用于具有直流扫气的对置活塞发动机的捕集的已燃烧气体分数控制制造技术

通过实时调整外部EGR设定点，在具有直流扫气的二冲程循环对置活塞发动机中控制捕集的已燃烧气体分数。调整的设定点被用于控制发动机的空气处理系统中的EGR流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本国际申请要求2013年8月23日提交的美国专利申请13/974,883的优先权。相关申请本申请包含与以下共同转让的申请的主题相关的主题：2011年5月16日提交的、在2011年12月1日公布为US2011/0289916的美国申请13/068,679；2013年2月19日提交的PCT申请US2013/026737；2013年3月1日提交的美国申请13/782,802；2013年5月10日提交的美国申请13/891,622；以及2013年6月25日提交的美国申请13/926,360。
技术介绍
本领域是二冲程循环内燃发动机。特别地，本领域涉及具有空气处理系统的直流扫气的对置活塞发动机，空气处理系统为燃烧提供加压的增压空气，并且其处理燃烧产物。在一些方面中，为了降低燃烧温度，这样的空气处理系统再循环排气且将排气与加压的增压空气混合。二冲程循环发动机是用单个完整的曲轴旋转和连接到曲轴的两个活塞冲程完成功率循环的内燃发动机。二冲程循环发动机的一个示例是具有一个或多个汽缸的对置活塞发动机，其中两个活塞在每个汽缸的孔中相对设置，用于在相反的方向上往复运动。每个汽缸具有位于相应的汽缸端部附近的纵向隔开的进气和排气端口。汽缸中的每个对置活塞控制端口中的一个，当活塞移动到下止点(BC)位置时打开端口，并且当活塞从BC朝向上止点(TC)位置移动时关闭端口。端口中的一个为燃烧产物提供离开孔的通道，端口中的另一个用于允许增压空气进入孔中；这些被分别称为“排气”和“进气”端口。在直流扫气的对置活塞发动机中，增压空气通过汽缸的进气端口进入汽缸，并且排气从汽缸的排气端口流出，因此气体以从进气端口到排气端口的单个方向(“直流”)流经汽缸。气体的流动被称为“气体交换”过程。气体交换过程发生在循环的当进气端口和排气端口打开时的部分期间。对于发动机的每个汽缸，气体交换开始于循环的第一个端口打开，并且停止于循环的最后一个端口关闭。在图1中，由具有至少一个带有端口的汽缸50的对置活塞发动机49实现直流扫气的二冲程循环内燃发动机。例如，发动机可以具有一个带有端口的汽缸、两个带有端口的汽缸、三个带有端口的汽缸，或者四个或更多带有端口的汽缸。每个带有端口的汽缸50具有孔52以及形成或机械加工在汽缸壁中、在汽缸的相应端部附近的纵向隔开的排气端口54和进气端口56。排气端口54和进气端口56中的每个包括开口的一个或多个圆周阵列，其中相邻的开口由实体桥接件隔离开。在一些说明中，每个开口被称为“端口”；然而，这样的“端口”的圆周阵列的构造与图1中所示的端口构造没有不同。在所示的示例中，发动机49进一步包括两个曲轴71和72。排气活塞60和进气活塞62以它们的端部表面61和63彼此相对可滑动地设置在孔52中。排气活塞60耦接到曲轴71，并且进气活塞耦接到曲轴72。当活塞60和活塞62靠近TC时，燃烧室被限定在活塞的端部表面61和端部表面63之间的孔52中。燃料通过定位在通过汽缸50的侧壁的开口中的至少一个燃料喷射器喷嘴100直接喷射到燃烧室中。燃料与通过进气端口56进入到孔中的增压空气混合。随着空气-燃料混合物在端部表面之间被压缩，该空气-燃料混合物达到引起燃烧的温度。进一步参考图1，发动机49包括空气处理系统51，空气处理系统51管理提供给发动机49的增压空气以及由发动机49产生的排气的运输。代表性的空气处理系统构造包括增压空气子系统和排气子系统。在空气处理系统51中，增压空气子系统包括接收新鲜空气且将它处理成增压空气的增压源、耦接到增压空气源的增压空气通道(增压空气通过增压空气通道被运输到发动机的至少一个进气端口)、以及在增压空气通道中被耦接以在将增压空气(或包括增压空气的气体的混合物)传递到发动机的一个或多个进气端口之前接收和冷却该增压空气(或包括增压空气的气体的混合物)的至少一个空气冷却器。这样的冷却器可以包括空气到液体和/或空气到空气设备，或者另一个冷却设备。排气子系统包括从发动机的排气端口运输排气产物以便传递到其他排气部件的排气通道。进一步参考图1，空气处理系统51包括具有在共同的轴123上旋转的涡轮121和压缩机122的涡轮增压器120。涡轮121耦接到排气子系统，并且压缩机122耦接到增压空气子系统。涡轮增压器120从离开排气端口54且直接从排气端口54或者从收集通过排气端口54输出的排气的排气歧管125流进排气通道124的排气提取能量。就这一点而言，涡轮121利用穿过它的排气旋转。这旋转压缩机122，导致压缩机通过压缩新鲜空气生成增压空气。增压空气子系统包括机械增压器110。由压缩机122输出的增压空气流动通过增压空气通道126到冷却器127，由此增压空气由机械增压器110泵送到进气端口。由机械增压器110压缩的增压空气可以通过冷却器129输出到进气歧管130。就这一点而言，每个进气端口56从进气歧管130接收加压的增压空气。优选地，在多汽缸对置活塞发动机中，进气歧管130由与所有汽缸50的进气端口56连通的进气增压室构成。在一些方面中，图1中所示的空气处理系统可以被构造以通过将排气再循环通过发动机的带有端口的汽缸而减少由燃烧产生的NOx排放物。再循环的排气与增压空气混合以降低峰值燃烧温度，这减少了NOx的产生。这个过程被称为排气再循环(“EGR”)。