控制在涡轮增压与排气再循环之间分开的排气流动

摘要

一种控制内燃发动机系统中的排气流动的方法，以及使用该方法的产品和系统。

说明书

相关申请

本申请要求于2008年2月22日提交的美国临时申请号61/030,772的权益。

技术领域

本披露总体上涉及的领域包括对来自内燃发动机的排气流动进行控制的方法。

背景技术

燃烧发动机系统包括具有多个燃烧室的发动机，空气和燃料在这些燃烧室中燃烧以便转换成机械旋转动力。燃烧发动机系统还包括换气系统，这些换气系统包括在发动机上游用于将进气输送至发动机燃烧室的进气系统，以及在发动机下游用于将排气从燃烧室运走的排气系统。这些换气系统还可以包括多个排气再循环(EGR)通道以及多个阀门，以便使从排气系统出来的排气进行再循环并且使其通过进气系统回到发动机，以便获得较低的NOx的排放。

燃烧发动机系统还可以装备有涡轮增压器，以便在这些进气进入燃烧室之前使其加压，以便有效地增加发动机的动力。涡轮增压器基本上包括在进气系统中用于产生进气增压压力的一台压缩机、一台涡轮机，该涡轮机被可旋转地连接到该压缩机上并且被安置在排气系统中并且是由加压排气供以动力用于驱动压缩机。来自发动机的加压的排气冲击涡轮机的装有叶片的转子，以便使转子气动地旋转。该旋转的转子以及一个轴使压缩机的装有叶片的叶轮机械地进行旋转。旋转的叶轮使进气加压，以便使提供给发动机的进气量增加，由此而允许点燃更多的燃料用于增加燃烧，以便对于一个给定发动机排气量和速度使发动机增大输出动力。

发明内容

本发明的一个示例性实施方案可以包括控制内燃发动机系统的一种方法，该内燃发动机包括在泄放排气阀与清扫排气阀之间具有分开的排气流动的一台涡轮增压的发动机，并且还包括与发动机联通的进气和排气子系统、以及与这些进气和排气子系统交叉联通的一个排气再循环(EGR)子系统，该方法包括：使该泄放排气阀与排气子系统相联通，并且在发动机下游使该清扫排气阀与(EGR)子系统相联通；改变这些排气阀的正时以便按比例分配在该排气子系统中的涡轮增压器的涡轮机与该EGR子系统之间的排气流动；并且按比例分配经过该EGR子系统的清扫排气流动。

本发明的另一个示例性实施方案可以包括一种控制内燃发动机系统的方法，该内燃发动机系统包括在泄放排气阀与清扫排气阀之间带有分开的排气流动的一台涡轮增压的发动机，并且还包括与发动机相联通的进气和排气子系统，以及与这些进气和排气子系统交叉联通的一个排气再循环(EGR)子系统，该方法包括：使该泄放排气阀与该排气子系统相联通，并且在发动机下游使该清扫排气阀与该(EGR)子系统相联通；并且用泄放排气驱动该排气子系统中的多个涡轮增压器涡轮机。

本发明的另一个示例性实施方案可以包括一个内燃发动机系统，该内燃发动机系统包括：一台涡轮增压的内燃发动机，该涡轮增压的内燃发动机包括一个泄放排气阀以及一个清扫排气阀；用来将进气传送给该发动机的一个进气子系统；一个排气子系统，该排气子系统用来将排气从该发动机运走、并且包括与该发动机的泄放排气阀相联通的一个泄放排气歧管以及与该发动机的清扫排气阀相联通的一个清扫排气歧管；一个涡轮增压子系统，该涡轮增压子系统包括在该进气子系统中的一台压缩机以及在该排气子系统中与该发动机的泄放排气歧管相联通的一台涡轮机；以及一个排气再循环(EGR)子系统，该排气再循环子系统与这些排气和进气子系统交叉联通、并且包括与该清扫排气歧管相联通的至少一个EGR阀门。

本发明的其他示例性实施方案将从以下提供的详细说明中变得清楚。应该理解，虽然这些详细的说明和具体的实例披露了本发明的示例性实施方案，但它们是旨在用于说明的目的而并非旨在限定本发明的范围。

附图说明

从以下详细的说明以及这些附图中将会对本发明的示例性实施方案得到更加全面地理解，在附图中：

图1是一个内燃发动机系统的示例性实施方案的示意图；

图2是用于图1的系统的同心凸轮相位器装置的一个示例性实施方案的简图；

图3是对在图1的系统的至少一个涡轮增压器与至少一个排气再循环通道之间分配排气流动进行控制的一种方法的示例性实施方案的流程图；

图4是在低发动机速度和负载下的泄放和清扫排气阀正时的一个示例性实施方案的图表；

图5是对于涡轮增压器的高增压要求的泄放和清扫排气阀正时的示例性实施方案的图表；

图6是在中等发动机速度和负载时对于可变涡轮增压器增压要求的泄放和清扫排气阀正时的示例性实施方案的图表；

图7是在中等发动机速度和负载时对于增加或突然的涡轮增压器增压要求的泄放和清扫排气阀正时的示例性实施方案的图表；

图8是在中等发动机速度和负载时正时对于增加的或突然的涡轮增压器的增压要求的泄放和清扫排气阀正时的另一个示例性实施方案的图表；以及

图9是在高的发动机速度和负载时对于可变涡轮增压器增压要求的泄放和清扫排气阀正时的一个示例性实施方案的图表。

具体实施方式

以下对这种或这些实施方案的说明在本质上仅是示例性的而决非旨在限制本发明、其应用或用途。

图1中展示了一个示例性运行环境，并且它可以用来实现一种本披露的控制在涡轮增压与排气再循环之间分配排气流动的方法。该方法可以使用任何适当的系统来实现，并且更确切地说，该方法可以与一个发动机系统(如系统10)相结合来实现。以下系统说明简单地提供了一个示例性发动机系统的简短概述，但未在此示出的其他系统和部件也可以支持本披露的方法。

