避免柴油发动机气缸停用期间压缩机喘振的系统和方法技术方案

一种用于改进配备有气缸停用系统的涡轮增压柴油机的功能的系统和方法，其包括检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险中，然后延迟所述气缸停用的所述实施。该延迟可以是设定的时间段，或者可以通过进行一组指令来确定(在气缸停用的情况下，该指令可有效地估计进气歧管压力随时间的变化)，然后将进气歧管压力估计值与可接受的进气歧管压力信息进行比较。提供了进行所需估计的公式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】避免柴油发动机气缸停用期间压缩机喘振的系统和方法相关申请的引用本申请要求2018年2月26日提交的美国临时专利申请第62/635441号的优先权。
本专利技术总体上涉及用于改善柴油发动机功能的系统和方法，更特别涉及用于通过避免涡轮增压器压缩机喘振改善涡轮增压柴油发动机功能的系统和方法。
技术介绍
排气后处理系统现已成为基于柴油发动机的系统的标准。后处理系统必须满足氮氧化物(NOx)、未燃烧的碳氢化合物(UHC)和颗粒物(PM)的严格排气排放规定。有关排气后处理系统的一项挑战是热管理，其中系统的各个部件必须在达到有效操作温度并保持在该温度以上，然后才能达到将污染物转化为无害的副产物的最高效率。不幸的是，当代的系统通常需要更多的燃料消耗才能满足这些温度要求。在降低燃料消耗的同时提高后处理部件温度的一种方法是气缸停用(CDA)。与常规的后处理热管理方法相比，在加燃料的发动机操作过程中应用的CDA已显示将涡轮机出口温度从190℃提高到310℃，空载时的燃料消耗降低39％。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，提供了一种改善涡轮增压柴油机功能的方法。本专利技术方法的一个优选实施方式包括检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险中，然后延迟部分或全部的顺序气缸停用事件。本专利技术方法的"检测"部分可以通过使用来自ECU的数据(例如发动机负载的变化)或通过观察诸如油门踏板位置的变化之类的其他特征。另选地，所述检测步骤可以通过连续计算进气歧管压力变化的估计值，然后将这些估计值与关于所述发动机的压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定是否能在不存在压缩机喘振的风险的情况下发生一个或多个气缸的停用。在一个优选实施方式中，通过以下步骤完成所述检测步骤：通过针对特定的CDA状况计算进气歧管压力变化的估计值，然后将这些估计值与所述发动机的压缩机喘振线进行比较，以确定一个或多个气缸的停用是否会避免压缩机喘振，然后在避免压缩机喘振的同时，尽可能快地进入气缸停用。所述估计值可以通过包括以下步骤的一组步骤来计算的：a)测量或根据已知参数计算离开所述发动机的所述压缩机的新鲜空气的质量流量；b)测量所述发动机的进气歧管压力；c)测量所述发动机的发动机速度；d)测量所述发动机的排气再循环分数；和e)测量所述发动机的进气歧管温度；f)提供指示所述发动机的排量、将来在用的气缸数量、所述发动机的所述容积效率和所述进气道容积的信息；g)使用所述质量流量信息、所述进气歧管压力信息、所述发动机速度信息、所述排气再循环分数信息、所述进气歧管温度信息、所述发动机排量信息、所述容积效率信息和所述进气道容积信息估计在停用某些或所有发动机气缸的情况下进气歧管压力随时间的变化；h)将所述进气歧管压力估计值与可接受的进气歧管压力信息进行比较，以确定气缸停用是否会预期在气缸停用后的任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力；和i)如果步骤(h)的所述比较表明可以停用一个或多个气缸而不会预期在任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力，则停用在不产生不可接受的进气歧管压力的情况下能够停用的最大数量的气缸；其中，所述预期进气歧管压力随时间变化的所述估计值中的每一者均使用以下公式确定：其中在另一实施方式中，所述方法包括：通过计算进气歧管压力随时间变化的第一组估计值，检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险；将所述第一组估计值与有关所述发动机的所述压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定停用一个或多个气缸是否会避免压缩机喘振；实施气缸减压的第一阶段；随后通过计算进气歧管压力随时间变化的第二估计值来检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险；将这些估计值与有关所述发动机的所述压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定停用一个或多个气缸是否会避免压缩机喘振；实施气缸减压的第二阶段。在另一实施方式中，所述发动机气缸停用发生为一系列单独的气缸停用，直到停用适当数量的发动机气缸为止。