CN105370449A - 用于使用专用egr的后处理再生的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用专用EGR的后处理再生的***和方法。描述了用于使用废气再循环来实现后处理部件的再生的***和方法。根据各种实施方式，发动机***包括发动机、涡轮增压器、流体控制阀和贫燃NOx催化器。发动机具有流体地耦合到发动机的进气歧管的第一组汽缸和与发动机的进气歧管流体地隔离的第二组汽缸。流体控制阀布置在第一排气出口和排气导管之间并构造成将第一排气出口选择性地流体地耦合到排气导管。此外，贫燃NOx催化器具有在涡轮机出口和流体控制阀下游的位置处的构造成从排气导管接收废气的入口。

Description

用于使用专用EGR的后处理再生的***和方法
技术领域
本公开通常涉及发动机***的提高的效率和排放。
背景技术
效率损失和有害排放依然是很多发动机***的顾虑。例如，相较于压缩点火柴油发动机，化学计量火花点火发动机在它们的最基本配置中经受减小它们的燃料经济性的几个效率损失机制。通常在发动机***中的损失例如增加的汽缸中热损失、在部分负荷处的增加的泵送损失和较高的燃烧效率损失都促成总效率损失。例如稀释的过程有助于柴油发动机的效率优点，但对同质的燃烧发动机较不可行。特别是，因为汽油燃烧过程通过空气稀释“贫燃”，且燃烧稳定性问题和效率损失快速上升，在没有特别的和昂贵的措施下具有有限的空气燃料用以运转。具有相对集中的不均匀燃烧过程的柴油发动机常常在大于汽油限制的相对空气燃料比下稳定地操作。
除效率标准之外，发动机工业还关注发动机排放。即使在稀释条件下，汽油燃烧也显示出高于管理机构和公司标准可接受的排放的排放。用于控制在“贫燃(lean)”运转发动机中的NOx排放的燃烧后催化还原的当前选择包括使用基于作为还原剂的氨水的选择性催化还原(SCR)***，其需要第二机载***来供应氨水。贫燃NOx捕集器也可用于控制NOx的燃烧后催化还原。然而，贫燃NOx捕集器在化学还原的还原环境中需要对NOx的周期性再生或解吸。
发明内容
下面在一个例子中描述的***和方法通过使正常化学计量发动机能够更经常地贫燃地操作而不必富燃地操作通常贫燃地运转的汽缸来允许后处理部件的有效再生和具有较少损失机制的发动机***的有效运转。各种实施方式提供包括发动机、涡轮增压器、流体控制阀和后处理部件例如贫燃NOx催化器或贫燃NOx捕集器的发动机***。发动机具有第一组汽缸，第一组汽缸具有流体地耦合到发动机的进气歧管的第一排气出口。发动机还包括第二组汽缸，第二组汽缸具有与发动机的进气歧管流体地隔离的第二排气出口。涡轮增压器包括流体地耦合到第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口。流体控制阀布置在第一排气出口和排气导管之间并构造成将第一排气出口选择性地流体地耦合到排气导管。此外，后处理部件具有在涡轮机出口和流体控制阀下游的位置处的构造成从排气导管接收废气的入口。
根据另一例子，描述了用于在发动机***内的后处理部件例如贫燃NOx催化器或贫燃NOx捕集器的再生的控制***。发动机***包括发动机、涡轮增压器和流体控制阀。发动机具有第一组汽缸，第一组汽缸具有流体地耦合到发动机的进气歧管的第一排气出口。发动机还具有第二组汽缸，第二组汽缸具有与发动机的进气歧管流体地隔离的第二排气出口。涡轮增压器包括流体地耦合到第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口。流体控制阀布置在第一排气出口和排气导管之间并构造成将第一排气出口选择性地流体地耦合到排气导管。后处理部件具有构造成从排气导管接收废气并位于涡轮机出口和流体控制阀的下游的入口。控制***包括处理器和非临时机器可读介质，非临时机器可读介质具有在其上由处理器可执行来从通信地耦合到后处理部件的传感器接收信息(包括当前排气λ值)的指令。处理器也可执行解释排气λ目标值并响应于当前排气λ值和排气λ目标值来操作流体控制阀的指令。
在另一例子中，排气再循环方法可包括在流体地耦合到发动机的进气歧管的第一组汽缸和与进气歧管流体地隔离的第二组汽缸中接收空气。该方法还包括使第一比例的空气/燃料混合物进入到第一组汽缸内。该方法还包括使第二比例的空气/燃料混合物进入到第二组汽缸内，第二比例的空气/燃料混合物比第一比例的空气/燃料混合物具有更大的λ值。该方法此外可包括产生在第一组汽缸和第二组汽缸中的导致废气的燃烧。该方法包括将由在第一组汽缸中的燃烧产生的废气按规定路线运送到进气歧管以由发动机接收。该方法还包括通过流体地耦合到第二组汽缸的排气歧管朝着在排气歧管下游的后处理部件按规定路线运送由在第二组汽缸中的燃烧产生的废气。该方法还包括周期性地将废气从第一组汽缸按规定路线运送到后处理部件以使后处理部件再生。
根据又一实施方式，公开了在发动机***中使用的控制器，其包括排气条件模块、再生调度模块和再生模块。排气条件模块构造成解释来自发动机***的废气的当前排气λ值。发动机***包括具有第一组汽缸和第二组汽缸的发动机，第一组汽缸具有流体地耦合到发动机的进气歧管的第一排气出口，第二组汽缸具有与发动机的进气歧管流体地隔离的第二排气出口。发动机***还包括具有流体地耦合到第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口的涡轮增压器。发动机***还包括布置在第一排气出口和排气导管之间的流体控制阀，流体控制阀构造成将第一排气出口选择性地流体地耦合到排气导管。发动机***还包括后处理部件，其具有在涡轮机出口和流体控制阀下游的位置处的构造成从排气导管接收废气的入口。再生调度模块构造成解释排气λ目标值。再生模块配置成响应于当前排气λ值和排气λ目标值来操作流体控制阀。
