具有二級渦輪增壓器的發動機的排放控制系統的製作方法

2023-05-13 17:23:56 1

專利名稱：具有二級渦輪增壓器的發動機的排放控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，尤其涉及壓縮點火(即柴油)發動機。更具體地，本發明涉及 用於具有二級渦輪增壓器的壓縮點火發動機的排氣管排放控制的廢氣再循環的系統和方法。
背景技術：
某些發動機廢氣通過廢氣再循環(EGR)迴路再循環以與流向發動機氣缸的增壓 空氣流混合可幫助控制排氣管排放，尤其是氮氧化物NOx和顆粒的排放。機動車輛尤其是 商用車中的商業上可接受的柴油發動機性能迫使人們使用增壓。因此，二級渦輪增壓器在 由柴油發動機提供動力的大型車輛中找到了重要的用途。已知的是通過高壓EGP迴路來控 制這種發動機中的EGR，其中來自發動機氣缸的部分廢氣離開渦輪增壓器的高壓渦輪級並 通過高壓EGR迴路再循環到混合器，在混合器中其與來自由高壓渦輪級提供動力的高壓壓 縮機級的增壓空氣混合。經再循環的廢氣和增壓空氣的混合體然後進入進氣歧管，並最終 進入發動機氣缸。因為對機動車輛提供動力的柴油發動機取決於影響發動機操作的對車輛和發動 機兩者的各種輸入在不同速度和負載下運轉，所以廢氣再循環要求隨著發動機速度和負載 變化而變化。發動機控制系統中的處理器處理指示諸如發動機速度和發動機負載的參數的 數據，以形成用於控制發動機操作的各個方面的控制數據，包括所再循環的廢氣量。儘管在增壓空氣中增大EGR的百分比(即增大EGR比率)對於促進這種排放的更 好減少會是有效的，但所公知的是，大部分渦輪增壓柴油發動機的製造商有可能不會關心 特定發動機工作狀況(例如低發動機速度和高發動機轉矩)不能提供足夠大的EGR百分 比，而是追求不同於EGR控制策略的排氣管排放控制策略，致力於使發動機有能力符合適 用的排氣管排放政府規定。

發明內容
本發明的一個一般方面涉及壓縮點火發動機，包括發動機氣缸，其內進行燃燒以 使發動機運轉；進氣系統，用於將增壓空氣引入發動機氣缸；加油系統，用於將燃油引入發 動機氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統，因燃油在發動機氣缸中燃燒產生的廢氣通過排氣 系統排出；渦輪增壓器，包括高壓渦輪和在高壓渦輪下遊的低壓渦輪，通過排氣系統排出 的廢氣相繼通過高壓渦輪和低壓渦輪，以及由低壓渦輪操作的低壓壓縮機和在低壓壓縮機 下遊且由高壓渦輪操作的高壓壓縮機，已進入進氣系統的空氣相繼通過低壓壓縮機和高壓 壓縮機以產生增壓空氣；EGR控制主迴路，其具有在高壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿孔 以及在高壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；EGR控 制次迴路，其具有在高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機上遊的通往進 氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；以及控制系統，用於在發動機運轉時處理 關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發動機工作參數計算滿足發動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定該EGR控制主迴路本身是否能滿足所計算的廢氣量，用於 在處理確定EGR控制主迴路本身能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路關閉，同時將 EGR主迴路控制成滿足所計算的廢氣量，以及用於在處理確定EGR控制主迴路本身不能滿 足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開，並使EGR控制主迴路 和EGR控制次迴路被控制成使通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣 流的組合滿足所計算的廢氣量。本發明的另一個一般方面涉及壓縮點火發動機中的廢氣排放控制方法，該壓縮點 火發動機具有發動機氣缸，其內進行燃燒以使發動機運轉；進氣系統，用於將增壓空氣引 入發動機氣缸；加油系統，用於將燃油引入發動機氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統，因燃 油在發動機氣缸中燃燒產生的廢氣通過排氣系統排出；以及渦輪增壓器，包括高壓渦輪 和在高壓渦輪下遊的低壓渦輪，通過排氣系統排出的廢氣相繼通過高壓渦輪和低壓渦輪， 以及由低壓渦輪操作的低壓壓縮機和在低壓壓縮機下遊且由高壓渦輪操作的高壓壓縮機， 已進入進氣系統的空氣相繼通過低壓壓縮機和高壓壓縮機以產生增壓空氣。該方法包括當發動機運轉時，處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些 發動機工作參數計算滿足發動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主回 路本身是否能滿足所計算的廢氣量，EGR控制主迴路具有在高壓渦輪上遊的通往排氣系統 的穿孔以及在高壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔；在處理確定EGR控制主迴路本身能 滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路關閉，同時將EGR控制主迴路控制成滿足所計算 的廢氣量，EGR控制次迴路具有在高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機 上遊的通往進氣系統的穿孔；但是在處理確定EGR控制主迴路本身不能滿足所計算的廢氣 量時，使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開，並控制EGR控制主迴路和EGR控制次 迴路使得通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算 的廢氣量。前面的發明內容以及本發明的其它細節將在以下參照作為本發明公開一部分的 附圖在以下具體實施例中呈現。附圖簡述

