用以防止排氣過熱的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，具體地，系統(tǒng)包括：發(fā)動機；聯(lián)接至發(fā)動機的排氣通道；排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，其聯(lián)接至排氣通道和發(fā)動機的進氣通道；多級渦輪增壓器系統(tǒng)，其包括定位于排氣通道中的高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器；以及控制單元，其配置成：響應于排氣溫度超過溫度閾值，閉合高壓渦輪增壓器的渦輪旁通閥，以增加發(fā)動機空氣對燃料比而冷卻排氣。
【專利說明】用以防止排氣過熱的系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本文中公開的主題的實施例涉及例如發(fā)動機、發(fā)動機構件以及發(fā)動機系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]發(fā)動機系統(tǒng)可配置有渦輪增壓器或緊密聯(lián)接至氣缸排氣出口的其它排氣構件。如果排氣溫度達到足夠高的水平，則可導致對渦輪增壓器或其它構件的損壞。
實用新型內(nèi)容
[0003]在一個實施例中，一種方法包括響應于排氣溫度超過溫度閾值而增加發(fā)動機的空氣對燃料比，以將排氣溫度降低到閾值溫度以下的溫度。
[0004]這樣，當排氣溫度被升高至可使下游構件退化的溫度時，發(fā)動機的空氣對燃料比可增加。通過增加空氣對燃料比，峰值燃燒溫度可降低，從而降低排氣溫度。
[0005]應當理解，提供以上簡要描述，以便以簡化形式介紹在詳細描述中進一步描述的一系列概念。并非旨在標識所要求保護的主題的關鍵或必要特征，該主題的范圍由跟所述權利要求書唯一地限定。此外，所要求保護的主題并不限于解決上文指出或在本公開的任何部分中的任何缺點的實施方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]通過參照附圖閱讀非限制性實施例的以下描述，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中如下:
[0007]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例帶有發(fā)動機的軌道車輛的示意圖；
[0008]圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例用于控制空氣對燃料比的方法的流程圖；
[0009]圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在空氣對燃料比調(diào)整期間的發(fā)動機操作參數(shù)的一組曲線圖；
[0010]圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在另一空氣對燃料比調(diào)整期間的發(fā)動機操作參數(shù)的一組曲線圖。

【具體實施方式】
[0011]以下描述涉及用于冷卻排氣的各種實施例。高排氣溫度可對渦輪增壓器或置于排氣通道中的其它構件造成損壞。為了冷卻排氣，可增加氣缸空氣對燃料比。通過增加空氣對燃料比，更多空氣存在于氣缸中，從而增加了氣缸的熱容量且降低了燃燒溫度。可增加空氣對燃料比而不調(diào)整輸送至氣缸的燃料量，例如通過增加發(fā)動機速度或閉合空氣控制閥，例如高壓渦輪旁通閥。
[0012]文中描述的方案可用于多種發(fā)動機類型和多種發(fā)動機驅(qū)動的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的一些可為固定的，例如在功率設備或發(fā)電機組應用中，而其它的可在半移動或移動的平臺上。半移動平臺可在操作時期之間重新安置，諸如安裝在平板拖車上。移動平臺包括自行車輛。這類車輛可包括采礦裝備、海洋船只、路上運輸車輛、非公路車輛(OHV)和軌道車輛。為了清楚說明，軌道車輛作為支承并入本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的移動平臺的示例而提供。例如，圖1示出在文中描繪為軌道車輛106 (例如，機車)的車輛系統(tǒng)100的實施例的框圖，其配置成經(jīng)由多個輪110在軌道102上行進。如所描繪的，軌道車輛106包括發(fā)動機104。
