專利名稱：用于改進(jìn)排氣溫度控制的并聯(lián)式相繼增壓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)及控制方法，更具體地，涉及具有雙渦輪增壓器的 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)普遍地用在現(xiàn)今的汽車中。由于該類發(fā)動(dòng)機(jī)使用吸入的空氣來(lái)燃燒燃 料并產(chǎn)生動(dòng)力，其發(fā)動(dòng)機(jī)功率受限于可吸入燃燒室的空氣量。與自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 相比，使用渦輪增壓器可增加吸入燃燒室的空氣。此外，某些汽車可以使用雙渦輪增 壓器系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下用單個(gè)渦輪增壓器操作，在高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速下用兩個(gè)渦輪增壓器操作，從而減少渦輪遲滯，同時(shí)保持峰值增壓性能。在美國(guó)專利5, 186, 005中描述了一種雙渦輪增壓器系統(tǒng)。在該具體的雙渦輪增壓 器系統(tǒng)中，兩個(gè)相同的渦輪增壓器相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)以并聯(lián)方式排列，并用跨越管 (crossover pipe )連接兩個(gè)相同的渦輪增壓器。在低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷/轉(zhuǎn)速下用 一個(gè)渦 輪增壓器操作，在高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷/轉(zhuǎn)速下用兩個(gè)渦輪增壓器操作。從單渦輪增壓器操 作到雙渦輪增壓器操作的切換基于進(jìn)氣量進(jìn)行。然而> 回到單渦輪增壓器操作的切換 基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行，即一旦開(kāi)始雙渦輪增壓器操作，則僅在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于特定的 設(shè)置值時(shí)切換回單渦輪增壓器操作，而與進(jìn)氣量的改變無(wú)關(guān)。然而，與這樣的雙渦輪增壓器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)并可能與其他雙渦輪增壓器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的一 個(gè)問(wèn)題是可能難以將排氣溫度保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而不能實(shí)現(xiàn)排放控制系統(tǒng)中 用于減少排氣排放的裝置的最優(yōu)化操作。例如，如果排氣溫度過(guò)低，則該裝置的效率 可能較低；而如果排氣溫度過(guò)高，則例如在該裝置為催化裝置的情況下，該裝置可能 在物理上或化學(xué)上劣化。在某些工況下，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，或在發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn) 速下運(yùn)行時(shí)，排氣溫度對(duì)于高效運(yùn)行或催化轉(zhuǎn)化來(lái)說(shuō)可能過(guò)低。然而在其他工況下， 例如在發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速或高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，排氣溫度可能過(guò)高，這會(huì)造成催化劑劣化。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到上述問(wèn)題，并認(rèn)識(shí)到，這樣的問(wèn)題至少部分地可以由一種用于 具有第一組汽缸和第二組汽缸、連接到第一組汽缸的第一渦輪增壓器和連接到第二組 汽缸的第二渦輪增壓器，及排放控制裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)解決。具體來(lái)說(shuō)，排氣 系統(tǒng)可以包括連接到第一渦輪增壓器并位于其下游的低熱損失路徑，連接到第二渦輪 增壓器并位于其下游的高熱損失路徑，連接在第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器之間并位于第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器上游的跨越管，該跨越管可以提供高熱損失 路徑與低熱損失路徑之間的通道，及用于調(diào)節(jié)跨越管中的排氣流的控制機(jī)構(gòu)。通過(guò)提供高熱損失路徑和低熱損失路徑兩者及允許兩個(gè)路徑之間的連通的跨越 管，并提供用于控制通過(guò)高熱損失路徑和低熱損失路徑的排氣流的機(jī)構(gòu)，可以更好地 控制排氣溫度，以提高雙渦輪增壓器環(huán)境中的排放控制裝置搡作的效率。在特定的工 況下，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)以低負(fù)荷/轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，減少通過(guò)高熱損失路徑的排氣流，增加通過(guò)低熱損失路徑的排氣流，以減少熱損失；而在特定的其他工況下，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)以高負(fù)荷/轉(zhuǎn)速搡作時(shí)，增加通過(guò)高熱損失路徑的排氣流，減少通過(guò)低熱損失路 徑的排氣流，以增加排氣的熱損失。