一般而言，系统10可以包括：一台内燃发动机12，该内燃发动机可以使燃料与进气的混合物燃烧以转换成机械旋转能量和排气；一个发动机换气系统14，该发动机换气系统可以将进气传送至发动机12并且将排气从发动机12运走。系统10还可以包括用于将任何适当的液态和/或气态燃料提供给发动机12的一个燃料系统(未示出)，用于在发动机中与进气一起燃烧；以及用来控制发动机系统10的运行的一个控制子系统16。

内燃发动机12可以是任何适当的发动机类型，如像汽油发动机那样的一种火花点火式发动机，像柴油发动机那样的一种自动点火或压燃点火发动机、或类似发动机。发动机12可以包括在其中带有多个汽缸和活塞(未分开地示出)的一个气缸体18，它与一个汽缸盖(也未分开地示出)一起限定了用于燃料与进气混合物的内部燃烧的多个燃烧室20。发动机12还可以包括任何适当数量的进气阀22和排气阀，这些排气阀可以包括任何适当数量的第一或泄放排气阀24以及第二或清扫排气阀25。

发动机12可以包括任何数量的汽缸，并且可以具有任何尺寸并且可以根据任何适当的速度和负载来运行。示例性空转速度可以是在约500至约800RPM的数量级，并且典型的最大发动机速度可以是在约5500-6500RPM的数量级上，但甚至可以超过这个范围。如在此使用的，术语低速和低负载可以包括最大发动机速度和负载的约0％至33％，中等速度和负载可以包括最大发动机速度和负载的约25％至75％，并且高的速度和负载可以包括最大发动机速度和负载的约66％至100％。如在此所使用的，低到中等的速度和负载可以包括最大发动机速度和负载的约0％至50％，而中等到高的速度和负载可以包括最大发动机速度和负载的约50％至100％。

阀门正时可以由凸轮轴或阀门螺线管或类似物来调节，以打开这些阀门。在一个典型的发动机循环中，排气阀刚好在活塞到达下止点(BDC)位置之前打开并且在此后很快所有燃烧的进气的大约一半在相对高的压力下离开这些燃烧室。这通常被称为发动机循环的排气部分的泄放阶段。该活塞朝向一个上止点位置(TDC)向上清扫返回、并在相对较低的压力下将如果不是全部剩余燃烧进气的话也是其绝大部分从这些燃烧室中清除。这通常被称为发动机循环的排气部分的清扫阶段。

现在参见图2，发动机12可以包括任何适当的可变阀门正时装置，以便对这些排气阀24、25进行致动。在一个实例中，多个单独的致动器如螺线管(未示出)可以用来致动这些排气阀24、25。在另一个实例中，一种双动作的同心凸轮装置13可以用来使这些排气阀24、25各自彼此独立地致动。装置13可以包括一个凸轮轴组件101，该凸轮轴组件可以包括多个同心轴，这些同心轴包括由凸轮管105承载的一个凸轮轴103。凸轮轴103承载着泄放或清扫阀门凸轮107、109并且凸轮管105承载着泄放或清扫阀门凸轮107、109中的另一个。在一个实施方案中，连接到这些泄放阀门凸轮上的轴或管可以相对于一个发动机曲轴具有固定的相位关系，并且被连接到这些清扫阀门上的另一个同心轴可以相对于发动机曲轴具有由一个凸轮相位器111改变的可变的相位关系。在提供了某种程度上更佳的性能和效率的另一个实施方案中，一个或多个凸轮相位器111可以使凸轮轴107和管109独立地改变彼此之间的、以及相对于发动机曲轴的相位关系。这些排气阀的正时和/或升程可以通过利用这个或这些相位器111来调节凸轮轴107与管109之间的相位或角度而受到控制。

凸轮装置13可以由控制子系统16(如发动机电子控制模块)在发动机测试并校准的基础上来进行控制，以便在所有的速度和负载下产生良好的发动机排放和效率。凸轮装置13可以是与这些排气阀24、25相结合的主要装置，以改变传送到涡轮增压器涡轮机上的能量并且因此控制涡轮增压器的增压而无需涡轮废气门装置。

总体上讲，泄放和清扫阀门的最佳阀门正时将是专门适用于每个应用的，并且因此将随发动机的不同而不同。但是，这些泄放阀门24与这些清扫门25相比可以具有相对提前的正时、具有较长的阀门打开持续时间、而具有更高的升程。在一个实例中，这些泄放阀门24的升程可以是在大致180度的曲柄角可获得的最大升程，而这些清扫阀门25的升程可以是在大致160度的曲柄角可获得的最大升程。

