对置活塞发动机中的排气催化剂起燃的制作方法

1.本发明涉及通过空气/燃料混合物的压缩点火燃烧操作的对置活塞发动机中的催化剂起燃。


背景技术：

2.对置活塞发动机是一种内燃发动机，其特征在于设置在气缸孔中的两个活塞的布置，用于沿气缸中心轴线在相反方向上往复运动。在许多情况下，对置活塞发动机通过曲轴的一次完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程来完成一个操作循环。冲程通常表示为压缩冲程和做功冲程。每个活塞在最靠近气缸一端的底部中心(bc)区域和气缸内最远离所述端且最接近另一个活塞的顶部中心(tc)区域之间移动。在压缩冲程期间，活塞从bc位置向彼此移动，压缩其端面之间的增压空气。当活塞通过其tc位置时，喷射到压缩增压空气中并与压缩增压空气混合的燃料被压缩空气的热量点燃，随后燃烧，开始做功冲程。在做功冲程期间，产生的燃烧压力促使活塞朝向它们的bc位置分离。气缸在相应的bc区域附近具有端口。每个相对的活塞控制相应的一个端口，当端口移动到其bc区域时打开该端口，并且当端口从bc移动向其tc区域时关闭该端口。一个端口用于将增压空气(有时称为“扫气”)吸入孔中，另一个端口为燃烧产物提供通道离开孔；这些分别称为“进气端口”和“排气端口”(在一些描述中，进气端口称为“空气”端口或“扫气”端口)。在单向流扫气的对置活塞发动机中，当加压的增压空气通过气缸一端附近的其进气端口进入气缸时，排气从另一端附近的其排气端口流出；因此，气体以单一方向(“单向流”)流经气缸，即从进气端口流向排气端口。
3.对置活塞发动机的空气处理系统管理发动机操作期间提供给发动机的增压空气和发动机产生的排气的输送。代表性的空气处理系统结构包括增压空气子系统和排气子系统。增压空气子系统接收和增压空气，并且包括将加压空气递送到发动机的一个或多个进气端口的增压空气通道。增压空气子系统可包括涡轮驱动压缩机和机械增压器中的一个或两个。增压空气通道可包括至少一个空气冷却器，该空气冷却器被耦接以在递送到发动机的进气端口之前接收和冷却增压空气。排气子系统具有排气通道和排气再循环(egr)回路，排气通道将排气从发动机排气端口递送到其他排气子系统部件，诸如驱动压缩机的涡轮，排气再循环回路将排气输送到增压空气系统。
4.内燃发动机可配备有排气后处理装置。它们被构造成通过可包括催化、分解和过滤中的一种或多种的热驱动过程将燃烧副产物(诸如no、no2以及碳烟和排气中的其他未燃烧碳氢化合物)转化为无害化合物。氮氧化物(统称为nox)通过选择性催化还原(scr)技术去除，该技术包括当达到阈值温度(“起燃温度”)时开始操作(“起燃”)的催化剂。一旦起燃发生，催化活性随温度而增加。存在一个温度范围(“有效温度范围”)，在该温度范围内催化剂表现最佳；不同的催化材料具有不同的有效温度范围。导致催化剂装置操作的热量自排气本身获得，并且当排气焓(热含量)足以将催化剂维持在其有效温度范围内时，该装置操作最有效。用于配备有后处理装置(包括scr装置)的内燃发动机的排气管理策略试图向催化剂装置递送足够的排气热，以使该装置能够最佳地操作。当催化剂温度低于其有效温度
范围时，催化活性下降，并且催化作用可能完全停止。在这些情况下，必须提高排气焓以恢复有效的催化性能。
5.因此，当配备有催化后处理装置的内燃发动机首次在冷的内部和环境条件下起动(“冷起动”)时，重要的是尽可能快地实现起燃，以便在后处理装置的控制下快速地带来不期望的排放。当发动机在导致排气流量减少的条件下操作时，将排气焓维持在使催化剂保持在有效温度范围内的水平也很重要。这些条件包括怠速和低负荷操作。
6.环境温度和压力影响内燃发动机的燃烧质量。在压燃式发动机中，气缸中的增压空气被压缩，直到达到气缸中空气和燃料自动起燃所需的温度。在通过压缩点火运行的二冲程循环对置活塞发动机中，燃烧质量可受到气缸中温度变化以及点火前或点火时扫气期间发生的进气和排气相互作用的影响。当起动发动机时，特别是在缸内温度达到支持稳定燃烧的水平之前的寒冷条件下，这种敏感性可表现为失火和/或不均匀燃烧。
7.与柴油燃烧相关联的排放相关的政府政策的主要目标之一是将排气管发动机排出的nox推动到历史最低水平。尽快增加柴油发动机的排气焓，以使scr系统在尽可能短的时间内达到操作效率，是特别有益的。当发动机冷起动时，其燃烧特性与正常工况期间的燃烧特性大不相同。在发动机起动直到其排气焓上升到导致催化剂起燃的水平的周期期间，scr系统将无法有效降低发动机排放的nox。在冷起动期间，尾管排放量高于暖起动期间的尾管排放量，甚至高于发动机暖起动的同时怠速时的尾管排放量。因此，希望尽快将催化剂温度提高到起燃水平，同时将nox排放保持在可接受水平；这必然包括快速实现稳定燃烧。
8.将对置活塞发动机的排气子系统配置有后处理装置是有用的，当排气在被排放到大气中之前通过该装置时，该后处理装置净化排气中的不良成分。特别是，期望二冲程循环、单向流扫气、压缩点火、对置活塞发动机能够快速提高排气焓，以便在发动机冷起动后快速点燃选择性催化剂还原装置，同时将排气焓维持在发动机正常操作期间保持催化剂在有效温度范围内的水平。
9.美国专利公布2015/0128907中提出了在冷起动条件下快速实现对置活塞发动机稳定燃烧问题的解决方案。该解决方案包括，在喷射燃料之前，防止空气流经发动机，同时起动转动发动机以加热发动机中保留的空气，随后控制质量空气流过发动机和燃料喷射到发动机中，以便产生和保持热量，用于稳定燃烧和转换到怠速操作状态。
10.pct国际公布wo 2013/126347描述了一种基于对递送到气缸的新鲜空气和egr质量与气缸中捕集的增压空气质量之比的控制来管理具有egr的对置活塞发动机的排气温度的策略。该策略通过在发动机操作期间确定发动机气缸中的捕集温度值并将该值维持在预定范围内来实现。捕集温度的控制通过控制修正的空气递送比来实现，修正的空气递送比被定义为在发动机循环期间递送到气缸的增压空气质量除以气缸最后一个端口(通常为进气端口)关闭时保留在气缸中的增压空气质量。修正空气递送比的低值导致更高水平的内部残余物，从而导致捕集温度升高。
11.美国专利公布2015/0128907中提出的对置活塞冷起动策略不包括一旦实现稳定燃烧就实现催化剂快速起燃的任何特定程序。在pct国际公开wo2013/126347中描述的对置活塞的排气控制策略是基于气缸中的捕集温度，并且在一些情况下，如果不是不准确的话，也可能是不完整的，因为没有考虑到排气从气缸输送到后处理装置期间的热损失。这两份专利公布均未提供一种完整的排气控制方法，该方法旨在当必须在对置活塞的冷起动期间
向排气系统快速提供热能，并且在发动机起动后的正常操作期间必须维持峰值nox降低效率时，在整个操作循环中实现低nox排放水平。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提供一种操作对置活塞发动机的方法，以实现设置在对置活塞发动机的排气通道中的催化后处理装置的快速点火，这是通过在对置活塞发动机正在操作时感测指示催化后处理装置的催化剂温度的排气状况并根据对置活塞发动机的操作状态或工况响应于排气状况启动催化剂起燃程序来执行的。
13.当对置活塞发动机处于怠速状态时，通过增加进入对置活塞发动机中的质量空气流量并关闭排气通道中的背压阀来执行催化剂起燃程序。
14.当对置活塞处于踩油门瞬态状况时，通过增加进入对置活塞发动机中的质量空气流量、增加喷射到发动机中的燃料量以及提前喷射的燃料的喷射正时来进行催化剂起燃程序。
15.当对置活塞发动机处于松油门瞬态状况时，通过降低进入对置活塞发动机中的质量空气流量并延迟喷射的燃料的喷射正时来进行催化剂起燃程序。
16.当排气状况指示催化剂起燃程序期间催化剂温度超过催化剂起燃阈值时，对置活塞发动机的转换将转换到正常工况。
17.在本发明的特定方面，当排气状况小于指示催化后处理装置起燃温度的阈值时，启动催化剂起燃程序。监测的排气状况可包括排气温度或排气焓。
18.鉴于上述常规遗漏，本发明的另一个目的是提供一种用于对置活塞发动机的催化剂起燃设备，其中催化剂起燃设备被配置为通过控制排气流的温度或焓来起燃后处理系统的选择性催化剂还原装置，并且在发动机在怠速状态或瞬态状况下操作时维持有效催化活性。
19.以下实施例描述的本发明可在各种对置活塞发动机应用中实施，包括但不限于车辆、船舶、飞机和固定炮位。
附图说明
20.图1是现有技术的示例性对置活塞发动机的示意图。
21.图2是示出图1的发动机的燃料喷射系统实施例的示意图。
22.图3是示出图1的发动机的空气处理系统实施例的示意图。
23.图4是示出根据本发明的配备用于快速催化剂起燃的示例性对置活塞发动机的示意图。
24.图5是示出根据本发明的示例性对置活塞发动机中快速催化剂起燃方法的第一实施例的流程图。
25.图6是示出根据本发明的示例性对置活塞发动机中快速催化剂起燃方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
26.图1是示例性对置活塞发动机的示意图。优选地，但不是必须的，发动机是包括至
