在高温混合控制发动机中停缸的系统和方法与流程

在高温混合控制发动机中停缸的系统和方法
1.相关申请的交叉参考
2.本技术要求2020年7月9日提交的美国临时申请第63/049,763号的优先权和权益，该申请题为“停缸的系统和方法：在重型发动机中保持化学计量空燃比”，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于控制内燃机的方法和装置，该内燃机能够在直喷、压缩点火、高温发动机中使用多种非传统燃料。


背景技术：

4.包括环境保护局(epa)在内的机构严格监管内燃机污染物标准。虽然发动机配备有后处理系统以处理标准污染物(例如三元催化转化器、选择性催化还原系统等)以降低一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)和氮氧化物(no
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)的水平，发动机的操作方式会影响“发动机排放”，即发动机本身和后处理系统之前的排放水平。发动机废气排放水平可能受到诸如发动机空燃比、峰值燃烧温度和废气稀释等因素的影响。因此，对于发动机而言，对诸如空燃比、热管理和废气利用率等因素进行精确控制对于污染物管理非常重要。


技术实现要素：

5.本文描述的实施例涉及压燃式发动机中停缸的系统和方法。本文所述的发动机可以包括n个气缸，其中n是至少为2的整数，每个气缸包括内表面、设置并配置为在所述n个气缸中的每个气缸中移动的活塞、进气口、排气口和燃料喷射器。活塞和所述内表面限定了燃烧室。一种操作压燃式发动机的方法包括将燃料喷射到每个燃烧室中，燃烧压燃式发动机中的基本上所有燃料，监测压燃式发动机的发动机负荷，以及在负荷降低到小于(n-1)/n
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fl时停用所述n个气缸中的一个气缸，其中fl是给定发动机速度下的全负荷。在一些实施例中，燃料可以相对于进入每个燃烧室的进气量满足化学计量条件。在一些实施例中，相对于进入每个燃烧室的进气量，空燃比可以是稀的。在一些实施例中，该方法还可以包括将一部分排气从排气口经由进气口再循环回燃烧室。在一些实施例中，压燃式发动机可以包括三元催化转化器，并且三元催化转化器可以减少co、hc和no
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的排放。在一些实施例中，停用气缸可包括关闭气缸的进气门、关闭气缸的排气门和/或停用与气缸流体联接的燃料喷射器。
附图说明
6.图1示出了对于柴油和甲醇的颗粒物(碳烟)排放测量值作为当量比的函数。
7.图2示出了对于甲醇和乙醇的颗粒物排放测量值作为当量比的函数。
8.图3是根据一实施例具有停缸系统的压燃式发动机的框图。
9.图4是根据一实施例操作具有停缸系统的压燃式发动机的方法的框图。
10.图5示出了仅使用废气保持和仅停缸实现的等效负荷的视觉表示。
11.图6示出了从100％降低负荷、一次停用四缸发动机的一个气缸、增加活动气缸中的egr稀释直到达到下一个停用阈值的视觉表示。
具体实施方式
12.本文描述的实施例涉及压缩点火(ci)发动机操作管理的系统和方法，包括停缸(cda)。为了满足本领域的需要，cda用于在部分负荷操作期间减少直喷、压燃式多缸发动机的有效排量。在cda期间，多缸发动机中选定的气缸被系统停用，从而降低发动机的有效排量。停用的气缸不提供任何动力，因此剩余的(工作)气缸以相应较高的负荷操作。因此，与单独使用废气保留(egr)来控制发动机输出相比，用于低负荷下进气稀释的egr量通过cda降低。通过降低负荷控制所需的egr水平，cda将egr对燃烧过程稳定性和燃烧效率的潜在有害影响降至最低。喷射到每个工作气缸中的燃料喷射器可以由ecu控制，以喷射相对于该气缸中的新鲜空气量满足化学计量条件的量。因此，发动机可以在化学计量混合物下操作，允许使用传统的三元催化转化器控制co、hc和no
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。在一些实施例中，喷射到每个工作气缸中的燃料喷射器可以满足关于该气缸中的空气量的非化学计量条件。在一些实施例中，可以使用稀释、温度或其他手段来操作发动机，以减少发动机标准排放。在一些实施例中，喷射到每个工作气缸中的燃料喷射器可以相对于该气缸中的空气量满足富燃料条件。在一些实施例中，喷射到每个工作气缸中的燃料喷射器可以相对于该气缸中的空气量满足燃料稀薄条件。
13.在一些实施例中，通过停用多缸发动机中停用气缸的进气门和排气门来实现cda。通过在整个循环中保持一个或多个气门打开(如果几何结构允许)，可以实现类似的效果。
14.通过发动机控制单元(ecu)对空燃比进行闭环控制，可以实现对发动机空燃比的精确控制。ecu可以使用来自排气氧传感器的反馈来调节输送的燃料量，以将空燃比保持在化学计量水平(φ＝1)附近。在一些实施例中，氧传感器反馈可用于将空燃比保持在非化学计量水平附近。氧传感器可以安装在催化转化器或其他后处理装置的上游。第二氧传感器可以安装在催化转化器或其他后处理装置的下游，以进一步提高空燃比控制的精度。
15.现代闭环控制三元催化转化器相对简单、便宜且可靠。然而，商用柴油机通常在其工作范围内以稀混合气操作。因此，柴油机通常不配备用于控制co、hc和no
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的常规三元催化器。柴油机在化学计量条件下的低燃烧效率会导致燃料经济性差和颗粒物(例如碳烟)的过量排放。为了避免过量碳烟的形成，重型柴油机的空燃比通常保持在25:1以上，相应的燃料空气当量比(φ≈0.6)远低于化学计量当量比1。因此，采用化学计量策略进行操作并通过三元催化器控制排放通常不是柴油机的选择。由于化学计量较稀，co、hc、碳烟和no
