在內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)選擇地引導(dǎo)廢氣和空氣的排放系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在內(nèi)燃發(fā)動機中選擇地引導(dǎo)排氣的排放系統(tǒng)和方法。內(nèi)燃發(fā)動機包括動力總成，動力總成包括燃燒室、進(jìn)氣總成、排氣歧管和泵。燃燒室被配置用于燃燒空氣和燃料混合物。進(jìn)氣總成被配置用于供給空氣到燃燒室。排氣歧管被配置用于從燃燒室抽吸廢氣。泵可操作地布置在進(jìn)氣總成和排氣歧管之間，使泵與進(jìn)氣總成和排氣歧管中的每一個流體連通。泵被配置為以第一模式運行，以從排氣歧管抽吸廢氣，并以正EGR流量供給廢氣到進(jìn)氣歧管，使廢氣被供給到燃燒室。
【專利說明】在內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)選擇地引導(dǎo)廢氣和空氣的排放系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)選擇地引導(dǎo)廢氣和空氣的排放系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動機可以從排放系統(tǒng)再循環(huán)廢氣到進(jìn)氣歧管，通常被稱為廢氣再循環(huán)(EGR)，以提高車輛的燃料效率和/或降低發(fā)動機排放。因為來自EGR系統(tǒng)的廢氣被引導(dǎo)到進(jìn)氣歧管，所以EGR系統(tǒng)的必要操作(例如，燃料/空氣混合比)可能需要根據(jù)各種工況而變化，并且由專用的EGR汽缸傳送的廢氣的量可能需要被調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種動力總成，包括燃燒室、進(jìn)氣總成、排氣歧管和泵。燃燒室被配置用于燃燒空氣和燃料混合物。進(jìn)氣總成被配置用于供給空氣到燃燒室。排氣歧管被配置用于從燃燒室抽吸廢氣。泵可操作地布置在進(jìn)氣總成和排氣歧管之間，使泵與進(jìn)氣總成和排氣歧管中的每一個流體連通。泵被配置為在第一模式運行，以從排氣歧管抽吸廢氣，并以正EGR流量供給廢氣到進(jìn)氣歧管，使廢氣被供給到燃燒室。
[0004]一種控制排放系統(tǒng)的泵的方法，所述泵可操作地連接到內(nèi)燃發(fā)動機的進(jìn)氣總成和排氣歧管，所述方法包括確定排氣歧管內(nèi)的廢氣的NOx濃度。確定是否所確定的NOx濃度至少等于NOx濃度限值。確定將所確定的NOx濃度降低到低于NOx濃度限值所需的正EGR流量。命令泵以第一模式運行以獲得正EGR流量。
[0005]在另一方面，一種控制排放系統(tǒng)的泵的方法，所述泵可操作地連接到內(nèi)燃發(fā)動機的進(jìn)氣總成和排氣歧管，所述方法包括確定排氣歧管和進(jìn)氣總成之間的壓力差。確定排氣歧管和進(jìn)氣總成之間提供內(nèi)燃發(fā)動機的期望燃料效率所需的壓力差。確定所確定的壓力差是否至少等于所要求的壓力差。命令泵以第一模式運行以獲得正EGR流量，使得獲得所要求的壓力差。
[0006]當(dāng)結(jié)合附圖時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點從下面實施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)描述變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是車輛的示意性平面圖，該車輛包括動力總成，該動力總成具有內(nèi)燃發(fā)動機和排放系統(tǒng)；和