少一个气缸的压燃式二冲程循环、单流扫气、对置活塞发动机(以下简称“对置活塞发动机8”)。对置活塞发动机8可具有一个气缸，或者可包括两个或更多个气缸。在任何情况下，气缸10代表对置活塞发动机8的单缸和多缸配置。气缸10包括孔12和纵向位移的进气端口14和排气端口16，这些进气端口14和排气端口16在气缸中被机加工、模制或以其他方式形成在气缸中，靠近气缸的相应端部。对置活塞发动机8的空气处理系统15管理增压空气通过这些端口进入发动机和从发动机排出的输送。进气端口和排气端口中的每一个包括在气缸孔和相关歧管或增压室之间连通的一个或多个开口。在许多情况下，端口包括一个或多个开口周向阵列，其中相邻开口由气缸壁的实心部分(也称为“桥”)隔开。在一些描述中，每个开口均被称为“端口”；然而，这种“端口”的圆周阵列的构造与图1中所示的端口构造没有区别。燃料喷射器17包括固定在穿过气缸侧壁打开的螺纹孔中的喷嘴。对置活塞发动机8的燃料系统18通过喷射器17向气缸内提供用于直接侧喷射的燃料。两个活塞20、22设置在孔12中，其端面20e、22e彼此相对。为方便起见，活塞20被称为“进气”活塞，因为它打开和关闭进气端口14。类似地，活塞22被称为“排气”活塞，因为它打开和关闭排气端口16。优选地，但不是必须的，进气活塞20和所有其他进气活塞均耦接到对置活塞发动机8的曲轴30；并且，排气活塞22和所有其他排气活塞耦接到发动机8的曲轴32。
27.对置活塞发动机8的操作已被充分理解。响应于在它们的端面之间发生的压缩点火燃烧，相对的活塞移动离开它们在气缸10中的最内侧位置的各自的tc位置。当从tc移动时，活塞保持其相关联的端口关闭，直到它们接近各自的bc位置，此时活塞位于气缸中的最外侧位置，并且活塞的相关联的端口打开。活塞可同相移动，以便进气端口14和排气端口16同时打开和关闭。另选地，一个活塞可在相位上领先另一个活塞，使得进气端口和排气端口具有不同的打开和关闭时间。当增压空气通过进气端口14进入气缸10时，进气端口开口的形状致使增压空气围绕气缸的纵向轴线形成涡流，该纵向轴线在排气端口16的方向上盘旋。涡流34促进空气/燃料混合、燃烧和污染物的抑制。
28.图2示出了燃料系统18，该燃料系统可实施在共轨直接喷射燃料系统中。燃料系统18通过向气缸直接侧喷射而将燃料递送到每个气缸10。优选地，每个气缸10设置有多个燃料喷射器，这些燃料喷射器安装成通过气缸侧壁直接喷射到活塞端面之间的气缸空间中。例如，每个气缸10具有两个燃料喷射器17。优选地，燃料从燃料源40供给到燃料喷射器17，燃料源40包括至少一个轨道/蓄能器机构41，燃料由燃料泵43泵送到该轨道/蓄能器机构41。燃料返回歧管44收集来自燃料喷射器17和燃料源40的燃料，以返回到从其泵送燃料的贮存器。燃料源40的元件由相应的计算机控制致动器操作，该致动器响应由发动机控制单元(ecu)发出的燃料指令。尽管图2示出了以小于180
°
的角度布置的每个气缸的燃料喷射器17，但这仅仅是示意性表示，并不旨在限制喷射器的位置或它们喷射的喷雾方向。在图1中最佳示出的优选布置中，喷射器17被设置用于相对于喷射轴线在气缸8的相反径向方向上喷射燃料喷雾。优选地，每个燃料喷射器17由相应的计算机控制的致动器操作，该致动器响应由ecu发出的燃料喷射器命令。
29.图3示出了空气处理系统15的一个实施例，该空气处理系统管理提供给对置活塞发动机8的增压空气和由对置活塞发动机8产生的排气的输送。代表性的空气处理系统结构包括增压空气通道48和排气通道49。在空气处理系统15中，增压空气源接收新鲜空气并将其处理为增压空气。增压空气通道48接收增压空气并将其输送到对置活塞发动机8的进气
端口。排气通道49被配置为将来自发动机排气端口的排气递送到排气子系统中的其他排气部件，诸如涡轮、各种阀和排气后处理装置。
30.空气处理系统15包括涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统可包括一个或多个涡轮增压器。例如，涡轮增压器50包括在公共轴53上旋转的涡轮51和压缩机52。涡轮51设置在排气通道49中，而压缩机52布置在增压空气通道48中。涡轮增压器50从排气端口排出并直接从发动机排气端口16流入排气通道49的排气中提取能量，或从收集从排气端口流出的排气的排气歧管57中提取能量。优选地，在多缸对置活塞发动机中，排气歧管57包括与所有气缸10的排气端口16连通的排气增压室或排气箱，这些排气端口16被支撑或铸造在气缸体70中。涡轮51通过流经涡轮51的排气旋转。这旋转压缩机52，使其通过压缩新鲜空气产生增压空气。来自气缸10的排气端口的排气流入排气歧管57，然后通过排气歧管57流向涡轮51的入口。来自涡轮出口的排气经过一个或多个后处理装置59流到排气出口55。
31.增压空气子系统可通过空气过滤器(未示出)向压缩机52提供进气。当压缩机52旋转时，它压缩入口空气，并且压缩的(即，“增压的”)进气流入机械增压器60的入口，机械增压器60被配置为将增压进气泵送到发动机的一个或多个进气端口。在这方面，由压缩机52压缩并由机械增压器60泵送的空气从机械增压器的出口流入进气歧管68。加压的增压空气从进气歧管68递送到气缸10的进气端口14。优选地，在多缸对置活塞发动机中，进气歧管68包括与所有气缸10的进气端口14连通的进气增压室或箱。
