使用可变气门正时的燃烧和热管理策略制造技术

描述了一种用于后处理部件的热管理的系统和方法。所公开的方法可以采用获得废气目标条件的操作模式中的任何一种或组合来支持或启动后处理装置的热管理。

Combustion and heat management strategy using variable valve timing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可变气门正时的燃烧和热管理策略相关申请的交叉引用本申请要求于2017年2月1日提交的美国临时申请序列号62/453,326的申请日的权益，该申请通过引用方式并入本文。
本公开整体涉及内燃机操作，并且更具体地，涉及内燃机操作的燃烧和热管理的系统和方法。
技术介绍
对内燃机的后处理系统和/或进气流的热管理可以提供操作益处，诸如更有效的燃烧过程和更有效的后处理装置操作。虽然具有可变几何形状(VG)进气道的涡轮增压器已被用于提高排气温度，但VG涡轮增压器比废气门涡轮增压器更为昂贵。排气加热器同样很昂贵，并且需要发电机产生能量来运行加热器。排气节气门成本高，并且存在可靠性问题。其他策略，诸如碳氢化合物(HC)定量分配、气缸停用和超前排气门打开，也已用于后处理系统的热管理，但效率还可以提高。因此，该技术需要进一步改进。
技术实现思路
公开了一种用于控制排气温度和排气流的系统和方法，用于多缸内燃机的热管理和燃烧管理。在一些实施方案中，该系统和/或方法用于包括多个气缸的内燃机，所述多个气缸用于产生由至少一个后处理装置处理的排气，该系统还包括至少一个涡轮增压器和燃料供给系统。该至少一个后处理装置可包括例如催化器和/或微粒过滤器。往复式发动机可以是四冲程发动机。涡轮增压器可包括废气门以为涡轮提供旁路。燃料喷射器可以是共轨型燃料喷射器，但也可以考虑其他燃料供给系统。本文所述的系统和方法可以在没有可变几何形状涡轮和/或排气节气门的情况下用于控制后处理系统温度，但在所有实施方案中并不排除包括所述可变几何形状涡轮和/或排气节气门。该系统和方法包括选择一个或多个操作模式，其中在所述一个或多个操作模式下获得排气/后处理温度的一个或多个目标条件。该一个或多个操作模式可以包括相对于标称打开和关闭正时提前排气门打开和关闭正时，以在活塞到达排气冲程上的上止点之前排气门关闭时提供气缸气体的再压缩。该一个或多个操作模式还可以包括在再压缩期间进行非常延后的燃料后喷射，以在气缸中提供温度和压力上升，这增加了泵气功并且可以用于热管理。另外，当进气门为活塞的进气冲程打开时，来自气缸的排气在内部再循环到进气歧管中。该内部排气再循环(EGR)增加了进气歧管预燃烧中的充气流的温度。预加热的充气流在较高温度下开始下一个燃烧循环，这使燃烧循环以更高温度结束。另外，通过内部排气再循环提供NOx还原。在又一操作模式中，在进气冲程期间进气门打开被滞后或延迟，这从在缸内气体的再压缩期间提供的非常延后的喷射中提取进一步的功。延迟的进气门打开允许进一步预热缸内充气，并且在打开进气门时的下一个燃烧循环开始时产生EGR组分。在一个实施方案中，进气门被正时为在缸内压力处于或接近进气歧管压力时打开。提供该
技术实现思路
部分是为了介绍以下在说明性实施方案中进一步描述的一系列概念。该
技术实现思路
部分既不意图确认所要求保护的主题的关键或基本特征，也不意图用于帮助限制所要求保护的主题的范围。进一步的实施方案、形式、目的、特征、优点、方面以及益处将从以下描述和附图中变得显而易见。附图说明图1示出了其中对燃烧和热输出进行管理的内燃机系统的一个实施方案。图2是图1的系统的发动机气缸的示意图。图3示出了用于管理发动机的燃烧和热输出的过程的一个实施方案的流程图。图4是用于管理发动机的燃烧和热输出的控制设备的示意图。具体实施方式为了促进对本专利技术原理的理解，现在将参考在附图中示出的实施方案，并且将对其进行具体的描述。