此外，通過(guò)在兩個(gè)渦輪增壓器上游在高熱損失路徑與低熱損失路徑之間設(shè)置跨越管，可以實(shí)現(xiàn)(l)更快的增壓響應(yīng)，因?yàn)橹恍枰D(zhuǎn)動(dòng)(spinup) —個(gè)渦輪增壓器， 且該渦輪增壓器與需要轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)渦輪增壓器時(shí)相比將接收到兩倍的空氣流，及(2) 更快的排氣預(yù)熱，因?yàn)樗信艢舛剂鬟^(guò)低熱損失路徑，且因第二渦輪增壓器中的空氣 膨脹產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)減少。因此，可以向具有雙渦輪增壓器系統(tǒng)及排放控制裝置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供用于控制 排氣溫度以改進(jìn)排放控制裝置的搡作的機(jī)制。雖然上述示例是相對(duì)于雙渦輪增壓器系統(tǒng)示出的，但這些概念即使不是更加適用 于其他渦輪增壓器系統(tǒng)，也可以同樣地適用于其他渦輪增壓器系統(tǒng)。
圖1是示出了低熱損失路徑的雙層壁特征和高熱損失路徑的單層壁特征的示例 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖2是示出了低熱損失路徑具有的如較長(zhǎng)管長(zhǎng)度及較多管彎頭的特征的替代發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖3是示出通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)單層壁路徑和雙層壁路徑的排氣流，對(duì)排氣溫度進(jìn)行控制以改進(jìn)排放控制裝置搡作的流程圖；圖4是示出通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)高熱損失路徑和低熱損失路徑的排氣流，對(duì)排氣溫度進(jìn)行控制以改進(jìn)排放控制裝置操作的流程圖；圖5是示出通過(guò)與用于調(diào)節(jié)排氣流路徑的控制機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)，調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門，對(duì)壓縮機(jī)/渦輪瞬態(tài)操作進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D；及圖6是示出對(duì)使用發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)、使用排氣路徑調(diào)節(jié)，還是使用發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)和排氣路徑調(diào)節(jié)兩者進(jìn)行選擇，以控制排氣溫度的流程圖。 具休實(shí)施方式如圖1所示，具有第一實(shí)施例中的雙渦輪增壓器系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體100、排氣歧管110、第一渦輪增壓器112、第二渦輪增壓器114、低熱 損失路徑118、高熱損失路徑120、排放控制裝置122、通向大氣的排氣尾管126、提 供低熱損失路徑118與高熱損失路徑120之間的通道的跨越管116,及可控制通過(guò)跨 越管116的排氣流的控制機(jī)構(gòu)124。排氣歧管iio連接到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口，并包括連接到第一組發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的第一部 分，及連接到第二組發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的第二部分。排氣歧管IIO還連接到渦輪增壓器，其 中第一部分連接到第一渦輪增壓器112,第二部分連接到第二渦輪增壓器114。在該 示例中，來(lái)自第一組汽缸的排氣與來(lái)自第二組汽缸的排氣保持分離，隨后在進(jìn)入排放 控制裝置122之前混合到一起。然而，如果需要，也可以使用各種其他配置。渦輪增壓器排列在發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣歧管下游，并以并聯(lián)配置排列，其中每個(gè)渦輪增 壓器專門連接到一個(gè)汽缸組，而與另一個(gè)汽缸組分離。第一渦輪增壓器112連接到低 熱損失路徑118并位于其上游，第二渦輪增壓器114連接到高熱損失路徑120并位于 其上游。渦輪增壓器可以是各種類型的渦輪增壓器，例如可以是固定幾何渦輪增壓器， 或可以是可變幾何渦輪增壓器。此外，渦輪增壓器可以是可變噴嘴渦輪增壓器，或可 以包括旁通泄壓閥。每個(gè)渦輪增壓器包括至少一個(gè)渦輪和壓縮機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)渦 輪(未示出)，渦輪進(jìn)而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(未示出)，壓縮機(jī)進(jìn)而壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣(未示 出)。低熱損失路徑118可以包含一個(gè)或多個(gè)有助于其低熱損失性能的特征，例如，該 路徑可以包含雙層壁或較厚的壁，可以是雙層壁管，或與高熱損失路徑相比具有較短 的路徑長(zhǎng)度，襯有絕熱材料，和/或例如可以用電源加熱。相反，高熱損失路徑120可以包含一個(gè)或多個(gè)有助于其高熱損失性能的特征，例 如，該路徑可以包含單層壁或(與路徑118相比)較薄的壁，可以是單層壁管，該路 徑與低熱損失路徑相比可以具有較多管彎頭和/或具有較長(zhǎng)管長(zhǎng)度，和/或該路徑可以 由冷卻裝置冷卻。此外，該路徑的位置與路徑118相比可以離熱源較遠(yuǎn)。例如，該路 徑的位置可以離熱交換器排出的熱量較遠(yuǎn)，或該路徑可以位于汽車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣流 較少的區(qū)域中?？缭焦?16提供低熱損失路徑118與高熱損失路徑120之間的通道?？