專利名稱：用于廢氣后處理裝置的靈活被動(dòng)再生的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的廢氣后處理裝置的再生。
背景技術(shù)：
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種普通形式。它們?cè)谡＿\(yùn)行中通常采用四沖程循環(huán)。這四沖程包括吸氣、壓縮、膨脹和排氣。在吸氣沖程期間，將空氣吸入燃燒氣缸內(nèi)。在壓縮沖程期間，通過活塞壓縮空氣。在膨脹沖程期間，通過被壓縮和加熱的空氣點(diǎn)燃在壓縮沖程結(jié)尾部分過程中噴射到氣缸內(nèi)的燃料。在排氣沖程期間，將燃燒產(chǎn)物從氣缸排出。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，這不同于奧托循環(huán)內(nèi)燃機(jī)之處在于不使用火花塞，而是將空氣壓縮到這樣的程度和溫度，即，噴射到氣缸內(nèi)的霧化柴油燃料能夠瞬時(shí)點(diǎn)燃。在其它柴油發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中，已知具有六個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)沖程和多達(dá)兩個(gè)燃燒沖·程。例如，美國專利No. 6443108公開了一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)利用總共八個(gè)沖程，其中兩個(gè)燃燒事件引起作為八個(gè)中的一部分的膨脹沖程。第一燃燒以稀空氣-燃料比執(zhí)行，第二燃燒以化學(xué)計(jì)量的空氣-燃料比執(zhí)行，其中聲稱的益處是第一燃燒提供高效率，第二燃燒允許氮氧化物的高轉(zhuǎn)化效率。盡管包括作為總的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)一部分的附加的壓縮和膨脹沖程，燃燒事件不會(huì)發(fā)生在每個(gè)壓縮和膨脹沖程之間。盡管柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常是有效且高度成功的，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)缺陷是隨著燃燒產(chǎn)物排放排出的顆?；蛎簾煛ｋS著對(duì)環(huán)境的關(guān)注和要求變得逐漸嚴(yán)格，不得不給發(fā)動(dòng)機(jī)增加結(jié)構(gòu)并且不得不形成新的方法來減少隨著排放釋放的污染物。這些方法包括但不限于使用催化轉(zhuǎn)化器和廢氣再循環(huán)(EGR)。另一種方法涉及在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置的下游使用廢氣后處理裝置，諸如柴油顆粒過濾器(DPF)。DPF技術(shù)迫使燃燒氣體通過多孔材料以收集煤煙。DPF通常能夠去除85%到99%的顆粒。有許多不同的材料能夠制造DPF，包括但不限于堇青石、碳化硅、陶瓷纖維和金屬纖維。還有其它廢氣后處理裝置存在，諸如但不限于用于減少氧化亞氮排放的選擇性催化還原(SCR)裝置和用于減少一氧化碳和碳?xì)浠衔锱欧诺牟裼脱趸呋?DOC)裝置。特別參照柴油顆粒過濾器，雖然它們能有效去除煤煙，但它們需要不時(shí)地再生以去除聚集的煤煙。這能夠被動(dòng)地(通過向過濾器添加催化劑)或主動(dòng)地(通過提升廢氣的溫度)來執(zhí)行。催化劑是有效的，但增加了系統(tǒng)的成本。提升廢氣的溫度也是有效的，但也增加了系統(tǒng)的成本。例如，已知通過使用電阻線圈或微波能量來提升廢氣的溫度。但是，這兩種方法不僅要求有關(guān)線圈或微波發(fā)生器的附加結(jié)構(gòu)，還要求附加能量。使DPF再生的另一種被動(dòng)方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置的下游且DPF的上游增加燃料燃燒器或燃燒室。該燃燒室利用附加燃料產(chǎn)生熱并由此將廢氣溫度升高至使得DPF再生的足夠高的水平(通常在600 °F之上)。本受讓人熟知CRS (Caterpillar RegenerationSystem)，該方法在再生DPF方面也非常有效，但其不僅要求有關(guān)燃燒室的附加結(jié)構(gòu)，而且也要求附加燃料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開了一種操作具有廢氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該方法包括以四沖程一燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)；響應(yīng)于與廢氣后處理系統(tǒng)的狀況相關(guān)的第一觸發(fā)條件將操作模式轉(zhuǎn)變成八沖程三燃燒模式；以及響應(yīng)于與廢氣后處理系統(tǒng)的狀況相關(guān)的第二觸發(fā)條件將操作模式轉(zhuǎn)變回到四沖程一燃燒模式。