渦輪增壓發動機的方法和系統的製作方法

2023-12-09 06:51:01 1

專利名稱：渦輪增壓發動機的方法和系統的製作方法
技術領域：
本說明書涉及用於提高渦輪增壓發動機的熱效率的方法。該方法在渦輪增壓發動機內提供EGR可以是特別有益的。
背景技術：
為了努力滿足嚴格的聯邦政府排放標準，發動機系統可以被構造成具有排氣再循環(EGR)系統，其中至少一部分排氣被再循環到發動機進氣。這樣的EGR系統能夠減少排氣排放且同時還能夠提高燃料經濟性，特別是在較高發動機增壓水平的情況下。這樣EGR系統的一個示例在US6，135，088中由Duret示出。這裡，發動機汽缸的第一入口被構造成輸送EGR而第二入口被構造成輸送由壓縮機增壓的新鮮空氣到汽缸。以此方式，在汽缸內可以實現充氣分層從而改善自發點火。

發明內容
不過，在這裡本發明人已經意識到這種系統的潛在性問題。作為一個示例，在一些情況下，會不需要充氣分層。而且，需要均質的充氣來增強發動機性能並且改進EGR優勢。作為另一示例，可能難以維持充氣分層，這是因為兩個入口通過一個公共出口排放排氣。作為又一示例，如果使用排氣渦輪機來驅動壓縮機的話，則Duret教導的理想效果不再存在。因此在一個示例中，這些問題中的一部分可以通過一種操作增壓發動機的方法至少部分被解決，該方法包括通過第一進氣道從兩個排氣道中的一個向發動機汽缸抽吸處於或低於大氣壓力的至少一些再循環排氣；以及通過與兩個排氣道中的另一個聯接的單獨的第二進氣道向所述汽缸抽吸處於壓縮機壓力的至少一些新鮮空氣。以此方式，新鮮的增壓空氣可以獨立於再循環排氣被傳輸。之後，空氣充氣可以在汽缸內彼此混合且與燃料混合。之後，結合的空氣充氣-燃料混合物可以在汽缸內燃燒。例如，一定量的排氣(即低壓EGR)可以從第一排氣道通過第一 EGR通道被抽吸到第一進氣道內。EGR可經由第一排氣門從第一排氣道被自然吸氣並且通過第一進氣道的第一進氣門在第一較早進氣門正時以處於或低於大氣壓力的情況被輸送至發動機汽缸。例如，可以在進氣衝程開始時輸送EGR。同時，一定量的新鮮進氣空氣可以通過被包括在第二進氣道內的渦輪增強器壓縮機被抽吸。這樣，第二進氣道可以分離於第一進氣道，並且渦輪增壓器可以僅聯接到第二進氣道而不聯接到第一進氣道。同樣，壓縮機可以被與第二進氣道聯接的第二排氣道內所包括的渦輪機驅動。例如，被壓縮的新鮮進氣空氣可以在第二進氣門正時通過第二進氣道的第二進氣門被抽吸到發動機汽缸內，該第二進氣門正時遲於第一進氣門正時(例如可以在進氣衝程已經開始並且第一進氣門已經打開之後吸入被增壓的新鮮空氣)。低壓EGR (LP-EGR)和增壓新鮮進氣空氣可以在汽缸內混合。此外，空氣充氣混合物可以在汽缸內與燃料混合併燃燒。以此方式，分層的空氣充氣可以被輸送到汽缸不過會在燃燒前在汽缸內與燃料均質混合。通過保持EGR離開壓縮機，可以減少對壓縮機的堵塞和汙染。通過不將壓縮機功消耗在輸送EGR上，能夠提高渦輪增壓器的效率。此外，通過在汽缸內而不是在其之前使用輸送的增壓新鮮空氣與輸送的EGR混合，可以減少進氣道內使用EGR對增壓進氣空氣的稀釋。通過使得EGR輸送分離於增壓輸送，還能夠減少渦輪增壓器控制以及EGR控制中的延遲，特別是在瞬態期間。這樣，分離的進氣道還可以使得能夠使用較小的渦輪增壓器來提供期望增壓而不會有損增壓效率。總而言之，提高 了發動機效率和性能。在另一示例中，提供減少渦輪增壓器遲滯的方法。所述方法包括響應踩加速器踏板，增加進氣空氣的量並且減少經由第一進氣道被輸送到汽缸的再循環排氣的量，且同時操作與不同的第二進氣道聯接的壓縮機，從而增加經由第二進氣道被輸送到汽缸的增壓進氣空氣的量以從踩加速器踏板開始持續一時間段。在另一示例中，增加進氣空氣的量並且減少再循環排氣的量包括打開第一進氣道內的第一進氣節氣門且同時閉合被聯接在第一排氣道和第一進氣道之間的第一 EGR通道內的第一 EGR閥。在另一示例中，所述時間段包括壓縮機獲得閾值速度之前的時間段。在另一示例中，方法還包括在所述時間段流逝之後，減少進氣空氣的量且同時增加經由第一進氣道被輸送到汽缸的再循環排氣的量。在另一示例中，提供一種發動機系統。所述系統包括發動機汽缸；被構造成將一定量的燃料直接噴射到汽缸內的直接噴射器；連通地聯接到第一排氣道的第一進氣道，該第一進氣道包括第一進氣門以用於輸送一定量的再循環排氣到所述汽缸；連通地聯接到單獨的第二排氣道的單獨的第二進氣道，該第二進氣道包括第二進氣門以用於輸送一定量的被壓縮新鮮空氣到所述汽缸；與第二進氣道聯接的渦輪增壓器壓縮機，該壓縮機由與該第二排氣道聯接的渦輪機驅動；以及被構造成在第一進氣門正時打開第一進氣門且在不同的第二進氣門正時打開第二進氣門的氣門致動器。在另一示例中，系統還包括控制器，其具有計算機可讀指令以用於調節所述致動器的氣門相位從而在第一進氣門正時打開所述第一進氣門並且在不同的第二進氣門正時打開所述第二進氣門。在另一不例中，第一進氣門正時在發動機循環進氣衝程中早於第二進氣門正時。在另一示例中，第一排氣道包括第一排氣門並且第二排氣道包括第二排氣門，並且其中所述控制器包括用於基於第一排氣門的第一排氣門正時調節第一進氣門正時且用於基於第二排氣門的第二排氣門正時調節第二進氣門正時的進一步指令。應理解提供上面的概述用於以簡化的形式引入將在具體實施方式
中進一步描述的選擇的概念。不意味著確認所保護的本發明主題的關鍵的或基本的特徵，本發明的範圍將由本申請的權利要求唯一地界定。此外，所保護的主題不限於克服上文或本公開的任何部分中所述的任何缺點的實施方式。


圖I不出了包括分離式進氣歧管和分離式排氣歧管及相關排氣循環系統的發動機的示意圖。圖2示出了聯接到第一和第二進氣道以及第一和第二排氣道的圖I的發動機汽缸的示例性實施例。圖3示出了局部發動機示圖。圖4示出了圖釋可執行以用於根據本公開運行圖2的發動機汽缸的程序的高級流程圖。圖5示出了圖2的發動機汽缸的示例汽缸進氣門和排氣門正時。圖6示出了示例空氣充氣混合物，其可以經由第一和第二進氣道在不同工況期間
被提供給圖2的汽缸。圖7示出了圖釋可執行用於使得踩加速器踏板期間進氣空氣節氣門操作與渦輪增壓器操作相協調的程序的高級流程圖。圖8示出了解釋踩加速器踏板期間示例進氣空氣節氣門和EGR閥調節的示圖。圖9示出了圖釋可執行用於基於發動機工況調節EGR冷卻器的操作的程序的高級流程圖。
具體實施例方式以下說明涉及用於通過如下手段來控制發動機的系統和方法，該發動機是例如圖1-3的發動機系統，即通過在發動機循環的不同時刻通過不同的進氣道向發動機汽缸提供具有不同壓力和/或不同成分(例如不同的新鮮空氣與EGR的比)的空氣充氣。具體地，能夠分離於處於壓縮機壓力的進氣空氣充氣向汽缸提供處於或低於大氣壓力的進氣空氣充氣。類似地，能夠分離於具有新鮮空氣的進氣空氣充氣向汽缸提供包括再循環排氣的進氣空氣充氣。如圖6示出的，還可以存在其他組合。發動機控制器可以被配置成執行控制程序，例如圖4程序，以便與第二汽缸進氣門(圖5)相比在較早正時打開第一汽缸進氣門，從而與第二組分的第二空氣充氣相比，在發動機循環中的不同時刻提供第一組分的第一空氣充氣。進氣門正時還可以與對應的排氣門正時向協調(圖5)。被聯接到不同進氣道的一個或更多個空氣進氣節氣門和EGR閥的位置可以被調節和協調成針對瞬態進行補償，如圖7-8示出的。此外，各種EGR閥可以被調節成使得能夠通過相應EGR冷卻器來加熱或冷卻每個進氣道的進氣空氣充氣。以此方式，可以減少耗費在拉動EGR上的渦輪增壓器壓縮功的量，從而增加了施加於和來自於渦輪增壓器的平均進氣和/或排氣壓力，進而提高了渦輪增壓器輸出。此外，通過保持基於EGR的空氣充氣分離於基於增壓的空氣充氣，直到它們在汽缸內混合，可以減少EGR控制和增壓控制延遲二者。總而言之，可以擴展EGR和增壓二者的益處，從而提高發動機性能和燃料效益。圖I示出了示例性渦輪增壓發動機系統100的示意圖，其包括多缸內燃發動機10和渦輪增壓器50。作為非限制性示例，發動機系統100能夠被包括作為客運交通工具的推進系統的一部分。發動機10可以包括多個汽缸14。在所示示例中，發動機10包括以直列構造設置的三個汽缸。不過，在可替代示例中，發動機10能夠包括兩個或更多個汽缸，例如4、5、8、10或更多個汽缸，且其可以設置成替代性構造，例如V型、盒型等。每個汽缸14均可以被構造成具有燃料噴射器166。在所7^75例中，燃料噴射器166是直噴式汽缸噴射器。不過在其他示例中，燃料噴射器166能夠被構造成進氣道式燃料噴射器。下面將關於圖2-3描述單個汽缸14的進一步細節。發動機10的每個汽缸14均被構造成從第一進氣道42以及第二進氣道44接收進氣空氣充氣(包括新鮮空氣和/或再循環排氣)。這樣，第二進氣道44可以分離於但並聯於第一進氣道42。第一進氣道42可以包括在空氣過濾器60下遊的空氣進氣節氣門62。節氣門62的位置能夠經由與控制器12通信聯接的節氣門致動器(未示出)由控制系統15調節。通過調整節氣門62，可以經由第一進氣道42在處於或低於大氣(或環境)壓力的條件下將一定量的新鮮空氣從環境引入發動機10並傳輸給發動機汽缸。第一進氣道42可以分支成在節氣門62下遊的多個進氣管道43a-43c。各進氣管道43a_43c可以被聯接到不同的發動機汽缸並且可以被構造成將進氣道42的一部分進氣空氣充氣傳輸到對應汽缸。第二進氣道44可以包括在充氣空氣冷卻器56和渦輪增壓器壓縮機52下遊的空氣進氣節氣門64。具體地，渦輪增壓器50的壓縮機52可以被包括在第二進氣道44內並聯接到第二進氣道44，而不是第一進氣道42。節氣門64的位置能夠經由與控制器12通信聯
