具有多个后处理系统的动态充量压缩点火发动机技术方案

描述了一种用于操作内燃发动机的方法、装置、控制器和算法，其中，至少一些点火时机利用低温汽油燃烧(LTGC)。其他点火时机可能会被跳过或者利用一些其他类型的燃烧，诸如火花点火。在发动机操作期间通常逐点火时机地动态确定任何特定点火时机的性质。利用LTGC的点火在排气流中产生很少(如果有的话)氮氧化物，并且因此在一些实现方式中可以不需要后处理系统来将其从该排气流中移除。

Dynamic charge compression ignition engine with multiple aftertreatment systems

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个后处理系统的动态充量压缩点火发动机相关申请的交叉引用本申请要求2017年7月3日提交的标题为动态充量压缩点火发动机(DynamicChargeCompressionIgnitionEngine)的美国专利申请号62/528,352的优先权，该申请出于所有目的通过援引并入本文。
本专利技术总体上涉及动态点火水平调制发动机操作，其中一些点火时机利用稀薄燃烧、低温汽油燃烧，而其他点火时机利用标准化学计量的火花点火燃烧。本专利技术还涉及使用两个后处理系统，一个后处理系统针对稀薄燃烧操作进行优化，而另一个针对化学计量操作进行优化。
技术介绍
本申请与2017年4月11日提交的美国申请号15/485,000有关。申请号15/485,000是2016年9月23日提交的美国申请号15/274,029(现在的美国专利号9,689,328)的继续申请，该美国申请是2016年6月13日提交的美国申请号15/180,332(现在的美国专利号9,476,373)的分案。美国申请号15/180,332是2015年10月21日提交的美国申请号14/919,011(现在是美国专利号9,399,964)的分案，该美国申请要求以下美国临时专利申请号的优先权：2014年11月10日提交的标题为“多级动态跳过点火(MultiLevelDynamicSkipFire)”的美国临时专利申请号62/077,439；2015年2月17日提交的标题为“多级动态跳过点火(MultiLevelDynamicSkipFire)”的美国临时专利申请号62/117,426；以及2015年2月26提交的标题为“使用多级跳过点火(UsingMulti-LevelSkipFire)”的美国临时专利申请号62/121,374。所有这些相关申请都出于所有目的以其全文并入本文。现今运行的大多数车辆(以及许多其他装置)是由内燃(IC)发动机提供动力的。内燃发动机典型地具有在气缸内往复运动的往复活塞。燃烧在气缸内发生并且产生的扭矩由活塞通过连接杆传递到曲轴。对于四冲程发动机而言，空气以及在一些情况下的燃料通过进气门引入到气缸，并且排气燃烧气体通过排气门排出。在典型的发动机操作中，气缸条件以循环方式改变，从而以重复模式按顺序遇到进气、压缩、膨胀和排气冲程。每个重复模式可以被称为气缸的工作循环。与不同发动机气缸相关联的工作循环在时间上交错，使得与不同气缸相关联的膨胀冲程大致等间隔，从而实现最平顺的发动机操作。在膨胀冲程中发生的燃烧产生期望的扭矩以及各种排气气体。可以通过响应于所需的扭矩而改变发动机的排量来实质性地改善内燃发动机的燃料效率。最大排量允许在需要时提供最大扭矩，而在不需要最大扭矩时使用较小的排量能够大幅减少泵气损失并提高热效率。现今实施可变排量发动机的最常见方法是基本上同时停用一组气缸。在此方法中，当希望跳过燃烧事件时，与所停用的气缸相关联的进气门和排气门保持关闭并且没有燃料喷射。例如，八缸可变排量发动机可以停用这些气缸中的一半(即，4个气缸)，从而使得仅使用剩余的4个气缸进行操作。现今可获得的可商购的可变排量发动机典型地仅支持两种或至多三种排量。改变发动机的有效排量的另一种发动机控制方法被称为“跳过点火式”发动机控制。通常，跳过点火式发动机控制设想在所选点火时机过程中选择性地跳过某些气缸的点火。因此，特定气缸可以在一个发动机循环期间被点火或启用、然后可以在下一个发动机循环期间被跳过或不启用，并且然后在下一个发动机循环期间被选择性地跳过或点火。跳过点火式发动机工作区别于传统的可变排量发动机控制，其中指定的一组气缸基本上同时停用并且只要发动机保持在相同的可变排量模式下就保持停用。