CN103382898A - 内燃发动机和控制内燃发动机速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机和控制内燃发动机速度的方法。在本发明的一个示例性实施例中，一种控制内燃发动机速度的方法包括关闭进入气缸的燃料流以降低内燃发动机的速度。该方法还包括为内燃发动机的交流发电机提供电力负载，进一步降低内燃发动机的速度。

Description

内燃发动机和控制内燃发动机速度的方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，并且更具体地，涉及内燃发动机的制动的方法和系统。
背景技术
内燃发动机的发动机控制模块控制被供给到发动机气缸内的燃烧室的燃料与空气的混合物。在空气/燃料混合物被点燃后，燃烧发生，之后燃烧气体从该燃烧室通过排气阀排出。燃烧气体被排气歧管导入到催化转换器或排气后处理系统的其他组件。一些发动机任选地可包括强制空气引入装置，如涡轮增压器，其被定位在排气歧管和排气后处理组件之间。
内燃发动机，尤其是柴油发动机，的制造商面临着符合释放氮氧化合物，特别是一氧化氮，以及未燃的和部分氧化的碳氢化合物，一氧化碳和颗粒物，的当前和未来的排放标准的挑战性任务。为了减少内燃发动机的排放，排气后处理系统用于减少排气中被调节的组分。
排气后处理系统通常包括一个或以上的后处理装置，如颗粒过滤器，催化转换器，混合元件和尿素/燃料喷射器。排气温度的控制会影响排气系统内组件的性能。例如，催化还原装置可能不得不预热到操作温度范围以实施所需的催化反应，从而有效地处理所选择的排气组分。
此外，柴油发动机的速度(每分钟转数或RPM)可由喷射到气缸内燃烧的燃料量所控制。因此，发动机速度的降低通常通过减少或关闭喷射到气缸的燃料来完成的。在减少燃料供应到气缸后，空气持续流过气缸并进入排气系统，其中，空气可导致排气系统组件冷却到低于它们的操作温度的温度。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，一种控制内燃发动机速度的方法包括关闭进入气缸的燃料流以降低内燃发动机的速度。该方法还包括为内燃发动机的交流发电机提供电力负载，进一步降低内燃发动机的速度。
在本发明的另一个示例性实施例中，一种内燃发动机包括排气系统，其被配置为从内燃发动机接收排气，以及加热装置，其被配置为加热排气系统的一部分。发动机还包括控制模块，其有选择地控制由加热装置为内燃发动机的交流发电机所提供的电力负载以降低内燃发动机的速度。
当结合附图时，从以下对本发明的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
本发明还提供了以下解决方案：
1.一种控制内燃发动机的速度的方法，该方法包括：
关闭进入气缸的燃料流以降低内燃发动机的速度；以及
为内燃发动机的交流发电机提供电力负载，进一步降低内燃发动机的速度。
2.根据解决方案1所述的方法，其中，提供电力负载包括激发被联接到交流发电机的加热装置以加热被配置为从气缸接收排气的排气系统的一部分。
3.根据解决方案2所述的方法，包括将空气流导入到气缸中，其中，气流形成被排气系统接收的排气的至少一部分。
4.根据解决方案3所述的方法，其中，被加热装置加热的排气系统的该部分包括被排气冷却的选择性催化还原装置。
5.根据解决方案2所述的方法，其中，当内燃发动机的速度降低时，该加热装置维持至少一个排气系统组件的操作温度。
6.根据解决方案5所述的方法，其中，该至少一个排气系统组件包括选择性催化还原装置或氧化催化剂。
7.根据解决方案2所述的方法，其中，为交流发电机提供的电力负载减缓了被联接到交流发电机上的曲轴的旋转，并在制动操作过程中在内燃发动机上增加了附加负载。
8.一种内燃发动机，包括：
排气系统，其被配置为从内燃发动机接收排气；
加热装置，其被配置为加热排气系统的一部分；以及
控制模块，其有选择地控制由加热装置为内燃发动机的交流发电机所提供的电力负载以降低内燃发动机的速度。
9.根据解决方案8所述的内燃发动机，其中，该气缸被配置为接收形成被排气系统接收的排气的至少一部分的气流。
10.根据解决方案9所述的内燃发动机，其中，被加热装置加热的排气系统的该部分包括至少一个被排气冷却的组件。
11.根据解决方案10所述的内燃发动机，其中，所述至少一个组件包括选择性催化还原装置。
12.根据解决方案8所述的内燃发动机，其中，当内燃发动机的速度降低时，该加热装置维持至少一个排气系统组件的操作温度。
13.根据解决方案12所述的内燃发动机，其中，该至少一个排气系统组件包括选择性催化还原装置或氧化催化剂。
14.根据解决方案8所述的内燃发动机，其中，为交流发电机提供的电力负载减缓了被联接到交流发电机上的曲轴的旋转，并在制动操作过程中在内燃发动机上增加了附加负载。
15.一种控制内燃发动机的方法，该方法包括：
确定降低发动机的速度是需要的；和
激发被联接到内燃发动机的交流发电机的加热装置，从而在发动机上增加附加负载致使内燃发动机减速。
16.根据解决方案15所述的方法，其中，所述加热装置被配置为加热被配置为从气缸接收排气的排气系统的一部分。
17.根据解决方案16所述的方法，包括将空气流导入到气缸中，其中，气流形成被排气系统接收的排气的至少一部分。
18.根据解决方案17所述的方法，其中，当发动机速度降低时，被加热装置加热的排气系统的该部分包括至少一个被排气冷却的组件。