接的節氣門致動器(未示出)由控制系統15調節。在運行壓縮機52的同時，通過調整空氣進氣節氣門64，可以經由第二進氣道44在處於壓縮機(或增壓)壓力的條件下將一定量的新鮮空氣從環境引入發動機10並傳輸給發動機汽缸。第二進氣道44可以分支成在節氣門64下遊的多個進氣管道45a-45c。各進氣管道45a_45c可以被聯接到不同的汽缸並且可以被構造成將進氣道44的一部分進氣空氣充氣傳輸到對應汽缸。在汽缸燃燒事件期間生成的排氣可以從各汽缸14沿第一排氣道46和第二排氣道48被排出。排氣道46可以分支成多個排氣管道47a-47c。具體地，各排氣管道47a_47c可以被聯接到不同汽缸並且可以被構造成將從對應汽缸排放的一部分排氣傳輸到排氣道46內。在沿尾氣管35被排放到大氣之前，流動通過第一排氣道46的排氣可以被一個或更多個排氣後處理裝置(例如催化器70和72)處理。以相同方式，第二排氣道48可以分支成多個排氣管道49a_49c。具體地，各排氣管道47a-47c可以被聯接到不同的汽缸並且可以被構造成將從對應汽缸排放的一部分排氣傳輸到排氣道48內。渦輪增壓器50的渦輪機54可以被包括於且聯接到第二排氣道48，而不是第一排氣道46。因此，經由排氣道48排出的燃燒產物能夠被引導通過渦輪機54以便經由軸(未示出)向壓縮機52提供機械功。在一些示例中，渦輪機54可以被構造成可變幾何形狀渦輪機，其中控制器12可以調節渦輪機葉輪葉片(或扇葉)的位置以便改變從排氣流獲得的且施加於壓縮機52的能量水平。可替代地，排氣渦輪機54可以被構造成可變噴嘴渦輪機，其中控制器12可以調節渦輪機噴嘴的位置以便改變從排氣流獲得的且施加於壓縮機52的能量水平。在沿尾氣管35被排放到大氣之前，流動通過第二排氣道48的排氣可以被一個或更多個排氣後處理裝置(例如催化器72)處理。在所示示例中，來自第二排氣道48的排氣與來自第一排氣道46的排氣在渦輪機54和催化器70的下遊但是在催化器72的上遊相組合，這樣組合的排氣沿尾氣管35被排放大氣。不過，在替代性實施例中，排氣道46和48可以沒有再次合併，並且可以經由單獨的尾氣管排放排氣。排氣道46和48還可以包括一個或更多個排氣傳感器，如圖3進一步示出的。
發動機10還可以包括一個或更多個排氣再循環(EGR)通道以便將來自第一和第二排氣道46和48的排氣的至少一部分分別再循環到第一和第二進氣道42和44。具體地，第一排氣道46可以經由第一 EGR通道80連通地聯接到第一進氣道42，其中該第一 EGR通道80包括第一 EGR冷卻器82和第一 EGR閥84。發動機控制器可以被構造成打開第一 EGR閥84從而使得處於或低於環境壓力的一定量排氣循環到第一進氣道42。以此方式,低壓EGR (LP-EGR)可以從第一排氣道轉移到第一進氣道。類似地，第二排氣道48可以經由第二 EGR通道90連通地聯接到第二進氣道44，其中該第二 EGR通道90包括第二 EGR冷卻器92和第二 EGR閥94。發動機控制器可以被構造成打開第二 EGR閥94從而使得處於壓縮機壓力的一定量排氣從渦輪機54上遊循環到壓縮機52下遊的第二進氣道44。以此方式，高壓EGR (HP-EGR)可以經由第二進氣和排氣道被提供給發動機。通過提供行經第一 EGR通道的LP-EGR且同時提供行經單獨的第二 EGR通道的HP-EGR，可以同時地提供HP-EGR和LP-EGR 二者，從而擴展EGR的益處。EGR冷卻器82和92可以被構造成在循環進入發動機進氣之前降低流動通過相應
EGR通道的排氣的溫度。在可替代實施例中，EGR冷卻器82和92可以被定位在EGR通道和對應進氣道的結合處。在此位置，如這裡相對於圖9示出的，在特定條件下，一個(更多個)EGR冷卻器可以有利地被用於加熱被傳送到汽缸的進氣空氣充氣。具體地，EGR冷卻器可以用於在一些條件下向發動機汽缸提供被加熱的空氣充氣(例如被加熱的新鮮空氣，或者被加熱的氣體和新鮮空氣的混合物)，而在另一些條件下向發動機汽缸提供被冷卻的空氣充氣(例如被冷卻的EGR)。在一個示例中，在冷機條件下，經由第二進氣道被傳送到汽缸的空氣充氣可以在進入壓縮機之前被加熱以便避免水滴落在壓縮機上。在又一些實施例中，導管可以聯接EGR通道。導管可以從位於EGR閥94和EGR冷卻器92之間的位置將第二 EGR通道90聯接到位於EGR閥84和EGR冷卻器82之間的位置的第一 EGR通道80。這裡，在一些條件下，經由第二排氣門被釋放到第二排氣道內的較高壓力的排氣可以在EGR冷卻器92內被冷卻，並且熱量被傳輸到冷卻劑。被冷卻的排氣可以經由較低壓力的第一進氣道被循環到發動機進氣。可替代地，被冷卻的排氣可以經由第一排氣道46和尾管35被排放到大氣。以此方式，可以從排氣汲取更大量的功。發動機系統100還可以包括氣門致動器96以用於調節汽缸14的氣門運行。具體地，氣門致動器96可以被構造成在第一正時打開汽缸14的第一進氣和/或排氣門，而在第二正時打開汽缸14的第二進氣和/或排氣門。以此方式，處於或低於大氣壓力的第一成分的第一空氣充氣可以在第一正時被提供給發動機汽缸，而處於壓縮機壓力的不同的第二成分的第二空氣充氣可以在第二正時被提供給發動機汽缸。作為非限制性示例，如圖2-圖3所示，氣門致動器96可以被構造成凸輪致動器，其中每個汽缸14的進氣和/或排氣門被聯接到相應凸輪。控制器可以被構造成基於發動機工況來調節氣門致動器96 (或凸輪致動器)的相位(或凸輪廓線)以便在第一正時打開第一進氣門從而輸送第一空氣充氣而在第二正時打開第二進氣門從而輸送第二空氣充氣。例如，這裡的如圖5所示，進氣門正時可以是錯開的以便通過壓縮機引入一部分進氣空氣充氣且自然吸氣另一部分進氣空氣充氣。控制器還可以被構造成調節氣門相位以便在第一正時打開第一排氣門而在不同的第二正時打開第二排氣門從而在發動機循環中的不同位置處釋放處於不同壓力的排氣。例如，如這裡圖5示出的,排氣門正時可以錯開以便將吹送(blow down)氣體(例如當汽缸活塞到達膨脹衝程的下止點時汽缸中的膨脹排氣)的釋放與殘餘排氣(例如在吹送之後剩餘的汽缸中的氣體)的釋放分開。在一個示例中，通過使得第一進氣門的正時與第一排氣門的正時相協調並且類似地第二進氣門的正時與第二排氣門的正時相協調，排放能量能夠從通過第二排氣道內的渦輪增壓器渦輪機的吹送氣體的釋放而被轉移，從而運行第二進氣道內的渦輪增壓器壓縮機以便提供增壓益處。基本同時，殘餘氣體能夠從第一排氣道被轉移到第一進氣道從而提供EGR優勢。以此方式，可以在不用花費額外能量來將排氣從排氣歧管經由EGR冷卻器泵送到進氣歧管的條件下，提供理想的EGR稀釋，甚至在較高負載條件下仍如此。將意識到，雖然示出的發動機系統100通過 第一進氣道循環處於或低於大氣壓力的排氣，不過在其他實施例中，例如當第一進氣道聯接到發動機的燃料蒸汽回收系統時，第一進氣道可以被構造成在處於或低於大氣壓力的條件下將抽送蒸汽、曲軸箱蒸汽和氣態或汽化燃料蒸汽中的一個或更多個循環到汽缸。可至少部分由包括控制器12的控制系統15和由車輛駕駛員經過輸入裝置的輸入控制發動機系統100 (如圖3所示)。示出的控制系統15從多個傳感器16 (這裡描述了其中的各種示例)接收信息並發送控制信號給多個致動器81。作為一個示例，傳感器16可包括在一個或兩個進氣道內的進氣空氣壓力和溫度傳感器、MAP傳感器和MAT傳感器。其他傳感器可以包括被聯接在每個進氣道內的節氣門下遊的用於估計節氣門入口壓力(TIP )的節氣門入口壓力(TIP)傳感器和/或用於估計節氣門空氣溫度(TCT)的節氣門入口溫度傳感器。在其他示例中，一個或更多個EGR通道可以包括用於確定EGR流動特徵的壓力、溫度和/或空氣-燃料比傳感器。下面參考圖3示出附加的系統傳感器和致動器。作為另一個示例，致動器81可以包括燃料噴射器166、EGR閥84和94、氣門致動器96和節氣門62和64。例如各種附加氣門和節氣門的其他致動器可以被聯接於發動機系統100中的不同位置。基於對應於一個或更多個程序被編程在其中的指令或代碼，控制器12可以接收來自各種傳感器的輸入數據、處理輸入數據並且響應經處理的輸入數據來觸發致動器。這裡參考圖4、圖7和圖9描述了不例性控制程序。現在參考圖2-圖3，示出了內燃發動機10的單個汽缸14。這樣，使用相同附圖標記代表前面圖I中介紹的部件，並且不再次進行介紹。圖2示出了汽缸14的第一視圖200。這裡，示出的汽缸14具有四個埠，包括兩個進氣口 17和18以及兩個排氣口 19和20。具體地，汽缸14中的第一進氣口 17可以經由第一進氣門30從聯接到第一進氣道42的第一進氣導管43a接收處於或低於環境壓力的第一空氣充氣。第一空氣充氣可以包括在處於或低於環境壓力的條件下被弓I入汽缸內的新鮮空氣、低壓再循環排氣(LP-EGR)或者新鮮空氣和LP-EGR的混合物。汽缸14的第二進氣口 18可以經由第二進氣門31從聯接到第二進氣道44的第二進氣導管45a接收處於壓縮機壓力的第二空氣充氣。