[0008]圖2是示出用于控制例如在圖1的內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)的排放系統(tǒng)的算法或方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0009]參照附圖，其中在幾個視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，車輛總體顯示在圖1中20處。車輛20具有動力總成22，該動力總成包括內(nèi)燃發(fā)動機24和排放系統(tǒng)26。內(nèi)燃發(fā)動機24被配置以驅(qū)動和推進(jìn)車輛20的至少一個車輪28。內(nèi)燃發(fā)動機24可以包括但不限于柴油發(fā)動機或汽油發(fā)動機。內(nèi)燃發(fā)動機24包括四個汽缸30，每個限定了燃燒室32。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，內(nèi)燃發(fā)動機24可以包括任何合適的發(fā)動機尺寸和/或配置，包括但不限于直列六缸30發(fā)動機、V型六缸30發(fā)動機或V型八缸30發(fā)動機。內(nèi)燃發(fā)動機24還包括進(jìn)氣總成34和排氣歧管36。
[0010]燃燒室32被配置用于燃燒空氣/燃料混合物以提供推進(jìn)車輛20的車輪28的驅(qū)動扭矩。在進(jìn)入進(jìn)氣總成34之前，空氣可以通過穿過空氣過濾器(未示出)進(jìn)入內(nèi)燃發(fā)動機24的燃燒室32。因此，進(jìn)氣總成34供給空氣到燃燒室32中。燃料被噴射到燃燒室32中以和空氣混合，這提供了空氣/燃料混合物?；鸹ㄈ?未示出)在燃燒室32內(nèi)點燃空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生廢氣。廢氣離開燃燒室32并被抽吸到排氣歧管36中。
[0011]繼續(xù)參照圖1，排放系統(tǒng)26包括泵38，該泵38可操作地布置在進(jìn)氣總成34和排氣歧管36之間，使泵38與進(jìn)氣總成34和排氣歧管36中的每一個流體連通。泵38被配置為以第一模式、第二模式運行，以及不運行，從而選擇地控制進(jìn)氣總成34和排氣歧管36之間的流動方向。泵38可以是渦輪泵38，例如離心泵38、動力泵38和類似物。泵38也可以是正排量泵38。當(dāng)泵38以第一模式運行時,正壓力差在排氣歧管36和進(jìn)氣總成34之間產(chǎn)生或被增大，引起正EGR流量。這個正EGR流量從排氣歧管36抽吸廢氣并將廢氣供給到進(jìn)氣總成34，以使廢氣被供給到燃燒室32，從而以比泵38沒有在第一模式運行時更大的量和空氣-燃料混合物混合。應(yīng)當(dāng)理解的是，在泵38沒有運行的情況下，正EGR流量可能已經(jīng)存在，并且泵38以第一模式運轉(zhuǎn)將有助于增加正EGR流量。
[0012]與燃燒室32內(nèi)的空氣-燃料混合物混合的廢氣的增加，減少了局部高溫區(qū)的形成，該高溫區(qū)有助于煙塵形成。正EGR流量允許廢氣于是用作抑制燃燒溫度低于形成大量單氮氧化物(NOx)的溫度的稀釋劑。泵38可以以不同的速度選擇地以第一模式運行，以改變EGR流量，由此改變?nèi)紵蚇Ox形成的溫度的控制。因此，在第一模式中，泵38的速度可能被提高以增大正EGR流量。同樣地，在第一模式中，泵38的速度可能被降低，或者被關(guān)閉，以減少正EGR流量。
[0013]再次參照圖1，排放系統(tǒng)26還包括廢氣再循環(huán)(EGR)閥40。EGR閥40可操作地布置在進(jìn)氣總成34泵38之間。因此，EGR閥40與進(jìn)氣總成34和排氣歧管36流體連通。EGR閥40被配置為在打開位置和關(guān)閉位置之間運動，從而在排氣歧管36和進(jìn)氣總成34之間選擇地控制廢氣的流動。當(dāng)EGR閥40在打開位置時，空氣被允許通過其流過。同樣地，當(dāng)EGR閥40在關(guān)閉位置時，空氣被阻止通過其流過。EGR閥40的位置可以由發(fā)動機真空、發(fā)動機控制單元(E⑶)46等控制。在一些實施例中，EGR閥40可以被配置以提供計量開口，該計量開口限制通過其的流動量，以選擇地限制發(fā)動機的燃燒溫度和防止NOx的排放。當(dāng)EGR閥40在打開位置中時，EGR閥40可以再循環(huán)一部分廢氣回到進(jìn)氣總成34，如前面所述。
