CN102465781A - 具有燃烧反馈的后处理冷却 - Google Patents

Abstract

一种运行具有涡轮增压器的内燃发动机的方法，包括：感测来自发动机的排气流的入口温度；判断排气的温度是否大于上温度阈值；利用压力传感器感测发动机的汽缸内的汽缸压力；判断汽缸压力是否大于发动机的上压力极限；感测由涡轮增压器提供的增压；判断该增压是否大于最大增压极限；和当进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值且汽缸压力小于上压力极限且汽缸压力小于上压力极限时，调节发动机的运行，以降低进入涡轮增压器的排气的温度至低于上温度阈值的温度。

Description

具有燃烧反馈的后处理冷却

技术领域

本发明涉及一种运行内燃发动机的方法，该内燃发动机具有被排气流提供动力的涡轮增压器和后处理系统(after-treatment system)，该系统利用氧化催化剂处理发动机的排气。

背景技术

内燃发动机，特别是柴油发动机，通常包括涡轮增压器和用于处理来自发动机的排气的后处理系统。涡轮增压器包括压缩机，该压缩机被排气流驱动以在燃烧前将流入发动机的汽缸内的燃烧空气压缩。排气流过涡轮增压器至后处理系统。该后处理系统使用氧化催化剂来将排气加热至期望的温度，以烧掉来自排气的烟灰(soot)。氧化催化剂氧化排气中的未燃烧碳氢化合物以产生热量。

当发动机运行于重负载下时，排气的温度增加。如果排气的温度达到或超过部件极限，即上温度阈值，则发动机的各个部件(例如涡轮增压器和/或氧化催化剂)会被损坏。

发明内容

提供一种运行具有涡轮增压器的内燃发动机的方法。该方法还包括监测进入涡轮增压器的排气流的入口温度。该方法还包括感测发动机的汽缸内的汽缸压力，和判断汽缸压力是否大于发动机的上压力极限。该方法还包括当进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值且汽缸压力小于上压力极限时，调节发动机的运行。发动机的运行被调节以降低进入涡轮增压器的排气的温度至低于上温度阈值的温度。

还提供一种运行具有涡轮增压器的内燃发动机的方法。该方法还包括监测进入涡轮增压器的排气流的入口温度。该方法还包括感测发动机的汽缸内的汽缸压力，和判断汽缸压力是否大于发动机的上压力极限。该方法还包括连续地感测涡轮增压器的涡轮速度，和判断涡轮增压器的感测涡轮速度是否大于涡轮增压器的最大速度。该方法还包括连续地感测涡轮增压器的涡轮入口压力，和判断涡轮增压器的涡轮入口压力是否大于最大入口压力极限。该方法还包括当进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值且汽缸压力小于上压力极限时，调节发动机的运行。发动机被调节以降低进入涡轮增压器的排气的温度至低于上温度阈值的温度。调节发动机的运行以降低排气的温度包括以下之一：当涡轮入口压力小于最大入口压力极限且涡轮增压器的感测涡轮速度小于涡轮增压器的最大速度时，增加来自涡轮增压器的增压；和当涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限且涡轮增压器的感测涡轮速度等于或大于涡轮增压器的最大速度时，前移发动机的主正时。

因此，当汽缸压力小于上压力极限时，披露的方法通过在涡轮入口压力小于最大入口压力极限时增加来自涡轮增压器的增压，或通过在涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限时前移发动机的主正时，来降低来自发动机的排气流的温度。增加来自涡轮增压器的增压和/或增加发动机的主正时增加汽缸内的压力和降低来自发动机的排气的温度。因此，披露的方法在汽缸压力小于上压力极限时冷却排气流以保护各个发动机部件，例如涡轮增压器和排气后处理系统的氧化催化剂，且不使得其他部件因过度热量而受损。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些较佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是流程图，示出了具有涡轮增压器的内燃发动机的运行方法。

具体实施方式

参考图1，运行内燃发动机的方法被一般地以20示出。发动机可包括但不限于柴油发动机。发动机包括涡轮增压器。来自发动机的排气流过涡轮增压器且驱动涡轮增压器中的压缩机，该涡轮增压器给发动机提供增压，即将燃烧前进入发动机汽缸的燃烧空气压缩。发动机可进一步包括后处理系统，用于利用氧化催化剂处理来自发动机的排气。一旦排气退出涡轮增压器，该排气流过后处理系统，在那里氧化催化剂氧化排气中的未燃碳氢化合物且烧掉排气中的任何烟灰(soot)。

