风(CCV)气体、EGR的供应或需求中的异常(压缩机失速、失火、回火(进气爆燃)、后燃(排气爆燃))、EGR回路中的泄漏、由气体/液体分离或冷凝物引起的限制、EGR阀的运动的范围受限、过滤器元件堵塞以及其它问题。能够独立控制的并联回路中的EGR环路的不同部件可独立地操作，以维持到发动机12的总EGR流量，该总EGR流量表示并联地从至少两个EGR回路30输出的EGR的总和。来自并联回路中的每个EGR环路的流量贡献可能不一定相等。在某些实施例中，ECM 16基于存在于EGR回路30中的污垢的相应量(例如，在系统10中沉积的由ECM 16经由传感器检测的)来管理从每个EGR回路30利用的EGR流量的相应量。例如，具有较少污垢的EGR回路30可用于贡献提供给发动机12的大部分EGR流。
由EGR系统14中的多个EGR回路30实现的另一个功能是跛行回家(limp-home)模式。跛行回家模式是一种安全系统，其设计用于保护发动机12在如由诊断检测到的异常操作期间免受损坏。一旦开始跛行回家模式，发动机12将仅以降低的速度、降低的负载或降低的功率运行。跛行回家模式允许继续操作(尽管在降额下)，直到方便的时间，此时可安排维修以修理异常的操作条件。对于多个EGR并联回路30，如果应存在与对EGR的当前发动机需求相比将降低EGR能力的全部或部分失效，则发动机降额将发生，直到EGR的水平可由整个EGR系统14安全地提供。在某些实施例中，发动机降额可伴随着多个EGR并联回路30中的一个或多个的整个部分的完全去激活。在某些实施例中，所有EGR流都被停止，并且发动机12在没有稀释剂的情况下以可达到的最大功率(例如～40%额定功率)运行。在某些实施例中，当EGR回路30中的一个被禁用时，ECM 16将发动机12的功率降低至足以能够利用EGR回路30中的未禁用EGR回路30。
由EGR系统14中的多个EGR回路30实现的又一个功能是EGR排热的在线操纵。多个EGR并联回路30可能各自包括如上所述具有多个功能部段的相应EGR冷却器单元60。当多于一个的并联EGR回路30协同操作时，每个相应的EGR回路30的每个部件(包括EGR冷却器单元60的部件)可被独立地控制，以保持从这些并联回路到发动机12的组合EGR流体输出的热物理状态。组合EGR流体输出的热物理状态可由其温度、压力、液体质量流率、气体质量流率、每种化学成分(CO2、CO、NOx、N2O、VOCs、HC、CH2O、NH3等)的体积浓度唯一地定义。液体质量流率和气体质量流率可交替地表达为相对湿度值或绝对湿度值。由于以下原因，可出现每种化学成分的不同体积浓度：失火、回火(进气爆燃)、后燃(排气爆燃)、不完全燃烧、空气燃料当量比中的变化、稀释比中的变化、对与燃烧相互作用的部件的损坏、缸体内灰分或沉积物积聚的差异以及其它问题。对每个相应EGR回路30的独立控制将影响从发动机12到环境或辅助设施(BoP)的热平衡、热损失或排热。这种排热可通过应用需求来优化(最小化或最大化)。例如，在热能可被有效地控制利用的热电联供(CHP)应用中，到BoP的热损失可被最大化。例如，在热能不能被有效地控制利用并被发送到最终散热器(UHS)(典型地为周围环境)的应用中，到BoP的热损失可被最小化，并且BoP的热流的容量可被限制。向环境的排热受到限制的常见情况是在炎热、阳光明媚、潮湿的日子里，或者在可用的公用事业或环境水流量受到限制的情况下。在一个示例中，ECM 16可通过将来自EGR回路30之一的EGR流维持在比来自其它EGR回路30的EGR流更冷的温度(例如，通过关闭用于该EGR回路30的EGR冷却器单元60的再热器68)来操纵EGR排热。EGR排热的操纵可经由到EGR回路30的一次流体(EGR)或二次流体(冷却剂)的控制来进行。