[0014]排放系統(tǒng)26還可以包括冷卻器42,其被布置為與排氣歧管36和EGR閥40流體連通。更具體地，冷卻器42可以被可操作地布置在排氣歧管36和泵38之間。因此，在將廢氣與進(jìn)氣總成34中的環(huán)境空氣混合之前，冷卻器42被配置為冷卻從排氣歧管36接收的廢氣，O
[0015]當(dāng)泵38選擇性地以第二模式運行時，在排氣歧管36和進(jìn)氣總成34之間產(chǎn)生壓力差，導(dǎo)致新鮮空氣進(jìn)氣流。在第二模式，由泵38的運行產(chǎn)生的負(fù)壓力差從進(jìn)氣總成34抽吸空氣，并通過二次空氣噴射(SAI)提供空氣到排氣歧管36以與廢氣混合。更具體地，在車輛20的冷起動期間，在進(jìn)入排氣歧管36的廢氣中缺乏氧氣。廢氣中氧氣的缺乏可能限制排氣歧管36內(nèi)和/或催化轉(zhuǎn)換器43內(nèi)的催化劑的任何放熱化學(xué)反應(yīng)的程度。因此，在冷啟動期間，空氣與排氣歧管36內(nèi)的廢氣的混合增加了廢氣中的氧含量，允許廢氣的額外燃燒以提高進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器43的排氣溫度。更具體地，這種較高溫度的提高可能導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)換器43內(nèi)的催化劑更快的催化劑觸發(fā)，允許冷啟動過程中廢氣中NOx、HC和CO的減少。
[0016]如圖1所示，控制系統(tǒng)44與動力總成22通信，并能夠操作動力總成22。控制系統(tǒng)44以高度示意性的方式被示出?？刂葡到y(tǒng)44被車載安裝在車輛20上，并與內(nèi)燃發(fā)動機24和排放系統(tǒng)26的幾個部件通信。控制系統(tǒng)44執(zhí)行用于動力總成22的實時車載檢測、診斷和計算功能。
[0017]控制系統(tǒng)44可以包括一個或多個部件，其具有存儲介質(zhì)的部件和適量的可編程存儲器，能夠存儲和執(zhí)行一個或多個算法或方法以實現(xiàn)動力總成22的控制?？刂葡到y(tǒng)44的每一個部件可以包括分布式控制器架構(gòu)，并可以是ECU46的一部分。在控制系統(tǒng)44內(nèi)可存在額外的模塊或處理器。
[0018]仍參照圖1，車輛20可以包括多個傳感器48，多個傳感器48與發(fā)動機、EGR閥40、泵38、冷卻器42等中的每一個電連接或通信。更具體地，傳感器48可以被配置用于監(jiān)測進(jìn)入進(jìn)氣總成34的空氣質(zhì)量流量、廢氣中的氧氣量、節(jié)氣門位置、曲軸位置等等。通過非限制性例子，傳感器48可以包括被配置為確定歧管內(nèi)NOx濃度的NOx傳感器48a，被配置為感測廢氣溫度的廢氣溫度傳感器48b，和類似物。應(yīng)當(dāng)理解的是，更多或更少的傳感器48可以與ECU46通信。該通信可以是適合用于發(fā)送和接收必要的電控制信號的硬線連接或無線控制鏈路或通路，該電控制信號用于泵38和EGR閥40的適當(dāng)控制。E⑶46包括微處理器單元，接收和處理各種車輛20的運行值，該運行值包括APM電壓輸出(V)和APM電流輸出
(i)。ECU46可以被配置為分布式或中央控制模塊，其具有可能需要以期望的方式執(zhí)行所有所需的車輛20的車載功率流控制功能的這樣的控制模塊和功能。