该方法包括限定用于排气的上温度阈值，图块22。发动机的各个部件包括但不限于涡轮增压器和氧化催化器，如果暴露于来自排气的过度热量时氧化催化剂会被损坏。上温度阈值是用于排气的上温度极限。上温度阈值被限定为等于一水平，该水平稍微低于可损坏各个发动机部件任一个的温度。因此，通过保持排气的温度等于或低于上温度阈值，可避免因暴露于来自排气的过度热量而造成对各个发动机部件的任意潜在损坏。

该方法还包括监视涡轮增压器的上游排气的入口温度，即进入涡轮增压器的排气的温度，图块24。监视排气流的入口温度可包括感测排气的温度和判断排气的温度是否大于上温度阈值，图块26。排气的温度可以以任意适当的方式感测，包括但不限于利用温度传感器感测排气的温度。计算机(例如但不限于发动机控制单元)可连续地将感测的排气温度与上温度阈值进行比较，以判断排气温度是否大于或小于上温度阈值。

如果排气温度不大于上温度阈值，即排气温度等于或小于上温度阈值，如28所指，则该方法可进一步包括保持发动机的当前运行，图块30。由于排气温度低于损坏各个发动机部件的水平，所以不需要修改发动机的运行以降低排气温度。

如果排气温度大于上温度阈值，如32所指，则本方法可进一步包括限定发动机的汽缸的上压力极限，图块34。汽缸的上压力极限是发动机汽缸设计运行所处的最大压力。上压力极限被设定为避免过度压力潜在地损坏发动机部件的水平。由此，上压力极限随不同发动机设计而改变。例如，汽缸的上压力极限可被限定为等于一百五十(150)巴。应认识到，上压力极限可被限定为等于任意适当的压力极限。

该方法还包括感测发动机的汽缸内的汽缸压力，图块36。感测发动机的汽缸内的汽缸压力可进一步被限定为连续地感测发动机的每个汽缸内的汽缸压力。发动机可包括布置在发动机的一个或多个汽缸处的压力传感器，用于感测一个或多个汽缸内的汽缸压力。压力传感器可包括但不限于电热塞压力传感器。

该方法还包括判断汽缸压力是否大于发动机的上压力极限，图块38。计算机，例如但不限于发动机控制单元，将感测的发动机的每个汽缸的汽缸压力与上压力极限进行比较，以判断任一气缸内的任一汽缸压力是否大于上阈值极限。

如果任一汽缸的汽缸压力等于或大于上压力极限，如40所指，则该方法可进一步包括施加峰值动力限制，图块42。峰值动力限制对发动机的动力输出进行限制。发动机控制单元可调节发动机的运行，以防止发动机的动力输出上升到高于峰值动力限制，由此控制汽缸压力以保持汽缸压力低于上压力极限，或如果需要，也降低汽缸压力或降低至低于上压力极限。

如果来自发动机所有汽缸的感测汽缸压力不大于上压力极限，即来自发动机所有汽缸的汽缸压力小于上压力极限，如44所指，则该方法可进一步包括限定涡轮增压器的最大速度，图块46。涡轮增压器的最大速度稍微小于涡轮增压器可安全运行所处的上旋转涡轮速度。因此，保持涡轮增压器的运行处于或低于涡轮增压器的最大速度可避免对涡轮增压器的损坏。

该方法还包括连续地感测涡轮增压器的涡轮速度，图块48。涡轮增压器的涡轮速度可被以任意适当的方式感测，包括但不限于速度传感器。该方法还包括将涡轮增压器的感测涡轮速度与涡轮增压器的最大速度进行比较，以判断涡轮增压器的感测涡轮速度是否大于涡轮增压器的最大速度，图块50。计算机，例如但不限于发动机控制单元，可分析和比较涡轮增压器的感测涡轮速度与涡轮增压器的最大速度，以判断涡轮增压器的感测涡轮速度是否大于、等于或小于涡轮增压器的最大速度。

如果涡轮增压器的涡轮速度等于或大于涡轮增压器的最大速度，如52所指，则该方法可包括调节发动机的主正时，以降低进入涡轮增压器的排气的温度至低于上阈值的温度，图块54。使发动机的主正时前移能降低排气温度，因为更多热量在燃烧室中释放，这在汽缸内形成更大压力，且由此被传递至活塞以产生功。使发动机的主正时延迟能在更迟的点处燃烧燃烧室内的气体，因此较少的能量作为功被传递给活塞，且更多的能量被作为热传递至排气系统内。因此，如果发动机低效运行以增加排气的温度，例如当运行于再生模式中以再生排气系统的颗粒过滤器时，增加主正时能增加发动机的效率。在再生模式中时，主正时被延迟以使得发动机低效运行以在排气中产生更多热量。当发动机运行于再生模式中时，增加发动机的主正时(即前移发动机的主正时)能增加发动机的效率。因此，对于给定的发动机扭矩输出，需要更少的能量，由此产生更少的热量。