[0013]發(fā)動機104從諸如進氣歧管115的進氣口接收進入空氣以用于燃燒。進氣口可為任何合適的一個或多個管道，氣體流動通過其而進入發(fā)動機。例如，進氣口可包括進氣歧管115、進氣通道114等。進氣通道114從空氣過濾器(未示出)接收環(huán)境空氣，空氣過濾器過濾來自發(fā)動機104可定位于其中的車輛的外部的空氣。由發(fā)動機104中的燃燒產(chǎn)生的排氣供應至排氣裝置，例如排氣通道116。排氣裝置可為氣體從發(fā)動機流動通過其的任何合適導管。例如，排氣裝置可包括排氣歧管117、排氣通道116等。排氣流動通過排氣通道116且流出軌道車輛106的排氣煙囪。在一個示例中，發(fā)動機104為通過壓縮點火而燃燒空氣和柴油燃料的柴油發(fā)動機。在其它非限制性實施例中，發(fā)動機104可通過壓縮點火(和/或火花點火)而燃燒包括汽油、煤油、生物柴油或其它類似密度的石油分餾物的燃料，和/或諸如天然氣的燃料。
[0014]在一個實施例中，軌道車輛106為柴油電動車輛。如圖1中描繪的，發(fā)動機104聯(lián)接至電功率發(fā)生系統(tǒng)，其包括交流發(fā)電機/發(fā)電機140和電力牽引馬達112。例如,發(fā)動機104為生成扭矩輸出的柴油發(fā)動機，扭矩輸出傳遞至機械聯(lián)接至發(fā)動機104的交流發(fā)電機/發(fā)電機140。交流發(fā)電機/發(fā)電機140產(chǎn)生可存儲和用于隨后傳播至多種下游電氣構件的電功率。作為示例，交流發(fā)電機/發(fā)電機140可電聯(lián)接至多個牽引馬達112，并且交流發(fā)電機/發(fā)電機140可提供電功率給多個牽引馬達112。如所描繪地，多個牽引馬達112各自連接至多個輪110中的一個，以提供牽引功率而推進軌道車輛106。一個示例配置包括每個輪一個牽引馬達。如文中所描繪的，六對牽引馬達對應于軌道車輛的六對輪中的每一對。在另一示例中，交流發(fā)電機/發(fā)電機140可聯(lián)接至一個或多個電阻網(wǎng)142。電阻網(wǎng)142可配置成經(jīng)由通過該網(wǎng)從交流發(fā)電機/發(fā)電機140所生成的電力產(chǎn)生的熱而耗散過量的發(fā)動機扭矩。
[0015]在圖1中描繪的實施例中，發(fā)動機104為具有十二個氣缸的V-12發(fā)動機。在其它示例中，發(fā)動機可為￥-6、￥-8、￥-10、￥-16、1-4、1-6、1-8、對置(opposed) 4或另一發(fā)動機類型。如所描繪地，發(fā)動機104包括:非原料(donor)氣缸105的子集，其包括將排氣專門供應至非原料氣缸排氣歧管117的六個氣缸；以及原料氣缸107的子集，其包括將排氣專門供應至原料氣缸排氣歧管119的六個氣缸。在其它實施例中，發(fā)動機可包括至少一個原料氣缸和至少一個非原料氣缸。例如，發(fā)動機可具有四個原料氣缸和八個非原料氣缸，或者三個原料氣缸和九個非原料氣缸。應了解，發(fā)動機可具有任何期望數(shù)量的原料氣缸和非原料氣缸，其中原料氣缸的數(shù)量典型地低于非原料氣缸的數(shù)量。
[0016]如圖1中所描繪的，非原料氣缸105聯(lián)接至排氣通道116，以將排氣從發(fā)動機導引至大氣(在其經(jīng)過排氣處理系統(tǒng)130和第一渦輪增壓器120與第二渦輪增壓器124之后)。提供發(fā)動機排氣再循環(huán)(EGR)的原料氣缸107專門聯(lián)接至EGR系統(tǒng)160的EGR通道162，其將排氣從原料氣缸107導引至發(fā)動機104的進氣通道114，而不是到大氣。通過將冷卻的排氣引入到發(fā)動機104，用于燃燒的可用氧氣的量減少，由此降低燃燒火焰溫度并減少氮氧化物(例如，NOx)的形成。