[0019]此外，E⑶46可以被配置為通用數(shù)字計算機，該計算機通常包括微處理器或中央處理單元、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EPR0M)、高速時鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)電路，以及輸入/輸出電路和裝置(1/0)，還包括適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)制和緩沖電路。任何駐留在ECU46中或可訪問的算法可以被存儲在ROM中，并被執(zhí)行以提供相應(yīng)的功能。
[0020]E⑶46被配置為在打開位置和關(guān)閉位置之間選擇地移動EGR閥40。E⑶46還被配置為選擇地以第一模式、第二模式運行泵38，或不運行泵38。此外，E⑶46可以被配置為根據(jù)需要以任何需要的速度或模式運行泵38，以改變EGR流量。因此，當(dāng)泵38以第一模式運行時，在車輛20的發(fā)動機操作區(qū)域中，可以得到較高的正EGR流量，該較高的正EGR流量通常將導(dǎo)致有限的壓力差。因此，可得到提高的發(fā)動機燃料效率。此外，由于泵38也被允許以第二模式運行，從而在車輛20冷啟動期間實現(xiàn)新鮮空氣流量，以提供SAI到排氣歧管36，排放系統(tǒng)26硬件被最小化。
[0021]現(xiàn)在參照圖2，并繼續(xù)參照圖1，圖中示出用于控制排放系統(tǒng)26的方法100，如在圖1中示出的排放系統(tǒng)26。方法100可以在控制系統(tǒng)44內(nèi)被完全或部分地執(zhí)行。[0022]圖2僅示出了方法100的高度簡圖。示出的算法或方法100的步驟的確切順序可以不需要。步驟可重新排序，步驟可省略，并且可以包括額外的步驟。此外，方法100可以是另一種算法或方法的一部分或子例程。
[0023]為了說明的目的，參考關(guān)于圖1示出和描述的元件和部件描述方法100，并且方法100可以由控制系統(tǒng)44來執(zhí)行。然而，其他部件可以被用于實施方法100和所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明。任何步驟可以通過控制系統(tǒng)44的多個控制裝置或部件被執(zhí)行。
[0024]再次參考圖2，方法100可以開始于起始或初始化步驟110，在其時間期間，方法100被激活，并且監(jiān)測車輛20、內(nèi)燃發(fā)動機24和排放系統(tǒng)26的工況。例如，響應(yīng)車輛20的操作者插入點火鑰匙或響應(yīng)特定條件被滿足，可能開始。在車輛20正在使用的任何時候，方法100可以持續(xù)或循環(huán)不斷地運轉(zhuǎn)。
[0025]步驟112進(jìn)行廢氣溫度的確定。該確定可以使用一個或多個傳感器48、根據(jù)經(jīng)驗、使用查找表等進(jìn)行。
[0026]在步驟114處，確定的廢氣溫度可以和所要求的最低廢氣溫度進(jìn)行比較。如果確定的廢氣溫度不至少等于所要求的最小廢氣溫度，則在泵38可在步驟116處以第二模式運行,如上所述。
[0027]如果確定的廢氣溫度被確定至少等于所要求的最小廢氣溫度，則在步驟118處確定EGR閥40是否在打開位置。如果EGR位置被確定不在打開位置，即，處于關(guān)閉位置，則在步驟120處泵38不以任何模式運行。
[0028]如果EGR位置被確定在打開位置，則在步驟122處確定廢氣中NOx的濃度。該確定可以使用一個或多個傳感器48、根據(jù)經(jīng)驗、使用查找表和類似物進(jìn)行。
[0029]在步驟124處，確定NOx濃度是否需要被降低到低于Nox濃度限值。如果在步驟124處確定NOx濃度不需要被降低，則方法100行進(jìn)到步驟120，使泵38不以任何模式運行。
[0030]然而，如果在步驟124處確定NOx濃度需要被降低到低于Nox濃度限值，則確定降低所確定的NOx濃度到低于Nox濃度限值所需要的正EGR流量。方法100然后行進(jìn)到步驟126，該步驟126命令泵38以第一模式運行以將廢氣中的NOx濃度降低到低于NOx限值。