附图说明
在附图和下面的描述中阐述了此说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节。主题的其它特征和方面将从本文呈现的描述、附图和权利要求中变得明显。
图1是根据示例性实施方式的发动机***的透视图。
图2是图1的发动机***的详细视图。
图3A是将专用汽缸按规定路线运送到后处理部件用于再生的发动机***的示意图。
图3B是将专用汽缸通过涡轮机按规定路线运送到后处理部件用于再生的发动机***的示意图。
图3C是具有反馈控制和气缸去激活能力的图3A或图3B的发动机***的示意图。
图3D是使用废气旁通阀将专用汽缸按规定路线运送到后处理部件的发动机***的示意图。
图4是包括存储器435、通信单元440、处理单元445和控制器405的示例发动机处理子***400的示意图。
图5是在再生循环期间出现的发动机***的再生方法的流程图。
具体实施方式
下面描述的***和方法提供具有专用汽缸的发动机***，该专用汽缸能够将废气按规定路线运送到进气歧管并周期性地将废气按规定路线运送到后处理部件用于再生。***和方法可实现在较高空气燃料比下的完全和稳定的燃烧，这可通过实现贫燃操作来提高发动机(例如汽油)的效率。参考图1A，示出包括发动机110、涡轮增压器120和后处理部件130的发动机***100的透视图。附图示出空气被从大气抽入到发动机110内。空气在到达发动机110之前可穿过本领域中已知的发动机***100内的其它部件(未在图1中示出)行进。这样的部件可包括下面进一步讨论的增压空气冷却器。发动机110可包括各种发动机，包括内燃发动机、外燃发动机、吸气发动机。在一个实施方式中，发动机110用作车辆中的原动机以接收并更改能量，使得能量可转换成机械能。在一个实施方式中，发动机110是内燃发动机，例如火花点火发动机。在另一例子中，发动机100是柴油发动机。
发动机110可包含多个汽缸，每个汽缸具有安装在室内并设计成在室内移动以帮助燃烧过程的活塞。每个活塞连通地连接到便于在发动机110的汽缸内的活塞的运动的旋转曲轴。活塞的运动(例如冲程)代表表征汽缸内的燃烧阶段的周期。例如，在内燃发动机的四冲程循环中，第一冲程从进气歧管通道将空气(和火花点火发动机的燃料)抽入，而第二冲程可压缩在第一冲程期间抽入的空气(或空气/燃料混合物)，使得燃烧可由于火花或压缩的火花或热出现。第三冲程由使动力从活塞应用到曲轴的、相反地推动活塞的来自燃烧的力特征化，而第四冲程包括排出由汽缸内的燃烧产生的排气。使用其它循环/冲程机制的内燃发动机每个具有由内部燃烧产生废气的阶段和从汽缸释放废气以调节***的压力和热效率的阶段。
在发动机110是内燃发动机的场合，发动机110内的汽缸具有空气燃料比，其指空气与在燃烧过程中使用的燃料混合物相比的量。发动机110或发动机110内的单独汽缸可配置成贫燃、化学计量和/或富燃地运转。当为燃烧过程提供刚好足够的空气以完全燃烧所有燃料时，发动机110化学计量地运转。当汽缸接收到燃烧所有燃料所需的较低数量的空气时，汽缸富燃地运转。富燃混合物相应于低空气燃料比。因此，空气/燃料混合物越富足，空气燃料比就越低。相反，当汽缸接收到比燃烧所有燃料所需的更多的空气时，汽缸贫燃地运转。贫乏的混合物相应于高空气燃料比。因此，混合物越贫乏，空气燃料比就越高。
发动机110可机械连通地连接到接收离开发动机的废气的涡轮增压器120。涡轮增压器120利用发动机排气的用途来将更多的空气吸入到汽缸室内并引起较大的燃烧。在一些实施方式中，增加数量的燃料也与增加数量的空气一起被输送到汽缸内。离开发动机100的废气可被输送以进入涡轮增压器120，且离开的排气的力被施加使得排气使由轴连接到涡轮增压器120中的压缩机叶轮的涡轮机叶轮旋转。压缩机叶轮的运动产生迫使空气进入发动机110的吸力。此空气如图1所示被从大气抽入，和/或如下面进一步描述的，空气可包括从发动机汽缸再循环的废气。在一些实施方式中，空气穿过空气冷却器行进，因此进一步增加空气的密度。一旦在发动机110中，空气就允许发动机110燃烧更多的燃料并增加发动机100的总输出。
发动机110也连接到发动机***100内的后处理部件130。后处理部件130接收来自发动机汽缸的排放物并改变排放物的化学状态，使得离开后处理部件进入大气的最终产物是更无害的物质。来自发动机***的排放物可由有害物质例如碳氢化合物、一氧化碳、氧化氮、颗粒物质、氧化硫、易挥发有机化合物等组成。发动机***100使用用于处理废气排放物的各种后处理部件130和技术，包括例如贫燃NOx捕集器(LNT)、催化转化器(例如三元催化转化器)、选择性催化还原催化剂等。在一些实施方式中，后处理部件130包括用于充分处理离开发动机110的汽缸的排气的一系列内部部件。