缭焦?16 可以位于兩個(gè)渦輪增壓器的上游，但也可以位于一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器的下游。通過(guò) 在兩個(gè)渦輪增壓器上游設(shè)置跨越管116,可以實(shí)現(xiàn)(l)更快的增壓響應(yīng)，因?yàn)橹?需要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)渦輪增壓器，且該渦輪增壓器與需要轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)渦輪增壓器時(shí)相比將接收 到兩倍的空氣流，及(2)更快的排氣預(yù)熱，因?yàn)樗信艢舛剂鬟^(guò)低熱損失路徑，且 因第二渦輪增壓器中的空氣膨脹產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)減少。此外，當(dāng)與控制機(jī)構(gòu)124組合 時(shí)，跨越管116可提供可以取決于發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車的工況改變流量的可變流量路徑。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以是各種類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種或多種，例如可以是旋轉(zhuǎn)式活 塞發(fā)動(dòng)機(jī)或往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以燃燒各種類型的燃料，例如可以是燃燒汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)或燃燒柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用不同的行程循環(huán)， 例如可以使用二行程循環(huán)或四行程循環(huán)。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸可以按各種配置排列并至少分為兩組。例如，汽缸可以按直線排列，如在直列式發(fā)動(dòng)機(jī)中；按v形配置排列，如在V型發(fā)動(dòng)機(jī)中；按W形配置，如在W型發(fā)動(dòng)機(jī)中；排列為兩個(gè)對(duì)置的汽缸組，如 在臥式發(fā)動(dòng)機(jī)中；或?yàn)椴煌l(fā)動(dòng)機(jī)配置的組合。排放控制裝置122可以包含一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的組件，這些組件可以是例如催化轉(zhuǎn) 化器、蒸發(fā)排放裝置、碳?xì)浠衔锖?或硫的凈化裝置(scrubbing device)、微粒 過(guò)濾器、捕集器、吸附器，及非熱等離子體反應(yīng)器。排放控制裝置還可以包含各種傳 感器，如氧傳感器和溫度傳感器等。排放控制裝置中的催化轉(zhuǎn)化器可以包含一種或多 種類型的催化劑，例如氧化催化劑，如用于氧化一氧化碳(C0)和未燃燒的碳?xì)浠?物(HC)的鉑和銠；及還原催化劑，如用于還原氮氧化物(NOJ的鉑和鈀。此外， 催化轉(zhuǎn)化器可以是選擇性催化還原(SCR)催化劑、稀NO,捕集器，或各種類型的催化 劑的組合。催化轉(zhuǎn)化器可以具有不同的物理結(jié)構(gòu)，如陶瓷蜂窩體、金屬板和陶瓷珠， 或不同物理結(jié)構(gòu)的組合。用于控制流過(guò)跨越管116的排氣的量的控制機(jī)構(gòu)124可以包含一種或多種適合的 閥，如針閥、蝶形閥、球閥、球形閥(globe valve)、折角球形閥，和/或閘閥；且 該控制機(jī)構(gòu)可以由一種或多種適合的執(zhí)行器操作，如電磁執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓 執(zhí)行器，和/或電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器。仍參考圖l,在控制機(jī)構(gòu)124處于開(kāi)啟位置或部分開(kāi)啟位置時(shí)，部分排氣流過(guò)高 熱損失路徑；而在控制機(jī)構(gòu)124處于關(guān)閉位置時(shí)，流過(guò)高熱損失路徑的排氣停止，且 所有排氣被引導(dǎo)至并流過(guò)低熱損失路徑。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)在某些實(shí)施例中可 用于對(duì)控制機(jī)構(gòu)124的操作進(jìn)行控制。例如，在排氣溫度低于排放控制裝置122期望 的下限工作溫度T禮時(shí)，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)(如在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后5-IO分鐘內(nèi))時(shí) 或在環(huán)境溫度相對(duì)較低(如，低于-2(TC)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 128向控制機(jī) 構(gòu)124發(fā)送出信號(hào)，以增加流向低熱損失路徑118的排氣流，和/或減少流向高熱損 失路徑120的排氣流。隨著更多排氣流過(guò)低熱損失路徑118,更少排氣流過(guò)高熱損失 路徑12t),導(dǎo)致在排氣進(jìn)入排放控制裝置122之前對(duì)排氣的冷卻和/或加熱減少。相 反，在排氣溫度高于排放控制裝置122期望的上限工作溫度L時(shí)，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)已在高轉(zhuǎn)速下持續(xù)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，或在環(huán)境溫度或排氣溫度相對(duì)較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制 單元(ECU) 128向控制機(jī)構(gòu)124發(fā)送出信號(hào)，以減少流向低熱損失路徑118的排氣 流，和/或增加流向高熱損失路徑120的排氣流。