運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和具有多個(gè)運(yùn)行模式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備，更具體地，涉及這 樣的方法和具有多個(gè)運(yùn)行模式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在多個(gè)離散的運(yùn)行模式下運(yùn)行，對(duì)于基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)促動(dòng)器的一個(gè)或 多個(gè)不同的設(shè)定點(diǎn)，所述多個(gè)離散的運(yùn)行模式彼此不同。例如，在一個(gè)運(yùn)行模式中，包括EGR 管線的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備可具有其中EGR閥被打開的設(shè)定點(diǎn)，而在另一個(gè)運(yùn)行模式中，EGR閥可被 關(guān)閉。
[0003] 一些發(fā)動(dòng)機(jī)被控制為使得各個(gè)不同的基礎(chǔ)促動(dòng)器針對(duì)不同的運(yùn)行模式被以特定 的方式設(shè)定。例如，基礎(chǔ)促動(dòng)器的一個(gè)設(shè)定可產(chǎn)生"燃料經(jīng)濟(jì)性模式"，其目的是節(jié)約燃料， 而不考慮例如從發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備輸出的NOx水平?；A(chǔ)促動(dòng)器的另一個(gè)設(shè)定可產(chǎn)生"低熱模 式"，其目的是產(chǎn)生處于特定溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或排氣?；A(chǔ)促動(dòng)器的又一個(gè)設(shè)定可產(chǎn)生 "高熱模式"，其目的是產(chǎn)生比在低熱模式下產(chǎn)生的更高的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或排氣溫度，例如用 于柴油微粒過(guò)濾器OPF)的主動(dòng)再生。
[0004] 許多國(guó)家的空氣質(zhì)量法規(guī)目前限制多種排放物，例如，來(lái)自例如車輛的氮氧化物 (NOx)。已經(jīng)開發(fā)了各種排氣后處理系統(tǒng)和部件來(lái)滿足這些法規(guī)。為了符合這些要求，通常 專注于在給定的運(yùn)行條件下是否滿足排放極限。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，基本尚未有人考慮過(guò) 滿足排放要求的一組基礎(chǔ)促動(dòng)器控制設(shè)定點(diǎn)的運(yùn)行相對(duì)于也滿足排放要求的另一組基礎(chǔ) 促動(dòng)器控制設(shè)定點(diǎn)的運(yùn)行的相對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到可能存在如下情形：其中， 即使在當(dāng)前模式下的運(yùn)行滿足排放要求，也可能希望從當(dāng)前的運(yùn)行模式切換到另一運(yùn)行模 式，以實(shí)現(xiàn)更好的燃料經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 具有排氣后處理系統(tǒng)（EATS)，該排氣后處理系統(tǒng)包括用于控制排氣NOx水平的一個(gè)或多個(gè) 設(shè)備，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)系統(tǒng)和部件，所述系統(tǒng)和部件中的至少一些適于被設(shè)定到用于發(fā) 動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)促動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)控制設(shè)定點(diǎn)。所述方法包括：建立多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī) 運(yùn)行模式，對(duì)于至少一個(gè)控制設(shè)定點(diǎn)，每個(gè)運(yùn)行模式均不同于任何其他運(yùn)行模式；對(duì)于每個(gè) 運(yùn)行模式，將燃料經(jīng)濟(jì)性與離開EATS的NOx水平之間的關(guān)系進(jìn)行映射；從所述多個(gè)運(yùn)行模 式中選擇一個(gè)運(yùn)行模式，使得離開EATS的排氣含有不超過(guò)預(yù)定NOx水平的NOx且每單位能 量消耗最少量的燃料；以及，使發(fā)動(dòng)機(jī)在所選擇的運(yùn)行模式下運(yùn)行。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)具有排氣后處理系統(tǒng)（EATS)，該排氣后處理系統(tǒng)包括用于控制排氣NOx水平的一個(gè)或多 個(gè)設(shè)備。所述方法包括：使發(fā)動(dòng)機(jī)在具有用于發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)基礎(chǔ)促動(dòng)器的第一系列控制設(shè) 定點(diǎn)的第一模式下運(yùn)行；使發(fā)動(dòng)機(jī)在具有用于多個(gè)基礎(chǔ)促動(dòng)器的第二系列控制設(shè)定點(diǎn)的第 二模式下運(yùn)行，所述第一系列和第二系列控制設(shè)定點(diǎn)中的至少一個(gè)控制設(shè)定點(diǎn)是不同的； 在第一模式和第二模式中在多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)跟蹤通過(guò)EATS的排氣質(zhì)量 流量或體積流量、離開EATS的NOx水平和EATS中的溫度；以及選擇第一模式和第二模式中 的一個(gè)模式，使得對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，離開EATS的排氣含有不超過(guò)預(yù)定NOx水 平的NOx且每單位能量消耗最少量的燃料。