根据一个实施方式中，一个这样的后处理部件130是贫燃NOx捕集器(LNT)。LNT是用于通过“捕获”氮分子来还原来自贫燃内燃发动机110的氧化氮和二氧化氮排放物的设备。LNT包含表现为分子海绵并吸收废气中的分子的吸附材料例如沸石、或第II族金属例如钡和钾。在一个例子中，LNT配置成吸收氧化氮。一旦材料充满分子并不再可充分捕集废气内的额外物质，材料就可被净化或再生以清空所捕获的分子并允许进一步捕获分子。净化或再生LNT的过程被称为再生。再生过程可以用多种方式进行，包括将燃料、空气/燃料混合物或某种其它反应物引入LNT内以释放所吸收的分子。到LNT的进入的排气流中有很少或没有氧，使得所存储的NOx可有效地被释放。由于这个原因，非专用汽缸(在下面更详细讨论的)可从贫燃操作条件发展到化学计量操作条件。例如，输送到LNT的反应物通过将分子化学地还原为其它物质例如水和二氧化碳来释放所捕获的分子。在一个例子中，当发动机110贫燃地运转时，LNT最佳地还原排放物。后处理部件130的再生可由于进入后处理部件130的气体的低空间速率而增加。低空间速率允许再生气体逗留在后处理部件130中达足够量的时间以允许化学反应出现，提供充分和完全的再生。
催化转化器(例如三元催化转化器)是用于将有害排放物转换成将被释放到大气中的无毒最终产物的设备。该设备与化学计量地运转的汽油发动机一起工作。催化转化器通过与废气产生化学反应来转换排放物，废气可包含氧化氮、碳氢化合物、一氧化碳等。废气穿过涂覆有促进氧化过程的物质例如氧化铝、铂和钯的蜂窝状结构。废气与物质化学地起反应以产生新化学化合物。例如，一氧化碳与表面相互作用以产生二氧化碳，氮从二氧化氮产生，且碳氢化合物相互作用以产生水和二氧化碳。在一个例子中，在化学计量内燃发动机上使用催化转化器。根据一个实施方式，结合LNT来使用催化转化器以使排放物还原。
一旦排气排放物离开发动机110并穿过后处理部件130，排气排放物就被转换成更无害的状态并释放到大气中。在一些实施方式中，废气穿过被设计成降低发动机110的噪声的消音器行进并通过尾管出来。在另一例子中，发动机***100包括多个后处理部件130，且多个后处理部件130可在类型上不同。在一个实施方式中，发动机***100包括应用于多个催化剂的两个LNT部件，或发动机***100包括LNT和三元催化转化器。
参考图2，示出根据示例实施方式的发动机***100的详细视图。图2示出空气从大气开始并进入入口单元280。在一个例子中，入口单元280提供各种功能。例如，入口单元280可包括配置成冷却从大气进入发动机110内的空气的中间冷却器，或入口单元280也可冷却从专用汽缸按规定路线运送到发动机110内的空气。入口单元280也可用作室，其中来自大气的空气和再循环的废气被合并进入发动机110的入口歧管200内。根据一个示例实施方式，入口单元280是增压空气冷却器或空气到液体的中间冷却器。
进气歧管200配置成收集从发动机***100的其它部分流动的物质，例如废气、发动机空气、流体等。进气歧管连通地耦合到发动机110，使得进气歧管朝着发动机110的汽缸将所收集的物质和/或流体引导到进气歧管内。进气歧管配置有单独地附着到发动机110内的每个汽缸的通道，或进气歧管可包含附着到多个汽缸的通道。根据另一例子，多个进气歧管附着到发动机***100内的汽缸。例如，一些专用汽缸连通地耦合到第一进气歧管，且其它汽缸连通地耦合到第二进气歧管。
仍然参考图2，发动机110包含专用汽缸组210和非专用汽缸组220。包括专用汽缸组210的汽缸“专用”于使离开整个发动机的废气再循环。根据一些实施方式，在专用汽缸组210内的汽缸配置成富燃地运转并周期性地使后处理部件130再生。例如，专用汽缸组210可具有比化学计量混合物低的空气燃料比。另一方面，非专用汽缸220可以比专用汽缸210较不富燃地运转。根据一个例子，非专用汽缸220可贫燃地运转，因而汽缸可包含高于化学计量的更高的空气燃料比。专用汽缸组210和非专用汽缸组220可在每组内包括多个单独的汽缸。每组可具有相同数量的汽缸，或者这些组可具有不同数量的汽缸。例如，专用汽缸组210可包括单个汽缸，而非专用汽缸组220可包括三个汽缸。专用汽缸组210和非专用汽缸组220的单独汽缸可被组合在一起，或汽缸可以交替或半交替的模式放置。例如，在具有三个汽缸的发动机110中，中间汽缸可以是专用汽缸210，而在专用汽缸210的每侧上的其余两个汽缸可以是非专用汽缸220，反之亦然。根据另一实施方式，在专用汽缸组210内的汽缸的数量小于在非专用汽缸组220内的汽缸的数量。
发动机***100可配备有连通地耦合到汽缸发动机110的排气歧管。排气歧管是将来自单独或多个汽缸的废气收集到将排气输送到几个地方的管道结构内的结构。发动机***100包含用于引导排气的具有通道结构和阀的一个排气歧管，或发动机***100可包含多个排气歧管。在图2中，排气歧管230被示为耦合到专用汽缸组210以收集离开专用汽缸210的排气。第二排气歧管240也被示为耦合到非专用汽缸组220以收集离开非专用汽缸220的排气。离开非专用汽缸220的排气朝着后处理部件130被输送并朝着大气出来。这个排气比离开专用汽缸组210的排气包括更高的空气/燃料比。离开专用汽缸210的排气可穿过排气歧管230朝着阀270流动，阀270可连接在管道或通道内的接合点处以控制排气的流动方向。排气歧管(和/或排气歧管230和排气歧管240)可与进气歧管200位于发动机110的同一侧上或在不同的侧上。
在正常操作期间，来自富燃地运转的专用汽缸组210的排气在整个发动机110中再循环。富燃地操作专用汽缸210允许增加水平的氢和一氧化氮的产生和再循环，这为燃烧提供明显益处，包括点火延迟的减小和提高的层流火焰速度。较高水平的氢和一氧化氮的再循环也提高发动机内部效率，支持稳定的贫燃，并提高非专用汽缸220的贫燃限制。因此，阀270可操作来引导从非专用汽缸220流动的所有排气穿过再循环路径250，再循环路径250朝着进气歧管200输送排气。在一些实施方式中，再循环路径250直接连接到进气歧管200，或再循环路径250配置成穿过在进气歧管200的上游之前的进气单元280按规定路线运送排气。