第二空氣充氣可以包括在被壓縮機52壓縮之後處於增壓壓力的被引入汽缸內的新鮮空氣、高壓再循環排氣(HP-EGR)或者新鮮空氣和HP-EGR的混合物。—部分汽缸燃燒產物可以從汽缸14的第一排氣口 19經由第一排氣門32被排放到與第一排氣道46聯接的第一排氣導管47a內。另一部分汽缸燃燒產物可以從汽缸14的第二排氣口 20經由第二排氣門33被排放到與第二排氣道48聯接的第二排氣導管49a內。排氣可以沿尾管35被相繼釋放到大氣。具體地，第一和第二排氣道可以在渦輪機下遊且在排放控制裝置72上遊再次組合，從而允許在釋放之前被釋放到第一排氣道內的排氣被排放控制裝置70和72處理且允許在沿尾管35釋放之前被釋放到第二排氣道內的排氣被裝置72處理。附加地或可選地，一部分排氣還可以經由第一 EGR通道80從第一排氣導管47a被循環到第一進氣道43a而同時一部分排氣可以經由第二 EGR通道90從第二排氣導管49a被循環到第二進氣道45a。在其他實施例中，第二排氣道可以被構造成向第一或第二進氣道提供排氣，並且第一排氣道可以被構造成向第一或第二進氣道中任意一者提供排氣。在所示示例中，第一進氣門30和第二進氣門31均可以由相應進氣門凸輪操作(圖3)。進氣凸輪的位置且因而進氣門的正時可以經由凸輪軸杆101由進氣凸輪致動器97確定。類似地，第一排氣門32和第二排氣門33均可以由相應排氣凸輪操作(圖3)，排氣凸輪的位置可以經由凸輪軸杆102由排氣凸輪致動器98確定。不過，在可替代實施例中，每個進氣門和每個排氣門可以具有獨立的氣門致動器。進一步地，第一進氣門和第一排氣門可以被聯接到一個(公共)氣門致動器，而第二進氣門和第二排氣門可以被聯接到一個不同的氣門致動器。控制器12可以被構造成基於發動機工況調節進氣門致動器97的相位從而在第一進氣門正時打開第一進氣門30並且在不同的第二進氣門正時打開第二進氣門31。例如，可以相對於第二正時調節第一正時以便提供在發動機循環早期(例如在進氣衝程的早
期)以第一較低壓力向汽缸14提供包括新鮮空氣和/或再循環排氣的第一進氣空氣充氣，而在發動機循環後期(例如在相同發動機循環中的同一進氣衝程靠後部分)以第二較高壓力向汽缸14提供包括新鮮空氣和/或再循環排氣的第二進氣空氣充氣。以相同方式，控制器12可以被構造成基於發動機工況調節排氣門致動器98的相位從而在特定正時打開第一排氣門32和第二排氣門33。在一個示例中，可以相對於氣門致動器98的相位調節排氣門致動器97的相位，以致進氣門30和31的打開和/或關閉協調於(或基於)對應的排氣門32和33的打開和/或關閉。例如，第一排氣門可以被打開從而選擇性排出(或再循環)殘餘排氣而第二排氣門可以打開從而選擇性排出吹送氣體通過渦輪機從而驅動被聯接的壓縮機。圖5中示出了示例性第一和第二進氣和排氣門正時。參考圖3，其示出了內燃發動機10的替代性視圖300。示出的發動機10帶有燃燒室14、冷卻劑套筒118和汽缸壁136，活塞138位於汽缸壁136內且連接到曲軸140。燃燒室14可經由相應進氣門150和排氣門156連通於進氣道146和排氣道148。如前文圖I-圖2中所示，發動機10的每個汽缸14可以沿兩個進氣導管接收進氣空氣充氣並且可以沿兩個排氣導管排出燃燒產物。在所示視圖300中，進氣道146和排氣道148代表通到和/或來自汽缸的第一進氣導管和第一排氣導管(例如圖2的導管43a和47a)，而在這個視圖中不可見通到和/或來自汽缸的第二進氣導管和第二排氣導管。同樣如前文圖2所示，發動機10的每個汽缸可以包括聯接到相應進氣和排氣導管的兩個(或更多個)進氣門和兩個(或更多個)排氣門。在所示視圖300中，至少一個進氣門被示為位於汽缸14的上部區域處的進氣提升氣門150，並且至少一個排氣門被示為位於汽缸14的上部區域處的排氣提升氣門 156。可以通過使用相應凸輪致動系統由控制器12來控制進氣門150和排氣門156，其中該凸輪致動系統包括一個或更多個凸輪。凸輪致動系統可以利用凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個改變氣門運轉。在所示示例中，每個進氣門150由進氣凸輪151操作且每個排氣門156由排氣凸輪153操作。進氣門150和排氣門156的位置可以分別由氣門位置傳感器155和157確定。在可替代實施例中，進氣和/或排氣門可以由電子氣門致動來控制。例如，汽缸14可以可替代地包括經由電子氣門致動的進氣門和經由包括CPS和/或VCT系統的凸輪致動控制的排氣門。在另一些實施例中，進氣和排氣門可以由公共氣門致動器或致動系統，或可變氣門正時致動器或致動系統來控制。在一個示例中，進氣凸輪151包括單獨且不同的凸輪凸角，其為燃燒室14的兩個進氣門中的每個進氣門提供不同的氣門廓線(例如，氣門正時、氣門升程、持續時間等等)。類似地，排氣凸輪153可以包括單獨且不同的凸輪凸角，其為燃燒室14的兩個排氣門中的每個排氣門提供不同的氣門廓線(例如，氣門正時、氣門升程、持續時間等等)。可替代地，排氣凸輪153可以包括一個公共凸角或類似的凸角，其為兩個排氣門中的每個排氣門提供基本類似的氣門廓線。例如，燃燒室14的第一進氣門的第一凸輪廓線可以具有第一升程量和第一打開正時和持續時間。燃燒室14的第二進氣門的第二凸輪廓線可以具有第二升程量和第二打開正時和持續時間。在一個示例中，第一升程量可以小於第二升程量，第一打開正時可以早
於(或提前於)第二打開正時，並且/或者第一打開持續時間可以短於第二打開持續時間。此夕卜，在一些示例中，可以相對於發動機曲軸的相位獨立地調節第一和第二凸輪廓線的相位。因此第一進氣凸輪廓線能夠被定位以在燃燒室14的進氣衝程靠近TDC處打開進氣門，以便第一進氣門能夠在進氣衝程靠近TDC處打開且在進氣衝程靠近BDC處關閉。另一方面，第二進氣凸輪廓線能夠在進氣衝程的靠近BDC處打開第二進氣門。因此，第一進氣門和第二進氣門的正時能夠將經由第一進氣道接收的第一進氣空氣充氣分離於經由不同的第二進氣道接收的第二進氣空氣充氣。以相同方式，不同排氣門的不同凸輪廓線能夠被用於將汽缸壓力排放的排氣分離於處於排氣壓力排放的排氣。例如，第一排氣凸輪廓線能夠在BDC膨脹衝程之後打開第一排氣門。另一方面，第二排氣凸輪廓線能夠被定位成在膨脹衝程的BDC處打開第二排氣門以致第二排氣門能夠在BDC膨脹衝程之前打開和關閉。此外，能夠響應發動機轉速來調節第二凸輪廓線從而調節排氣門打開和閉合從而選擇性排出燃燒室的吹送氣體。因此，第一排氣門和第二排氣門的正時能夠將汽缸吹送氣體隔離於殘餘氣體。雖然在上述示例中第一排氣門正時在汽缸循環中遲於第二排氣門正時，不過將意識到在可替代示例中，第一排氣門正時在汽缸循環中可以早於第二排氣門正時。例如，在喘振條件期間，可以在第一排氣門打開之後打開第二排氣門。通過使得一部分排氣(例如高壓排氣)流動通過渦輪機和高壓排氣道，而剩餘部分排氣(例如低壓排氣)流動通過催化劑裝置和第一排氣道，能夠增加從排氣回收的熱且同時提高渦輪機的工作效率。通過使得排氣門的正時和進氣門的正時相協調，一部分殘餘氣體能夠被傳輸成提供EGR而另一部分驅動渦輪增壓器壓縮機。具體地，在一個實施例中，發動機能夠分為在低壓時運轉的自然吸氣部分和在高壓時運轉的增壓部分，從而提供EGR和增壓的各種協同益處。此外，這種構造使得發動機能夠在具有較小渦輪機和壓縮機的條件下運轉且同時產生較小的渦輪遲滯。在又一些實施例中，兩個排氣門可以同時打開以便提供類似廢氣門的行為。類似地，兩個進氣門可以同時打開以便提供類似壓縮機旁通閥的行為。這樣，能夠利用分支式進氣歧管提供的優點，即使在不存在分支式排氣歧管的條件下仍如是。此外，即使在不存在EGR通道的條件下仍提供所述優點。例如，不管是否存在一個或更多個EGR通道或分支式進氣和分支式排氣之間沒有EGR通道，均可實現類似廢氣門的行為和類似壓縮機旁通閥的行為。示出的排氣傳感器128被聯接到排氣道148。傳感器128可以被定位在一個或更多個排放控制裝置上遊的排氣道內，該排放控制裝置例如圖I-圖2的裝置70和72。傳感器128可以選自提供對排放氣體的空氣/燃料比的指示的各種適當傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或寬域排氣氧傳感器)、雙態氧傳感器或EGO (如所述)、HEG0 (加熱EG0)、NOx,HC或CO傳感器。下遊排放控制裝置可以包括一個或更多個三元催化器(TWC)、N0x捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。可以通過排氣道148內的一個或更多個溫度傳感器( 未示出)來估計排氣溫度。可替代地，可以基於發動機工況(例如速度、負載、空氣-燃料比(AFR)、火花延遲等)來推斷排氣溫度。汽缸14能夠具有壓縮比，其是活塞138處於下止點的容積與處於上止點的容積的t匕。常規地，壓縮比是在9:1至10:1的範圍內。不過，在使用不同燃料的一些示例中，壓縮比會增加。例如，這可以發生於使用較大辛烷值燃料或具有較高蒸發潛熱焓的燃料時。如果使用直接噴射則由於其對於爆震的影響也會增加壓縮比。在一些實施例中，發動機10的每個汽缸均可以包括火花塞192以用於啟動燃燒。在選定操作模式下，點火系統190能夠響應來自控制器12的火花提前角信號SA經由火花塞192向燃燒室14提供點火火花。