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通常通过柴油机氧化催化器(doc)、柴油机颗粒过滤器(dpf)和选择性催化还原(scr)进行控制。
16.此外，如果能克服其较差的起燃性(dme除外)，低碳和/或含氧燃料(包括但不限于醇(如甲醇和乙醇)、液化天然气(lng)、丙烷、氨、氢气(h2)、二甲醚(dme))固有的低碳烟排放量使其成为直喷压燃式发动机中化学计量燃烧的理想选择。在2015年4月6日提交的美国专利第9,903,262号(“'262专利”)中描述了使用高温燃烧策略在重型直喷压缩点火发动机中实现此类燃料一致自燃的方法和装置，标题为“化学计量高温直喷压燃式发动机”，其公开内容通过引用全部并入本文。图1示出了作为当量比的函数的柴油和甲醇燃料的实验测量的碳烟排放(参见'262专利)。柴油机在当量比大于约0.6的情况下操作通常会导致不切
实际的高水平碳烟。相比之下，在相同的当量比范围内，用甲醇操作的排放量接近于零。图2示出了来自与图1相同的发动机的甲醇和乙醇的碳烟排放。甲醇和乙醇都可以在化学计量条件下以高燃料负荷进行直喷，同时将碳烟水平保持在远低于当前调节限值的水平。类似地，诸如dme、lng、丙烷和h2的燃料可以直喷，燃料负荷达到化学计量条件，而不会形成超过现行规定的碳烟。
17.除了严格的贫柴油操作(由于碳烟形成而限制最大燃料/空气比)和严格的化学计量操作外，低碳和/或含氧燃料(如上所列)的低碳烟特性提供了在比柴油更浓的操作条件下操作的机会，但总体稀燃空燃比仍然存在。这允许对低标准污染物进行发动机调节，例如降低发动机排放的no
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，而不限制碳烟的形成，否则会阻碍使用柴油或类似柴油的燃料操作的发动机的这种操作。在这些情况下，排放控制装置如柴油机氧化催化器(doc)和/或选择性催化还原(scr)可用于标准污染物控制，但这些装置的尺寸和复杂性可减小，同时可省去柴油机颗粒过滤器(dpf)。或者，即使是在总体稀燃的情况下，低的发动机标准排放量也可以使发动机达到比柴油可能达到的排放量更低的排放量。
18.大多数内燃机也在各种不同的负荷下操作。在大多数汽油发动机中，通过使用节气门调节进入气缸的空气流量来控制功率输出(即负荷)。相比之下，柴油机中的发动机负荷控制是通过调节燃料量而不是节流空气来实现的，这会导致整个负荷范围内的空燃比发生变化。
19.许多发动机，包括si和ci，都使用egr来降低燃烧过程中产生的no
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量。废气中存在的燃烧产物(co2、h2o)的三原子性质可以调节燃烧过程并降低峰值燃烧温度。在许多发动机中，希望使用更高水平的egr来降低发动机排出的no
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水平，但是对于可以使用的egr量也存在实际限制。
20.'262专利中描述的直喷压燃式发动机用egr代替了部分新鲜充气，以便在不偏离总体化学计量空燃比的情况下调节发动机部分负荷操作的功率输出。ecu控制燃料喷射器，以相对于进气量输送化学计量量的燃料。该策略允许在大部分发动机转速负荷脉谱图上进行无节流、化学计量操作，同时使用闭环控制的三元催化转化器将废气污染物降至最低。
21.大排量、多缸重型发动机在轻载操作期间通常只使用其最大功率的一部分。当发动机上的负荷需求变得越来越低时，用于低负荷操作的egr稀释化学计量燃烧策略使用越来越高的egr水平。类似地，柴油机操作在降低负荷时使用增加的过量空气。换言之，egr稀释化学计量发动机使用egr进行稀释，而柴油机主要使用过量空气进行稀释，少量egr用于降低no
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排放。
22.通常，不同燃料的化学特性限制了egr的使用量，燃烧模式的选择也是如此。例如，在火花点火(si)发动机中，甲醇和乙醇都比汽油更耐egr。给定燃烧系统的egr耐受性也可以通过使用高的缸内湍流、升高的温度和增加的压缩比来提高。然而，在实践中，egr稀释操作通常受到燃烧稳定性恶化、不完全燃烧或碳烟形成的限制。更具体地说，随着si发动机中egr水平的增加或ci发动机中燃烧效率(即燃料转换)的降低，压力、功率输出和其他特性在一个循环到另一个循环中的统计变化越大，egr稀释燃烧的可靠性就越低。当以混合控制燃烧模式使用柴油和类柴油燃料时会形成碳烟，碳烟的形成通常随着egr水平的增加而增加。此外，在燃烧变得不稳定之前可以使用的egr量随着发动机负荷的降低而减小，因为可用于维持快速高效燃烧的能量较少。可以与egr协同工作以控制'262专利的纯燃料、直喷、压燃
式内燃机的输出和发动机排放水平的补充策略有助于解决这些问题。
23.可能使用的egr量的另一个限制是碳烟形成——柴油燃料和其他类似柴油的分子需要足够的过量空气，以避免在ci发动机中混合受控燃烧期间形成过量碳烟。如乙醇、甲醇、dme或其他含氧或小分子燃料的燃料可以允许使用更高水平的egr，而不会产生高碳烟。通过这种方式，燃料的特性允许发动机以比使用如柴油的产生碳烟的燃料更低的发动机标准排放量操作。
24.即使在'262专利的内燃机中，随着egr稀释度的增加，燃烧稳定性和/或燃烧效率也会降低。相关物理学涉及燃料与空气/egr混合物的混合，使得燃料分子和燃料碎片与氧分子相遇并反应。如果实现了混合，也需要足够的热能来进行这些反应。在较轻的负荷下，由于燃料量减少，燃料能量较低。这会降低排气温度。因此，由于高温燃烧循环取决于先前循环的排气温度，因此在维持足够的热能以点燃本文所述的低十六烷燃料方面可能存在挑战。即使可以保持足够的热能，或者甚至可以从外部源(例如加热器)施加热能，燃料喷射到其中的空气/egr混合物的稀释通过降低氧气和燃料分子之间的碰撞概率而减缓了燃烧反应。这是因为燃料和惰性egr成分之间会发生一些碰撞。因此，使用egr稀释在发动机操作的整个负荷范围内保持化学计量条件存在实际限制。