周期性地，发动机110经历再生循环，其是发动机110的操作循环，其中后处理部件130被再生。在再生循环期间，来自专用汽缸组210的废气的全部或一部分朝着后处理部件130按规定路线被运送。阀270可限制排气的全部或一部分穿过再循环路径250被再循环，并可使离开排气歧管230的废气的一部分或全部穿过再生路径260朝着后处理部件130流动。在下面更详细描述的，专用汽缸210和非专用汽缸220可配置成在再生循环期间不同地运转。例如，专用汽缸组210配置成与专用汽缸组210在后处理部件130不被再生的循环(例如非再生循环)期间运转相同地运转，而非专用汽缸组220配置成在再生循环期间比在非再生循环期间运转较不贫燃或化学计量地运转。
为了使非专用汽缸组220贫燃地运转，排气歧管可安装有LNT后处理部件130以在存储时期期间吸收并保存氮排放物。可建立各种硬件和控制***和方法以周期性地将来自专用汽缸组210的废气提供给LNT后处理部件130用于再生。例如，使用各种阀和重新按规定路线运送机构。***和方法可使用控制阀响应于特定的信号通过打开或关闭流动路径和通道来控制废气的流动。所使用的控制阀的类型包括角阀、角座活塞阀、球阀等。下面更详细地描述***和方法的示例实施方式。
图3A是根据示例实施方式的将专用汽缸按规定路线运送到后处理部件用于再生的发动机***100的示意图。发动机***100内的发动机110包括一组四个汽缸。专用汽缸组210包括一个汽缸，而非专用汽缸组300、310和315包括三个汽缸。空气被示为进入并穿过压缩机330到入口单元280，其中入口单元280是增压空气冷却器(CAC)。CAC连接到专用汽缸210和每个非专用汽缸300、310、315。来自非专用汽缸300、310、315的废气在排气歧管中被收集并朝着涡轮增压器120的涡轮机320按规定路线被运送，涡轮机320又朝着后处理部件130按规定路线运送废气。根据一个例子的后处理部件130是LNT。来自专用汽缸210的排气离开汽缸并接近具有能够在几个方向上按规定路线运送气体的阀270机构的接头。如图3A所示，可向发动机110的上游朝着CAC280按规定路线运送排气以进行冷却，并进一步朝着发动机110按规定路线运送以被带到专用汽缸210和非专用汽缸300、310、315内。在发动机110的正常非再生循环中，来自专用汽缸210的富足的废气主要穿过非专用汽缸300、310、315离开发动机***100。在再生循环期间，来自专用汽缸210的富足的废气直接环行到LNT后处理部件130。在一个例子中，简单的接通/断开阀连接在LNT后处理部件130之前的专用汽缸210的排气歧管和涡轮机出口320之间。在这样的***中，来自专用汽缸210的排气的一部分朝着尾管转向。没有非专用汽缸300、310、315的装料流动或λ值的变化出现；因此，非专用汽缸300、310、315继续贫燃地运转。
图3B是将专用汽缸通过涡轮机出口320按规定路线运送到后处理部件130用于再生的发动机***100的示意图。空气穿过压缩机330到入口单元280，其中入口单元280是增压空气冷却器(CAC)。如上所述，CAC可连接到专用汽缸210和每个非专用汽缸300、310、315。非专用汽缸300、310、315贫燃地运转，且来自非专用汽缸300、310、315的废气在排气歧管中被收集并朝着涡轮增压器120的涡轮机320按规定路线被运送，涡轮机320又朝着后处理部件130(例如LNT)按规定路线运送废气。来自专用汽缸210的排气离开汽缸并接近具有能够在几个方向上按规定路线运送气体的阀270机构的接头。阀270可以是便于废气的转向的分流阀(也被称为排出阀或排放阀)。如在图3B上所示的，可向发动机110的上游朝着CAC280按规定路线运送排气以进行冷却，并进一步朝着进气歧管按规定路线被运送以被带到专用汽缸210和非专用汽缸300、310、315内。根据一个实施方式，发动机***100可使来自专用汽缸210的所有排气转向排气歧管以朝着涡轮机出口320和在涡轮机出口320下游的后处理部件130引导所有排气。这样的转向出现在再生循环期间，且可以没有非专用汽缸300、310、315的装料流量或λ值的变化。
图3C是具有反馈控制和气缸去激活能力的图3A或图3B的发动机***100的示意图。在一个实施方式中，当非专用汽缸300、310、315净贫燃地运转时，后处理部件130则可能需要实现净富燃环境，以便在再生期间再生。例如，非专用汽缸300、310、315可能需要在再生循环期间化学计量地运转，以便促进后处理部件130的再生过程。在另一例子中，非专用汽缸300、310、315在再生循环期间较不贫燃地运转。与汽缸在再生循环以外的正常操作相反，在再生循环期间较不贫燃或化学计量地运转非专用汽缸300、310、315，通过降低排气氧浓度来帮助促进后处理部件130的再生。可在再生循环期间不同地操作非专用汽缸组300、310、315内的单独汽缸以促进再生过程。例如，可化学计量地操作一些汽缸，而可较不贫燃地操作其它汽缸。一些汽缸可在再生循环期间关闭并停止操作，而其余汽缸可以相同比例、以较不贫燃比或化学计量地操作。在另一例子中，所有非专用汽缸220可在再生循环期间关闭并停止操作。在又一例子中，所有汽缸较不贫燃地操作但在不同的程度上(即所有非专用汽缸300、310、315可在正常操作期间以近似30:1的空气燃料比操作，其中在再生循环期间，非专用汽缸300可以25:1操作，非专用汽缸310可以20:1操作，以及非专用汽缸315可以18:1操作)。
