[发明专利]二次空气与直吹空气输送的协调方法

说明书

用于控制和协调二次空气喷射与直吹以减少涡轮延迟的方法和系统被提供。通过在提供直吹之前使用二次空气喷射，以及当达到用于直吹的期望增压压力时停用二次空气泵，可加速涡轮机旋转至期望转速以及增加初始转矩输出。

技术领域

本发明通常涉及通过增压内燃发动机中的二次空气喷射与直吹空气的协调以改进涡轮延迟以及提高转矩输出的方法和系统。

背景技术

相比于相似功率的自然进气式发动机，增压式发动机可提供更高的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬时条件期间，增压式发动机的功率、燃料效率以及排放-控制性能可受到损害。这种瞬时条件可包括快速地增加或减少发动机负载、发动机转速或空气质量流量。例如，当发动机负载快速地增加时，涡轮增压器压缩机可需要增大的转矩以输送增大的空气流量。如果驱动该压缩机的涡轮没有完全地加速自旋(spun up)，那么该转矩是达不到的。因此，在进气流量达到需要的等级之前可能发生不期望的功率延迟。

以前已经认识到，涡轮增压发动机系统可适用于提供“直吹”(blow through)空气，其中，增压进气从压缩机下游的进气歧管被驱动，穿过发动机汽缸(可为多个汽缸)以及进入涡轮机上游的排气歧管。例如，可暂时地调节可变凸轮正时(VCT)系统以提供高气门重叠。在正气门重叠期间，增压空气被引导穿过汽缸进入涡轮机以暂时地在排气中提供额外的质量流量和焓。额外的涡轮机能量使涡轮能够更快的加速自旋，从而减少涡轮延迟。

发明内容

然而，本文的发明人已经确定了这种方法存在的潜在问题。例如，为了提供直吹，发动机不得不处于正泵送状态中(即，在增压式发动机操作下)，否则涡轮增压器性能可能降级。此外，在直吹期间，可能以高火花延迟运行发动机以便为排气提供额外的能量以增加涡轮机转速和增压。然而，通过高水平的火花延迟运行发动机可造成燃烧的发生晚于立即的转矩输出所需的最佳正时。

因此，可通过用于涡轮增压发动机的方法解决至少一些上述问题，该方法包括：将压缩空气从由连接至发动机的排气道的涡轮机驱动的压缩机通过节气门供应至发动机；以及在节气门的给油(tip-in)期间，通过在第一操作模式期间输送环境空气至涡轮机和在第二操作模式期间将一部分压缩空气在没有燃烧的情况下直吹通过发动机至涡轮机来减少涡轮延迟。

作为一个实例，响应于给油，可使用二次空气泵将二次空气输送进入涡轮机上游的排气排气歧管。与此同时，可提供加浓以产生高水平的发动机排出的一氧化碳(CO)、氢气(H₂)和碳氢化合物，以与排气中的二次空气发生反应。因此，排气的质量和焓可被增加，可利用增加的排气的质量和焓将涡轮机的转速增加至期望的转速。此外，由于涡轮机转速的增加，增压压力可被增加。在达到对于直吹而言可获得充足增压的阈值增压压力下，发动机操作可转换到提供直吹。即，可停止二次空气喷射并且利用直吹在排气中提供额外的空气。

在一些实例中，在达到阈值增压压力下，可减少二次空气喷射量，并且可同时增加直吹空气量，直到二次空气喷射量减小到阈值量以下为止，在此之后可仅通过直吹操作发动机，直到达到期望的涡轮机转速为止。

通过在给油期间提早地提供二次空气喷射，可产生用于直吹的充足增压。因此，涡轮增压器性能可被提高。进一步地，在给油初始部分期间利用二次空气喷射可允许在汽缸中的更高的捕获质量(因为对于额外的排气能量而言，在所需的排气中的额外的空气由二次空气泵而非涡轮增压器提供)。因此，初始转矩输出可被提高。此外，通过在给油初始部分期间利用二次空气喷射，可调节气门正时来增加初始转矩输出。更进一步地，通过转换发动机操作以在达到充足增压之后额外地或可替代地提供直吹，可减少涡轮机达到期望转速所需的时间，从而减少涡轮延迟。以这种方式，可在给油期间协调二次空气喷射和直吹以加快涡轮加速自旋以及提高初始转矩输出。