圖1是例示第一實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。圖2是例示第二實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。圖3是例示第三實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。圖4是例示第四實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。圖5是例示第五實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。圖6是例示第六實施例的示例性柴油發動機的各個部分的示意圖。具體實施例圖1示出包括其內活塞(未示出)往復的發動機氣缸12的柴油發動機10。每個 活塞通過相應的連接杆(未示出)耦合至曲柄軸(未示出)的相應行程。發動機10還包 括進氣系統14，用於通過進氣歧管15將增壓空氣引入發動機氣缸12 ；排氣系統16，因燃 油在發動機氣缸12中燃燒產生的廢氣通過排氣系統16排出；以及包括燃油噴射器的加油 系統18，該燃油噴射器將燃油引入發動機氣缸12以與增壓空氣燃燒。
渦輪增壓器20包括高壓渦輪20HPT和在高壓渦輪20HPT下遊的低壓渦輪20LPT， 在廢氣通過排氣系統16傳遞至排氣管23時來自排氣歧管21的廢氣相繼通過高壓渦輪 20HPT和低壓渦輪20LPT。廢氣熱量使渦輪運轉。渦輪增壓器20還包括由低壓渦輪20LPT操作的低壓壓縮機20LPC，以及在低壓壓 縮機20LPC下遊且由高壓渦輪20HPT操作的高壓壓縮機20HPC。已進入進氣系統14的空氣 相繼通過低壓壓縮機20LPC和高壓壓縮機20HPC以產生增壓空氣，增壓空氣經由進氣歧管 15被引入發動機氣缸12。發動機10還包括基於處理器的發動機控制系統，其包括處理來自各個源的數據 以形成用於控制發動機操作的各個方面的各種控制數據的ECU(發動機控制單元)22。由 ECU 22處理的數據可源自諸如各種傳感器M的外部源，和/或在內部產生。所處理數據的 示例可包括發動機速度、進氣歧管壓力、排氣歧管壓力、燃油噴射壓力、加油量和時間、質量 空氣流量以及油門踏板位置。進氣系統14還包括低壓壓縮機20LPC與高壓壓縮機20HPC之間的級間冷卻器 (ISC) 26，以及高壓壓縮機20HPC與進氣歧管15之間的增壓空氣冷卻器(CAC) 28。這兩個冷 卻器去除部分壓縮熱量，否則這部分壓縮熱量將會出現在增壓空氣中。當在發動機循環期 間相應的一個或多個進氣閥打開時，增壓空氣從進氣歧管15進入相應的發動機氣缸。當發動機10運轉時，進氣系統14通過截留諸如塵埃的固體物質的空氣過濾器30 吸入外部空氣。離開低壓渦輪20LPT的廢氣通過後處理系統，該後處理系統包括在廢氣排 出排氣管23之前截留顆粒物質的諸如柴油顆粒過濾器(DPF) 32的廢氣過濾器。EGR控制主迴路34具有在高壓渦輪20HPT上遊的通往排氣系統16的穿孔以及在 增壓空氣冷卻器28下遊因此也在高壓壓縮機20HPC下遊的通往進氣系統14的穿孔。EGR 控制主迴路34包括在E⑶22控制下的EGR主閥34V，該EGR主閥34V用於控制通過EGR控 制主迴路34和在EGR主閥34V上遊的EGR主冷卻器34C的廢氣的流量。EGR控制次迴路36具有在高壓渦輪20HPT下遊的通往排氣系統16的穿孔以及在 級間冷卻器26上遊因此也在高壓壓縮機20HPC上遊的通往進氣系統14的穿孔。EGR控制 次迴路36包括在E⑶22控制下的EGR次閥36V，該EGR次閥36V用於控制通過EGR控制次 迴路36的廢氣的流量。進氣系統14包括在ECU 22控制下的節流閥(ITH) 38，該節流閥38用於對從低壓 壓縮機20LPC到高壓壓縮機20HPC的氣流進行選擇性節流。EGR控制次迴路36通往進氣系 統14的穿孔在節流閥38的下遊和級間冷卻器沈的上遊。E⑶22在發動機運轉時處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發動機 工作參數計算滿足發動機10的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主迴路34 本身是否能滿足所計算的廢氣量。當處理確定EGR控制主迴路34本身能滿足所計算的廢 氣量時，ECU 22通過將EGR次閥36V保持關閉來使EGR控制次迴路關閉，同時通過控制EGR 主閥34V來控制EGR主迴路34以滿足所計算的廢氣量。當處理確定EGR控制主迴路34本身不能滿足所計算的廢氣量時，E⑶22打開EGR 次閥36V使EGR控制次迴路36與EGR控制主迴路34並發打開，並控制EGR主迴路34和 EGR次迴路36兩者以使通過EGR控制主迴路34的廢氣流和通過EGR控制次迴路36的廢氣 流的組合滿足所計算的廢氣量。