用于瞬态控制的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于改善发动机系统中扭矩瞬变的方法和系统，该发动机系统配置有用于向其它发动机汽缸提供外部EGR的专用汽缸组。
【背景技术】
[0002]发动机可以配置有排气再循环(EGR)系统以使至少一些排气从发动机排气歧管转移至发动机进气歧管。通过提供期望的发动机稀释，这种系统减小发动机爆震、节流损失、汽缸内热损失以及NOx排放。因此，改善了燃料经济性，尤其是在较高水平的发动机升压下。另外，发动机已经配置有被指定用于提供外部EGR的单个汽缸(或汽缸组)。其中，来自专用汽缸组的所有排气被再循环至进气歧管。因此，这允许基本固定量的EGR在大多数工况下被提供至发动机汽缸。通过调整专用EGR汽缸组的燃料加注(例如，以富运行)，EGR成分能够被改变以包括若干种类，诸如改善发动机的EGR容限并导致燃料经济性益处的氢气。
[0003]虽然EGR在较大操作范围内的可用性提供了燃料经济性益处，但是固定的EGR比率还是减小了发动机的峰值扭矩能力。此外，催化剂加热可以被劣化，尤其是在发动机冷启动之后。
[0004]在需要EGR减小的状况期间，可以使用各种方法以减小这种专用EGR系统中的EGR比率。由Gingrich等人在US 20120204844中示出的一种示例方法使用导流阀以使排气从专用EGR汽缸转移至排气位置。通过将排气重新引导至涡轮位置，可以改善峰值扭矩输出。然而，使用导流阀可能是成本高昂的。此外，它们可能具有耐用性问题。由Boyer等人在US20140196703中示出的另一种示例方法使用排气可变气门正时以:在需要EGR时，将排气从专用EGR汽缸引导至进气，且在不需要EGR时，引导排气远离进气并朝向涡轮引导排气。在更进一步的示例中，可以通过停用到汽缸的燃料和火花而停用专用EGR汽缸。
【发明内容】
[0005]然而，本发明人在此已经认识到上述方法具有的潜在问题。作为一个示例，在排气流从专用EGR汽缸被引导至进气或重新引导至排气时的转换期间，诸如在专用EGR汽缸被重新启用或停用时，可以经历扭矩扰动。因此，减小扭矩扰动同时维持其它发动机操作参数(诸如空燃比、火花正时和凸轮正时)的精确控制可能是困难的。本发明人在此已经认识到，与常规发动机汽缸(诸如能够通过选择的燃料或气门停用而被停用的汽缸)的停用和重新启用相比，在专用EGR汽缸的停用和重新启用期间经历的瞬变可以与发动机扭矩输出具有明显更复杂的关系。这是因为除了排气从专用EGR汽缸被重新引导至涡轮前的位置之外，EGR同样被抽取自进气歧管。这导致冲突的扭矩变化，因为正被重新引导至涡轮前的位置的排气可以增加峰值扭矩，同时来自进气歧管的EGR的抽取延迟导致来自专用EGR汽缸的扭矩损失。作为一个示例，即使在来自专用EGR汽缸的排气已经被重新引导远离进气歧管且进气气流已经增加之后，由于歧管填充的延迟，仍可能存在自发动机进气道抽取EGR的相应延迟。因此，直到EGR已经被充分地抽取，否则扭矩可以低于期望扭矩。同时，涡轮增压器性能可以提高，因为排气被重新引导至涡轮前的位置。因此，可以需要节气门调整以补偿由于EGR而产生的扭矩损失和由于增加的流通过涡轮而产生的扭矩增益之间的平衡。作为另一个示例，当期望EGR且重新启用专用EGR操作时，歧管填充的相同延迟可以导致比期望的发动机稀释更低的发动机稀释，并导致扭矩偏移。因此，直到EGR已经增加至期望比率，否则可以存在扭矩不均。
[0006]在一个示例中，可以通过用于发动机的方法至少部分解决上述问题，该方法包含:转换为并转换脱离专用EGR汽缸操作，同时在相反方向上调整进气节气门和排气废气门中的每个。以此方式，在来自专用EGR汽缸的EGR增加或减小时并且在专用EGR汽缸被启用和停用时引起的扭矩瞬变能够被减小。
[0007]作为一个示例，发动机系统可以配置有单个专用EGR汽缸，用于向所有发动机汽缸提供外部EGR。在低EGR需求的状况期间，诸如当从较低的发动机负载转换至较高的发动机负载时，通过将来自专用EGR汽缸的排气转移远离EGR通道和发动机进气道并朝向排气涡轮上游的排气通道转移，发动机可以转换脱离专用EGR汽缸操作。通过重新引导排气远离EGR通道，由专用EGR汽缸提供的发动机稀释被减小。停用EGR汽缸还导致发动机输出扭矩开始减小。然后，随着进气歧管中的EGR被用完并被替换为新鲜空气，发动机输出扭矩增加。为了减小转换脱离专用EGR汽缸操作所涉及的扭矩不均，在从较低的发动机负载到较高的发动机负载的转换期间，在将来自专用EGR汽缸的排气朝向排气涡轮转换之后，进气节气门和排气废气门中的每个被调节以加速抽取来自进气歧管的残留物并以新鲜空气再填充进气歧管。当专用EGR汽缸仅在排放控制设备达到阈值温度(诸如点火温度)之后的发动机启动期间被重新启用时，可以执行节气门和废气门调整。
[0008]具体地，在转换的初始阶段期间，节气门经由过冲位置(overshoot posit1n)从对应于较低负载的初始较小开度位置移动至对应于较高负载的瞬时较大开度位置，其中在过冲位置处，节气门在最终位置打开多于需要的开度。换言之，节气门开度比需要的增加更多，且然后在返回至对应于较高负载的最终位置之前瞬时保持在多于需要的开度位置处。同时，排气废气门经由下冲位置(undershoot posit1n)从对应于较低负载的初始较大开度位置移动至对应于较高负载的瞬时较小开度位置，其中在下冲位置处，废气门在最终位置闭合多于需要的闭合度。换言之，废气门开度比需要的减小更多，且然后在返回至对应于较高负载的最终位置之前瞬时保持在多于需要的闭合位置处。在一些实施例中，火花正时和凸轮正时还可以同时被调节。例如，在转换脱离专用EGR汽缸操作期间，当进气节气门开度增加时，火花正时可以被延迟，同时进气凸轮正时可以被提前。然后，当节气门开度返回至最终位置时，火花正时可以向着MBT提前返回，同时凸轮正时可以延迟返回至对应于较高负载的正时。