[0017]從原料氣缸107流動到進氣通道114的排氣經(jīng)過諸如EGR冷卻器166的換熱器，以在排氣返回至進氣通道之前降低排氣的溫度(例如，冷卻)。EGR冷卻器166例如可為空氣對液體換熱器。在這種示例中，設置在進氣通道114中(例如，再循環(huán)排氣進入之處的上游)的一個或多個增壓空氣冷卻器132和134可被調(diào)整，以進一步增加增壓空氣的冷卻，使得增壓空氣和排氣的混合物溫度維持在期望溫度。在其它示例中，EGR系統(tǒng)160可包括EGR冷卻器旁通。備選地，EGR系統(tǒng)可包括EGR冷卻器控制元件。EGR冷卻器控制元件可被促動，使得通過EGR冷卻器的排氣流減少；然而，在這一配置中，不流過EGR冷卻器的排氣被引導至排氣通道116而不是進氣通道114。
[0018]另外，在一些實施例中，EGR系統(tǒng)160可包括配置成使排氣從原料氣缸轉(zhuǎn)向回到排氣通道的EGR旁通通道161。EGR旁通通道161可經(jīng)由閥163控制。閥163可配置有多個限制點，使得可變量的排氣被導引至排氣裝置，以便向進氣口提供可變量的EGR。
[0019]在圖1中所示的備選實施例中，原料氣缸107可聯(lián)接至備選EGR通道165(由虛線示出)，其配置成選擇性地將排氣導引到進氣口或到排氣通道。例如，當?shù)诙y170打開時，排氣可在被導引至進氣通道114之前從原料氣缸導引至EGR冷卻器166和/或另外的元件。
[0020]此外，備選EGR系統(tǒng)包括設置在排氣通道116和備選EGR通道165之間的第一閥164。第二閥170可為由控制單元180控制的開/閉閥(用于調(diào)節(jié)EGR流開或閉)，或者其可控制例如EGR的可變量。在一些示例中，第一閥164可被促動，使得EGR量減少(排氣從EGR通道165流至排氣通道116)。在其它示例中，第一閥164可被促動，使得EGR量增加(例如，排氣從排氣通道116流至EGR通道165)。在一些實施例中，備選EGR系統(tǒng)可包括多個EGR閥或其它流量控制元件以控制EGR的量。
[0021]在這一配置中，第一閥164可操作以將排氣從原料氣缸導引至發(fā)動機104的排氣通道116，并且第二閥170可操作以將排氣從原料氣缸導引至發(fā)動機104的進氣通道114。因此，第一閥164可稱為EGR旁通閥，而第二閥170可稱為EGR計量閥。在圖1中所示的實施例中，第一閥164和第二閥170可為例如發(fā)動機油或液壓促動閥，其帶有(未示出)梭形滑閥以調(diào)節(jié)發(fā)動機油。在一些示例中，閥可被促動，使得第一閥164和第二閥170中的一個通常打開，且另一個通常閉合。在其它示例中，第一閥164和第二閥170可為氣動閥、電動閥或另一合適閥。
[0022]如圖1中所示，車輛系統(tǒng)100還包括EGR混合器172，其將再循環(huán)排氣與增壓氣體混合，使得排氣可均勻地分布在增壓空氣和排氣混合物內(nèi)。在圖1中描繪的實施例中，EGR系統(tǒng)160為高壓EGR系統(tǒng)，其將排氣從排氣通道116中的渦輪增壓器120和124上游的位置導引至進氣通道114中的渦輪增壓器120和124下游的位置。在其它實施例中，車輛系統(tǒng)100可另外或備選地包括低壓EGR系統(tǒng)，其將排氣從排氣通道116中渦輪增壓器120和124的下游導引至進氣通道114中渦輪增壓器120和124上游的位置。
[0023]如圖1中所描繪的，車輛系統(tǒng)100還包括帶有串聯(lián)布置的第一渦輪增壓器120和第二渦輪增壓器124的兩級渦輪增壓器，渦輪增壓器120和124中的每一個布置在進氣通道114與排氣通道116之間。兩級渦輪增壓器增加抽入進氣通道114中的環(huán)境空氣的空氣充氣，以便在燃燒期間提供更大的充氣密度，以增大功率輸出和/或發(fā)動機操作效率。第一渦輪增壓器120在相對較低的壓力下操作，且包括驅(qū)動第一壓縮機122的第一渦輪121。第一渦輪121和第一壓縮機122經(jīng)由第一軸123機械聯(lián)接。第一渦輪增壓器可稱為渦輪增壓器的“低壓級”。第二渦輪增壓器124在相對較高的壓力下操作，且包括驅(qū)動第二壓縮機126的第一渦輪125。第二渦輪增壓器可稱為渦輪增壓器的“高壓級”。第二渦輪和第二壓縮機經(jīng)由第二軸127機械聯(lián)接。
[0024]如上文所解釋的，術語“高壓”和“低壓”是相對的，意味著“高”壓是比“低”壓更高的壓力。相反，“低”壓是比“高”壓更低的壓力。