因此，在可变排量模式下的工作期间，对于每个发动机循环而言特定气缸点火的次序总是相同(只要发动机保持在相同的排量模式下)，而在跳过点火式工作期间通常不是这样。例如，在1/3的点火分数下工作的八气缸跳过点火式控制的发动机将在相继的发动机循环上遵循不同点火和跳过气缸的模式。通常，跳过点火式发动机操作有助于比使用传统的可变排量方法可能实现的更精细地控制有效发动机排量。例如，对四缸发动机中的每隔两个气缸进行点火将提供最大发动机排量的1/3的有效排量，这是通过简单地停用一组气缸所不能获得的分数排量。在概念上，使用跳过点火式控制几乎可以获得任何有效排量，但在实践中大多数实现方式将操作限制于可用点火分数、序列或模式的集合。本申请人已经提交了描述跳过点火式控制的多种不同方法的多份专利。举例来说，美国专利号8,099,224；8,464,690；8,651,091；8,839,766；8,869,773；9,020,735；9,086,020；9,120,478；9,175,613；9,200,575；9,200,587；9,291,106；9,399,964等描述了使得在动态跳过点火式(DSF)操作模式下操作各种各样的内燃发动机可行的各种发动机控制器。这些专利中的每一项都通过援引并入本文。这些专利中的许多专利涉及DSF控制，在DSF控制中，实时作出关于在特定工作循环期间是跳过特定气缸还是对其进行点火的点火决策——通常刚好在工作循环开始前不久并且通常是在逐单缸点火时机的基础上。在一些被称为多级动态跳过点火(mDSF)的应用中，被点火的单独工作循环可以有目的地以不同的气缸输出水平运行，也就是说，有目的地使用不同的空气充量和相应燃料供给水平。举例来说，美国专利号9,399,964描述了一些这样的方法。在动态跳过点火中使用的单缸控制概念也可以应用于动态多充量水平发动机操作，其中所有气缸都被点火，但是单独的工作循环有目的地以不同的气缸输出水平运行。动态跳过点火和动态多充量水平发动机操作可以共同地被认为是不同类型的动态点火水平调制发动机操作，其中每个工作循环的输出(例如，跳过/点火、高/低、跳过/高/低等)是在发动机的操作期间典型地单缸逐工作循环地(逐点火时机地)动态确定的。应了解，动态点火水平发动机操作不同于传统的可变排量，在传统的可变排量中，当发动机进入排量降低的操作状态时，限定的一组气缸以大致相同的方式操作，直到发动机转变到不同的操作状态。内燃发动机典型地以重复的工作循环序列操作以产生发动机扭矩。工作循环可以通过所使用的热力学循环来表征。热力学循环可以在压力-体积图上描绘并且可以采取多种形式。一些示例性热力学循环包括奥托循环、米勒循环、阿特金森循环和狄塞尔循环。除了所使用的热力学循环之外，工作循环还可以以其他方式来表征，例如，通过工作室内温度、燃料/空气化学计量比或者燃烧引发方法。一些工作循环使用电火花引发燃烧，并且被称为火花点火(SI)工作循环。这些SI工作循环可以包括米勒或阿特金森循环、以及稀薄燃烧SI或者使用火花点火的任何类型的工作循环。一些工作循环在压缩冲程期间使用捕集在工作室中的气体的自加热来引发燃烧。一些工作循环燃烧空气和燃料的异质混合物，而其他工作循环利用均质充量。一些工作循环具有相等的膨胀和压缩比，而其他工作循环具有物理上不同的膨胀和压缩比，或者通过经由提前或延迟进气门关闭而改变引入的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制具有多个工作室的内燃发动机的操作以便递送期望输出的方法，该方法包括：/n以动态点火水平调制模式操作该发动机，该模式致使在低扭矩输出点火所选择的低输出工作循环并且在高扭矩输出点火所选择的高输出工作循环，其中，不同类型的工作循环分别被用于该低扭矩输出工作循环和该高扭矩输出工作循环；并且/n其中该高扭矩输出或该低扭矩输出中的一者利用低温汽油燃烧工作循环。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170703 US 62/528,3521.一种控制具有多个工作室的内燃发动机的操作以便递送期望输出的方法，该方法包括：
以动态点火水平调制模式操作该发动机，该模式致使在低扭矩输出点火所选择的低输出工作循环并且在高扭矩输出点火所选择的高输出工作循环，其中，不同类型的工作循环分别被用于该低扭矩输出工作循环和该高扭矩输出工作循环；并且
其中该高扭矩输出或该低扭矩输出中的一者利用低温汽油燃烧工作循环。


2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所选择的被跳过的工作循环过程中将被跳过的工作室停用，以便由此防止在这些所选择的被跳过的工作循环过程中将空气泵送穿过这些被跳过的工作室。


3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
生成跳过点火式点火序列，该跳过点火式点火序列针对每次点火指示了这次点火涉及使用高扭矩输出还是低扭矩输出；以及
基于该跳过点火式点火序列来操作该发动机。


4.如前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该进气门是凸轮致动的。


5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所有的进气门和排气门均是凸轮致动的。


6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，该高扭矩输出和该低扭矩输出两者均利用低温汽油燃烧工作循环。


7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，该低扭矩输出利用均质充量压缩点火工作循环。


8.如权利要求7所述的方法，其中，该均质充量压缩点火工作循环利用捕获在工作室中的排气气体的再压缩和再膨胀。


9.如权利要求7所述的方法，其中，该均质充量压缩点火工作循环在进气冲程期间利用该至少一个排气门的打开。


10.如权利要求7所述的方法，其中，对于大于高负载HCCI边界的负载，该发动机控制对所有气缸恢复火花点火操作。


11.如权利要求7所述的方法，其中，对于大于高负载HCCI边界的负载，该发动机控制使用混合高扭矩和低扭矩点火。


12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，这些被点火的工作室的空气充量取决于这些被点火的工作室上选择了该高扭矩输出还是该低扭矩输出而变化。


13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，该空气充量由凸轮致动的进气门和凸轮致动的排气门控制。


14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所选择的启用工作循环燃烧选自由以下项组成的组的燃料：汽油、天然气、乙醇、丙醇、其他醇、合成燃料和氢气。


15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，在该发动机的操作过程中逐点火时机地动态确定是使用高扭矩输出还是低扭矩输出。


16.一种用于控制具有多个工作室的内燃发动机的操作的发动机控制器，每个工作室通常被安排成用于以相继的工作循环来操作，其中，该发动机控制器被安排成用于动态地确定点火模式，该点火模式对所选择的启用工作循环进行点火并且导致所选择的不启用工作循环不被点火，其中用于所选择的启用工作循环的点火模式包括利用低温汽油燃烧工作循环的一些点火。


17.如权利要求16所述的发动机控制器，其中，这些所选择的启用工作循环使用低温汽油燃烧工作循环与一些其他类型的工作循环的混合。


18.如权利要求16或17所述的发动机控制器，其中，该低温燃烧工作循环是均质充量压缩点火工作循环。


19.如权利要求17所述的发动机控制器，其中，该其他类型的工作循环是火花点火工作循环。


20.如权利要求17所述的发动机控制器，其中，该其他类型的工作循环是不同于均质充量压缩点火工作循环的低温汽油燃烧工作循环。


21.如权利要求16至20中任一项所述的发动机控制器，其中，该点火模式是逐点火时机地确定的。


22.一种内燃发动机，包括：
凸轮轴，该凸轮轴具有凸轮凸部，这些凸轮凸部控制与该多个工作室中的每一者相关联的进气门的升程轮廓，
其中，这些相关联的进气门中的每一者能够以至少两个不同的非零升程轮廓操作，以及
如权利要求1至16中任一项所述的发动机控制器，其中该发动机控制器指示这些启用工作室使用该至少两个不同的非零升程轮廓中的哪一者。


23.一种使用动态点火水平调制发动机操作来操作内燃发动机的方法，其中，一些点火时机利用低温汽油燃烧。


24.一种车辆，包括：
内燃发动机，该内燃发动机具有至少一个气缸，该至少一个气缸被安排成用于选择性地以化学计量模式或稀薄燃烧模式操作；
第一后处理系统，该第一后处理系统用于当以该化学计量模式操作时处理来自该至少一个气缸的排气；以及
第二后处理系统，该第二后处理系统用于当以该稀薄燃烧模式操作时处理来自该至少一个气缸的排气。


25.如权利要求24所述的车辆，其中，该至少一个气缸进一步包括：第一排气门，该第一排气门被安排成用于提供到该第一后处理系统的通道；以及第二排气门，该第二排气门被安排成用于提供到该第二后处理系统的第二通道。


26.如权利要求25所述的车辆，进一步包括发动机控制器，该发动机控制器用于根据该至少一个气缸相应地是以该化学计量模式还是该稀薄燃烧模式操作来选择性地打开该第一排气门或该第二排气门。


27.如权利要求24至26中任一项所述的车辆，进一步包括发动机控制器，该发动机控制器被配置成用于控制该至少一个气缸的操作，该发动机控制器被配置成用于逐工作循环地确定该至少一个气缸是应当以化学计量模式还是该稀薄燃烧模式操作。


28.如权利要求24至27中任一项所述的车辆，进一步包括发动机控制器，该发动机控制器被配置成用于控制该至少一个气缸的操作，该发动机控制器被配置成用于逐工作循环地确定该至少一个气缸是应当被点火还是被跳过。


29.如权利要求24至28中任一项所述的车辆，其中，该第一后处理系统包括三元催化转化器。


30.如权利要求29所述的车辆，其中，该第一后处理系统进一步包括起燃催化转化器，该起燃催化转化器设置在该内燃发动机的至少一个气缸与该三元催化转化器之间。


31.如权利要求29所述的车辆，其中，该第一后处理系统进一步包括微粒过滤器。


32.如权利要求24至31中任一项所述的车辆，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃利奥特·A·奥尔蒂斯索托，马修·A·杨金斯，
申请(专利权)人：图拉技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US