包括这个或这些泄放阀门24的持续时间和/或升程在内的示例性阀门的正时可以是在装备有常规排气阀的相同或相似的发动机阀门正时的约70％至100％的数量级上。用于这个或这些泄放阀门24的更加具体的示例性阀门正时可以是用于装备有常规排气阀的相同的或相似的发动机的阀门持续时间正时的约85-95％(例如，90％)的持续时间并且是阀门升程正时的约90-100％(例如，95％)的升程。这个或这些泄放阀门24的阀门打开正时总体上可以是类似于或者被滞后在最小涡轮增压器的增压状况，并且可被提前以便加大增压。在约2000与5500RPM之间用于这个或这些泄放阀门24的凸轮装置13的示例性相位权限是在约25至40度(例如，28度)的曲轴角的数量级上。

包括这个或这些清扫阀门25的持续时间和/或升程在内的示例性阀门正时对于装备有常规排气阀的相同或相似的发动机的阀门正时可以是在约60％至90％的数量级上。用于这个或这些清扫阀门25的更加具体的示例性阀门正时可以是用于装备有常规排气阀的相同的或相似的发动机的阀门持续时间正时的约75-85％(例如，80％)的持续时间并且是升程正时的约80-90％(例如，85％)的升程。这个或这些阀门25的阀门关闭正时总体上可以类似于装备有常规排气阀的相同的或相似的发动机的阀门关闭正时。在约2000与5500RPM之间，用于这个或这些清扫阀门25的凸轮装置13的示例性相位权限可以是在约30至60度(例如，40度)的曲轴角度的数量级上。

参见图1，发动机换气系统14可以包括：一个进气子系统26，该进气子系统可以对进气进行压缩和冷却并且将它们传送至发动机12；以及一个排气子系统28，该排气子系统可以从排气中提取能量并且将它们从发动机12运走。发动机换气系统14还可以包括一个排气再循环(EGR)子系统30，该排气再循环子系统与排气和进气子系统26、28交叉联通，以使排气进行再循环以便与新鲜空气混合，以便减少来自发动机系统10的排放物以及泵送损失。发动机换气系统14可以进一步包括在进气子系统26与排气子系统28之间的一个涡轮增压系统32，以便压缩输入空气并且由此改进燃烧以增加发动机动力输出。在此使用时，短语进气可以包括新鲜空气、压缩的空气、和/或再循环的排气。

涡轮增压子系统32可以是一个单级系统或者(如所示)可以是多级或连续的涡轮增压子系统。涡轮增压子系统32可以包括在排气子系统28中的一个涡轮机侧34以及在进气子系统26中的一个压缩机侧36。多级涡轮增压可以允许子系统32的涡轮机侧34以及压缩机侧36在多数或所有的发动机运行点上进行连续可变的适配。涡轮增压子系统32可以包括一个、两个、或更多个任何尺寸和类型的涡轮增压器，这些涡轮增压器可以被串联、并联、或者二者兼有地连接，并且它们可以使用或不使用废气门或者旁通调节。换言之，子系统32还可以包括任何适当的压缩机和/或涡轮机旁通或者任何适当类型的废气门阀。但是在此考虑了在此披露的方法和装置将减少或消除对于涡轮机旁通阀门的需要。

按照第一和第二级，示例性涡轮增压子系统32可以包括一个第一涡轮增压器38并且还可以包括一个第二涡轮增压器40。例如，第一涡轮增压器38可以是一个相对小的高压(HP)涡轮增压器，而第二涡轮增压器40可以是一个相对大的低压(LP)涡轮增压器。这些涡轮增压器38、40之一或二者可以是可变涡轮几何形状(VTG)类型的涡轮增压器、双级涡轮增压器、或者带有废气门阀或旁通装置的涡轮增压器、或者是类似的涡轮增压器。尽管VTG涡轮增压器在装备有常规排气系统的发动机中易于引起增加的背压以及伴随减少的燃料经济性，但当与一个分开的排气发动机(如，发动机12)一起使用时，VTG涡轮增压器可以是更加有效率的。这是因为，由于泵送的附加损失在小的喷嘴开口处的泵送平均有效压力(PMEP)的不利后果在涡轮机能量是由该泄放排气阀通道来提供时可以被极大地减少，因为在排气过程中作用于发动机活塞上的排气背压典型地极少受到在涡轮增压器涡轮机入口处的高背压的影响。在任何情况下，这些涡轮增压器38、40和/或任何一个或多个涡轮增压器辅助装置可以被调节以影响以下示例性参数中的一个或多个：涡轮增压器增加的压力、空气质量流动、和/或EGR流动。

第一涡轮增压器38可以包括一个第一涡轮机42以及机械地连接到第一涡轮机42上的一个第一压缩机44。第二涡轮增压器40可以包括一个第二涡轮机46以及被机械地连接到第二涡轮机46上的一个第二压缩机48。一个涡轮机旁通阀门45可以被定位在第二涡轮机46与刚好在第一涡轮机42上游的一个位置之间，并且可以被整合在第二涡轮机46之中。类似地，一个压缩机旁通阀47可以被定位在第二压缩机48与刚好在第一压缩机44下游的一个位置(如在冷却器54处)之间，并且可以被整合在第二压缩机48之中。