19.根据解决方案18所述的方法，其中，所述加热装置维持至少一个组件的操作温度。
20.根据解决方案19所述的方法，其中，所述至少一个组件包括选择性催化还原装置或氧化催化剂。
附图说明
在以下参照附图对实施例的详细描述中，仅通过举例的方式，其他的特征，优点和细节将变得清楚，其中：
图1是示例性发动机系统的示意图；以及
图2是控制发动机速度的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述实际上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容，其应用或使用。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
如在这里所使用的术语“控制器”或“控制模块”是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共用的，专用的或群组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路，和/或提供所描述的功能的其他合适组件。
根据本发明的示例性实施例，图1是示例性发动机系统的示意图，如柴油发动机系统10。柴油发动机系统10实际上仅仅是示例性的并且本文所描述的该发动机控制系统可在应用加热装置和颗粒过滤器的各种发动机系统中实现。为了便于解释，将在柴油发动机系统的上下文中讨论本公开内容。
示例性柴油发动机系统10包括发动机12，其燃烧空气和燃料的混合物以产生经由转动输出(未示出)的驱动扭矩。空气通过穿过空气过滤器14并进入涡轮增压器18进入柴油发动机系统。涡轮增压器18压缩进入系统10的新鲜空气。通常空气的压缩越大，发动机12的输出就越大。压缩空气然后在进入进气歧管22之前穿过空气冷却器20。
在进气歧管22内的空气被分配到气缸26。尽管描述了四个气缸26，但是可以理解的是，在具有多个气缸，包括但不限于2，3，4，5，6，8，10和12个气缸的发动机内，可以实现本发明的系统和方法。燃料由燃料喷射器28喷射到气缸26内。压缩空气的热点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生排气27。排气27从气缸26排出进入到排气系统29。
排气系统29包括排气歧管30，氧化催化剂(柴油氧化催化剂或DOC)32，以及组合选择性催化还原装置和颗粒过滤器(SCR-PF)34。可选地，EGR阀(未示出)再循环一部分排气回到进气歧管22。排气27被导入涡轮增压器18以驱动涡轮机。涡轮促进从空气过滤器14接收的新鲜空气的压缩。排气27从涡轮增压器18流动通过DOC32和SCR-PF34。DOC32在排气27中基于后燃烧的空气/燃料比氧化碳氢化合物(HC或燃料)和一氧化碳(CO)。氧化反应是增加排气27的温度的放热反应。SCR-PF34从DOC32接收排气并且过滤器颗粒存在于排气中。在一个实施例中，在分离罐中SCR-PF34是分开的SCR和PF成分。在另一个实施例中，在同一罐(SCR-PF34)中SCF和PF是分开的成分，其中PF在SCR的下游。在实施例中，排气系统29可只包括PF且不包括SCR装置。
控制模块44基于各种感测的信息控制发动机。在一个实施例中，控制模块44控制PF的再生过程。具体地，控制模块44估计SCR-PF34的加载(颗粒堆积)以确定再生何时启动。当估计的加载达到阈值水平(例如，5克/升的颗粒物)并且排气流量在所需的范围内时，经由被联接到SCR-PF34上的电源46提供给加热装置48和49的电流被控制到SCR-PF34以启动再生过程。再生过程的持续时间基于在SCR-PF34内颗粒物的量而变化。为了协助再生过程，示例性SCR-PF34包括加热装置48和49，如电线圈或其他合适的电动加热机构。在一个实施例中，排气系统可包括仅仅加热装置48和49之一以加热排气和/或排气系统组件。在一个实施例中，电源46被联接到如SCR-PF34的多个排气系统组件以控制组件的温度并提高选择组分的还原。此外，在一个示例性实施例中，合适的碳氢化合物喷射器(HCI)54被设置在DOC32的上游并被配置为在氧化反应中提供碳氢化合物以增加排气温度。在发动机预热后，DOC32通过在DOC32内的氧化被加热到选定温度，其中，与在较低温度(如，在启动后)下的DOC32相比，该催化反应更有效地移除颗粒。在一个实施例中，加热装置60可被配置为加热DOC32并维持装置的操作温度。电源46被电联接到交流发电机50以及加热装置48，49和60，其中，装置的激励为交流发电机50提供了电力负载。在操作中，交流发电机50接收来自曲轴52的由于在气缸26内空气/燃料混合物的燃烧的机械输出。在一个实施例中，来自曲轴52的机械输出被交流发电机50转换为电能以提供电力使各种装置运行，如电源46。
