用于柴油机气缸停用的方法与系统技术方案

本发明专利技术提供用于多缸柴油发动机中的气缸停用的系统和方法包括使用涡轮增压器将空气泵入柴油发动机的进气歧管。使用进气辅助装置将空气泵入进气歧管。并且，对柴油发动机中的至少一个气缸燃料喷射被选择性地停用。对于柴油发动机的至少一个气缸选择性地停用进气门和排气门。

Method and system for stopping cylinder of diesel engine

The present invention provides a system and method for cylinder deactivation in a multi cylinder diesel engine, including pumping an air into an intake manifold of a diesel engine using a turbocharger. Pump air into the intake manifold using an intake assist. In addition, at least one cylinder fuel injection in the diesel engine is selectively deactivated. The intake valve and exhaust valve are selectively deactivated for at least one cylinder of the diesel engine.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于柴油机气缸停用的方法与系统
本申请涉及柴油发动机燃料管理技术，并提供用于将气缸停用延伸到中等范围发动机负载的方法和系统。
技术介绍
可以控制柴油发动机的燃烧过程来限制提供扭矩输出的气缸数量。一种技术是气缸切断。该技术在继续循环进气门和排气门时消除了到气缸的燃料。活塞也循环。该技术导致燃料经济性损失。在非常低的负载和怠速条件下，发动机运行的燃料效率不佳。所有气缸点火，但只需要较少的扭矩输出至不需要扭矩输出。即使在空载状态下，发动机也可以提供比所需的更大的扭矩。燃料浪费，燃料经济性差。低效率和无效率的燃料使用对加热后处理系统无效，因此污染程度高。提高柴油发动机的燃料经济性和燃料效率将是有益的。减少污染是有益的。
技术实现思路
本公开克服了上述缺点，并且通过用于多缸柴油发动机中的气缸停用的系统和方法来改进技术，该系统和方法包括使用涡轮增压器将空气泵入柴油发动机的进气歧管。使用进气辅助装置将空气泵入进气歧管。并且，对柴油发动机中的至少一个气缸，燃料喷射被选择性地停用。对于柴油发动机的至少一个气缸选择性地停用进气门和排气门。多缸柴油发动机系统包括多缸柴油发动机，该多缸柴油发动机包括用于多个气缸中的每一个气缸的相应的进气门和相应的排气门。连接进气歧管以将空气供应到柴油发动机的多个气缸。连接排气歧管以接收来自柴油发动机的多个气缸的排气。连接进气辅助装置以将空气泵入进气歧管。连接气门控制系统以选择性地停用多缸柴油发动机的气缸的相应的进气门和相应的排气门。连接燃料喷射控制系统以选择性地停用向气缸的燃料喷射。多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此气门控制系统使用于气缸的相应的进气门和相应排气门停用。气门控制系统停用燃料喷射到气缸，同时多缸柴油发动机的其它气缸继续点火。一种用于柴油发动机的污染管理系统，包括具有多个燃烧气缸的柴油发动机。多个燃烧气缸中的每一个燃烧气缸包括连接到曲轴的相应活塞、连接到喷射控制器的燃料喷射器、连接到进气门控制器的进气门和连接到排气门控制器的排气门。排气系统连接到排气门。排气系统包括用于过滤来自废气流的污染的催化剂和用于测量废气流中的污染水平的传感器。控制单元包括处理器、存储装置和存储在存储器中的处理器可执行控制算法。控制算法被配置为从传感器接收污染水平传感器数据，确定废气流中的污染水平，并确定污染水平是否超过污染阈值。当废气流中的污染水平超过污染阈值时，控制系统选择多个燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸停用，命令喷射控制器停用所选择的燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸的相应燃料喷射器，命令进气门控制器停用所选择的燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸的相应的进气门，并且命令排气门控制器停用所选择的燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸的相应的排气门控制器。用于在气缸停用模式中操作多缸柴油发动机系统的方法包括确定柴油发动机系统在至少一个阈值范围内操作。当柴油发动机系统在至少一个阈值范围内操作时，气缸停用模式被输入到多缸柴油发动机的至少一个气缸中。基于在至少一个气缸中进入气缸停用模式，调节多缸柴油发动机的至少一个点火气缸的空燃比。进入气缸停用模式包括对至少一个气缸停用燃料喷射以及对至少一个气缸停用进气门致动和排气门致动。额外的目的和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得明显，或者可以通过本公开的实践来了解。还将借助于具体在所附权利要求中指出的元素和组合来认识和获得本专利技术的目的和优点。应当理解，前述整体描述和以下的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并非用来限制要求保护的本专利技术。附图说明图1A和1B是发动机系统的示意图。图2是另一个发动机系统的示意图。图3A-3C是示例性发动机的可选视图。图4A和4B是用于实施气缸停用的示例性方法。图5是正常模式下的6缸发动机的例子。图6是在气缸停用模式下的图5的6缸发动机的例子。图7是示例性发动机的废气温度曲线的例子。图8是用于实施气缸停用模式、正常模式或增强模式的负载阈值的例子。图9是气缸停用模式下的负载阈值对气缸数量的例子。图10示出了发动机的制动热效率对负载的示例。图11示出了将涡轮出口温度与空燃比相联的多项式曲线。图12是催化剂的NOx污染转化效率对温度的例子。图13是将NOx转化效率与催化剂温度、发动机输出NOx和尾管排放要求对比的图表。图14是用于发动机系统的计算机控制系统的示意图。图15是可能的进气门或排气门升程曲线的例子。图16A-16D将用于示例性发动机的各种输出的3缸CDA模式与6缸模式进行对比。具体实施方式现在将详细参考附图中示出的例子。只要有可能，相同的附图标记将在整个附图中用来表示相同的或类似的部件。诸如“左”和“右”的方向称谓是为了便于参考附图。对于所选择的气缸循环而言进气门、排气门和燃料喷射关闭的气缸停用(CDA)对于柴油发动机来说不是很明显的，原因有几个。许多好处适于并且可用于改善燃料经济性和污染控制。与以前的研究相反，CDA可以用于有利于重型机械和轻型汽车的燃料经济性和污染控制。例如，可以停用低负载气缸以增加燃料经济性。由于通过消除气门运动而减少摩擦，使得发动机的效率增加。此外，关闭低效气缸以提高其它气缸的效率，提高整体燃料经济性。气缸停用与“气缸切断”不同，气缸切断仅将所选气缸的燃料喷射关闭，但使附属气门运动。气缸切断导致可测量的和有害的系统损失。然而，气缸停用可以实现可测量的系统增益。当气缸停用时，其它点火气缸必须增加其扭矩输出(负载)，以保持用户体验。增加点火气缸的负载会增加燃料效率&制动热效率。使停用的气缸上的进气门和排气门停用减少了用于移动这些气门的能量损失，从而提高了燃料经济性。CDA可以在某些占空比下使用。例如，在高速公路上，重型卡车可以针对高速或巡航任务周期关闭CDA。但是，例如垃圾车可以在整个拾取占空比中使用CDA。这同样可以应用于运输对接人占空比的公共汽车。3、4、5、6、8或10缸柴油发动机的正常操作包括将空气引入进气歧管、关闭气缸上的气门、喷射燃料、点燃燃料进行燃烧、以及将气缸排空以用于下一个循环。当操作条件不需要全扭矩输出时，可以限制哪些气缸接收燃料，并且还可以定制喷射到各个气缸中的燃料量。例如，通过在以全扭矩能力使用剩余气缸的同时停用于气缸中的一半的燃料喷射，可以以50％的负载能力运行发动机。可以停用偶数个气缸以平衡发动机的扭转，但是也可以停用单个气缸或其它奇数个气缸以获得燃料效率利益。完全使用的气缸的燃料效率非常高，而在停用的气缸中没有燃料使用。动力装置的整体燃料效率提高，燃料消耗降低。该策略允许根据驾驶条件调整扭矩输出。以六缸发动机为例，可以停用2缸或4缸，同时完全或部分地使用剩余气缸的扭矩输出能力。转到图1A，示出了用于发动机系统的示意图。发动机100包括6个气缸1-6。可以使用其它数量的气缸，但是为了讨论，示出了6个气缸。气缸1-6从进气歧管103接收进气流体，该进气流体为燃烧气体(例如空气)或与废气混合的空气(废气再循环“EGR”)。进气歧管传感器173可以监测压力、流量、氧气含量、废气含量或进气流体的其它质量。进气歧管103连接到发动机缸体中的进气口133，以向气缸1-6提供进气流体。在柴油发动机中，除了进气歧管被加压之外，进气歧管具有真空。CDA是有益的，因为气缸可以关闭。代替克服真空情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多缸柴油发动机中的气缸停用的方法，其包括：使用涡轮增压器将空气泵送到柴油发动机的进气歧管中；使用进气辅助装置将空气泵送到所述进气歧管中；选择性地停用所述柴油发动机的气缸的进气门和排气门；以及选择性地停用对所述柴油发动机中的气缸的燃料喷射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.19 US 62/104,9891.一种用于多缸柴油发动机中的气缸停用的方法，其包括：使用涡轮增压器将空气泵送到柴油发动机的进气歧管中；使用进气辅助装置将空气泵送到所述进气歧管中；选择性地停用所述柴油发动机的气缸的进气门和排气门；以及选择性地停用对所述柴油发动机中的气缸的燃料喷射。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述进气辅助装置是空气泵、机械增压器或风扇。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括选择性地增加对所述柴油发动机的至少一个其它气缸的燃料喷射。