[发明专利]在全局化学计量操作下增大发动机功率输出的系统和方法

说明书

本公开提供了“在全局化学计量操作下增大发动机功率输出的系统和方法”。提供了用于经由局部发动机富化和排气再循环增大发动机功率的方法和系统。在一个示例中，一种方法可包括：使发动机气缸中的第一组富化、使所述发动机气缸中的第二组稀化并以化学计量操作所述发动机气缸中的第三组，来自所有所述发动机气缸的排气在下游排放控制装置处产生化学计量混合物；以及提供从所述第一组气缸到所述发动机的进气通道的排气再循环(EGR)。以此方式，来自所述局部富化和所述EGR的冷却效应使得能够增大发动机气流以及因此发动机功率，同时维持所述排放控制装置的效率，从而减少车辆排放。

技术领域

本说明书总体涉及用于控制车辆发动机以经由排气再循环和空燃比调整增大功率输出的方法和系统。

背景技术

车辆的典型的火花点火发动机在大多数工况期间以化学计量操作，其中对所述发动机供应正好足够的燃料以与由发动机消耗的一定量的空气发生反应。以化学计量操作提高了定位在发动机的排气系统中的三元催化器的效率，从而减少车辆排放。一般而言，较高的气缸空气充气增大了发动机功率，并且因此一些发动机配备有涡轮增压器以利用来自排气的热量来向发动机供应更多空气以增大发动机功率。然而，增大发动机气流增大了排气系统部件温度，包括涡轮增压器的涡轮的温度和三元催化剂的温度。例如，此类温度增大可能会使涡轮和三元催化剂退化。

因此，典型的火花点火发动机可采用全局富化策略来增大发动机功率，其中供应了比与由发动机消耗的所述一定量的空气完全反应的情况更多的燃料。特别地，附加的未反应燃料冷却排气系统部件，包括涡轮和三元催化剂。与以化学计量操作相比，这实现了更多气流以增大功率，同时减少了下游部件的热相关退化。然而，偏离化学计量会降低三元催化剂的效率，从而造成增加的车辆排放。

本文的发明人已认识到，需要一种维持或接近可通过全局富化获得的功率增益，同时减少车辆排放的解决方案。例如，越来越严格的车辆排放标准可能不支持执行此类全局富化策略。在没有通过富化实现的未反应燃料的冷却效应的情况下，可减少发动机气流，以便保护排气系统部件免于热相关退化，从而减小最大可实现的发动机功率。

发明内容

在一个示例中，可通过一种方法来解决上文所述的问题，该方法包括：在操作发动机时，使第一组气缸富化、使第二组气缸稀化并使第三组气缸维持为化学计量，来自所述第一组、所述第二组和所述第三组的排气在下游排放控制装置处产生化学计量混合物；以及提供从所述第一组气缸到所述发动机的进气通道的排气再循环(EGR)。以此方式，可通过在不增加车辆排放的情况下使发动机局部地富化来增大发动机功率输出。

作为一个示例，使所述第一组气缸富化、使所述第二组气缸稀化并使所述第三组气缸维持为化学计量可以是响应于发动机扭矩需求大于阈值扭矩。作为另一个示例，另外地或可选地，使所述第一组气缸富化、使所述第二组气缸稀化并使所述第三组气缸维持为化学计量可以是进一步响应于所述EGR的速率达到阈值速率。例如，所述阈值扭矩可与某一扭矩水平相对应，在高于该扭矩水平的情况下，扭矩经由增大的气流继续增大，同时以化学计量操作发动机的每个气缸可能会使排气温度增大到高于阈值温度，并且在高于该扭矩水平的情况下，仅提供EGR不能维持排气温度低于阈值温度。

作为另一个示例，所述发动机可包括奇数个气缸。因此，所述第三组气缸可包括一个气缸，所述第一组气缸可包括所述发动机中的剩余气缸总数的第一半，并且所述第二组气缸可包括所述发动机中的所述剩余气缸总数的第二半。另外，EGR通道可联接在所述第一组气缸的至少一个气缸的排气流道与所述进气通道之间，以便优先从所述第一组气缸提供EGR。通过从所述第一组气缸提供EGR，还可使所述EGR富化。富化EGR可因较高浓度的氢气和一氧化碳而提供爆震抑制，从而使得火花正时能够提前以进一步增大发动机扭矩。因此，为了考虑到所述第一组(富化)气缸、所述第二组(稀化)气缸和所述第三组(化学计量)气缸的不同燃烧速率，可针对每个气缸单独地调整所述火花正时。