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用于控制 内燃机中的EGR系统的系统

阅读：1006发布：2020-11-04

专利汇可以提供用于控制内燃机中的EGR系统的系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其包括：发动机，其具有包括多个非供体汽缸的第一汽缸组以及包括多个供体汽缸的第二汽缸组；第一排气歧管，其联接于第一汽缸组；排气再循环系统，其包括联接在第二汽缸组与发动机进气通道之间的第二排气歧管以及排气再循环冷却器；以及控制器，其构造成以均匀的供体汽缸点火操作发动机。，下面是用于控制内燃机中的EGR系统的系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其包括：
发动机，其具有包括多个非供体汽缸的第一汽缸组以及包括多个供体汽缸的第二汽缸组，其中，所述供体汽缸中的至少两个在发动机排上是邻接的；
第一排气歧管，其联接于所述第一汽缸组；
排气再循环系统，其包括联接在所述第二汽缸组与发动机进气通道之间的第二排气歧管以及排气再循环冷却器；以及
控制器，其构造成以均匀的供体汽缸点火操作所述发动机。
2.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，对于按汽缸点火顺序的每个点火，均匀的供体汽缸点火包括直接在每个供体汽缸点火之间对两个非供体汽缸点火。
3.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述发动机进气通道包括在涡轮增压器的压缩机下游的排气入口。
4.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述发动机是具有两排汽缸的V型发动机，并且所述两排中的每一排包括至少两个供体汽缸和至少两个非供体汽缸，并且其中，两个供体汽缸在所述两排中的至少一排上是邻接的。
5.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述发动机是四冲程发动机。
6.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述第一排气歧管在涡轮增压器的压缩机下游联接于所述发动机的进气通道。
7.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述发动机定位在轨道车辆、船艇或船舶中。
8.根据权利要求1所述的用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其特征在于，所述发动机是V-8、V-12、V-16或1-8发动机。

说明书全文

用于控制内燃机中的EGR系统的系统

技术领域

[0001] 本文中公开的主题涉及用于排气再循环发动机的方法和系统，该排气再循环发动机具有多个排气供体汽缸和多个非供体汽缸，该多个排气供体汽缸的排气再循环到进气口，该多个非供体汽缸的排气被排出。

背景技术

[0002] 发动机可利用排气从发动机排气系统到发动机进气系统的再循环(该过程被称为排气再循环(EGR))，以减少受管制的排放物。在一些实例中，一个或更多个汽缸专门用来产生用于EGR的排气。这种汽缸可被称为“供体汽缸”。供体汽缸的数量和在发动机的发动机循环期间的按点火顺序的位置可影响EGR横跨汽缸的分布。例如，当EGR的分布不均匀时，可发生排放物、发动机噪声和振动增加，以及汽缸之间的扭矩不平衡增加。实用新型内容

[0003] 一种用于控制内燃机中的EGR系统的系统，其包括：发动机，其具有包括多个非供体汽缸的第一汽缸组以及包括多个供体汽缸的第二汽缸组，其中，供体汽缸中的至少两个在发动机排上是邻接的；第一排气歧管，其联接于第一汽缸组；排气再循环系统，其包括联接在第二汽缸组与发动机进气通道之间的第二排气歧管以及排气再循环冷却器；以及控制器，其构造成以均匀的供体汽缸点火操作发动机。

[0004] 在一个实施例中，一种操作具有多个排气供体汽缸和多个非供体汽缸的排气再循环发动机的方法包括按汽缸点火顺序对发动机汽缸中的每一个点火，包括在发动机循环的每个供体汽缸点火之间对非供体汽缸中的至少一个点火。

[0005] 在这种实施例中，供体汽缸的点火可间隔开，使得供体汽缸的点火以均匀间距发生。例如，一个非供体汽缸可在每个供体汽缸点火之间点火(例如，一个供体汽缸被点火，一个非供体汽缸被点火，一个供体汽缸被点火，一个非供体汽缸被点火等)。以该方式，在发动机循环内在进气口中的排气的部分的波动可减小，由此例如减少排放物、发动机噪声和振动。