32.增压空气子系统还可包括至少一个冷却器，该冷却器被耦接成在递送到对置活塞发动机8的进气端口之前接收和冷却增压空气。在这些情况下，由压缩机52提供的增压空气流过冷却器67，从那里增压空气被机械增压器60泵送到进气端口。第二冷却器69可设置在机械增压器60的出口和进气歧管68之间。
33.空气处理系统15可包括高压型、低压型或其组合的排气再循环(egr)回路。一个示例是高压egr回路73，其包括egr阀74和混合器75。排气在egr阀74的控制下通过egr回路73再循环。egr回路73通过egr混合器75耦接到增压空气子系统。在一些情况下，尽管不是必须的，但egr冷却器(未示出)可设置在egr回路73中。
34.进一步参考图3，空气处理系统15用于控制增压空气和排气子系统中单独控制点处的气流。在增压空气子系统中，增压空气流量和增压压力可通过机械增压器旁通回路80(有时称为“机械增压器再循环回路”或“机械增压器分流回路”)的操作进行控制，机械增压器旁通回路80被配置为将空气从机械增压器出口72循环到机械增压器的入口71。机械增压器旁通回路80包括机械增压器旁通阀(以下简称“旁通阀”)82，用于控制进入进气歧管68的增压空气流量，从而控制进气歧管68中的压力。更准确地说，旁通阀82将增压空气流从机械增压器的出口72(高压)分流到其入口71(低压)。有时旁通阀82可称为“再循环”阀或“分流”阀。排气出口通道58中的背压阀90控制从涡轮流出的排气流，并因此控制用于各种目的的排气通道中的背压，包括调节排气温度。依据图3，背压阀90可位于涡轮51出口下游侧上的排气出口通道58中。可提供废气门92，以将排气从涡轮叶轮中分流，从而实现涡轮转速的调节。调节涡轮转速可调节压缩机转速，进而控制增压空气增压压力。阀74、82和90以及废气门92由相应的计算机控制的致动器打开和关闭，该致动器响应由ecu发出的旋转指令。在一些情况下，这些阀可控制为两种状态：完全打开或完全关闭。在其他情况下，任何一个或多个阀可以可变地或连续地调节到完全打开和完全关闭之间的状态。
35.在一些情况下，空气处理系统中的气体流量和压力的控制也可由变速机械增压器系统提供。在这些方面，机械增压器60可通过机械增压器驱动机构(以下称为“驱动装置”)95耦接到对置活塞发动机8的曲轴30或32，从而被驱动。驱动装置95可包括步进传动装置或连续可变传动装置，在这种情况下，增压空气流量和升压压力可通过响应于提供给驱动装置95的信号改变机械增压器60的速度来改变。在其他情况下，机械增压器可以是具有分离驱动装置的机构的单速装置，从而给出两种不同的驱动状态。在其他情况下，分离机构可设置有步进或连续可变驱动装置。另选地，机械增压器驱动机构可包括电动马达。在任何情况下，驱动装置95均由ecu发出的指令致动。
36.涡轮51可为一个可变几何涡轮(vgt)装置，其具有的有效纵横比可响应于发动机转速和负载的变化而变化。纵横比的改变使得能够调节涡轮51的转速。调节涡轮转速可控制压缩机转速，进而允许控制增压空气压力。在许多情况下，包含vgt的涡轮增压器可能不需要废气门。vgt装置由计算机控制的致动器操作，该致动器响应由ecu发出的涡轮指令。另选地，涡轮51可包括固定几何形状的装置。
37.在本公开中，发动机控制机构是基于计算机的系统，其包括编程控制器、多个传感器、多个致动器和分布为遍布对置活塞发动机8的其他机器装置。控制机构控制各种发动机系统的操作，包括燃料系统、空气处理系统、冷却系统、润滑系统和其他发动机系统。编程控制器包括与相关传感器、致动器和其他机器装置电连接的一个或多个ecu。依据图4，对图2的燃料系统和图3的空气处理系统(以及可能的对置活塞发动机8的其他系统)的控制通过包括可编程ecu 94的控制机构来实现。ecu 94由一个或多个微处理器、存储器、i/o部分、转换器、驱动器等组成，并且被编程为在各种发动机工况下执行燃料处理算法和空气处理算法。这些算法实施在控制模块中，这些控制模块是由ecu 94执行的发动机系统控制程序的一部分，以便调节发动机8的操作。
38.对于示例性共轨直接喷射系统，ecu 94通过向燃料源40发出轨道压力(rail)命令，并且通过发出喷射器(injector)命令以操作喷射器17来控制燃料喷射到气缸中。对于空气处理系统，ecu 94通过发出背压(backpressure)、废气门(wastegate)和旁通阀(bypass)命令来分别打开和关闭排气背压阀90、废气门92和旁通阀82，从而控制气体(进气和排气)输送通过对置活塞发动机8。在机械增压器60由可变驱动装置或电动马达操作的情况下，ecu 94还通过发出驱动(drive)命令致动驱动装置95来控制气体输送。并且，在涡轮51被配置为可变几何装置的情况下，ecu 94还通过发出vgt命令设定涡轮的纵横比来控制气流。