然而，应当理解本专利技术的范围并不因此而受到限制，本专利技术所涉及领域的技术人员通常会想到的所示实施例的任何改变和进一步修改以及在此所示的本专利技术原理的任何进一步应用都被本文涵盖。参考图1，系统10包括四冲程内燃机12。图1示出了其中发动机12是柴油发动机的实施方案，但是可以考虑任何发动机类型，包括压缩点火、火花点火以及这些的组合。发动机12可包括多个气缸14。图1仅出于说明目的示出了多个气缸14的布置，该布置包括呈直列式布置的六个气缸。可以使用适用于内燃机的任何数量的气缸和气缸的任何布置。可以使用的气缸14的数量可以从一个气缸到十八个或更多个气缸。此外，以下描述有时将参考气缸14中的一个。应当认识到，参考在图2以及本文其他位置描述的气缸14的对应特征可存在于发动机12的所有其他气缸或其子集。如图2所示，气缸14容纳活塞16，该活塞可操作地附接到曲轴18，该曲轴通过活塞16在气缸14中的往复运动而旋转。在气缸14的气缸盖20内，存在至少一个进气门22，至少一个排气门24和燃料喷射器26，该燃料喷射器将燃料提供给由气缸14在活塞16和气缸盖20之间形成的燃烧室28。在其他实施方案中，燃料可通过进气道喷射或通过在燃烧室28上游的进气系统中的喷射提供给燃烧室28。术语“四冲程”在这里是指活塞16在发动机曲轴18的两次独立旋转期间完成的以下四个冲程——进气、压缩、做功和排气。当活塞16位于气缸14的气缸盖20的顶部时，冲程开始于上止点(TDC)，或者当活塞16到达其在气缸14中的最低点时，冲程开始于下止点(BDC)。在进气冲程期间，活塞16从气缸14的气缸盖20下降到气缸的底部(未示出)，从而减小气缸14的燃烧室28中的压力。在发动机12是柴油发动机的情况下，当进气门22打开时，通过进气门22吸入空气在燃烧室28中产生燃烧充气。来自燃料喷射器26的燃料由连接到燃料箱32的高压共轨系统30供应。来自燃料箱32的燃料被燃料泵(未示出)吸入并供给共轨燃料系统30。从燃料泵供给的燃料累积在共轨燃料系统30中，并且累积的燃料通过燃料管线34供应到每个气缸14的燃料喷射器26。共轨系统中的累积燃料可以被加压以提高和控制递送到每个气缸14的燃烧室28的燃料的燃料压力。在压缩冲程期间，进气门22和排气门24都关闭，活塞16朝向TDC返回，并且在主喷射事件中，燃料在压缩空气中接近TDC处进行喷射，并且压缩燃料-空气混合物在短暂延迟之后在燃烧室28中点火。在发动机12是柴油发动机的情况下，这导致燃烧充气被点火。空气和燃料的点火引起燃烧室28中的压力的迅速增加，该压力在活塞16朝向BDC的做功冲程期间施加到活塞。校准燃烧室28中的燃烧相位，使得燃烧室28中的压力增加推动活塞16，从而提供活塞16的净正力/功/功率。在排气冲程期间，活塞16朝向TDC返回，同时排气门24打开。该动作排出燃烧室28中燃料燃烧的燃烧产物，并且通过排气门24排出废燃料-空气混合物(排气)。进气在到达进气门22之前流动通过进气通道36和进气歧管38。进气通道36可以连接到涡轮增压器40的压缩机40a和可选的进气节气门42。进气可以通过空气滤清器(未示出)净化，通过压缩机40a压缩，然后通过进气节气门42吸入燃烧室28。可以控制进气节气门42以影响进入气缸的空气流。进气通道36还可以设置有冷却器44，该冷却器设置在压缩机40a的下游。在一个实例中，冷却器44可以是增压空气冷却器(CAC)。在该实例中，压缩机40a可以增加进气的温度和压力，而CAC44可以增加充气密度并且向气缸提供更多空气。在另一个实例中，冷却器44可以是低温后冷器(LTA)。CAC44使用空气作为冷却介质，而LTA使用冷却剂作为冷却介质。