隨著更少排氣流過(guò)低熱損失路徑118, 更多排氣流過(guò)高熱損失路徑120,在排氣進(jìn)入排放控制裝置之前對(duì)排氣的冷卻增加。 進(jìn)一步參考圖3-圖6描述這樣的控制搡作的更多細(xì)節(jié)。如果控制機(jī)構(gòu)124位于一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器上游，則可以按類似的方式調(diào)節(jié)流 過(guò)一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器的排氣。雖然上述示例描述了控制排氣溫度或催化劑溫度，以通過(guò)對(duì)控制機(jī)構(gòu)124的調(diào)節(jié) 來(lái)改進(jìn)催化轉(zhuǎn)化器排放控制裝置的搡作，但在某些情況下，可將溫度控制用于實(shí)現(xiàn)其 他類型的排放控制裝置的高效操作。在某些實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)124可以連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 128和/或由 其控制。ECU還可以響應(yīng)于各種反饋機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)各種其他排氣系統(tǒng)執(zhí)行器或發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí) 行器。例如，ECU 128可以連接到用于調(diào)節(jié)各種發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如空燃比、點(diǎn)火正時(shí)、 點(diǎn)火順序、排氣再循環(huán)，及曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的各種發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率 從而減少排放。此外，ECU128可以接收來(lái)自各種發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器或排氣傳感器的輸入， 如130所示。圖2示出，具有第二實(shí)施例中的雙渦輪增壓器系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括直列式發(fā) 動(dòng)機(jī)汽缸體200、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管230、排氣歧管210、第一渦輪增壓器212、第二渦輪 增壓器214、低熱損失路徑218、高熱損失路徑220、排放控制裝置222 、通向大氣的 排氣尾管226、提供低熱損失路徑218與高熱損失路徑220之間的通道的跨越管216、 可控制通過(guò)跨越管216的排氣流的控制機(jī)構(gòu)224,及用于對(duì)控制機(jī)構(gòu)224的搡作進(jìn)行 控制，有時(shí)與各種發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門232協(xié)調(diào)進(jìn)行控制的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)。在該具體實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)224直接位于低熱損失路徑上游，并在其處于關(guān)閉 位置時(shí)用于切斷通過(guò)低熱損失路徑的排氣流，在閥開(kāi)啟時(shí)用于允許各種水平的流量進(jìn) 入跨越管216。排氣歧管210連接到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口，并包括連接到第一組發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的第一部 分，及連接到第二組發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的第二部分。排氣歧管210還連接到渦輪增壓器，其 中第一部分連接到第一渦輪增壓器212,第二部分連接到第二渦輪增壓器214。在該 示例中，來(lái)自第一組汽缸的排氣與來(lái)自第二組汽缸的排氣保持分離，隨后在進(jìn)入排放 控制裝置222之前混合到一起。然而，如果需要，也可以使用各種其他配置。渦輪增 壓器排列在發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣歧管下游，并以并聯(lián)配置排列，其中每個(gè)渦輪增壓器專門連 接到一個(gè)汽缸組，而與另一個(gè)汽缸組分離。第一渦輪增壓器212連接到低熱損失路徑 218并位于其上游，第二渦輪增壓器214連接到高熱損失路徑220并位于其上游。渦 輪增壓器可以是各種類型的渦輪增壓器，如參考圖l所述。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)渦輪21^、 214a,渦輪進(jìn)而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)212b、 214b,壓縮機(jī)進(jìn)而壓縮流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管230的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。在該具體實(shí)施例中，低熱損失路徑218具有雙層壁，并與低熱損失路徑2"相比 具有較短的路徑長(zhǎng)度；而高熱損失路徑220如圖所示與低熱損失路徑218相比具有較 多管彎頭，并具有較長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度。低熱損失路徑218可以包含一個(gè)或多個(gè)有助于其低熱損失性能的特征；相反，高 熱損失路徑220可以包含一個(gè)或多個(gè)有助于其高熱損失性能的特征，如上文中參考圖 l所述?？缭焦?16提供低熱損失路徑218與高熱損失路徑220之間的通道。