用于具有直流扫气的对置活塞发动机的捕集的已燃烧气体分数控制的制作方法
【专利说明】用于具有直流扫气的对置活塞发动机的捕集的已燃烧气体分 数控制
[0001 ]优先权
[0002]本国际申请要求2013年8月23日提交的美国专利申请13/974,883的优先权。
[000引相关申请
[0004] 本申请包含与W下共同转让的申请的主题相关的主题:2011年5月16日提交的、在 2011年12月1日公布为US 2011/0289916的美国申请13/068,679;2013年2月19日提交的PCT 申请US 2013/026737;2013年3月1日提交的美国申请13/782,802;2013年5月10日提交的美 国申请13/891，622; W及2013年6月25日提交的美国申请13/926,360。
【背景技术】
[0005] 本领域是二冲程循环内燃发动机。特别地，本领域设及具有空气处理系统的直流 扫气的对置活塞发动机，空气处理系统为燃烧提供加压的增压空气，并且其处理燃烧产物。 在一些方面中，为了降低燃烧溫度，运样的空气处理系统再循环排气且将排气与加压的增 压空气混合。
[0006] 二冲程循环发动机是用单个完整的曲轴旋转和连接到曲轴的两个活塞冲程完成 功率循环的内燃发动机。二冲程循环发动机的一个示例是具有一个或多个汽缸的对置活塞 发动机，其中两个活塞在每个汽缸的孔中相对设置，用于在相反的方向上往复运动。每个汽 缸具有位于相应的汽缸端部附近的纵向隔开的进气和排气端口。汽缸中的每个对置活塞控 制端口中的一个，当活塞移动到下止点（BC)位置时打开端口，并且当活塞从BC朝向上止点 (TC)位置移动时关闭端口。端口中的一个为燃烧产物提供离开孔的通道，端口中的另一个 用于允许增压空气进入孔中；运些被分别称为"排气"和"进气"端口。在直流扫气的对置活 塞发动机中，增压空气通过汽缸的进气端口进入汽缸，并且排气从汽缸的排气端口流出，因 此气体W从进气端口到排气端口的单个方向（"直流"）流经汽缸。气体的流动被称为"气体 交换"过程。气体交换过程发生在循环的当进气端口和排气端口打开时的部分期间。对于发 动机的每个汽缸，气体交换开始于循环的第一个端口打开，并且停止于循环的最后一个端 口关闭。
[0007] 在图1中，由具有至少一个带有端口的汽缸50的对置活塞发动机49实现直流扫气 的二冲程循环内燃发动机。例如，发动机可W具有一个带有端口的汽缸、两个带有端口的汽 缸、=个带有端口的汽缸，或者四个或更多带有端口的汽缸。每个带有端口的汽缸50具有孔 52W及形成或机械加工在汽缸壁中、在汽缸的相应端部附近的纵向隔开的排气端口 54和进 气端口 56。排气端口 54和进气端口 56中的每个包括开口的一个或多个圆周阵列，其中相邻 的开口由实体桥接件隔离开。在一些说明中，每个开口被称为"端口"；然而，运样的"端口" 的圆周阵列的构造与图1中所示的端口构造没有不同。在所示的示例中，发动机49进一步包 括两个曲轴71和72。排气活塞60和进气活塞62W它们的端部表面61和63彼此相对可滑动地 设置在孔52中。排气活塞60禪接到曲轴71，并且进气活塞禪接到曲轴72。
[000引当活塞60和活塞62靠近T別寸，燃烧室被限定在活塞的端部表面61和端部表面63之 间的孔52中。燃料通过定位在通过汽缸50的侧壁的开口中的至少一个燃料喷射器喷嘴100 直接喷射到燃烧室中。燃料与通过进气端口56进入到孔中的增压空气混合。随着空气-燃料 混合物在端部表面之间被压缩，该空气-燃料混合物达到引起燃烧的溫度。