39.各种传感器测量遍布对置活塞发动机8的物理条件。传感器可包括物理装置或虚拟装置。物理传感器与ecu 94电气连接。虚拟传感器实施在由ecu94执行的计算中。当对置活塞发动机8运行时，ecu 94基于各种条件(诸如发动机负载和发动机转速)确定当前发动机操作状态，并且基于当前的发动机操作状态，通过控制共轨燃料压力和喷射持续时间来控制喷射到每个气缸10中的燃料的量、模式和正时。例如，ecu 94可操作地连接到用于检测发动机负载变化的发动机负载传感器96(其可代表加速器位置传感器、扭矩传感器、调速器或巡航控制系统或任何等效装置)、检测曲轴32的位置(曲柄角或ca)、旋转方向和旋转速度的发动机转速传感器97以及检测轨道压力的传感器98(如果发动机配备有双共轨燃料系统，则可存在两个此类传感器)。一些传感器检测空气处理系统中某些位置处的气体质量流
量、压力和温度。这些传感器使ecu 94能够在对置活塞发动机8操作期间执行控制空气处理系统15的任务。这些传感器包括质量空气流量传感器100和包括第一排气温度传感器102的排气温度传感器布置。质量空气流量传感器100检测通过增压空气通道48流到压缩机52入口的空气的质量流量。排气温度传感器102检测流入排气通道49的排气温度。
40.催化剂起燃：如图4所示，示例性对置活塞发动机8可被装备以用于设置在背压阀90上游侧上的排气通道49中的催化装置105的快速起燃。例如，催化装置可包括scr装置。在所示示例中，催化装置105布置在涡轮51出口的下游侧；然而，这不是限制因素，因为催化装置可位于涡轮入口的上游侧上。在对置活塞发动机8通过燃烧柴油燃料操作的情况下，scr可为包括其他后处理装置的排气后处理系统的一部分。在这种情况下，后处理系统的其他部件可包括柴油氧化催化剂(doc)106、柴油颗粒过滤器(dpf)108，以及可能的其他后处理装置。图4所示的后处理装置的定位不受限制，因为这些装置可在排气通道49中以各种顺序分布。对于对置活塞发动机的非柴油、汽油和混合燃料应用，催化装置105可包括与各种其他后处理装置组合的scr。
41.当对置活塞发动机8关闭时，可执行起动程序，以利用与对置活塞发动机8的曲轴接合的起动机马达装置110来启动发动机操作。起动机马达装置110由ecu 94通过起动转动命令(crank)控制。起动程序可包括当通过一个或多个起燃开关、起动机按钮或等效装置产生发动机起动信号112时，使用起动机马达装置110最初起动转动对置活塞发动机8。在起动程序的预起动转动模式中，起动机马达110开始转动曲轴，同时ecu 94通过以下方式记录曲轴的速度。当达到目标曲轴速度时，发动机控制转到起动转动模式，在该模式期间，燃烧被初始化并稳定。当曲轴速度在起动转动模式期间达到目标运行速度时，发动机控制进入运行模式，其中ecu 94将发动机控制目标设置为运行模式校准设定，从而启用辅助发动机功能，并关闭起动机马达110。在冷起动程序的预起动转动模式期间，在喷射燃料之前，ecu 94可在起动转动发动机以加热保持在发动机中的空气的同时防止空气流出发动机，随后在起动转动模式期间根据冷起动时间表控制通过发动机的质量空气流量和进入发动机的燃料喷射，以便产生和保存热量用于稳定燃烧和转换到怠速操作状态。例如，参见共同拥有的美国公布2015/0128907中描述的对置活塞发动机的冷起动策略。
42.一旦起动转动结束并且对置活塞发动机8达到运行模式，ecu 94就基于感测到的排气通道中的排气流的状况，通过计算、估计、查表或等效程序中的一个或多个来连续确定指示催化剂温度的排气状况(“催化剂温度”)。在一些情况下，催化剂温度可由排气通道49中靠近催化装置入口的排气温度传感器的输出指示。因此，例如，排气温度传感器102可为电连接到ecu 94的物理装置，可设置在涡轮51出口的下游侧和scr 105入口的上游侧之间的排气通道49中。在这种情况下，由ecu 94确定的催化剂温度值可被认为是由排气温度传感器102检测的scr 105的入口温度(t
cat
‑
in
)。
43.由ecu 94维持的阈值(t
cat
‑
lo
)可对应于催化剂起燃温度的标定值。ecu 94将scr入口温度(t
cat
‑
in
)与阈值(t
cat
‑
lo
)进行比较，以便确定催化剂温度是否接近或低于其起燃温度。在这种情况下，ecu 94执行催化剂起燃程序，通过增加提供给催化装置的排气热来升高催化剂的温度。为了升高和/或维持催化剂的温度，在任何长时间怠速或其他低负荷状态下(例如当车辆不移动时)，或在扭矩需求导致的瞬态条件下，该程序可在起动后被立即激活。
44.对于图4所示的对置活塞发动机配置，ecu 94可执行一种方法，通过该方法，对置