在該具體實(shí) 施例中，跨越管216位于兩個(gè)渦輪增壓器上游。在其他實(shí)施例中，跨越管可以位于一 個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器的下游。鑒于與圖1類似的理由，將跨越管216定位在兩個(gè)渦輪 增壓器上游可以實(shí)現(xiàn)(l)更快的增壓響應(yīng)，及(2)更快的排氣加熱。此外，當(dāng)與 控制機(jī)構(gòu)224組合時(shí)，跨越管226可提供可以取決于發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車的工況改變流量的 可變流量路徑。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)200可以是各種類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種或多種，如上文中參考圖 l所述。排放控制裝置226可以包含一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的單元/子組件，并可以包含各種傳 感器，如上文中參考圖l所述。排放控制裝置中的催化轉(zhuǎn)化器可以包含一種或多種類 型的催化劑，如上文中參考圖l所述。催化轉(zhuǎn)化器可以具有不同的物理結(jié)構(gòu)，如上文 中參考圖l所述。用于控制流過(guò)跨越管216的排氣的量的控制機(jī)構(gòu)224可以包含一種或多種適合的 閥，如上文中參考圖1詳述。在該具體實(shí)施例中，仍參考圖2，在控制機(jī)構(gòu)224處于開(kāi)啟位置或部分開(kāi)啟位置 時(shí)，部分排氣流過(guò)低熱損失路徑218;而在控制機(jī)構(gòu)224處于關(guān)閉位置時(shí)，流過(guò)低熱 損失路徑218的排氣停止，且所有排氣被引導(dǎo)至并流過(guò)高熱損失路徑220。此外在該 具體實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)224位于一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器上游，可以按類似的方式調(diào) 節(jié)流過(guò)一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器的排氣。在該實(shí)施例中，繼續(xù)參考圖2，控制機(jī)構(gòu)224連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 228 并由其控制，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)還控制一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門232。如上文中參 考圖l所述，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)可以對(duì)控制機(jī)構(gòu)的搡作進(jìn)行控制以調(diào)節(jié)排氣流 路徑，從而調(diào)節(jié)排氣溫度。在此描述用于使用圖l和圖2中的示例系統(tǒng)將排氣溫度搡作保持在期望的范圍中 的示例發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)控制方法。具體來(lái)說(shuō)，在下文中描述可用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)和排 氣系統(tǒng)配置，如圖1和圖2所示配置的控制例程。下文中所述的具體例程可以表示任何數(shù)量的處理策略中的一種或多種，如事件驅(qū) 動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。因此，所示的各個(gè)步驟或功能可以按所示的順序 執(zhí)行，并行執(zhí)行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序不是實(shí)現(xiàn)本文中所述的 示例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必需，而是為便于演示和說(shuō)明而提供。雖然來(lái)明確示出， 但可以取決于所使用的具體策略，在發(fā)動(dòng)機(jī)搡作期間重復(fù)地執(zhí)行所示步驟或功能。此 外，這些附圖可以在圖形上表示編程到控制器或控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中 的代碼。圖3是可以在汽車控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)中執(zhí)行的示例例程的高 級(jí)流程圖。具體來(lái)說(shuō)，i亥例程示出通過(guò)調(diào)節(jié)如圖1-圖2所示的并聯(lián)式渦輪增壓器系統(tǒng)中的跨越管中的排氣流對(duì)排氣溫度進(jìn)行的控制。首先，在310，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 監(jiān)視排氣溫度L。然后，在312,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)基于各種工作參數(shù)，如車 速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，和/或其他參數(shù)，確定期望的下限工作溫度L和期望 的上限工作溫度TdU。接下來(lái)，在3",發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)判斷排氣溫度L是否低于期望的下限 工作溫度T"(L<TdJ;且如果L低于T禮(L〈TJ,則在316,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 調(diào)節(jié)排氣閥(如圖1中的控制機(jī)構(gòu)214或圖2中的控制機(jī)構(gòu)224 )以增加流向低熱損 失路徑的排氣流，和/或減少流向高熱損失路徑的排氣流。