CN102062011A - 在瞬态工况期间控制发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制发动机(20)的方法，该发动机(20)具有被机械驱动且向发动机(20)提供空气流的机械增压器(24)，该方法包括限定发动机(20)通常高效运行的稳态工况。监测发动机(20)的运行参数，以判定发动机(20)是在稳态工况下运行，还是在稳态工况外的瞬态工况下运行。如果发动机(20)在稳态工况外的瞬态工况下运行，则在增大发动机(20)的燃料喷射率之前，调整来自机械增压器(24)的空气流以将燃料/空气混合物维持在预定的比率，以减少在发动机(20)在瞬态工况运行期间来自发动机(20)的烟尘排放物。

Description

在瞬态工况期间控制发动机的方法
技术领域
本发明总体而言涉及一种控制内燃发动机的方法，更具体地，涉及一种减少在柴油发动机在瞬态工况运行期间来自柴油发动机的烟尘排放物的方法。
背景技术
内燃发动机，尤其是柴油发动机，设计成在稳态工况下高效率、低排放地运行，但在发动机的瞬态工况期间趋于产生大量的烟尘排放物，即，烟雾。当发动机在稳态工况之外运行时出现瞬态工况，瞬态工况可包括但也不限于以下情况：初始的发动机启动，从低发动机转速加速，在发动机保持在恒定发动机转速时发动机的负荷增大，以及在发动机的负荷保持恒定时发动机转速降低。
瞬态工况通常伴随有对于喷射到发动机内的给定量的燃料而言流入发动机的燃烧空气不足，导致会在排气中产生大量烟尘排放物的浓燃烧。为了满足美国的联邦排放标准和要求，发动机可包括从排气中过滤烟尘排放物的颗粒过滤器。但是，现有的颗粒过滤器必须定期进行再生以保持正常运行。
发明内容
本文公开了一种控制内燃发动机的方法，该内燃发动机与用于控制流向发动机的空气流的被机械驱动的机械增压器相连接。所述方法包括：限定发动机的稳态工况；监测发动机的运行参数，以判定发动机是否在稳态工况之外的瞬态工况下运行；以及在发动机在瞬态工况下运行期间，调整来自机械增压器的空气流。从机械增压器供给的空气流将发动机的燃料/空气混合物维持在预定的比率，以减少在发动机在瞬态工况运行期间来自发动机的排放物。
本文还公开了一种减少柴油发动机排放物的方法，该柴油发动机与用于控制流向柴油发动机的空气流的被机械驱动的机械增压器相连接。所述方法包括：限定发动机的稳态工况；将发动机的瞬态工况限定为发动机在稳态工况之外的运行；使发动机的运行参数的值范围与稳态工况相关联；在发动机运行期间测量运行参数的值；比较运行参数的测量值与被关联的运行参数的值范围，以判定运行参数的测量值是否处在瞬态工况；以及在柴油发动机在瞬态工况下运行期间调整来自机械增压器的空气流。从机械增压器供应的空气流将柴油发动机的燃料/空气混合物维持在预定的比率，以减少在柴油发动机在瞬态工况下运行期间来自柴油发动机的排放物。
因此，所述方法与排气流量无关地在瞬态工况期间为发动机提供燃烧空气流，以通过在发动机的燃料喷射量增加之前增加从机械增压器供应到发动机的空气流量来维持合适的燃料/空气比(空燃比)。保持合适的燃料/空气比减少了在发动机在瞬态工况下运行期间的烟尘排放物。减少的烟尘排放物允许发动机在不需要再生颗粒过滤器的情况下运行更长时间。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点，将很容易地在以下结合附图对实施本发明的最佳实施方式的详细说明中显现出来。
附图说明
图1是内燃发动机的第一实施例的示意性截面图。
图2是内燃发动机的第二实施例的示意性截面图。
图3是控制内燃发动机的方法的流程图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记表示这些视图中相应的部分，内燃发动机的第一实施例在图1中总体以标号20表示。内燃发动机20是传统的发动机，例如柴油发动机或汽油发动机。如图1所示，内燃发动机20与“superturbo”增压系统相连接，该“superturbo”增压系统包括彼此直列连接的涡轮增压器22和机械增压器24，以对发动机20的燃烧空气的压力进行增压，即提高压力。