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種使廢氣后處理裝置再生的方法，該方法包括將廢氣后處理裝置連接在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置下游，以及將經(jīng)過廢氣后處理裝置的氣體溫度升高至足以去除積聚在廢氣后處理裝置上的顆粒的水平，所述溫度通過在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中采用附加的壓縮和膨脹沖程組來升高，每組壓縮和膨脹沖程與附加的燃燒事件相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開了一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括氣缸；往復(fù)運(yùn)動(dòng)地安裝在氣缸內(nèi)的活塞；與氣缸操作地相聯(lián)的進(jìn)氣閥；與氣缸操作地相聯(lián)的排氣閥；連接在排氣閥的下游的廢氣后處理裝置；與進(jìn)氣閥和排氣閥中的每個(gè)相聯(lián)的能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器；以及在希望廢氣后處理裝置再生時(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)采用加強(qiáng)的燃燒循環(huán)的處理器。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性表示；圖2為可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)實(shí)踐的步驟的樣本序列的流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的氣缸蓋和閥挺桿的剖視圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的空動(dòng)裝置的一種實(shí)施方式的剖面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖并且特別參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)總體由附圖標(biāo)記100表示。發(fā)動(dòng)機(jī)100可以是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的類型為使用廢氣后處理裝置102來在發(fā)動(dòng)機(jī)100的廢氣釋放到大氣之前從其去除煤煙和其它燃燒產(chǎn)物。例如，廢氣后處理裝置102可以包括但不限于柴油顆粒過濾器(DPF)、選擇性催化還原裝置(SCR)和柴油氧化催化裝置(DOC)。這種廢氣后處理裝置102可以與這樣一種構(gòu)造(即，DOC在DPF的上游且DPF在SCR的上游)隔離或結(jié)合使用，以下將對(duì)此更加詳細(xì)地說明。發(fā)動(dòng)機(jī)100可以包括多個(gè)氣缸104,活塞106在氣缸104內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞106與氣缸104之間的空間限定燃燒室108。氣缸104可以在一端以氣缸蓋110封閉。連桿112可以從活塞106的基部延伸至曲軸114。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解的，曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力隨后可以用于使車輛運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置、向執(zhí)行器提供動(dòng)力等。進(jìn)氣閥116和排氣閥118往復(fù)運(yùn)動(dòng)地安裝在氣缸蓋110內(nèi)。更特別地，每個(gè)閥116和118可以包括閥桿120，閥頭122自閥桿120延伸。閥頭122適于在關(guān)閉時(shí)相對(duì)于設(shè)置在氣缸蓋110內(nèi)的閥座124配合，并且在打開時(shí)遠(yuǎn)離閥座124運(yùn)動(dòng)。閥116和118的運(yùn)動(dòng)可以通過閥挺桿組件126控制，如在這里將進(jìn)一步詳細(xì)說明的。氣缸蓋110還可以朝著燃燒室108安裝一個(gè)或多個(gè)燃料噴射器128。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解的，典型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以四沖程循環(huán)操作，這四沖程包括進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣。在進(jìn)氣沖程過程中，進(jìn)氣閥116打開且排氣閥118關(guān)閉，同時(shí)活塞106遠(yuǎn)離氣缸蓋110下降，由此允許空氣進(jìn)入燃燒室108。