活塞发动机8的空气处理系统被控制以快速加热排气，从而在发动机冷起动期间和/或在发动机正常运行期间维持低发动机排出nox的同时快速起燃后处理系统的选择性催化剂还原装置。就此而言，当对置活塞发动机8在已经关闭之后最初起动时，ecu 94激活起动机马达装置110。在运行模式控制开始之前，ecu 94可执行冷起动程序以实现稳定燃烧。在运行模式控制开始时，ecu 94可将发动机操作转换为怠速状态。在燃烧稳定的情况下，ecu 94通过监测排气的热状况来评估催化操作，以确定是否执行催化剂起燃程序，通过该程序催化剂的温度升高。目标可为将催化剂温度升高到起燃水平或升高到催化剂最佳操作的有效范围内的水平。
45.无论对置活塞发动机可以如何起动，当对置活塞发动机在怠速状态或热稳态下操作时，ecu 94均通过监测排气状况来评估催化操作，以确定是否需要催化剂起燃控制模式来升高催化剂温度。
46.由ecu 94监测以评估催化剂温度的排气状况可包括热状态，例如排气温度或排气焓。
47.第一实施例：控制对置活塞发动机8的催化剂起燃方法的第一实施例可参考图4和图5理解。当输入发动机起动信号112以起动发动机(步骤s1)时，ecu 94生成起动转动信号以激活起动机马达装置110，起动机马达装置110开始起动转动对置活塞发动机8。当起动转动继续时，ecu 94可执行冷起动程序以快速启动和稳定燃烧。在转换到运行模式控制时，发动机操作进入稳定怠速状态。在此初始周期期间，ecu 94读取各种传感器以确定发动机转速和发动机负载，并且读取排气温度传感器102以确定是否应激活催化剂起燃控制模式。发动机状态检查也可由ecu 94使用发动机转速传感器97来执行，以检测发动机控制何时转换出起动转动模式(步骤s2)。当起动转动模式完成时，ecu 94转换到运行模式控制程序。进入运行模式后，ecu 94检查催化剂温度(步骤s3)。如果催化剂温度检查指示不需要催化剂起燃控制模式，则ecu 94可切换到发动机控制的正常(或hss(热稳态))运行控制模式，该模式将发动机转换到正常或稳态操作状态以获得最大燃料效率(步骤s3至步骤s9)。如图5所示，催化剂起燃方法从步骤s9到步骤s3连续循环以检查催化剂温度。在正常运行控制模式下，ecu 94将检查发动机转速、发动机负载和其他参数，以确定空气和燃料处理系统的适当设定。
48.当在步骤s3中，ecu 94通过将scr入口温度(t
cat
‑
in
)与阈值(t
cat
‑
lo
)进行比较而检测到催化剂温度接近或低于起燃温度时，ecu 94接下来读取传感器96和97，以确定发动机负载和发动机转速是否指示发动机处于怠速操作状态(步骤s4)。当ecu 94确定应在对置活塞发动机8处于怠速时执行催化剂起燃程序时，ecu 94将通过采取以下措施执行怠速催化剂起燃程序(步骤s5)：增加到一个或多个进气端口的质量空气流量并关闭背压阀。在这方面，涡轮增压器50由ecu 94调节以提高涡轮51的速度，机械增压器60由ecu94调节以加速进入发动机8的一个或多个进气端口的质量空气流量，并且背压阀90将由ecu 94关闭。提高涡轮51的速度会使压缩机52转速加快，从而增加(提升)由压缩机52产生的增压空气压力。如果涡轮51是固定几何形状的装置，其速度可通过关闭废气门92来增大，从而增加到涡轮入口的排气流。如果是可变几何(vgt)装置，可通过关闭其可调节元件(诸如叶片或喷嘴)来提高涡轮的速度。在一些情况下，空气处理系统可配备有一个或多个egr回路；在这种情况下，ecu 94可在步骤s5中关闭egr阀(或多个阀，如果存在多于一个egr回路)。背压阀90的这些
动作和关闭将导致扫气比的降低，这进而将增加气缸中捕集的残余气体量。这将因此提高缸内温度和排气温度。同时，ecu 94可通过关闭旁通阀82和/或命令驱动装置95达到高传动比来调节机械增压器60，这将导致机械增压器增加向发动机的一个或多个进气端口提供的加压的增压空气，从而混合压缩机52的升压。这将导致更高的泵送损失，这导致由ecu 94命令的更高的燃料量，这将由ecu 94试图保持相同的速度而导致，最终导致燃烧增加和排气温度较高。从步骤s5开始，只要t
cat
‑
in
未通过步骤s3中的检查，ecu 94将循环回到步骤s3中的t
cat
‑
in
测试，并且通过循环通过步骤s5、s3和s4来维持这些催化剂起燃条件。当t
cat
‑
in
上升到阈值以上时，ecu 94将切换(步骤s3至步骤s9)到正常发动机操作的运行控制模式。在正常控制模式下，ecu 94将通过检查发动机转速、发动机负载和其他参数来执行步骤s9，以确定空气和燃料处理系统的适当设定，同时连续循环通过步骤s3以执行t
cat
‑
in
检查。
