[发明专利]用于操作涡轮增压发动机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于操作涡轮增压压缩点燃式发动机的系统和方法，且更具体而言，涉及一种用于在涡轮增压发动机中基本上消除压缩机喘振并减少燃料比耗和发动机排气排放的系统和方法。

背景技术

在压缩点燃式发动机例如柴油发动机中，燃料喷射系统将燃料(例如，柴油燃料)喷射到各发动机气缸内的压缩空气中，以形成由于压缩的热和压力而点燃的空气-燃料混合物。遗憾的是，发动机效率、功率输出、燃料消耗、排气排放物和其它操作特性不甚理想。另外，用以改善一种操作特性的常规技术经常使一种或多种其它操作特性恶化。例如，试图减少燃料比耗常常导致各种排气排放物的增加。车辆排气排放物包括诸如一氧化碳、氮氧化物(NOx)、微粒物质(PM)以及由于燃料在燃烧室内不完全燃烧而生成的烟之类的污染物。这些污染物的量根据燃料-空气混合物、压缩比、喷射正时、环境状况等而变化。

这些年来严格的排放规定已迫使发动机的排放物减少。关注的排放物之一是氮氧化物(NOx)排放物。排气再循环是实现低NOx排放水平的潜在途径之一。随着排气再循环百分比增大，可实现较低的NOx排放水平。在这种高压排气再循环系统中，涡轮压缩机会在不同情形中喘振。在一种情形中，随着排气再循环的百分比增加，发动机所需的新鲜空气减少。这引起压缩机中的流量减小，使压缩机进入喘振状态。在另一种情形中，随着紧接发动机的进口歧管设置的排气再循环混合器的喉部面积减小，压缩机上的背压升高，从而减小跨压缩机的压力比，使压缩机进入喘振状态。

希望具有一种用于在涡轮增压发动机中基本上消除压缩机喘振并且减少燃料比耗和发动机排气排放的系统和方法。

发明内容

根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种操作涡轮增压发动机系统的方法。该方法包括通过调节经由排气再循环系统的排气流、通过调节经由压缩机再循环阀的空气流、通过调节燃料喷射正时、或通过调节排气再循环系统的排气再循环混合器的面积比、或通过响应于多个参数的变化而调节其组合来基本上消除压缩机的喘振并减少发动机的燃料比耗和排气排放物。上述参数包括排气排放物的量、发动机的最大缸内压力、排气再循环系统的排气再循环混合器的面积比、估计或感测到的压缩机喘振、发动机负载、操作标高(altitude)或者这些参数的组合。

根据本发明的另一示例性实施例，一种系统包括控制器，该控制器配置成通过调节经由排气再循环系统的排气流、通过调节经由压缩机再循环阀的空气流、通过调节燃料喷射器的燃料喷射正时、或通过调节排气再循环系统的排气再循环混合器的面积比、或通过响应于多个参数的变化调节而其组合来基本上消除压缩机的喘振并减少发动机的燃料比耗和排气排放物。上述参数包括排气排放物的量、发动机的最大缸内压力、排气再循环系统的排气再循环混合器的面积比、估计或感测到的压缩机喘振、发动机负载、操作标高或者这些参数的组合。

附图说明

当参考附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中同样的附图标记表示同样的零件，其中：

图1是根据本发明技术的一个示例性实施例的具有喘振消除和排气排放物、燃料比耗控制特征的涡轮增压发动机例如机车动力单元的图解表示；

图2是压缩机特性线图，图示了根据本发明技术的一个示例性实施例的多个操作点；

图3是流程图，图示了根据本发明技术的一个示例性实施例的喘振消除和排气排放物、燃料比耗控制特征中所包含的示例性步骤。

具体实施方式

根据本文公开的示例性实施例，公开了一种操作具有排气再循环系统的涡轮增压发动机系统的系统和方法。该系统包括示例性控制器，该控制器配置成通过调节经由排气再循环系统的排气流、通过调节经由压缩机再循环阀的空气流、通过调节燃料喷射器的燃料喷射正时，或通过响应于多个参数的变化而调节其组合来基本上消除压缩机的喘振并减少发动机的燃料比耗和排气排放物。上述参数包括排气排放物的量、发动机的最大缸内压力、排气再循环系统的排气再循环混合器的面积比、估计或感测到的压缩机喘振、发动机负载、操作标高或者这些参数的组合。