ECU 22還配合通過EGR控制次迴路36的廢氣量來控制節流閥38的節流量(如果需要的話)以向發動機10提供適當的空氣燃油比。在圖2的發動機IOA中可在沒有節流閥38的情況下實現適當的空氣燃油比，因此 除略去了節流閥38外，圖2示出了類似發動機10的發動機。圖3示出了與圖1的發動機10相似的發動機10B，其不同之處在於EGR控制次回 路36被重定位成使其通往排氣系統16的穿孔位於柴油顆粒過濾器32的下遊，因此位於低 壓渦輪20LPT的下遊，並使其通往進氣系統14的穿孔位於空氣過濾器30的上遊，因此位於 低壓壓縮機20LPC的上遊。節流閥38在EGR控制次迴路36通往進氣系統14的穿孔的上 遊，且保持在E⑶22的控制下，用於在空氣進入空氣過濾器30之前對已進入進氣系統14 的空氣流進行選擇性節流。圖4的發動機IOC與發動機IOB相似，其不同之處在於EGR控制次迴路36包括在 EGR次閥36V上遊的EGR次冷卻器36C。圖5的發動機IOD與發動機IOC相似，其不同之處在於節流閥38對滿足該發動機 的EGR要求是不必要的，因此略去。圖6的發動機IOE與發動機IOD相似，其不同之處在於EGR次冷卻器36C對滿足 該發動機的EGR要求是不必要的，因此略去。在各個發動機中，ECU 22儲存為該特定發動機的各種工作狀況建立的用於控制燃 油噴射器、節流閥、以及EGR閥的各種電子地圖。ECU 22從傳感器M接收有關這些狀況的 數據，並且在處理了該數據後ECU 22基於所儲存的相應地圖向燃油噴射器、節流閥的致動 器、以及EGR閥的致動器發出執行命令，以促使適當的燃油噴射、適當的EGR百分比、以及適 當的空氣燃油比。本發明公開已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)，包括發 動機氣缸(12)，其內進行燃燒以使發動機運轉；進氣系統(14)，用於將增壓空氣引入發動 機氣缸；加油系統(18)，用於將燃油引入發動機氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統(16)，因 燃油在發動機氣缸中燃燒產生的廢氣通過排氣系統排出；渦輪增壓器(20)，包括高壓渦 輪(20HPT)和在高壓渦輪下遊的低壓渦輪(20LPT)，通過排氣系統排出的廢氣相繼通過高 壓渦輪和低壓渦輪，以及由低壓渦輪操作的低壓壓縮機(20LPC)和在低壓壓縮機下遊且由 高壓渦輪操作的高壓壓縮機(20HPC)，已進入進氣系統的空氣相繼通過低壓壓縮機和高壓 壓縮機以產生增壓空氣；EGR控制主迴路(34)，其具有在高壓渦輪上遊的通往排氣系統的 穿孔以及在高壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；EGR 控制次迴路(36)，其具有在高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機上遊的 通往進氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；以及控制系統02、對)，用於在發 動機運轉時處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發動機工作參數計算滿足發 動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主迴路本身是否能滿足所計算的 廢氣量，用於在處理確定EGR控制主迴路本身能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路 關閉，同時將EGR主迴路控制成滿足所計算的廢氣量，以及用於在處理確定EGR控制主迴路 本身不能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開，並使EGR 主迴路和EGR次迴路被控制成使通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢 氣流的組合滿足所計算的廢氣量。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10、10A)，其中EGR控制次迴路的通往排氣系統的穿孔在低壓渦輪的上遊，而EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔在低壓壓縮 機的下遊。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10、10A)，其中進氣系統包括冷卻器 (26)，其具有在EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的下遊的入口、以及通往高壓壓縮 機的出口。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10)，其中進氣系統包括在控制系統 控制下的節流閥(38)，其用於對從低壓壓縮機到高壓壓縮機的空氣流進行選擇性節流；並 EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔在節流閥的下遊和冷卻器的上遊。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10B、10C、10D、10E)，其中EGR控制次 迴路的通往排氣系統的穿孔在低壓渦輪的下遊，而EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔 在低壓壓縮機的上遊。