用于帶有直流掃氣的對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣處理控制的制作方法
【專利說明】
[oow] 相關(guān)申請
[0002] 本申請包含與如下共同轉(zhuǎn)讓的申請有關(guān)的主題：公布為US2011/0289916的 美國申請13/068, 679 ;公布為W02013/126347的PCT申請US2013/026737 ;和公布為 US2013/0174548 的美國申請 13/782, 802。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本領(lǐng)域是二沖程循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，本領(lǐng)域設(shè)及帶有空氣處理系統(tǒng)的直流 掃氣式對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其中空氣處理系統(tǒng)為燃燒提供加壓的增壓空氣并且處理燃燒的產(chǎn) 物。在一些方面，此類空氣處理系統(tǒng)為了降低燃燒溫度而再循環(huán)排氣并且將排氣與加壓的 增壓空氣混合。
【背景技術(shù)】
[0004] 二沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是通過曲軸的單一完整旋轉(zhuǎn)和連接到曲軸的活塞的兩個(gè)沖程 來完成功率循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。二沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例是其中兩個(gè)活塞被對置設(shè)置 在汽缸的缸孔化ore)中W便在相反方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。汽缸具有縱向間 隔開的入口和排氣口，所述入口和排氣口位于汽缸的相應(yīng)兩端附近。對置活塞中的每一個(gè) 控制其中一個(gè)氣口，當(dāng)該活塞移動(dòng)到下止點(diǎn)度C)位置時(shí)打開對應(yīng)氣口，而當(dāng)該活塞從BC向 上止點(diǎn)（TC)位置移動(dòng)時(shí)關(guān)閉對應(yīng)氣口。其中一個(gè)氣口為燃燒產(chǎn)物提供離開缸孔的通道，另 一個(gè)氣口用于允許增壓空氣進(jìn)入缸孔；它們分別被稱為"排氣"口和"進(jìn)氣"口。在直流掃 氣式對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中，增壓空氣通過其進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸并且排氣流出其排氣口，因此氣 體在單一方向（"單向流"）上從進(jìn)氣口到排氣口流過氣缸。 陽0化]在圖1中，直流掃氣式二沖程循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被體現(xiàn)為具有至少一個(gè)氣道式汽缸 50的對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)49。例如，該發(fā)動(dòng)機(jī)可W具有一個(gè)氣道式汽缸、兩個(gè)氣道式汽缸、Ξ個(gè) 氣道式汽缸或四個(gè)或更多個(gè)氣道式汽缸。每個(gè)氣道式汽缸50具有缸孔52和在氣缸壁的相 應(yīng)兩端形成或機(jī)加工的縱向間隔開的排氣口 54和進(jìn)氣口 56。排氣口 54和進(jìn)氣口 56中的 每一個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)周向的開口陣列，其中相鄰的開口被實(shí)體橋（solidbridge)分隔 開。在一些描述中，每個(gè)開口被稱為"氣口";然而，此類"氣口"的周向陣列的構(gòu)造不同于圖 1所示的氣口構(gòu)造。在所示示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)49還包括兩個(gè)曲軸71和72。排氣活塞60和進(jìn) 氣活塞62被可滑動(dòng)地設(shè)置在缸孔52內(nèi)，其中兩個(gè)活塞的端表面61和63彼此相對。排氣 活塞60被禪接到曲軸71，而進(jìn)氣活塞被禪接到曲軸72。
[0006] 當(dāng)活塞60和62接近TC時(shí)，燃燒室被限定在缸孔52內(nèi)活塞的端表面61和63之 間。燃料通過至少一個(gè)燃料噴射器噴嘴100被直接噴射到燃燒室內(nèi)，所述噴嘴被定位在穿 過汽缸50的側(cè)壁的開口中。燃料與被允許通過進(jìn)氣口 56進(jìn)入缸孔的增壓空氣混合。當(dāng)空 燃混合物在端表面之間被壓縮時(shí)，其達(dá)到導(dǎo)致燃燒的溫度。