由EGR系统14中的多个EGR回路30实现的又一个功能是超细EGR质量流分辨率控制。对于多个EGR并联回路30，可能具有处于彼此串联/并联构造的至少两个EGR流量控制阀，如上面在图3至图8中所述那样。例如，如上所述，每个并联EGR回路的EGR阀74相对于彼此并联，而共享EGR阀76相对于EGR阀74中的每一个串联地布置。在两个EGR阀串联(例如，EGR阀74到EGR阀76)的情况下，存在超细EGR质量流分辨率控制功能超出通常可能情况的可能。阀典型地对其功能具有限制，诸如死区(例如，如果在阀致动器系统中存在显著的游隙，并且将存在其中阀不移动的时段)、控制致动器的最小定位精度/分辨率、在两个位置之间抖动以伪复制不可能的中间流动位置、调节比(是指装置的操作范围的宽度，并且被定义为最大容量与最小容量的比率)以及其它限制。对于两个串联的EGR阀，可以使用EGR质量流量的粗调和微调的策略。与EGR阀中的每一个单独的情况相比，阀致动的组合具有更精细的流量控制分辨率。在功能上，这对于使用EGR的发动机是重要的，因为最大效率的位置典型地在燃烧操作范围/窗口的边界附近(例如，爆震边界、排气温度极限、失火极限、峰值燃烧压力极限等)。EGR阀的这种操纵使得能够保持发动机的最大效率，而不允许EGR流量中的变化导致燃烧在其设计的燃烧操作范围/窗口(例如，爆震边界、排气温度极限、失火极限、峰值燃烧压力极限、排气排放后处理系统操作窗口等)之外操作，在其设计的燃烧操作范围/窗口之外的情况下发动机的机械健康状况或排放遵从性将处于危险之中。在某些实施例中，ECM 16通过完全打开EGR回路的EGR阀74并调制共享EGR阀76以调整到发动机的EGR流的流量来管理到发动机的EGR流。在另一个实施例中，ECM 16通过完全打开共享EGR阀76并调制EGR阀74以调整到发动机的EGR流量来管理到发动机的EGR流量。在又一个实施例中，ECM通过部分地打开EGR阀74、76以调整到发动机的EGR流量来管理EGR流量。
在某些实施例中，在EGR阀74、76如上所述以串联/并联构造布置的情况下，可克服EGR阀失效。例如，在其中两个阀串联的情况下，即使在一个阀失效(卡在完全打开位置、卡在完全关闭位置、卡在部分打开位置)或其对应的致动器失效的情况下，仍有可能继续进行EGR控制。这可以通过利用处于串联/并联构造的其它阀进行补偿来实现。例如，如果处于串联流动构造的下游阀(例如，EGR阀76)部分关闭地失效，则可通过减小操作裕度以增加系统压差或气体流动速度来部分地恢复EGR流动质量。控制压差的一种方法是通过改变液压阻力、可变几何涡轮增压器、可变气门正时、EGR泵或鼓风机。在另一个示例中，如果处于串联流动构造的下游阀(例如，EGR阀76)完全打开地失效，则可经由上游阀(例如，EGR阀74)保持完全的EGR流量控制。在又一个示例中，如果处于串联流动构造的上游阀(例如，EGR阀74)完全关闭或部分关闭地失效，则可通过减小操作裕度和增加通过其它EGR并联回路的流量来增加系统压差或气体流动速度部分地恢复EGR流动质量。在还又一个示例中，如果处于串联流动构造的上游阀(例如，EGR阀74)完全打开地失效，则可经由下游阀(例如，EGR阀76)和用于其它并联EGR回路的阀(例如，EGR阀74)保持完全的EGR流量控制。唯一不能克服的情况是在下游阀(例如，EGR阀76)完全关闭地失效时。如果发生这种情况，则利用前面描述的跛行回家模式功能。
由EGR系统14中的多个EGR回路30实现的还又一个功能是通过管理EGR回路30的EGR冷却器单元60来达到气体/液体分离效率。目标是供应控制量的EGR和液体质量流量。原因是排气和水(处于液体或蒸气状态)都用作燃烧的稀释剂。控制液体质量流量是重要的，因为过大的液体质量流量可导致由高速液滴引起的侵蚀，这可降低系统效率，并导致其它并发症(例如，进气歧管、中间冷却器、缸体套中的液体、火花塞短路等)，或者过小的液体质量流量可导致燃烧爆震。过热是做到这一点的一种方式，但一旦离开EGR热交换器，排气将立即失去热量，并其在整个系统中行进时潜在地冷凝。当气体成分冷却到其露点以下时，总是发生具有不同直径的液滴的形成。过热可在流体的露点以上大约25至30℃下发生。在大气压力下，以零过量空气燃烧的商用优质天然气(CQNG)的排气的冷凝温度(露点)为大约57.2℃(135℉)。