图3C示出专用汽缸210向发动机110的上游朝着CAC280重新按规定路线被运送。图3C还示出发动机***100朝着后处理部件130按规定路线运送来自专用汽缸210的排气和/或朝着涡轮机出口320按规定路线运送排气。***包括任意多个或类型的阀或控制机构以根据在整个本公开中描述的***和方法来控制或限制废气的流动。阀和/或控制机构可提供双重功能，例如检查压力和流动并阻止流动。
发动机***100包括用于在倾泻事件期间创建去激活***的机构。当通过传动器扭矩请求(向上或向下)要求装料流量的突然降低时，倾泻事件(例如发动机负载卸下事件)可出现，使产生在汽缸到汽缸的废气再循环中的瞬时差异。当扭矩请求终止时，进气节流阀可关闭以限制装料流量。然而，发动机***100仍然可能在较高的压力下而没有地方去，所以在一段短时间期间，EGR部分增加，直到来自专用汽缸210的排气压力消失为止。在倾泻事件(例如低净发动机负荷)期间，***配置成去激活非专用汽缸300、310、315以确保汽缸不点燃且来自专用汽缸210的富足的排气朝着尾管上游的后处理部件130被引导。因此，富足的废气将以低空间速率流动，使充分和完全的再生事件变得可能。在一些***中，非专用汽缸300、310、315只部分地去激活(例如，只有两个汽缸去激活，而其余汽缸继续点火)。
图3D是使用废气旁通阀350将专用汽缸按规定路线运送到后处理部件的发动机***110的示意图。废气旁通阀350可位于发动机110下游和后处理部件130上游。废气旁通阀350使废气转向远离在发动机***100中的涡轮机叶轮。此转向调节涡轮机320的速度，从而调节所连接的压缩机330的速度。废气旁通阀350通过调节增压压力来保护涡轮增压器120和发动机110。废气旁通阀350也调节来自专用汽缸210和非专用汽缸300、310、315的废气的流量。
在某些实施方式中，发动机***100还包括控制器(也见图4)，其构造成执行根据在整个本公开中公开的操作来操作发动机***100的某些操作，包括使汽缸运转、按规定路线运送废气和使后处理部件130再生。在某些实施方式中，控制器形成包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或多个计算设备的处理子***的一部分。控制器可包括单个设备或分布式设备，且控制器的功能可由硬件执行和/或作为在非临时计算机可读存储介质上的计算机指令被执行。
在某些实施方式中，控制器包括构造成在功能上执行控制器的操作的一个或多个模块。在某些实施方式中，控制器包括燃烧管理模块、再生确定模块和按规定路线运送模块。包括模块的本文的描述强调控制器的各方面的结构独立性，并示出控制器的操作和职责的一个组合。执行类似的总操作的其它组合被理解为在本公开的范围内。模块可在硬件中和/或作为在非临时计算机可读存储介质上的计算机指令来实现，且模块和/或操作模块的部件可分布在各种硬件或基于计算机的部件当中。控制器操作的某些实施方式的更具体的描述包括在参考图4的章节中。
例子和非限制性模块实现元件包括提供本文确定的任何值、测量或信息的传感器、提供作为本文确定的值、测量或信息的前身的任何值、测量或信息的传感器、数据链路和/或包括通信芯片的网络硬件、振荡晶体、无线技术、无线电接收机技术、通信链路、电缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射机、接收机和/或收发机、逻辑电路、硬连线逻辑电路、根据模块规范配置的特定的非瞬时状态中的可配置的逻辑电路、包括至少电气、液压或气动执行器的任何执行器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数字控制元件。
本文所述的某些操作包括解释和/或确定一个或多个参数的操作。如在本文利用的，解释或确定包括通过本领域中已知的任何方法接收值、测量或信息，包括至少从数据链路或网络通信接收值、测量或信息，接收指示值的电子信号(例如电压、频率、电流或PWM信号)，接收指示值、测量或信息的计算机产生的参数，从在非临时计算机可读存储介质上的存储器位置接收值、测量或信息，通过本领域中已知的任何手段和/或通过接收被解释的参数可使用来进行计算的值、测量或信息和/或通过参考被解释为参数值的默认值来接收作为运行参数的值、测量或信息。
图4是包括存储器435、通信单元440、处理单元445和控制器405的发动机处理子***400的示意图。存储器435可配置成存储指令(例如计算机代码)以操作并控制如在整个本公开中描述的发动机***100和发动机***100内的部件。处理单元445配置成执行在存储器435内的指令，且通信单元440包括便于机械和/或电通信的硬件和/或软件。控制器405包括燃烧管理模块410、再生确定模块420和按规定路线运送模块430。控制器405可体现如在整个本公开中描述的另外的特征和能力。