[0007] 進(jìn)一步參照圖1，發(fā)動(dòng)機(jī)49包括空氣處理系統(tǒng)51，該空氣處理系統(tǒng)管理提供到發(fā) 動(dòng)機(jī)49的增壓空氣和由發(fā)動(dòng)機(jī)49產(chǎn)生的排氣的輸送。代表性的空氣處理系統(tǒng)構(gòu)造包括增 壓空氣子系統(tǒng)和排氣子系統(tǒng)。在空氣處理系統(tǒng)51中，增壓空氣子系統(tǒng)包括：接收新鮮空氣 并將其處理成增壓空氣的增壓源；禪接到增壓空氣源的增壓空氣通道，增壓空氣通過該通 道被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)進(jìn)氣口；W及在增壓空氣通道中的至少一個(gè)空氣冷卻器，其 被禪接W在增壓空氣被傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口之前接收并冷卻增壓空氣（或 包括增壓空氣的氣體混合物）。此類冷卻器可W包含氣-液（air-to-liquid)裝置和/或 氣-氣（air-to-air)裝置或其他冷卻裝置。排氣子系統(tǒng)包括排氣通道，所述排氣通道輸送 來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口的排氣產(chǎn)物，W便傳遞到其他排氣組件。
[0008] 進(jìn)一步參照圖1，空氣處理系統(tǒng)51包括滿輪增壓器120,該滿輪增壓器120具有在 公共軸123上旋轉(zhuǎn)的滿輪121和壓縮機(jī)122。滿輪121被禪接到排氣子系統(tǒng)，并且壓縮機(jī) 122被禪接到增壓空氣子系統(tǒng)。滿輪增壓器120從排氣中汲取能量，所述排氣從排氣口 54 排出并且從排氣口 54直接流入排氣通道124內(nèi)或從排氣歧管125流入排氣通道124內(nèi)，其 中排氣歧管125收集通過排氣口 54輸出的排氣。就此而言，滿輪121被經(jīng)過它的排氣旋轉(zhuǎn)。 運(yùn)使壓縮機(jī)122旋轉(zhuǎn)，促使壓縮機(jī)通過壓縮新鮮空氣產(chǎn)生增壓空氣。增壓空氣子系統(tǒng)包括 機(jī)械增壓器110。由壓縮機(jī)122輸出的增壓空氣流經(jīng)增壓空氣通道126到冷卻器127,由此 增壓空氣被機(jī)械增壓器110累送到進(jìn)氣口。由機(jī)械增壓器110壓縮的增壓空氣可W通過冷 卻器129輸出到進(jìn)氣歧管130。經(jīng)由進(jìn)氣歧管130,進(jìn)氣口 56接收由機(jī)械增壓器110累送 的增壓空氣。優(yōu)選地，在多汽缸對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)氣歧管130由與所有汽缸50的進(jìn)氣 口 56連通的進(jìn)氣集氣室（plenum)組成。
[0009] 在一些方面，通過使排氣再循環(huán)通過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣道式汽缸可W構(gòu)造圖1中示出的 空氣處理系統(tǒng)，W減少由燃燒產(chǎn)生的NOx排放物。再循環(huán)的排氣與增壓空氣混合W降低峰 值燃燒溫度，運(yùn)降低了NOx的產(chǎn)生。該過程被稱為排氣再循環(huán)（"EGR")。示出的EGR構(gòu)造 獲得在掃氣期間從氣口 54流過的一部分排氣流并且將運(yùn)部分排氣經(jīng)由汽缸外部的EGR回 路輸送進(jìn)入增壓空氣子系統(tǒng)中的新鮮進(jìn)氣的進(jìn)入流中。優(yōu)選地，EGR回路包括EGR通道131。 在閥口 138(該閥口也可W被稱為"EGR閥口 "）的控制下，再循環(huán)的排氣流經(jīng)EGR通道131。
[0010] 在許多二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，基于與傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣量有關(guān)的各種測量值， 燃燒和EGR操作被監(jiān)控并且被優(yōu)化。例如，傳遞到汽缸的增壓空氣的質(zhì)量與汽缸內(nèi)的化學(xué) 計(jì)量燃燒所需的增壓空氣的參考質(zhì)量的比率（"拉姆達(dá)（lambda)")被用于在一系列發(fā)動(dòng) 機(jī)工況內(nèi)控制NOx排放。然而，在帶有單向流掃氣的二沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，氣口打 開時(shí)間重疊達(dá)每個(gè)循環(huán)的一部分，并且通過汽缸的進(jìn)氣口傳遞到汽缸的一些增壓空氣在排 氣口被關(guān)閉之前流出汽缸。在掃氣期間流出排氣口的增壓空氣不可用于燃燒。因此，基于 傳遞到帶有單向流掃氣的對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸的進(jìn)氣口的增壓空氣的拉姆達(dá)值（"傳 遞的拉姆達(dá)"）超出了實(shí)際可用于燃燒的增壓空氣量。