涡轮增压器22由发动机20提供的排气驱动，这是本领域所公知的。机械增压器24与发动机20机械地连接并由发动机20驱动。如图1所示，机械增压器24可包括使机械增压器24与发动机20互连的离合器26。作为替代方案，如图2所示，机械增压器124可与发动机120直接连接，以使机械增压器124随着发动机120连续运行。离合器26配置成可选择地与机械增压器24接合或分离。本领域技术人员可以理解的是，在本发明的范围内，离合器26可包括能有效地从车辆发动机20(典型地，但不是必须的，从曲轴)向机械增压器24的输入轴传递机械驱动力的任何形式的离合器26(例如，可接合的摩擦片，电磁离合器，等等)。另外，正如本领域技术人员所公知的那样，可在离合器26与输入轴之间设置某些“增速齿轮”的增速装置，这种增速装置的典型速比在大约2∶1到大约4∶1的范围内。
增压系统包括多个配置成用于将燃烧空气连通到发动机20的空气管道。空气管道向和从发动机20输送燃烧空气。空气管道包括进气口28，燃烧空气沿着箭头30所指的方向通过该进气口进入增压系统。第一空气管道32包括过滤器34，并与机械增压器24的入口流体连通。燃烧空气通过进气口28进入增压系统，并经过滤器34流向机械增压器24。
第二空气管道38将机械增压器24的出口与涡轮增压器22的泵送部分，即压缩机42，连接在一起。第三空气管道44将压缩机42的出口与中冷器46的入口互连在一起。中冷器46的功能是公知的，不在本发明的范围内。因此，在此不再细述中冷器46的作用。第四空气管道48将中冷器46的出口与发动机20的燃烧室50互连在一起。
在第四空气管道48内设置有发动机节气门52，图1中示出了其全开位置。应当理解，发动机节气门52可被控制成处于图1所示的全开位置和全闭位置之间的任何位置，在全闭位置时能基本阻止流经第四空气管道48的所有空气，由此限制进入发动机20的燃烧室50的空气流。
涡轮增压器22还包括涡轮部分54，该涡轮部分54与压缩机42机械地连接并被配置成驱动压缩机42。第五空气管道56将发动机20的燃烧室50与涡轮增压器22的涡轮部分54的入口互连在一起，以对涡轮部分54提供排气。第六空气管道58将涡轮增压器22的涡轮部分54的出口与排气口60互连在一起。排气沿着箭头62所指的方向通过排气口60流出增压系统。
在第一空气管道32和机械增压器24的出口之间设置有燃烧空气旁通管道64。在燃烧空气旁通管道内设置有燃烧空气旁通阀66。当机械增压器24处在运行中以将燃烧空气通过第一空气管道32引导至机械增压器24时，燃烧空气旁通阀66通常处于关闭位置。然而，当增压水平降到足够低时，燃烧空气旁通阀66可从燃烧空气旁通阀66的关闭位置移动到燃烧空气旁通阀66的打开位置，以减少流经机械增压器24的燃烧空气流，并允许一部分燃烧空气流经燃烧空气旁通管道64而进入第二空气管道38。
燃烧空气旁通阀66移向更为打开的位置的一个结果是，第二空气管道38内的燃烧空气的增压压力低于燃烧空气旁通阀66处于全闭位置时通常的增压压力。随着车辆发动机20达到较高的发动机20速度，离合器26可分离，从而机械增压器24不被驱动。同时，涡轮增压器22被流经第五空气管道56的排气流驱动。在这种运行模式期间，燃烧空气旁通阀66处于全开位置，并应当大到足以对于燃烧空气不会出现任何不希望的流动阻力，所述燃烧空气从进气口28流经第一空气管道32、燃烧空气旁通阀66、燃烧空气旁通管道64、第二空气管道38而进入涡轮增压器22的压缩机42。
排气旁通管道68将第五空气管道56与第六空气管道58互连在一起。在所述排气旁通管道68内设置有排气旁通阀，即，废气旁通控制阀70。废气旁通控制阀70的制造和功能在涡轮增压器22领域是公知的。
尽管图1中所示和如上所述的是机械增压器24在增压系统中布置在涡轮增压器22之前的“superturbo”系统，但应当理解，机械增压器24和涡轮增压器22的相对位置可互换，以限定出涡轮增压器22在增压系统中布置在机械增压器24之前的“turbosuper”增压系统。
参考图2，第二实施例的发动机总体以附图标记120表示。第二实施例的发动机120中与第一实施例的发动机20相同的特征使用增加了100的相同的附图标记。例如，在第一实施例的发动机20中以附图标记34表示的过滤器，在第二实施例的发动机120中以附图标记134表示。
第二实施例的发动机120与第一实施例的发动机20相似，只不过没有涡轮增压器22和相应的空气管道。换言之，第二实施例的发动机120的增压系统只包括机械增压器24，并不包括涡轮增压器22。这样，以下将只描述第一实施例的发动机20与第二实施例的发动机120之间的不同之处。因此，图2中所示的第二实施例的发动机120的特征，包括进气口128、表示流入进气口128的空气流的箭头130、第四空气管道148、节气门152、表示流出排气口160的空气流的箭头160、以及燃烧空气旁通阀166，均以与第一实施例的发动机20的相应特征相同方式运行，以下将不再详述。