4.根据权利要求1所述的方法，其还包括选择性地减少对所述柴油发动机的至少一个其它气缸的燃料喷射。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述涡轮增压器的泵送提供的空燃比为20:1，并且其中通过所述进气辅助装置的泵送将空燃比增加到23:1至24:1之间。6.根据权利要求1或5所述的方法，其还包括以25-35％的负载操作所述柴油发动机。7.根据权利要求1或5所述的方法，其还包括以25-50％的负载操作所述柴油发动机。8.根据权利要求1所述的方法，其还包括在泵送步骤期间执行废气再循环。9.根据权利要求7所述的方法，其还包括使用所述废气再循环将空燃比降低到23:1至24:1之间。10.根据权利要求7所述的方法，其还包括使用所述废气再循环将空燃比降低到23:1至30:1之间。11.根据权利要求1或5所述的方法，其中所述进气辅助装置的占空比为2％。12.根据权利要求1或5所述的方法，其中所述进气辅助装置的尺寸为所述发动机的尺寸的15％或更小。13.根据权利要求1或5所述的方法，其中所述进气辅助装置供应的空气流为大约0.5kg/min或更小。14.根据权利要求1或5所述的方法，其中进气歧管压力为140-150kPa。15.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述多缸柴油发动机是六缸发动机或八缸发动机之一，并且其中一半气缸选择性地停用燃料喷射。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述多缸柴油发动机是六缸发动机或八缸发动机之一，并且其中2个气缸选择性地停用燃料喷射。17.根据权利要求16所述的方法，其中4个气缸选择性地停用燃料喷射。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述多缸柴油发动机是八缸发动机，并且其中6个气缸选择性地停用燃料喷射。19.一种多缸柴油发动机系统，其包括：多缸柴油发动机，所述多缸柴油发动机包括用于多个气缸中的每一个气缸的相应的进气门和相应的排气门；进气歧管，所述进气歧管连接成将空气供应到所述柴油发动机的多个气缸；排气歧管，所述排气歧管连接成接收来自所述柴油发动机的多个气缸的废气；进气辅助装置，所述进气辅助装置连接成将空气泵送到所述进气歧管中；气门控制系统，所述气门控制系统连接成选择性停用所述多缸柴油发动机的气缸的相应的进气门和相应的排气门；以及燃料喷射控制系统，所述燃料喷射控制系统连接成选择性地停用到气缸的燃料喷射，其中所述多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此所述气门控制系统使所述气缸的相应的进气门和相应的排气门停用，同时使所述多缸柴油发动机的其它气缸继续点火，并且由此所述燃料喷射控制系统停用到所述气缸的燃料喷射。20.根据权利要求19所述的发动机系统，其中，所述进气辅助装置是空气泵、机械增压器或风扇。21.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述燃料喷射控制系统选择性地增加到所述多缸柴油发动机的至少一个其它气缸的燃料喷射。22.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述燃料喷射控制系统选择性地减少到所述多缸柴油发动机的至少一个其它气缸的燃料喷射。23.根据权利要求19所述的发动机系统，其还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器连接成从所述排气歧管接收废气并将空气泵送到所述进气歧管。24.根据权利要求23所述的发动机系统，其中通过所述涡轮增压器的泵送提供的空燃比为20:1，并且其中通过所述进气辅助装置的泵送将空燃比增加到23:1至24:1之间。25.根据权利要求19所述的发动机系统，其中当所述柴油发动机以25-35％的负载操作时，所述燃料喷射控制系统选择性地停用到气缸的燃料喷射。26.根据权利要求19所述的发动机系统，其中当所述柴油发动机以25-50％的负载操作时，所述燃料喷射控制系统选择性地停用到气缸的燃料喷射。27.根据权利要求19所述的发动机系统，其还包括废气再循环系统，所述废气再循环系统连接成将来自所述排气歧管的废气提供到所述进气歧管。28.根据权利要求27所述的发动机系统，其中所述废气再循环系统将空燃比降低到23:1至24:1之间。29.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述进气辅助装置的占空比为2％。30.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述进气辅助装置的尺寸为所述发动机的尺寸的15％或更小。31.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述进气辅助装置供应的空气流为大约0.5kg/min或更小。32.根据权利要求19所述的发动机系统，其中进气歧管压力为140-150kPa。33.