在具有直流扫气的对置活塞发动机中进行空气处理控制的系统和方法技术方案

在直流扫气二冲程循环对置活塞发动机的空气处理系统中，通过确定提供控制发动机的空气处理系统部件操作的空气处理设定值，实现可重复的捕获的质量和成分。在一些方面，通过有效地控制进气歧管压力(IMP)、EGR流和排气通道背压，这些设定值支配空气处理系统的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优选权本国际申请要求于2013年8月23日提交的美国专利申请13/974,935的优先权。相关申请本申请包含的主题涉及以下共同受让专利的主题：2011年5月16日提交的于2011年12月1日公开为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。
本领域为二冲程循环内燃发动机。具体地，本领域涉及具有空气处理系统的直流扫气对置活塞发动机，该空气处理系统提供加压的增压空气用于燃烧并且处理燃烧产物。在一些方面，此类空气处理系统使排气再循环并且使排气与加压的增压空气混合，以便降低燃烧温度。
技术介绍
二冲程循环发动机为使用曲轴的单次完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程完成动力循环的内燃发动机。二冲程循环发动机的一个示例为具有一个或更多个气缸的对置活塞发动机，其中两个活塞相对设置在每个气缸的孔内，用于在相反方向上进行往复运动。每个气缸具有纵向隔开的进气端口和排气端口，进入端口和排气端口位于气缸的相应端部附近。气缸中的对置活塞中的每个控制端口中的一个，从而当活塞移动到下止点(BC)位置时打开端口，而当活塞从BC朝向上止点(TC)位置移动时闭合端口。端口中的一>个提供用于使燃烧产物自孔离开的通路，另一个端口用于准许增压空气进入孔；这些分别被叫做“排气”端口和“进气”端口。在直流扫气对置活塞发动机中，增压空气通过其进气端口进入气缸，而排气自其排气端口流出，因此，气体在单方向(“直流”)上从进气端口到排气端口流过气缸。气体的流动被称为“气体交换”过程。气体交换过程在进气端口和排气端口打开时的循环的一部分期间发生。对于发动机的每个气缸，气体交换在循环的第一次端口打开时开始，而在循环的最后一次端口闭合时停止。在图1中，直流扫气二冲程循环内燃发动机被具体化为具有至少一个带端口的气缸50的对置活塞发动机49。例如，发动机可具有一个带端口的气缸、两个带端口的气缸、三个带端口的气缸、或者四个或更多个带端口的气缸。每个带端口的气缸50具有孔52以及在气缸壁中、汽缸的相应端部附近形成或经机加工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更多个圆周阵列，其中相邻的开口通过固体桥接件而分开。在一些描述中，每个开口被称为“端口”；然而，此类“端口”的圆周阵列的结构与图1所示的端口结构并无不同。在所示示例中，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可滑动地设置在孔52中，其中它们的端面61和端面63彼此相对。排气活塞60联接到曲轴71，而进气活塞联接到曲轴72。当活塞60和活塞62靠近TC时，燃烧室被限定在活塞的端面61和端面63之间的孔52中。燃料通过至少一个燃料喷射器喷嘴100被直接喷射到燃烧室中，该燃料喷射器喷嘴100被定位在通过气缸50的侧壁的开口中。燃料与准许通过进气端口56进入孔中的增压空气混合。当空气燃料混合物在端面之间被压缩时，其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，该空气处理系统51管理提供给发动机49的增压空气的传送和由发动机49产生的排气的传送。代表性的空气处理系统结构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增压源、增压空气通道和在增压空气通道中的至少一个空气冷却器，该增压源接收新鲜空气并且将其处理成增压空气，该增压空气通道联接到增压空气源，增压空气通过增压空气通道被传送到发动机的至少一个进气端口，该至少一个空气冷却器经联接以在增压空气(或包括增压空气的气体的混合物)输送到发动机的一个或更多个进气端口之前接收并且冷却增压空气。这种冷却器能够包括空气对液体装置或空气对空气装置，或另外的冷却装置。排气子系统包括排气通道，该排气通道输送来自发动机的排气端口的排气产物用于输送到其他排气部件。进一步参考图1，空气处理系统51包括涡轮增压器120，该涡轮增压器120具有在共同的轴123上旋转的涡轮机121和压缩机122。涡轮机121联接到排气子系统，而压缩机122联接到增压空气子系统。涡轮增压器120从排气中提取能量，排气离开排气端口54并且直接从排气端口54或从排气歧管125流入排气通道124，该排气歧管125收集通过排气端口54输出的排气。就这一点而言，穿过涡轮机121的排气使涡轮机121旋转。这使压缩机122旋转，从而引起压缩机122通过压缩新鲜空气而生成增压空气。增压空气子系统包括机械增压器110。通过压缩机122输出的增压空气流过增压空气通道126到冷却器127，由此增压空气通过机械增压器110被泵送到进气端口。由机械增压器110压缩的增压空气能够通过冷却器129输出到进气歧管130。就这一点而言，每个进气端口56接收来自进气歧管130的加压的增压空气。优选地，在多缸对置活塞发动机中，进气歧管130由进气增压室构成，该进气增压室与所有气缸50的进气端口56连通。在一些方面，图1所示的空气处理系统能够被构造成通过使穿过发动机的带端口的气缸的排气再循环而减少由燃烧生成的NOx排放。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。该过程被称为排气再循环(“EGR”)。所示的EGR结构获得在清扫期间从端口54流出的排气的一部分，并且经由气缸外部的EGR回路将它们输送到增压空气子系统中的新鲜进气空气的输入流。优选地，EGR回路包括EGR通道131。