CN107816399A - 发动机系统和使用该发动机系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机系统，其包括：进气管线，新鲜空气流经进气管线；排气管线，废气流经排气管线；废气再循环(EGR)系统，其使废气中的一些再循环到燃烧室；涡轮增压器，其具有：涡轮，其通过废气而旋转；以及压缩器，其通过涡轮的旋转而旋转；中间冷却器，其设置在压缩器后端处的进气管线中；进气旁通管线，其从进气管线穿过中间冷却器，调节供应到燃烧室中的进气量，并且合并到压缩器前端处的进气管线中；再循环阀，其设置在进气旁通管线中；以及控制器，其控制再循环阀的打开和关闭，使得进气中的一些通过进气旁通管线供应到进气管线中。

Description

发动机系统和使用该发动机系统的控制方法

技术领域

本公开涉及一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，并且更具体地，涉及能够降低残留在配备有废气再循环(EGR)系统的发动机中的进气管线中的废气浓度的发动机系统和使用该发动机系统的控制方法。

背景技术

通常，废气中包含的氮氧化物(NOx)可能引起酸雨，刺激眼睛和呼吸器官并杀死植物。将NOx规定为空气污染物，并且正在进行许多研究以减少NOx的排放。

废气再循环(EGR)系统是安装在车辆中以便减少废气的系统。通常，在空气与气体混合物的比例大的情况下NOx的量增加，因此平稳地实施燃烧。因此，废气再循环系统是将从发动机排放的废气的一部分(例如，5％至20％)与气体混合物再次混合的系统，以便减少气体混合物中氧气的量并阻止燃烧，从而抑制NOx的产生。

作为废气再循环系统，存在通过延迟点火正时并减少空燃比，来减少颗粒材料(PM)和碳氢化合物(HC)以及NOx的热废气再循环系统(热EGR系统)，以及通过冷却再循环废气并降低燃烧室的温度来阻止燃烧的冷却废气再循环系统(冷却EGR系统)。

EGR比是指通过废气再循环系统引入发动机的再循环气体的量与引入发动机的空气(新鲜空气+再循环气体)总量的比率。当EGR比增加时，供应到燃烧室中的氧气浓度降低，使得燃烧温度降低，并且氮氧化物的量减少。然而，当再循环废气的量过度增加时，发动机的输出和燃料经济性可能劣化。相反，当EGR比降低时，供应到燃烧室中的氧气浓度增加，使得燃烧温度升高，并且氮氧化物的量增加。因此，需要适当地控制再循环废气的量。

此外，在发动机关闭之后，再循环废气残留在再循环气体和新鲜空气流经的进气流路中。进一步地，当发动机再次接通时，残余气体被引入发动机的燃烧室中，并且在这种情况下，可能发生诸如爆震或提前点火的异常燃烧的问题。

在该背景节中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，并且因此其可能包含不形成在该国家对于本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开致力于提供一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，其能够降低在发动机关闭之后，包含在供应到燃烧室中的进气中的残余废气的浓度。

本公开还致力于提供一种发动机系统和使用该发动机系统的控制方法，其能够防止诸如爆震或提前点火的异常燃烧的发生，并且通过降低包含在进气中的残余废气的浓度，来精确地控制废气再循环(EGR)比。

根据本公开的示例性实施例，发动机系统包括：进气管线，供应到发动机的燃烧室中的新鲜空气流经进气管线；排气管线，从燃烧室排放的废气流经排气管线；废气再循环(EGR)系统，其使从燃烧室排放的废气中的一些再循环到燃烧室；涡轮增压器，其包括：涡轮，其设置在排气管线中并通过从燃烧室排放的废气而旋转；以及压缩器，其设置在进气管线中并与涡轮的旋转连动地旋转，并且压缩外部空气；中间冷却器，其设置在压缩器后端处的进气管线中；进气旁通管线，其从节流阀前端处的进气管线穿过中间冷却器，调节供应到燃烧室中的进气量，并且合并到压缩器前端处的进气管线中；再循环阀，其设置在进气旁通管线中；以及控制器，其控制再循环阀的打开和关闭，使得由压缩器压缩的进气中的一些通过进气旁通管线供应到压缩器的前端处的进气管线中。

控制器可以在松油门踏板期间控制并打开再循环阀，使得由涡轮增压器的压缩器压缩的进气中的一些供应到压缩器的前端处的进气管线中。

控制器可以计算在发动机关闭之后，残留在压缩器和燃烧室之间的进气管线中的残余废气量。当残余废气量大于基准量时，控制器可以当发动机再次接通时，控制并打开再循环阀。

控制器可以基于EGR比和进气管线的容积，计算残余废气量。

再循环阀可以设置在中间冷却器的上端处。

再循环阀可以包括：壳体，其中形成有流路；第一通路，其与流路连通并且与压缩器的前端处的进气管线连通；第二通路，其与流路连通并且与节流阀的前端处的进气管线连通；第三通路，其与流路连通并且与进气管线连通，该进气管线与中间冷却器连接；以及致动器，其选择性地关闭第一通路。

致动器可以包括：线圈，其基于是否向致动器供应电力而产生磁力；凸缘，其通过由线圈产生的磁力选择性地关闭第一通路；以及弹簧，其在凸缘关闭第一通路的方向上提供弹力。

第二通路可以设置在第一通路的下端处。

根据本公开的另一示例性实施例，控制发动机的方法包括：通过控制器计算在发动机关闭之后，残留在涡轮增压器的压缩器和进气歧管之间的进气管线中的残余废气量；以及通过控制器控制打开和关闭安装在进气旁通管线中的再循环阀，该进气旁通管线从节流阀后端处的进气管线穿过中间冷却器，并且合并到压缩器前端处的进气管线中。节流阀基于残余废气量，调节供应到燃烧室中的进气量。

该控制可以包括：通过控制器，确定残余废气量是否大于基准量；以及在残余废气量大于基准量的情况下，当发动机再次接通时，通过控制器打开再循环阀。

可以基于EGR比和进气管线的容积，计算残余废气量。

依据根据本公开的示例性实施例的发动机系统和控制方法，通过增加通过进气旁通管线和再循环阀供应到进气歧管中的新鲜空气量，来降低包含在供应到燃烧室中的进气中的残余废气的浓度是可能的。

另外，防止燃烧室中异常燃烧的发生，并通过降低残余废气的浓度来精确地控制EGR比是可能的。

附图说明

附图旨在用作用于描述本公开的示例性实施例的参考，并且附图不应被解释为限制本公开的技术精神。

图1A和图1B是示出根据本公开的示例性实施例的发动机系统的配置的概念图。

图2是示出根据本公开的示例性实施例的再循环阀的配置的概念图。

图3A、图3B和图4是示出根据本公开的示例性实施例的通过发动机系统中的再循环阀的进气流的概念图。

图5A、图5B和图6是示出根据本公开的示例性实施例的通过发动机系统中的再循环阀的压缩空气流的概念图。

图7是示出根据本公开的另一示例性实施例的控制发动机方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施例。如本领域技术人员将理解的，在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。

将省略与描述无关的部分以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相同或相似的组成元件将由相同的参考标号来表示。

另外，为了理解和易于描述，可以任意地示出附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，但本公开并不限于此。为了清楚的表达，可以放大几个部分和区域的厚度。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的发动机系统。

图1A和图1B是示出根据本公开的示例性实施例的发动机系统的配置的概念图。

如图1A和图1B所示，根据本公开的示例性实施例的发动机系统包括发动机20、涡轮增压器70、废气再循环(EGR)系统50、中间冷却器16、再循环阀40以及控制器90。

发动机20包括通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室21。发动机20进一步包括供应到燃烧室21的进气所流经的进气管线10，以及从燃烧室21排放的废气所流经的排气管线30。

