发动机的空气喷射系统、其控制方法及用于发动机的方法与流程

1.本发明涉及空气喷射系统(air injection system)及其控制方法。


背景技术：

2.发动机使用催化转化器作为净化废气中有害物质的后处理设备。
3.催化转化器应该被加热到预定温度以上，以执行适当的净化功能。因此，正在做出努力的是，在发动机冷起动时将催化转化器的催化剂温度快速提高到起燃温度(lot)以上，从而使从发动机排出的有害物质最小化。
4.近来，已经开发出了带有排气歧管的集成气缸盖，该排气歧管被配置为使得排气歧管的至少一部分与发动机的气缸盖集成。
5.换句话说，集成气缸盖被配置为使得与相应燃烧室相连接的至少一些排气口在气缸盖中相互耦接，然后与气缸盖的外部连通。例如，在所有的排气口在气缸盖中都耦接之后，它们通过单一通道连接到外部排气管。此外，在发动机具有四个燃烧室的情况下，连接到每个燃烧室的两个排气口在气缸盖中连接，然后经由两个通道与气缸盖的外部连通。
6.作为参考，在一些排气口在气缸盖中连接然后多个通道向气缸盖外部打开的结构的情况下，耦接至气缸盖的部件应该设有通道，这些通道分别连接到向气缸盖外部打开的通道，并且当它们耦接至催化转化器时，这些通道应该合并为一个通道。因此，尽管排气歧管的一些部件包括在气缸盖中，但这都将被称为“排气歧管”。
7.这里，排气歧管所耦接的气缸盖的一部分将被称为“排气凸缘”。
8.同时，在所有排气口在气缸盖中合并成一个然后仅通过一个通道向气缸盖的外部打开的结构的情况下，即在排气凸缘(exhaust flange)中仅打开一个通道的结构，排气歧管完全包括在气缸盖中。因此，耦接至排气凸缘的部件将被简称为“排气管”。然而，为了将其与用于在排气凸缘中形成多个通道的结构的排气歧管一起统称为排气歧管，耦接至仅具有一个通道的排气凸缘的部件也将被称为“排气歧管”。
9.换句话说，排气歧管的至少一部分包括在气缸盖中。耦接至气缸盖排气凸缘的排气歧管既指简单地具有一个通道的排气管类型，也指具有多个通道使得它们合并为一个通道的类型。
10.前述内容仅旨在帮助了解本发明的背景，并不意味着本发明落入在本领域技术人员已知的本领域的范围内。