[0011] 因此，需要改善直流掃氣式對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣處理控制的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在帶有單向流掃氣的雙沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中，基于由最后一個(gè)要關(guān)閉的氣 口在汽缸中捕集的增壓空氣來估計(jì)或計(jì)算拉姆達(dá)。就此而言，最后一個(gè)要關(guān)閉的氣口可W 是進(jìn)氣口或排氣口。相對地，由最后一個(gè)要關(guān)閉的氣口（在下文中被稱為"最后氣口關(guān)閉" 或"LPC")在汽缸中捕集的增壓空氣的質(zhì)量與汽缸中的化學(xué)計(jì)量燃燒所需要的增壓空氣的 參考質(zhì)量的比率被稱為"捕集拉姆達(dá)"。因?yàn)椴都鰤嚎諝饪捎糜谌紵?，所w捕集拉姆達(dá)值 提供比傳遞拉姆達(dá)值更準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒可能性和排放可能性的表示。
[0013] 在一些方面，帶有單向流掃氣的二沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒操作和EGR 操作被監(jiān)控并且基于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)期間在LPC時(shí)的捕集條件被控制。
[0014] 在一些方面，帶有單向流掃氣的二沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣處理系統(tǒng)的控 制基于由最后氣口關(guān)閉在汽缸內(nèi)捕集的增壓空氣。
[0015] 一種用于控制直流掃氣式二沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣處理系統(tǒng)的方法包 括：感測一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)變量；響應(yīng)于該感測步驟，基于在LPC時(shí)的捕集條件 確定空氣處理參數(shù)的數(shù)值；估計(jì)所述數(shù)值；W及響應(yīng)于該估計(jì)步驟調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)所述數(shù) 值。在一些方面，空氣處理參數(shù)包括捕集拉姆達(dá)（trappedlambda)。
[0016] 在一些附加的方面，空氣處理參數(shù)還包括捕集燃燒氣體分?jǐn)?shù)（trappedburned gas化action)，所述捕集燃燒氣體分?jǐn)?shù)被定義為由于燃燒而生成的氣體的質(zhì)量與燃燒之 后掃氣開始之前在汽缸中捕集的總質(zhì)量的比率。
[0017] 一種用于控制直流掃氣式二沖程循環(huán)對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣處理系統(tǒng)的方法包 括：感測一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)變量；響應(yīng)于該感測步驟，基于在LPC時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸 內(nèi)的捕集條件確定空氣處理參數(shù)的數(shù)值；估計(jì)所述數(shù)值；W及響應(yīng)于該估計(jì)步驟，調(diào)節(jié)空 氣處理系統(tǒng)裝置的操作。在一些方面，空氣處理參數(shù)包括捕集拉姆達(dá)。在一些其他方面，空 氣處理參數(shù)進(jìn)一步包括捕集燃燒氣體分?jǐn)?shù)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是裝配有帶有EGR的空氣處理系統(tǒng)的對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的簡圖，并且被適當(dāng)?shù)?標(biāo)記為"現(xiàn)有技術(shù)"。
[0019] 圖2是說明用于對置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣處