瞬态运行期间直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机内的气流的控制制造技术

本发明专利技术涉及在瞬态运行期间在直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机中的气流的控制，所述控制包括监控发动机的至少一个运行参数以识别向发动机运行的瞬态的转变。如果运行瞬态被检测到，向发动机的汽缸中的燃料喷射和空气流被控制以优化燃烧并限制排放物。进入发动机的汽缸的空气流可以通过增加发动机的扫气比或通过提高发动机的截留效率被控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】瞬态运行期间直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机内的气流的控制优先权本申请要求于2016年1月15日在美国专利和商标局提交的美国临时申请序列号62/279,301和于2016年6月3日在美国专利和商标局提交的美国专利申请序列号15/173,478的优先权。相关申请本申请包含涉及下述美国申请的主题的主题，所述美国申请在本文中被共同拥有：于2012年10月17日提交的公布为US2013/0104848A1的美国专利申请13/654,340；于2013年6月25日提交的公布为US2014/0373814A1的且在2015年12月8日被授权为US9,206,751B2的美国专利申请13/926,360；于2013年9月27日提交的公布为US2014/0026563A1的美国专利申请14/039,856；于2014年8月12日提交的公布为US2015/0033736A1的美国专利申请14/378,252；和于2016年3月7日提交的美国专利申请15/062,868。
本领域是两冲程循环对置活塞发动机的空气处理系统的控制和运行。
技术介绍
两冲程发动机是一种通过曲轴的单个完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程来完成一个运行周期的内燃发动机。所述冲程通常被表示为压缩冲程和做功冲程。在两冲程循环对置活塞(“OP2S”)发动机中，两个活塞在汽缸的汽缸孔内被头对头地放置以实现沿汽缸的中心轴线在相反方向上的往复运动。汽缸具有在汽缸的侧壁内形成的靠近汽缸的相应末端处的纵向间隔开的进气端口和排气端口。每个对置活塞控制所述端口中的相应一个，从而当活塞在做功冲程(也叫做膨胀冲程)期间向下死点(BDC)位置移动时打开该端口，且当活塞在压缩冲程期间从BDC向上死点(TDC)位置移动时关闭该端口。端口中的一个为离开汽缸孔的燃烧产物提供了通道，另外一个用于允许压缩空气进入汽缸孔；它们分别被称为“排气”和“进气”端口(在一些描述中，进气端口被称为“空气”端口或“扫气”端口)。OP2S发动机通常根据压缩点火原理而运行。在压缩冲程期间，湍流压缩空气(“增压空气”)通过进气端口进入汽缸的汽缸孔且当两个活塞从BDC向TDC移动时在两个活塞的端表面之间被压缩。在正在靠近的活塞端表面之间被直接喷射到汽缸中的燃料与湍流空气混合。燃料被压缩空气的热量点燃，并且燃烧随之发生。燃料由包含在活塞端表面的TDC位置之间被安装到汽缸的一个或多个燃料喷射器的发动机燃料处理系统提供。在直流扫气型OP2S发动机中，接近做功冲程的结束，通过进气端口进入汽缸内的增压空气使得排气运动通过排气端口流出汽缸。因此气体在一个方向(“单向流”)上流动通过汽缸(从进气端口到排气端口)。从发动机的进气端口到排气端口必须存在持续的正压力差以维持在汽缸中的气体的期望单向流动。并且，因为进气端口短暂的开启时间的原因，所以必须给进气端口提供大的空气质量密度；这种需求在发动机启动、加速和负载增加期间尤其突出。这需要泵送工作。在对置活塞发动机中，泵送工作由空气处理系统(也叫做“气体交换”系统)完成，所述空气处理系统运输新鲜空气进入发动机且输送燃烧气体(排气)离开发动机。泵送工作可以由气轮机驱动的压缩机(如，涡轮增压器)和/或由机械驱动的泵(如机械增压器(也叫做“鼓风机”))完成。在一些情况下，压缩机可以被定位在两级泵配置中的机械增压器的上游或下游。泵的布置(单级、两级或其他)能够驱动扫气过程，这对于确保高效的燃烧、提高发动机的指示热效率和延长发动机的部件(如活塞、活塞环和汽缸)的使用寿命很关键。在OS2P发动机的稳态运行期间，运行参数就算真的变化也会变化缓慢。因此，例如，当驱动汽车以稳定的速度在高速上行驶时，通过车辆的OS2P发动机的气体的输送(增压空气和排气)和向车辆的OP2S发动机内的燃料的供应能够保持在缓慢变化的速度。这转化为稳定的控制，且有足够的时间在燃料效率和排放方面优化发动机性能。但是，车辆运行经常给发动机提出突然的扭矩要求，尤其是在城市驾驶或在工业环境运行时。这种要求可以来自加速、减速、打开或关闭开关附件(如空调)、拉动拖车、爬坡等。对与发动机负荷或发动机转速的突变相关联的扭矩的突然要求被认为是瞬态事件。这种需求在下文被称为“扭矩请求”。在瞬态事件中，对于扭矩增加的要求产生了快速增加向发动机的燃料供给的需求以提升燃烧释放的能量水平。这需要同时供应额外的空气以燃烧额外的燃料。期望在发动机运行期间限制排放物的产生。因此，在瞬态事件期间，OP2S发动机响应的限制因素可以由空气处理系统在支持扭矩请求时如何快速地改变通过发动机的增压空气的流量同时保持发动机排放处于控制下来定义。在扭矩请求的时段期间，由于增压空气的缺少导致的低空气/燃料比(AFR)值能够引起不充分的燃烧，从而导致微粒物质(PM)的排放，如炭黑。另一方面，减少燃料供应以保持目标AFR能够引起发动机响应不佳。在直流扫气型OP2S发动机中，在一个发动机运行周期中输送到汽缸中的空气(“被输送空气”)中的一些在扫气时流出排气端口并因此不能用于燃烧。在控制燃烧时使用的AFR的精确测量会使用当汽缸的最后一个端口关闭时汽缸中保留(“截留”)的增压空气质量。根据发动机的设计，不论排气端口还是进气端口都可以最后是关闭的；在许多情况下，进气端口最后关闭。进一步的情况是，除了被截留的增压空气之外，残余排气的可测量质量有时可以通过关闭排气端口和/或通过随增压空气再循环到汽缸而被截留在汽缸中。进入发动机的燃料和空气的供应被发动机控制机构管理，所述发动机控制机构感测各种发动机运行参数并调节通过发动机的气体(空气和排气)流量和向发动机中的燃料喷射。特别期望的是发动机控制机构能够识别OP2S发动机的瞬态事件以迅速配置空气处理系统以增加响应于扭矩请求而提供给汽缸的被输送增压空气和/或被保留增压空气的量。通过空气处理系统的空气处理元件来产生和保持维持增压空气和排气的单向流动所必需的在发动机两端/上(across)的气体压力差，所述空气处理系统可以包括一个机械增压器和一个或多个涡轮增压器。在稳态运行期间，发动机控制机构通过连续调节以闭环模式管理这些元件，所述连续调节寻求特定气流参数的期望目标值(“设定值”)，以便以低排放保持有效运行。当做出的增加扭矩的要求时，增压空气压力必须迅速增加(“升压”)。因此，期望直流扫气型OP2S发动机的空气处理系统无明显延迟地响应扭矩请求，同时在瞬态运行期间保持排放的控制。
技术实现思路
在带有在压缩机和发动机进气端口之间被放置在空气处理系统中的曲轴驱动的机械增压器的涡轮机增压的直流扫气型OP2S发动机中，扭矩请求开启运行的瞬态模式，在瞬态模式期间燃料和增压气体的供应增加或减少同时维持对排放的期望控制模式。因此，当瞬态事件发生时，向发动机汽缸中的燃料喷射被控制。例如，利用共轨直喷燃料处理系统，通过响应于发动机负载增加，改变燃料轨道压力和燃料喷射持续时间中的一个或多个来增加(或减少)燃料喷射。同时，通过控制表示被最后端口的关闭所截留或保留在汽缸中的增压气体的气流参数，增加(或减少)进入发动机汽缸的气流。表示被最后端口的关闭所截留或保留在汽缸中的增压空气的一个气流参数是发动机的扫气比(SR)，所述扫气比是被输送空气的质量和被截留充气的质量之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在瞬态事件期间操作直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机的方法，包含：监控所述发动机的瞬态指示参数(120)；基于所述瞬态指示参数，确定所述发动机是否处于瞬态运行(124)；如果所述发动机在瞬态运行：通过改变共轨燃料压力和燃料喷射持续时间中的一个或多个来控制进入所述发动机的汽缸中的燃料喷射(126)；通过增加所述发动机的扫气比(图6)或通过提高所述发动机的截留效率(图7)来控制通过所述发动机的汽缸的单向气流(128)；确定何时所述瞬态模式结束(130)；和，将所述发动机转换到稳态运行(123)；否则，如果所述发动机没有处于瞬态运行，则以稳态运行来操作所述发动机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 62/279,301;2016.06.03 US 15/173,4781.一种在瞬态事件期间操作直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机的方法，包含：监控所述发动机的瞬态指示参数(120)；基于所述瞬态指示参数，确定所述发动机是否处于瞬态运行(124)；如果所述发动机在瞬态运行：通过改变共轨燃料压力和燃料喷射持续时间中的一个或多个来控制进入所述发动机的汽缸中的燃料喷射(126)；通过增加所述发动机的扫气比(图6)或通过提高所述发动机的截留效率(图7)来控制通过所述发动机的汽缸的单向气流(128)；确定何时所述瞬态模式结束(130)；和，将所述发动机转换到稳态运行(123)；否则，如果所述发动机没有处于瞬态运行，则以稳态运行来操作所述发动机。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述瞬态指示参数包含加速器位置。3.根据权利要求1所述的方法，其中控制通过所述发动机的汽缸的单向气流包含改变机械增压器分流阀设定、机械增压器传动比设定和涡轮机叶片设定中的一个或多个。