这些旁通阀门45、47可以是主动控制的，如通过任何适当的气动、电动、电子、或通过任何其他适当方式控制的致动器(未示出)。在这种安排中，涡轮增压器38、40可以进行调谐的方式为使得它们中的一个或二者在所有发动机运行点处都是起作用的。例如，在相对低的发动机负载和速度下，即当排气质量流速为低时，大部分的排气质量流动可以被第一涡轮机42膨胀。这可以导致进气系统26中增压的一种非常快并且高的上升。但是当发动机负载和速度增加时，通过在一个时间段上增加这些旁通阀门45、47的打开程度可以使排气膨胀被连续地转移到第二涡轮机46上。这是受调节二级连续涡轮增压的一个实例，它允许涡轮机侧34和压缩机侧36按照发动机12的实际运行要求进行连续适配。

除了适当的管道与接头之外，进气子系统26还可以包括：一个进气端50，该进气端可具有用于过滤进入空气的一个空气过滤器52；以及在进气端50的下游用来压缩输入空气的涡轮增压压缩机48、44中的一个或两个。进气子系统26还可以包括在涡轮增压器的压缩机48、44的下游用来冷却压缩空气的一个加压空气冷却器54，以及在加压空气冷却器54的下游用来对冷却空气到发动机12的流动进行节流的一个进气节流阀56。进气子系统26还可以包括一个进气歧管58，该进气歧管处于节流阀56的下游并且在发动机12的上游用来接收被节流的空气并且将它分配给发动机燃烧室20。进气子系统26还可以包括任何其他适当装置。

除了适当的管道与接头之外，排气子系统28还可以包括一个排气歧管60，该排气歧管收集来自发动机12的这些燃烧室20的排气并且将它们传送到排气子系统28的其余部分的下游。排气歧管60可以包括与这些泄放排气阀24相联通的一个第一或泄放排气歧管62，以及与这些清扫排气阀25相联通的一个清扫排气歧管63。排气歧管60可以是与汽缸盖(未分离地示出)相分离、或者与其整合。这些泄放和清扫排气歧管62、63可以是彼此分离的或整合的。

排气子系统16还可以包括在下游与排气歧管60(并且更具体地说，是与泄放歧管62)相联通的涡轮增压器涡轮机42、46中的一个或两个。排气子系统28还可以包括任何数量的适当的排放装置，如在排气歧管60下游的一个或多个排放装置64a、65b。这个或这些排放装置64a、64b可以包括一个或多个催化转化器，像闭合连接的柴油氧化催化剂(DOC)装置、氮氧化物(NOx)吸收单元、微粒过滤器、和/或类似的装置。一个或多个可变限流阀65(如背压阀)可以被定位在第一排放装置64a之前和/或之后与清扫排气歧管63相联通，以便在低发动机速度下使传送到涡轮增压器42、46的排气能量增加。同样，一个或多个阀门(如切断阀61a、61b)可以被定位为在涡轮机42、46的一个入口之前和/或在这个或这些涡轮机42、46的出口之后与泄放排气歧管62相联通。排气子系统28还可以包括任何其他适当的装置，如位于这个或这些阀门61b、65下游的一个或多个其他排放装置。

EGR子系统30可以使来自排气子系统28的排气的多个部分再循环到进气子系统26以便在发动机12中燃烧，并且它可以是一个单通道的EGR子系统、或者可以是一个混合的或双通道的EGR子系统。如图所示，EGR子系统30可以包括一个高压(HP)EGR通道，该高压通道除了被连接到这些涡轮增压器压缩机48、44之一或二者下游的进气子系统26上之外，还被连接到这些涡轮增压器涡轮机42、46之一或二者上游的排气子系统28上。一个低压(LP)EGR通道除了被连接到这些涡轮增压器压缩机48、44之一或二者上游的进气子系统26上之外，还可以被连接到这些涡轮增压器涡轮机42、46之一或二者下游的排气子系统28上。还考虑了在排气与进气子系统26、28之间的任何其他适当的连接，包括其他形式的HPEGR，如使用内部的发动机可变阀门正时和升程以减少内部HP EGR。根据内部HP EGR，发动机排气阀和进气阀的运行可以被正时为使得在一个燃烧事件的过程中产生的一些排气返回经过进气阀而连通，这样使排气在随后的燃烧事件中燃烧。

除了适当的管道和接头之外，EGR子系统30还可以包括一个或多个HP和/或LP EGR阀门，以便控制从排气子系统28到进气子系统26的排气再循环。例如，一个第一或泄放EGR阀门66可以用来控制或按比例分配从泄放歧管62到进气子系统26的EGR，而一个第二或清扫泄放EGR阀门67可以用来控制或按比例分配从清扫歧管63到进气子系统26的EGR。此外，一个第三或比例阀门68可以使用在刚好第一和第二阀门66、67的上游处，以便在泄放与清扫排气流动之间控制或按比例分配来自排气歧管60的EGR流动。另外，第三阀门68可以被省略，其中泄放歧管62可以与泄放EGR阀门66直接联通而清扫歧管63可以与清扫EGR阀门67直接联通。打开比例阀门68以及另外的EGR阀门66、67中的一个或两个可以在不能单独通过控制这些排气阀25充分地降低涡轮增压器的增压水平的发动机运行点处降低由涡轮增压器38、40之一或二者所传送的增压水平。同样，一个第四或LP EGR阀门70可被用于控制和按比例分配来自涡轮机42、46之一或二者下游的排气子系统28中的一个位置到进气子系统26的EGR。

EGR子系统30还可以包括在阀门66、67、68、70下游的一个EGR冷却器72以及位于EGR冷却器72下游的一个第五或下游EGR阀门74，以便在涡轮增压子系统32下游的进气子系统26中的一个位置与压缩机44、48之一或二者上游的一个位置之间按比例分配EGR流动。第五EGR阀门74可以是一个单独的装置，该装置具有其自己的致动器或者可以与进气节流阀56一起整合在具有公用的致动器的一个组合的装置之中。这些阀门66、67、68、70、74和冷却器72可以是单独的装置，或者阀门66、67、68、70、74和/或冷却器72中的两个或更多可以整合在一个或多个多功能装置中，如一个三通阀门69、一个四通阀门71、或类似的装置。该EGR体系可以包括一个发动机的内部HP EGR流动通道、一个双级涡轮增压EGR流动通道、没有冷却器的EGR流动通道、和/或类似的通道。在任何情况下，这些EGR阀门66、67、68、70、74中的一个或多个可以用来在排气子系统28与进气子系统26之间按比例分配通过这个或这些EGR通道的清扫和/或泄放排气流动。

最后，控制子系统16可以包括任何适当的硬件、软件、和/或固件以执行以下披露的这些方法中的至少某些部分。例如，控制子系统16可以包括不同的发动机系统致动器和传感器(未示出)。这些发动机系统传感器未在这些附图中单独地示出但可以包括用于监测发动机系统参数的任何适当的装置。例如，一个发动机速度传感器可以测量发动机曲轴(未示出)的旋转速度，与这些发动机燃烧室20相联通的多个压力传感器可以测量发动机汽缸压力，进气和排气歧管压力传感器可以测量流入和离开这些燃烧室20的气体的压力，一个输入空气质量流动传感器可以测量进气子系统26中的进入的空气流动，并且一个进气歧管质量流动传感器可以测量到发动机12的进气的流动。在另一个实例中，多个温度传感器可以测量流到发动机12的进气的温度。在另一个实例中，发动机系统10可以包括被适当地连接到这些涡轮增压器38、40之一或二者上的一个速度传感器，以测量其旋转速度。一个节流位置传感器(如一个整合的角度位置传感器)可以测量节流阀56的位置。一个位置传感器可以安置在涡轮增压器38、40附近以用于测量VTG叶片(如果提供的话)的位置。一个尾管温度传感器可以被放置于刚好在一个尾管出口上游处以用于测量离开排气子系统的排气的温度。同样，多个温度传感器可以被放置在一个或多个排放装置的上游和下游，以用于测量这个或这些排放装置的入口和出口处的排气的温度。类似地，一个或多个压力传感器可以跨越这个或这些排放装置来放置，以用于测量跨越它们的压降。一个氧气(O₂)传感器可被放置在排气和/或进气子系统中，以用于测量这些排气和/或进气中的氧气。最后，多个位置传感器可以测量这些EGR阀门66、67、68、70、74的位置。

除了在此讨论的这些传感器之外，本披露的系统和方法还可以包括其他任何适当的传感器及其相关参数。例如，这些传感器还可以包括多个加速度传感器、车辆速度传感器、传动系速度传感器、过滤器传感器、其他流动传感器、振动传感器、撞击传感器、进气与排气压力传感器、和/或类似的传感器。换言之，可以使用任何传感器来感测任何适当的物理参数，包括电气、机械、以及化学参数。在此使用时，术语传感器可以包括用来感测任何发动机系统参数和/或这类参数的不同组合的任何适当的硬件和/或软件。

控制子系统16可以进一步包括与这些致动器和传感器相联通的、用于接收和处理传感器输入并且发送致动器输出信号的一个或多个控制器(未单独地示出)。这个或这些控制器可以包括一个或多个适当的处理器和存储装置(未分开地示出)。该存储器可以被配置为提供数据和指令的存储，这种存储提供了发动机系统10的至少某些功能性并且可以由这个或这些处理器来执行。该方法的至少某些部分可以由一个或多个计算机程序与作为查询表、公式、运算、映射图、模型或类似数据存储在该存储器中不同的发动机系统数据或指令来启动。在任何情况下，控制子系统16可以通过从这些传感器接收输入信号、根据传感器输入信号执行指令或算法并且将适当的输出信号发送给这些不同的致动器来控制发动机系统参数。在此使用时，术语“模型”可以包括使用多个变量(如查询表、映射图、公式、算法和/或类似数据)表示某些事物的任何结构。多个模型可以是专用于一个应用的并且具体用于任何给定的发动机系统的确切的设计和性能规格。

本发明的一种实施方案可以包括一种控制EGR的方法，该方法可以在以上说明的发动机系统10的运行环境中作为一个或多个计算机程序来实施。本领域普通技术人员还将认识到根据本发明的任何数量的实施方案的一种方法可以在其他运行环境中使用其他发动机系统来实施。现在参见图3，以流程图的形式示出一种示例性方法300。作为方法300的进程说明，将参考图1的发动机系统10以及图4至图9的正时图表。

如步骤305所示，方法300可以用任何适当的方式开始。例如，方法300可以在图1的发动机系统10的发动机12启动时开始。

在步骤310，新鲜空气可以被抽入发动机系统的一个进气子系统中，并且进气可以通过该进气子系统被吸入发动机系统的一台发动机中。例如，新鲜空气可以被抽入进气系统26的入口50，并且进气可以通过进气歧管58被吸入发动机12中。