否則，如果L不低于Tdt (Tm>TdJ ,則在31S,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)判斷排氣溫度L是否高于期望的上 限工作溫度Tdu,或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷高于相應(yīng)的限制值；如果是，則在320,發(fā)動(dòng)機(jī) 控制單元(ECU)調(diào)節(jié)閥以增加流向高熱損失路徑的排氣流，和/或減少流向低熱損失 路徑的排氣流。否則，例程終止。注意，排氣溫度L可以基于通過(guò)各種傳感器得到的直接測(cè)量值；排氣溫度可以基 于各種參數(shù)或通過(guò)各種參數(shù)估計(jì)得到，例如各種環(huán)境參數(shù)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如發(fā)動(dòng) 機(jī)溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度，和/或環(huán)境風(fēng)速；和/ 或排氣溫度也可以基于可指示排氣溫度的參數(shù)，如轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。通過(guò)以圖3所示的方式對(duì)控制機(jī)構(gòu)的搡作進(jìn)行控制，可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)實(shí)現(xiàn)更 加精確的對(duì)排氣溫度的控制，以利于排放控制裝置的高效操作。例如，可以避免或減 少排氣溫度低于期望的下限工作溫度L的情況，并可以避免或減少排氣溫度高于期 望的上限工作溫度Tdu的情況，以減少排放控制裝置中的催化劑的劣化。圖4是可以在汽車控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)中執(zhí)行的示例例程的高 級(jí)流程圖。具體來(lái)說(shuō)，該例程示出對(duì)通過(guò)如圖1-圖2所示的具有雙層壁路徑和單層 壁路徑的并聯(lián)式渦輪增壓器系統(tǒng)中的跨越管的排氣流進(jìn)行的控制。在410,發(fā)動(dòng)機(jī)控 制單元(ECU)監(jiān)視排氣溫度L;然后，在412,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)確定期望的 下限工作溫度L和期望的上限工作溫度Tau;接下來(lái)，在414，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 判斷排氣溫度L是否低于期望的下限工作溫度T^ (T <Tdt);且如果L低于L (T <TdJ ,則在416,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)調(diào)節(jié)閥(如圖1中的控制機(jī)構(gòu)2"或圖2 中的控制機(jī)構(gòu)224 )以增加流向雙層壁路徑的排氣流，和/或減少流向單層壁路徑的 排氣流；如果L不低于T" (T >TaJ ,則在418，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)判斷排氣 溫度L是否高于期望的上限工作溫度TdU (T 〉TdU);且如果L高于Tau (T >TdU), 則在420，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)調(diào)節(jié)閥(如圖1中的控制機(jī)構(gòu)214或圖2中的控 制機(jī)構(gòu)224 )以增加流向單層壁路徑的排氣流，和/或減少流向雙層壁路徑的排氣流。如參考圖3所述，排氣溫度L可以基于通過(guò)各種傳感器得到的直接測(cè)量值；排氣 溫度可以基于各種參數(shù)或通過(guò)各種參數(shù)估計(jì)得到；和/或排氣溫度也可以基于可指示 排氣溫度的參數(shù)。類似地，通過(guò)以圖4所示的方式對(duì)控制機(jī)構(gòu)的操作進(jìn)行控制，可以在適當(dāng)?shù)姆秶?內(nèi)實(shí)現(xiàn)更加精確的對(duì)排氣溫度的控制，以利于排放控制裝置的高效操作，如參考圖3 詳述。在某些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)還可以與控制機(jī)構(gòu)(如圖1中的控制 機(jī)構(gòu)1M或圖2中的控制機(jī)構(gòu)"0協(xié)調(diào)，調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門或其他發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)， 如燃料噴射、凸輪正時(shí)等，以補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)/渦輪的瞬態(tài)搡作，從而減少瞬態(tài) 扭矩誤差、空燃比誤差等。特別是，對(duì)通過(guò)跨越管(如，圖1中的跨越管116和圖2 中的跨越管216)的排氣流的調(diào)節(jié)會(huì)影響渦輪增壓器(從而影響壓縮機(jī))的轉(zhuǎn)速，從 而影響進(jìn)氣壓力和排氣壓力。瞬態(tài)壓力和瞬態(tài)轉(zhuǎn)速會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生瞬態(tài)空氣流量變化及 汽缸進(jìn)氣量變化，這會(huì)造成瞬態(tài)扭矩?cái)_動(dòng)、瞬態(tài)空燃比擾動(dòng)等。為了降低這樣的瞬態(tài) 擾動(dòng)的可能性，可以與通過(guò)控制機(jī)構(gòu)124/224調(diào)節(jié)跨越管流量協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作， 如圖5所示。具體來(lái)說(shuō)，在510,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)判斷是否存在對(duì)控制機(jī)構(gòu)(如，圖l 中的控制機(jī)構(gòu)124和圖2中的控制機(jī)構(gòu)224 )的任何調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換。