燃烧管理模块410配置成管理与在发动机110的汽缸内的燃烧过程有关的方面。例如，管理方面可包括关闭特定的汽缸、控制点火定时以及单独汽缸和聚集的一组汽缸的过程、以及调整在汽缸内的空气燃料比。燃烧管理模块410配置成将专用汽缸210和非专用汽缸220的操作控制为富燃、贫燃和/或化学计量的。根据一个例子，燃烧管理模块管理在发动机110的第一组专用汽缸210和第二组非专用汽缸220内的燃烧，其中第一组专用汽缸210具有第一比例的空气/燃料混合物，而第二组非专用汽缸220具有第二比例的空气/燃料混合物，且空气/燃料混合物的第二比例大于空气/燃料混合物的第一比例。控制汽缸和燃烧操作的涉及与发动机***100的各个部分连通以实现燃烧需要的操作，包括可连通到燃料喷射器、进气歧管200、再循环路径250、节流阀、涡轮机、压缩机、涡轮增压器、入口单元280、在整个***中的阀等的***。燃烧管理模块410还配置成通过在整个本公开中描述的各种机制(包括电路、信号、有线和/或无线联网等)与按规定路线运送模块430和再生确定模块420通信。
再生确定模块420可配置成促进后处理部件130的再生过程，包括确定应何时再生后处理部件130。再生确定模块420与控制器405内的其它模块(例如燃烧管理模块410和按规定路线运送模块430)通信以实现再生过程。各种再生操作元素可由再生确定模块420管理和/或控制，包括再生循环的定时、确定应何时再生后处理部件130、确定并测量后处理部件130的饱和水平、计算饱和水平阈值、在后处理部件130和/或发动机***100的与再生过程连接的部件上运行诊断、以及诊断再生过程内的问题。在一个实施方式中，再生确定模块420配置成接收用户输入，其设置该再生确定模块420监测的饱和水平和阈值。在另一实施方式中，再生确定模块420接受确定再生循环的定时周期的预设输入。例如，再生确定模块420每60秒实现并管理再生循环的执行。
在具有多个后处理部件130且带有多个专用汽缸210以使后处理部件130再生的实施方式中，再生确定模块420协调在后处理部件130之间的再生过程、资源和定时。在某个实施方式中，再生确定模块420可配置成形成再生计划，其包括由发动机***100内的多个处理器和硬件可执行的指令以使用来自专用汽缸组210的排气来实行后处理部件130的再生。再生确定模块420可将指令从再生计划传输到实行再生责任的必不可少的部件。
按规定路线运送模块430促进整个发动机***100中的按规定路线运送操作。按规定路线运送模块430与各种处理***和/或硬件通信以实现按规定路线运送命令和计划。例如，按规定路线运送模块430与再生确定模块420和燃烧管理模块410通信。按规定路线运送模块430从再生路径260和燃烧管理模块410接收指令。按规定路线运送模块也可传送关于由按规定路线运送模块430控制的部件的信息。根据一个例子，基于由再生确定模块提供的信息，按规定路线运送模块430控制废气在再生循环期间从第一组专用汽缸210到后处理部件130和在当再生循环不出现时的时期期间到进气歧管200的按规定路线运送。其它部件和/或硬件(其中按规定路线运送模块430与这些部件和/或硬件通信并控制这些部件和/或硬件)包括各种阀(例如分流阀、废气旁通阀、接通/断开开关阀、止回阀等)、传感器、测试设备等。按规定路线运送模块430根据发动机***100的再生或正常操作的指令使再循环路径250转向。按规定路线运送模块430可控制发动机***100内的几个通道，包括软管、管子、歧管(例如进气和排气)等。
接下来的示意性流程图和相关描述提供执行用于实现排气再循环方法的过程的例证性实施方式。所示操作被理解为仅仅是示例性的，且操作可被组合或划分和添加或移除以及全部或部分地重排序，除非在本文明确地规定相反的情况。所示某些操作可由执行非临时计算机可读存储介质上的计算机程序产品的计算机实现，其中计算机程序产品包括使计算机执行一个或多个操作或向其它设备发出命令以执行一个或多个操作的指令。
根据一个实施方式，发动机***100的控制器405进入基于预设的时间或周期性循环而使后处理部件130再生的再生循环。在另一实施方式中，发动机100基于在后处理部件130内的分子的饱和水平的观察、检测和测量来使后处理部件130再生。
参考图5，根据示例性实施方式示出在再生循环期间出现的发动机***100的再生方法的流程图。在510，接收关于饱和水平测量的信息。饱和水平测量指示后处理部件130充满排气分子的饱和程度。在一个例子中，贫燃NOx捕集器的饱和水平测量结果指示在贫燃NOx捕集器内捕获的氧化氮的量。在发动机***100内的部件例如发动机110和再循环路径250接收关于在后处理部件130中的饱和水平的信息。部件然后使用饱和水平来改变部件的性能。此外，控制***单元例如再生确定模块420、燃烧管理模块410和按规定路线运送模块430接收关于在后处理部件130中的饱和水平的信息。
在520，确定后处理部件130的饱和阈值水平。使用再生确定模块420由控制器405来确定饱和阈值水平。在一个例子中，基于来自发动机***100内的包括发动机110、专用汽缸组210、非专用汽缸组220、入口单元280、后处理部件130、涡轮增压器120等的其它部件的操作反馈来确定饱和阈值水平。根据一个实施方式，饱和阈值水平是被输入到处理***中以控制并监测再生的预设值。在另一例子中，饱和阈值水平根据所使用的后处理部件130的类型、所使用的多个后处理部件130、如在各处描述的汽缸的贫燃/富燃操作等而改变。