不過，在一些實施例中，可以省略火花塞192，例如當發動機可以通過自點火或通過燃料噴射來啟動燃燒的情況，如一些使用柴油發動機的情況。在一些實施例中，發動機10的每個汽缸均可以被構造成具有一個或更多個燃料噴射器來向其提供燃料。如一個非限制性示例，汽缸14顯示為包括一個燃料噴射器166。燃料噴射器166顯示為直接地聯接至汽缸14用於將燃料與經由電子驅動器168從控制器12接收的FPW信號的脈衝寬度成比例地噴射進其內。以此方式，燃料噴射器166將燃料以稱為燃料直接噴射的方式提供至燃燒汽缸14內。儘管圖3顯示了噴射器166為側面噴射器，其也可位於活塞的頂部，例如靠近火花塞192的位置處。當以醇基的燃料運轉發動機時，由於一些醇類燃料的低揮發性，這種位置可改善混合和燃燒。可替代地，噴射器可位於頂部或靠近進氣門處以改善混合。在可替代實施例中，噴射器166可以是將燃料提供至汽缸14上遊的進氣道內的進氣道噴射器。燃料可以從包括燃料箱、燃料泵和燃料集合管的高壓燃料系統8被輸送到燃料噴射器166。可替代地，可通過單級燃料泵在低壓下輸送燃料，在這種情況下，在壓縮衝程期間可比如果在使用高壓燃料系統時更多地限制直接燃料噴射正時。此外，儘管未顯示，燃料箱可具有提供信號至控制器12的壓力換能器/傳感器。燃料系統8中的燃料箱可保存具有不同燃料品質(例如不同燃料成分)的燃料。這些差別可包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化熱、不同的燃料混合和/或它們的組合等。在一些實施例中，燃料系統8可以聯接到燃料蒸汽回收系統，其包括用於存儲補給燃料和每天的燃料蒸汽的碳罐。在發動機運行期間當滿足抽送條件時燃料蒸汽可以從碳罐被抽送到發動機汽缸。例如，抽送蒸汽可以在處於或低於大氣壓力時經由第一進氣道被自然吸氣到汽缸內。
圖3中所示的控制器12為微型計算機，包括微處理器單元(CPU) 106、輸入/輸出(I/o)埠 108、用於可執行的程序和檢定值的電子存儲介質(在本具體例子中顯示為只讀存儲器(ROM)晶片110)、隨機存取存儲器(RAM) 112、保活存儲器(KAM) 114和數據總線。存儲介質只讀存儲器110能夠編程有代表由處理器106可執行指令的計算機可讀數據用於執行下面所述的方法和程序以及預見但未具體列出的變形。控制器12可從聯接至發動機10的傳感器接收多種信號，除了之前論述的那些信號，還包括來自質量空氣流量傳感器122的引入質量空氣流量(MAF)測量值、來自聯接至冷卻套筒118的溫度傳感器116的發動機冷卻劑溫度(ECT)、來自聯接至曲軸140霍爾效應傳感器120 (或其他類型)的脈衝點火感測信號(PIP)、來自節氣門位置傳感器的節氣門位置(TP)、來自傳感器124的絕對歧管壓力信號(MAP)、來自EGO傳感器128的汽缸空燃比(AFR)和來自爆震傳感器和曲軸加速度傳感器的異常燃燒。可由控制器12從脈衝點火感測PIP信號生成發動機轉速信號RPM。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用於提供進氣歧管內的真空或壓力指示。基於來自上述傳感器中的一個或更多個的輸入，控制器12可以調節一個或更多個致動器，例如燃料噴射器166、節氣門162、火花塞199、進氣/排氣門和凸輪等。控制器可以基於編程在其內的對應於一個或更多個程序的指令或代碼，從各種傳感器接收輸入數據、處理輸入數據並且響應經處理的輸送輸入來觸發致動器。這裡參考圖4描述示例性控制程序。現在轉向圖4，示出了示例性程序400，其用於通過第一進氣道向發動機汽缸輸送第一空氣充氣而通過第二並行但分離的進氣道向發動機汽缸輸送第二空氣充氣。第一和第二空氣充氣可以具有不同成分(例如不同的新鮮空氣與再循環排氣的比)、不同壓力(例如一個空氣充氣處於較高增壓壓力而另一個空氣充氣處於較低亞大氣壓力)、不同溫度(例如一個空氣充氣被加熱到較高溫度而另一個空氣充氣被冷卻到較低溫度)等。此外，不同空氣充氣可以在不同正時被輸送以便在給定進氣衝程期間使其輸送錯開。在步驟402，可以估計並/或測量發動機工況。這些可以包括例如環境溫度和壓力、發動機溫度、發動機轉速、曲軸速度、變速器速度、電池電荷狀態、可用燃料、燃料醇含量、催化劑溫度、驅動器要求轉矩等。在步驟404，基於估計的發動機工況，可以確定理想(總)空氣充氣。這可以包括確定新鮮進氣空氣的量、排氣再循環(EGR)的量以及增壓的量。此外，以處於或低於大氣壓力(BP)輸送的新鮮進氣空氣相對於以增壓壓力輸送的新鮮進氣空氣的比可以被確定。類似地，可以確定較高壓力(HP-EGR)輸送的EGR相對於較低壓力(LP-EGR)輸送的EGR的比。在一個示例中，響應較高的轉矩要求，理想(總)空氣充氣可以包括較大量的新鮮進氣空氣和較小量的EGR。此外，空氣充氣可以包括較大量的增壓新鮮進氣空氣和較小量的處於或低於BP的新鮮空氣。在另一示例中，在中高發動機負載條件下，當發動機暖機時，理想(總)空氣充氣可以包括較大量的EGR和較小量的新鮮進氣空氣。此外，空氣充氣可以包括較大量的LP-EGR和較小量的HP-EGR。基於理想的總空氣充氣，程序還可以進一步確定沿第一進氣道以第一較低壓力(例如處於或低於大氣壓力)向發動機汽缸輸送的第一空氣充氣，以及沿第二單獨的進氣道以第二較高壓力(例如增壓壓力)向汽缸輸送的第二空氣充氣。具體地，第一和第二空氣充氣可以在汽缸內被混合從而提供理想的總空氣充氣。沿第一進氣道輸送的第一空氣充氣可以包括以處於或低於大氣壓力傳輸的新鮮空氣、再循環排氣(LP-EGR)或二者混合。類似地，沿第二進氣道輸送的第二空氣充氣可以包括增壓壓力或壓縮機壓力傳輸的新鮮空氣、再循環排氣(HP-EGR)或二者混合。在這裡參考圖6可以進一步想到可以沿第一和第二進氣道被輸送給汽缸的第一和第二空氣充氣的各種組合。在步驟406，可以基於理想空氣充氣來確定第一和第二 EGR閥的設定。例如，基於理想空氣充氣，第一 EGR通道內的第一 EGR閥可被打開一定量從而使得第一量的排氣從第一排氣道再循環到第一進氣道。這裡，第一量的排氣可以處於第一較低壓力(例如處於或低於大氣壓力)從而提供LP-EGR。作為另一示例，基於理想空氣充氣，第二單獨EGR通道內的第二 EGR閥可被打開一定量從而使得第二量的排氣從單獨的第二排氣道再循環到單獨的第二進氣道。如上說明的，第二排氣道可以被設置成與第一排氣道並行，第二進氣道可以設置成與第一進氣道並行，並且第二 EGR通道可以設置成與第一 EGR通道並行，雖然所有通道均可彼此分離。這裡，第二量的排氣可以處於第二較高壓力(例如處於增壓或壓縮機壓力)從而提供ΗΡ-EGR。具體地第二 EGR閥可被打開以將第二量的排氣從聯接至第二排氣道的渦輪增壓器渦輪機上遊輸送至聯接至第二進氣道的渦輪增壓器壓縮機下遊。在步驟408，基於理想空氣充氣，可以確定通過聯接到第一進氣道的第一進氣門向汽缸輸送第一空氣充氣的第一進氣門正時以及通過聯接到第二進氣道的第二進氣門向汽缸輸送第二空氣充氣的第二進氣門正時。在一個示例中，其中第一進氣門和第二進氣門被聯接到進氣門致動器，則進氣門致動器的氣門相位可以被調節成在第一進氣門正時打開第一進氣門並且在第二進氣門正時打開第二進氣門。基於發動機工況，第一進氣門正時可以相對於第二進氣門正時被調節。具體地，第一正時可以被調節成在發動機循環中早於第二正時。例如，如圖5所示，第一進氣門正時可以在進氣衝程中較早(即更靠近進氣衝程TDC)，而第二正時可以在相同進氣衝程中較晚(即更遠離進氣衝程TDC)。除了第一和第二進氣門正時之外，還可以確定每個進氣門的氣門升程以及進氣門打開持續時間。可以因此調節進氣門致動器的氣門相位。在一個示例中，第一進氣門可被打開第一量的氣門升程，而第二進氣門可被打開不同的第二量的氣門升程。例如，如圖5所示，第一進氣門的氣門升程的第一量可以小於第二進氣門的氣門升程的第二量。在另一示例中，第一進氣門可以打開第一持續時間，而第二進氣門可以打開不同的第二持續時間。例如，如圖5所示，第一進氣門可以被打開比第二進氣門更少的持續時間。以相同方式，可以確定聯接到第一排氣道的第一排氣門的第一排氣門正時以及聯接到第二排氣道的第二排氣門的第二排氣門正時。在一個示例中，其中第一排氣門和第二排氣門被聯接至排氣門致動器，則排氣門致動器的氣門相位可以被調節成在第一排氣門正時打開第一排氣門並且在第二排氣門正時打開第二排氣門。可以基於發動機工況來選擇第一排氣門正時和第二排氣門正時。在一個示例中，如圖5所示，可以在公共排氣門正時打開第一和第二排氣門。可替代地，它們可以錯開。進氣和排氣門致動器的氣門相位還可以被調節成使得排氣門事件的正時與進氣門事件的正時相協調。具體地，第一進氣門的第一進氣門正時可以基於第一排氣門的第一排氣門正時(例如第一進氣門正時可以從第一排氣門正時延遲一預定量)，而第二進氣門的進氣門正時可以基於第二排氣門的第二排氣門正時(例如第二進氣門正時可以從第二排氣門正時延遲一預定量)。