技术实现要素：

11.本发明涉及空气喷射系统及其控制方法。具体实施例涉及空气喷射系统及其控制方法，旨在快速提高用于净化发动机废气的催化剂的温度。
12.相应地，考虑到本技术中出现的问题，已经给出本发明的实施例，本发明的实施例提供了发动机的空气喷射系统及其控制方法，其中二次空气可以更有效地、更适当地施加到具有带排气歧管的集成气缸盖的发动机中的催化转化器的前部，从而在发动机冷起动时
快速提高催化剂的温度，并且最终使从发动机排出的有害物质最小化，并满足各种排放控制要求。
13.本发明的实施例提供了发动机的空气喷射系统，包括：在带有排气歧管的集成气缸盖中形成的排气凸缘；耦接至排气凸缘的排气歧管；设在气缸盖或排气歧管上的空气喷射喷嘴；安装成控制供应到空气喷射喷嘴的空气的阀；以及被配置以控制阀的控制器，其中，控制器被配置以当在发动机的初始起动阶段废气温度达到预定燃烧温度时，控制阀并通过空气喷射喷嘴喷射空气。
14.当多个排气口在排气凸缘中打开时，空气喷射喷嘴可包括多个空气喷射喷嘴，以将空气喷射到与多个排气口相连接的每个通道中，并且多个空气喷射喷嘴可安装成将空气从每个燃烧室的排气阀喷射到与相同排气流长度相对应的位置。
15.控制器可被配置以根据温度模型来计算发动机起动的初始阶段的废气温度，该温度模型包括发动机转速、进气量、点火正时、空燃比、发动机冷却液温度以及环境温度。
16.控制器使用的温度模型可被配置以计算设有空气喷射喷嘴的位置处的废气温度。
17.控制器可被配置以根据发动机的排气量和空燃比来确定燃烧温度，该燃烧温度是废气中燃料成分可被从空气喷射喷嘴喷射的空气燃烧的温度。
18.控制器可设定等待时间，在该等待时间，期望根据温度模型计算出的废气温度等于或大于燃烧温度，并且当发动机起动之后经过该等待时间时，可确定发动机起动的初始阶段的废气温度达到燃烧温度。
19.本发明的实施例提供了控制发动机的空气喷射系统的方法，该空气喷射系统包括安装成控制供应到空气喷射喷嘴的空气的阀，该空气喷射喷嘴设在发动机的气缸盖中或排气歧管中，该发动机具有带排气歧管的集成气缸盖，以及被配置以控制该阀的控制器，该方法包括：当发动机起动时由控制器计算发动机起动的初始阶段的废气温度和预定燃烧温度，由控制器确定废气温度等于或大于燃烧温度，以及当废气温度等于或大于燃烧温度时，控制阀通过空气喷射喷嘴喷射空气。
20.控制器可被配置以使用温度模型来计算发动机起动的初始阶段在设有空气喷射喷嘴的位置处的废气温度，该温度模型包括发动机转速、进气量、点火正时、空燃比、发动机冷却液温度以及环境温度。
21.控制器可被配置以根据发动机的排气量和空燃比来确定燃烧温度。
22.控制器可设定等待时间，在该等待时间，期望根据温度模型计算出的废气温度等于或大于燃烧温度，并且当发动机起动之后经过该等待时间时，可确定发动机起动的初始阶段的废气温度等于或大于燃烧温度，从而通过空气喷射喷嘴喷射空气。
23.根据本发明的实施例，二次空气可以更有效地、更适当地施加到发动机中的催化转化器的前部，该发动机具有带排气歧管的集成气缸盖，从而在发动机冷起动时快速提高催化剂的温度，并且最终使从发动机排出的有害物质最小化，并满足各种排放控制要求。
附图说明
24.当结合附图时，从以下详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，其中：
25.图1是示出根据本发明第一实施例的发动机的空气喷射系统的示意图；
26.图2是示出根据本发明第二实施例的发动机的空气喷射系统的示意图；
27.图3是示出根据第一实施例的在气缸盖中形成的排气凸缘的示意图；
28.图4是随着发动机起动之后经过的时间将第一实施例的排气凸缘中形成的两个排气口处的废气温度进行比较的曲线图；
29.图5是示出根据本发明实施例的空气喷射喷嘴设在排气歧管上的示例的示意图；并且
30.图6是示出根据本发明实施例的控制发动机的空气喷射系统的方法的流程图。
具体实施方式
31.参考图1和图2，根据本发明实施例的发动机的空气喷射系统包括在带有排气歧管5的集成气缸盖1中形成的排气凸缘3(见图3)、耦接至排气凸缘3的排气歧管5、设在气缸盖1或排气歧管5上的空气喷射喷嘴7、安装成控制供应到空气喷射喷嘴7的空气的阀9、以及被配置以控制阀9的控制器11。
32.这里，控制器11被配置以当废气温度在发动机的初始起动阶段达到预定燃烧温度时，控制阀9，并通过空气喷射喷嘴7喷射空气。
33.换句话说，根据本发明的实施例，为了在发动机冷起动的初始阶段快速提高催化转换器的催化剂温度，在具有集成气缸盖1的发动机中，空气经由空气喷射喷嘴7喷射到废气中，从而使作为废气中燃料成分的未燃烧碳氢化合物燃烧。在通过将空气喷射到废气中未燃烧的碳氢化合物中来检查温度达到燃烧温度之后，喷射空气。
34.在图1和图2中，在大气中的空气通过空气滤清器13过滤之后，空气通过调压罐15和进气歧管17供应到每个燃烧室。在每个燃烧室19中燃烧的废气穿过连接到每个燃烧室19的排气口21，并流经排气歧管5至催化转化器23。
35.同时，空气泵25执行通过空气滤清器13抽吸空气的泵送功能，并将空气送向空气喷射喷嘴7。阀9由控制器11控制，以将空气泵25供应的压缩空气供到空气喷射喷嘴7或阻挡其进入空气喷射喷嘴7。