[0025]如文中所用，“兩級渦輪增壓器”可大體指包括兩個或更多渦輪增壓器的多級渦輪增壓器配置。例如，兩級渦輪增壓器可包括串聯(lián)布置的高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器、串聯(lián)布置的三個渦輪增壓器、供給高壓渦輪增壓器的兩個低壓渦輪增壓器、供給兩個高壓渦輪增壓器的一個低壓渦輪增壓器，等等。在一個示例中，三個渦輪增壓器串聯(lián)使用。在另一示例中，僅僅兩個渦輪增壓器串聯(lián)使用。
[0026]在圖1中所示的實施例中，第一渦輪增壓器120設有渦輪旁通閥131。渦輪旁通閥131可打開，例如以使排氣流轉(zhuǎn)向離開第一渦輪121。以這種方式，壓縮機122的轉(zhuǎn)速和因此由渦輪增壓器120、124向發(fā)動機104提供的升壓可在穩(wěn)態(tài)條件期間被調(diào)節(jié)。在一些實施例中，第二渦輪增壓器124可備選地或另外設有渦輪旁通閥128 (以虛線描繪)，其允許排氣旁通第二渦輪增壓器124。渦輪旁通閥128可打開，例如以使排氣流轉(zhuǎn)向離開第二渦輪125。這樣，壓縮機126的轉(zhuǎn)速和因此由渦輪增壓器120、124向發(fā)動機104提供的升壓可在穩(wěn)態(tài)條件期間調(diào)節(jié)。在其它實施例中，僅僅第一渦輪增壓器120可設有渦輪旁通閥，或者僅僅第二渦輪增壓器124可設有渦輪旁通閥。另外，第二渦輪增壓器可設有壓縮機旁通閥129，其允許氣體旁通第二壓縮機126例如以避免壓縮機喘振。在一些實施例中，第一渦輪增壓器120也可設有壓縮機旁通閥，而在其它實施例中，僅僅第一渦輪增壓器120可設有壓縮機旁通閥。
[0027]車輛系統(tǒng)100還包括聯(lián)接在排氣通道中的排氣處理系統(tǒng)130，以便減少受調(diào)節(jié)的排放。如圖1中所描繪地，排氣處理系統(tǒng)130設置在第一(低壓)渦輪增壓器120的渦輪121的下游。在其它實施例中，排氣處理系統(tǒng)可另外或備選地設置在第一渦輪增壓器120的上游。排氣處理系統(tǒng)130可包括一個或多個構件。例如，排氣處理系統(tǒng)130可包括柴油微粒過濾器(DPF)、柴油氧化催化劑(DOC)、選擇催化還原(SCR)催化劑、三效催化劑、NOx吸收器(trap)和/或各種其它排放控制裝置或它們的組合中的一個或多個。
[0028]車輛系統(tǒng)100還可包括自加載(self-load)系統(tǒng),其可包括發(fā)動機104、交流發(fā)電機/發(fā)電機140、電阻網(wǎng)142和/或另外的構件。自加載系統(tǒng)可經(jīng)由交流發(fā)電機/發(fā)電機140將過量的發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)化為電力，其然后可耗散至一個或多個車輛電池或其它能量儲存裝置，經(jīng)由發(fā)動機電力系統(tǒng)卸載，和/或?qū)б翆⒛芰亢纳闊岬碾娮杈W(wǎng)142。因此，在自加載模式中，發(fā)動機操作，以通過在高于必要的速度和負載(對于所要求的扭矩)下操作而生成超出牽引馬達需求的過量扭矩和/或功率，其中過量的能量被耗散至自加載系統(tǒng)。例如，自加載系統(tǒng)操作可包括通過各種裝置(包括電阻網(wǎng)142)耗散過量的電功率生成，和/或?qū)Πl(fā)動機的一個或多個電池充電。
[0029]車輛系統(tǒng)100還包括控制單元180，其提供且配置成控制與車輛系統(tǒng)100相關的各種構件。在一個示例中，控制單元180包括計算機控制系統(tǒng)?？刂茊卧?80還包括非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)(未示出)，其包括用于實現(xiàn)發(fā)動機操作的機上監(jiān)測和控制的代碼。在監(jiān)視車輛系統(tǒng)100的控制和管理的同時，控制單元180可配置成從多種發(fā)動機傳感器接收信號，如文中進一步闡述地，以便確定操作參數(shù)和操作條件且對應地調(diào)整各種發(fā)動機促動器，以控制車輛系統(tǒng)100的操作。例如，控制單元180可從各種發(fā)動機傳感器接收信號，包括布置在高壓渦輪的入口中的傳感器181、布置在低壓渦輪的入口中的傳感器182、布置在低壓壓縮機的入口中的傳感器183、以及布置在高壓壓縮機的入口中的傳感器184。布置在渦輪增壓器的入口中的傳感器可檢測空氣溫度和/或壓力。另外的傳感器可包括但不限于發(fā)動機速度、發(fā)動機負載、升壓壓力、環(huán)境壓力、排氣溫度、排氣壓力等。對應地，控制單元180可通過向各種構件發(fā)送命令而控制車輛系統(tǒng)100,構件例如牽引馬達、交流發(fā)電機、氣缸閥、節(jié)流裝置、換熱器、廢料門或其它閥或流量控制元件，等等。