排气从燃烧室28流出，从排气歧管48流入排气通道46本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：操作内燃机系统，所述内燃机系统包括：内燃机，所述内燃机具有用于从进气系统接收充气流的多个气缸；排气系统，所述排气系统用于接收由燃料燃烧产生的排气，所述燃料响应于扭矩请求从燃料供给系统提供给所述多个气缸的至少一部分；和所述排气系统中的至少一个后处理装置；响应于所述至少一个后处理装置和所述排气中的至少一个的热管理条件，提前所述多个气缸中的一个或多个的排气门打开和排气门关闭，使得在所述一个或多个气缸中的活塞的排气冲程期间，所述排气门在上止点之前关闭，并且在所述活塞的所述排气冲程期间，所述一个或多个气缸中的排气被再压缩；以及在所述排气的再压缩期间，将一定量的燃料喷射到所述一个或多个气缸中，以增加所述气缸中所述再压缩的排气的温度和压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.01 US 62/4533261.一种方法，包括：操作内燃机系统，所述内燃机系统包括：内燃机，所述内燃机具有用于从进气系统接收充气流的多个气缸；排气系统，所述排气系统用于接收由燃料燃烧产生的排气，所述燃料响应于扭矩请求从燃料供给系统提供给所述多个气缸的至少一部分；和所述排气系统中的至少一个后处理装置；响应于所述至少一个后处理装置和所述排气中的至少一个的热管理条件，提前所述多个气缸中的一个或多个的排气门打开和排气门关闭，使得在所述一个或多个气缸中的活塞的排气冲程期间，所述排气门在上止点之前关闭，并且在所述活塞的所述排气冲程期间，所述一个或多个气缸中的排气被再压缩；以及在所述排气的再压缩期间，将一定量的燃料喷射到所述一个或多个气缸中，以增加所述气缸中所述再压缩的排气的温度和压力。2.如权利要求1所述的方法，其中所述排气门打开和所述排气门关闭分别提前至少40度曲柄转角，使得所述排气门在上止点之前至少40度处关闭。3.如权利要求1所述的方法，其中当所述一个或多个气缸的进气门在紧接所述排气冲程之后的进气冲程期间打开时，将再压缩期间捕获的所述排气再循环到所述发动机的进气歧管中。4.如权利要求1所述的方法，还包括在紧接所述排气冲程之后的所述一个或多个气缸中的所述活塞的进气冲程期间滞后所述一个或多个气缸的进气门的进气门打开。5.如权利要求4所述的方法，其中所述进气门打开被正时为响应于所述一个或多个气缸中的缸内压力对应于进气歧管压力来打开所述进气门。6.如权利要求1所述的方法，还包括在所述排气冲程期间将碳氢化合物在所述后处理装置上游定量分配到所述排气系统中。7.如权利要求1所述的方法，其中所述热管理条件包括所述排气和所述至少一个后处理装置中的至少一者低于目标温度。8.一种系统，包括：内燃机，所述内燃机包括：从进气系统接收充气流的多个气缸；排气系统，所述排气系统用于接收由燃料燃烧产生的排气，所述燃料响应于扭矩请求从燃料供给系统提供给所述多个气缸的至少一部分；和所述排气系统中的至少一个后处理装置；多个传感器，所述多个传感器可操作以提供指示所述系统的操作条件的信号；可变气门致动机构，所述可变气门致动机构被配置为控制与所述多个气缸相关联的排气门的打开和关闭正时；连接到所述多个传感器的控制器，其可操作以解释来自所述多个传感器的信号，其中响应于所述排气和所述至少一个后处理装置中的至少一者的热管理条件，所述控制器被配置为：控制所述可变气门致动机构以提前所述排气门的排气门打开和排气门关闭，使得在所述多个气缸的所述相关联的一个中的活塞的排气冲程期间，相应的所述排气门在上止点之前关闭，以在所述活塞的所述排气冲程期间再压缩所述关联气缸中的排气；以及控制所述燃料供给系统以在所述排气的再压缩期间将一定量的燃料喷射到所述关联气缸中，以增加所述关联气缸中的所述排气的温度和压力。9.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：T希普，MH戴恩，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US