控制EGR中的液体质量流量的另一种方法是利用气体/液体分离器，该气体/液体分离器在类型和样式上(例如，网孔式、叶片式、旋风分离器、纤维床等)可不同。气体/液体分离器仅仅是保留由气流夹带的液滴的装置。气体/液体分离通过几种机制(例如，惯性(重力是特例)、直接截留、扩散(布朗运动)、静电吸引等)操作。每种机制将具有其自身的分离效率，在整个应用、操作或使用寿命的范围内，分离效率并不是恒定的。通过所有组合机制，总体气体/液体分离效率在整个应用、操作或使用寿命范围内也不是恒定的。所有液滴从气体中的完全(即100%)分离的效率是不现实的。因此，总体气体/液体分离效率通常表达为在极限分离最小液滴直径和最大液滴直径之间的定积分。极限分离液滴直径的范围应当与预期应用相匹配。重要的是要注意，极限液滴直径和因此总体气体/液体分离效率是气体速度的倒数函数。总体气体/液体分离效率随着气体流动速度的增加而增加，直至达到液泛极限。液泛极限是在气体/液体分离器中聚集的液滴足够大，以至于由气体速度产生的剪切力可使液滴从液面脱离接合(即，再夹带(液体携带))。再夹带是气体流动速度或液体质量高于系统设计处理的值的操作的指示。对应于液泛极限的最大气体流动速度根据系统设计而变化。一般来说，基于线材的分离器(wire-based separator)的最大气体流动速度应当保持在3至5 m/s以下，并且基于叶片的分离器的最大气体流动速度保持在10 m/s以下。串联使用基于线材的分离器和基于叶片的分离器来聚集在第一基于线材的分离阶段中的液滴并不罕见，第一基于线材的分离阶段有目的地在液泛极限下或超过液泛极限操作，使得较大粗液滴的再夹带(液体携带)发生以由第二基于叶片的分离器有效地分离；导致针对多级系统的更高的总体气体/液体分离效率。应当注意，在气体/液体分离器外的EGR系统中的方向变化和压差可能是在低至10 m/s的流动速度下再夹带的原因。EGR系统的气体速度典型地不超过30 m/s。如果应希望避免这种情况，设计速度应当是液泛极限最大气体速度的最大气体流动速度的约75%，以提供可接受的裕度。
对于气体/液体分离器来说，由于具有其自身的分离效率的每种机制的转变，典型的是具有在其中观察到总分离效率方面的最小值的范围。通常认为影响分离效率的有三个类别中的七个参数。这些类别包括：1)几何参数，诸如特征目标分离器尺寸和液滴大小，是指它们的空气动力学直径；2)流动参数，诸如气体速度、压降和流动的稳定性或均匀性；和3)物理性质，诸如液滴密度、气体密度、气体粘度(所有这些都是温度和压力的函数)。当发动机在线时，仅有限数量的操作变量可被操纵而优化以影响总体气体/液体分离效率(例如，气体速度、压降和温度)。如果采用预定低温冷凝冷却器过冷和再热器过热，则气体速度和压降是要操纵以优化的唯一操作变量，以影响总体气体/液体分离效率。通过多个EGR冷却器60的管理，可在多个EGR冷却器60之间平衡发动机稀释剂需求要求，以达到EGR系统14的特定分离效率。实际上，该目标分离效率由ECM 16中的EGR确定器基于来自(多个)性能传感器(例如，传感器18)的输入和与EGR系统14相关的其它可选输入来实现。EGR传递函数可包含常数、变量、流体性质、经验关联式、历史存储数据、加权目标函数、物理尺寸、公式或其它数学运算、逻辑或模型。因此，在某些实施例中，ECM 16(例如，在低发动机负载下)可异步地调制EGR阀74、76来达到针对EGR系统14的目标气体/液体分离效率范围，同时保持排气和水蒸气(限制液态水质量流量)两者的总EGR供应，以通过在EGR回路30之一中保持较高的气体速度来达到发动机稀释剂需求，当分离效率随着气体流动速度的增加而增加到高达液泛极限时，将大部分排气提供给发动机，而冷却器的其余部分以较低的速度满足发动机稀释剂需求的其余部分。例如，ECM 16可保持偏置EGR环路的较高气体速度，以保留在(多个)气液分离器66的最佳气体/液体分离效率范围内，因为受限EGR回路30中的一个或多个EGR冷却器模块可完全限制或禁止它们的二次流体流动。