如果存在對(duì)控制機(jī) 構(gòu)的調(diào)節(jié)，則在512,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)與控制機(jī)構(gòu)(如，圖2中的控制機(jī)構(gòu) 22"協(xié)調(diào)，調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門(如，圖2中的節(jié)氣門232 ),以補(bǔ)償壓縮機(jī)/渦 輪的瞬態(tài)操作。否則，例程終止。例如，例程可以不同程度地對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行調(diào)節(jié)，從 而使流向第一組汽缸和第二組汽缸的排氣流量不同，以補(bǔ)償在控制機(jī)構(gòu)增加從第一組 汽缸轉(zhuǎn)移到第二組汽缸的排氣流量時(shí)不平衡的渦輪增壓操作。.以此方式，可以減少通過(guò)每個(gè)渦輪增壓器的排氣流量不同所造成的不平衡的渦輪 增壓。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)(如，圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元128和圖2 中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元228 )調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)(如，圖1中的控制機(jī)構(gòu)124和圖2中的控 制機(jī)構(gòu)224 )以增加流向低熱損失路徑(如，圖1中的118和圖2中的218)的排氣 流時(shí)，與第二渦輪增壓器(如，圖1中的112和圖2中的212)相比，第一渦輪增壓 器可以接收更多排氣流并更快地旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)氣在第一渦輪增壓器一側(cè)比在第二渦輪 增壓器一側(cè)受到更多壓縮，因此造成壓縮空氣以不平衡的分布進(jìn)入不同的發(fā)動(dòng)機(jī)汽 缸。圖5中所示的補(bǔ)償機(jī)制可以調(diào)節(jié)各種發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門，以使兩個(gè)渦輪增壓器產(chǎn)生的 進(jìn)氣壓縮相等，例如在此可以通過(guò)在可能的情況下減少通過(guò)第一渦輪增壓器的壓縮機(jī) 的進(jìn)氣流量來(lái)進(jìn)行。如本文所述，可以通過(guò)排氣流路徑調(diào)節(jié)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)，或通過(guò)排氣流路徑調(diào) 節(jié)和發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)兩者來(lái)控制或調(diào)節(jié)排氣溫度。例如，圖6中的例程示出基于工況選擇 各種溫度調(diào)節(jié)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作和汽車操作期間實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的溫度控制。具體來(lái)說(shuō)，在 610，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)基于各種參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以來(lái)的時(shí)間、渦輪增壓器 狀態(tài)，和/或其他參數(shù)，判斷是否啟用了協(xié)調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)和排氣路徑調(diào)節(jié)以控制排 氣溫度。如果啟用了協(xié)調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)和排氣路徑調(diào)節(jié)以控制排氣溫度，則在612，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)基于例如溫度控制誤差和/或其他工況的改變速率判斷需要高 頻排氣溫度調(diào)節(jié)還是低頻排氣溫度調(diào)節(jié)。如果只需要高頻排氣溫度調(diào)節(jié)，則在614, 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)判斷使用哪一種發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)或發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)的組合，然后例如 通過(guò)調(diào)節(jié)空燃比、通過(guò)控制噴射正時(shí)、通過(guò)控制火花點(diǎn)火正時(shí)、通過(guò)調(diào)節(jié)可變凸輪正 時(shí)、通過(guò)調(diào)節(jié)泄壓閥操作來(lái)執(zhí)行所需的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)。如果需要高頻排氣溫度調(diào)節(jié)和低 頻排氣溫度調(diào)節(jié)兩者，則在61S,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和通過(guò)調(diào)節(jié)排 氣路徑來(lái)控制排氣溫度。最后，如果只需要低頻發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)，則在616,發(fā)動(dòng)機(jī)控制 單元調(diào)節(jié)排氣流路徑。