用于对置活塞二冲程发动机的排气管理策略制造技术

本发明专利技术涉及用于具有EGR的对置活塞二冲程发动机的排气温度管理策略，其基于控制输送到汽缸的新鲜空气和外部EGR的质量与截留充气的质量(被输送的充气的密度乘以在孔口关闭时截留体积)的比率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二冲程循环内燃发动机及其运转方法
本领域为内燃发动机。特别地，本领域涉及二冲程内燃发动机。更具体地，本领域覆盖用于对置活塞二冲程发动机的排气管理策略。
技术介绍
如图1中所见，对置活塞发动机包括至少一个汽缸10，其具有在其中机加工或形成的镗孔12与纵向移置的排气口和进气口14和16。燃料喷射器喷嘴17在汽缸的纵向中心处或接近该纵向中心被定位在喷射器口中或邻近该喷射器口，该喷射器口通向汽缸侧面。两个活塞20、22被布置在汽缸的镗孔12中，其中它们的端面20e、22e彼此相对。为方便，因为活塞20靠近排气口14，所以活塞20称为“排气”活塞；并且排气口在其中形成的汽缸的末端称为“排气端”。相似地，因为活塞22靠近进气口16，所以活塞22称为“进气”活塞，并且汽缸的对应末端称为“进气端”。具有一个或更多个汽缸(诸如汽缸10)的对置活塞发动机的运转被良好理解。在这点上并参考图2，响应于在端面20e、22e之间发生的燃烧，对置活塞从各自的上止点(TDC)位置移走，在该位置处它们处于它们在汽缸中相对彼此最靠近的位置。当从TDC移动时，活塞保持它们的相关联的孔口关闭，直到它们接近各自的下止点(BDC)位置，在该位置中它们彼此分开最远。活塞可同相移动，使得排气口和进气口14、16一致打开和关闭。可替换地，一个活塞可在相位上领先另一活塞，在此情况下进气和排气口具有不同的打开和关闭时间。在许多对置活塞构造中，相位偏移被引入活塞移动。如图1所示，例如，排气活塞领先进气活塞，并且相位偏移导致活塞以一定顺序绕它们的BDC位置移动，在该顺序中当排气活塞20移动通过BDC时排气口14打开，同时进气口16仍关闭，使得燃烧气体开始流出排气口14。当活塞继续彼此移开时，进气口16打开同时排气口14仍打开，并且压缩空气的充气(“增压空气”)被强制进入汽缸10，驱动排气离开排气口14。在允许增压空气通过进气口进入时排气从汽缸通过排气口的位移被称为“扫气”。因为进入汽缸的增压空气在与排气的流出相同的方向(朝向排气口)上流动，所以扫气过程称为“直流扫气”。当活塞移动通过它们的BDC位置并反向时，排气口14由排气活塞20关闭并且扫气停止。进气口16保持打开同时进气活塞22继续从BDC移开。当活塞继续朝向TDC移动时(图2)，进气口16关闭并且汽缸中的增压空气在端面20e和22e之间被压缩。通常地，增压空气在其经过进气口16时旋动以在孔口打开时促进扫气，并且在孔口关闭后将空气与喷射的燃料混合。燃料(其通常是柴油)由一个或更多个高压喷射器喷射入汽缸。参考图1为例，旋动的空气(或简单地，“旋涡”)30具有大体螺旋形运动，该运动在镗孔中形成围绕汽缸的纵轴线循环的涡流。如图2中最优所见，当活塞在汽缸镗孔中朝向它们各自的TDC位置前进时，在活塞的端面20e、22e之间，燃料40通过喷嘴17直接喷射入镗孔12中的旋动增压空气30。当活塞20和22接近它们各自的TDC位置时，增压空气和燃料的旋动混合物在端面20e和22e之间限定的燃烧室32中被压缩。当混合物达到点火温度时，燃料在燃烧室中点火，从而驱动活塞朝向它们各自的BDC位置分开。活塞20、22的每次完整移动(TDC到BDC和BDC到TDC)是一个“冲程”。由于发动机的一个完整动力循环在活塞的两次完整移动中发生，因此发动机被称为“二冲程发动机”或“二冲程循环发动机”。如图2中所示，燃料通过汽缸侧面被直接喷射(“直接侧面喷射”)入汽缸镗孔，并且燃料的移动与镗孔中增压空气的剩余旋动运动相互作用。当发动机运转水平提高并且燃烧的热上升时，增加量的氮氧化物(NOx)产生。然而，逐渐严格的排放要求表明需要显著程度的NOx减少。一种技术通过排气再循环(“EGR”)减少NOx排放。EGR已结合到火花点火的四冲程发动机构造和其中单个活塞在每个汽缸中运转的二冲程压缩点火发动机。用于对置活塞、二冲程发动机的EGR构造在受让人的美国专利申请13/068,679中教导，该专利申请提交于2011年5月16日，并在2011年12月1日作为US2011/0289916A1公开。然而，尽管对置活塞二冲程循环发动机现在可配备EGR以减少NOx排放，但响应于变化的发动机工况(诸如冷起动、低负载和低环境温度)需要新的控制策略来管理尾管排放(排气)。在这点上，柴油机可配备使排气受到转化HC、CO和NOx的催化过程的后处理系统。催化材料必须加热到“起燃”水平以便起作用。后处理系统也可包括从排气中过滤烟尘的柴油颗粒过滤器(DPF)。热能必须输送到过滤材料以便实现该过滤材料在其适当再生的温度水平。在两种情况下都从排气自身获得热。然而，当发动机初始地从环境无运转热状态开机(称为“冷起动”)时，排气不够热从而不能激活催化材料和/或使DPF再生。目前，在认证期间和在现实世界驾驶条件下大部分尾管排放刚好在起动发动机后、在催化剂和过滤材料达到运转温度前发生。在许多应用中，在柴油FTP-75测试上大于50％的尾管排放在冷起动阶段中发生(Lambert,C.,2006.“AdvancedCIDIEmissionControlSystemDevelopment(先进的CIDI排放控制系统发展)”，美国能源部报告，DE-FC26-01NT41103，2006年6月30日)。事实上，借助良好设计的后处理系统，可示出大于50％的尾管排放在测试的第一个200秒期间发生。因此，从初始发动机起动到当催化剂和过滤材料具有足够热以适当执行时的时间需要减少。因此，希望在冷起动期间通过迅速升高排气温度以便实现后处理材料的早激活来运转对置活塞二冲程循环发动机。柴油机冷起动的另一特性是燃烧不稳定性，其中当发动机加速到怠速速度时成功燃烧被完全或部分失火打断。因此，在一些方面中，希望用于在对置活塞二冲程发动机的冷起动期间提升排气温度的策略还提供燃烧稳定性。即，希望在变化的工况下，在配备EGR的对置活塞二冲程发动机的排气中提供高排气温度，同时维持发动机的燃烧稳定性。