这可以通过例如以下步骤完成：a)在气缸停用条件下连续计算IMP的估计值；b)将这些估计值与有关所述发动机的所述压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定是否能够在不存在压缩机喘振风险的情况下使一个或多个气缸停用；c)利用该比较产生的信息确定是否应该发生或延迟一个或多个气缸的所述停用；d)使所述气缸停用模块停用在不存在压缩机喘振的风险的情况下能够停用的最大数量的气缸；e)在气缸停用条件下继续计算IMP的估计值；f)将这些估计值与有关所述发动机的所述压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定是否能够在不存在压缩机喘振风险的情况下使一个或多个另外的气缸停用；g)利用比较产生的信息来确定是否进行或应该延迟一个或多个另外的气缸的所述停用；h)使所述气缸停用模块停用在不存在压缩机喘振的风险的情况下而能够停用的最大数量的气缸。本专利技术方法的“延迟”部分可以通过将气缸停用延迟预定时间段来实现，该时间段优选地在0.5秒与5秒之间，并且最优选地在0.5秒与3秒之间。另选地，可以通过以下步骤实施延迟：使用在检测步骤中获得的信息来识别对避免压缩机喘振有效的气缸停用顺序，然后实施所识别的顺序。本专利技术的另一方面提供一种涡轮增压柴油发动机。改进的涡轮增压柴油发动机的优选实施方式包括：a)多个气缸；b)进气口；c)进气歧管；d)压缩机；e)涡轮机；f)发动机控制模块(ECM)；和g)气缸停用(CDA)控制器，其有效控制一个或多个气缸的停用；其中，所述发动机控制模块适于和所述CDA控制器一起工作，以在检测到涡轮机械处于压缩机喘振风险的条件下，延迟所述一个或多个气缸的停用。所述检测步骤可以检测发动机何时从高于3巴BMEP的高负载操作过渡到非点火发动机操作。发动机控制模块可以与CDA控制器一起工作，以在检测到压缩机喘振风险后将一定数量的气缸停用延迟预设的时间段。预设时间段可以在0.5s和3s之间。在另一实施方式中，发动机还包括：用于测量离开所述发动机的所述压缩机的新鲜空气的所述质量流量的传感器或系统，或者根据已知参数计算离开所述发动机的所述压缩机的新鲜空气的所述质量流量的系统；用于测量所述发动机的进气歧管压力的传感器；用于测量所述发动机的发动机速度的传感器或系统；用于测量所述发动机的排气再循环分数的传感器或系统；和用于测量所述发动机的进气歧管温度的传感器；有效地用于存储信息的信息存储器，所述信息包括：i)所述发动机的所述排量；ii)所述发动机的所述容积效率；和iii)所述进气道的所述容积。在这些实施方式中，所述发动机控制模块和所述CDA控制器可以一起工作，以通过进行一组步骤延迟所述一个或多个气缸的停用，这组步骤包括：a)测量或根据已知参数计算离开所述发动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善配备有气缸停用系统的涡轮增压柴油发动机的功能的方法，该方法包括：检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险中，然后延迟部分或全部的气缸停用，直到不指示压缩机喘振风险为止。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180226 US 62/635,4411.一种用于改善配备有气缸停用系统的涡轮增压柴油发动机的功能的方法，该方法包括：检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险中，然后延迟部分或全部的气缸停用，直到不指示压缩机喘振风险为止。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测是通过以下完成的：针对特定的CDA状况计算进气歧管压力变化的估计值，然后将这些估计值与发动机的压缩机喘振线进行比较，以确定一个或多个气缸的停用是否会避免压缩机喘振。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括在避免压缩机喘振的同时，尽可能快地进入气缸停用。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述估计值是通过包括以下步骤的一组步骤来计算的：
a)测量或根据已知参数计算离开所述发动机的压缩机的新鲜空气的质量流量；
b)测量所述发动机的进气歧管压力；
c)测量所述发动机的发动机速度；
d)测量所述发动机的排气再循环分数；和
e)测量所述发动机的进气歧管温度；
f)提供指示所述发动机的排量、将来在用的气缸数量、所述发动机的容积效率和进气道的容积的信息；
g)使用质量流量信息、进气歧管压力信息、发动机速度信息、排气再循环分数信息、进气歧管温度信息、发动机排量信息、容积效率信息和进气道容积信息估计在停用某些或所有发动机气缸的情况下进气歧管压力随时间的变化；
h)将所述进气歧管压力估计值与可接受的进气歧管压力信息进行比较，以确定气缸停用是否会预期在气缸停用后的任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力；和
i)如果步骤(h)的所述比较表明可以停用一个或多个气缸而不会预期在任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力，则停用在不产生不可接受的进气歧管压力的情况下能够停用的最大数量的气缸；
其中，所述预期进气歧管压力随时间变化的所述估计值中的每一者均使用以下公式确定：