49.在步骤s4中，当确定催化剂起燃要求时，如果发动机负载传感器96向ecu 94指示瞬态发动机状况，则ecu 94将执行步骤s6，以检查瞬态状况是否为“踩油门”瞬态状况(例如，由加速、发动机负载增加、对增加的燃料或扭矩的需求等产生的正瞬态强度)或“松油门”瞬态状况(例如，由减速、发动机负载减少、所需的燃料或扭矩减少等产生的负瞬态强度)。根据负载变化的剧烈程度，负载瞬态强度将受到影响。因此，在步骤s6中，可在低负载工况下感测到的轻微变化(低强度瞬态)可归类为踩油门或松油门瞬态状况，以及大变化(高强度瞬态)。瞬态强度反过来将通过校准确定空气系统致动器设定和燃料系统致动器设定的变化程度。
50.如果检测到踩油门瞬态状况，ecu 94将通过采取以下动作来执行踩油门催化剂起燃程序(步骤s7)：命令流向对置活塞发动机8的一个或多个进气端口的质量空气流量急剧增加，并命令增加被喷射的燃料量。ecu 94可调节涡轮以提高其转速，从而使压缩机转速加快，从而增加(提升)压缩机产生的增压空气的压力。如果涡轮51是固定几何形状的装置，则其速度可通过关闭废气门92来提高。如果是可变几何(vgt)装置，则涡轮速度可通过关闭其可调节元件(诸如叶片或喷嘴)来提高。在调节涡轮51的同时，ecu 94还可通过关闭旁通阀82来调节机械增压器60，以增加提供给发动机8的一个或多个进气端口的增压空气的升压。在踩油门瞬态状况期间，空气处理系统部件的惯性可延迟空气处理系统对命令的气流的响应。关闭旁通阀82减少了机械增压器60对需求的响应时间。如果对置活塞发动机8配备有多速驱动装置95和旁通阀82，则旁通阀将关闭，并且驱动装置将被命令具有更高的传动比或更快的速度。这将确保质量空气流量的快速增加。在一些情况下，空气处理系统可配备有一个或多个egr回路；在这种情况下，ecu 94可以期望角度关闭egr阀(或多个阀)，例如，0
°
(完全关闭)和10
°
(部分打开)之间的角度。ecu 94可根据瞬态强度发出轨道压力命令，以达到命令的燃料压力，以便在上升斜坡瞬态期间帮助降低碳烟。例如，轨道压力可增加110％至125％范围内的量。ecu 94还可提前喷射正时以产生更多的燃烧热，从而导致更高的排气温度。例如，喷射正时可被提前2
°
(曲柄角)至6
°
(曲柄角)范围内的量。ecu 94还可执行烟雾限制器(如有配备)，以防止空气/燃料混合物过度富集。当循环通过步骤s3、s4、s6和s7时，ecu 94将持续检查催化剂的温度。当t
cat
‑
in
上升到阈值以上时，ecu 94将切换(步骤s3至步骤s9)到用于正常发动机操作的控制模式。在正常运行控制模式下，ecu 94将通过检查发动机转速、发动机负载和其他参数来执行步骤s9，以确定空气和燃料处理系统的适当设定，同时连续循环通过步骤s3来执行t
cat
‑
in
的检查。
51.如果检测到松油门瞬态状况，ecu 94将通过采取以下动作来执行松油门催化剂起燃程序(步骤s8)：命令流向对置活塞发动机8的一个或多个进气端口的质量空气流量急剧减少，并命令正被喷射的燃料量减少。ecu 94可完全打开旁通阀82，以减少机械增压器60向发动机的一个或多个进气端口的空气递送。在一些情况下，空气处理系统可配备有egr回路；在这种情况下，ecu 94可将一个或多个egr阀打开到期望的最大角度，以帮助减少空气递送。ecu 94可将背压阀90关闭到最小角度，以便增加排气通道中的背压。例如，背压阀角度可关闭到25
°
和35
°
之间的角度。ecu 94可基于瞬态强度延迟喷射正时。例如，喷射正时可延迟2
°
(曲柄角)至4
°
(曲柄角)范围内的量。后处理催化剂的温度将由ecu 94连续检查。ecu 94将连续循环执行步骤s3、s4、s6和s8，并且当t
cat
‑
in
上升到阈值以上时切换(步骤s3至步骤s9)到用于正常发动机操作的运行控制模式。在正常运行控制模式下，ecu 94将通过检查发动机转速、发动机负载和其他参数来执行步骤s9，以确定空气和燃料处理系统的适当设定，同时连续循环通过步骤s3来执行t
cat
‑
in
的检查。
52.第二实施例：控制对置活塞发动机8的催化剂起燃模式的第二实施例可参考图4和图6理解。在该实施例中，ecu 94可通过估计、计算和查表中的一个或多个，基于指示scr 105中催化剂温度的催化剂温度值和指示排气通道49中排气的质量流量的排气质量流量值来确定排气焓值。
53.在第二实施例中，催化剂温度(t
cat
)由ecu 94根据催化剂装置的入口温度(t
cat
‑
in
)和催化剂装置的出口温度(t
cat
‑
out
)之间的差值以及可能的其他参数来确定、计算或估计。本实施例可通过排气温度传感器布置实现，该排气温度传感器布置包括用于检测t
cat
‑
in
的第一排气温度传感器102以及用于检测scr出口下游侧上的排气温度的位于排气通道49中靠近催化装置出口的第二排气温度传感器103。在这种情况下，ecu 94估计的催化剂温度值可由ecu 94基于第一排气温度传感器102检测到的t
cat
‑
in
和第二排气温度传感器103检测到的t
cat
‑
out
之间的差值来确定、计算或估计。