[0006] 应当理解，提供以上简要描述以采用简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的构思的选定。这不意在识别要求权利的主题的关键或必要特征，该要求权利的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求权利的主题不受限于解决以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施。附图说明

[0007] 通过参考附图阅读非限制性实施例的下列描述，将更好地理解本实用新型，其中，在下面：

[0008] 图1示出具有根据本实用新型的实施例的发动机的轨道车辆的示例性实施例的示意图。

[0009] 图2示出具有多个供体汽缸和多个非供体汽缸的发动机的示例性实施例的示意图。

[0010] 图3-5示出了示出用于具有多个供体汽缸和多个非供体汽缸的发动机的供体汽缸构造的示意图。

[0011] 图6示出了示出用于操作具有多个供体汽缸和多个非供体汽缸的发动机的方法的高水平流程图。

具体实施方式

[0012] 下列描述涉及用于具有多个供体汽缸和多个非供体汽缸的发动机的方法和系统的各种实施例。在一个示例性实施例中，方法包括在全部两个(any and every two)供体汽缸点火之间按汽缸点火顺序对非供体汽缸中的至少一个点火。例如，供体汽缸点火的后面可为两个非供体汽缸点火，该两个非供体汽缸点火的后面为另一个供体汽缸点火。另外，在一些实施例中，两个或更多个供体汽缸在发动机排中可为邻接的(例如，定位成紧邻彼此)。就此而言，可减少发动机噪声和振动，并且可减小将排气从供体汽缸发送到发动机的进气歧管的排气歧管的大小。

[0013] 在一些实施例中，发动机构造成定位在车辆(诸如轨道车辆)中。例如，图1示出车辆系统100(例如，机车系统)的示例性实施例的示意图，车辆系统100在本文中描绘为轨道车辆104，其构造成经由多个轮子111在轨道102上运行。轨道车辆104包括内燃机106。在其它非限制性实施例中，发动机106可为诸如发电厂应用中的固定式发动机，或船舶推进系统或非公路车辆推进系统中的发动机。

[0014] 图1描绘多汽缸内燃机106的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动机106可至少部分地由包括控制器112的控制系统控制。发动机106的汽缸(即，燃烧室)108可包括燃烧室壁152，其中，活塞110定位在燃烧室壁152中。活塞110可联接于曲柄轴154，以使活塞的往复运动转换成曲柄轴的旋转运动。在一些实施例中，发动机106可为四冲程发动机，其中，在曲柄轴154的两次回转期间，汽缸中的每一个按点火顺序点火。在其它实施例中，发动机106可为二冲程发动机，其中，在曲柄轴154的一次回转期间，汽缸中的每一个按点火顺序点火。

[0015] 汽缸108接收来自进气通道132的用于燃烧的进气。进气通道132接收来自空气过滤器(未示出)的周围空气，该空气过滤器过滤来自轨道车辆104外部的空气。例如，除了汽缸108之外，进气通道132可与发动机106的其它汽缸连通。

[0016] 由发动机106中的燃烧产生的排气供应到排气通道134。排气通过排气通道134流到涡轮增压器(未在图1中示出)，并且离开轨道车辆104的排气管(未示出)。例如，除了汽缸108之外，排气通道134可进一步接收来自发动机106的其它汽缸的排气。此外，包括一个或更多个排气处理装置的排气处理系统(未示出)可联接于排气通道134。例如，排气处理系统可包括选择性催化还原(SCR)系统、柴油氧化催化剂(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、各种其它排放控制装置，或者它们的组合。

[0017] 在一些实施例中，如将在下面参考图2更详细地描述的，车辆系统可包括多于一个排气通道。例如，一组汽缸可联接于第一排气歧管，而另一组汽缸可联接于第二排气歧管。以该方式，成组的汽缸中的一个可专门地由使排气再循环到进气通道132的供体汽缸组成。