过滤从外部引入的新鲜空气的空气净化器11设置在进气管线10中。

将供应到多个燃烧室21中的进气进行分配的进气歧管设置在燃烧室21的前端处，并且调节引入进气歧管中的进气量的节流阀25设置在进气歧管的前端处。

废气净化装置60设置在排气管线30中，废气净化装置60去除包含在从燃烧室21排放的废气中的各种类型的有害物质。为去除氮氧化物，废气净化装置60可以包括稀NOx捕集器(LNT)、柴油氧化催化器以及柴油颗粒过滤器。

涡轮增压器70压缩通过进气管线10引入的进气(外部空气+再循环气体)，并且将进气供应到燃烧室21中。涡轮增压器70包括设置在排气管线30中并通过从燃烧室21排放的废气而旋转的涡轮71，以及与涡轮71的旋转连动地旋转并压缩进气的压缩器72。

EGR系统50是使从燃烧室21排放的废气的一部分再循环到燃烧室21的装置。EGR系统50(低压废气再循环(LP-EGR)装置)包括EGR管线52、EGR冷却器56以及EGR阀54。虽然将低压EGR装置描述为本公开的示例性实施例中的示例，但是可以应用其他类型的EGR装置(例如，高压EGR装置)。

EGR管线52从涡轮71的后端处的排气管线30分支，并且合并到压缩器72后端处的进气管线10中。EGR冷却器56设置在EGR管线52中，并且冷却流经EGR管线52的废气。EGR阀54设置在EGR管线52和进气管线10合并在一起的点处，并且调节通过EGR管线52流入进气管线10的废气量。这里，通过EGR管线52供应到进气管线10的废气被称为再循环气体。

中间冷却器16通过与冷却剂的热交换，来冷却通过进气管线10引入的进气。也就是说，因为由涡轮增压器70压缩的进气随着其温度升高而膨胀，所以供应到燃烧室21中的进气的氧气密度降低，并且为此，难以输出发动机20所需的扭矩。因此，通过由中间冷却器16冷却进气来增加进气的密度，从而提高发动机20的燃烧效率。

进气旁通管线12从节流阀25的前端穿过中间冷却器16的进口或出口，并且合并到压缩器72前端处的进气管线10中。中间冷却器16设置在进气旁通管线12和进气管线10相交的点处。

进一步地，再循环阀40可以与中间冷却器16的进口或出口整体安装，并且具体地再循环阀40可以设置在中间冷却器16的上端处。再循环阀40通过来自控制器90的控制信号打开和关闭。

控制器90可以由通过预设程序操作的一个或多个处理器构成，并且预设程序经配置执行根据本公开的另一示例性实施例的控制发动机的方法的各个步骤。在本公开的示例性实施例中，控制器90可以是电控制单元(ECU)。

参考图2，再循环阀40包括壳体41、第一通路42、第二通路43、第三通路44以及致动器。

壳体41安装在设置在中间冷却器16上侧处的进气管线10上，并且流路形成在壳体41中。

第一通路42形成在壳体41中，与流路连通并通过进气旁通管线12与节流阀25前端处的进气管线10连通。第二通路43形成在壳体41中与流路连通，并且与节流阀25前端处的进气管线连通。第三通路44形成在壳体41中与流路连通，并且与进气管线10连通，该进气管线10与中间冷却器16连接。

致动器是安装在壳体41中并操作阻挡部分的动力源。致动器可以由电磁阀构成，该致动器包括基于是否供应电力而产生磁力的线圈45，通过由线圈45产生的磁力选择性地关闭第一通路42的凸缘46，以及在凸缘46关闭第一通路42的方向上提供弹力的弹簧47。

也就是说，当没有电力施加到致动器的线圈45时，凸缘46通过由弹簧47的弹力向下移动，来关闭第一通路42。另一方面，当电力施加到致动器的线圈45时，凸缘46通过向上移动来打开第一通路42。

例如，在残余废气残留在压缩器72后端和节流阀25前端之间的进气管线10中的情况下，控制器90对线圈45供应电力，以便打开第一通路42，从而通过再循环阀40额外地将进气供应到燃烧室21中。