54.指示排气通道49中排气的质量流率的排气质量流率值(m
exg
)由ecu 94基于包括进入发动机的质量空气流量、发动机负载、发动机转速以及可能的其他参数在内的发动机运行参数来确定、计算或估计。这些发动机操作参数的当前值由各种传感器检测，包括质量空气流量传感器100、发动机转速传感器97、发动机负载传感器96，以及可能的其他传感器。这些电流值被提供给由ecu 94维护的处理模块，该处理模块可包括经验推导的校准图或数学模型。
55.在冷起动对置活塞发动机8后，ecu 94通过生成起动转动信号来激活起动机马达装置110，从而以图5的步骤s1所述的方式启动冷起动模式(步骤s10)，起动机马达装置110开始起动转动对置活塞发动机8。当起动转动继续时，ecu 94执行冷起动程序，该程序包括启动和稳定燃烧，以及将发动机操作转换到稳定怠速状态。
56.在此初始冷起动模式期间，ecu 94读取各种传感器以确定发动机转速和发动机负载，并且读取质量空气流量传感器100、第一排气温度传感器102和第二排气温度传感器103。发动机状态检查也可由ecu 94使用发动机转速传感器97来执行，以检测发动机何时转换出起动转动模式(步骤s11)。当起动转动完成时，ecu 94转换到运行控制模式。当实现稳定燃烧时，ecu 94基于(t
cat
‑
in
)和(t
cat
‑
out
)确定、估计或计算(步骤s12)催化剂温度值(t
cat
)。例如，ecu 94可执行计算t
cat
＝((t
cat
‑
in
)
‑
(t
cat
‑
out
))。作为另一示例，ecu 94可将t
cat
计算为两个或更多个差值的平均值((t
cat
‑
in
)
‑
(t
cat
‑
out
))。另选地，t
cat
可通过查表来确定。ecu 94还基于进入发动机的质量空气流量、发动机转速和发动机负载来确定、估计或计算排气质量流率值(m
exg
)。ecu 94还使用催化剂温度和排气质量流率来确定、估计或计算(步骤s13)流经src 105的排气的焓值(e
cat
)。例如，ecu 94可执行计算e
cat
＝((t
cat
)x(m
exg
))。另选地，e
cat
可通过查表确定。ecu 94还维持阈值焓值(e
cat
‑
th
)，该阈值焓值可对应于排气焓的期望值。在步骤s14中，ecu 94确定流经scr 105的排气的焓是否小于阈值焓值达预定停留时间。如果(e
cat
<e
cat
‑
th
)达到预定时间段，则结论是催化剂没有被充分加热以在期望的操作水平下运行，在这种情况下，从步骤s14的决定中采取肯定的退出。第二实施例催化剂起燃程序的剩余部分然后以对应于图5的步骤s4至s8的方式进行。就此而言，如果在步骤s15检测到发动机运转的怠速状态，则与图5的步骤s5一样，ecu 94进行怠速催化剂起燃程序(步骤s16)。另一方面，如果在步骤s15中未检测到怠速状态，则ecu 94检测到发动机操作的当前瞬态状态(步骤s17)，并且执行如图5的步骤s7中所示的踩油门催化剂起燃程序(步骤s18)，或者如图5的步骤s8中所示的松油门催化剂起燃程序(步骤s19)。如果步骤s14中的焓检查指示不需要催化剂起燃控制程序(从步骤s14的决定中否定的退出)，则ecu 94可通过操作或切换到用于最大燃料效率的正常控制模式来执行步骤s20(如图5中的步骤s9)。
57.附加步骤：图5和图6所示的催化剂起燃程序的第一和第二实施例可采用除了已经描述的步骤之外的步骤，以便进一步提高排气温度。例如，在根据本发明的催化剂起燃程序期间，特别是在冷起动步骤期间，可通过减少或停止冷却剂的流动来绕过增压空气通道48中的一个或多个增压空气冷却器，以便减少从增压空气中提取的热。这将导致通过排气通道49传播的较暖的新鲜充气温度。
58.在另一个示例中，废气门92可在根据本发明的催化剂起燃程序的怠速步骤期间调节到打开位置。通过打开废气门，来自排气流的通常会加热涡轮51的一些焓将保留在排气流中，从而对催化剂产生更高的排气温度。
59.此外，与正常或hss运行控制模式相比，根据本发明的催化剂起燃程序的怠速步骤期间的怠速可被提高。这将导致更大的摩擦，这将需要更多的燃料来维持更高的怠速。因此，由于燃料加注量增加，将获得更高的排气温度。在后处理催化剂的温度高于标定值以确保nox减少后，怠速将随着冷却剂温度下降至正常目标转速。
60.在前面的说明书中，已经参考了许多具体细节描述了实施例，这些细节可根据不同的实现而变化。可对所描述的实施例进行某些调整和修改。从本文公开的本发明的说明书和实践的考虑，其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。本说明书和示例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求指示。