对置活塞发动机中的排气催化剂起燃制造技术

在其排气系统中包括催化后处理装置的对置活塞发动机中，监测指示后处理装置的催化剂温度的排气状况。当催化剂温度接近或低于起燃温度(S3)时，执行催化剂起燃程序以升高催化剂的温度(S4

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对置活塞发动机中的排气催化剂起燃


[0001]本专利技术涉及通过空气/燃料混合物的压缩点火燃烧操作的对置活塞发动机中的催化剂起燃。

技术介绍

[0002]对置活塞发动机是一种内燃发动机，其特征在于设置在气缸孔中的两个活塞的布置，用于沿气缸中心轴线在相反方向上往复运动。在许多情况下，对置活塞发动机通过曲轴的一次完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程来完成一个操作循环。冲程通常表示为压缩冲程和做功冲程。每个活塞在最靠近气缸一端的底部中心(BC)区域和气缸内最远离所述端且最接近另一个活塞的顶部中心(TC)区域之间移动。在压缩冲程期间，活塞从BC位置向彼此移动，压缩其端面之间的增压空气。当活塞通过其TC位置时，喷射到压缩增压空气中并与压缩增压空气混合的燃料被压缩空气的热量点燃，随后燃烧，开始做功冲程。在做功冲程期间，产生的燃烧压力促使活塞朝向它们的BC位置分离。气缸在相应的BC区域附近具有端口。每个相对的活塞控制相应的一个端口，当端口移动到其BC区域时打开该端口，并且当端口从BC移动向其TC区域时关闭该端口。一个端口用于将增压空气(有时称为“扫气”)吸入孔中，另一个端口为燃烧产物提供通道离开孔；这些分别称为“进气端口”和“排气端口”(在一些描述中，进气端口称为“空气”端口或“扫气”端口)。在单向流扫气的对置活塞发动机中，当加压的增压空气通过气缸一端附近的其进气端口进入气缸时，排气从另一端附近的其排气端口流出；因此，气体以单一方向(“单向流”)流经气缸，即从进气端口流向排气端口。
[0003]对置活塞发动机的空气处理系统管理发动机操作期间提供给发动机的增压空气和发动机产生的排气的输送。代表性的空气处理系统结构包括增压空气子系统和排气子系统。增压空气子系统接收和增压空气，并且包括将加压空气递送到发动机的一个或多个进气端口的增压空气通道。增压空气子系统可包括涡轮驱动压缩机和机械增压器中的一个或两个。增压空气通道可包括至少一个空气冷却器，该空气冷却器被耦接以在递送到发动机的进气端口之前接收和冷却增压空气。排气子系统具有排气通道和排气再循环(EGR)回路，排气通道将排气从发动机排气端口递送到其他排气子系统部件，诸如驱动压缩机的涡轮，排气再循环回路将排气输送到增压空气系统。
[0004]内燃发动机可配备有排气后处理装置。它们被构造成通过可包括催化、分解和过滤中的一种或多种的热驱动过程将燃烧副产物(诸如NO、NO2以及碳烟和排气中的其他未燃烧碳氢化合物)转化为无害化合物。氮氧化物(统称为NOx)通过选择性催化还原(SCR)技术去除，该技术包括当达到阈值温度(“起燃温度”)时开始操作(“起燃”)的催化剂。一旦起燃发生，催化活性随温度而增加。存在一个温度范围(“有效温度范围”)，在该温度范围内催化剂表现最佳；不同的催化材料具有不同的有效温度范围。导致催化剂装置操作的热量自排气本身获得，并且当排气焓(热含量)足以将催化剂维持在其有效温度范围内时，该装置操作最有效。用于配备有后处理装置(包括SCR装置)的内燃发动机的排气管理策略试图向催化剂装置递送足够的排气热，以使该装置能够最佳地操作。当催化剂温度低于其有效温度
范围时，催化活性下降，并且催化作用可能完全停止。在这些情况下，必须提高排气焓以恢复有效的催化性能。
[0005]因此，当配备有催化后处理装置的内燃发动机首次在冷的内部和环境条件下起动(“冷起动”)时，重要的是尽可能快地实现起燃，以便在后处理装置的控制下快速地带来不期望的排放。当发动机在导致排气流量减少的条件下操作时，将排气焓维持在使催化剂保持在有效温度范围内的水平也很重要。这些条件包括怠速和低负荷操作。
[0006]环境温度和压力影响内燃发动机的燃烧质量。在压燃式发动机中，气缸中的增压空气被压缩，直到达到气缸中空气和燃料自动起燃所需的温度。在通过压缩点火运行的二冲程循环对置活塞发动机中，燃烧质量可受到气缸中温度变化以及点火前或点火时扫气期间发生的进气和排气相互作用的影响。当起动发动机时，特别是在缸内温度达到支持稳定燃烧的水平之前的寒冷条件下，这种敏感性可表现为失火和/或不均匀燃烧。