25.除了燃烧过程中的缸内现象外，再循环废气的机理也可能在一定程度上受到限制。在某些情况下，egr从排气歧管通过连接到发动机进气歧管的管道循环，必须存在压差，排气压力必须足够高于进气歧管压力，以促使足够的质量通过egr回路循环。这通常通过调节涡轮增压器相对于进气压缩机施加的排气背压来实现。超过一定程度的egr循环后，从排气返回到进气的大质量循环可能变得低效，从而导致系统性能降低或燃料经济性低于最佳。
26.在一些实施例中，使用egr泵或鼓风机可以实现大量排气再循环，这可以克服从排气到进气的压力梯度缺乏或不足。对于某些应用而言，这可能是一个复杂度太高的水平，并且对最大egr比例的缸内限制仍然适用。
27.本文描述的实施例可以解决燃烧稳定性、燃烧效率和/或循环大量egr的挑战。关于这三个问题，在其他两个成为限制之前，达到的第一个限制将限定最大egr的阈值。首先遇到的限制取决于操作点、特定发动机、燃料选择、燃烧模式和/或若干其他因素。
28.在2020年11月9日提交的题为“柴油机结构中高辛烷值燃料的冷起动”的美国专利公开编号2021/0054777('777公开)和2021年2月26日提交的题为“燃料不可知压缩点火发动机”的国际专利申请编号pct/us2021/019930('930公开)中，更详细地描述了用低碳烟燃料操作的压燃式发动机，其公开内容总体并入于此。
29.本文描述的实施例包括用于直喷、压缩点火、多缸重型发动机的发动机负荷控制策略的协同组合。'262专利中描述的方法和装置可以在燃烧室(即气缸内部)中创造适合于自动点燃醇(例如甲醇和乙醇)的条件。醇类燃料固有的低碳烟形成特性使其能够以高燃料负荷或比柴油燃料能够承受的更高egr稀释度直喷。ecu可以命令燃料喷射器相对于所命令的负荷输送一定量的燃料，并且egr阀或egr控制装置可以输送期望水平的排气以与进气混合。这种策略允许在大多数发动机转速负荷脉谱图上以期望的egr负荷和空燃比进行无节流操作，从而控制发动机排出的废气污染物。换言之，除了使用小分子燃料已经提供的自由度之外，本文所述的负荷控制策略允许在调节发动机时额外的自由度(发动机排量)，即不
受碳烟限制。
30.根据该策略，在大排量、多缸重型发动机中实现轻负荷操作所需的高egr水平可能会导致燃烧稳定性和/或燃烧效率下降。本文描述的实施例使用混合发动机负荷控制策略来扩展低负荷限制，该混合发动机负荷控制策略将可变发动机排量与egr稀释操作相结合，以保持工作气缸的稳定操作和期望的egr稀释水平或空燃比，以降低发动机排放。
31.cda与受控egr和燃料供给一起使用，可以促进发动机负荷脉谱图周围的运动，同时保持期望的egr稀释或空燃比。cda的一个更传统的应用是通过在更高的负荷下操作更少的气缸来保持较高的排气温度，以保持等效的功率输出。这可以用于保持排气后处理系统的高温。控制策略的创新可以在保持高排气温度的同时允许更连续的负荷变化，或者避免si发动机中的节流。通过cda保持期望水平的egr稀释或空燃比的好处包括满足严格的排放标准和低发动机排放。这可以与先进控制等相邻创新同时进行，也可以在缺乏这些创新的情况下进行。在2009年11月9日提交的题为“internal combustion engine control for improved fuel efficiency”的美国专利第7,954,474号(“'474专利”)和2010年7月9日提交的题为“skip fire engine control”的美国专利第8,511,281号(“'281专利”)中对先进控制进行了更详细的描述，其全部内容通过引用并入本文。本文描述的优点包括在迪塞尔型发动机上使用cda来控制稀释水平或空燃比。
32.图3是根据实施例的具有停缸系统的压燃式发动机300的框图。如图所示，压燃式发动机300包括气缸310a、310b(统称为气缸310)、进气门312a、312b(统称进气门312)、排气门314a、314b(统称排气门314)、燃料喷射器320a、320b(统称燃料喷射器320)、ecu330和停缸系统(cda系统)340。如图所示，实线表示物理或流体联接，而虚线表示设备之间的虚拟联接或通信。在一些实施例中，压燃式发动机300的发动机排量可为至少约0.5l、至少约1l、至少约2l、至少约3l、至少约4l、至少约5l、至少约6l、至少约7l、至少约8l、至少约9l、至少约10l、至少约11l、至少约12l、至少约13l、至少约14l、至少约15l、至少约16l、至少约17l、至少约18l、至少约19l、至少约20l、至少约25l、至少约30l、至少约35l、至少约40l、至少约45l、至少约50l、至少约55l、至少约60l、至少约65l、至少约70l、至少约75l、至少约80l、至少约85l、至少约90l或至少约95l。在一些实施例中，压燃式发动机300的发动机排量可不大于约100l、不大于约95l、不大于约90l、不大于约85l、不大于约80l、不大于约75l、不大于约70l、不大于约65l、不大于约60l、不大于约55l、不大于约50l、不大于约45l、不大于约40l、不大于约35l、不大于约30l、不大于约20l、不大于约19l、不大于约18l、不大于约17l、不大于约16l、不大于约15l、不大于约14l、不大于约13l、不大于约12l、不大于约11l、不大于约10l、不大于约9l、不大于约8l、不大于约7l、不大于约6l、不大于约5l、不大于约4l、不大于约3l、不大于约2l或不大于约1l。上述发动机排量的组合也是可能的(例如，至少约0.5l且不大于约100l或至少约2l且不大于约10l或至少约19l且不大于约95l)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，压燃式发动机300的发动机排量可以是约0.5l、约1l、约2l、约3l、约4l、约5l、约6l、约7l、约8l、约9l、约10l、约11l、约12l、约13l、约14l、约15l、约16l、约17l、约18l、约19l、约20l、约25l、约30l、约35l、约40l、约45l，约50l、约55l、约60l、约65l、约70l、约75l、约80l、约85l、约90l、约95l或约100l。
33.在一些实施例中，压燃式发动机300可包括四冲程发动机。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括二冲程发动机。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括五冲程
发动机。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括六冲程发动机。
34.如图所示，气缸310包括进气门312和排气门314。在一些实施例中，每个气缸310可以包括内表面、缸盖表面和/或设置在每个气缸310中的活塞。在一些实施例中，内表面、缸盖表面、活塞、进气门312和排气门314可以形成燃烧室。
35.如图所示，进气门312和排气门314包括在每个气缸310中。进气门312可覆盖进气口(未示出)，并且进气门312可以打开以露出进气口(即，允许流体流过进气口)。排气门314可覆盖排气口(未示出)，并且排气门314可以打开以露出排气口(即，允许流体流过排气口)。在一些实施例中，一个或多个气缸310可以不具有进气门312和排气门314，并且仅仅包括进气口和排气口。作为这种实施例的非限制性示例，二冲程发动机可以没有进气门和/或排气门。
36.如图所示，压燃式发动机300包括2个气缸310。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括1个气缸、3个气缸、4个气缸、5个气缸、6个气缸、7个气缸、8个气缸、9个气缸、10个气缸、11个气缸、12个气缸、13个气缸、14个气缸、15个气缸、16个气缸、17个气缸、18个气缸、19个气缸、20个气缸、21个气缸、22个气缸、23个气缸、24个气缸、25个气缸、26个气缸、27个气缸、28个气缸、29个气缸、30个气缸、31个气缸或32个气缸，包括其间的所有值和范围。
37.在一些实施例中，气缸310可各自包括多个活塞。在一些实施例中，气缸310可以包括处于对置活塞构造的活塞。在一些实施例中，气缸310可以以分离式单发动机设计实现。在一些实施例中，一个或多个气缸310可以包括点火辅助装置。在一些实施例中，一个或多个气缸310可以包括设置在其中用于火花辅助压缩点火的火花塞。在一些实施例中，一个或多个气缸310可以包括电热塞。在一些实施例中，一个或多个气缸310可以包括等离子体加热装置。'777公开中进一步描述了点火辅助装置。
38.在一些实施例中，进气门312和排气门314可以通过可变气门正时(vvt)方案打开和关闭。在一些实施例中，可以在压燃式发动机300的过渡阶段期间实施vvt方案。例如，当压燃式发动机在冷起动和稳态操作之间转换时，可以实施vvt方案。'777公开中描述了vvt方案的进一步实现。
39.在一些实施例中，一个或多个燃料喷射器320可以直接设置在气缸310中。在一些实施例中，一个或多个燃料喷射器320可以设置在气缸310的外部。在一些实施例中，一个或多个燃料喷射器320可以设置在压燃式发动机的进气口(未示出)中。在一些实施例中，燃料喷射器320可以在喷射压力下喷射一定体积的燃料，该喷射压力至少约800巴(绝对)、至少约900巴、至少约1000巴、至少约1100巴、至少约1200巴、至少约1300巴、至少约1400巴、至少约1500巴、至少约1600巴、至少约1700巴、至少约1800巴、至少约1900巴、至少约2000巴、至少约2100巴、至少约2200巴、至少约2300巴、至少约2400巴、至少约2500巴、至少约2600巴、至少约2700巴、至少约2800巴或至少约2900巴。在一些实施例中，燃料喷射器320可以在喷射压力下喷射一定体积的燃料，该喷射压力不大于约3000巴、不大于约2900巴、不大于约2800巴、不大于约2700巴、不大于约2600巴、不大于约2500巴、不大于约2400巴、不大于约2300巴、不大于约2200巴、不大于约2100巴、不大于约2000巴、不大于约1900巴、不大于约1800巴、不大于约1700巴、不大于约1600巴、不大于约1500巴、不大于约1400巴、不大于约1300巴、不大于约1200巴、不大于约1100巴、不大于约1000巴或不大于约900巴。
40.上述喷射压力的组合也是可能的(例如，至少约800巴且不大于约3000巴或至少约
1200巴且不大于约2000巴)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，燃料喷射器320可以在喷射压力下喷射一定体积的燃料，该喷射压力为约800巴、约900巴、约1000巴、约1100巴、约1200巴、约1300巴、约1400巴、约1500巴、约1600巴、约1700巴、约1800巴、约1900巴、约2000巴、约2100巴、约2200巴、约2300巴、约2400巴、约2500巴、约2600巴、约2700巴、约2800巴、约2900巴或约3000巴。
41.如图所示，ecu 330虚拟地连接到燃料喷射器320、进气门312、排气门314和cda系统340，并且可以控制燃料喷射器320、进气门312、排气门314和cda系统340。在一些实施例中，ecu 330可以基于废气流中的氧读数来调节空燃比。在一些实施例中，ecu 330可以保持燃料和空气的化学计量比。在一些实施例中，ecu 330可以保持燃料和空气的非化学计量比。在一些实施例中，ecu 330可以降低或升高燃料喷射器320的压力。在一些实施例中，ecu 330可以修改进气门312和/或排气门314的打开正时(例如，采用vvt方案)。在一些实施例中，ecu 330可以修改进气门312和/或排气门314的关闭正时。在一些实施例中，ecu 330可以控制egr策略的实施。在一些实施例中，ecu 330可以控制重新导回到压燃式发动机300的进气的废气量。换言之，ecu 330可以控制再循环路径(未示出)，该再循环路径可以分隔一部分废气，使得该部分废气被重新引导。在一些实施例中，ecu 330可以与测量废气中的氧含量的氧传感器(未示出)通信。在一些实施例中，ecu 330可以与再循环路径通信，并基于氧传感器感测的氧含量来调节再循环的废气量。在一些实施例中，基于由氧传感器感测的氧含量，可以将供给到压燃式发动机300中的燃料和空气维持在稀比。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括氧传感器而不包括催化转化器。
42.在一些实施例中，燃料喷射器320可以包括闭环控制的燃料喷射器。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括egr路径。在一些实施例中，闭环控制的燃料喷射器和egr路径可以保持对压燃式发动机300中的热管理和燃烧稀释的精确控制。在一些实施例中，闭环控制的燃料喷射器和egr路径可以使离开压燃式发动机300的标准污染物最小化。在一些实施例中，发动机可以配备有三元催化转化器。闭环控制的燃料喷射器、egr路径和三元催化转化器可以减少co、碳氢化合物和no
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的废气排放。
43.如图所示，cda系统340虚拟地连接到ecu 330，并且机械地和/或流体地联接到进气门312和排气门314。在一些实施例中，cda系统340可以作为与ecu 330独立的控制器或控制系统而存在。在一些实施例中，cda系统340可以包括cda硬件和cda控制模块。cda硬件可以与进气门312和排气门314物理接触、液压接触和/或通信。在一些实施例中，cda硬件可以与燃料喷射器320物理接触、液压接触和/或通信。cda控制模块可以与进气门312、排气门314和燃料喷射器320通信和/或接触。在一些实施例中，cda系统340可以停用一个或多个气缸310的进气门312和/或排气门314。在一些实施例中，ecu 330可以停用一个或多个气缸310的燃料喷射器320。在一些实施例中，当压燃式发动机300的发动机负荷降低到小于或等于(n-1)/n
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fl时，cda系统340可以停用进气门312之一和/或排气门314之一，其中n是压燃式发动机300中的气缸数，fl是压燃式发动机300的发动机速度下的全负荷。在一些实施例中，当压燃式发动机300的发动机负荷降低到小于或等于(n-1)/n
×
fl时，ecu 330可以停用燃料喷射器320之一。例如，如果压燃式发动机300具有4个气缸310，则当发动机负荷降低至小于或等于全负荷的75％时，cda系统340可以停用气缸310之一。在一些实施例中，fl可以由制造商定义。在一些实施例中，fl可以由用户进行的标定或修改来定义。换句话说，fl可
以是基于用户应用于压燃式发动机300的调节的标定值。在一些实施例中，fl可以由压燃式发动机300的总排量限定。在一些实施例中，fl可以由压燃式发动机300的物理限制限定，例如峰值压力。在一些实施例中，fl可以由压燃式发动机300的物理限制乘以安全系数(例如，0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95，包括其间的所有值和范围)来定义。在一些实施例中，fl可以是由用户或设备所要求的最大功率输出。
44.在一些实施例中，压燃式发动机300可包括增压装置(未示出)。在一些实施例中，压燃式发动机300可以包括与进气门312和增压装置流体联接的进气歧管(未示出)。在一些实施例中，增压装置可以增加进气歧管中的压力。在一些实施例中，增压装置可以包括涡轮增压器、机械增压器和/或涡轮复合装置。在一些实施例中，cda系统340可以基于驾驶员要求的负荷(例如，通过油门踏板的位置)来操作。在一些实施例中，cda控制器340可以基于推荐的负荷来操作。在一些实施例中，cda系统340可以基于驾驶员要求的负荷来重新启用气缸。在一些实施例中，cda系统340可以基于命令负荷重新启用气缸。在一些实施例中，cda系统340可以重新启用气缸以将压燃式发动机300从较低负荷引导到较高负荷。
45.图4示出了根据一个实施例的操作压燃式发动机的方法400。如图所示，方法400包括在步骤401中将燃料喷射到压燃式发动机的每个燃烧室中、在步骤402中使每个燃烧室中的燃料燃烧、在步骤403中使一部分废气从排气门再循环到每个燃烧室中、在步骤404中监测压燃式发动机的负荷操作以及在步骤405中在发动机负荷降低时停用气缸。在一些实施例中，方法400还可以包括在步骤406中在发动机负荷进一步降低时停用额外气缸。在一些实施例中，方法400可以包括在步骤407重新启用气缸。
46.步骤401包括向每个燃烧室中喷射燃料。在一些实施例中，活塞、气缸的缸盖表面、进气门和排气门可以限定燃烧室。在一些实施例中，所述燃料可以包括每分子具有1个碳原子的燃料(例如，甲烷、甲醇)。在一些实施例中，所述燃料可以不含碳原子(例如氢)。在一些实施例中，所述燃料可以是每分子至少约1个碳原子、每分子至少约2个碳原子、每分子至少3个碳原子、每分子至少约4个碳原子、每分子至少约5个碳原子、每分子至少6个碳原子、每分子至少约7个碳原子、每分子至少约8个碳原子或每分子至少约9个碳原子。在一些实施例中，所述燃料可以是每分子不多于约10个碳原子、每分子不多于约9个碳原子、每分子不多于约8个碳原子、每分子不多于约7个碳原子、每分子不多于约6个碳原子、每分子不多于约5个碳原子、每分子不多于约4个碳原子、每分子不多于约3个碳原子或每分子不少于约2个碳原子。每分子的上述碳原子数的组合也是可能的(例如，每分子至少约1个碳原子并且每分子不大于约10个碳原子或每分子至少1个碳碳原子并且每分子不大于约3个碳原子)，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施例中，所述燃料可以是每分子约1个碳原子、每分子约2个碳原子、每分子约3个碳原子、每分子约4个碳原子、每分子约5个碳原子、每分子约6个碳原子、每分子约7个碳原子、每分子约8个碳原子、每分子约9个碳原子或每分子约10个碳原子。
47.在一些实施例中，燃料的十六烷值可为至少约-10、至少约-5、至少约0、至少约5、至少约10、至少约15、至少约20、至少约25、至少约30或至少约35。在一些实施例中，燃料的十六烷值可为不大于约40、不大于约35、不大于约30、不大于约25、不大于约20、不大于约15、不大于约10、不大于约5、不大于约0或不大于约-5。燃料的上述十六烷值的组合也是可能的(例如，至少约-10且不大于约40或至少约10且不大于20)，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，燃料的十六烷值可为约-10、约-5、约0、约5、约10、约15、约20、约25、约30、约35或约40。
48.在一些实施例中，燃料可包括石脑油、汽油、乙醇、丁醇、丙醇、乙醇、甲醇、汽油/乙醇混合物、汽油/甲醇混合物、甲醇/乙醇混合物，变性醇、含水醇、气态烃、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、己烷、替代燃料、氢气、氨、合成气和/或co。在一些实施例中，燃料可以具有导致十六烷值显著变化的少量添加剂。在一些实施例中，燃料可以包括导致十六烷值的显著变化的添加剂，所述添加剂按重量计小于约5000ppm、小于约4000ppm、小于约3000ppm、小于约2000ppm、小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm或小于约500ppm。在一些实施例中，燃料可以基本上不含导致十六烷值显著变化的添加剂。
49.在一些实施例中，燃料可包括用于其他目的的添加剂，这些添加剂不会导致十六烷值发生显著变化(例如润滑添加剂)。在一些实施例中，燃料可以包括不导致十六烷值显著变化的添加剂，所述添加剂按重量计小于约5000ppm、小于约4000ppm、小于约3000ppm、小于约2000ppm、小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm或小于约500ppm。在一些实施例中，燃料可以基本上不含不会导致十六烷值显著变化的添加剂。在一些实施例中，燃料可以包括不会导致十六烷值显著变化的添加剂，所述添加剂至少约50ppm、至少约100ppm、至少约200ppm、至少约300ppm、至少约400ppm、至少约500ppm、至少约600ppm、至少约700ppm、至少约800ppm、至少约900ppm、至少约1000ppm、至少约2000ppm、至少约3000ppm或至少约4000ppm。不会导致十六烷值的显著变化的添加剂的上述范围的组合(例如，至少约50ppm且不大于约5000ppm或至少约1000ppm且不大于约4000ppm)是可能的，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，燃料可以包括不会导致十六烷值的显著变化的添加剂，所述添加剂为约50ppm、约100ppm、约200ppm、约300ppm、约400ppm、约500ppm、约600ppm、约700ppm、约800ppm、约900ppm、约1000ppm、约2000ppm、约3000ppm、约4000ppm或约5000ppm。
50.在一些实施例中，燃料的辛烷值(即，通过(ron+mon)/2方法计算)可为至少约50、至少约55、至少约60、至少约65、至少约70、至少约75、至少约80、至少约85、至少约90、至少约95、至少约100、至少约105、至少约110、至少约115、至少约120，至少约125、至少约130、至少约135、至少约140或至少约145。在一些实施例中，燃料的辛烷值可为不大于约150、不大于约145、不大于约140、不大于约135、不大于约130、不大于约125、不大于约120、不大于约115、不大于110、不大于105、不大于100、不大于95、不大于约90、不大于约85、不大于约80、不大于约75、不大于约70、不大于约65、不大于约60或不大于约55。上述辛烷值的组合也是可能的(例如，至少约50且不大于约150或至少约80且不大于约120)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，燃料的辛烷值可为约50、约55、约60、约65、约70、约75、约80、约85、约90、约95、约100、约105、约110、约115、约120、约125、约130、约135、约140、约145或约150。
51.在一些实施例中，燃料的闪点可为至少约0℃、至少约5℃、至少约10℃、至少约15℃、至少约20℃、至少约25℃、至少约30℃、至少约35℃、至少约40℃或至少约45℃。在一些实施例中，燃料的闪点可为不大于约50℃、不大于约45℃、不大于约40℃、不大于约35℃、不大于约30℃、不大于约25℃、不大于约20℃、不大于约15℃、不大于约10℃或不大于约5℃。上述燃料闪点的组合也是可能的(例如，至少约0℃且不大于约50℃或至少约10℃且不大于约40℃，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，燃料的闪点可为约0℃、约5℃、约10
℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃或约50℃。
52.在一些实施例中，可以在步骤401中喷射多种燃料。在一些实施例中，可以在步骤401单独地喷射多种燃料。在一些实施例中，在步骤401，可以将多种燃料作为混合物喷射。在一些实施例中，燃料可以在针对燃料喷射器320所述的任何压力或压力范围下喷射，如上文参考图3所述。
53.步骤402包括在每个燃烧室中燃烧燃料。这可以包括将活塞从下止点(bdc)位置移动到上止点(tdc)位置，以引起喷射燃料的自燃。在一些实施例中，活塞从bdc位置到tdc位置的运动所形成的压缩比可为至少约10:1、至少约11:1、至少约12:1、至少约13:1、至少约14:1、至少约15:1、至少约16:1、至少近似17:1、至少大概18:1、至少约19:1、至少约20:1、至少约21:1、至少约22:1、至少约23:1、至少约24:1、至少约25:1、至少约26:1、至少约27:1、至少约28:1或至少约29:1。在一些实施例中，活塞从bdc位置到tdc位置的运动所形成的压缩比可不大于约30:1、不大于约29:1、不小于约28:1、不大于约27:1、不大于约26:1、不大于约25:1、不大于约24:1、不大于约23:1、不大于约22:1、不大于约21:1、不大于约20:1、不大于约19:1、不大于约18:1、不大于约17:1、不大于约16:1、不大于约15:1、不大于约14:1、不大于约13:1、不大于约12:1或不大于约11:1。
54.上述压缩比的组合也是可能的(例如，至少约10:1且不大于约30:1或至少约13:1且不大于约20:1)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，活塞从bdc位置到tdc位置的运动所形成的的压缩比可为约10:1、约11:1、约12:1、约13:1、约14:1、约15:1、约16:1、约17:1、约18:1、约19:1、约20:1、约21:1、约22:1、约23:1、约24:1、约25:1、约26:1、约27:1、约28:1、约29:1或约30:1。
55.在一些实施例中，在步骤402燃烧燃料可包括通过点火辅助装置(例如火花塞、电热塞等)促进燃烧。在一些实施例中，步骤402可包括燃烧在步骤401喷射的基本上所有燃料。在一些实施例中，在燃烧开始时，少于50％体积的燃料可与空气体积预混合。换言之，所述体积燃料的点火可以是混合控制压缩点火或mcci。在一些实施例中，在燃烧开始时，可与空气体积预混合的燃料体积为至少约5％、至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％或至少约45％。在一些实施例中，在燃烧开始时，可与空气体积预混合的燃料体积不大于约50％、不大于约45％、不大于约40％、不大于约35％、不大于约30％、不大于约25％、不大于约20％、不大于约15％或不大于约10％。与空气体积预混合的燃料体积的上述百分比的组合也是可能的(例如，至少约5％且不大于约50％或至少约10％且不大于约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，在燃烧开始时与空气体积预混合的燃料体积可为约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％或约50％。在一些实施例中，燃烧室内的各点处的局部当量比可以是至少约1.5、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9或至少约10，包括其间的所有值和范围。
56.可选的步骤403包括将来自排气门的一部分排气再循环回每个活动燃烧室。在一些实施例中，再循环可以经由再循环路径。在一些实施例中，初始egr稀释度可以从0％或期望的基线水平开始(如在用于no
x
控制的传统柴油机中使用的那样)。在一些实施例中，初始egr稀释度可以是约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％或约40％，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，egr稀释度可以在压燃式发动机的操作期间增加。在
一些实施例中，egr稀释度可在操作期间增加至使得来自排气门的废气的至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％或至少约80％可再循环回每个活动燃烧室。在一些实施例中，egr稀释度可以在操作期间增加到使得来自排气门的废气的不大于约90％、不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％或不大于约20％可以再循环回每个活动燃烧室。上述egr百分比的组合也是可能的(例如，至少约10％且不大于约90％或至少约20％且不大于约60％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，egr稀释度可增加至使得来自排气门的废气的约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％或约90％可再循环回每个活动燃烧室。在一些实施例中，再循环废气的比例可以在燃烧室之间相等或近似相等。在一些实施例中，再循环量可以基于在废气中感测到的氧气量。
57.步骤404包括监测压燃式发动机的负荷操作，而步骤405包括在发动机负荷降低时停用气缸。在一些实施方式中，一起使用cda和egr从高负荷移动到低负荷可以包括从最高期望负荷点开始并降低负荷。在一些实施例中，最高期望负荷点可以与初始egr稀释度一致。当所需负荷在给定rpm下从最大值减小到小于或等于(n-1)/n
×
fl的负荷时，达到cda的第一个机会。此时，步骤405包括停用气缸。在一些实施例中，在步骤405停用气缸可以响应于压燃式发动机的气缸在规定或期望的负荷范围之外操作。例如，用户可以规定，在四缸发动机中，每个气缸在该气缸的fl的65％和90％之间操作。当至少一个气缸中的负荷降低到低于65％时，可以停用四个气缸之一，在剩余的每个气缸上施加更高的负荷，并将每个气缸上的负荷增加到规定范围内。在一些实施例中，可以降低进入每个启用气缸的空气流量以保持期望的空燃比。在一些实施例中，停用气缸可以有助于保持每个气缸中的空燃比，而不是必须响应于发动机负荷调节每个气缸中的空燃比。在一些实施例中，停缸可有助于保持气缸中的期望空燃比。在一些实施例中，停缸可有助于保持气缸中的基本化学计量比。在一些实施例中，停缸可有助于保持气缸中的浓空燃比。在一些实施例中，停缸可有助于保持气缸中的稀空燃比。