在阀门138(该阀门也叫做“EGR阀”)的控制下，再循环的排气流过EGR通道131。在许多二冲程发动机中，基于涉及输送到发动机的增压空气量的各种测量来监测并且优化燃烧和EGR操作。例如，输送到气缸的增压空气的质量与气缸中的化学计量燃烧所需的增压空气的参考质量的比率(“λ”)用于在发动机工况的整个范围内控制NOX排放。然而，在具有直流扫气的二冲程对置活塞发动机中，端口打开时间重叠每个循环的一部分，并且通过气缸的进气端口输送到气缸的增压空气中的一些在排气端口闭合之前流出气缸。在清扫期间流出排气端口的增压空气不可用于燃烧。因此，基于输送到具有直流扫气的对置活塞发动机中的气缸进气端口的增压空气的λ值(“输送λ”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流扫气对置活塞发动机，其包括：至少一个气缸，其具有孔和轴向隔开的排气端口与进气端口，以及一对活塞，所述一对活塞相对设置在所述孔中并且操作用来在所述发动机的操作期间打开和闭合所述排气端口和所述进气端口；增压空气通道，其提供增压空气到至少一个进气端口；排气通道，其从至少一个排气端口接收排气；机械增压器，其可操作以在所述增压空气通道中泵送增压空气；排气再循环通道，即EGR通道，其具有联接到所述排气通道的输入端和联接到所述增压空气通道的输出端；以及控制机理，其可操作以：针对所述至少一个气缸中的捕获的条件，确定多个空气处理设定值；确定所述空气处理系统的多个外部工况；以及基于所述外部空气处理条件，调节所述多个空气处理设定值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.23 US 13/974,9351.一种直流扫气对置活塞发动机，其包括：
至少一个气缸，其具有孔和轴向隔开的排气端口与进气端口，以及一对活
塞，所述一对活塞相对设置在所述孔中并且操作用来在所述发动机的操作期间
打开和闭合所述排气端口和所述进气端口；
增压空气通道，其提供增压空气到至少一个进气端口；
排气通道，其从至少一个排气端口接收排气；
机械增压器，其可操作以在所述增压空气通道中泵送增压空气；
排气再循环通道，即EGR通道，其具有联接到所述排气通道的输入端和联
接到所述增压空气通道的输出端；以及
控制机理，其可操作以：
针对所述至少一个气缸中的捕获的条件，确定多个空气处理设定值；
确定所述空气处理系统的多个外部工况；以及
基于所述外部空气处理条件，调节所述多个空气处理设定值。
2.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以调
节所述增压空气通道中的进气压力的第一设定值、所述EGR通道中的EGR流
的第二设定值，以及进入所述增压空气通道中的新鲜空气流的第三设定值。
3.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理进一步可操
作以响应于改变的发动机工况校正所述空气处理设定值。
4.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其中所述多个捕获的条件包括
捕获的λ、捕获的已燃气体分数和捕获的温度。
5.根据权利要求4所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以调
节所述增压空气通道中的进气压力的第一设定值、所述EGR通道中的EGR流
的第二设定值，以及进入所述增压空气通道中的新鲜空气流的第三设定值。
6.根据权利要求5所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以：
通过改变所述机械增压器的速度以及操作第一阀门使增压空气流从所述机
械增压器的输出端分流到所述机械增压器的输入端中的一者，调节所述增压空

\t气通道中的进气压力；
通过操作第二阀门增加或减少通过所述EGR通道的排气流，调节所述EGR
回路中的EGR流；以及
通过调节所述排气通道中的背压，调节进入所述增压空气通道中的新鲜空
气流。
7.根据权利要求6所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以通
过操作所述排气通道中的第三阀门或改变所述排气通道中的涡轮机几何形状中
的一者，调节所述排气通道中的背压。
8.根据权利要求4所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理进一步可操
作以响应于改变的发动机工况校正所述第一设定值、所述第二设定值和所述第
三设定值。
9.根据权利要求8所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以：
通过改变所述机械增压器的速度以及操作第一阀门使增压空气流从所述机
械增压器的输出端分流到所述机械增压器的输入端中的一者，调节所述增压空
气通道中的进气压力；
通过操作第二阀门增加或减少通过所述EGR通道的排气流，调节所述EGR
回路中的EGR流；以及
通过调节所述排气通道中的背压，调节进入所述增压空气通道中的新鲜空
气流。
10.根据权利要求9所述的对置活塞发动机，其中所述控制机理可操作以通
过操作所述排气通道中的第三阀门或改变所述排气通道中的涡轮机几何形状中
的一者，调节所述排气通道中的背压。
11.一种对置活塞发动机，其包括：
至少一个气缸，其具有孔和轴向隔开的排气端口与进气端口，以及一对活
塞，所述一对活塞相对设置在所述孔中并且操作以在所述发动机的操作期间打
开和闭合所述排气端口和所述进气端口；
增压空气通道，其提供增压空气到进气端口；
排气通道，其从排气端口接收排气；
机械增压器，其可操作以在所述增压空气通道中泵送增压空气；
排气再循环通道，即EGR通道，其具有联接到所述排气通道的输入端和联
接到所述增压空气通道的输出端；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·纳迦，
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