繼續(xù)參考圖6,如果未啟用協(xié)調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)和排氣路徑調(diào)節(jié)以控制排氣溫度， 則在620,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)通過(guò)調(diào)節(jié)排氣路徑來(lái)控制排氣溫度。以此方式，可以對(duì)適當(dāng)?shù)墓r選擇適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)機(jī)制，并實(shí)現(xiàn)如減少排氣流的 轉(zhuǎn)換和渦輪增壓搡作這樣的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見(jiàn)的特定組合及子組合。這些權(quán) 利要求可能引用"一個(gè)"元素或"第一"元素或其等價(jià)。這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為 包括對(duì)一個(gè)或一個(gè)以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣的 元素。所公開(kāi)的特征、功能、元素，和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過(guò)本發(fā)明 權(quán)利要求的修改或通過(guò)在本申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提供新的權(quán)利要求來(lái)請(qǐng)求保護(hù)。這樣的 權(quán)利要求，無(wú)論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價(jià)或不同，都應(yīng)被視為包 括在本發(fā)明的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于具有第一組汽缸和第二組汽缸及排放控制裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)，包括連接到第一組汽缸的第一渦輪增壓器；連接到第二組汽缸的第二渦輪增壓器；連接在第一渦輪增壓器與第二渦輪增壓器之間并位于第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器上游的跨越管；用于調(diào)節(jié)通過(guò)跨越管的排氣流的控制機(jī)構(gòu)；連接在第一渦輪增壓器與排放控制裝置之間的低熱損失路徑；及連接在第二渦輪增壓器與排放控制裝置之間的高熱損失路徑。
2. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述用于調(diào)節(jié)通過(guò)跨越管的排 氣流的控制機(jī)構(gòu)是閥。
3. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述低熱損失路徑是雙層壁管。
4. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述高熱損失路徑是單層壁管。
5. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述高熱損失路徑與所述低熱 損失路徑相比包含較多管彎頭，以增加其對(duì)排氣的冷卻效應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述高熱損失路徑包含冷卻裝 置，用于冷卻通過(guò)所述高熱損失路徑的排氣流。
7. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述高熱損失路徑是與所述低 熱損失路徑相比包含較多管彎頭和較少壁層數(shù)的單層壁管。
8. 如權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述低熱損失路徑是雙層壁管。
9. 一種用于控制排氣溫度以實(shí)現(xiàn)排放控制裝置的最優(yōu)化操作的方法，包括 從第一組汽缸排出氣體到第一渦輪增壓器，然后使氣體通過(guò)低熱損失路徑到達(dá)排放控制裝置；及從第二組汽缸排出氣體到第二渦輪增壓器，然后使氣體通過(guò)高熱損失路徑到達(dá)排 放控制裝置；及在溫度降低的工況下，將來(lái)自第二渦輪增壓器和高熱損失路徑的至少部分氣體傳 送到第一渦輪增壓器和低熱損失路徑。
10. —種用于控制排氣溫度以實(shí)現(xiàn)排放控制裝置的最優(yōu)化操作的方法，包括 從第一組汽缸排出氣體到第一渦輪增壓器，然后使氣體通過(guò)第一路徑到達(dá)排放控 制裝置；從第二組汽缸排出氣體到第二渦輪增壓器，然后使氣體通過(guò)第二路徑到達(dá)排放控制裝置；在第一工況下，在溫度改變時(shí)改變從第一組汽缸排出并流向第二路徑的氣體的量；在第二工況下，在溫度改變時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)以影響排氣溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙渦輪增壓器系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)及控制方法，其中一種用于具有第一組汽缸和第二組汽缸及排放控制裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)包括連接到第一組汽缸的第一渦輪增壓器；連接到第二組汽缸的第二渦輪增壓器；連接在第一渦輪增壓器與第二渦輪增壓器之間并位于第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器上游的跨越管；用于調(diào)節(jié)通過(guò)跨越管的排氣流的控制機(jī)構(gòu)；連接在第一渦輪增壓器與排放控制裝置之間的低熱損失路徑；及連接在第二渦輪增壓器與排放控制裝置之間的高熱損失路徑。
文檔編號(hào)F02B37/12GK101251043SQ20081008190
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月20日
發(fā)明者凱文·墨菲, 邁克爾·格伯爾貝克爾 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司