图10描绘了用于使用于控制空气/燃料混合物和供应到工业燃烧发动机12的燃烧室的EGR的量的说明性ECM 16。图10是ECM 16的非限制性示例。总之，供应到燃烧室的空气/燃料混合物、EGR和任何其它稀释剂在本文中被称为充气。图10的说明性ECM 16从传感器18接收发动机状态参数的输入，在本实例中，传感器18可包括诸如IMAP或IMD传感器的扭矩指示特性传感器90、发动机速度传感器92、发动机性能传感器94和诊断传感器95，并且将信号输出到致动器20。ECM 16还可接收下面更详细地讨论的附加输入96。附加输入96可包括进气歧管压力和燃料质量输入。附加的、较少的或不同的附加输入可在其它实现方式中使用。致动器20至少包括空气/燃料控制装置98，其可操作以控制供应到发动机12的空气和燃料的比率。空气/燃料控制装置98的示例包括发动机系统中的燃料压力调节器或空气旁路，该发动机系统使用固定孔口面积空气/气体混合器、可调孔口面积空气/气体混合器、一个或多个燃料喷射器、或其它空气/燃料控制装置或装置的组合。致动器20还可包括一个或多个EGR控制装置100(例如，多个EGR致动器、多个EGR旁路等)，用于将一定量的EGR引入到发动机12。EGR控制装置100的其它示例包括真空调节器、压力调节器、组合式压力和真空调节器、伺服控制阀、组合式伺服控制阀和真空调节器、可变面积阀(例如，蝶阀、闸阀和球阀)以及组合式伺服控制阀和压力调节器或其它调节器。
在一个实现方式中，ECM 16可包括λ设定点确定器102，其接收一个或多个发动机状态参数并确定和输出拉姆达(λ)设定点。λ设定点被选择为将发动机操作基本上保持在例如稳定状态。λ为术语，其通常是指空气-燃料当量比，其中1的λ值是指化学计量的空气/燃料混合物。具体地，λ是实际空燃比除以化学计量空燃比。λ设定点确定器102用来确定可操作以控制空气/燃料控制装置98的空气/燃料致动器控制信号。尽管图10图示了其中λ设定点是控制空气/燃料控制装置98的唯一输入的实现方式，但是可使用附加的或不同的输入来确定空气/燃料致动器控制信号。例如，某些实现方式可将用于补偿燃料质量或类型或发动机磨损、损坏或修改中的差异的燃料参数与λ设定点结合使用来确定空气/燃料致动器控制信号。在确定λ设定点时，说明性ECM 16使用来自发动机速度传感器92的发动机速度、来自扭矩指示特性传感器90的扭矩指示特性(例如，IMAP或IMD)以及可选地其它输入96。在一些实例中，可选输入96可包括环境温度、进气温度(例如，进气歧管压力)和/或燃料参数。根据某些实现方式，扭矩指示特性传感器90可操作以确定发动机12的预期或估计扭矩输出。此外，扭矩指示特性传感器90可包括用于感测或以其它方式确定发动机12的扭矩输出或功率输出的任何传感器、仪器或装置，因为如下面详细讨论的，使用已知的工程关系在功率输出和扭矩输出之间进行转换是可能的。ECM 16可备选地或与上面讨论的那些结合来使用其它传感器，诸如质量空气传感器、体积流量传感器或其它传感器(例如，诊断传感器95)。
在某些实现方式中，λ设定点确定器102可使用ECM 16的存储器中的查找表来确定λ设定点，该查找表至少包括指示发动机速度和扭矩的值，该值指示与确定以保持指定发动机操作状态(诸如稳态发动机操作)的λ设定点相关的特性。备选地或与查找表结合，λ设定点确定器102可使用公式计算将λ设定点确定为来自传感器18中的一个或多个的输入(例如，发动机速度和扭矩指示特性)的函数。在任一实例中，相对于相应的发动机速度和扭矩指示特性值选择λ设定点，以向发动机12提供指定的燃烧混合物，以保持指定的发动机操作状态，诸如稳态操作。因此，不同的λ设定点可能实现不同的发动机操作状态。
ECM 16还可包括λ设定点误差确定器104，用于确定在所确定的λ设定点与指示实际λ的输入之间的误差或差值。例如，当发动机12处于瞬态条件时，例如，每当发动机的实际λ条件不对应于例如λ设定点时，可确定误差。在某些实现方式中，λ设定点误差确定器104可确定λ调整106，即，表示调整发动机12的操作的量的信号。
λ传感器108通过例如测量排气中剩余的氧气的量来测量发动机12在任何给定时间的实际λ条件，并将对应的信号发送到λ设定点误差确定器104。然后，λ设定点误差确定器104将实际λ条件与从λ设定点确定器104接收的λ设定点进行比较。然后，λ设定点误差确定器104确定实际λ条件应当被调整(例如，增加或减少)以实现指定的发动机性能的量，并生成λ调整106。也就是说，基于实际λ条件与λ设定点之间的比较，如果比较指示在两个值之间的偏差，则可确定调整。然后，λ设定点误差确定器104将λ调整106(例如，正值或负值)输出到致动器传递函数109。致动器传递函数109至少接收λ调整106，并确定适于操作空气/燃料控制装置98的空气/燃料致动器控制信号。
ECM 16还包括EGR确定器110，用于确定针对一个或多个EGR回路的EGR流率。在某些实施例中，ECM 16包括至少接收EGR设定点信号并确定适于操作一个或多个EGR控制装置100的EGR致动器控制信号的EGR传递函数112。EGR传递函数112可通过以下方式来确定EGR致动器控制信号：使用查找表，该查找表将例如节气门位置、λ设定点、燃料参数和影响EGR致动器控制信号的任何其它输入关联；作为EGR设定点和任何其它输入的函数来计算；查找表和计算的组合；或者通过另一种方法。根据一个实现方式，可使用查找表和在计算中应用不同的参数(诸如燃料参数)将EGR设定点转换为预信号，以在确定EGR致动器控制信号时将该预信号偏移。引入到发动机12中的EGR的量可取决于发动机的操作条件(例如，基于来自传感器18的反馈)，诸如扭矩指示特性、发动机速度、发动机的功率输出、发动机的功率输出的基于输入的确定、空气/流致动器控制信号以及其它，诸如例如空气/燃料混合物温度。EGR流率也可如上所述确定。
所公开实施例的技术效果包括提供一种发动机驱动的功率生成系统，其包括具有多个EGR回路的EGR系统。这些多个EGR回路在管理EGR系统中提供了额外的自由度。特别地，各自具有EGR冷却器单元的多个EGR回路能够实现EGR排热的在线操纵、当发动机在一个EGR回路被禁用的情况下降额时对另一个EGR回路的利用、EGR分配管理、顺序预热以减少热质量和其它功能。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本主题，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本主题的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有无实质性差异的等效结构元件，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
本文中提出和要求保护的技术被引用并应用于具有实际性质的实物和具体示例，这些实物和具体示例明显地改进了本技术领域，并且因此不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果本说明书末尾所附的任何权利要求书包含被指定为“用于[执行]……[功能]的装置”或“用于[执行]……[功能]的步骤”的一个或多个元件，则意图是这样的元件根据35U.S.C. 112(f)来解释。然而，对于以任何其它方式包含所指定的元件的任何权利要求书，意图是，这样的元件不应根据35 U.S.C. 112 (f)来解释。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
工业燃烧发动机，其包括至少一个进气系统和至少一个排气系统；
排气再循环(EGR)系统，其联接到所述工业燃烧发动机并构造成将由所述工业燃烧发动机生成的排气从所述至少一个排气系统导引到所述至少一个进气系统，其中，所述EGR系统包括：
第一EGR冷却器单元，其用于沿着第一EGR回路设置的所述工业燃烧发动机的第一组缸体；和
第二EGR冷却器单元，其用于沿着第二EGR回路设置的所述工业燃烧发动机的第二组缸体，其中，所述第一EGR冷却器单元和第二EGR冷却器单元各自包括高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器中的至少两个；
其中，所述第一EGR冷却器单元和第二EGR冷却器单元分别与第一EGR阀和第二EGR阀联接，所述第一EGR阀和第二EGR阀构造成使排气能够分别从所述第一EGR回路和第二EGR回路流到所述工业燃烧发动机；和
控制器，其通信地联接到所述工业燃烧发动机和所述EGR系统，其中，所述控制器包括对一个或多个处理器可执行例程进行编码的处理器和非暂时性存储器，其中，所述一个或多个例程在由所述处理器执行时经由发送到致动器的控制信号导致所述控制器通过调制所述第一EGR阀和第二EGR阀来管理到所述工业燃烧发动机的所述排气的流量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一EGR冷却器单元和所述第二EGR冷却器单元两者都与所述第一EGR阀和第二EGR阀两者下游的第三EGR阀联接，所述第三EGR阀构造成使所述排气能够流到所述工业燃烧发动机。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一EGR回路和第二EGR回路各自包括恒温控制的旁通阀，当打开时，所述恒温控制的旁通阀使所述排气能够分别绕过所述第一和第二EGR冷却器单元内的每个冷却器，并且其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的第一冷起动期间初始地激活所述第一EGR冷却器单元或所述第二EGR冷却器单元中的仅一个，并且然后当所述控制器基于从传感器接收的反馈检测到所述工业燃烧发动机的操作参数正接近指定范围的外极限时，随后激活所述第一EGR冷却器单元和所述第二EGR冷却器单元两者。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的第二冷起动期间初始地激活在所述工业燃烧发动机的所述第一冷起动期间未激活的所述第一EGR冷却器单元或所述第二EGR冷却器单元中的任一个，其中，所述第二冷起动是在所述第一冷起动之后的下一个起动。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的后续热起动期间初始地激活在所述工业燃烧发动机的所述第一冷起动期间激活的所述第一EGR冷却器单元或所述第二EGR冷却器单元中的相同EGR冷却器单元，其中，所述后续热起动是在所述第一冷起动之后的下一个起动。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由发送到所述致动器的所述控制信号导致所述控制器异步地调制所述第一和第二EGR阀以达到针对所述EGR系统的目标气体/液体分离效率范围，以达到发动机稀释需求。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器基于在所述第一和第二EGR回路中由所述控制器基于来自传感器的反馈检测到的污垢的相应量来调节从所述第一和第二EGR回路利用的所述排气的相应量。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器通过将来自所述第一EGR回路和所述第二EGR回路中的一个的所述排气保持在比来自所述第一EGR回路和所述第二EGR回路中的另一个的所述排气更冷的温度来操纵EGR排热。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程导致所述控制器在所述第一EGR回路和所述第二EGR回路中的一个被禁用时向所述工业燃烧发动机发送所述控制信号，以将所述工业燃烧发动机的功率降低到能够利用所述第一EGR回路和所述第二EGR回路中的未禁用EGR回路的功率水平。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述EGR系统包括高压环路EGR系统。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述EGR系统包括低压环路EGR系统。
12.一种系统，包括：