[0009] 进一步参考图1，发动机49包括空气处理系统51，空气处理系统51管理提供给发动 机49的增压空气W及由发动机49产生的排气的运输。代表性的空气处理系统构造包括增压 空气子系统和排气子系统。在空气处理系统51中，增压空气子系统包括接收新鲜空气且将 它处理成增压空气的增压源、禪接到增压空气源的增压空气通道(增压空气通过增压空气 通道被运输到发动机的至少一个进气端口）、W及在增压空气通道中被禪接W在将增压空 气(或包括增压空气的气体的混合物)传递到发动机的一个或多个进气端口之前接收和冷 却该增压空气(或包括增压空气的气体的混合物）的至少一个空气冷却器。运样的冷却器可 W包括空气到液体和/或空气到空气设备，或者另一个冷却设备。排气子系统包括从发动机 的排气端口运输排气产物W便传递到其他排气部件的排气通道。
[0010] 进一步参考图1，空气处理系统51包括具有在共同的轴123上旋转的满轮121和压 缩机122的满轮增压器120。满轮121禪接到排气子系统，并且压缩机122禪接到增压空气子 系统。满轮增压器120从离开排气端口 54且直接从排气端口 54或者从收集通过排气端口 54 输出的排气的排气歧管125流进排气通道124的排气提取能量。就运一点而言，满轮121利用 穿过它的排气旋转。运旋转压缩机122,导致压缩机通过压缩新鲜空气生成增压空气。增压 空气子系统包括机械增压器110。由压缩机122输出的增压空气流动通过增压空气通道126 到冷却器127,由此增压空气由机械增压器110累送到进气端口。由机械增压器110压缩的增 压空气可W通过冷却器129输出到进气歧管130。就运一点而言，每个进气端口 56从进气歧 管130接收加压的增压空气。优选地，在多汽缸对置活塞发动机中，进气歧管130由与所有汽 缸50的进气端口 56连通的进气增压室构成。
[0011] 在一些方面中，图1中所示的空气处理系统可W被构造W通过将排气再循环通过 发动机的带有端口的汽缸而减少由燃烧产生的NOx排放物。再循环的排气与增压空气混合 W降低峰值燃烧溫度，运减少了 NOx的产生。运个过程被称为排气再循环rEGR")。所示的 EGR构造获得了在扫气期间从端口 54流动的排气的一部分，并且通过汽缸外部的EGR回路将 它们运输到增压空气子系统中进入的新鲜进气流中。优选地，EGR回路包括EGR通道131。再 循环的排气在阀138(该阀还被称为"EGR阀"）的控制下流动通过EGR通道131。
[0012] 在很多二冲程发动机中，基于与传递到发动机的增压空气量相关的各种测量来监 控和优化燃烧和EGR操作。例如，传递到汽缸的增压空气的质量与汽缸中按化学计量燃烧所 需的增压空气的参考质量的比率（"AQambda)")被用于在发动机工况范围内控制NO巧敞 物。然而，在具有直流扫气的二冲程循环对置活塞发动机中，端口打开时间与每个循环的一 部分重叠，并且通过汽缸的进气端口传递到汽缸的增压空气中的一些在排气端口关闭之前 流出汽缸。在扫气期间流出排气端口的增压空气无法用于燃烧。因此，基于传递到具有直流 扫气的对置活塞发动机中的汽缸的进气端口的增压空气的M直（"传递的夸大了实际用 于燃烧的增压空气的量。
[0013] 根据相关申请13/926,360,在具有直流扫气的二冲程循环对置活塞发动机中，基 于由最后关闭的端口在汽缸中捕集的增压空气来估计或计算捕集的A(Atr)。就运一点而言， 最后关闭的端口可W是进气端口或者排气端口。相关地，由最后关闭的端口（ W下简称"最 后关闭的端口 "、或"LPC")在汽缸中捕集的增压空气的质量与汽缸中按化学计量燃烧所需 的增压空气的参考质量的比率被称为"捕集的A"。因为捕集的增压空气是可用于燃烧的，所 W捕集的M直提供了比传递的M直更准确的燃烧和发动机的排放物潜力的表示。在相关申请 13/926,360中给出了用于确定捕集的A(Atr)的方法。
[0014] 其他空气处理参数被用于控制二冲程发动机中燃烧和EGR操作的各个方面，并且 它们的值的确定基于包括A的估计或计算。例如，已燃烧气体分数（已燃烧气体与汽缸内质 量的比率)对燃烧过程有很大影响，并且因此对二冲程发动机的排放物有很大影响。相关申 请13/926,360公开了使用捕集的A确定捕集的已燃烧气体分数(BFtr)的方法。捕集的已燃烧 气体分数被用于使用EGR阀改变EGR流率W使