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備包括：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有 排氣后處理系統(tǒng)（EATS) ;N0x傳感器，所述NOx傳感器被布置為感測(cè)離開EATS的NOx水平； 和控制器，所述控制器被布置為接收來(lái)自NOx傳感器的信號(hào)，該控制器包括針對(duì)多個(gè)發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)行模式的、燃料經(jīng)濟(jì)性與離開EATS的NOx水平之間的映射，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)基 礎(chǔ)促動(dòng)器，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式均不同于任何其他發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，所述控制器被編程為 選擇所述多個(gè)運(yùn)行模式中的一個(gè)運(yùn)行模式并使發(fā)動(dòng)機(jī)在所選擇的運(yùn)行模式下運(yùn)行，使得： 對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，離開EATS的排氣含有不超過(guò)預(yù)定NOx水平的NOx且每單位 能量消耗最少量的燃料。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 通過(guò)結(jié)合附圖閱讀如下的詳細(xì)描述，可很好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，在這些 附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相同元件，且其中：
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的示意圖；
[0010] 圖2是示出了示意性的發(fā)動(dòng)機(jī)在特定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下所經(jīng)歷的時(shí)間百分 比的記錄圖表；并且
[0011] 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性與離開系統(tǒng)的NOx水平 之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21。該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21包 括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)23,該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)23具有排氣后處理系統(tǒng)（EATS) 25。NOx傳感器27被布置 成感測(cè)離開EATS 25的NOx水平。該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21在與例如卡車的車輛聯(lián)合使用時(shí) 特別有用，然而它也能用在各種其他應(yīng)用中。
[0013] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21能夠包括位于發(fā)動(dòng)機(jī)23上游的壓縮機(jī)29,所述壓縮機(jī)29通常 對(duì)環(huán)境空氣進(jìn)行壓縮。壓縮機(jī)29能夠與作為渦輪增壓器33的一部分的渦輪機(jī)31相關(guān)聯(lián)。 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21還能夠包括：處在發(fā)動(dòng)機(jī)上游但在壓縮機(jī)下游的增壓空氣冷卻器（CAC) 35 ; 處在發(fā)動(dòng)機(jī)上游但在增壓空氣冷卻器下游的節(jié)氣門37 ;用于氣缸40的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣閥 39 ;氣缸排氣閥41、燃料噴射閥43 ;燃料泵45 ;和排氣再循環(huán)（EGR)管線47,該排氣再循環(huán) (EGR)管線47包括排氣再循環(huán)（EGR)閥49。EGR管線47通常將從在發(fā)動(dòng)機(jī)23下游但在渦 輪機(jī)31上游的點(diǎn)延伸到發(fā)動(dòng)機(jī)上游的點(diǎn)。可在EGR管線47中、在發(fā)動(dòng)機(jī)上游的點(diǎn)與EGR 閥49之間設(shè)置有冷卻器51。在不希望在冷卻器51中冷卻EGR氣體的情況下，也可在發(fā)動(dòng) 機(jī)23上游的點(diǎn)與EGR閥49之間連接有旁通管線53。
