[发明专利]对置活塞发动机中的排气催化剂起燃

说明书

在其排气系统中包括催化后处理装置的对置活塞发动机中，监测指示后处理装置的催化剂温度的排气状况。当催化剂温度接近或低于起燃温度(S3)时，执行催化剂起燃程序以升高催化剂的温度(S4‑S8)。

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。