[0031]雖然用于實施本發(fā)明的最佳方式已經(jīng)詳細(xì)地描述，但是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到在所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)用于實現(xiàn)本發(fā)明的各種替代設(shè)計和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種動力總成，包括: 燃燒室，配置用于燃燒空氣和燃料混合物； 進(jìn)氣總成，配置用于供給空氣到所述燃燒室； 排氣歧管，配置用于從所述燃燒室抽吸廢氣；和 泵，可操作地布置在所述進(jìn)氣總成和所述排氣歧管之間，使所述泵與所述進(jìn)氣總成和所述排氣歧管中的每一個流體連通； 其中，所述泵被配置為以第一模式運行，以從所述排氣歧管抽吸廢氣，并以正EGR流量供給所述廢氣到進(jìn)氣歧管，使廢氣被供給到所述燃燒室。
2.如權(quán)利要求1所述的動力總成，還包括廢氣再循環(huán)閥，其與所述進(jìn)氣總成流體連通，其中，所述廢氣再循環(huán)閥被配置為在打開位置和關(guān)閉位置之間運動，以選擇地控制從所述排氣歧管到所述進(jìn)氣總成的廢氣流動； 其中，當(dāng)所述EGR閥在關(guān)閉位置中時，廢氣被阻止在所述排氣歧管和所述進(jìn)氣總成之間流動；和 其中，當(dāng)所述EGR閥在打開位置中時，廢氣被允許在所述排氣歧管和所述進(jìn)氣總成之間流動。
3.如權(quán)利要求2所述的動力總成，還包括NOx傳感器，配置為確定所述排氣歧管內(nèi)的NOx濃度； 其中，如果確定的所述排氣歧管內(nèi)的NOx濃度被確定為需要增大的正EGR流量，則所述泵被配置為以所述第一模式運行。
4.如權(quán)利要求1所述的動力總成，其中，所述泵被配置為以第二模式運行，以新鮮空氣進(jìn)氣流量從所述進(jìn)氣總成抽吸空氣，使所述空氣被供給到所述排氣岐管，以提高所述廢氣的燃燒溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的動力總成，還包括廢氣溫度傳感器，所述廢氣溫度傳感器配置為感測所述廢氣的溫度； 其中，所述泵被配置為當(dāng)所述廢氣的溫度被確定為小于所要求的最小廢氣溫度時，以第二模式運行。
6.如權(quán)利要求4所述的動力總成,其中,在所述第一模式和第二模式中的任一模式下的所述泵的轉(zhuǎn)速是可變的，以控制相應(yīng)的正EGR流量和新鮮空氣進(jìn)氣流量。
7.一種控制排放系統(tǒng)的泵的方法，所述泵可操作地連接到內(nèi)燃發(fā)動機的進(jìn)氣總成和排氣歧管，所述方法包括: 確定所述排氣歧管內(nèi)的廢氣的NOx濃度； 確定所確定的NOx濃度是否至少等于NOx濃度限值； 確定將所確定的NOx濃度降低到低于所述NOx濃度限值所需的正EGR流量；和 命令所述泵以第一模式運行，以獲得所述正EGR流量。
8.—種控制排放系統(tǒng)的泵的方法，所述泵可操作地連接到內(nèi)燃發(fā)動機的進(jìn)氣總成和排氣歧管，所述方法包括: 確定所述排氣歧管和所述進(jìn)氣總成之間的壓力差； 確定用于提供所述內(nèi)燃發(fā)動機的期望的燃料效率所需的所述排氣歧管和所述進(jìn)氣總成之間的壓力差；確定所確定的壓力差是否至少等于所要求的壓力差；和命令 所述泵以第一模式運行，以達(dá)到正EGR流量，使得獲得所要求的壓力差。
【文檔編號】F02M25/07GK104033290SQ201410083370
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】D.P.洛夫蘭, J.G.科勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司