[0007]与柴油燃烧相关联的排放相关的政府政策的主要目标之一是将排气管发动机排出的NOx推动到历史最低水平。尽快增加柴油发动机的排气焓，以使SCR系统在尽可能短的时间内达到操作效率，是特别有益的。当发动机冷起动时，其燃烧特性与正常工况期间的燃烧特性大不相同。在发动机起动直到其排气焓上升到导致催化剂起燃的水平的周期期间，SCR系统将无法有效降低发动机排放的NOx。在冷起动期间，尾管排放量高于暖起动期间的尾管排放量，甚至高于发动机暖起动的同时怠速时的尾管排放量。因此，希望尽快将催化剂温度提高到起燃水平，同时将NOx排放保持在可接受水平；这必然包括快速实现稳定燃烧。
[0008]将对置活塞发动机的排气子系统配置有后处理装置是有用的，当排气在被排放到大气中之前通过该装置时，该后处理装置净化排气中的不良成分。特别是，期望二冲程循环、单向流扫气、压缩点火、对置活塞发动机能够快速提高排气焓，以便在发动机冷起动后快速点燃选择性催化剂还原装置，同时将排气焓维持在发动机正常操作期间保持催化剂在有效温度范围内的水平。
[0009]美国专利公布2015/0128907中提出了在冷起动条件下快速实现对置活塞发动机稳定燃烧问题的解决方案。该解决方案包括，在喷射燃料之前，防止空气流经发动机，同时起动转动发动机以加热发动机中保留的空气，随后控制质量空气流过发动机和燃料喷射到发动机中，以便产生和保持热量，用于稳定燃烧和转换到怠速操作状态。
[0010]PCT国际公布WO 2013/126347描述了一种基于对递送到气缸的新鲜空气和EGR质量与气缸中捕集的增压空气质量之比的控制来管理具有EGR的对置活塞发动机的排气温度的策略。该策略通过在发动机操作期间确定发动机气缸中的捕集温度值并将该值维持在预定范围内来实现。捕集温度的控制通过控制修正的空气递送比来实现，修正的空气递送比被定义为在发动机循环期间递送到气缸的增压空气质量除以气缸最后一个端口(通常为进气端口)关闭时保留在气缸中的增压空气质量。修正空气递送比的低值导致更高水平的内部残余物，从而导致捕集温度升高。
[0011]美国专利公布2015/0128907中提出的对置活塞冷起动策略不包括一旦实现稳定燃烧就实现催化剂快速起燃的任何特定程序。在PCT国际公开WO2013/126347中描述的对置活塞的排气控制策略是基于气缸中的捕集温度，并且在一些情况下，如果不是不准确的话，也可能是不完整的，因为没有考虑到排气从气缸输送到后处理装置期间的热损失。这两份专利公布均未提供一种完整的排气控制方法，该方法旨在当必须在对置活塞的冷起动期间
向排气系统快速提供热能，并且在发动机起动后的正常操作期间必须维持峰值NOx降低效率时，在整个操作循环中实现低NOx排放水平。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种操作对置活塞发动机的方法，以实现设置在对置活塞发动机的排气通道中的催化后处理装置的快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作对置活塞发动机的方法，所述对置活塞发动机包括气缸、靠近所述气缸的第一端的进气端口、靠近所述气缸的第二端的排气端口、被配置为将质量空气流量输送到所述进气端口的增压空气通道、被配置为从所述排气端口输送排气的排气通道、所述排气通道中的背压阀和所述排气通道中的催化后处理装置，所述催化后处理装置包括具有起燃温度的催化剂，所述方法包括：启动所述对置活塞发动机的操作；通过在燃烧室中喷射的燃料的压缩点火操作所述对置活塞发动机，所述燃烧室形成在设置成在所述气缸中反向运动的一对活塞的端面之间；当所述对置活塞发动机正在操作时，感测指示所述催化剂的温度的排气状况；根据所述对置活塞发动机的操作状态，响应于所述排气状况启动催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于怠速时，通过增加到所述进气端口的所述质量空气流量并关闭所述背压阀来执行所述催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于踩油门瞬态状况时，通过增加到所述进气端口的所述质量空气流量、增加喷射的燃料的量和提前所述喷射的燃料的喷射正时来执行所述催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于松油门瞬态状况时，通过降低到所述进气端口的所述质量空气流量并延迟喷射的燃料的所述喷射正时来执行所述催化剂起燃程序；以及当所述排气状况指示所述催化剂起燃程序期间所述催化剂的所述温度超过催化剂起燃阈值时，将所述对置活塞发动机转换到正常工况。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气状况是排气温度。3.根据权利要求2所述的方法，其中增加到所述进气端口的所述质量空气流量包括调节所述对置活塞发动机的涡轮增压器和机械增压器。4.根据权利要求3所述的方法，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述排气通道中的废气门。5.根据权利要求3所述的方法，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述涡轮增压器的涡轮的可调节元件。6.根据权利要求3所述的方法，其中调节所述机械增压器包括增加所述机械增压器的速度。7.根据权利要求6所述的方法，其中增加所述机械增压器的所述速度包括改变机械增压器驱动装置的速度比。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气状况是排气焓。9.根据权利要求8所述的方法，其中增加到所述进气端口的所述质量空气流量包括调节所述对置活塞发动机的涡轮增压器和机械增压器。10.根据权利要求9所述的方法，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述排气通道中的废气门。11.根据权利要求9所述的方法，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述涡轮增压器的涡轮的可调节元件。12.根据权利要求9所述的方法，其中调节所述机械增压器包括增加所述机械增压器的速度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中增加所述机械增压器的所述速度包括改变机械增压器驱动装置的速度比。14.一种对置活塞发动机，其包括：气缸，其具有靠近所述气缸的第一端的进气端口和靠近所述气缸的第二端的排气端口；一对活塞，其设置成在所述气缸中反向运动；增压空气通道，其被配置为将质量空气流量输送到所述进气端口；排气通道，其被配置为从所述排气端口输送排气；所述排气通道中的背压阀；以及所述排气通道中的催化后处理装置，所述催化后处理装置包括具有起燃温度的催化剂，所述对置活塞发动机还包括控制单元，所述控制单元被编程为：启动所述对置活塞发动机的操作；当所述对置活塞发动机通过喷射到形成在所述一对活塞的端面之间的燃烧室中的燃料的压缩点火而操作时，感测指示所述催化剂的温度的排气状况；根据所述对置活塞发动机的操作状态，响应于所述排气状况启动催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于怠速操作状态时，通过增加到所述进气端口的所述质量空气流量并关闭所述背压阀来执行所述催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于踩油门瞬态状况时，通过增加到所述进气端口的所述质量空气流量、增加喷射的燃料的量和提前所述喷射的燃料的喷射正时来执行所述催化剂起燃程序；当所述对置活塞发动机处于松油门瞬态状况时，通过减少到所述进气端口的所述质量空气流量并延迟喷射的所述喷射正时来执行所述催化剂起燃程序；以及，当所述排气状况指示所述催化剂起燃程序期间所述催化剂的所述温度超过催化剂起燃阈值时，将所述对置活塞发动机转换到正常工况。15.根据权利要求14所述的对置活塞发动机，其中所述排气状况是排气温度。16.根据权利要求15所述的对置活塞发动机，其中增加到所述进气端口的所述质量空气流量包括调节所述对置活塞发动机的涡轮增压器和机械增压器。17.根据权利要求16所述的对置活塞发动机，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述排气通道中的废气门。18.根据权利要求16所述的对置活塞发动机，其中调节所述涡轮增压器包括关闭所述涡轮增压器的涡轮的可调节元件。19.根据权利要求16所述的对置活塞发动机，其中调节所述机械增压器包括增加所述机械增压器的速度。20.根据权利要求19所述的对置活塞发动机，其中增加所述机械增压器的所述速度包括改变机械增压器驱动装置的速度比。21.根据权利要求14所述的对置活塞发动机，其中所述排气状况是排气焓。...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：阿凯提兹动力公司，
类型：发明
国别省市：