[发明专利]用于废气后处理装置的灵活被动再生的柴油发动机和方法

说明书

技术领域

本发明整体上涉及柴油发动机，并且更具体地涉及在柴油发动机中使用的废气后处理装置的再生。

背景技术

柴油发动机是内燃机的一种普通形式。它们在正常运行中通常采用四冲程循环。这四冲程包括吸气、压缩、膨胀和排气。在吸气冲程期间，将空气吸入燃烧气缸内。在压缩冲程期间，通过活塞压缩空气。在膨胀冲程期间，通过被压缩和加热的空气点燃在压缩冲程结尾部分过程中喷射到气缸内的燃料。在排气冲程期间，将燃烧产物从气缸排出。如本领域普通技术人员将认识到的，这不同于奥托循环内燃机之处在于不使用火花塞，而是将空气压缩到这样的程度和温度，即，喷射到气缸内的雾化柴油燃料能够瞬时点燃。

在其它柴油发动机循环中，已知具有六个、八个或更多个冲程和多达两个燃烧冲程。例如，美国专利No.6443108公开了一种柴油发动机，该柴油发动机利用总共八个冲程，其中两个燃烧事件引起作为八个中的一部分的膨胀冲程。第一燃烧以稀空气-燃料比执行，第二燃烧以化学计量的空气-燃料比执行，其中声称的益处是第一燃烧提供高效率，第二燃烧允许氮氧化物的高转化效率。尽管包括作为总的发动机循环一部分的附加的压缩和膨胀冲程，燃烧事件不会发生在每个压缩和膨胀冲程之间。

尽管柴油发动机通常是有效且高度成功的，柴油发动机的一个缺陷是随着燃烧产物排放排出的颗粒或煤烟。随着对环境的关注和要求变得逐渐严格，不得不给发动机增加结构并且不得不形成新的方法来减少随着排放释放的污染物。这些方法包括但不限于使用催化转化器和废气再循环(EGR)。

另一种方法涉及在发动机排气装置的下游使用废气后处理装置，诸如柴油颗粒过滤器(DPF)。DPF技术迫使燃烧气体通过多孔材料以收集煤烟。DPF通常能够去除85％到99％的颗粒。有许多不同的材料能够制造DPF，包括但不限于堇青石、碳化硅、陶瓷纤维和金属纤维。还有其它废气后处理装置存在，诸如但不限于用于减少氧化亚氮排放的选择性催化还原(SCR)装置和用于减少一氧化碳和碳氢化合物排放的柴油氧化催化(DOC)装置。

特别参照柴油颗粒过滤器，虽然它们能有效去除煤烟，但它们需要不时地再生以去除聚集的煤烟。这能够被动地(通过向过滤器添加催化剂)或主动地(通过提升废气的温度)来执行。催化剂是有效的，但增加了系统的成本。提升废气的温度也是有效的，但也增加了系统的成本。例如，已知通过使用电阻线圈或微波能量来提升废气的温度。但是，这两种方法不仅要求有关线圈或微波发生器的附加结构，还要求附加能量。

使DPF再生的另一种被动方法是在发动机排气装置的下游且DPF的上游增加燃料燃烧器或燃烧室。该燃烧室利用附加燃料产生热并由此将废气温度升高至使得DPF再生的足够高的水平(通常在600℉之上)。本受让人熟知CRS(Caterpillar Regeneration System)，该方法在再生DPF方面也非常有效，但其不仅要求有关燃烧室的附加结构，而且也要求附加燃料。

发明内容

根据本发明的一方面，公开了一种操作具有废气后处理系统的内燃发动机的方法，该方法包括：以四冲程一燃烧模式操作发动机；响应于与废气后处理系统的状况相关的第一触发条件将操作模式转变成八冲程三燃烧模式；以及响应于与废气后处理系统的状况相关的第二触发条件将操作模式转变回到四冲程一燃烧模式。

根据本发明的另一方面，公开了一种使废气后处理装置再生的方法，该方法包括：将废气后处理装置连接在柴油发动机排气装置下游，以及将经过废气后处理装置的气体温度升高至足以去除积聚在废气后处理装置上的颗粒的水平，所述温度通过在柴油发动机中采用附加的压缩和膨胀冲程组来升高，每组压缩和膨胀冲程与附加的燃烧事件相关联。

根据本发明的又一方面，公开了一种柴油发动机，包括：气缸；往复运动地安装在气缸内的活塞；与气缸操作地相联的进气阀；与气缸操作地相联的排气阀；连接在排气阀的下游的废气后处理装置；与进气阀和排气阀中的每个相联的能够选择性致动的阀致动器；以及在希望废气后处理装置再生时使得发动机采用加强的燃烧循环的处理器。

附图说明

图1为根据本发明的教导构造的柴油发动机的示意性表示；

图2为可以根据本发明的教导实践的步骤的样本序列的流程图；

图3为根据本发明的教导构造的气缸盖和阀挺杆的剖视图；以及

图4为根据本发明的教导构造的空动装置的一种实施方式的剖面图。

具体实施方式