36.在图1和图3所示的第一实施例中，多个排气口27在排气凸缘3中打开。
37.换句话说，假设燃烧室从图1的左侧被称为第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室以及第四燃烧室，在连接到第一燃烧室的排气口21和连接到第四燃烧室的排气口21在气缸盖1中合并之后，它们与图3的排气口27中的上排气口27-1连通。在连接到第二燃烧室的排气口21和连接到第三燃烧室的排气口21在气缸盖1中合并之后，它们与排气口27中的下排气口27-2连通。
38.作为参考，在图3中，上排气口27-1和下排气口27-2设置在上和下位置。但是，图1示出的是，排气口21设置在左侧和右侧。
39.在该结构中，空气喷射喷嘴7可包括多个喷嘴，以将空气喷射到与多个排气口27相连接的每个通道6中。多个空气喷射喷嘴7被安装成将空气从每个燃烧室19的排气阀喷射到与相同废气流长度相对应的位置。
40.换句话说，选择空气喷射喷嘴7的位置，使得沿着废气从第一燃烧室至第四燃烧室的排气阀通过每个排气口21和排气歧管5流向催化转化器23的路径测量的长度都相同。
41.原因如下：从每个燃烧室19排出的废气的温度根据废气流动路径的长度而变化。
本发明的实施例被配置以同时向空气喷射喷嘴7供应空气，从而允许废气的温度同时达到在安装有空气喷射喷嘴7的所有位置处的燃烧温度。
42.作为参考，图4是随着发动机起动之后经过的时间将第一实施例的排气凸缘中形成的两个排气口处的废气温度进行比较的曲线图。示出了上排气口27-1中的废气温度超过燃烧温度所需的时间比下排气口27-2中的废气温度超过燃烧温度所需的时间更长。这是因为在图1的发动机结构中，从第一燃烧室和第四燃烧室到上排气口27-1的废气流动距离比从第二燃烧室和第三燃烧室到下排气口27-2的废气流动距离更长。
43.当然，在图2所示的第二实施例中，所有排气口21在气缸盖1中合并为一个，并且在排气凸缘3中仅形成一个排气口27。由于连接到其上的排气歧管5也具有仅有一个通道的管的形状，所以可仅设一个空气喷射喷嘴7，并且选择性地设在气缸盖1围绕排气凸缘3或排气歧管5的一侧上。
44.作为参考，图5示出了可耦接至图3所示排气凸缘3的排气歧管5。图中，空气喷射喷嘴7设在排气歧管5上。
45.控制器11被配置以根据温度模型来计算发动机起动的初始阶段的废气温度，该温度模型包括发动机转速、进气量、点火正时、空燃比、发动机冷却液温度以及环境温度。
46.换句话说，温度模型被配置以使用发动机转速、进气量、点火正时、空燃比、发动机冷却液温度以及环境温度作为输入变量来输出废气温度，并且可以基于对相应发动机的多次实验和分析的结果的等式的形式来进行。
47.可选地，根据输入变量，在废气温度映射中提供温度模型。控制器11可被配置以基于该映射识别期望的废气温度。
48.当然，温度模型被配置以计算设有空气喷射喷嘴7的位置处的废气温度。
49.控制器11被配置以根据发动机的排气量和空燃比来确定燃烧温度，该燃烧温度是废气中燃料成分可被从空气喷射喷嘴7喷射的空气燃烧的温度。
50.换句话说，通过在燃烧温度下对相应发动机执行多次实验和分析，可提供用于根据发动机的排气量和空燃比来确定燃烧温度的数学模型，或者可提供映射，使得控制器11可使用该数学模型或该映射来计算燃烧温度。
51.控制器11设定等待时间，在该等待时间，期望根据温度模型计算出的废气温度等于或大于燃烧温度。当发动机起动之后经过该等待时间时，确定发动机起动的初始阶段的废气温度达到燃烧温度，使得阀9打开，从而空气喷射喷嘴7将压缩空气喷射到废气中。
52.当然，控制器11可被配置以当根据温度模型计算出的废气温度直接与燃烧温度比较并且然后废气温度等于或大于燃烧温度时，直接打开阀9。
53.如上所述，根据发动机的环境条件的打开时间的映射是预先准备好的，并且阀9打开达由该映射确定的时间，使得空气可经由空气喷射喷嘴7连续地喷射到废气中。
54.参考图6，根据本发明实施例的控制用于发动机的空气喷射系统的方法包括：步骤s10，当发动机起动时，由控制器11计算发动机起动的初始阶段的废气温度和预定燃烧温度；步骤s20，由控制器11确定废气温度等于或大于燃烧温度；以及步骤s30，当废气温度等于或大于燃烧温度时，控制阀9通过空气喷射喷嘴7喷射空气。
55.如上所述，控制器11可使用温度模型来计算发动机起动的初始阶段在设有空气喷射喷嘴7的位置处的废气温度，该温度模型包括发动机转速、进气量、点火正时、空燃比、发
动机冷却液温度以及环境温度。
56.此外，控制器11可根据发动机的排气量和空燃比来确定燃烧温度。
57.控制器11设定等待时间，在该等待时间，期望根据温度模型计算出的废气温度等于或大于燃烧温度。当发动机起动之后经过该等待时间时，确定发动机起动的初始阶段的废气温度达到燃烧温度，使得空气可通过空气喷射喷嘴7喷射。
58.尽管本发明是参考附图中所示的具体实施例来描述的，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离在所附权利要求中描述的本发明的范围的情况下，可以以各种方式改变和修改本发明。