根据权利要求19-32中任一项所述的发动机系统，其中所述多缸柴油发动机是六缸发动机或八缸发动机之一，并且其中所述多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此燃料喷射控制系统选择性地停用一半气缸的燃料喷射，同时所述气门控制系统选择性地停用所述一半气缸的相应的进气门和相应的排气门。34.根据权利要求17所述的发动机系统，其中所述多缸柴油发动机是六缸发动机或八缸发动机之一，并且其中所述多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此燃料喷射控制系统选择性地停用两个气缸的燃料喷射，同时所述气门控制系统选择性地停用所述两个气缸的相应的进气门和相应的排气门。35.根据权利要求34所述的发动机系统，其中所述多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此选择性地停用4个气缸。36.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述多缸柴油发动机是八缸发动机，并且其中所述多缸柴油发动机进入气缸停用模式，由此选择性地停用6个气缸。37.一种用于柴油发动机的污染管理系统，其包括：柴油发动机，所述柴油发动机包括多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸中的每一个燃烧气缸包括相应的：活塞，所述活塞连接到曲轴；燃料喷射器，所述燃料喷射器连接到喷射控制器；进气门，所述进气门连接到进气门控制器；和排气门，所述排气门连接到排气门控制器；排气系统，所述排气系统连接到所述排气门，所述排气系统包括：催化剂，所述催化剂用于过滤废气流中的污染；和传感器，所述传感器用于测量废气流中的污染水平；以及控制单元，所述控制单元包括处理器、存储装置和存储在存储器中的处理器可执行控制算法，所述控制算法被配置为：从传感器接收污染水平传感器数据；确定废气流中的污染水平；确定污染水平是否超过污染阈值；以及当废气流中的污染水平超过污染阈值时：选择所述多个燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸停用；命令所述喷射控制器停用至少一个被所选择的燃烧气缸的相应燃料喷射器；命令进气门控制器停用所述至少一个被选择的燃烧气缸的相应进气门，以及命令排气门控制器停用所述至少一个被选择的燃烧气缸的相应排气门控制器。38.根据权利要求37所述的污染管理系统，其中传感器监测废气流中的单氮氧化物水平。39.根据权利要求38所述的污染管理系统，其中所述单氮氧化物是一氧化氮和二氧化氮中的一种或二者。40.根据权利要求37所述的污染管理系统，其中所述控制算法进一步被配置为当废气流中的污染水平超过污染阈值时，命令所述喷射控制器增加到所述多个燃烧气缸中的活动燃烧气缸的燃料。41.根据权利要求37所述的污染管理系统，其还包括负载监测传感器，其中所述控制算法进一步被配置为：接收负载数据；确定发动机的负载；根据发动机的负载确定发动机输出要求；和当发动机的负载低于第一阈值时，调节多个燃烧气缸的选择用于停用的数量以满足发动机输出要求。42.根据权利要求41所述的污染管理系统，其中当发动机的负载大于所述第一阈值时，所述控制算法进一步被配置为：取消选择所选用于停用的多个燃烧气缸中的至少一个燃烧气缸；命令所述喷射控制器启用至少一个取消选择的燃烧气缸的相应的燃料喷射器；命令所述进气门控制器启用所述至少一个取消选择的燃烧气缸的相应的进气门，和命令所述排气门控制器启用所述至少一个取消选择的燃烧气缸的相应的排气门控制器。43.根据权利要求41所述的污染管理系统，其中所述控制算法进一步被配置为基于发动机输出要求来调节到燃料喷射器的命令以调节喷射到多个燃烧气缸的活动燃烧气缸的燃料量。44.根据权利要求43所述的污染管理系统，其还包括进气辅助装置和空气流传感器，其中所述控制算法进一步被配置为：接收空气流数据；确定到相应进气门的空气流量；基于所确定的空气流量并基于燃料喷射器命令来确定多个燃烧气缸中的每一个燃烧气缸的空燃比；和基于所确定的空燃比，当发动机的负载处于预定范围内时命令进气辅助装置增大到多个燃烧气缸的空气流。45.根据权利要求41所述的污染管理系统，其还包括空气流传感器，其中所述控制算法进一步被配置为：接收空气流数据；确定到相应进气门的空气流量；基于所确定的空气流量并基于燃料喷射器命令来确定多个燃烧气缸中的每一个燃烧气缸的空燃比；和基于确定的空燃比，调节对燃料喷射器的命令，以调节喷射到多个燃烧气缸的活动燃烧气缸的燃料量。46.根据权利要求45所述的污染管理系统，其中，所述控制算法进一步被配置为处理污染水平数据以迭代地调节到所述燃料喷射器的命令，直到污染水平低于所述污染阈值。47.根据权利要求37所述的污染管理系统，其中，所述控制算法进一步被配置为处理污染水平数据以迭代地调节到所述燃料喷射器的命令，直到污染水平低于所述污染阈值。48.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：小詹姆斯·爱德华·麦卡锡，道格拉斯·J·尼尔森，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国,US