所示的EGR构造获得了在扫气期间从端口54流动的排气的一部分，并且通过汽缸外部的EGR回路将它们运输到增压空气子系统中进入的新鲜进气流中。优选地，EGR回路包括EGR通道131。再循环的排气在阀138(该阀还被称为“EGR阀”)的控制下流动通过EGR通道131。在很多二冲程发动机中，基于与传递到发动机的增压空气量相关的各种测量来监控和优化燃烧和EGR操作。例如，传递到汽缸的增压空气的质量与汽缸中按化学计量燃烧所需的增压空气的参考质量的比率(“λ(lambda)”)被用于在发动机工况范围内控制NOX排放物。然而，在具有直流扫气的二冲程循环对置活塞发动机中，端口打开时间与每个循环的一部分重叠，并且通过汽缸的进气端口传递到汽缸的增压空气中的一些在排气端口关闭之前流出汽缸。在扫气期间流出排气端口的增压空气无法用于燃烧。因此，基于传递到具有直流扫气的对置活塞发动机中的汽缸的进气端口的增压空气的λ值(“传递的λ”)夸大了实际用于燃烧的增压空气的量。根据相关申请13/926,360，在具有直流扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装配有空气处理系统的直流扫气的对置活塞发动机，所述发动机包括：至少一个汽缸，其具有孔、纵向隔开的排气端口和进气端口、以及在所述孔中相对设置且在所述发动机操作期间可操作为打开和关闭所述排气端口和进气端口的一对活塞；增压空气通道，其将增压空气提供给至少一个进气端口；排气通道，其从至少一个排气端口接收排气；排气再循环即EGR回路，其具有耦接到所述排气通道的回路输入和耦接到所述增压空气通道的回路输出；以及控制机构，其可操作为：确定捕集的空气处理参数的值，并且响应于在所述EGR回路中EGR流率调整所述捕集的空气处理参数的所述值；以及基于所述捕集的空气处理参数的调整的值，调整在所述EGR回路中的所述EGR流率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.23 US 13/974,8831.一种装配有空气处理系统的直流扫气的对置活塞发动机，所述发动机包
括：
至少一个汽缸，其具有孔、纵向隔开的排气端口和进气端口、以及在所述
孔中相对设置且在所述发动机操作期间可操作为打开和关闭所述排气端口和进
气端口的一对活塞；
增压空气通道，其将增压空气提供给至少一个进气端口；
排气通道，其从至少一个排气端口接收排气；
排气再循环即EGR回路，其具有耦接到所述排气通道的回路输入和耦接到
所述增压空气通道的回路输出；以及
控制机构，其可操作为：
确定捕集的空气处理参数的值，并且响应于在所述EGR回路中EGR
流率调整所述捕集的空气处理参数的所述值；以及
基于所述捕集的空气处理参数的调整的值，调整在所述EGR回路中的
所述EGR流率。
2.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其中所述控制机构可操作为通
过操作阀以增加或减少经过所述EGR回路的排气流，从而调整所述EGR流率。
3.根据权利要求2所述的对置活塞发动机，其中所述捕集的空气处理参数
是捕集的已燃烧气体分数，并且所述控制机构可操作为：
针对当前发动机工作状态确定期望的捕集的已燃烧气体分数值；
确定由定义的％EGR比率，其中Wegr是在所述EGR回路
中的EGR气体的质量流率，而Wair是进入到所述增压空气通道中的空气的质量
流率；
基于期望的％EGR比率和测量的％EGR比率之间的差确定误差值；以及
响应于所述误差值，通过操作所述EGR回路中的阀而调整EGR流。
4.根据权利要求2所述的对置活塞发动机，其中所述控制机构可操作为基
于捕集的温度参数而校正所述捕集的空气处理参数的所述值。
5.根据权利要求4所述的对置活塞发动机，其中所述捕集的空气处理参数
是捕集的已燃烧气体分数，并且所述控制机构可操作为：
针对当前发动机工作状态而确定期望的捕集的已燃烧气体分数值；
确定由定义的％EGR比率，其中Wegr是在所述EGR回路中
的EGR气体的质量流率，而Wair是进入到所述增压空气通道中的空气的质量流
率；
基于期望的％EGR比率和测量的％EGR比率之间的差确定误差值；以及
响应于所述误差值，通过操作所述EGR回路中的阀而调整EGR流。
6.一种操作根据权利要求1-5中任一项所述的对置活塞发动机的方法，其
包括：
在所述发动机的至少一个带有端口的汽缸中生成排气；
将排气从所述带有端口的汽缸的排气端口传输通过排气通道；
再循环来自所述排气通道的所述排气的一部分；
对新鲜空气加压；
将再循环的排气与加压的所述新鲜空气混合以形成增压空气；
对所述增压空气加压；
将所述增压空气提供给所述带有端口的汽缸的进气端口；
确定捕集的空气处理参数的值；
响应于在所述EGR回路中的EGR流率，调整所述捕集的空气处理参数的
所述值；以及
基于所述捕集的空气处理参数的调整的所述值，调整在所述EGR回路中的
所述EGR流率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中调整所述EGR流率包括操作阀以增加
或减少经过所述EGR回路的排气流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述捕集的空气处理参数是捕集的已
燃烧气体分数，并且确...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·纳迦，D·M·昆比，
申请(专利权)人：阿凯提兹动力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US