在步驟410，基於理想空氣充氣和發動機工況，可以確定聯接至每個進氣道的空氣進氣節氣門的設定。此外，可以確定燃料噴射器設定(例如正時、噴射量、打開持續時間等)以及渦輪增壓器設定。例如可以基於理想增壓量(例如基於理想的增壓空氣充氣的量)來確定聯接到第二進氣道的渦輪增壓器的壓縮機設定。在步驟412，基於確定的EGR閥設定，第一和第二 EGR閥可以被打開。具體地，程序包括打開第一 EGR通道內的第一 EGR閥從而將處於或低於大氣壓力的第一量的排氣從第一排氣道再循環到第一進氣道。程序還包括打開第二 EGR通道內的第二 EGR閥從而將處於壓縮機壓力(即，增壓壓力)的第二量的排氣從渦輪增壓器渦輪機上遊的第二排氣道再循環到渦輪增壓器壓縮機下遊的第二進氣道。在步驟414，程序包括在第一進氣門正時打開第一進氣道的第一進氣門從而將處於或低於大氣壓力的第一(未增壓)空氣充氣輸送到汽缸。在步驟416,程序包括在第二進氣門正時打開第二進氣道的第二進氣門從而將處於壓縮機壓力的第二(增壓)空氣充氣輸
送到汽缸。這樣，提供第二增壓空氣充氣包括根據確定的增壓設定來操作聯接到第二進氣道(但未聯接到第一進氣道)的渦輪增壓器壓縮機。如參考圖6進一步示出的，第一和第二空氣充氣可以包括處於變化壓力的新鮮空氣和再循環排氣的各種組合。例如，輸送到汽缸的第一空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力的第一量的新鮮進氣空氣和第一量的再循環排氣(LP-EGR)，而輸送到汽缸的第二空氣充氣可以包括處於增壓壓力的第二量的新鮮進氣空氣和第二量的再循環排氣(HP-EGR)。在步驟418，程序包括直接噴射一定量的燃料到汽缸內，並且在汽缸內使得第一空氣充氣混合於第二空氣充氣和被噴射燃料。被噴射燃料以及第一和第二空氣充氣的混合物之後可以在汽缸內燃燒。在一個示例中，其中第一進氣空氣充氣僅包括再循環排氣並且第二進氣空氣充氣僅包括新鮮空氣，則新鮮空氣和EGR可以沿單獨的進氣道被單獨地輸送到汽缸，並且之後在汽缸內空氣充氣可以被初次混合。之後，混合的空氣充氣可以在汽缸內進一步與被噴射燃料混合併且燃燒。在另一示例中，其中第一進氣空氣充氣僅包括LP-EGR並且第二進氣空氣充氣僅包括HP-EGR，則不同壓力的再循環排氣可以沿單獨的進氣道被單獨地輸送到汽缸，並且之後在汽缸內初次混合。類似地，在第一進氣空氣充氣包括處於或低於環境壓力的新鮮進氣空氣並且第二進氣空氣充氣包括增壓新鮮進氣空氣的示例中，不同壓力的新鮮空氣可以沿單獨的進氣道被單獨地輸送到汽缸，並且之後在汽缸內初次混合。在又一示例中，其中第一空氣進氣和第二空氣進氣中的每個都包括至少一些新鮮空氣和至少一些再循環排氣，則第一量的LP-EGR可以在第一進氣道內與處於或低於大氣壓力的第一量的新鮮空氣空氣相混合從而形成第一空氣充氣，而第二量的HP-EGR可以在第二進氣道內與第二量的增壓新鮮進氣空氣相混合從而形成第二空氣充氣。之後每個空氣充氣都被單獨地輸送到發動機汽缸內並且在汽缸內初次混合而不是在進氣道內更早地混合。之後，空氣充氣的混合物與被噴射燃料在汽缸內混合併燃燒。以此方式，不同的空氣充氣可以被單獨地輸送但是在汽缸內完全混合從而提供均質汽缸空氣充氣。通過允許在汽缸內發生空氣充氣的均質化，可以提高發動機性能和EGR的益處。通過相對於第二進氣門的第二正時以及第一和第二排氣門的正時調節第一進氣門的第一正時，不同空氣充氣可以在不同時間被輸送不過可以在汽缸內混合從而提供均質的最終汽缸空氣充氣。
現在轉向圖5，映射圖500示出了相對於活塞位置的發動機汽缸的示例性進氣門正時和排氣門正時，該汽缸被構造成通過第一進氣門從第一進氣道接收第一進氣空氣充氣、通過不同的第二進氣門從單獨的第二進氣道接收第二進氣空氣充氣，並且將汽缸燃燒產物通過第一排氣門排放到每個第一排氣道內並且通過第二排氣門排放到不同的第二排氣道內。通過相對於第二進氣門的第二正時以及第一和第二排氣門的正時調節第一進氣門的第一正時，不同空氣充氣可以在不同時間被輸送以便提供一些分層，不過可以在汽缸內混合從而提供均質的最終汽缸空氣充氣。映射圖500沿X軸線示出了以曲軸角度(CAD)表示的發動機位置。曲線502參考其距上止點(TDC)和/或下止點(BDC)的位置並且進一步參考其在發動機循環的四衝程(進氣、壓縮、做功和排氣)中的位置(沿y軸線)示出了活塞位置。在發動機運行期間，每個汽缸一般經歷四衝程循環，該循環包括進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。在進氣衝程期間，一般地，排氣門關閉並且進氣門打開。空氣經由對應的進氣道被引入到汽缸內，並且汽缸活塞移至汽缸的底部，以便增大汽缸內的容積。
活塞在汽缸的底部附近並且在其衝程的末端(即，當燃燒室處於其最大容積)時的位置一般被本領域的技術人員稱作下止點(BDC)。在壓縮衝程期間，進氣門和排氣門關閉。活塞移向汽缸蓋以便壓縮燃燒室內的空氣。活塞在其衝程的末端並且最接近汽缸蓋時(例如，當燃燒室處於其最小容器時)的點一般被本領域的技術人員稱作上止點(TDC)。在以下被稱作噴射的過程中，燃料被弓I入燃燒室內。在以下被稱作點火的過程中，被噴射的燃料通過公知的點火裝置(例如火花塞)而被點火，從而導致燃燒。在膨脹衝程期間，膨脹的氣體將活塞推回到BDC0曲軸將該活塞的運動轉換為旋轉軸的旋轉扭矩。在排氣衝程期間，排氣門打開以釋放殘餘的燃燒的空-燃混合物至對應的排氣道並且活塞返回至TDC。曲線504示出了聯接到發動機汽缸的第一進氣道的第一進氣門(Int_l)的第一進氣門正時、升程和持續時間，而曲線506示出了聯接到發動機汽缸的第二進氣道的第二進氣門(Int_2)的第二進氣門正時、升程和持續時間。曲線508a和508b示出了聯接到發動機汽缸的第二排氣道的第二排氣門(Exh_2)的第二進氣門正時、升程和持續時間，而曲線510a和510b示出聯接到發動機汽缸的第一排氣道的第一排氣門(Exh_l)的第一排氣門正時、升程和持續時間。如上詳述，第一和第二進氣道可以彼此分離但並行設置。類似地，第一和第二排氣道可以彼此分離但並行設置。此外第一進氣道可以經由第一 EGR通道連通地聯接到第一排氣道，而第二進氣道可以經由第二 EGR通道連通地聯接到第二排氣道。在所示示例中，第一進氣門在第一正時打開(曲線502)，該第一正時在發動機循環中早於第二進氣門打開時的第二正時(曲線504)。具體地，第一進氣門的第一正時更接近進氣衝程TDC，恰在CAD 2之前(例如處於或恰早於進氣衝程TDC)。相比之下，第二進氣門的第二正時從進氣衝程TDC延後，在CAD 2之後但在CAD 3之前。以此方式，第一進氣門可以在開始進氣衝程時或之前打開並且可以在進氣衝程結束之前關閉，而第二進氣門可以在開始進氣衝程之後打開並且可以保持打開至少直到後續壓縮衝程已經開始。此外，第一進氣門可以在第一正時打開第一較小量的氣門升程LI，而第二進氣門可以在第二正時打開第二較大量的氣門升程L2。此外，第一進氣門可以在第一正時打開第一較短持續時間D1，而第二進氣門可以在第二正時打開第二較長持續時間D2。在一個示例中，其中第一和第二進氣門被聯接到進氣門致動器，則致動器的氣門相位可以被調節成在第一正時打開第一進氣門而在第二正時打開第二進氣門。致動器的氣門相位還可以被調節成使得以第一量的氣門升程將第一進氣門打開第一持續時間而以不同的第二量的氣門升程將第二進氣門打開第二持續時間。雖然所示示例針對不同進氣門描述了不同的正時、升程和持續時間，不過將意識到在替代性實施例中，進氣門可以具有相同量的氣門升程和/或相同的打開持續時間但以錯開的正時打開。現在轉向排氣門，曲線508a和510a示出了排氣門正時的第一示例，其中第一和第二排氣門(Exh_l，Exh_2) 二者在公共正時被打開，即基本開始於排氣衝程BDC，在CAD I處或附近，並且基本結束於排氣衝程TDC，在CAD 2處或附近。具體地，在這個示例中，第一和第二排氣門可以在排氣衝程內操作。此外，在這個示例中，第一和第二排氣門二者均打開相同量的升程L3並且具有相同持續時間D3。在所示示例中，升程L3可以具有小於進氣門的升程L2但大於進氣門升程LI的值。在一個示例中，升程L3可以具有等於升程LI和L2的均值或平均的值。曲線508b和510b示出了排氣門正時的第二示例，其中第一和第二排氣門的正時