其中








5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机气缸停用发生为：一系列单独的气缸停用，直到停用适当数量的发动机气缸为止。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法包括：
通过计算进气歧管压力随时间变化的第一组估计值，检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险；
将所述第一组估计值与有关所述发动机的压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定停用一个或多个气缸是否会避免压缩机喘振；
实施气缸减压的第一阶段；
随后通过计算进气歧管压力随时间变化的第二估计值来检测所述涡轮增压柴油发动机何时处于压缩机喘振的风险；
将这些估计值与有关所述发动机的压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定停用一个或多个气缸是否会避免压缩机喘振；
实施气缸减压的第二阶段。


7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述检测通过以下步骤完成：
a)在气缸停用条件下连续计算IMP的估计值；
b)将这些估计值与有关所述发动机的压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定是否能够在不存在压缩机喘振风险的情况下使一个或多个气缸停用；
c)利用该比较产生的信息确定是否应该发生或延迟一个或多个气缸的停用；
d)使气缸停用模块停用在不存在压缩机喘振的风险的情况下能够停用的最大数量的气缸；
e)在气缸停用条件下继续计算IMP的估计值；
f)将这些估计值与有关所述发动机的压缩机喘振状况的信息进行比较，以确定是否能够在不存在压缩机喘振风险的情况下使一个或多个另外的气缸停用；
g)利用该比较产生的信息来确定是否能够进行或应该延迟一个或多个另外的气缸的所述停用；
h)使所述气缸停用模块停用在不存在压缩机喘振的风险的情况下能够停用的最大数量的气缸。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测步骤是通过检测所述发动机何时从高于3巴BMEP的高负载发动机操作过渡到非点火发动机操作来完成的。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测步骤是通过检测所述发动机何时从高于3巴BMEP的高负载发动机操作过渡到低于0.5巴BMEP的低负载发动机操作来完成的。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述延迟步骤针对固定的时间段。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述固定时间是根据关于所述发动机的当前速度和负载状况的信息来计算的。


12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述固定时间是使用所述发动机的压缩机喘振线来计算的。


13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述固定时间在0.5秒至3秒之间。


14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述估计值是通过包括以下步骤的一组步骤来计算的：
a)测量或估计离开具有n个气缸的涡轮增压柴油发动机的压缩机的新鲜空气的质量流量；
b)测量或估计所述发动机的进气歧管压力；
c)提供指示所述发动机的排量、将来在用气缸数量以及所述发动机的容积效率的信息；
d)使用质量流量信息、进气歧管压力信息、发动机排量信息和容积效率信息估计在某些或全部发动机气缸停用的情况下进气歧管压力随时间的变化；
e)将所述进气歧管压力估计值与可接受的进气歧管压力信息进行比较，以确定停用气缸是否会预期在气缸停用后的任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力；和
f)如果步骤(e)的所述比较表明可以停用一个或多个气缸而不会预期在任何相关时间产生不可接受的进气歧管压力，则停用在不产生不可接受的进气歧管压力的情况下能够停用的最大数量的气缸。


15.一种涡轮增压柴油发动机，该发动机包括：
a)多个气缸；
b)进气口；
c)进气歧管；
d)压缩机；
e)涡轮机；
f)发动机控制模块(ECM)；和
g)气缸停用(CDA)控制器，其有效控制一个或多个气缸的停用；
其中，所述发动机控制模块适于计算特定CDA...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·H·泰勒，T·E·奥德斯特希尔，G·M·谢弗，小詹姆斯·E·麦卡锡，
申请(专利权)人：普渡研究基金会，伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US