另外，第二实施例的发动机120不包括将机械增压器124与发动机120互连的离合器26。因此，机械增压器124与发动机120直接连接，以随着发动机120连续运行。
在第二实施例的发动机120中，第七空气管道172将机械增压器124的出口以及中冷器146的入口与燃烧空气旁通管道164互连在一起，该燃烧空气旁通管道164将第一空气管道132和第七空气管道172互连在一起；第八空气管道174将发动机120和排气口160互连，以将来自发动机120的燃烧室150的排气直接输送至排气口160。
参考图3，示出了一种控制内燃发动机20、120的方法。优选地，发动机20、120包括柴油发动机。该方法包括限定发动机20、120的稳态工况(方框76)。限定发动机20、120的稳态工况可进一步包括限定一运行范围，在该运行范围内发动机20、120的运行不随时间而改变。换言之，稳态工况包括发动机20、120随着时间的过去而正常地高效运行的工况范围。
限定运行范围可进一步包括限定发动机运行速度范围，例如500rpm到7000rpm之间。然而应当理解，具体的运行速度范围随着每一种具体的发动机20、120而改变，且随着发动机20、120的不同应用而改变。
所述方法还包括限定发动机20、120的瞬态工况(方框78)。发动机20、120的瞬态工况可被限定为发动机20、120在稳态工况之外的运行工况。发动机20、120的瞬态工况对应于发动机20、120的一个或多个运行参数随时间的改变。发动机20、120的运行参数在发动机20、120在稳态工况运行时保持基本恒定。然而，一旦脱离了稳态工况，发动机20、120的运行参数会随时间而改变。
所述运行参数可包括选自一组运行参数中的发动机20、120的一个或多个运行参数，该一组运行参数包括：燃料/空气比，发动机20、120的速度，发动机20、120的排气排放水平，发动机20、120的燃料流喷射定时，以及燃烧空气的流率。应当理解，发动机20、120的运行参数可包括本文没有描述的其他参数。
所述方法还可包括将一个或多个运行参数的值范围与稳态工况相关联(方框80)。因此，发动机20、120在运行参数值范围内的运行对应于发动机20、120在稳态工况下的运行，而发动机20、120在运行参数值范围外的运行对应于发动机20、120在稳态工况外的运行，即，在瞬态工况下的运行。
所述方法还可包括，监测发动机20、120的一个或多个运行参数，以判定发动机20、120是在稳态工况下运行，还是在稳态工况外的瞬态工况下运行(方框82)。监测运行参数可进一步被限定为测量运行参数的值。因此，车辆可包括一个或多个用于检测运行参数值的传感器。
所述方法还可包括，比较运行参数的测量值与相关联的运行参数的值范围，以判定运行参数的测量值是否在相关联的运行参数的值范围外(方框84)。如果运行参数的测量值在与稳态工况相关联的值范围内，则发动机20、120在稳态工况下运行。然而，如果运行参数的测量值在与稳态工况相关联的值范围外，则发动机20、120在瞬态工况下运行。
所述方法还包括，在发动机20、120在瞬态工况下运行期间，调整来自机械增压器24、124的空气流(方框86)。调整机械增压器24、124为发动机20、120的燃烧室50、150提供足够流量的连续空气流，以将合适的燃料/空气混合物基本维持在预定的比率。该预定的比率对应于发动机20、120的有效运行，其中发动机20、120不在过浓的状态下(即，相对可供应量的燃烧空气供应过多的燃料)运行。将燃料/空气混合物维持在预定的比率能够在发动机20、120处于瞬态工况运行时减少来自发动机20、120的烟尘排放物。减少来自发动机20、120的烟尘排放物延长了颗粒过滤器(未示出)再生之间的时间，该颗粒过滤器用于过滤来自排气的烟尘；即，当发动机20、120在排气中产生较少的烟尘时，颗粒过滤器能持续更长的工作时间。
调整来自机械增压器24、124的空气流可进一步包括在发动机20、120在瞬态工况下运行时调整机械增压器24、124，以确保在发动机20、120在瞬态工况运行期间进入发动机20、120的合适的燃烧空气流。如前所述，维持进入发动机20、120的燃烧室50、150的合适的空气流，确保了合适的燃料/空气比的维持，这减少了来自发动机20、120尤其是柴油发动机的烟尘排放物。
