改善的稀釋吹掃的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及用于改善在輕負荷操作期間從發(fā)動機吹掃(purging)低壓EGR的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)將一部分排氣從發(fā)動機排氣裝置再循環(huán)到發(fā)動機進氣系統(tǒng)，以通過降低節(jié)流損失和燃燒溫度改善燃料經(jīng)濟性和車輛排放。在渦輪增壓的直接噴射式發(fā)動機中，可以實施低壓EGR(LP-EGR)回路。LP-EGR回路將排氣從渦輪下游的排氣通道再循環(huán)到渦輪增壓器壓縮機上游的進氣通道。
[0003]然而，由于EGR傳送的預壓縮機位置，在EGR閥和燃燒室之間會存在顯著的傳輸延遲。具體地，排氣殘留物在到達燃燒室之前會需要行經(jīng)渦輪增壓器壓縮機、高壓空氣引入管道、增壓空氣冷卻器和進氣歧管。由于傳輸延遲的結果，在當EGR需要迅速減少的工況期間，諸如在松油門至低負荷工況期間，進氣裝置內(nèi)會存在比期望的更多的稀釋。在低負荷下增加的進氣空氣稀釋的存在可增加燃燒穩(wěn)定性問題和發(fā)動機失火的傾向。
[0004]Ma等人在US 6,014,959中示出解決額外殘留物的一種示例途徑。其中，在EGR節(jié)氣門和主空氣進氣節(jié)氣門之間提供剛性連接，從而根據(jù)主節(jié)氣門的移動聯(lián)系EGR節(jié)氣門的移動。這允許總是提供與進氣空氣流成固定比例的EGR稀釋。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]然而，本發(fā)明人在此已認識到這種途徑的潛在問題。作為示例，在LP-EGR的燃料經(jīng)濟性效益受限時，會沒有充分解決傳輸延遲。例如，EGR稀釋與進氣空氣流的聯(lián)系可導致在一些低負荷點處提供LP-EGR，其中在這些點處沒有實現(xiàn)來自EGR的燃料經(jīng)濟性效益。在一些情況下，甚至可以有與在低負荷點處的LP-EGR的傳送相關聯(lián)的燃料消耗。這樣，可能不能迅速吹掃此類系統(tǒng)中來自進氣裝置的LP-EGR而不影響空氣流。作為另一個示例，因為較低負荷點是其中燃燒系統(tǒng)是受限最稀釋的點，所以它們可以限制在較高負荷點處的EGR傳送。這樣，其能夠限制在高負荷期間可實現(xiàn)的峰值EGR速率。發(fā)動機進氣系統(tǒng)內(nèi)過量稀釋的存在也能夠使壓縮機易受來自存留EGR的腐蝕和冷凝。另外，增加的冷凝可以由于通過冷卻器的EGR的流而發(fā)生在升壓發(fā)動機系統(tǒng)的增壓空氣冷卻器處。增加的冷凝會需要額外的反冷凝措施。
[0006]本發(fā)明人已認識到上述問題的至少一些可通過以電池充電模式操作混合動力車輛系統(tǒng)以迅速吹掃LP-EGR來解決。在一種示例中，這是通過用于混合動力車輛系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)的，該方法包括:響應降低的發(fā)動機扭矩需求，同時在有EGR的情況下操作發(fā)動機，禁用EGR，并且直到發(fā)動機進氣裝置內(nèi)的EGR低于閾值，在EGR被禁用的情況下維持發(fā)動機操作并且用生成的過量發(fā)動機扭矩給系統(tǒng)電池充電。以這種方式，能夠迅速吹掃LP-EGR而不影響至輪子的扭矩。
[0007]作為示例，在中負荷到高負荷工況期間，混合動力車輛系統(tǒng)可以以發(fā)動機燃燒的發(fā)動機模式操作，以提供發(fā)動機扭矩來推進車輛輪子。進一步地，在發(fā)動機模式期間，低壓EGR(LP-EGR)可以從發(fā)動機排氣裝置流動到發(fā)動機進氣裝置，以提供附加的燃料經(jīng)濟性效益和燃料排放效益。響應松油門至較低負荷工況，通過關閉LP-EGR通道內(nèi)的EGR閥可以禁用EGR。通過在EGR閥關閉的情況下操作發(fā)動機，進氣裝置內(nèi)的EGR能夠被迅速替換為新鮮進氣空氣。這樣，在發(fā)動機操作期間，生成的發(fā)動機扭矩可以多于需求的發(fā)動機扭矩。如果電池具有足夠的充電接受能力，則生成的過量發(fā)動機扭矩可以被存儲在系統(tǒng)電池內(nèi)。例如，過量發(fā)動機扭矩可以被用于驅(qū)動聯(lián)接到電池的馬達/發(fā)電機。發(fā)動機操作和電池充電可以持續(xù)直到LP-EGR水平低于閾值水平(例如，所有的LP-EGR已被替換為新鮮進氣空氣)。然后，發(fā)動機可以停機并且車輛可以經(jīng)由馬達扭矩被推進。
[0008]以這種方式，能夠加快從發(fā)動機進氣裝置吹掃EGR。通過在EGR閥關閉的情況下操作發(fā)動機，進氣EGR能夠被替換為進氣空氣。此外，較高發(fā)動機扭矩能夠有利地用于給系統(tǒng)電池充電。這樣，其在EGR被吹掃的同時允許保持較高發(fā)動機扭矩和較高電池電荷。通過在低負荷工況下迅速減小進氣EGR水平，在發(fā)動機隨后重新起動時可實現(xiàn)較高EGR速率。這樣，其大大地改善了發(fā)動機效率，特別是在中等發(fā)動機轉速-負荷區(qū)域到高發(fā)動機轉速-負荷區(qū)域中。通過用新鮮空氣替換EGR，水和烴冷凝物的蒸發(fā)增加，從而降低它們在發(fā)動機內(nèi)的濃度以及對反冷凝措施的需要。此外，冷凝的降低減少了壓縮機和增壓空氣冷卻器的腐蝕和退化?？偟膩碚f，改善了升壓發(fā)動機的性能。
[0009]應當理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的所選概念。這并不意味著確立所要求保護的主題的關鍵或基本特征，其范圍由隨附【具體實施方式】的權利要求唯一限定。另外，所要求保護的主題并不限于解決上述或在本發(fā)明中任何部分指出的任何不利的實施方式。
【附圖說明】
[0010]圖1示出混合動力電動車輛系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖2示出圖1的發(fā)動機系統(tǒng)的燃燒室的示意圖。
[0012]圖3示出配置有排氣再循環(huán)(EGR)能力的示例發(fā)動機系統(tǒng)。
[0013]圖4示出用于操作圖1的混合動力車輛系統(tǒng)以加快低壓EGR吹掃的高級流程圖。
[0014]圖5示出在選定的發(fā)動機轉速-負荷工況下的示例EGR規(guī)劃(schedule)。
[0015]圖6示出根據(jù)本公開的混合動力電動車輛內(nèi)的加快EGR吹掃的示例操作。
【具體實施方式】
[0016]以下描述涉及使用混合動力車輛系統(tǒng)(諸如圖1的車輛系統(tǒng))的馬達/發(fā)電機以在低負荷工況下加快從發(fā)動機(諸如圖2-3的發(fā)動機系統(tǒng))吹掃EGR的系統(tǒng)和方法。當在EGR流動的情況下以發(fā)動機模式操作混合動力車輛時，響應降低的發(fā)動機負荷，至發(fā)動機的EGR傳送會需要迅速減少。在此類工況期間，控制器可以經(jīng)配置執(zhí)行控制例程，諸如圖4的示例例程，以禁止至發(fā)動機的燃料并且使用馬達扭矩推進車輛。