在壓縮沖程過程中，活塞106朝著氣缸蓋110運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)氣閥116和排氣閥118關(guān)閉，由此壓縮燃燒室108內(nèi)的空氣。在壓縮沖程的后期，例如在活塞106到達(dá)氣缸104內(nèi)的上止點(diǎn)位置之前運(yùn)動(dòng)的最后15至20度，柴油燃料通過燃料噴射器128噴射到壓縮空氣中，同時(shí)進(jìn)氣閥116和排氣閥118保持關(guān)閉。高度壓縮的空氣通過壓縮被加熱至在柴油燃料噴射時(shí)使柴油燃料自發(fā)燃燒的足夠高的溫度。這又迫使活塞106在膨脹中再次遠(yuǎn)離氣缸蓋110下降。在排氣沖程過程中，活塞朝著氣缸蓋110返回，且排氣閥118打開，由此從燃燒室108排出燃燒氣體和顆粒。在替代實(shí)施方式中，可以采用預(yù)混燃燒策略，其中燃料的一部分早在上止點(diǎn)之前40度等的時(shí)候噴射，或者也在膨脹沖程的早期噴射，特別是在第二或隨后的燃燒事件過程中噴射。雖然熟知四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的上述描述，本發(fā)明以許多方式背離傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)方式是在具有增加數(shù)量的總的沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中使用附加的燃燒事件，以將廢氣溫度升高至使得廢氣后處理裝置102再生的足夠高的水平。這明顯背離于包括本發(fā)明背景技術(shù)部分中提及的‘108專利的現(xiàn)有技術(shù)。雖然‘108專利公開了 6個(gè)、8個(gè)或更多個(gè)總的步驟，但其僅公開了兩個(gè)燃燒事件。這并不奇怪，因?yàn)椤?08專利未考慮升高·廢氣溫度，而只是考慮具有一個(gè)空氣-燃料比下的第一燃燒事件和不同的空氣-燃料比下的第二燃燒事件。如上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)100包括在排氣閥118下游且在排氣管128上游的廢氣后處理裝置102，其中燃燒氣體在排氣管128處釋放到大氣129。雖然廢氣后處理裝置102在從廢氣去除煤煙和其它顆粒方面是有效的，但廢氣后處理裝置102必須周期地再生以去除從廢氣過濾的煤煙和顆粒。本發(fā)明在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中使用附加的壓縮和膨脹沖程組，具有與每組相關(guān)聯(lián)的燃燒事件，以使通過排氣閥118釋放且朝著廢氣后處理裝置102指引的燃燒氣體的溫度升高?？梢酝ㄟ^任意數(shù)量的不同方式確定廢氣后處理裝置102的再生何時(shí)是必要的，在這里描述多種示例性的方法。在圖I描繪的第一實(shí)施方式中，可以提供壓力傳感器130來測(cè)量經(jīng)過廢氣后處理裝置的壓降^ P。如果^ P在預(yù)定值之上，與壓力傳感器130通信的處理器132可以使發(fā)動(dòng)機(jī)100轉(zhuǎn)換到加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。如這里所使用的，“加強(qiáng)的燃燒循環(huán)”是指采用至少一個(gè)進(jìn)氣沖程、兩個(gè)或更多個(gè)壓縮沖程、兩個(gè)或更多個(gè)膨脹沖程以及至少一個(gè)排氣沖程且每個(gè)壓縮和膨脹沖程之間發(fā)生燃燒事件的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。例子可包括具有3燃燒事件的8沖程循環(huán)，包括(以下述順序)進(jìn)氣、壓縮(以燃燒結(jié)束)、膨脹、壓縮(以燃燒結(jié)束)、膨脹、壓縮(以燃燒結(jié)束)、膨脹和排氣沖程。在替代實(shí)施方式中，可以使用6、10或更多個(gè)沖程循環(huán)。所使用的沖程數(shù)量可以取決于排放至廢氣后處理裝置102的燃燒氣體的所得溫度。為了使這種過濾器102再生，燃燒氣體的溫度通常必須是600 °F或更高，但如果再生能夠在較低溫度實(shí)現(xiàn)或者這種溫度可以通過較少?zèng)_程和燃燒事件實(shí)現(xiàn)，所得循環(huán)可以改變。相反，所使用的廢氣后處理裝置102的具體類型需要具有甚至更高的氣體溫度以便再生，可以要求附加沖程和燃燒事件。在另一種實(shí)施方式中，要求再生的確定可以不取決于經(jīng)過廢氣后處理裝置102的壓降」P，而是可以基于自最后一次再生的經(jīng)過時(shí)間。在這種實(shí)施方式中，可以提供與處理器132通信的計(jì)時(shí)器134。還可以提供存儲(chǔ)器135，以存儲(chǔ)自再生的經(jīng)過時(shí)間或存儲(chǔ)用于確定何時(shí)要求再生的不同算法。