技术实现思路
实现这些目标的策略基于刚好在孔口关闭(PC)后管理汽缸中的气体温度，以便以使得显著的热能够被驱动进入排气系统同时维持燃烧稳定性的方式控制排气温度。在一些方面中，当排气温度将要升高时，发动机以低修正的空气输送比运转，该运转在孔口闭合后在汽缸中产生增加的内部剩余物，这进而增加在汽缸中截留(保留)的空气充气的温度。较高的截留空气充气温度产生较高排气温度。优选地，修正的空气输送比表示进入汽缸的规格化质量流率。在这点上，修正的空气输送比为1意味着通过进气口输送的空气的量等于在汽缸里面的质量的量。升高的截留温度使得能够在冷起动、低负载运转和低环境温度期间使后处理催化剂更快起燃，使得催化温度足够高以便起燃，并使得排气温度足够高以在包括空载和轻载的变化的驾驶条件下再生柴油颗粒过滤器。在低修正的空气输送比运转模式下，进气歧管压力维持在足够高以实现适于燃烧稳定性的空气燃料比的水平。附图说明图1是现有技术对置活塞发动机的汽缸的侧剖局部示意图，并且适当标记为“现有技术”，该发动机具有接近各自的下止点中心位置的对置活塞。图2是图1的汽缸的侧剖局部示意图，并且适当标记为“现有技术”，该汽缸具有接近各自的上止点中心位置的对置活塞，其中活塞的端面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二冲程循环内燃发动机，其包括具有排气口和进气口的至少一个汽缸、向所述发动机的至少一个进气口提供增压空气的增压空气通道以及从所述发动机的至少一个排气口接收排气的排气通道，其中排气再循环回路，即EGR回路，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，机械增压器可运转以泵送所述增压空气通道中的增压空气，背压装置可运转以控制所述排气通道中的背压，并且控制机械可运转以在所述发动机的冷起动期间控制所述机械增压器、所述EGR回路和所述背压装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.21 US 61/634,1681.一种二冲程循环内燃发动机，其包括具有排气口和进气口的至少一个汽缸、向所述发动机的至少一个进气口提供增压空气的增压空气通道以及从所述发动机的至少一个排气口接收排气的排气通道，其中排气再循环回路，即EGR回路，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，机械增压器可运转以泵送所述增压空气通道中的增压空气，其特征在于，背压装置可运转以控制所述排气通道中的背压，并且控制机械可运转以在所述发动机的冷起动期间控制所述机械增压器、所述EGR回路和所述背压装置，所述二冲程循环内燃发动机进一步包括再循环回路，该再循环回路具有在所述机械增压器下游连接到所述增压空气通道的入口、在所述机械增压器上游连接到所述增压空气通道的出口以及在所述入口和所述出口之间的可变阀和与所述可变阀串联的空气冷却器。2.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述增压空气通道包括至少一个增压空气冷却器，其中所述EGR回路输出与所述至少一个增压空气冷却器串联耦接。3.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述EGR回路包括可变阀，并且所述控制机械可运转以响应于所述汽缸的截留温度控制所述阀的设定。4.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述机械增压器是单速机械增压器、多速机械增压器和可变速机械增压器中的一种，并且所述控制机械可运转以响应于所述汽缸的截留温度控制所述机械增压器的速度。5.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述背压装置包括可变阀，并且所述控制机械可运转以响应于所述汽缸的截留温度控制所述阀的设定。6.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述背压装置包括可变阀、可变喷嘴涡轮机构、多级涡轮机构和复合涡轮机构中的一种，并且所述控制机械可运转以响应于所述汽缸的截留温度控制所述背压装置的设定。7.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，进一步包括涡轮增压器和背压阀，所述涡轮增压器具有耦接到所述增压空气通道的增压空气输出和耦接到所述排气通道的涡轮输入，所述背压阀与所述涡轮输出串联，其中所述背压阀可设定到导致作用在所述排气通道上的背压的状态。8.根据权利要求7所述的二冲程循环内燃发动机，其中所述涡轮增压器包括可变几何形状涡轮。9.根据权利要求1所述的二冲程循环内燃发动机，进一步包括涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·卡莱普金，S·D·奈克，F·G·莱登，
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