此外，控制器可以使用馬達扭矩旋轉未加燃料的發(fā)動機一段時間直到從發(fā)動機的進氣歧管充分吹掃EGR。可替代地，如果車輛系統(tǒng)電池能夠接受充電，則控制器可以禁用EGR并且在EGR閥關閉的情況下操作發(fā)動機，同時將生成的過量發(fā)動機扭矩存儲為電池電荷。參考圖6示出示例調(diào)整。以這種方式，在隨后的發(fā)動機操作期間，可以實現(xiàn)較高的EGR規(guī)劃，特別是在中發(fā)動機轉速-負荷工況到高發(fā)動機轉速-負荷工況下(圖5)。總的來說，改善了發(fā)動機性能。
[0017]圖1示出車輛的混合動力推進系統(tǒng)100。在所描繪的實施例中，車輛是混合動力電動車輛(HEV)。推進系統(tǒng)100包括具有多個汽缸30的內(nèi)燃發(fā)動機10。燃料可以從包括一個或更多個燃料箱、一個或更多個燃料泵和噴射器66的燃料系統(tǒng)(未示出)被提供到發(fā)動機10的每個汽缸。
[0018]發(fā)動機10經(jīng)由扭矩輸入軸18將動力傳送到變速器44。在所描繪的示例中，變速器44是包括行星齒輪組22和一個或更多個旋轉齒輪元件的動力分流變速器(或變速驅(qū)動橋)。變速器44還包括發(fā)電機24和電動馬達26。因為發(fā)電機24和電動馬達26均可作為馬達或發(fā)電機操作，所以它們也可以被稱為電機。扭矩從變速器44輸出，用于經(jīng)由動力傳動齒輪裝置34、扭矩輸出軸19以及差速器和輪軸組件36推進車輛牽引輪52。
[0019]發(fā)電機24可驅(qū)動地被連接到電動馬達26，使得發(fā)電機24和電動馬達26中的每個均可以使用來自電能存儲裝置的電能操作，該電能存儲裝置在本文中被描繪為電池54。在一些實施例中，諸如變換器的能量轉換裝置可以被聯(lián)接在電池和馬達之間，以將電池的DC輸出轉換成供馬達使用的AC輸出。然而，在可替代實施例中，變換器可以被配置在電動馬達內(nèi)。
[0020]電動馬達26可以以再生模式操作，S卩，其可以作為發(fā)電機操作，以吸收來自車輛運動和/或發(fā)動機的能量，并且將吸收的動能轉換成適合存儲在電池54內(nèi)的能量形式。此夕卜，電動馬達26可以根據(jù)需要作為馬達或發(fā)電機操作，以增大或吸收由發(fā)動機提供的扭矩。
[0021]行星齒輪組22包括環(huán)形齒輪42、太陽齒輪43和行星齒輪架組件46。環(huán)形齒輪和太陽齒輪可以經(jīng)由齒輪架彼此聯(lián)接。行星齒輪組22的第一輸入側被聯(lián)接到發(fā)動機10，而行星齒輪組22的第二輸入側被聯(lián)接到發(fā)電機24。行星齒輪組的輸出側經(jīng)由包括一個或更多個嚙合齒輪元件60-68的動力傳動齒輪裝置34聯(lián)接到車輛牽引輪52。在一種示例中，嚙合齒輪元件60-68可以是步進變速齒輪，其中齒輪架組件46可以將扭矩分配到步進變速齒輪。齒輪元件62、64和66被安裝在副軸17上，其中齒輪元件64接合電動馬達驅(qū)動的齒輪元件70。電動馬達26驅(qū)動齒輪元件70，其充當副軸齒輪裝置的扭矩輸入。這樣，行星齒輪架46 (并且因此發(fā)動機和發(fā)電機)可以經(jīng)由一個或更多個齒輪元件被聯(lián)接到車輛輪子和馬達?；旌蟿恿ν七M系統(tǒng)100可以在各種實施例中操作，包括全混合動力系統(tǒng)，其中車輛僅由發(fā)動機和發(fā)電機協(xié)作驅(qū)動，或僅由電動馬達驅(qū)動，或由其組合驅(qū)動?？商娲?，也可以采用輔助或輕度混合動力實施例，其中發(fā)動機是扭矩的主要來源，并且電動馬達在特定工況期間諸如在踩油門事件期間選擇性地添加扭矩。