[0014] 通過(guò)改變一個(gè)或多個(gè)控制設(shè)定點(diǎn)（在此將被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)促動(dòng)器的一個(gè)或 多個(gè)控制設(shè)定點(diǎn)），發(fā)動(dòng)機(jī)21能夠在多個(gè)不同的運(yùn)行模式下運(yùn)行。所述基礎(chǔ)促動(dòng)器可定義 為影響發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下如何運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)部件。例如，可改變壓縮機(jī)29 (及渦 輪增壓器33的相關(guān)渦輪機(jī)31)的設(shè)定點(diǎn)，以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力；例如通過(guò)將CAC35旁 通，可改變CAC 35的設(shè)定點(diǎn)以改變?nèi)紵覝囟?；可改變進(jìn)氣節(jié)氣門37的設(shè)定點(diǎn)以改變發(fā)動(dòng) 機(jī)進(jìn)氣體積和壓力；可通過(guò)提前和延遲它們的打開正時(shí)而改變氣缸進(jìn)氣閥39和/或氣缸排 氣閥41的設(shè)定點(diǎn)；可通過(guò)提前或延遲其打開正時(shí)而改變?nèi)剂蠂娚溟y43的設(shè)定點(diǎn)；可通過(guò) 升高或降低壓力而改變?nèi)剂媳?5的設(shè)定點(diǎn)；可通過(guò)升高或降低渦輪機(jī)背壓而改變渦輪機(jī) 33的設(shè)定點(diǎn)；并且可通過(guò)完全或部分地打開或關(guān)閉EGR閥49而改變?cè)撻y的設(shè)定點(diǎn)。前述內(nèi) 容應(yīng)理解為僅是對(duì)于基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)促動(dòng)器及其設(shè)定點(diǎn)可被改變的方式的示意。許多發(fā)動(dòng)機(jī)概 念將具有另外的、更多的或不同的基礎(chǔ)促動(dòng)器，并且許多基礎(chǔ)促動(dòng)器可具有能夠通過(guò)與前 述列出的方式不同的其他方式改變的設(shè)定點(diǎn)。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)概念的示例包括（作為示 例但不限于）帶有渦輪復(fù)合設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備，不帶有EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備，帶有可變幾何渦 輪機(jī)、多個(gè)渦輪增壓器、多級(jí)渦輪增壓器和雙渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備，帶有具有EGR的可 變幾何渦輪機(jī)、具有EGR的固定幾何渦輪機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0015] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備21的EATS 25將典型地包括多個(gè)后處理裝置，例如柴油氧化催化 劑（DOC) 55、典型地處于DOC上游的用于對(duì)燃料計(jì)量的噴射器57、柴油微粒過(guò)濾器（DPF) 59、 選擇性催化還原催化劑（SCR) 61、用于在SCR上游噴射還原劑的還原劑噴射器63、以及稀燃 NOx捕集器65。前述內(nèi)容僅例示了 EATS 25的典型部件。EATS 25不需要包括所例示的所 有部件，而是也可包括另外的或不同的后處理部件。
[0016] 控制器67布置為接收來(lái)自傳感器（例如NOx傳感器27)的信號(hào)，以及來(lái)自其他基 礎(chǔ)促動(dòng)器和EATS 25的部件中的一些或全部以及形成發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的一部分或發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備 作為其一部分的更大系統(tǒng)（例如發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備設(shè)置在其中的車輛）的任何其他部件的信號(hào)。 控制器67包括針對(duì)多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的、燃料經(jīng)濟(jì)性與離開EATS 25的NOx水平（它可 以由NOx傳感器測(cè)得）之間的映射，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)23的至少一個(gè)基礎(chǔ)促動(dòng)器，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn) 行模式均不同于任何其他發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式。控制器67被編程為選擇所述多個(gè)運(yùn)行模式中 的一個(gè)運(yùn)行模式并使發(fā)動(dòng)機(jī)在所選擇的運(yùn)行模式下運(yùn)行，使得：對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和 負(fù)荷，離開EATS 25的排氣含有不超過(guò)預(yù)定NOx水平的NOx且每單位能量消耗最少量的燃 料。
[0017] 通過(guò)在各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下定期地或連續(xù)地記錄這些水平，燃料經(jīng)濟(jì)性與 NOx水平之間的映射將被定期地或連續(xù)地更新。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下所經(jīng)歷的時(shí)間 量通常也將被跟蹤并被連續(xù)地或定期地更新。圖2中示出了一個(gè)圖表或映射，它示意了例 示性