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10B、10C、10D、10E)，其中進氣系統包 括用於在空氣傳遞至低壓壓縮機之前過濾已進入進氣系統的空氣的空氣過濾器(30)，排氣 系統包括用於過濾來自低壓渦輪的出口的廢氣的排氣過濾器(32)，EGR控制次迴路的通往 進氣系統的穿孔在空氣過濾器的上遊，而EGR控制次迴路的通往排氣系統的穿孔在排氣過 濾器的下遊。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10B、10C)，其中進氣系統包括在控制 系統控制下的節流閥(38)，其用於在空氣進入空氣過濾器之前對已進入進氣系統的空氣流 進行選擇性節流。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10CU0D)，其中EGR控制次迴路包括 在控制系統控制下的EGR次閥(36V)，用於控制通過EGR控制次迴路的廢氣的流量；以及在 EGR次閥上遊的EGR次冷卻器(36C)。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)，其中EGR控制主迴路包括在控制系統控制下的EGR主閥(34V)，用於控制通過EGR控制主迴路的廢 氣的流量；以及在EGR主閥上遊的EGR主冷卻器(34C)。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)，其中進氣系統包括在高壓壓縮機下遊的增壓空氣冷卻器08)，並且EGR控制主迴路的通往進氣系 統的穿孔在增壓空氣冷卻器的下遊。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)，其中進氣系統包括級間冷卻器( )，來自低壓壓縮機的空氣通過該級間冷卻器傳遞到高壓壓縮機。本發明公開還描述了一種壓縮點火發動機(10、10B、10C)，其中進氣系統包括在控 制系統控制下的節流閥(38)，用於在EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的上遊對空氣 進行選擇性節流。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放控制方法，該壓縮點火發動機具有發動機氣缸(12)，其內進行燃燒以使發動機運轉； 進氣系統(14)，用於將增壓空氣引入發動機氣缸；加油系統(18)，用於將燃油引入發動機 氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統(16)，因燃油在發動機氣缸中燃燒產生的廢氣通過排氣 系統排出；以及渦輪增壓器(20)，包括高壓渦輪(20HPT)和在高壓渦輪下遊的低壓渦輪 (20LPT)，通過排氣系統排出的廢氣相繼通過高壓渦輪和低壓渦輪，以及由低壓渦輪操作的低壓壓縮機(20LPC)和在低壓壓縮機下遊且由高壓渦輪操作的高壓壓縮機(20HPC)，已進 入進氣系統的空氣相繼通過低壓壓縮機和高壓壓縮機以產生增壓空氣，該方法包括當發 動機運轉時，處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發動機工作參數計算滿足 發動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主迴路(34)本身是否能滿足 所計算的廢氣量，EGR控制主迴路(34)具有在高壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿孔以及在 高壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔，在處理確定EGR控制主迴路本身能滿足所計算的 廢氣量時，使EGR控制次迴路(36)關閉，同時將EGR控制主迴路控制成滿足所計算的廢氣 量，EGR控制次迴路(36)具有在高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機上 遊的通往進氣系統的穿孔，但是在處理確定EGR控制主迴路本身不能滿足所計算的廢氣量 時，使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開，並控制EGR控制主迴路和EGR控制次回 路使得通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算的 廢氣量。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A)中的廢氣排放控制方法， 其中使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開並控制EGR控制主迴路和EGR控制次回 路使得通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算的 廢氣量的步驟包括使通過EGR控制次迴路的流動從在低壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿 孔到在低壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔地進行。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A)中的廢氣排放控制方法， 包括使已進入進氣系統的空氣和已從EGR控制次迴路進入進氣系統的廢氣通過具有通往 高壓壓縮機的出口的冷卻器06)。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10)中的廢氣排放控制方法，包括 在EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的上遊的位置處對已進入進氣系統的空氣進行 選擇性地節流。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放 控制方法，其中使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開並控制EGR控制主迴路和EGR 控制次迴路使得通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足 所計算的廢氣量的步驟包括使通過EGR控制次迴路的流動從在低壓渦輪下遊的通往排氣 系統的穿孔到在低壓壓縮機上遊的通往進氣系統的穿孔地進行。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放 控制方法，包括在空氣傳遞至低壓壓縮機之前過濾已進入進氣系統的空氣，過濾來自低壓 渦輪出口的廢氣，以及使廢氣從在排氣過濾器下遊的通往排氣系統的穿孔到在空氣過濾器 上遊的通往進氣系統的穿孔地通過EGR控制次迴路。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10BU0C)中的廢氣排放控制方法， 包括在空氣傳遞至空氣過濾器之前對已進入進氣系統的空氣流進行選擇性節流。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10CU0D)中的廢氣排放控制方法， 包括通過控制EGR控制次迴路中的EGR次閥(36V)來控制通過EGR控制次迴路的廢氣的流 量，以及使通過EGR控制次迴路的廢氣流流過EGR控制次迴路中在EGR次閥上遊的EGR次 冷卻器(36C)。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放控制方法，包括通過控制EGR控制主迴路中的EGR主閥(34V)來控制通過EGR控制 主迴路的廢氣的流量，以及使通過EGR控制主迴路的廢氣流流過EGR控制主迴路中在EGR 主閥上遊的EGR主冷卻器(34C)。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放控制方法，包括將來自EGR控制主迴路的廢氣在增壓空氣冷卻器08)下遊引入進氣 系統，增壓空氣冷卻器08)在高壓壓縮機的下遊。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)中的廢氣排放控制方法，包括使來自低壓壓縮機的空氣在進入高壓壓縮機之前通過級間冷卻器 (26)。本發明公開還已描述了一種壓縮點火發動機(10、10B、10C)中的廢氣排放控制方 法，包括在EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的上遊對已進入進氣系統的空氣進行選 擇性地節流。
權利要求
1.一種壓縮點火發動機，包括發動機氣缸，其內進行燃燒以使發動機運轉；進氣系統，用於將增壓空氣引入發動機氣缸；加油系統，用於將燃油引入發動機氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統，因燃油在發動機氣缸中燃燒產生的廢氣通過排氣系統排出；渦輪增壓器，包括高壓渦輪和在高壓渦輪下遊的低壓渦輪，通過排氣系統排出的廢氣 相繼通過高壓渦輪和低壓渦輪；以及由低壓渦輪操作的低壓壓縮機和在低壓壓縮機下遊且 由高壓渦輪操作的高壓壓縮機，已進入進氣系統的空氣相繼通過低壓壓縮機和高壓壓縮機 以產生增壓空氣；EGR控制主迴路，其具有在高壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機下 遊的通往進氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；EGR控制次迴路，其具有在高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以及在高壓壓縮機上 遊的通往進氣系統的穿孔，用來將部分廢氣傳送給進氣系統；以及控制系統，用於在發動機運轉時處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發 動機工作參數計算滿足發動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主迴路 本身是否能滿足所計算的廢氣量，用於在處理確定EGR控制主迴路本身能滿足所計算的廢 氣量時，使EGR控制次迴路關閉，同時將EGR主迴路控制成滿足所計算的廢氣量，以及用於 在處理確定EGR控制主迴路本身不能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路與EGR控 制主迴路並發打開，並使EGR主迴路和EGR次迴路被控制成使通過EGR控制主迴路的廢氣 流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算的廢氣量。
2.如權利要求1所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制次迴路的通往排氣 系統的穿孔在所述低壓渦輪的上遊，而所述EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔在所述 低壓壓縮機的下遊。