在步骤315，排气可以通过发动机系统的一个排气子系统从发动机排出。例如，排气可以从发动机12经过排气歧管60排出。排气阀24、25可以彼此独立地致动，以便在涡轮增压器42、46与EGR子系统30之间按比例分配排气流动。

在步骤320，当一台发动机以空转速度或接近空转速度并且以低负载或空载运行时，可以对排气阀进行控制以使内部剩余气体减少或最小化。在一个实例中，并且还参见图4，打开泄放和清扫排气阀24、25可以被控制为用于使重叠增大或最大化。在更加具体的实例中，这些泄放排气阀24中的一个或多个可以是完全滞后的24a并且这些清扫阀门25中的一个或多个可以是完全提前的25a。根据一个特别的例子，这些泄放排气阀24中的至少一个可以被滞后约10至20度，而这些清扫排气阀25中的至少一个可以提前约20至30度。如图4所示，这些泄放排气阀24中的至少之一可以被滞后，这样一个或多个阀门24刚好在BDC之前开始打开，如在BDC之前约0至45(例如，15至25)度之内，并且这些清扫排气阀25中的至少之一可以被提前，这样一个或多个阀门25刚好在TDC之后开始关闭，如在TDC之后约10至45(例如，15至20)度之内。

在步骤325，当对发动机要求高负载或最大瞬时响应时，如发动机以空转速度或接近空转速度并且在无负载或低负载时运行时，可以控制排气阀以使传送给涡轮增压器涡轮机的能量增加或最大化。在一个实例中，并且参见图5，可以控制泄放排气阀24和清扫排气阀25的打开而达到最小的重叠。在一个更加具体的实例中，这些泄放排气阀24中的一个或多个可以被完全提前而这些清扫排气阀25中的一个或多个可以被完全滞后。根据一个具体的例子，这些泄放排气阀24中的至少一个可以被提前约10至40(例如，15至20)度而这些清扫排气阀25中的至少一个可以被滞后约20至60(例如，25至30)度。如图5所示，这些泄放排气阀24中的至少之一可以被提前，这样，这个或这些阀门24的打开刚好是在BDC之前(如在BDC之前的40至50度)，并且这些清扫排气阀25中的至少之一可以被滞后，这样，这个或这些阀门25的关闭是刚好在TDC之后，如在TDC之后约45至80(例如，50至60)度。

在步骤330，当一台发动机实质上以中等速度和/或负载运行时，并且其中对于发动机负载要求(例如，涡轮增压器的增压)未提出任何希望或要求，可以控制排气阀而在希望的内部剩余气体部分(或内部EGR)与涡轮增压器速度之间折衷或提供一种希望的或要求的平衡。在一个实例中，并且还参见图6，可以控制泄放和清扫排气阀24、25的正时用于阀门正时中的可变的重叠。在一个更加具体的例子中，可以最佳地定位这些泄放排气阀24中的一个或多个用于最佳的发动机效率，并且这些清扫排气阀25中的一个或多个可以被可变地提前或滞后到完全提前25a或完全滞后25b的位置或者它们之间的任何位置，以便在内部EGR与涡轮增压器速度之间实现所希望的平衡。在一个具体的情况中，这些泄放排气阀24中的一个或多个可以被单方向地或完全滞后24a。根据一个具体的例子，这些泄放排气阀24中的至少一个可以被滞后约10至20度，而这些清扫排气阀25中的至少一个可以在约40至60度的整个范围内被提前或滞后约20至30度。这些泄放排气阀24中的至少一个可以被滞后，这样，这个或这些阀门24刚好在BDC之前开始打开，如在BDC之前约15至25度之内。这些清扫排气阀25中的至少之一可以在一个提前的极限值(这样，这个或这些阀门25在TDC之后0至10度之内开始关闭)与一个滞后的极限值(这样，这个或这些阀门25在TDC之后的50至60度之内开始关闭)之间被改变。

在步骤335，当一台发动机基本上以中等速度和/或负载(在此，至少某些涡轮增压器的增压是希望的或要求的)运行时，可以可变地控制排气阀以便获得良好的发动机效率。参见图7，在根据多步骤可变控制的一个实例中，首先，这些清扫阀门25中的一个或多个可以被滞后以增加用于增压的泄放排气能量，并且基本上同时地，可以增加这个或这些清扫阀门25以及这个或这些进气阀22的TDC重叠，以便增加内部EGR。例如，可通过至少维持这个或这些进气阀22的正时或者这个或这些进气阀22的提前而实现该TDC重叠。其次，当实现一个希望的或要求的内部EGR水平时，可以提前这个或这些泄放阀门24中的一个或多个而用于额外的增压。根据一个具体的例子，这些清扫排气阀25中的至少一个可以被滞后20至30度，而这些进气阀22中的至少一个被保持稳定或者被提前5至30度。然后，这些泄放排气阀24中的至少一个可以被提前约10至20度的范围。这些清扫排气阀25中的至少一个可以被滞后，这样，这个或这些阀门25在TDC之后约50至60度之内开始打开，而这些进气阀22中的至少一个可以被保持或者被提前，这样，这个或这些阀门22在TDC之前约30度至TDC之后约30度之内开始打开。这些泄放排气阀25中的至少一个可以被提前，这样，这个或这些阀门24在BDC之前约40至50度之内开始打开。在另一个实例中，根据步骤335，并且参见图8，这个或这些泄放阀门24中的一个或多个可以被可变地控制，基本上与这个或这些清扫排气阀25的可变控制是同时的，并且不管特定的内部EGR水平何时实现或是否实现而将这个或这些阀门22提前，以便获得增压与发动机效率的良好平衡。