在530，饱和水平测量与所确定的阈值水平比较。所测量的饱和水平与所确定的饱和阈值比较以监测后处理部件130的有效性并确定应何时实施再生循环。再生确定模块420、燃烧管理模块410和/或按规定路线运送模块430可配置成比较所测量的饱和水平与饱和阈值并将比较信息发送到发动机***100内的几个部件。根据一个实施方式，如果饱和水平低于阈值水平，则发动机***100继续正常操作而不进入再生循环。发动机***100的正常操作(例如当再生循环不出现时)包括富燃地运转专用汽缸210和向发动机110上游朝着进气歧管200按规定路线运送所产生的排气，同时非专用汽缸220比专用汽缸210更不富燃地运转，且因而产生的排气向发动机110下游朝着大气按规定路线被运送。根据另一实施方式，如果饱和水平接近、达到或超越阈值水平，则发动机***100配置成使用控制器405、再生确定模块420、按规定路线运送模块430和燃烧管理模块410来发起并实现再生循环。在整个发动机运转过程中可以周期性地和/或连续地进行在所观察的饱和水平和阈值水平之间的比较。
仍然参考图5，在540，转向信息被传输到按规定路线运送模块430。再生路径260配置成将信息传输到在发动机***100内的按规定路线运送模块430。当接收到关于所观察的饱和水平与阈值饱和水平的比较的信息时，发动机***100将关于来自专用汽缸210的废气的转向的信息传输到控制废气的方向的部件。在一个例子中，再循环路径250由按规定路线运送模块430指示来关断阀，允许来自专用汽缸210的废气通过再循环路径250按规定路线被运送到发动机110的进气歧管200内。可通过电路和/或在模块之间和/或在连接到发动机的硬件之间的有线和无线通信来传输信息。
在550，燃烧指示被传输到燃烧管理模块。当确定所观察的饱和水平接近或超越阈值水平时，再生确定模块420将指示传送到燃烧管理模块410以在汽缸内实现适当的燃烧从而根据由再生确定模块420创建或被输入和存储在再生确定模块420内的再生计划来执行再生过程。指示包括执行如在整个本公开中描述的过程的指令，该过程包括维持或增加专用汽缸210的富燃，维持或减小非专用汽缸220的空气燃料比，关闭非专用汽缸220，等等。燃烧管理模块410接收在特定的程度上或在特定的比例下实现上面的指令的指示。例如，燃烧管理模块410接收以特定的空气燃料比运转非专用汽缸220的指令。此外，燃烧管理模块410接收用于专用汽缸组210和非专用汽缸组220内的单独汽缸的指令。
为了说明和描述的目的提出了本公开的实施方式的前述描述。它并没有被规定为无遗漏的或将本发明限制到所公开的精确形式，且按照上面的教导修改和变化是可能的或可从本发明的实践获取修改和变化。选择和描述实施方式，以便解释本发明的原理及其实际应用以使本领域中的技术人员能够在各种实施方式中和使用适合于所设想的特定用途的各种修改来利用本公开。可在本公开的操作条件和实施方式的布置中进行其它替代、修改、改变和省略，而不偏离本发明的范围。

Claims (29)

1.一种发动机***，包括：
发动机，其具有第一组汽缸和第二组汽缸，所述第一组汽缸具有流体地耦合到所述发动机的进气歧管的第一排气出口，所述第二组汽缸具有与所述发动机的所述进气歧管流体地隔离的第二排气出口；
涡轮增压器，其具有流体地耦合到所述第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口；
流体控制阀，其布置在所述第一排气出口和所述排气导管之间，所述流体控制阀构造成将所述第一排气出口选择性地流体地耦合到所述排气导管；以及
后处理部件，其具有在所述涡轮机出口和所述流体控制阀下游的位置处的、构造成从所述排气导管接收废气的入口。
2.如权利要求1所述的发动机***，其中所述流体控制阀包括分流阀，其中在打开位置上，来自所述第一组汽缸的所有废气流经所述流体控制阀。
3.如权利要求1所述的发动机***，其中所述流体控制阀包括二位阀，其中在打开位置上，来自所述第一组汽缸的一部分废气流经所述流体控制阀。
4.如任一前述权利要求所述的发动机***，其中所述后处理部件包括贫燃NOx捕集器，且其中所述第一组汽缸构造成在富足空气燃料模式中操作，且其中所述第二组汽缸构造成在贫乏空气燃料模式中操作。
5.如权利要求4所述的发动机***，还包括控制器，所述控制器包括再生模块，所述再生模块构造成操作所述流体控制阀以提供所述排气导管中的废气的富足排气组成值。
6.如权利要求4所述的发动机***，其中所述流体控制阀包括在关闭位置和打开位置之间的选择性地定位的阀，其中在所述关闭位置上，所述第一排气出口与所述排气导管流体地隔离，且在所述打开位置上，所述第一排气出口流体地耦合到所述排气导管。
7.如权利要求6所述的发动机***，还包括控制器，所述控制器包括构造成解释当前排气λ值的排气条件模块、构造成解释排气λ目标值的再生调度模块和构造成响应于所述当前排气λ值和所述排气λ目标值而操作所述流体控制阀的再生模块。
8.如权利要求6所述的发动机***，还包括控制器，所述控制器包括构造成解释发动机负载卸下事件的发动机负载模块和构造成响应于所述发动机负载卸下事件而操作所述流体控制阀的EGR控制模块。
9.如权利要求8所述的发动机***，其中所述EGR控制模块还构造成响应于所述发动机负载卸下事件而打开所述流体控制阀。
10.如权利要求4所述的发动机***，还包括控制器，所述控制器包括构造成解释发动机负载卸下事件的发动机负载模块和构造成响应于所述发动机负载卸下事件而操作所述流体控制阀的EGR控制模块。
11.如权利要求6所述的***，还包括控制器，所述控制器包括再生调度模块，所述再生调度模块构造成确定发动机负载卸下事件和再生要求值中的一个并响应于所述发动机负载卸下事件和所述再生要求值中的所述一个而中断给所述第二组汽缸供应燃料。
