[發明專利]用于操作渦輪增壓發動機的系統和方法

有效

• 申請號: 201080050522.2
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN102597451A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: M.P.戈克黑爾;M.甘迪科塔
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02B29/04
• 分類號: F02B29/04;F02M25/07;F02B37/16;F02D41/00;F02D41/40;F02D11/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;楊炯

技術領域

本發明總體上涉及一種用于操作渦輪增壓壓縮點燃式發動機的系統和方法，且更具體而言，涉及一種用于在渦輪增壓發動機中基本上消除壓縮機喘振并減少燃料比耗和發動機排氣排放的系統和方法。

背景技術

在壓縮點燃式發動機例如柴油發動機中，燃料噴射系統將燃料(例如，柴油燃料)噴射到各發動機氣缸內的壓縮空氣中，以形成由于壓縮的熱和壓力而點燃的空氣-燃料混合物。遺憾的是，發動機效率、功率輸出、燃料消耗、排氣排放物和其它操作特性不甚理想。另外，用以改善一種操作特性的常規技術經常使一種或多種其它操作特性惡化。例如，試圖減少燃料比耗常常導致各種排氣排放物的增加。車輛排氣排放物包括諸如一氧化碳、氮氧化物(NOx)、微粒物質(PM)以及由于燃料在燃燒室內不完全燃燒而生成的煙之類的污染物。這些污染物的量根據燃料-空氣混合物、壓縮比、噴射正時、環境狀況等而變化。

這些年來嚴格的排放規定已迫使發動機的排放物減少。關注的排放物之一是氮氧化物(NOx)排放物。排氣再循環是實現低NOx排放水平的潛在途徑之一。隨著排氣再循環百分比增大，可實現較低的NOx排放水平。在這種高壓排氣再循環系統中，渦輪壓縮機會在不同情形中喘振。在一種情形中，隨著排氣再循環的百分比增加，發動機所需的新鮮空氣減少。這引起壓縮機中的流量減小，使壓縮機進入喘振狀態。在另一種情形中，隨著緊接發動機的進口歧管設置的排氣再循環混合器的喉部面積減小，壓縮機上的背壓升高，從而減小跨壓縮機的壓力比，使壓縮機進入喘振狀態。

希望具有一種用于在渦輪增壓發動機中基本上消除壓縮機喘振并且減少燃料比耗和發動機排氣排放的系統和方法。

發明內容

根據本發明的一個示例性實施例，公開了一種操作渦輪增壓發動機系統的方法。該方法包括通過調節經由排氣再循環系統的排氣流、通過調節經由壓縮機再循環閥的空氣流、通過調節燃料噴射正時、或通過調節排氣再循環系統的排氣再循環混合器的面積比、或通過響應于多個參數的變化而調節其組合來基本上消除壓縮機的喘振并減少發動機的燃料比耗和排氣排放物。上述參數包括排氣排放物的量、發動機的最大缸內壓力、排氣再循環系統的排氣再循環混合器的面積比、估計或感測到的壓縮機喘振、發動機負載、操作標高(altitude)或者這些參數的組合。

根據本發明的另一示例性實施例，一種系統包括控制器，該控制器配置成通過調節經由排氣再循環系統的排氣流、通過調節經由壓縮機再循環閥的空氣流、通過調節燃料噴射器的燃料噴射正時、或通過調節排氣再循環系統的排氣再循環混合器的面積比、或通過響應于多個參數的變化調節而其組合來基本上消除壓縮機的喘振并減少發動機的燃料比耗和排氣排放物。上述參數包括排氣排放物的量、發動機的最大缸內壓力、排氣再循環系統的排氣再循環混合器的面積比、估計或感測到的壓縮機喘振、發動機負載、操作標高或者這些參數的組合。

附圖說明

當參考附圖閱讀下文的詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，全部附圖中同樣的附圖標記表示同樣的零件，其中：

圖1是根據本發明技術的一個示例性實施例的具有喘振消除和排氣排放物、燃料比耗控制特征的渦輪增壓發動機例如機車動力單元的圖解表示；

圖2是壓縮機特性線圖，圖示了根據本發明技術的一個示例性實施例的多個操作點；

圖3是流程圖，圖示了根據本發明技術的一個示例性實施例的喘振消除和排氣排放物、燃料比耗控制特征中所包含的示例性步驟。

具體實施方式

根據本文公開的示例性實施例，公開了一種操作具有排氣再循環系統的渦輪增壓發動機系統的系統和方法。該系統包括示例性控制器，該控制器配置成通過調節經由排氣再循環系統的排氣流、通過調節經由壓縮機再循環閥的空氣流、通過調節燃料噴射器的燃料噴射正時，或通過響應于多個參數的變化而調節其組合來基本上消除壓縮機的喘振并減少發動機的燃料比耗和排氣排放物。上述參數包括排氣排放物的量、發動機的最大缸內壓力、排氣再循環系統的排氣再循環混合器的面積比、估計或感測到的壓縮機喘振、發動機負載、操作標高或者這些參數的組合。