在一个实施例中，控制模块44控制来自电源46的一定量的电流到加热装置48，49和60，其中，当它们与交流发电机50一起被放置在电路中时，加热装置48，49，60提供电力负载。在控制模块44确定发动机12的速度被降低(即，每分钟低转数)的情况下，例如当车辆进入下坡或下山道路时，控制模块44致使电源46，加热装置48和/或49将电气负载放置在交流发电机50上。在交流发电机50上对加热装置48和/或49进行加热的电源46的电气负载经由曲轴52在发动机12上放置负载。因此，经由交流发电机50，通过使用加热装置48和/或49加热SCR-PF34，控制模块44通过添加附加电力负载提供发动机制动或减速。应该指出的是，加热装置48，49和60可被集成到其各自的组件中，如嵌在罐中的线圈，或可以是与排气系统29相关的单独模块。进一步地，加热装置48，49和60可被配置为加热组件或进入组件的排气，其中加热过程提供了改进的后处理组件性能。例如，在大约250摄氏度或以上的操作温度下，加热装置48和49被配置成加热SCR-PF34的SCR和/或PF部分。在另一个实施例中，加热装置48和49被配置为加热SCR-PF34的SCR和/或PF部分到大约300摄氏度。在一个实施例中，加热装置60被配置为加热DOC32到约200到约400摄氏度的操作温度。
在示例性减速或降速的过程中，到气缸26内的燃料流可被停止，而空气继续流入和流出气缸26，其中空气包括一部分从气缸发出到排气系统组件的排气。由于空气从气缸26中流出，在减速过程中排气的温度低于在正常操作中的排气温度(即，当燃料和空气在气缸26内燃烧时)。在实施例中，排气系统组件，如DOC32和SCR-PF34，在升高的操作温度下更有效地减少了来自排气的污染物，其中组件有效地从排气中移除组分。在一个实施例中，加热装置48，49和60在减速过程中加热被未燃烧的排气所冷却的排气系统组件。在一个实施例中，用于加热排气27的所示布置可在正常操作(即，空气-燃料燃烧)在减速后恢复的情况下提高排气组分的移除。因此，该示例性系统和方法在减速过程中控制一个或多个组件的温度，如DOC32和SCR-PF34，以在减速之后提高系统操作。
图2是控制发动机速度的示例性步骤的流程图200，如图1所示的发动机10。在块202中，启动发动机速度的减速。在块204中，流到发动机10的燃料被减少或关闭，从而减缓或停止发动机内的空气-燃料燃烧。在一个实施例中，车辆进入下降或向下的斜坡，其中操作者使发动机速度(RPM)减速以控制车辆的速度。在块206中，排气系统中的一个或多个加热装置被加热(或“被激活”)以提供电气负载到交流发电机上，从而增加负载到发动机上以进一步降低发动机速度。在块208中，发动机减速被停止并且“正常”的发动机操作(包括在气缸内的燃料-空气的燃烧)恢复，其中加热装置在减速过程中保持一个或多个排气系统组件的温度以确保组件在减速后有效地被操作并返回正常的发动机操作。
以下等式可描述通过电力负载从加热装置48和/或49被提供给发动机的“拖动”或“耗用”能量或功率量，其加热SCR-PF34和/或排气：
Q＝m·CP·ΔT      (1)
其中以下值涉及在选定位置的排气：Q＝加热排气所需要的能量(即，负载)，m＝排气的质量流量，Cp＝排气的比热容以及ΔT＝排气的升温。在一个实施例中，通过示例性的电力负载速度控制的方法和系统，大约2.5千瓦作为负载被提供到8缸柴油发动机。
虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可理解的是，可进行各种改变并且等效物可替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，为了使特定条件或材料适应本发明的教导，可做出许多修改，而不脱离其本质范围。因此，本发明并不旨在限于所公开的特定实施例，但本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种控制内燃发动机的速度的方法，该方法包括：
关闭进入气缸的燃料流以降低内燃发动机的速度；以及
为内燃发动机的交流发电机提供电力负载，进一步降低内燃发动机的速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供电力负载包括激发被联接到交流发电机的加热装置以加热被配置为从气缸接收排气的排气系统的一部分。
3.根据权利要求2所述的方法，包括将空气流导入到气缸中，其中，气流形成被排气系统接收的排气的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，被加热装置加热的排气系统的该部分包括被排气冷却的选择性催化还原装置。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，当内燃发动机的速度降低时，该加热装置维持至少一个排气系统组件的操作温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，该至少一个排气系统组件包括选择性催化还原装置或氧化催化剂。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，为交流发电机提供的电力负载减缓了被联接到交流发电机上的曲轴的旋转，并在制动操作过程中在内燃发动机上增加了附加负载。
8.一种内燃发动机，包括：
排气系统，其被配置为从内燃发动机接收排气；
加热装置，其被配置为加热排气系统的一部分；以及
控制模块，其有选择地控制由加热装置为内燃发动机的交流发电机所提供的电力负载以降低内燃发动机的速度。
9.根据权利要求8所述的内燃发动机，其中，该气缸被配置为接收形成被排气系统接收的排气的至少一部分的气流。
10.一种控制内燃发动机的方法，该方法包括：
确定降低发动机的速度是需要的；和
激发被联接到内燃发动机的交流发电机的加热装置，从而在发动机上增加附加负载致使内燃发动机减速。
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