3.如權利要求2所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括冷卻器，其具 有在所述EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的下遊的入口、以及通往所述高壓壓縮機 的出口。
4.如權利要求3所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括在所述控制 系統控制下的節流閥，所述節流閥用於對從所述低壓壓縮機到所述高壓壓縮機的氣流進行 選擇性節流，且所述？ EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔在所述節流閥的下遊和所述 冷卻器的上遊。
5.如權利要求1所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制次迴路的通往排氣 系統的穿孔在所述低壓渦輪的下遊，而所述EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔在所述 低壓壓縮機的上遊。
6.如權利要求5所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括空氣過濾器， 用於在空氣傳遞至所述低壓壓縮機之前過濾已進入所述進氣系統的空氣，所述排氣系統包 括排氣過濾器，用於過濾來自所述低壓渦輪的出口的廢氣，所述EGR控制次迴路的通往進 氣系統的穿孔在所述空氣過濾器的上遊，而所述EGR控制次迴路的通往排氣系統的穿孔在 所述排氣過濾器的下遊。
7.如權利要求6所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括在所述控制系統控制下的節流閥，其用於在空氣進入所述空氣過濾器之前對已進入進氣系統的空氣流 進行選擇性節流。
8.如權利要求7所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制次迴路包括在所 述控制系統控制下的EGR次閥，用於控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量；以及在所 述EGR次閥上遊的EGR次冷卻器。
9.如權利要求6所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制次迴路包括在所 述控制系統控制下的EGR次閥，用於控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量；以及在所 述EGR次閥上遊的EGR次冷卻器。
10.如權利要求1所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制主迴路包括在 所述控制系統控制下的EGR主閥，用於控制通過所述EGR控制主迴路的廢氣的流量；以及在 所述EGR主閥上遊的EGR主冷卻器。
11.如權利要求10所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括在高壓壓 縮機下遊的增壓空氣冷卻器，並且所述EGR控制主迴路的通往進氣系統的穿孔在所述增壓 空氣冷卻器的下遊。
12.如權利要求11所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括級間冷卻 器，來自所述低壓壓縮機的空氣通過所述級間冷卻器傳遞到所述高壓壓縮機。
13.如權利要求12所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述進氣系統包括在所述控 制系統控制下的節流閥，用於在所述EGR控制次迴路的通往進氣系統的穿孔的上遊對空氣 進行選擇性節流。
14.如權利要求12所述的壓縮點火發動機，其特徵在於，所述EGR控制次迴路包括在 所述控制系統控制下的EGR次閥，用於控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量；以及在 所述EGR次閥上遊的EGR次冷卻器。
15.一種壓縮點火發動機中的廢氣排放控制方法，所述壓縮點火發動機具有發動機 氣缸，其內進行燃燒以使發動機運轉；進氣系統，用於將增壓空氣引入發動機氣缸；加油系 統，用於將燃油引入發動機氣缸以與增壓空氣燃燒；排氣系統，因燃油在發動機氣缸中燃燒 產生的廢氣通過排氣系統排出；以及渦輪增壓器，包括高壓渦輪和在高壓渦輪下遊的低 壓渦輪，通過排氣系統排出的廢氣相繼通過高壓渦輪和低壓渦輪，以及由低壓渦輪操作的 低壓壓縮機和在低壓壓縮機下遊且由高壓渦輪操作的高壓壓縮機，已進入進氣系統的空氣 相繼通過低壓壓縮機和高壓壓縮機以產生增壓空氣，該方法包括當發動機運轉時，處理關於特定發動機工作參數的數據，以基於那些發動機工作參數 計算滿足發動機的廢氣再循環要求所需的廢氣量，從而確定EGR控制主迴路本身是否能滿 足所計算的廢氣量，所述EGR控制主迴路具有在所述高壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿孔 以及在所述高壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔，在處理確定所述EGR控制主迴路本身 能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路關閉，同時將所述EGR控制主迴路控制成滿足 所計算的廢氣量，所述EGR控制次迴路具有在所述高壓渦輪下遊的通往排氣系統的穿孔以 及在所述高壓壓縮機上遊的通往進氣系統的穿孔，但是在處理確定所述EGR控制主迴路本 身不能滿足所計算的廢氣量時，使所述EGR控制次迴路與所述EGR控制主迴路並發打開，並 控制所述EGR控制主迴路和所述EGR控制次迴路使得通過所述EGR控制主迴路的廢氣流和 通過所述EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算的廢氣量。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，使所述EGR控制次迴路與所述EGR控制主迴路並發打開並控制所述EGR控制主迴路和 所述EGR控制次迴路使得通過所述EGR控制主迴路的廢氣流和通過所述EGR控制次迴路的 廢氣流的組合滿足所計算的廢氣量的步驟包括使通過所述EGR控制次迴路的流動從在低 壓渦輪上遊的通往排氣系統的穿孔到在低壓壓縮機下遊的通往進氣系統的穿孔地進行。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，包括使已進入所述進氣系統的空氣和已從所述EGR控制次迴路進入所述進氣系統的廢氣 兩者通過具有通往所述高壓壓縮機的出口的冷卻器。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，包括在所述EGR控制次迴路的通往所述進氣系統的穿孔上遊的位置處對已進入所述進氣 系統的空氣進行選擇性地節流。
19.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，使所述EGR控制次迴路與所述EGR控制主迴路並發打開並控制所述EGR控制主迴路和 所述EGR控制次迴路使得通過所述EGR控制主迴路的廢氣流和通過所述EGR控制次迴路的 廢氣流的組合滿足所計算的廢氣量的步驟包括使通過所述EGR控制次迴路的流動從在低 壓渦輪下遊的通往所述排氣系統的穿孔到在低壓壓縮機上遊的通往所述進氣系統的穿孔 地進行。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，還包括在空氣傳遞至所述低壓壓縮機之 前過濾已進入進氣系統的空氣，過濾來自所述低壓渦輪的出口的廢氣，以及使廢氣從在排 氣過濾器下遊的通往所述排氣系統的穿孔到在空氣過濾器上遊的通往所述進氣系統的穿 孔地通過所述EGR控制次迴路。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，還包括在空氣傳遞至空氣過濾器之前對 已進入所述進氣系統的空氣流進行選擇性節流。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，包括通過控制所述EGR控制次迴路中的 EGR次閥來控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量，以及使通過所述EGR控制次迴路的 廢氣流流過所述EGR控制次迴路中在EGR次閥上遊的EGR次冷卻器。
23.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，包括通過控制所述EGR控制次迴路中的 EGR次閥來控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量，以及使通過所述EGR控制次迴路的 廢氣流流過所述EGR控制次迴路中在EGR次閥上遊的EGR次冷卻器。
24.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，包括通過控制所述EGR控制主迴路中的 EGR主閥來控制通過所述EGR控制主迴路的廢氣的流量，以及使通過所述EGR控制主迴路的 廢氣流流過所述EGR控制主迴路中在EGR主閥上遊的EGR主冷卻器。
25.如權利要求對所述的方法，其特徵在於，包括將來自所述EGR控制主迴路的廢氣在 增壓空氣冷卻器下遊引入所述進氣系統，所述增壓空氣冷卻器在所述高壓壓縮機的下遊。
26.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，包括使來自所述低壓壓縮機的空氣在進 入高壓壓縮機之前通過級間冷卻器。
27.如權利要求沈所述的方法，其特徵在於，包括在所述EGR控制次迴路的通往進氣系 統的穿孔的上遊對已進入進氣系統的空氣進行選擇性地節流。
28.如權利要求沈所述的方法，其特徵在於，包括通過控制所述EGR控制次迴路中的EGR次閥來控制通過所述EGR控制次迴路的廢氣的流量。
全文摘要
當發動機(10、10A、10B、10C、10D、10E)運轉時，控制系統(22)處理關於特定發動機工作參數的數據，以計算滿足廢氣再循環要求所需的廢氣量。如果EGR控制主迴路(34)本身能滿足所計算的廢氣量，使EGR控制次迴路(36)關閉，同時將EGR控制主迴路控制成滿足所計算的廢氣量。當處理確定EGR控制主迴路本身不能滿足所計算的廢氣量時，使EGR控制次迴路與EGR控制主迴路並發打開，並使EGR控制主迴路和EGR控制次迴路兩者被控制成使通過EGR控制主迴路的廢氣流和通過EGR控制次迴路的廢氣流的組合滿足所計算的廢氣量。
文檔編號F02D21/08GK102052167SQ20101054441
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優先權日2009年11月4日
發明者N·雷, R·L·洛威爾斯, Z·劉, 鄭進才 申請人:萬國引擎智慧財產權有限責任公司