所述方法还可包括，当发动机20、120在瞬态工况下运行时，在维持来自机械增压器24、124的燃烧空气流的同时调整发动机20、120的输入，如88所示。调整发动机20、120的输入协助了将燃料/空气混合物维持在预定的比率。调整发动机20、120的输入可进一步限定为调整发动机20、120的燃料流喷射定时。调整燃料流喷射定时可进一步限定为调整燃料喷射率，即喷射到发动机内的燃料的流率。应当理解，发动机的输入可包括一些本文没有描述的其他输入。
所述方法还可包括，在每个瞬态工况内限定多个中间工况。换言之，每个瞬态工况可被分解为或包括多个中间工况。如果瞬态工况被分解以限定出多个中间工况，则在发动机20、120在瞬态工况运行期间调整来自机械增压器24、124的空气流可进一步限定为，调整来自机械增压器24、124的空气流以达到限定于瞬态工况内的多个中间工况中的一个工况。另外，所述方法还可包括调整发动机20、120的燃料喷射定时，即，燃料流率，以达到限定于瞬态工况内的多个中间工况中的一个工况。在来自机械增压器24、124的空气流被调整之后调整燃料流喷射率，以达到限定于瞬态工况内的多个中间工况中的一个工况。这样，如果限定了多个中间工况，则调整空气流以达到中间工况中的第一中间工况，在此之后，调整燃料流率以达到多个中间工况中的该第一中间工况。在达到第一中间工况之后，调整来自增压器的空气流以满足中间工况中的第二中间工况，在此之后，调整燃料流率以达到多个中间工况中的该第二中间工况。通过这种方式，发动机的运行经历各个中间工况，直至发动机20、120在稳态工况下运行。
在已详细描述了本发明的最佳实施方式的情况下，本发明相关领域的技术人员将会认识到用于在所附权利要求的范围内实施本发明的各种可选的设计方案和实施例。

Claims (11)

1.一种控制内燃发动机(20)的方法，该内燃发动机(20)与被机械驱动且控制流向发动机(20)的空气流的机械增压器(24)相连接，所述方法包括：
限定发动机(20)的稳态工况；
监测发动机(20)的运行参数，以判定发动机(20)是否在稳态工况之外的瞬态工况下运行；以及
在发动机(20)在瞬态工况下运行期间，调整来自机械增压器(24)的空气流以将燃料/空气混合物维持在预定的比率，以减少在发动机(20)在瞬态工况下运行期间来自发动机(20)的排放物。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在发动机(20)在瞬态工况下运行时，在调整来自机械增压器(24)的燃烧空气流之后，调整发动机(20)的输入，以将燃料/空气混合物维持在预定的比率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，调整发动机(20)的输入进一步被限定为调整发动机(20)的燃料流喷射定时。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：使运行参数的值范围与稳态工况相关联。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，监测运行参数进一步被限定为测量运行参数的值。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：比较运行参数的测量值和被关联的运行参数的值范围，以判定运行参数的测量值是否在与稳态工况相关联的运行参数的值范围之外。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述运行参数包括选自一组运行参数中的发动机(20)的运行参数，该一组运行参数包括发动机(20)内的燃料/空气比、发动机(20)的速度、发动机(20)的排气排放水平、发动机(20)的燃料流喷射定时以及燃烧空气的流率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，限定稳态工况进一步被限定为限定发动机(20)的运行不随时间而改变的运行范围。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，限定运行范围进一步被限定为限定发动机(20)的运行速度范围。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：将发动机(20)的瞬态工况限定为发动机(20)在稳态工况之外运行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机(20)包括柴油发动机(20)。
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