[0018] 继续图1，发动机106的每个汽缸可包括一个或更多个进气阀和一个或更多个排气阀。例如，示出了汽缸108包括位于汽缸108的上区域中的至少一个进气提升阀136和至少一个排气提升阀138。在一些实施例中，发动机106的每个汽缸(包括汽缸108)可包括位于汽缸盖处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

[0019] 进气阀136可经由致动器144由控制器112控制。相似地，排气阀138可经由致动器146由控制器112控制。在一些状态期间，控制器112可改变提供给致动器144和146的信号，以控制相应的进气阀和排气阀的开启和关闭。进气阀136和排气阀138的位置可分别由相应的阀位置传感器140和142确定。例如，阀致动器可具有电动阀致动类型或凸轮致动类型，或它们的组合。

[0020] 可同时控制进气阀和排气阀正时，或者可使用可变的进气凸轮正时、可变的排气凸轮正时、双独立的可变凸轮正时或固定凸轮正时中的可能的任何一个。在其它实施例中，进气阀和排气阀可由公共阀致动器或致动系统或可变的阀正时致动器或致动系统控制。在图1的示例性实施例中，车辆系统进一步包括控制器112。在一个实例中，控制器112包括计算机控制系统。控制器112可进一步包括计算机可读存储介质(未示出)，其包括用于实现轨道车辆操作的机载监测和控制的代码。在监视车辆系统100的控制和管理的同时，控制器112可构造成接收来自各种发动机传感器的信号，以便确定操作参数和操作状态，并相应地调节各种发动机致动器，以控制轨道车辆104的操作。例如，控制器112可接收来自各种发动机传感器的信号，其包括但不受限于发动机速度、发动机负载、增压压力、排气压力、周围压力、排气温度、来自联接于冷却套管150的温度传感器148的发动机冷却剂温度(ECT)等。对应地，控制器112可通过向各种构件(诸如牵引马达、交流发电机、汽缸阀、节流阀等)发送命令来控制车辆系统100。

[0021] 在一些实施例中，发动机106的每个汽缸可构造有一个或更多个燃料喷射器，用于向汽缸提供燃料。作为非限制性实例，图1示出汽缸108包括燃料喷射器158。示出了燃料喷射器158直接联接于汽缸108，用于将燃料直接喷射在其中。以该方式，燃料喷射器158设置成已知为将燃料直接喷射到燃烧汽缸108中。燃料可从高压燃料系统160输送到燃料喷射器158，高压燃料系统160包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道。在一个实例中，燃料是在发动机中通过压缩点火燃烧的柴油燃料。在其它非限制性实施例中，第二燃料可为汽油、煤油、生物柴油，或通过压缩点火(和/或火花点火)的密度相似的其它石油馏出物。

[0022] 在一些实施例中，可选地或者另外，燃烧室108可包括布置在进气通道132中的燃料喷射器，该燃料喷射器呈设置成已知为将燃料通过端口喷射到燃烧室108上游的进气端口中的构造。

[0023] 图2示出具有发动机202(诸如在上面参考图1描述的发动机106)的系统200的示例性实施例，发动机202具有多个供体汽缸203和多个非供体汽缸204。在图2的示例性实施例中，发动机202是具有十二个汽缸的V-12发动机。在其它实例中，发动机可为V-6、V-8、V-10、V-16、1-4、1-6、1-8、对置4，或另一种发动机类型。

[0024] 在图2的示例性实施例中，供体汽缸203描绘为包括四个汽缸(例如，在图1中标有2、5、9和10的汽缸)的第一组汽缸。非供体汽缸204描绘为包括八个汽缸(例如，在图1中标有1、3、4、6、7、8、11和12的汽缸)的第二组汽缸。在其它实施例中，发动机可包括至少一个供体汽缸和至少一个非供体汽缸。例如，发动机可具有六个供体汽缸和六个非供体汽缸，或者三个供体汽缸和九个非供体汽缸。应当理解，发动机可具有任何期望数量的供体汽缸和非供体汽缸，其中，供体汽缸的数量典型地小于非供体汽缸的数量。

[0025] 如图2中描绘的，供体汽缸203联接于第一排气歧管208，第一排气歧管208为排气再循环(EGR)系统209的一部分。第一排气歧管208联接于供体汽缸的排气端口。就此而言，在本实例中，供体汽缸203专门地联接于第一排气歧管208。

[0026] 来自供体汽缸203中的每一个的排气通过EGR系统209发送到进气通道206中的排气入口218。从供体汽缸流到进气通道206的排气穿过EGR冷却器216，以在排气返回到进气通道之前冷却排气。EGR冷却器216与液体冷却剂或其它冷却剂流体连通，以冷却来自供体汽缸203的排气。在一些实施例中，液体冷却剂可为流过包围每个汽缸的冷却套管(诸如例如图1中描绘的冷却套管150)的同一冷却剂。

[0027] 在图2中示出的示例性实施例中，非供体汽缸204联接于第二排气歧管210。第二排气歧管210联接于至少非供体汽缸的排气端口，但是在一些实例中，可联接于供体汽缸的排气端口。例如，来自供体汽缸中的一个或更多个的排气可经由阀引导到第二排气歧管210，使得例如EGR的量可根据需要减小。在本实例中，非供体汽缸204专门地联接于第二排气歧管210。来自非供体汽缸204的排气流到排气系统220。排气系统可包括排气处理装置、元件和构件，例如，柴油氧化催化剂、颗粒物质捕集器、烃捕集器、SCR催化剂等，如上所述。此外，在本实例中，来自非供体汽缸204的排气驱动涡轮增压器的涡轮214。

[0028] 在其中发动机是V-发动机的实施例中，排气歧管208和210可为内置排气歧管。例如，汽缸中的每一个的排气端口在V形的内部排成一直线。在其它实施例中，排气歧管
208和210可为外置排气歧管。例如，汽缸中的每一个的排气端口在V形的外部排成一直线。

[0029] 如图2中描绘的，发动机202构造有包括沿着第二排气歧管210布置的排气涡轮214的涡轮增压器，以及布置在进气通道206中的压缩机212。压缩机212可至少部分地由排气涡轮214经由轴(未示出)提供功率。如图2所示，排气入口218在进气通道206中位于压缩机212下游。涡轮增压器增加吸入进气通道206中的周围空气的充气，以便在燃烧期间提供较大的填充密度，以提高功率输出和/或发动机操作效率。虽然在该情况下，包括单个涡轮增压器，但是系统可包括多个涡轮和/或压缩机级。

[0030] 此外，如图2所示，供体汽缸203中的至少两个可邻接地(例如，紧邻彼此)定位在发动机排中。作为实例，发动机202可为具有两个发动机排的V-发动机。例如，汽缸1-6配置在一个排中，而汽缸7-12配置在另一个排中。在本实例中，供体汽缸9和10是邻接的。在这种构造中，第一排气歧管208的大小可减小，并且因此，第一排气歧管208所占据的空间的体积可减小，例如，这是因为供体汽缸定位成彼此相邻。因而，发动机可定位在其中封装空间有限的车辆(诸如例如机车)中。

[0031] 在诸如图2-5中描绘的V-12发动机中，发动机可具有汽缸点火顺序，诸如例如1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10，其中，汽缸1首先点火，汽缸7第二个点火，汽缸5第三个点火等。在其它实例中，汽缸可具有不同的点火顺序。供体汽缸可构造成使得两个供体汽缸不邻接地(例如，一个紧接着另一个)点火。例如，对于全部两个供体汽缸点火，在它们之间存在按点火顺序的至少一个供体汽缸点火。以该方式，可减小在发动机循环内与进气混合的EGR的部分的波动。

[0032] 作为实例，在图3中示出的示例性实施例中，发动机300的点火顺序可为1-7-5D-11-3-9D-6-12-2D-8-4-10D，其中，“D”表示供体汽缸。在图4中示出的示例性实施例中，发动机400的点火顺序可为1-7D-5-11-3D-9-6-12D-2-8-4D-10。在图5中示出的示例性实施例中，发动机500的点火顺序可为1D-7-5-11D-3-9-6D-12-2-8D-4-10。在参考图3-5描述的示例性点火顺序中的每一个中，供体汽缸不是一个紧接着另一个点火。
相反地，直接在全部两个供体汽缸点火之间，存在两个非供体汽缸点火(例如，图4中的
3D-9-6-12D，图5中的1D-7-5-11D等)。在其中发动机包括三个供体汽缸的实施例中，点火顺序可为例如1D-7-5-11-3D-9-6-12-2D-8-4-10、1-7D-5-11-3-9D-6-12-2-8D-4-10、
1-7-5D-11-3-9-6D-12-2-8-4D-10或1-7-5-11D-3-9-6-12D-2-8-4-10D。在这种实例中，发动机以均匀的供体汽缸点火操作。以该方式，汽缸可接收例如分布较均匀的排气和进气。此外，发动机噪声、扭矩和振动(例如，噪声、振动和不平顺性(NVH))特性可改进。

[0033] 在其它实施例中，发动机可构造有许多供体汽缸，使得每个汽缸在发动机循环期间以期望排气量操作。在一个实例中，可基于例如期望EGR量来选定供体汽缸的数量。在图3-5的实施例中，发动机可以以每个汽缸(供体和非供体)中的33%的EGR操作。在其它实施例中，每个汽缸在发动机循环期间接收的EGR的百分比可为例如25%、50%，或另一个期望量。

[0034] 如图3和图4的实例中描绘的，供体汽缸构造中的汽缸中的至少两个定位成紧邻彼此。以该方式，使供体汽缸联接于进气歧管的排气歧管所占据的空间可减小。此外，如上所述，因为汽缸按均匀的点火顺序点火，所以在发动机循环内，进气口中的排气在汽缸之间的分布的波动可减小，从而导致在汽缸中的每一个之间的较均匀的排气分布。

[0035] 图6示出了示出方法600的高水平流程图，方法600用于操作具有多个供体汽缸和多个非供体汽缸的发动机(诸如以上描述的发动机202、300、400、500或600)，使得发动机以EGR的在汽缸之间的大致均匀的分布操作。

[0036] 在方法600的602处，X个非供体汽缸被点火。基于发动机中的汽缸的数量和期望EGR分布，X可为例如大于或等于一的任何适合的数量。作为实例，在图3中描绘的实施例中，如上所述，两个非供体汽缸被邻接地点火。在另一个实施例中，三个非供体汽缸可被点火。

[0037] 在方法600的604处，Y个供体汽缸被点火。基于发动机中的汽缸的数量和期望EGR分布，Y可为例如大于或等于一的任何适合的数量。作为实例，在图3中描绘的实施例中，如上所述，一个供体汽缸被点火。

[0038] 在Y个供体汽缸被点火之后，方法600重复，使得发动机中的每个汽缸在发动机循环期间被点火。以该方式，进气EGR部分在汽缸之间的变化可减小，由此减少NVH和扭矩不平衡。

[0039] 在又一些实施例中，发动机循环内的点火顺序可为例如一个供体汽缸紧接着后面是两个非供体汽缸，紧接着后面是一个供体汽缸，紧接着后面是一个非供体汽缸。

[0040] 如本文中使用的，以单数叙述并前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地指出这种排除。此外，本实用新型对“一个实施例”的提及不意图解释为排除也并入叙述的特征的附加实施例的存在。此外，除非相反地明确指出，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的这种元件。用语“包括”和“其中”用作相应用语“包括”和“其中”的明语等同物。此外，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不意图将数字要求或特定位置顺序强加在它们的物体上。

[0041] 该书面的描述使用实例以公开本实用新型(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本实用新型(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本实用新型的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

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