当在再循环气体通过EGR系统50供应到燃烧室21的过程期间，发动机关闭时，废气残留在压缩器72和燃烧室21之间的进气管线10中。在这种情况下，因为残余废气中的二氧化碳的比例高，所以残余废气在许多情况下残留在中间冷却器16的下侧处。

进一步地，当发动机20再次接通时，残留在进气管线10中的残余废气供应到燃烧室21中，因此由于残余废气而发生诸如爆震或提前点火的异常燃烧。

为防止上述异常燃烧，控制器90计算发动机20关闭之后的残余废气量，并且如果残余废气量大于基准量，则当发动机20再次接通时，控制器90打开再循环阀40。这里，控制器90可以基于EGR比和进气管线的容积计算残余废气量。

如图3A、图3B和图4所示，如果当发动机20再次接通时再循环阀40打开，则供应到燃烧室21中的进气可以额外地通过由进气管线10形成的第一进气路径(空气净化器11→压缩器72→中间冷却器16→节流阀25)，和由进气管线10和进气旁通管线12形成的第二进气路径(空气净化器11→再循环阀40→节流阀25)供应到燃烧室21中。因此，供应到燃烧室21中的进气量增加，从而可以降低供应到燃烧室21中的进气中包含的残余废气的浓度，并防止异常燃烧的发生。

供应到燃烧室21中的进气通常通过第一进气路径供应，并且如果残余废气量大于基准量，则打开再循环阀40，并且通过第二路径供应到燃烧室21中的进气量增加。因此，可以降低包含在进气中的残余废气的浓度。由于通过进气旁通管线12引入燃烧室中的进气的路径比通过进气管线10的进气的现有路径短，因此可以迅速降低引入燃烧室中的残余废气的浓度。

具体地，由于再循环阀40设置在中间冷却器16的上端处，因此当发动机关闭然后再次接通时，延迟残留在中间冷却器16下侧处的大量残余废气通过进气旁通管线12供应到燃烧室21是可能的。

再循环阀40可以选择性地将形成在压缩器72后端和节流阀25前端之间的高压，排放到压缩器72前端处的进气管线10。

例如，当用户或驾驶员执行松油门踏板操作的同时车辆加速时，控制器90关闭节流阀25，以便阻挡进入燃烧室21的进气的供应，以便减少发动机20的输出。在这种情况下，增压压力通过涡轮增压器70形成在压缩器72后端和节流阀25之间的进气管线10中。

因此，如图5A、图5B和图6所示，控制器90控制并打开再循环阀40，以便将形成在压缩器72后端和节流阀25之间的进气管线10中的增压压力，通过进气旁通管线12排放到压缩器72前端处的进气管线10。

如果增压压力残留在压缩器72后端和节流阀25之间的进气管线10中，则当节流阀25再次打开时可能发生喘振冲击。因此，控制器90打开再循环阀40，并且通过进气旁通管线12排放进气管线10中的增压压力。

当发动机正常操作时，控制器90通过将电力施加到再循环阀40的线圈45来向下移动凸缘46，因此，关闭第一通路并且不通过进气旁通管线12将进气引入燃烧室21。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的控制发动机系统的方法。

图7是示出根据本公开的另一示例性实施例的控制发动机方法的流程图。

如图7所示，控制器90确定发动机20是否关闭(S10)。

当发动机20关闭时，控制器90计算残留在压缩器72和进气歧管23之间的进气管线10中的残余废气量(S20)。在这种情况下，控制器90可以基于EGR比(废气再循环比率)和进气管线10的容积，计算残余废气量。

EGR比是指在发动机20关闭之前通过EGR系统50供应到燃烧室21中的再循环气体量，和通过设计预先确定的进气管线10的容积。因此，可以基于EGR比和进气管线10的容积计算残余废气量。