錯開。具體地，第二排氣門的打開更靠近(或處於)做功(或膨脹)衝程BDC，處於或恰早於CADl (例如處於或恰早於做功衝程BDC)，而第一排氣門的正時延遲於做功衝程BDC，在CADl之後但在CAD2之前。以此方式，第二排氣門的打開可以處於或早於排氣衝程的開始，恰在活塞在做功衝程末端處觸底，並且可以在排氣衝程結束之前關閉。相比之下，第一排氣門可以在排氣衝程開始之後打開並且可保持打開至少直到後續進氣衝程已經開始。此外，第二排氣門可以打開第二較小量的氣門升程L4，而第一排氣門打開第一較大量的氣門升程L5。此外，第二排氣門可以打開第二較短持續時間D4，而第一排氣門打開第一較長持續時間D5。在所示示例中，第一排氣門正時在發動機循環中遲於第二排氣門正時。不過在替代性實施例中，例如在喘振情況期間，第一排氣門正時可以在發動機循環中早於第二排氣門正時。在一個示例中，第二排氣門的凸輪廓線能夠被調節成在膨脹衝程BDC打開和關閉第二排氣門並且將汽缸的吹送氣體選擇性排放到第二排氣道內。另一方面，第一排氣門的凸輪廓線能夠被調節成在膨脹衝程BDC之後打開排氣門並且將汽缸的剩餘殘存氣體選擇性排放到第一排氣道內。在一個示例中，其中第一和第二排氣門被聯接到排氣門致動器，則致動器的氣門相位可以被調節成在第一正時打開第一排氣門而在(相同的或不同的)第二正時打開第二排氣門。致動器的氣門相位還可以被調節成以第一量的氣門升程打開第一排氣門並且打開第一持續時間而以(相同的或不同的)第二量的氣門升程打開第二排氣門並且打開(相同的或不同的)第二持續時間。例如，進氣門致動器的氣門相位可以基於排氣門致動器的氣門相位被調節從而使得錯開的進氣門正時(如曲線504、506所示)與錯開的排氣門正時(如曲線508b,510b所示)相協調。此外，進氣門正時和排氣門正時的重疊量可以被調節成調節提供給汽缸的EGR的量。在又一些示例中，兩個排氣門可以同時打開從而提供類似廢氣門的行為。類似地，兩個進氣門可以同時打開從而提供類似壓縮機旁通閥的行為。以相同方式，排氣門之間的氣門重疊量可以基於理想廢氣門被調節，並且進氣門之間的氣門重疊量可以基於理想壓縮機旁通被調節。以此方式，使用不同的排氣門正時，通過使得較高壓力時釋放的排氣(例如在汽缸活塞達到下止點膨脹衝程的時間之前膨脹汽缸內的吹送排氣)分離於較低壓力時釋放的排氣(例如在吹送之後保留在汽缸內的殘餘排氣)，能夠增加發動機效率且同時減少發動機排放。具體地，排氣能量能夠從吹送排氣被轉移到兩個排氣道之一從而運轉渦輪增壓器渦輪機(其進而驅動渦輪增壓器壓縮機)或提供較高壓力的EGR。基本同時地，殘餘氣體可以被引導到兩個排氣道中的另一排氣道從而加熱催化劑，因而減少發動機排放，或者從而提供較低壓力的EGR。以此方式，與簡單 地通過單個公共排氣口向渦輪增壓器渦輪機弓I導汽缸的所有排氣相比，能夠更有效率地使用排氣。這樣，可以實現多個優點。例如，能夠提高被供應到渦輪增壓器的平均排氣壓力從而提高渦輪增壓器輸出。此外，通過減少發動機暖機時間，可以提高燃料經濟性並且可以減少顆粒排放。此外，方法能夠減少發動機排放，這是因為至少一部分汽缸排氣被直接從汽缸引導到催化劑。現在參考圖6示出通過第一和第二進氣道被輸送到汽缸的進氣空氣充氣的各種示例。具體地，表格600列出了通過第一進氣門沿第一進氣道在第一較早進氣門正時被輸送到汽缸的第一空氣充氣與通過單獨的第二進氣門沿單獨的第二進氣道在第二較遲進氣門正時被輸送到汽缸的第二空氣充氣的示例性組合。這樣，第一和第二空氣充氣可以被單獨地輸送並且之後在汽缸內彼此(初次)混合且與直接噴射的燃料混合，之後混合物燃燒。在一個示例中，在第一條件(ConcLl)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括被自然吸入的處於或低於大氣壓力的新鮮進氣空氣。同時，第二進氣空氣充氣可以包括沿第二進氣道被輸送的處於壓縮機壓力的增壓新鮮進氣空氣。這裡，通過經由單獨的進氣道向發動機汽缸提供自然吸入的新鮮進氣空氣和增壓新鮮進氣空氣，進氣空氣充氣的自然吸入部分能夠被引入而不消耗(渦輪增壓器的)壓縮功且同時僅進氣空氣充氣的增壓部分需要被壓縮。以此方式，有利地實現了熱效率增益。在另一示例中，在第二條件(Cond_2)期間，沿第一進氣道提供的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力的至少一些再循環排氣。即，低壓-EGR可以從第一排氣道被再循環到第一進氣道。同時，第二進氣空氣充氣可以包括沿第二進氣道被輸送的處於壓縮機壓力增壓新鮮進氣空氣。這裡，通過經由單獨的進氣道提供低壓EGR和增壓新鮮進氣空氣，LP-EGR可以保持於壓縮空氣路徑之外。這提供了多個優點。首先，渦輪增壓器的壓縮功不被耗費來輸送EGR0因此，提高了渦輪增壓器的壓縮效率。其次，通過保持LP-EGR遠離渦輪增壓器壓縮機，減少了壓縮機由於EGR堵塞和汙染相關的問題。第三，因為不使用EGR稀釋增壓新鮮進氣空氣充氣，所以實現了溫度優點，即不需要充氣空氣冷卻器運轉來降低進氣空氣充氣的溫度。第四，通過使得增壓進氣空氣充氣分離於基於EGR的進氣空氣充氣，能夠減小增壓控制延遲和EGR控制延遲二者，從而提供協同優點。最後，通過將總空氣充氣劃分為通過自然吸入進氣道輸送的一部分(即未被增壓的一部分)以及通過壓縮機被輸送的一部分，減小了壓縮機所需的壓縮功，從而提供了熱力學效率優點。這樣，這可以使得由較小渦輪增壓器(具有較小壓縮機和/或渦輪)提供相同的壓縮而不會損害增壓效率且同時減少渦輪遲滯。作為另一示例，在第三條件(Cond_3)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力的再循環排氣和被自然吸入的新鮮進氣空氣的混合物。因此，第一量的LP-EGR可以在處於或低於BP與第一量新鮮進氣空氣混合且經由第一進氣道被輸送到汽缸。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的新鮮進氣空氣。這裡，如上一示例(在Cond_2期間)，通過經由與包括壓縮機的進氣道分離的進氣道提供至少一些EGR能夠減少壓縮機堵塞，能夠減少渦輪增壓器和EGR控制延遲，能夠提高渦輪增壓器效率，並且增壓和EGR優點能夠擴展到更廣的發動機工作範圍。在又一示例中，在第四條件(Cond_4)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力的至少一些再循環排氣。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的至少一些再循環排氣。即，LP-EGR可以通過第一進氣道被提供而HP-EGR通過第二進氣道被提供。這裡，通過經由單獨的進氣道向發動機汽缸提供LP-EGR和HP-EGR，排氣再循環的優勢能夠被擴展至更廣泛的發動機轉速和/或負載條件。此外，可以獨立地控制LP-EGR和HP-EGR。在另一示例中，在第五條件(Cond_5)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力被自然吸入的新鮮進氣空氣。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的至少一些再循環排氣。即，高壓-EGR (HP-EGR)可以從渦輪增壓器渦輪機上遊的第二排氣道被再循環到渦輪增壓器壓縮機下遊的第二進氣道。這裡，通過經由單獨的進氣道向發動機汽缸提供自然吸入的新鮮進氣空氣和增壓EGR，能夠減少使
用EGR對進氣空氣稀釋。在又一示例中，在第六條件(Cond_6)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力再循環排氣和被自然吸入的新鮮進氣空氣的混合物。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的至少一些再循環排氣。因此，第一量的LP-EGR可以在處於或低於BP與第一量的新鮮進氣空氣混合併且經由第一進氣道被輸送到汽缸，而HP-EGR經由第二進氣道被輸送到汽缸。這裡，如前述示例(Cond_4)，通過經由單獨的進氣道提供LP-EGR和HP-EGR，排氣再循環的益處能夠擴展至更廣泛的發動機轉速和/或負載條件。作為又一示例，在第七條件(Cond_7)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括處於或低於大氣壓力的至少一些再循環排氣。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的再循環排氣和新鮮進氣空氣的混合物。因此，第二量的HP-EGR可以在壓縮機壓力與第二量的新鮮進氣空氣混合併且經由第二進氣道被輸送到汽缸，而LP-EGR經由第一進氣道被輸送到汽缸。這裡，如前述示例(Cond_4和Cond_6)，通過經由單獨的進氣道提供LP-EGR和HP-EGR，排氣再循環的益處能夠擴展至更廣泛的發動機轉速和/或負載條件。作為又一示例，在第八條件(Cond_8)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括在處於或低於大氣壓力再循環排氣和被自然吸入的新鮮空氣的混合物。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的再循環排氣和新鮮進氣空氣的混合物。因此，第一量的LP-EGR可以在處於或低於BP時與第一量的新鮮進氣空氣混合併且經由第一進氣道被輸送到汽缸，而第二量的HP-EGR可以在壓縮機壓力與第二量的新鮮進氣空氣混合併且經由第二進氣道被輸送至汽缸。這裡，通過經由不同的進氣道使得向汽缸提供的處於較低第一壓力的第一空氣充氣分離於向汽缸提供的處於較高第二壓力的第二空氣充氣，可以在廣泛的工況使用EGR和增壓且同時允許更好地控制EGR和增壓。作為另一示例，在第九條件(Cond_9)期間，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以包括在處於或低於大氣壓力被自然吸入的新鮮進氣空氣。同時，第二進氣空氣充氣可以包括處於壓縮機壓力的再循環排氣和至少一些新鮮進氣空氣的混合物。因此，第二量的HP-EGR可以在壓縮機壓力與第二量的新鮮進氣空氣混合併且經由第二進氣道被輸送到汽缸，而自然吸入的新鮮進氣經由第一進氣道被輸送到汽缸。這裡，通過經由不同的進氣道提供增壓進氣空氣充氣和自然吸入的進氣空氣充氣，自然吸入的進氣空氣充氣能夠被引入而不耗費壓縮功且同時僅將渦輪增壓器的壓縮功消耗在增壓進氣空氣充氣上。