[0022]例如，車輛可以發(fā)動機模式被驅(qū)動，其中發(fā)動機10結合發(fā)電機(其向行星齒輪組提供反作用扭矩并且允許用于推進的凈行星輸出扭矩)操作并且用作扭矩的主要來源用于向輪子52供以動力(如果車輛以馬達模式操作，則發(fā)電機也可以向輪子提供扭矩)。在發(fā)動機模式期間，燃料可以從燃料箱經(jīng)由燃料噴射器66供應到發(fā)動機10，使得發(fā)動機能夠在加燃料情況下旋轉，以提供用于推進車輛的扭矩。具體地，發(fā)動機動力被傳送到行星齒輪組的環(huán)形齒輪。同時，發(fā)電機向太陽齒輪43提供扭矩，從而產(chǎn)生至發(fā)動機的反作用扭矩。因此，扭矩由行星齒輪架輸出到副軸17上的齒輪62、64、66，其繼而將動力傳送到輪子52。另夕卜，發(fā)動機能夠經(jīng)操作輸出比需要更多的用于推進的扭矩，在該情況下，額外的動力(以發(fā)電模式)被發(fā)電機吸收以給電池54充電或為其他車輛負荷供應電力。
[0023]在另一示例中，車輛可以以輔助模式被驅(qū)動，其中發(fā)動機10操作并且用作向輪子52供以動力的扭矩的主要來源，并且電動馬達用作附加的扭矩源，以便與由發(fā)動機10提供的扭矩協(xié)同作用以及補充由發(fā)動機10提供的扭矩。在輔助模式期間，如在發(fā)動機模式下，燃料被供應到發(fā)動機10，以便旋轉加燃料的發(fā)動機，并且向車輛輪子提供扭矩。
[0024]在又一示例中，車輛可以以發(fā)動機關閉模式或電動模式被驅(qū)動，其中電池供電的電動馬達26操作并且用作用于驅(qū)動輪子52的扭矩的唯一來源。因此，在電動模式期間，不管發(fā)動機是否旋轉，均沒有燃料被噴射到發(fā)動機10內(nèi)。例如，在制動、低速、低負荷、交通燈處停車時等期間，可以采用電動模式。具體地，馬達動力被傳送到齒輪元件70，其繼而驅(qū)動副軸17上的齒輪元件，并且在其上驅(qū)動輪子52。
[0025]推進系統(tǒng)100還可以包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括經(jīng)配置從多個傳感器16 (其各種例子在本文中描述)接收信息的控制器12，并且將控制信號發(fā)送到多個致動器81 (其各種例子在本文中描述)。作為一種不例，傳感器16可以包括各種壓力和溫度傳感器、燃料水平傳感器、各種排氣傳感器等。各種致動器可包括例如齒輪組、汽缸燃料噴射器(未示出)和聯(lián)接到發(fā)動機進氣歧管(未示出)的空氣進氣節(jié)氣門等。圖2-3處詳細闡述附加的傳感器和致動器?？刂破?2可以從各種傳感器接收輸入數(shù)據(jù)、處理輸入數(shù)據(jù)以及響應處理后的輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)致動器，這些所述輸入數(shù)據(jù)基于對應于一個或更多個程序的被編程到控制器中的指令或代碼。本文中關于圖4描述示例控制程序。
[0026]圖2描繪(圖1的)發(fā)動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。發(fā)動機10可以接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)以及來自車輛操作員130的經(jīng)由輸入裝置132的輸入。在該示例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機10的汽缸(本文中也稱為“燃燒室”)30可以包括在其