当发动机20再次接通时，控制器90将残余废气量和基准量进行比较(S30)，并且如果残余废气量大于基准量，则控制器90打开再循环阀40(S40)，并且允许进气通过第一进气路径和第二进气路径供应到燃烧室21中。

如果在步骤S30中残余废气量等于或小于基准量，则控制器90关闭再循环阀40(S50)，并且允许进气仅通过第一进气路径供应到燃烧室21中。

虽然已经结合目前认为是示例性实施例的内容描述了本公开，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (12)

1.一种发动机系统，其包括：

进气管线，供应到发动机的燃烧室中的新鲜空气流经所述进气管线；

排气管线，从所述燃烧室排放的废气流经所述排气管线；

废气再循环(EGR)系统，其使从所述燃烧室排放的所述废气中的一些再循环回所述燃烧室；

涡轮增压器，其包括：涡轮，其设置在所述排气管线中并通过从所述燃烧室排放的废气而旋转；以及压缩器，其设置在所述进气管线中并与所述涡轮的所述旋转连动地旋转，并且压缩外部空气；

中间冷却器，其设置在所述压缩器后端处的所述进气管线中；

进气旁通管线，其从节流阀前端处的所述进气管线穿过所述中间冷却器，所述节流阀调节供应到所述燃烧室中的进气量，所述进气旁通管线合并到所述压缩器前端处的所述进气管线中；

再循环阀，其设置在所述进气旁通管线中；以及

控制器，其控制所述再循环阀的打开和关闭，使得由所述压缩器压缩的所述进气中的一些通过所述进气旁通管线供应到所述压缩器的所述前端处的所述进气管线中。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述控制器在松油门踏板期间控制并打开所述再循环阀，使得由所述涡轮增压器的所述压缩器压缩的所述进气中的一些供应到所述压缩器的所述前端处的所述进气管线中。

3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述控制器计算在所述发动机关闭之后残留在所述压缩器和所述燃烧室之间的所述进气管线中的残余废气量，并且

其中当残余废气量大于基准量时，所述控制器当所述发动机再次接通时，控制并打开所述再循环阀。

4.根据权利要求3所述的发动机系统，其中所述控制器基于EGR比和所述进气管线的容积，计算残余废气量。

5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述再循环阀设置在中间冷却器的上端处。

6.根据权利要求5所述的发动机系统，其中所述再循环阀包括：

壳体，其中形成有流路；

第一通路，其与所述流路连通并且与所述压缩器的所述前端处的所述进气管线连通；

第二通路，其与所述流路连通并且与所述节流阀的所述前端处的所述进气管线连通；

第三通路，其与所述流路连通并且与和所述中间冷却器连接的所述进气管线连通；以及

致动器，其选择性地关闭所述第一通路。

7.根据权利要求6所述的发动机系统，其中所述致动器包括：

线圈，其基于是否向所述致动器供应电力而产生磁力；

凸缘，其通过由所述线圈产生的磁力选择性地关闭所述第一通路；以及

弹簧，其在所述凸缘关闭所述第一通路的方向上提供弹力。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二通路设置在所述第一通路的下端处。

9.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述控制器控制所述再循环阀的所述打开和关闭，使得所述进气通过所述进气旁通管线供应到所述燃烧室中。

10.一种控制发动机的方法，所述方法包括以下步骤：

通过控制器计算在发动机关闭之后残留在涡轮增压器的压缩器和进气歧管之间的进气管线中的残余废气量；以及

通过所述控制器控制打开和关闭安装在进气旁通管线中的再循环阀，所述进气旁通管线从节流阀后端处的所述进气管线穿过中间冷却器，并且合并到所述压缩器前端处的所述进气管线中，

其中所述节流阀基于残余废气量，调节供应到燃烧室中的进气量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述控制的步骤包括：

通过所述控制器，确定残余废气量是否大于基准量；以及

在所述残余废气量大于所述基准量的情况下，当所述发动机再次接通时，通过所述控制器打开所述再循环阀。

12.根据权利要求10所述的方法，其中基于EGR比和所述进气管线的容积，计算所述残余废气量。