[0030]如下文更詳細描述地，控制單元可配置成通過控制發(fā)動機空氣處理閥(例如，渦輪旁通閥)和發(fā)動機速度中的一個或多個而調(diào)節(jié)排氣溫度?？諝馓幚黹y和/或發(fā)動機速度可被調(diào)節(jié)，以便增加發(fā)動機空氣對燃料比，繼而降低排氣溫度。在一個示例中，控制單元可包括調(diào)節(jié)器，其配置成從排氣溫度傳感器接收信號，并且基于溫度信號在渦輪旁通閥的位置上執(zhí)行閉合回路調(diào)節(jié)，以便維持排氣溫度低于閾值。因為發(fā)動機可以以上限空氣對燃料比操作(例如，以維持發(fā)動機效率)，控制單元可進一步配置成超過空氣對燃料比限值。另夕卜，包括渦輪旁通閥的渦輪增壓器可具有最大允許質(zhì)量空氣流限值，并且控制單元可進一步配置成超過最大空氣流量。
[0031]轉(zhuǎn)到圖2，提供用于降低排氣溫度的方法200。方法200可由發(fā)動機控制系統(tǒng)執(zhí)行，例如圖1的控制單元180，以便控制在貧油燃燒、壓縮點火發(fā)動機(例如上述的發(fā)動機104)中的排氣溫度。方法200包括:在202，確定發(fā)動機操作參數(shù)。如上文解釋地，控制單元可從多種發(fā)動機傳感器接收輸入，以便監(jiān)測發(fā)動機操作參數(shù)。發(fā)動機操作參數(shù)可包括排氣溫度，其可由排氣傳感器(例如圖1的傳感器181)測量。在其它實施例中，排氣溫度可基于從其它發(fā)動機參數(shù)(例如，空氣對燃料比、發(fā)動機速度、發(fā)動機負載等)估計排氣溫度的模型來確定。
[0032]在204，確定排氣溫度是否高于溫度閾值。溫度閾值可為以下溫度:在該溫度以上，諸如渦輪增壓器、排氣后處理裝置等的下游發(fā)動機構件的退化可發(fā)生。如果排氣溫度未高于閾值，則方法200前進至206，以基于所要求的發(fā)動機輸出繼續(xù)維持當前的空氣對燃料t匕。輸送至發(fā)動機的燃料的量可基于操作者要求的扭矩被調(diào)整，且因此當排氣溫度低于閾值時，空氣對燃料比基于所要求的發(fā)動機輸出。方法200然后返回。
[0033]轉(zhuǎn)到204，如果確定排氣溫度高于閾值，則方法200前進至208，以例如通過調(diào)整空氣控制閥而增加空氣對燃料比。如果排氣溫度相對較高，其可通過增加空氣對燃料比而降低。然而，為了維持所要求的扭矩，輸送至發(fā)動機的燃料的量不能簡單地減少。而是，可通過調(diào)整空氣控制閥和/或增加發(fā)動機速度而增加充入空氣的量，如下文解釋地。
[0034]在一個示例中，空氣控制閥可為渦輪旁通閥，例如高壓渦輪增壓器124的渦輪旁通閥128。為了增加空氣對燃料比，渦輪旁通閥可閉合，從而引導增加量的排氣通過渦輪且因此增加進入空氣的壓縮并增加進入空氣的質(zhì)量空氣流。另外，一個或多個EGR閥可響應于渦輪旁通閥的閉合而被調(diào)整。例如，EGR計量閥164可打開和/或EGR旁通閥170可閉合，以增加被導引至進氣口的EGR的量。這樣做，氧氣在進入空氣中的分量可保持恒定，即使當進入空氣的壓縮(和因此質(zhì)量空氣流)增加時。
[0035]在一些實施例中，一個或多個空氣控制閥的調(diào)整可為用于增加空氣對燃料比的唯一機制。例如，渦輪旁通閥的閉合可將空氣對燃料比增加足夠大的量，以將排氣溫度降低至低于閾值的水平。然而，在其它實施例中，除了調(diào)整空氣控制閥之外或作為其備選，可通過在210處增加發(fā)動機速度而增加空氣對燃料比。在一個實施例中，為了增加發(fā)動機速度而不增加車輛速度，由控制單元180設定的發(fā)動機速度目標集合可增加，而不增加由交流發(fā)電機置于發(fā)動機上的負載(以提供能量而為牽引馬達供能)，且因此維持車輛速度。通常，發(fā)動機的速度由控制單元控制，以便提供滿足交流發(fā)電機負載所需的輸出。然而，通過在恒定的制動力下增加該目標發(fā)動機速度，導致了扭矩和燃料速率的減少(假設內(nèi)燃發(fā)動機摩擦中的變化可忽略)。因此，如果歧管條件(例如升壓)保持大致相同，則燃料速率的減少導致空氣對燃料比中的增加。