在另一種實(shí)施方式中，可以利用射頻(RF)傳感器技術(shù)。更特別地，可以在廢氣后處理裝置102的一側(cè)上設(shè)置射頻發(fā)射器136，并且在另一側(cè)上設(shè)置射頻接收器137。在這種配置中，RF發(fā)射器136可以發(fā)射由RF接收器137接收的信號(hào)。但是，廢氣后處理裝置102中存在的煤煙量將影響接收的信號(hào)的強(qiáng)度。因此，隨著煤煙聚集，信號(hào)將隨時(shí)間持續(xù)衰減。最終，信號(hào)強(qiáng)度將弱化至提示廢氣后處理裝置102應(yīng)當(dāng)再生的閾值。該閾值能夠存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器135中，并且測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度能夠通過處理器132與閾值持續(xù)比較，在要求再生時(shí)，處理器啟動(dòng)加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。用于其它廢氣后處理裝置的觸發(fā)條件可以是不同的。例如，對(duì)于DOC或SCR，觸發(fā)條件可以是測(cè)量的催化劑效率以降低排放。更特別地，對(duì)于SCR，測(cè)量的NOx輸出可以是觸發(fā)條件，而對(duì)于D0C，測(cè)量的一氧化碳(CO)或碳?xì)浠衔?HC)水平可以用作觸發(fā)條件。相應(yīng)地，處理器132可以將測(cè)量的值相對(duì)于閾值比較并且在越過閾值時(shí)啟動(dòng)再生。當(dāng)處理器132確定要求再生時(shí)，利用前述任意方法，處理器132可以將發(fā)動(dòng)機(jī)100從四沖程一燃燒循環(huán)轉(zhuǎn)換到八沖程三燃燒循環(huán)或一些其它加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。這可以通過例 如采用與每個(gè)閥挺桿組件126操作地相關(guān)聯(lián)的任意數(shù)量的不同空動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)。如這里所使用的，“空動(dòng)裝置(lost motion device) ”是指接收輸入能量但選擇性地提供輸出能量的任何類型的結(jié)構(gòu)。圖3和4中顯示了其中一種示例性實(shí)施方式。如這里所描繪的，空動(dòng)裝置可以作為具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138，并且作為閥挺桿組件126的一部分來提供。更特別地，進(jìn)氣閥116和排氣閥118的閥桿120可以通過設(shè)置在氣缸蓋110頂部的彈簧140偏置到閉合構(gòu)型。當(dāng)希望打開閥116、118之一時(shí)，搖臂142轉(zhuǎn)動(dòng)(圖3中逆時(shí)針)以便下壓彈簧140和閥桿120。搖臂142通過桿144的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪146的方向而這樣轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪146安裝在與曲軸114 一起轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪軸148上。這里，重要的是注意到，前述描述了頂閥類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，但空動(dòng)裝置還可以容易地被設(shè)計(jì)成與頂置凸輪設(shè)計(jì)等一起使用。如果桿144簡(jiǎn)單地是實(shí)心金屬件，閥116、118將在每次凸輪146回轉(zhuǎn)時(shí)打開，并且在每次凸輪146經(jīng)過桿144時(shí)通過彈簧140返回到閉合位置。但是，可以提供具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138來選擇性地使閥116和118根據(jù)需要保持閉合。更特別地，如圖4中最好地示出，具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138可以包括能夠在氣缸152內(nèi)滑動(dòng)并且通過彈簧154分隔的活塞150。如圖3中最好地示出，活塞150可以包括適于接收閥桿144的桿座156。該配置提供一定量的間隙，使得當(dāng)凸輪146轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其向上推動(dòng)氣缸152并且壓縮彈簧154。由于彈簧154在那里以吸收氣缸152的運(yùn)動(dòng)，活塞150不運(yùn)動(dòng)并且搖臂142也不運(yùn)動(dòng)，由此保持閥116、118閉合。換句話說，彈簧154不克服彈簧140的力以打開閥，由此氣缸152相對(duì)于活塞150運(yùn)動(dòng)。但是，當(dāng)希望凸輪146打開閥116或118時(shí)，使得諸如發(fā)動(dòng)機(jī)油的液壓流體在入口158處進(jìn)入空動(dòng)裝置138。