在步骤340，当发动机基本上以高速或最大速度和/或负载运行时，例如，可以控制排气阀来保护一个或多个涡轮增压器。在一个实例中，并且还参见图9，可以控制泄放和清扫排气阀24、25的打开用于类似于图4的重叠的增加，但也许是较小的度数，并且用于类似于图6的可变的重叠，但它是相反的。在一个更具体的实例中，这些清扫排气阀25中的一个或多个可以基本上如果不完全提前，并且这些泄放阀门24中的一个或多个可以被可变地提前或滞后，以调节涡轮增压器的增压水平，例如用来使PMEP最小化。根据一个特别的例子，这些清扫排气阀25中的至少之一可以被提前约20至30度并且这些泄放排气阀24中的至少之一可以在约20至40度的整体范围内被提前或滞后约10至20度的范围。如图9所示，这些清扫排气阀25中的至少一个可以被提前，这样，这个或这些阀门25刚好在TDC之后(如在TDC之后约15至25度之内)开始关闭。同样如图9所示，在一个提前的极限值(这样，这个或这些阀门24在BDC之前约40至50度之内开始打开)与一个滞后的极限值(这样，这个或这些阀门24在BDC之前约15至25度之内开始打开)之间改变这些泄放排气阀24中的至少一个可以。用于全负载的一个示例性整体策略可以调节泄放与清扫凸轮二者的相位，以便在一个目标增压水平下优化发动机效率。

在步骤345，排气可以通过高压和/或低压EGR通道之一或二者而从一个排气子系统再循环到发动机系统的一个进气子系统。例如，泄放排气可以从泄放排气歧管62、经过泄放EGR阀门66、EGR冷却器72、以及在EGR阀门74下游被再循环到进气子系统26。类似地，清扫排气可以从清扫排气歧管63、经过清扫EGR阀门67、EGR冷却器72、以及在EGR阀门74下游被再循环到进气子系统26。此外，LP排气可以从排气子系统28、经过LP EGR阀门68、EGR冷却器72、以及在EGR阀门74下游被再循环到进气子系统26。EGR子系统30可以在以下假定之一或二者下运行：1)泄放排气歧管62通常比清扫排气歧管63处于更高的压力和温度下，以及2)从清扫排气阀63中移除的排气流动通常不会负面地影响能量传送到下游涡轮增压器42、46。

在步骤346，作为默认设置，清扫的排气可以确定为优先于EGR的泄放排气而用于相对较冷的清扫排气的再循环。换言之，通过EGR子系统30按比例分配的清扫排气可以多于泄放排气。例如，作为默认设置，EGR可以使用100％的清扫排气来执行。在一个特定的实例中，可以将泄放EGR阀门66关闭而清扫EGR阀门67如果不是完全打开的话可以被至少部分打开。在另一个特定的实例中，如果不使用这些另外的阀门66、67或是在它们之外使用比例EGR阀68，那么这些排放和清扫EGR阀门66、67可以均被打开到至少某些程度和/或该比例EGR阀门68可以封锁泄放排气的流动并且允许清扫排气的流动。

在步骤347，根据步骤346的默认设置的一个或多个例外，EGR可以通过至少某些泄放EGR来补充。一个示例性的例外包括在冷启动之后发动机热机以便使发动机和/或催化转化器的温度快速上升。另一个示例性的例外包括以下情形，其中跨过发动机的压力降不足以提供仅来自清扫排气的一个所希望的或所要求的EGR速率。在一个特定的实例中，泄放EGR阀门66可以被至少部分地打开，而清扫EGR阀门67可以被至少部分打开(如果未完全打开的话)。在另一个具体的实例中，如果不使用这些另外的阀门66、67或在它们之外使用比例EGR阀68，则这些泄放和清扫EGR阀门66、67可以均被打开至少某些程度和/或该比例EGR阀门68可以被调节以便同时按比例分配泄放和清扫排气阀二者的下游流动。

在步骤348，可以完全由泄放排气来提供EGR，以此来防止从泄放排气歧管到清扫排气歧管的反向的排气流动。在这样一种情况下，清扫气体可以与EGR完全阻断。在一个特定的实例中，可以至少部分地打开泄放EGR阀门66而清扫EGR阀门67可以被关闭。在另一个具体的实例中，如果不使用这些另外的阀门66、67或在它们之外使用比例EGR阀68，则这些泄放和清扫EGR阀门66、67可以均被打开到至少一定程度和/或该比例EGR阀门68可以仅按比例分配泄放排气的下游流动。

在步骤349，EGR可以被LP EGR所取代或者也同时由LP EGR来提供。在一个具体的实例中，这些EGR阀门66、67、70可以被打开或关闭而LP EGR阀门68可以被至少部分地打开，以使这些涡轮机42、46之一或二者下游的LP排气再循环到进气子系统26。