現在轉向圖7，描述了用於減小渦輪遲滯的示例性程序700。具體地，程序示出了在踩加速器踏板事件期間使得第一進氣道的進氣空氣節氣門操作與第二進氣道中的渦輪增壓器操作相協調從而減小渦輪遲滯。通過減小渦輪遲滯，能夠增加渦輪增壓器效率並且能夠提高發動機性能。圖8藉助於映射圖800示出了在踩加速器踏板期間的示例性節氣門-EGR閥調節，如圖7程序。在步驟702，程序包括確認踩加速器踏板事件。在一個示例中，可以響應駕駛員踩(或下壓)加速器踏板超出閾值位置來確認踩加速器踏板事件。在另一示例中，可以響應高於閾值的駕駛員扭矩要求來確認踩加速器踏板事件。這樣，在踩加速器踏板事件之前，每個發動機汽缸均已經通過第一進氣道接收了一定量的再循環排氣(具體地，LP-EGR)，而經由單獨但並行的第二進氣道接收新鮮進氣空氣。排氣可以已經在較低壓力從在第一空氣進氣節氣門下遊、與第一進氣道連通地聯接的第一排氣道經由包括第一 EGR閥的第一 EGR通道被再循環。響應踩加速器踏板事件，在步驟704，程序包括增加新鮮進氣空氣的量而減少經由第一進氣道被輸送到汽缸的再循環排氣的量。具體地，程序包括打開第一進氣道內的第一空氣進氣節氣門(或增加其打開量)從而增加通過第一進氣道被引入到汽缸內的新鮮進氣空氣的量，而閉合被聯接在第一進氣道和第一排氣道之間的第一 EGR通道內的第一 EGR閥(或減小其打開量)從而減少通過第一進氣道再循環的排氣的量。當調節第一進氣道內的空氣進氣節氣門和EGR閥時，在步驟706，程序還包括在踩加速器踏板期間，操作與第二進氣道聯接的渦輪增壓器壓縮機從而增加經由第二進氣道被輸送到汽缸的增壓新鮮進氣空氣的量。具體地，發動機控制器可以開始渦輪增壓器壓縮機的操作且同時打開在壓縮機下遊被聯接在第二進氣道內的第二空氣進氣節氣門(或增加其打開量)從而增加被輸送到汽缸的增壓新鮮進氣空氣的量。控制器還可以關閉被聯接在第二進氣道和第二排氣道之間的第二 EGR通道內所包括的第二 EGR閥(或減小其打開量)從而減少通過第二進氣道再循環的較高壓力排氣的量。在一個示例中，可以基於壓縮機速度曲線以一定曲線逐漸打開第一空氣進氣節氣門且逐漸關閉第一 EGR閥。第一和第二空氣進氣節氣門以及第一和第二 EGR閥的調節可以持續一時間段，該持續時間段對應於壓縮機達到閾值速度之前的時間段。在一個示例中，閾值速度可以對應於超過其外會減小渦輪遲滯的速度，例如壓縮機的壓力輸出大於給定發動機工況下的環境(或大氣)壓力時的速度。在步驟708，可以確認壓縮機速度是否已經達到閾值速度。可替代地，(例如通過使用計時器)可以確認對應於壓縮機獲得閾值速度之前的時間段的預定時間段是否已經流逝。如果否，則在步驟710，程序可以保持第一進氣空氣節氣門打開且保持第一 EGR閥關閉且同時操作壓縮機。相比之下，如果壓縮機速度已經達到閾值速度，或者如果預定時間段已經逝去，則在步驟712，在該時間段已經逝去之後，程序包括減少經由第一進氣道被輸送到汽缸的新鮮進氣空氣的量且同時增加經由第一進氣道被輸送到汽缸的再循環排氣的量。具體地，程序包括關閉第一進氣道內的第一空氣進氣節氣門(或減小其打開量)從而減小通過第一進氣道被引入到汽缸內的新鮮進氣空氣的量，且同時打開被連接在第一進氣道和第一排氣道之間的第一 EGR通道內的第一 EGR閥(或增加其打開量)從而增加通過第一進氣道再循環的排氣的量。在一個示例中，可以基於壓縮機速度曲線以一定曲線逐漸關閉第一空氣進氣節氣門且逐漸打開第一 EGR閥。以此方式，可以經由第一進氣道向汽缸填充新鮮進氣空氣且同時壓縮機被加速到第二進氣道內的速度以致當壓縮機處於理想增壓速度時汽缸可以已經被新鮮進氣空氣填充。換言之，在壓縮機處於增壓壓力時，增壓新鮮進氣空氣可以經由第二進氣道被提供給汽缸且同時額外新鮮空氣經由第一進氣道被提供給汽缸。因而，由於在增壓新鮮空氣能夠被引入到汽缸內之前等待壓縮機達到速度所導致的渦輪遲滯可以被減小。之後，當壓縮機已經達到理想速度，則EGR能夠通過第一和第二進氣道(具體地LP-EGR經由第一進氣道且HP-EGR經由第二進氣道)被逐步採用從而除增壓益處外還提供EGR益處。通過減小渦輪遲滯，提高了渦輪增壓器效率並且增加了發動機性能。通過一起提供增壓益處和EGR益處，能夠實現發動機性能的協同改進。通過圖8的示例進一步明確了圖7的步驟。映射圖800在繪圖802處示出了發動機運行期間的發動機扭矩輸出。在繪圖804示出了渦輪增壓器壓縮機速度的對應變化。繪圖810和812分別示出了與第一進氣道聯接的第一空氣進氣節氣門和第一 EGR閥的位置變化，而繪圖806和808分別示出了與第二進氣道聯接的第二空氣進氣節氣門和第二 EGR閥的位置變化。這樣，僅第二進氣道可以包括渦輪增壓器壓縮機。繪圖818和820處示出了由於調節第一 EGR閥和節氣門所導致的、通過第一進氣道被輸送到汽缸的第一空氣充氣(Air_Int_l)的成分變化，而繪圖814和816處示出了由於調節第二 EGR閥和節氣門所導致的、通過第二進氣道被輸送到汽缸的第二空氣充氣(Air_Int_2)的成分變化。在繪圖822和繪圖824處分別示出淨汽缸空氣充氣(Cyl_aircharge)中的變化。在繪圖814-824中的每一個中，實線代表空氣充氣的新鮮空氣組分，而虛線代表空氣充氣的EGR組分。在tl之前，基於發動機工況，可以要求較小扭矩。這裡，對應於較小扭矩輸出的淨汽缸空氣充氣可以包括相對較大量的EGR (繪圖824中的虛線)和相對較小量的新鮮空氣(繪圖822中的實線)。通過在小負載條件下使用EGR，可以實現燃料經濟性益處和排放減小的益處。可以通過使得沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣與沿第二進氣道被輸送的第二進氣空氣充氣相混合提供在tl之前被輸送到汽缸的淨汽缸空氣充氣。具體地，第一進氣空氣充氣可以包括通過打開第一 EGR閥(繪圖812)和第二進氣節氣門(繪圖810)相應的量所提供的處於或低於大氣壓力(即LP-EGR)的較大量的再循環排氣(繪圖820)以及較小量的自然吸入的新鮮空氣(繪圖818)。相比之下，第二進氣空氣充氣可以包括通過打開第二進氣節氣門(繪圖806)且同時關閉第二 EGR閥(繪圖808)所提供的新鮮空氣(繪圖814中的實線)且基本沒有EGR (繪圖816中的虛線)。在tl，可以發生踩加速器踏板事件，從而導致較大扭矩要求。例如，可以響應於車輛操作者將加速器踏板下壓超過閾值位置來要求較大扭矩輸出。響應踩加速器踏板事件，壓縮機(繪圖804)可以被操作成提供增壓進氣空氣充氣，而第二進氣節氣門(繪圖806)被打開(例如完全打開)從而將增壓新鮮空氣引到汽缸內。不過，在壓縮機達到閾值速度之前增壓空氣充氣會不可用，從而導致渦輪遲滯。為了減小渦輪遲滯，在壓縮機在第二進氣道內加速的同時，沿第一進氣道被輸送的第一進氣空氣充氣可以被臨時調節從而增壓新鮮進氣空氣部分且同時減小EGR部分(繪圖808-820)。具體地，第一 EGR閥(繪圖812)可以被關閉且同時第一進氣節氣門(繪圖810)被完全打開從而增加被引到汽缸內的自然吸入的新鮮空氣的量且同時減小輸送到汽缸的LP-EGR的量。在t2，當壓縮機處於或高於理想閾值速度時，增壓新鮮進氣空氣充氣可以沿第二進氣道被輸送到汽缸(繪圖814)。此時，可以通過逐漸關閉第一進氣節氣門(繪圖810)來減小沿第一進氣道被輸送的新鮮空氣的量，且同時通過打開第一 EGR閥(繪圖812)來逐漸恢復LP-EGR。以此方式，當壓縮機在一個進氣道內加速時，新鮮空氣能夠通過另一進氣道被引入汽缸內從而稀釋汽缸內已經存在的任何EGR。因而，當壓縮機已經被加速，在第二進氣道內的被引入新鮮空氣能夠被壓縮從而滿足較大扭矩要求。此外，當壓縮機已經被加速，壓縮機可以被用於通過一個進氣道引入增壓新鮮空氣而LP-EGR通過另一進氣道被並行輸送到發動機汽缸。以此方式，能夠減小渦輪遲滯且同時提供除增壓益處之外的EGR益處。將意識到在其他實施例中，可以通過關閉EGR閥、停用第一排氣門以及完全打開第二排氣門來額外地或可選地減小渦輪遲滯。之後，如果需要EGR，則一個或更多個EGR閥