12.如权利要求6所述的***，还包括控制器，所述控制器包括再生调度模块，所述再生调度模块构造成确定发动机负载卸下事件和再生要求值中的一个并响应于所述发动机负载卸下事件和所述再生要求值中的所述一个而在化学计量模式中操作所述第二组汽缸。
13.一种控制***，其用于发动机***内的后处理部件的再生，其中所述发动机***包括：
发动机，其具有第一组汽缸和第二组汽缸，所述第一组汽缸具有流体地耦合到所述发动机的进气歧管的第一排气出口，所述第二组汽缸具有与所述发动机的所述进气歧管流体地隔离的第二排气出口；
涡轮增压器，其具有流体地耦合到所述第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口；以及
流体控制阀，其布置在所述第一排气出口和所述排气导管之间，所述流体控制阀构造成将所述第一排气出口选择性地流体地耦合到所述排气导管，
所述后处理部件，其具有构造成从所述排气导管接收废气并位于所述涡轮机出口和所述流体控制阀的下游的入口，
所述控制***包括处理器和非临时机器可读介质，所述非临时机器可读介质具有在其上由处理器可执行以实施下列操作的指令：
从通信地耦合到所述贫燃后处理部件的传感器接收信息，所述信息包括当前排气λ值；
解释排气λ目标值；以及
响应于所述当前排气λ值和所述排气λ目标值来操作所述流体控制阀。
14.如权利要求13所述的控制***，其中所述第一组汽缸构造成在富足空气燃料模式中操作，且其中所述第二组汽缸构造成在贫乏空气燃料模式中操作。
15.如权利要求14所述的控制***，还包括由所述处理器可执行来操作所述流体控制阀以提供所述排气导管中的废气的富足排气组成值的指令。
16.如权利要求13到15中的任一项所述的控制***，还包括由所述处理器可执行来解释发动机负载卸下事件并响应于所述发动机负载卸下事件而操作所述流体控制阀的指令。
17.如权利要求16所述的控制***，其中所述处理器执行指令来响应于所述发动机负载卸下事件而打开所述流体控制阀。
18.如权利要求16所述的控制***，其中所述处理器执行指令来响应于所述发动机负载卸下事件而抑制点燃所述第二组汽缸中的一个或多个汽缸。
19.一种排气再循环方法，包括：
在流体地耦合到发动机的进气歧管的第一组汽缸和与所述进气歧管流体地隔离的第二组汽缸中接收空气；
将第一比例的空气/燃料混合物吸入所述第一组汽缸内；
将第二比例的空气/燃料混合物吸入所述第二组汽缸内，所述第二比例的空气/燃料混合物比所述第一比例的空气/燃料混合物具有更大的λ值；
产生在所述第一组汽缸和所述第二组汽缸中的导致废气的燃烧；
将由所述第一组汽缸中的燃烧产生的废气按规定路线运送到所述进气歧管以由所述发动机接收；
通过流体地耦合到所述第二组汽缸的排气歧管朝着在所述排气歧管下游的后处理部件按规定路线运送由所述第二组汽缸中的燃烧产生的废气；以及
周期性地将来自所述第一组汽缸的废气按规定路线运送到所述后处理部件以使所述后处理部件再生。
20.如权利要求19所述的排气再循环方法，其中所述第二组汽缸比所述第一组汽缸包含更多的汽缸。
21.如权利要求19或权利要求20所述的排气再循环方法，其中所述第一组汽缸构造成在富足空气燃料模式中操作，且其中所述第二组汽缸构造成在贫乏空气燃料模式中操作。
22.如权利要求19到21中的任一项所述的排气再循环方法，其中，流体控制阀布置在所述第一组汽缸和排气导管之间，所述流体控制阀选择性地耦合到所述排气导管。
23.如权利要求22所述的排气再循环方法，其中所述流体控制阀配置成响应于发动机负载卸下事件而打开。
24.如权利要求22或权利要求23所述的排气再循环方法，还包括使用流体地耦合到所述排气导管的分流阀来使来自所述第一组汽缸的所有废气转向到所述排气导管。
25.如权利要求19到25中的任一项所述的排气再循环方法，其中所述第二组汽缸中的至少一个汽缸在再生循环期间比当所述再生循环不出现时的时期期间较不贫燃地运转。
26.一种在发动机***中使用的控制器，所述控制器包括：
排气条件模块，其构造成解释来自所述发动机***的废气的当前排气λ值，所述发动机***包括：
具有第一组汽缸和第二组汽缸的发动机，所述第一组汽缸具有流体地耦合到所述发动机的进气歧管的第一排气出口，所述第二组汽缸具有与所述发动机的所述进气歧管流体地隔离的第二排气出口；
涡轮增压器，其具有流体地耦合到所述第二排气出口的涡轮机入口和流体地耦合到排气导管的涡轮机出口；
流体控制阀，其布置在所述第一排气出口和所述排气导管之间，所述流体控制阀构造成将所述第一排气出口选择性地流体地耦合到所述排气导管；以及
后处理部件，其具有在所述涡轮机出口和所述流体控制阀的下游的位置处、构造成从所述排气导管接收废气的入口；
再生调度模块，其构造成解释排气λ目标值；以及
再生模块，其配置成响应于所述当前排气λ值和所述排气λ目标值来操作所述流体控制阀。
27.如权利要求26所述的控制器，还包括构造成解释发动机负载卸下事件的发动机负载模块和构造成响应于所述发动机负载卸下事件而操作所述流体控制阀的EGR控制模块。
28.如权利要求26或权利要求27所述的控制器，其中所述第一组汽缸构造成在富足空气燃料模式中操作，且其中所述第二组汽缸构造成在贫乏空气燃料模式中操作。
29.如权利要求26到28中的任一项所述的控制器，其中所述再生模块还操作所述流体控制阀以提供所述排气导管中的废气的富足排气组成值。
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