[0009]以此方式，外部EGR能够通过将来自专用EGR汽缸的排气转移远离进气道而改变，同时在使用发动机驱动器调整的启用或停用期间减小扭矩不均。通过在完成转换之前随后将进气节气门位置、废气门位置、火花正时和凸轮正时调整到“基础”位置，能够避免在以新鲜空气替换EGR时预期的扭矩波动。通过在EGR渐入(ramp in)或渐出(ramp out)专用EGR汽缸时的状况期间减小扭矩不均，能够实现较平滑的转换并改善发动机性能。
[0010]应当理解，上述
【发明内容】
被提供以简化的形式介绍了选择的概念，这些概念将在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定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被所附权利要求唯一地限定。此外，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】
[0011]当单独考虑或参考附图时，通过阅读在本文中被称为【具体实施方式】的实施例的示例，将更充分地理解本文描述的优点，其中:
[0012]图1是包括提供专用EGR的汽缸组的发动机系统的示意图。
[0013]图2是发动机的燃烧室的示意性描述。
[0014]图3-4示出在转换为或转换脱离专用EGR汽缸操作以减小扭矩瞬变时，用于调整一个或更多个致动器的示例方法。
[0015]图5示出在转换为或转换脱离专用EGR汽缸操作以确保实现平滑转换时使用的示例致动器调整。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及发动机上的EGR流量控制，该发动机以高度稀释的汽缸混合物操作，诸如图1-2的发动机系统。发动机汽缸混合物可以使用再循环的排气(EGR)来稀释，该再循环的排气是燃烧空燃混合物的副产物。响应于EGR需求的增加或减小，诸如响应于发动机负载的变化，排气可以从专用EGR汽缸组被转移至发动机进气道或远离发动机进气道。控制器可以经配置以在专用EGR汽缸操作模式之间的转换期间执行控制程序(诸如图3-4的程序)，从而减小扭矩瞬变并确保实现平滑转换。其中，随着来自专用EGR汽缸组的EGR流的变化，控制器在转换期间可以协调多个发动机致动器(诸如进气节气门、排气废气门、火花正时、凸轮正时和气门正时)的调整，以减小扭矩瞬变。参考图5，其示出扭矩瞬态控制的示例调整。
[0017]图1示意性示出示例性发动机系统100的各方面，发动机系统100包括具有四个汽缸(1-4)的发动机10。如本文所阐述的，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。参考图2，其提供了发动机10的每个燃烧室的详细描述。发动机系统100可以耦接在车辆中，诸如被配置用于道路行驶的乘客车辆。
[0018]在所描述的示例中，发动机10是耦接到涡轮增压器13的升压发动机，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经由空气滤清器53被引入发动机10并流至压缩机74。通过调整进气节气门20，至少部分地控制通过进气通道42进入进气系统的环境空气的流速。压缩机74可以是任何合适的进气空气压缩机，诸如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机是经由轴19机械耦接至涡轮76的涡轮增压器压缩机，通过使发动机排气膨胀而驱动涡轮76。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以耦接在双涡流涡轮增压器内。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构作为发动机转速的函数而主动地变化。
[0019]如图1所示，压缩机74通过增压空气冷却器78耦接至进气节气门20。进气节气门20耦接至发动机进气歧管25。来自压缩机的压缩空气充气流过增压空气冷却器和节气门到进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气对空气或空气对水的热交换器。在图1示出的实施例中，通过歧管空气压力(MAP)传感器24感测进气歧管内的空气充气的压力。压缩机旁通阀(未示出)可以串联耦接在压缩机74的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是常闭阀，其经配置以在选择的工况下打开，从而缓解过量的升压压力。例如，压缩机旁通阀可以在减小发动机转速的状况期间被打开以避免压缩机喘振。
[0020]废气门80可以串联耦接在排气涡轮76的入口和出口之间。废气门可以是常闭阀，其经配置以在选择的工况下打开，从而缓解涡轮上游的排气压力。例如，废气门可以在减小发动机转速的状况期间被打开以减少压缩机喘振并改善涡轮性能。如本文另外所阐述的，在发动机在各负载之间转换时和在专用EGR汽缸被停用或重新启用时的状况期间，可以将废气门开度与进气节气门的开度进行协同调整，从而在转换期间减小扭矩扰动。
[0021]进气歧管25通过一系列进气门(见图2)耦接至一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(见图2)进一步耦接至排气歧管36。在所描述的实施例中，排气歧管36包括多个排气歧管区段，以使废物能够从不同的燃烧室被引导至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)的废物在由排放控制设备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被传送返回至进气歧管25。可替