如圖4所示，入口 158連接到在活塞150下方的挺桿空間160并且通過快速切斷閥162在壓力下保持就位。流體壓力使得閥162向左運(yùn)動(dòng)(圖4)以阻擋從挺桿空間160的出口通道。只要油連通到挺桿空間160并且通過切斷閥162在壓力下保持在這，活塞150和氣缸152就相對(duì)于彼此剛性地保持就位并且由彈簧154提供的間隙無效。相應(yīng)地，當(dāng)凸輪146轉(zhuǎn)動(dòng)到與氣缸152接合時(shí)，其向上運(yùn)動(dòng)并且活塞150和桿144也向上運(yùn)動(dòng)。桿144的向上運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致?lián)u臂142樞轉(zhuǎn)并由此使得閥116或118打開。
在替代實(shí)施方式中，不必采用機(jī)械空動(dòng)裝置。例如，前述配置可以僅允許具有多個(gè)四沖程，例如四個(gè)、八個(gè)或十二個(gè)沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。如果希望是諸如六個(gè)、十個(gè)等其他循環(huán)，或者出于其他原因，可以采用根據(jù)需要保持閥閉合的不同構(gòu)型。這種配置可以包括使用電致動(dòng)閥163，即，其僅在接收到來自處理器132的信號(hào)時(shí)選擇性地打開。在其它實(shí)施方式中，可以采用諸如具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138和電閥致動(dòng)器163等其它形式的能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器。如這里所使用的，“能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器”能夠被控制以僅根據(jù)加強(qiáng)的燃燒循環(huán)的需要來打開進(jìn)氣閥和排氣閥，而不是每次發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸148轉(zhuǎn)動(dòng)都打開進(jìn)氣閥和排氣閥。由于這種結(jié)構(gòu)就位，發(fā)動(dòng)機(jī)100能夠在正常工作時(shí)以傳統(tǒng)的四沖程一燃燒循環(huán)操作，或者當(dāng)希望廢氣后處理裝置再生時(shí)轉(zhuǎn)換到八沖程三燃燒循環(huán)或其它加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。所有需要做的是處理器130使得具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138、電閥致動(dòng)器163或其它能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器適當(dāng)接合或斷開。在所描繪的機(jī)械例子中，這是指當(dāng)空動(dòng)裝置接 合時(shí)將液壓流體引至挺桿空間160并且將切斷閥162保持閉合，但在其它實(shí)施方式中，可以采用包括但不限于彈簧、單向離合器、棘輪等任何數(shù)量的其它形式的空動(dòng)裝置。在操作中，如本發(fā)明所教導(dǎo)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作和廢氣后處理裝置再生的方法在圖2的流程圖中提及。如其中所示，第一步驟164可以是處理器132決定經(jīng)過廢氣后處理裝置102的Z P是否在預(yù)定值之上。如果該觸發(fā)條件滿足，如步驟166中所示，這將指示廢氣后處理裝置102變得飽和并且需要再生。當(dāng)然，在替代實(shí)施方式中，可以利用包括但不限于上面公開的經(jīng)過時(shí)間、RF信號(hào)強(qiáng)度以及測(cè)量的一氧化二氮、一氧化碳和碳?xì)浠衔飳?shí)施方式的其它觸發(fā)條件。這通過處理器132將發(fā)動(dòng)機(jī)100轉(zhuǎn)換到八沖程或其它加強(qiáng)的燃燒循環(huán)開始，如步驟168所示。這時(shí)，具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件138如步驟170中被選擇性地接合，以保持閥116和118在第二、第三或更多組壓縮和膨脹沖程且壓縮沖程和膨脹沖程之間具有燃燒事件的過程中閉合。這又導(dǎo)致燃燒室108內(nèi)的燃燒氣體的溫度如步驟172中所指示的升高至能夠在步驟174中當(dāng)被引導(dǎo)至廢氣后處理裝置102時(shí)去除煤煙的足夠高的溫度。如圖所示，對(duì)經(jīng)過廢氣后處理裝置102的」P的這種監(jiān)測(cè)是持續(xù)的，因?yàn)橐坏┥邷囟鹊臍怏w被引導(dǎo)通過廢氣后處理裝置102，該方法立即返回到步驟164以再次確定經(jīng)過廢氣后處理裝置102的Z P是否在預(yù)定水平之上。最終，將從廢氣后處理裝置102去除充分的煤煙，以使經(jīng)過廢氣后處理裝置102的」P降至預(yù)定水平之下。除了壓降確定步驟164之外，或者代替壓降確定步驟164，該方法還能夠基于自最后一次再生的經(jīng)過時(shí)間確定是否需要再生。該觸發(fā)條件由步驟176所示。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)制造商知曉在發(fā)動(dòng)機(jī)操作的每X數(shù)量小時(shí)就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再生，那么一旦越過閾值，就可啟動(dòng)再生。在這種情況下，該方法隨后將返回到步驟166。在替代方案中，如果自最后一次再生的時(shí)間還未超過預(yù)定水平并且經(jīng)過廢氣后處理裝置的壓降Z P不在預(yù)定水平之上，那么處理器132可以確定不需要八沖程或其它加強(qiáng)的燃燒循環(huán)，并且如步驟178中所指示的返回到正常的四沖程循環(huán)操作。在所描繪的實(shí)施方式中，這又是指切斷閥162打開并且由此空動(dòng)裝置138斷開(參照步驟180)，使得閥116和118能夠隨著凸輪146的每次回轉(zhuǎn)打開。在另一種替代方案中，可以如步驟182中所指示的將所接收的RF信號(hào)的強(qiáng)度與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的閾值相比較。如果信號(hào)強(qiáng)度足夠微弱，這將提示需要再生并且如步驟166中所指示的加強(qiáng)的燃燒循環(huán)能夠開始。這將持續(xù)直到RF信號(hào)強(qiáng)度回復(fù)到閾值之上的強(qiáng)度，這時(shí)，能夠如步驟178所指示的恢復(fù)正常的四沖程操作。工業(yè)實(shí)用性從前述可以看出這里公開的技術(shù)在諸如但不限于操作柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以便根據(jù)需要使廢氣后處理裝置再生的多種設(shè)置中具有工業(yè)實(shí)用性。相對(duì)于使用諸如在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置的下游且在廢氣后處理裝置的上游的燃燒器或類似定位的微波發(fā)生器或電阻線圈的成本高的附加結(jié)構(gòu)，本發(fā)明允許升高溫度的氣體直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室內(nèi)產(chǎn)生并且直接連通到廢氣后處理裝置。這樣，不僅避免了現(xiàn)有技術(shù)的附加結(jié)構(gòu)的成本，也避免了這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)為了得到更有效的系統(tǒng)所要求的附加燃料或能量。本發(fā)明的教導(dǎo)能夠應(yīng)用于任何新制造的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，或者簡(jiǎn)單地通過增加空動(dòng)裝置、電閥致動(dòng)器等并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)處理器進(jìn)行編程以確定何時(shí)要求再生以及何時(shí)接合和斷開執(zhí)行再生的結(jié)構(gòu)以來改造現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)。通過利用本發(fā)明的教導(dǎo)，提供了一種用以操作柴油發(fā)動(dòng)機(jī)并且使與其相關(guān)聯(lián)的廢·氣后處理裝置再生的成本有效的方法。相應(yīng)地，能夠滿足針對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的當(dāng)前環(huán)境規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種操作具有廢氣后處理系統(tǒng)(102)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的方法，包括 以四沖程一燃燒模式操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)； 響應(yīng)于與所述廢氣后處理系統(tǒng)(102)的狀況相關(guān)聯(lián)的第一觸發(fā)條件將操作模式轉(zhuǎn)變成八沖程三燃燒模式；以及 響應(yīng)于與所述廢氣后處理系統(tǒng)(102)的狀況相關(guān)聯(lián)的第二觸發(fā)條件將操作模式轉(zhuǎn)變回到所述四沖程一燃燒模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述第一觸發(fā)條件在經(jīng)過所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的廢氣后處理裝置(102)的壓降超過預(yù)定水平時(shí)出現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述第一觸發(fā)條件在自最后一次再生經(jīng)過的時(shí)間被超過時(shí)出現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述第一觸發(fā)條件和第二觸發(fā)條件涉及RF信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，以所述八沖程三燃燒模式操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)包括使用至少一個(gè)空動(dòng)裝置來選擇性地禁止排氣閥(118)和進(jìn)氣閥(116)中的至少一個(gè)的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述空動(dòng)裝置是操作地將所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪(146)與連接到所述排氣閥(118)和進(jìn)氣閥(116)中的一個(gè)的閥挺桿組件(126)斷開的凸輪隨動(dòng)件(138)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，以所述八沖程三燃燒模式操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)包括使用電閥致動(dòng)器(163)來選擇性地禁止排氣閥(118)和進(jìn)氣閥(116)中的至少一個(gè)的操作。
8.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(100),包括 氣缸(104)； 往復(fù)運(yùn)動(dòng)地安裝在所述氣缸(104)內(nèi)的活塞(106)； 與所述氣缸(104)操作地相聯(lián)的進(jìn)氣閥(116)； 與所述氣缸(104)操作地相聯(lián)的排氣閥(118)； 連接在所述排氣閥(118)的下游的廢氣后處理裝置(102)； 與所述進(jìn)氣閥(116)和排氣閥(118)中的每個(gè)相聯(lián)的能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器；以及 能夠在希望所述廢氣后處理裝置(102)再生時(shí)接合所述能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器的處理器(132)，所述處理器(132)在希望廢氣后處理裝置(102)再生時(shí)使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)(100)采用加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其中，所述加強(qiáng)的燃燒循環(huán)包括一進(jìn)氣沖程、三壓縮沖程、三膨脹沖程和一排氣沖程，其中，燃燒事件與每對(duì)壓縮沖程和膨脹沖程相關(guān)聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其中，所述能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器是具有空動(dòng)能力的凸輪隨動(dòng)件(138)和電閥致動(dòng)器(163)中的一種。
全文摘要
公開了一種具有廢氣后處理裝置再生能力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其操作方法。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以采用諸如柴油顆粒過濾器的廢氣后處理裝置來去除來自發(fā)動(dòng)機(jī)排出的燃燒氣體的煤煙。為了使廢氣后處理裝置再生，通過在特定發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中采用活塞的多個(gè)壓縮和膨脹沖程來使廢氣的溫度充分升高，其中燃燒事件與每對(duì)壓縮和膨脹沖程相關(guān)聯(lián)。發(fā)動(dòng)機(jī)可以在傳統(tǒng)動(dòng)力操作過程中以四沖程一燃燒循環(huán)操作，并且在再生過程中轉(zhuǎn)換到加強(qiáng)的燃燒循環(huán)。加強(qiáng)的燃燒循環(huán)可以包括具有三燃燒事件的八沖程。發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過使用任何能夠選擇性致動(dòng)的閥致動(dòng)器在循環(huán)之間轉(zhuǎn)換，以防止在再生過程中進(jìn)氣閥和排氣閥打開。
文檔編號(hào)F01N3/023GK102906383SQ201180021408
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者S·B·菲維蘭德, C·R·格克 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司