如果涡轮增压器的涡轮速度小于涡轮增压器的最大速度，如56所指，则本方法可进一步包括限定涡轮增压器的最大入口压力极限，图块58。该最大入口压力极限是涡轮增压器可安全运行而不对各个发动机部件中的一个或多个造成损坏的涡轮入口压力的上极限。最大入口压力极限被设定为低于会损坏各个发动机部件或导致汽缸压力增加到高于上压力极限的涡轮入口压力水平。

该方法还包括连续地感测涡轮增压器的涡轮入口压力，图块60。涡轮入口压力可被以任意适当的方式感测，包括但不限于压力传感器。该方法还包括判断涡轮增压器的感测涡轮入口压力是否大于最大入口压力极限，图块62。计算机，例如但不限于发动机控制单元，将来自涡轮增压器的感测涡轮入口压力与最大入口压力极限进行比较，以判断涡轮入口压力是否小于或大于最大入口压力极限。

如果进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值，涡轮增压器的涡轮速度小于涡轮增压器的最大速度，且当前涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限，如64所指，则该方法进一步包括调节发动机的运行以将进入涡轮增压器的排气的温度降低至低于上温度阈值的温度。当涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限时，调节发动机的运行以降低排气温度包括增加发动机的主正时，图块66。如上所述，增加发动机的主正时是通过前移发动机的主正时以使得发动机更有效运行而实现的。

如果进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值，涡轮增压器的涡轮速度小于涡轮增压器的最大速度，且当前涡轮入口压力小于最大入口压力极限，如68所指，则调节发动机的运行以降低排气的温度包括增加来自涡轮增压器的增压，图块70。增加来自涡轮增压器的增压在燃烧前将施加至汽缸的燃烧空气进一步压缩。因此，增加的增压能增加汽缸内的在燃烧过程中被加热的空气的量。由于更多空气必须在燃烧过程中被加热，所以排气的温度更低。

一旦增压已被增加，则进入涡轮增压器的排气的温度被与上温度阈值比较，图块72。如果排气的温度仍大于上温度阈值且涡轮入口压力已经增加至最大入口压力极限，如74所指，则调节发动机的运行以降低排气温度包括增加发动机的主正时，图块76。如上所述，增加发动机的主正时是通过前移发动机的主正时以使得发动机更有效运行而实现的。

虽然用于执行本发明的较佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种运行具有涡轮增压器的内燃发动机的方法，该方法包括：

监视进入涡轮增压器的排气流的入口温度；

感测发动机的汽缸内的汽缸压力；

判断汽缸压力是否大于发动机的上压力极限；和

当进入涡轮增压器的排气的温度大于上温度阈值且汽缸压力小于上压力极限时，调节发动机的运行，以将进入涡轮增压器的排气的温度降低至低于上温度阈值的温度。

2.如权利要求1所述的方法，其中感测发动机的汽缸内的汽缸压力还被限定为连续地感测发动机的汽缸内的汽缸压力。

3.如权利要求2所述的方法，其中感测发动机的汽缸内的汽缸压力包括感测发动机的每个汽缸内的汽缸压力。

4.如权利要求1所述的方法，还包括当排气的温度小于上温度阈值时保持发动机的当前运行。

5.如权利要求1所述的方法，还包括当汽缸内的感测汽缸压力等于或大于上压力极限时施加峰值动力限制。

6.如权利要求1所述的方法，还包括连续地感测涡轮增压器的涡轮入口压力。

7.如权利要求6所述的方法，还包括判断涡轮增压器的涡轮入口压力是否大于最大压力极限。

8.如权利要求7所述的方法，其中调节发动机的运行以降低排气的温度包括当涡轮入口压力小于最大入口压力极限时增加来自涡轮增压器的增压。

9.如权利要求8所述的方法，其中调节发动机的运行以降低排气的温度包括当涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限时增加发动机的主正时。

10.如权利要求7所述的方法，其中调节发动机的运行以降低排气的温度包括当涡轮入口压力等于或大于最大入口压力极限时增加发动机的主正时。

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