来自清扫排气歧管63的EGR流动可以通过可变限流阀(如，位于第一催化转化器之前或之后的背压阀门)来增强。这个背压阀还可以用来增加在低发动机速度下传送给这个或这些涡轮增压器42、46的排放能量。同样，可以或者通过关闭涡轮机42、46的入口之前或涡轮机42、46出口之后的切断阀来增强催化剂起燃，以便在发动机启动过程以及一个初始阶段(如，发动机运行约20至30秒)中防止泄放排气流动。因此，排气流动被迫流到清扫歧管63上并且使催化转化器与清扫歧管63相联通。

在步骤350，来自排气的能量可以被提取并且被转化为压缩进气的能量。例如，示例性涡轮增压器38、40之一或二者可以用来使进气增压。

在步骤351，可以控制VTG涡轮增压器的增压水平。例如，这些示例性涡轮增压器38、40中的一个或两个可以包括VTG装置。如果是这样，则首先，如步骤320至340中的所列出的，这样的VTG涡轮增压器的增压水平可以被增加。其次，如果增压水平仍然不充分，于是可以调节VTG装置，以渐增地这些VTG叶片向其关闭方向调节。例如，在低到中等发动机速度和高负载时VTG叶片可以被关闭或部分关闭。第三，在其他发动机速度和负载时，如中等发动机速度和负载，可以通过VTG叶片位置控制与排气阀正时(旨在产生高的或最佳的整体发动机效率)的组合来调节涡轮增压器的增压水平。例如，这类组合以及效率可以在发动机校准过程中所开发的多种模型中进行映射或交叉参引。

在步骤352，可通过一个泄放歧管来驱动多个涡轮增压器。例如，这些涡轮机42、46均可以通过排放歧管62来驱动，而不是一个通过排放歧管62来驱动而另一个通过清扫歧管63来驱动。从泄放歧管62同时驱动涡轮机42、46可以使得PMEP降低并且还可以通过不必穿过涡轮机壳体而允许有到预催化剂的一个相对低热质量的通道。这是因为催化剂到达“起燃”温度的时间是在发动机的多个排气端口与催化剂的一个入口之间的整体热质量的函数，其中一个涡轮增压器涡轮机通常是这个热质量的一部分。在任何情况下，多个涡轮增压器38、40的控制可以与根据以下讨论的示例性三种模式的这些排气阀24、25的控制相结合。

在一种第一模式中，在步骤353，例如在相对低的发动机速度和负载(如在发动机空转)时具有高的或最大的涡轮增压器要求，可以按步骤325中给出的方式控制这些排气阀24、25，并且第一涡轮增压器38可以执行大部分而也许是全部涡轮增压，而第二涡轮增压器40可以执行很少到甚至没有涡轮增压。在第一模式中，可以关闭旁通阀45、47。例如，旁通阀45、47可以被完全关闭，这样，大部分(如果不是全部的话)来自泄放排气歧管62的排气的能量被用于运行第一涡轮机42，并因此压缩第一压缩机44中的空气。

在一种第二模式中，在步骤354，例如在相对高或最大发动机速度和负载下，可以如步骤340中给出的方式控制排气阀24、25，并且第二涡轮增压器40可以执行大部分(如果不是全部的话)涡轮增压而第一涡轮增压器38可以执行很少甚至没有涡轮增压。在这种模式中，涡轮机和压缩机旁通阀门45、47可以被打开到(例如)它们全部打开的位置。当发动机速度继续上升时，可以打开涡轮机旁通阀门45，这样排气能量的大部分或全部可以绕过第一涡轮机42并且可以从泄放排气歧管62直接送到第二涡轮机46。因此，大部分或全部空气的压缩可以由第二压缩机48来执行并且被压缩的空气可以经过压缩机旁通阀门47(它同样被打开)围绕第一压缩机36流动。

在一种第三模式中，在步骤355，例如在相对中等的发动机速度和负载下，可以调节排气阀24、25的控制并且可以在第一涡轮增压器30与第二涡轮增压器32之间调节涡轮增压，以实现相对低的PMEP水平。发动机系统10可以通过涡轮增压器旁通阀控制以及发动机排气阀正时(旨在产生低的或最佳的PMEP水平)的组合来进行调节。例如，这类组合以及PMEP水平可以在发动机校准过程中所开发的模型中进行映射或交叉参引。

最后，在步骤360中，可以用任何适当的方式将方法300中止。例如，方法300可以在图1的发动机系统10的发动机12关机时被中止。

方法300或其任何部分可以作为一个产品(如图1的系统10)的一部分来执行，和/或作为计算机程序的一部分来执行，可以由控制子系统16存储和/或执行该计算机程序。该计算机程序能够以可变的形式(工作的和不工作的)存在。例如，该计算机程序可以作为一个或多个软件程序(包括处于源代码、目标代码、可执行代码或其他格式中的程序指令)、一个或多个固件程序、或者作为多个硬件描述语言(HDL)文件而存在。以上任何形式都可以在一个计算机可用的介质上实现，该介质包括处于压缩的或未压缩形式的多个存储装置和信号。示例性计算机可用存储装置包括常规的计算机系统RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦可编程ROM)、EEPROM(可电擦除可编程ROM)、以及磁的或光的盘或带。

本发明的实施方案的以上说明在本质上仅仅是示例性的并且，因此，其变体不得被认为是脱离了本发明的精神和范围。