[0036]在另一實施例中，發(fā)動機速度可增加，并且由于增加的發(fā)動機速度而產(chǎn)生的過量扭矩可置于交流發(fā)電機/發(fā)電機上，而非牽引馬達上。交流發(fā)電機/發(fā)電機然后可通過經(jīng)由交流發(fā)電機/發(fā)電機將過量發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)化成電力而將過量電能轉(zhuǎn)移至發(fā)動機自加載系統(tǒng)。電力可耗散至一個或多個車輛電池或其它能量儲存裝置，經(jīng)由發(fā)動機電氣系統(tǒng)卸載，和/或被導引至將能量耗散為熱的電阻器網(wǎng)。因此，在自加載模式中，發(fā)動機操作，以通過在高于必要的速度和/或負載下操作而生成超出牽引馬達需求的過量扭矩和/或功率，其中過量的能量被耗散至自加載系統(tǒng)。例如，自加載系統(tǒng)操作可包括通過各種裝置(包括電阻網(wǎng)142)耗散過量的電功率生成，和/或?qū)σ粋€或多個電池充電。如果自加載系統(tǒng)低于自加載容量，則過量能量可被導引至自加載系統(tǒng)。容量可為聯(lián)接至交流發(fā)電機的一個或多個電池的儲存狀態(tài)的函數(shù)。此外，容量可為由電氣系統(tǒng)置于軌道車輛上的負載的函數(shù)。例如，如果電氣系統(tǒng)處于高需求，則自加載系統(tǒng)可具有較高容量以接受由發(fā)動機所生成的能量。另外，電阻網(wǎng)的溫度可確定自加載系統(tǒng)的容量。如果電阻器網(wǎng)高于閾值溫度，則另外的能量可不導引至該網(wǎng)，因為溫度的增加可導致該網(wǎng)的退化。因此，系統(tǒng)的容量通過監(jiān)測電池電荷狀態(tài)、電氣系統(tǒng)需求和/或網(wǎng)溫度來確定。
[0037]在212，確定排氣溫度是否仍然高于閾值。閾值可為與在204處的排氣溫度的初始估計期間所利用的相同的溫度閾值。然而，在其它實施例中，在212使用的閾值可為不同于初始閾值的第二溫度閾值，例如，第二閾值可稍微更低，以便防止對空氣對燃料比的頻繁調(diào)整，因為排氣溫度在初始閾值周圍波動。如果排氣溫度不再高于閾值，則方法200返回。如果排氣溫度仍然高于閾值，則方法200前進至214以將發(fā)動機功率降額，以便進一步降低排氣溫度，且然后方法200結束。
[0038]圖3和圖4為描繪在上述的空氣對燃料比調(diào)整期間的各種發(fā)動機操作參數(shù)的幾組曲線圖。圖3示出了描繪在對空氣控制閥的調(diào)整期間的發(fā)動機操作參數(shù)的第一組曲線圖300，而圖4示出描繪在對發(fā)動機速度的調(diào)整期間的發(fā)動機操作參數(shù)的第二組曲線圖400。首先參照圖3，以曲線圖310示出排氣溫度，以曲線圖320示出渦輪旁通閥(TBV)位置，以曲線圖330示出EGR閥位置，以曲線圖340示出進入氧氣濃度，并且以曲線圖350示出空氣對燃料比。對于每個曲線圖，在水平軸線上繪出時間且在豎直軸線上繪出相應的操作參數(shù)。此外，對于示出TBV和EGR閥位置的曲線圖320和330，豎直軸線的起點(例如，在豎直和水平軸線之間的交點)表示完全閉合的位置，其中當豎直軸線的值增加時，位置朝完全打開處移動。
[0039]始于曲線圖310，排氣溫度開始相對較低，但是然后由于車輛爬坡、進入隧道或其中排氣溫度可增加的其它操作條件而開始增加。在以第一虛線指示的時間T1，排氣溫度增加高于閾值。響應于此，根據(jù)上述圖2的方法200，一個或多個空氣控制閥可被調(diào)整以增加空氣對燃料比并降低排氣溫度。因此，如曲線圖320中所示，TBV移至完全閉合位置。為了將進入氧氣分量維持在恒定水平，EGR閥可如曲線圖330中所示打開，以增加被引導至發(fā)動機進氣口的EGR的量。如曲線圖340中所示，進入氧氣分量在提高的空氣對燃料比的持續(xù)期間保持恒定?？諝鈱θ剂媳仍谇€圖350中繪出，且在時間T1后增加。
[0040]在時間T2,由第二虛線描繪，排氣溫度落在第二閾值以下，且增加空氣對燃料比的程序終止。因此，對空氣控制閥和空氣對燃料比的控制返回至標準控制，其中渦輪旁通閥位置基于通過渦輪增壓器的質(zhì)量空氣流、期望的升壓水平等來確定，EGR閥位置基于用于控制發(fā)動機排放的指定進入氧氣分量來確定，并且空氣對燃料比基于所要求的發(fā)動機輸出來確定。
[0041]轉(zhuǎn)到圖4，該組曲線圖400包括排氣溫度曲線圖410、發(fā)動機速度曲線圖420、扭矩曲線圖430和空氣對燃料比曲線圖440。類似于圖3，每個曲線圖沿著水平軸線描繪時間且沿著豎直軸線描繪相應的操作參數(shù)。參照曲線圖410，排氣溫度在時間T1處增加到高于閾值。為了降低排氣溫度，可通過增加發(fā)動機速度來增加空氣對燃料比(如曲線圖440中所示)，如曲線圖420中所描繪的。如上所述，可通過增加由控制單元設定的目標發(fā)動機速度來增加發(fā)動機速度。當制動力保持恒定時，從發(fā)動機轉(zhuǎn)移至輪的扭矩量可減少，如曲線圖430中所示。
[0042]因此，對于圖3和圖4兩者，空氣對燃料比可在T1與T2之間的時段期間增加。在時間T1，排氣溫度增加到高于第一閾值，且空氣對燃料比響應于提高的排氣溫度而增加。然后，在時間T2，排氣溫度可降到第二閾值以下，低于第一閾值，且因此空氣對燃料比可返回至其標準控制。在T1與T2之間的時間期間，由于增加的空氣對燃料比，排氣溫度可被保持在第一閾值以下。
[0043]因此，文中描述的方法和系統(tǒng)提供了一種方法，該方法包括:響應于超過溫度閾值的排氣溫度，增加發(fā)動機的空氣對燃料比，以將排氣溫度降低至溫度閾值以下的溫度。在另一實施例中，一種方法包括例如使用傳感器來測量發(fā)動機的排氣溫度，或者基于其它操作條件估計排氣溫度。該方法還包括:響應于測得超過溫度閾值的排氣溫度，增加發(fā)動機的空氣對燃料比，以將排氣溫度降低至溫度閾值以下的溫度。在另一實施例中，一種方法包括:當排氣溫度低于溫度閾值時，基于所要求的發(fā)動機輸出來調(diào)整空氣對燃料比；以及當排氣溫度高于溫度閾值時，通過調(diào)整一個或多個空氣控制閥來增加空氣對燃料比，以降低排氣溫度(例如，響應于排氣溫度高于溫度閾值而增加空氣對燃料比)。一個或多個空氣控制閥可包括多級渦輪增壓器系統(tǒng)的高壓渦輪增壓器的渦輪旁通閥，且在一個示例中，增加空氣對燃料比可包括閉合渦輪旁通閥。在另一示例中，增加空氣對燃料比可包括增加發(fā)動機速度。發(fā)動機速度可獨立于車輛速度通過將由增加的發(fā)動機速度生成的過量電能耗散至自加載系統(tǒng)而增加。
[0044]該方法還可包括:在空氣對燃料比的增加期間，打開排氣再循環(huán)閥以將排氣導引至發(fā)動機的進氣口，以維持發(fā)動機的進氣口中的恒定吸入氧氣濃度和/或維持排氣中的恒定NOx水平。排氣再循環(huán)閥可打開，以將排氣從發(fā)動機氣缸的子集導引至進氣口，且來自其余氣缸的排氣可專門導引至大氣。
[0045]此外，該方法可包括增加空氣對燃料比同時維持輸送至發(fā)動機的燃料的量，以提供所要求的發(fā)動機輸出。
[0046]在另一示例中，發(fā)動機系統(tǒng)包括:聯(lián)接至發(fā)動機的排氣通道；聯(lián)接至發(fā)動機的排氣通道和進氣通道的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)；多級渦輪增壓器系統(tǒng)，包括定位在排氣通道中的高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器；以及控制單元，其配置成響應于排氣溫度超過溫度閾值而閉合高壓渦輪增壓器的渦輪旁通閥，以增加發(fā)動機空氣對燃料比而冷卻排氣。
[0047]控制單元可配置成基于所要求的發(fā)動機輸出將一定量的燃料輸送至發(fā)動機的氣缸，并且所要求的燃料量可維持貧空氣對燃料比?？刂茊卧膳渲贸扇绻麥u輪旁通閥完全閉合且排氣溫度仍然超過溫度閾值則使發(fā)動機功率降額?？諝鈱θ剂媳葹榇嬖谟谟糜谌紵目諝馊剂匣旌衔镏锌諝赓|(zhì)量與燃料質(zhì)量的比值(msn/m_)?；瘜W計量空氣對燃料比具有剛剛足夠的空氣以完全燃燒可用的燃料；在許多發(fā)動機系統(tǒng)中，僅僅期望在輕負載條件下將空氣對燃料比控制為化學計量比?！柏殹笨諝鈱θ剂媳瓤蔀閷τ诮o定發(fā)動機系統(tǒng)高于化學計量比的空氣對燃料比(每單位空氣更少的燃料)，而“富”空氣對燃料比可為對于給定發(fā)動機系統(tǒng)低于化學計量比的空氣對燃料比(每單位空氣更多燃料)。