可以被打開從而提供所需EGR，如上文808和812所示。現在轉向圖9，示出用於基於發動機工況來調節EGR冷卻器的操作的示例性程序900。具體地，程序使得位於EGR通道和進氣道接合處(例如第一 EGR通道和第一進氣道的接合處)的EGR冷卻器能夠被用於在一些條件下冷卻(例如經由第一進氣道)被輸送到汽缸的進氣空氣充氣而使得EGR冷卻器在其他條件下能夠加熱進氣空氣充氣。在步驟902，可以估計和/或測量發動機工況。這些可以包括例如環境溫度和壓力、發動機溫度、發動機轉速、曲軸速度、變速器速度、電池充電狀態、可用燃料、燃料醇含量、催化劑溫度、駕駛員要求的扭矩等。在904處，可以確定是否需要加熱進氣空氣充氣。在一個示例中，當發動機不被爆震限制時可以需要加熱進氣空氣充氣。例如，如果預測到沒有爆震，則進氣空氣充氣可以被加熱從而降低發動機泵送功並且提高燃料經濟性。如果請求加熱，則在步驟906，可以確認加熱條件。具體地可以確認是否存在能夠操作EGR冷卻器作為加熱器來加熱進氣空氣充氣的所有條件。例如，當EGR冷卻器是基於液體冷卻劑的冷卻器時，可以確認冷卻劑溫度高於進氣空氣溫度。此外可以確認不存在爆震條件(即，沒有發生或預測到爆震)。如果滿足所有加熱條件，則在步驟908，程序包括關閉第一EGR閥且同時打開第一進氣道內的第一進氣節氣門從而使用第一EGR冷卻器來加熱沿第一進氣道被引到汽缸內的進氣空氣充氣。以此方式，在被引入到汽缸內之前能夠加熱沿第一進氣道被輸送的進氣空氣充氣，從而減小發動機泵送損失並提高發動機效率。這樣，如果加熱條件中的任意或所有條件沒有被滿足，則控制器可以確定此時EGR冷卻器不能被操作作為空氣充氣加熱器。並且程序可以結束。如果在步驟904不需要加熱進氣空氣充氣，則在步驟910可以確定是否需要冷卻進氣空氣充氣。在一個示例中，冷卻可以用於降低被輸送到汽缸的EGR的溫度。被冷卻的EGR可以減少汽缸爆震且同時還提供燃料經濟性和NOx降低的益處。如果不需要冷卻，則程序可以結束。如果需要冷卻，則在步驟912，可以確認冷卻條件。具體地，可以確定是否存在能夠操作EGR冷卻器來冷卻進氣空氣充氣的所有條件。例如，可以確認冷卻將不會導致在壓縮機上冷凝。如果滿足所有冷卻條件，則在步驟914，程序包括打開第二進氣道內的第二EGR閥且同時關閉第二進氣道內的第二進氣節氣門從而通過使用第二 EGR冷卻器來冷卻沿第二進氣道被弓I到汽缸內的進氣空氣充氣中的EGR。此外或可選地，程序可以包括打開第一進氣道內的第一 EGR閥且同時關閉第一進氣道內的第一進氣節氣門從而通過使用第一 EGR冷卻器來冷卻沿第一進氣道被弓I到汽缸內的進氣空氣充氣中的EGR。以此方式，進氣空氣充氣可以被引到汽缸內之前被冷卻，並且可以實現對EGR的溫度控制。這樣，如果冷卻條件中的任意或全部條件未被滿足，則控制器可以確定EGR冷卻器此時不能操作作為空氣充氣冷卻器，並且程序可以結束。在一個示例中，加熱進氣空氣充氣可以包括僅加熱被輸送到汽缸的EGR。例如，當EGR冷卻器位於再循環通道(或EGR通道)內時(如圖I-圖2所示)，EGR閥可以被打開並且EGR冷卻器能夠被操作作為加熱器來加熱EGR並且在輸送到汽缸之前在進氣道內將被加熱的EGR與冷卻器新鮮進氣空氣相混合。可替代地，如果EGR冷卻器位於EGR通道和進氣通道的接合處，則加熱進氣空氣充氣可以包括加熱被輸送到汽缸的新鮮進氣空氣和/或EGR。
例如，EGR閥可以關閉且同時EGR冷卻器被操作作為加熱器從而在被輸送到汽缸之前加熱新鮮進氣空氣。可替代地，EGR閥可以被打開並且EGR冷卻器可以被操作作為加熱器從而加熱新鮮空氣和EGR，被加熱的EGR和被加熱的新鮮空氣在被輸送到汽缸之前在進氣道內被混合。在又一些示例中，一個EGR冷卻器可以作為冷卻器運行且另一 EGR冷卻器作為加熱器運行。例如，在第一條件期間，發動機控制器可以操作第一進氣道內的第一 EGR冷卻器以便在將排氣再循環到第一進氣道之前加熱第一量的排氣，並且在第二條件期間，控制器可以操作第一進氣道內的第一 EGR冷卻器以便在將排氣再循環到第一進氣道之前冷卻第一量的排氣。同時，在第一條件期間，發動機控制器可以操作第二進氣道內的第二 EGR冷卻器以便在將排氣再循環到第二進氣道之前冷卻第二量的排氣，而在第二條件期間，控制器可以操作第二進氣道內的第二 EGR冷卻器以便在將排氣再循環到第二進氣道之前加熱第二量的排氣。這樣，僅當壓縮機不運轉且不提供增壓時第二 EGR冷卻器可以被用作加熱器。此外，EGR冷卻器的操作可以與位於渦輪增壓器壓縮機下遊的充氣空氣冷卻器(例如圖I-圖2的充氣空氣冷卻器56)的操作相協調。例如，第一進氣道內的第一 EGR冷卻器可以被用作加熱器來經由第一進氣道向汽缸提供被加熱的進氣空氣充氣(包括新鮮進氣空氣和/或LP-EGR)。同時，第二進氣道內的壓縮機可以被操作成提供增壓進氣空氣充氣而壓縮機下遊的充氣空氣冷卻器被操作成冷卻被增壓的進氣空氣充氣。以此方式，(處於或低於大氣壓力的)被加熱的自然吸入的空氣和被冷卻的增壓空氣能夠被同時地提供給汽缸。被加熱和被冷卻的空氣充氣之後能夠在汽缸內混合和燃燒。這裡，通過結合和燃燒被單獨地且同時地輸送到汽缸的被加熱和被冷卻的空氣充氣，可以在變化的負載情況下實現基本恆定的壓縮溫度，從而提高發動機性能。以此方式，分離式發動機進氣可以與分離式發動機排氣相結合從而在不同正時向汽缸輸送不同成分和壓力的不同空氣充氣。具體地，自然吸入的空氣充氣可以分離於增壓空氣充氣被引入從而減少所需的壓縮功的量。通過減少壓縮機所需要的功的量，發動機增壓效率能夠被增加，即使使用較小渦輪增壓器仍如是。在另一實施例中，EGR可以分離於增壓新鮮進氣空氣充氣被輸送。通過保持EGR在壓縮機外，能夠減少壓縮機的堵塞和汙染且同時使得EGR控制延遲和渦輪增壓器控制延遲被減小。在另一實施例中，HP-EGR和LP-EGR可以經由單獨的通道被輸送。這裡，能夠改進總體EGR控制且同時允許EGR益處擴展到更廣泛的條件。此外，具體地當從大的汽缸空氣充氣轉變到小的汽缸空氣充氣時，能夠通過使得能夠提供未稀釋空氣的第二路徑來減小EGR對空氣的過度稀釋。總之，EGR和增壓效率可被改進以提高發動機的性能。注意的是這裡包括的示例控制和估值程序可與多種系統配置一同使用。這裡描述的具體程序可代表任意數量處理策略(例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等)中的一個或更多個。同樣，可以以所說明的順序執行、並行執行所說明的各種行為、操作或功能，或在一些情況下有所省略。同樣地，處理的順序也並非實現此處所描述的實施例的特徵和優點所必需的，而只是為了說明和描述的方便。可根據使用的具體策略，可重複執行一個或多個說明的動作、功能或操作。此外，所述的操作、功能和/或動作用圖形表示了編程入控制系統中的計算機可讀存儲介質的代碼。應當了解，此處公開的系統和方法實際上為示例性，且這些具 體實施例或示例不應理解為是限制性，因為可能存在多種變形。因此，本發明的主題包括這裡公開的多種系統與方法及其任意和全部等價物的所有新穎和非顯而易見的組合。
權利要求
1.一種操作增壓發動機的方法，包括 將處於或低於大氣壓力的至少一些再循環排氣從兩個排氣道中的一個通過第一進氣道抽吸到發動機汽缸中；以及 將處於壓縮機壓力的至少一些新鮮空氣通過與所述兩個排氣道中的另一個聯接的單獨的第二進氣道抽吸到所述汽缸中。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述第一進氣道被設置成與所述第二進氣道平行。
3.根據權利要求I所述的方法，其中所述兩個排氣道中的所述一個是第一排氣道，並且其中抽吸至少一些再循環排氣包括經由第一排氣門從所述第一排氣道抽吸一定量排氣並且經由第一進氣門將它們輸送到所述第一進氣道內；其中兩個排氣道中的所述另一個是與所述第一排氣道平行設置的單獨的第二排氣道。
4.根據權利要求3所述的方法，其中抽吸處於壓縮機壓力的至少一些新鮮空氣包括操作與所述第二進氣道聯接而不與所述第一進氣道聯接的渦輪增壓器壓縮機從而抽吸一定量的被壓縮新鮮空氣，所述渦輪增壓器壓縮機由與所述第二排氣道聯接而不與所述第一排氣道聯接的渦輪增壓器渦輪機驅動。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括，使得處於或低於大氣壓力的所述再循環排氣與處於壓縮機壓力的所述新鮮空氣在所述汽缸內混合；並且還包括，將燃料輸送到所述汽缸內的再循環排氣和新鮮空氣的混合物並且在所述汽缸內燃燒該混合物。
6.根據權利要求5所述的方法，其中抽吸處於或低於大氣壓力的再循環排氣包括在第一進氣門正時打開與所述第一進氣道聯接的所述第一進氣門，並且其中抽吸處於壓縮機壓力的新鮮空氣包括在不同的第二進氣門正時打開與所述第二進氣道聯接的第二進氣門。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述第一和第二進氣門聯接於進氣門致動器，該方法還包括調節所述進氣門致動器的氣門相位從而在所述第一進氣門正時打開所述第一氣門並且在所述第二進氣門正時打開所述第二進氣門。
8.根據權利要求7所述的方法，其中抽吸處於或低於大氣壓力的再循環排氣還包括調節排氣門致動器從而在第一排氣門正時打開與所述第一排氣道聯接的所述第一排氣門，並且其中抽吸處於壓縮機壓力的新鮮空氣包括調節所述排氣門致動器從而在不同的第二排氣門正時打開與所述第二排氣道聯接的第二排氣門。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述第一進氣門正時在發動機循環中早於所述第二進氣門正時。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述第一排氣門正時在發動機循環中遲於所述第二排氣門正時。
全文摘要
提供用於具有與分離式排氣系統聯接的分離式進氣系統的增壓發動機的方法和系統。在發動機循環的不同點處可以通過分離式進氣系統向發動機輸送具有不同成分、壓力和溫度的空氣充氣。以此方式，可以擴展增壓和EGR益處。
文檔編號F02D21/08GK102877963SQ20121024339
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月13日 優先權日2010年9月9日
發明者J·N·阿勒瑞, R·D·皮爾西弗 申請人:福特環球技術公司