控制器，其通信地联接到工业燃烧发动机和排气再循环(EGR)系统，其中，所述EGR系统构造成将由所述工业燃烧发动机生成的排气从至少一个排气系统导引到至少一个进气系统，所述EGR系统包括多个EGR回路，所述多个EGR回路中的每个EGR回路包括EGR冷却器单元，所述EGR冷却器单元包括高温非冷凝冷却器、低温冷凝冷却器、绝热气体/液体分离器和再热器中的至少两个，并且其中，所述控制器包括对一个或多个处理器可执行例程进行编码的处理器和非暂时性存储器，其中，所述一个或多个例程在由所述处理器执行时导致所述控制器经由发送到致动器的控制信号通过以下方式来管理到所述工业燃烧发动机的所述排气的流量：完全打开沿着所述多个EGR回路设置的相应的EGR阀并调制由所述相应的EGR阀下游的所述多个EGR回路共享的共享EGR阀，以调整到所述工业燃烧发动机的所述排气的流量；完全打开所述共享EGR阀并调制所述相应的EGR阀以调整到所述工业燃烧发动机的所述排气的流量；或者部分地打开所述相应的EGR阀和所述共享EGR阀以调整到所述工业燃烧发动机的所述排气的流量。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的第一冷起动期间初始地激活所述多个EGR回路中的仅一个EGR回路，并且然后当所述控制器基于从传感器接收的反馈检测到所述工业燃烧发动机的操作参数正接近指定范围的外极限时随后激活所述多个EGR回路中的每个EGR回路。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的第二冷起动期间初始地激活在所述工业燃烧发动机的所述第一冷起动期间未激活的所述多个EGR回路中的任一个，其中，所述第二冷起动是在所述第一冷起动之后的下一个起动。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器在所述工业燃烧发动机的后续热起动期间初始地激活在所述工业燃烧发动机的所述第一冷起动期间激活的所述多个EGR回路单元中的所述EGR回路，其中，所述后续热起动是在所述第一冷起动之后的下一个起动。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器异步地调制所述相应的EGR阀以达到针对所述EGR系统的目标气体/液体分离效率范围，以达到发动机稀释需求。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器基于所述多个EGR回路中的每个EGR回路中由所述控制器基于来自传感器的反馈检测到的污垢的相应量来调节从所述多个EGR回路利用的所述排气的相应量。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程经由所述控制信号导致所述控制器通过将来自所述多个EGR回路中的一个EGR回路的所述排气保持在比来自所述多个EGR回路中的其它EGR回路的所述排气更冷的温度来操纵EGR排热。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，当由所述处理器执行时，所述一个或多个例程导致所述控制器在所述多个EGR回路中的所述EGR回路中的一个被禁用时向所述工业燃烧发动机发送所述控制信号，以将所述工业燃烧发动机的功率降低到能够利用所述多个EGR回路中的未禁用EGR回路的功率水平。
20.一种方法，包括：
利用与工业燃烧发动机和排气再循环(EGR)系统通信地联接并包括非暂时性存储器和处理器的控制器，以：
在所述工业燃烧发动机的第一冷起动期间，经由控制信号初始地激活所述EGR系统的多个EGR回路中的仅一个EGR回路，并且然后当所述控制器基于从传感器接收的反馈检测到所述工业燃烧发动机的操作参数正接近指定范围的外极限时，随后激活所述多个EGR回路中的每个EGR回路；和
在所述工业燃烧发动机的第二冷起动期间，经由所述控制信号初始地激活在所述工业燃烧发动机的所述第一冷起动期间未被激活的所述多个EGR回路中的任一个，并且在所述工业燃烧发动机的后续热起动期间，初始地激活在所述第一冷起动期间初始地被激活的所述EGR回路，其中，所述第二冷起动或所述后续热起动是在所述第一冷起动之后的下一个起动，并且其中，所述多个EGR回路中的每个EGR回路包括EGR冷却器单元，所述EGR冷却器单元包括多个功能部段。
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