[0048]EGR系統(tǒng)還可包括:第一氣缸組，其聯(lián)接至配置成將排氣導引至進氣通道和排氣通道的EGR通道；和第二氣缸組，其專門聯(lián)接至發(fā)動機的排氣通道。EGR閥可布置在EGR通道中，且控制單元可配置成響應于渦輪旁通閥的閉合而打開EGR閥。
[0049]如本文中所用，以單數(shù)型式或前接用詞“一”或“一個”敘述的元件或步驟應當理解為并不排除多個所述元件或步驟，除非明確陳述了這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的提及并不意圖被解釋為排除也并入所敘述特征的另外實施例的存在。此外，除非明確陳述為相反，否則“包括”、“包含”或“具有”具有特定性質(zhì)的一個或多個元件的實施例可包括不具有該性質(zhì)的另外此類元件。術語“包括”和“其中”被用作相應術語“包含”和“在其中”的簡明語言等同物。此外，詞語“第一”、“第二”和“第三”等僅僅用作標記，而并不意圖對其標的物強加數(shù)字要求或特定的位置順序。
[0050]該書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使得相關領域的技術人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所并入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域普通技術人員所想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權利要求的字面語言沒有區(qū)別的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的字面語言沒有實質(zhì)差別的等同結構元件，則這樣的其它示例意圖落在權利要求的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，包括: 發(fā)動機； 聯(lián)接至所述發(fā)動機的排氣通道； 排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其聯(lián)接至所述發(fā)動機的排氣通道和進氣通道；以及多級渦輪增壓器系統(tǒng)，其包括定位于所述排氣通道中的高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器； 其中，所述高壓渦輪增壓器的渦輪旁通閥響應于排氣溫度超過溫度閾值而閉合，以增加發(fā)動機空氣對燃料比而冷卻所述排氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，其特征在于，基于所要求的發(fā)動機輸出而將一定量的燃料輸送至所述發(fā)動機的氣缸，且其中，被輸送的燃料量維持貧空氣對燃料比。
3.根據(jù)權利要求1所述的用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，其特征在于，如果所述渦輪旁通閥完全閉合且所述排氣溫度仍然超過所述溫度閾值，則使發(fā)動機功率降額。
4.根據(jù)權利要求1所述的用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，其特征在于，所述EGR系統(tǒng)包括: 第一氣缸組，其聯(lián)接至配置成將排氣導引至所述進氣通道和所述排氣通道的EGR通道；以及 第二氣缸組，其專門聯(lián)接至所述發(fā)動機的排氣通道。
5.根據(jù)權利要求4所述的用以防止排氣過熱的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括布置在所述EGR通道中的EGR閥，且其中，所述EGR閥響應于所述渦輪旁通閥的閉合而打開。
【文檔編號】F02B37/12GK204041216SQ201320546561
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權日:2012年9月4日
【發(fā)明者】L.亨利, D.E.羅林格, J.R.米施勒, N.X.布利瑟, M.J.馬隆, G.T.波爾庫斯 申請人:通用電氣公司