4.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述发动机的扫气比包含：降低所述发动机的排气背压；和，增大通过所述发动机的所述汽缸的单向气流的速度。5.根据权利要求4所述的方法，其中增加所述发动机的扫气比还包含，在增加所述扫气比达一个校准时段之后，增加所述发动机的压缩机出口压力。6.根据权利要求1所述的方法，其中提高所述发动机的截留效率包含：降低所述发动机的排气背压；增大通过所述发动机的所述汽缸的单向气流的速度；和，增加所述发动机的压缩机出口压力。7.根据权利要求6所述的方法，其中提高所述发动机的截留效率还包含，在提高所述截留效率达一个校准时段之后，减小所述发动机的压缩机出口压力。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机包含主动空气处理装置，该主动空气处理装置包括至少一个阀、机械增压器驱动器和可变几何外形涡轮机，并且将所述发动机转换到稳态运行包含从发动机控制单元(ECU)向至少一个空气处理装置的致动器发出瞬态命令θ2、监控从发出命令步骤开始的时间流逝以及响应于校准时间的流逝将所述发动机转换到稳态运行。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述发动机包含稳态控制过程，在所述稳态控制过程中，包含所述空气处理系统中的质量流量、升压压力、排气和背压中的一个的气流参数被感测，并且通过从所述气流参数的期望设定点值中减去所感测的参数值来确定误差值，并且将所述发动机转换到稳态运行包含在如下情况下将所述发动机转换到稳态运行响应：校准时间的流逝发生；或所述误差值小于校准值。10.根据权利要求9所述的方法，其中控制通过所述发动机的汽缸的单向气流包含改变机械增压器分流阀设定、机械增压器传动比设定和涡轮机叶片设定中的一个或多个。11.一种操作直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机的空气处理系统的方法，所述发动机装备有带有汽缸孔和通过所述汽缸孔连通的轴向间隔开的排气和进气端口(16、14)的至少一个汽缸(10)、在所述汽缸孔中相对布置且可操作以在所述发动机运行期间打开和关闭所述排气和进气端口的一对活塞(22、20)、所述空气处理系统，所述空气处理系统包括向所述进气端口提供增压空气的增压空气子系统(38)、接收来自所述排气端口的排气的排气子系统(40)和可操作以在所述增压空气子系统中泵送增压空气的机械增压器(60)，所述方法包括：监控所述发动机的瞬态指示参数(120)；基于所述瞬态指示参数，确定所述发动机是否处于瞬态运行(124)；如果所述发动机处于瞬态运行：在所述瞬态的开始时，打开所述排气子系统中的背压阀(90)以减小对通过所述空气处理系统的气流的背压阻力；在所述瞬态的所述开始时，通过改变机械增压器分流阀设定(Shunt)以增加所述发动机的机械增压器压力比或通过改变机械增压器传动比设定(Drive)以增加所述发动机的所述机械增压器压力比来控制通过所述发动机的汽缸的单向气流；确定何时所述瞬态运行结束(130)；和之后将所述发动机转换到稳态运行(123)；否则，如果所述发动机没有处于瞬态运行，则以稳态运行(123)操作来所述发动机。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述瞬态指示参数包含加速器位置或发动机负载。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述发动机还包括在所述机械增压器的上游的、带有在所述排气子系统中的涡轮机和在所述增压空气子系统中的压缩机的涡轮增压器，且控制通过所述发动机的汽缸的单向气流还包括降低所述空气处理系统的排气背压和增加所述空气处理系统的压缩机出口压力中的一个或多个。14.一种直流扫气型两冲程循环对置活塞发动机的气流控制组合件，所述发动机装备有带有汽缸孔和通过所述汽缸孔连通的轴向间隔开的排气和进气端口(16、14)的至少一个汽缸(10)、在所述汽缸孔中相对布置且可操作以在所述发动机运行期间打开和关闭所述排气和进气端口的一对活塞(22、20)以及包括向所述进气端口提供增压空气的增压空气子系统(38)、接收来自所述排气端口的排气的排气子系统(40)、可操作以在所述增压空气子系统中泵送增压空气的机械增压器(60)和提高在所述机械增压器上的增压空气压力比的命令控制的分流阀(82)的空气处理系统，所述气流控制组合件包含：感测所述发动机的发动机加速度和发动机负载中的一个的传感器(96)；检测所述机械增压器的进气处的增压空气压力的传感器(103)；检测所述机械增压器的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·莎尔玛，N·纳迦，S·D·奈克，D·斯科姆，
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