58.在一些实施例中，在步骤405停用气缸可包括关闭气缸的进气门、关闭气缸的排气门和/或停用与气缸流体联接的燃料喷射器。在一些实施例中，在步骤405停用气缸可包括关闭进气口、关闭排气口和/或停用与气缸流体联接的燃料喷射器。
59.在一些实施例中，在步骤405停用气缸可包括在停用燃料喷射器之前停用进气门和排气门的运动，以便在停用期间捕获除空气以外的燃烧产物。这种捕集有助于保持气缸中的总化学计量空燃比，以用于催化转化器的操作。
60.除了cda、传统再循环egr和由发动机ecu控制的燃料外，还有其他使能技术可用于一起使用，以提高cda在柴油机化学计量操作中的效率。在一些实施例中，增压水平可用于控制负荷和化学计量。增加增压(即，增加进气歧管中的压力，从而增加进入气缸的空气的压力和密度)允许更多的空气以固定排量吸入气缸。换句话说，可以添加额外的燃料以保持化学计量。这可以在没有egr或使用恒定的基本egr水平的情况下进行。此外，它可以与egr和cda一起使用，以在负荷脉谱图中移动，同时保持化学计量并在每个操作点最大化制动热效率。这可以为降低负荷和保持正确的进气量提供额外的自由度。增加egr、降低增压和/或停用气缸有助于降低负荷并保持正确的进气量。在没有像egr泵这样的装置的情况下，再循环egr控制和增压水平是联系在一起的，因为涡轮增压器施加的背压必须足以将egr从发动
机的排气侧移动到进气侧。因此，当增压压力(在进气侧)较高时，更大的背压可以提供压力变化。在一些实施例中，方法400可以包括复杂的增压/涡轮配置，包括博格华纳的“e-boost”、电动增压和/或涡轮复合，所有这些都允许在增压发动机配置中将涡轮功与压缩机功解耦，从而为系统操作和优化提供额外的灵活性。在一些实施例中，egr泵或其他装置可用于在没有压力梯度的情况下或在压力梯度不足的情况下将egr从排气移动到进气，以驱动期望的egr流量，从而在很大程度上使egr流与排气和进气压力解耦。
61.可用于与cda结合改变负荷的egr类型不限于柴油机中常见的传统再循环废气。废气稀释度可通过增加排气背压来实现，以增加截留的残余量，排气门和/或进气门的vvt可用于截留或重新吸入废气以稀释进入的空气。在一些实施例中，通过将排气门保持在关闭位置，燃烧的燃料可以被捕获在燃烧室中。
62.此外，egr稀释度和增压的进气控制不限于单独进气歧管压力。进气门的vvt也可用于改变在进气冲程期间吸入燃烧室的空气量或空气/egr组合。这可能类似于米勒循环，或者在排气门提前关闭的情况下，进气门可以延迟打开，以保持关于tdc的大致对称的气门正时。'777公开中描述了此类策略。当负荷降低时，可以越来越多地使用增加截留egr和/或减少进气的气门正时，直到达到cda阈值，从而允许重置气门正时。以同样的方式，cda可以避免过多的egr稀释，也可以用于避免过宽的vvt要求。
63.步骤406是可选的，包括在发动机负荷进一步降低时停用额外气缸。当一个气缸已经停用时，随着负荷进一步降低，总负荷可以降低到低于(n-2)/n
×
fl(例如，通过egr)。此时，可以停用第二个气缸，使剩余的n-2个气缸在全负荷下操作。在一些实施例中，当发动机负荷达到适当条件时，可以停用的气缸个数为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31，包括其间的所有值和范围。
64.步骤407是可选的，包括重新启用气缸。这可以响应于发动机负荷的增加。换言之，当在给定rpm下期望的负荷从小于(n-1)/n
×
fl增加到大于或等于(n-1)/n
×
fl时，气缸可以被重新启用。这可能包括重新启用进气门、排气门和/或燃料喷射器。在一些实施例中，气缸的重新启用可以基于接近(n-1)/n
×
fl的值的发动机负荷。在一些实施例中，气缸重新启用可以是基于达到(n-1)/n
×
fl的约80％、约85％、约90％、约95％、约96％、约97％、约98％或约99％的发动机负荷，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，气缸的重新启用可以基于推荐的负荷。在一些实施例中，气缸的重新启用可以基于油门踏板的位置。在一些实施例中，可以进行气缸的再启用以将压燃式发动机从较低负荷导航到较高负荷。
65.图5示出了仅使用egr和仅使用cda实现的等效负荷的视觉表示。图5示出了四缸发动机，但该策略可用于任何数量的气缸。阴影区域表示与全负荷相比气缸的负荷分数。这大致相当于用于进气的气缸排量，忽略了在本示例中为简化可能需要的最小egr基本水平。无阴影区域表示由egr和停用气缸组成的气缸容积部分。在一些实施例中，停用气缸可包括暂停向所述气缸喷射燃料。
66.图6示出了从100％降低负荷、一次停用四缸发动机的一个气缸、增大活动气缸中的egr稀释度直到达到下一个停用阈值的图形表示。当一个气缸已停用时，随着负荷进一步降低，剩余工作气缸中的egr稀释度将增大，直到总负荷降低到低于((n-2)/n)
×
fl。此时，可以停用第二个气缸，使剩余的n-2个气缸在全负荷下操作。以与图6中egr稀释度呈现锯齿形状的方式相同的方式，可以在降低负荷的同时类似地使用气门正时以增加截留的egr和/
或减少进气，直到达到cda阈值以允许重置气门正时。以同样的方式，cda可以避免过多的egr稀释，也可以用于避免过宽的vvt要求。
67.在一些实施例中，发动机可以并行采用本文所述的策略。虽然可以独立使用这些方法中的每一种，但它们的组合在本公开的范围内。
68.各种概念可以体现为一种或多种方法，其中至少提供了一个示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造实施例，其中以不同于所示的顺序执行动作，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作。换言之，应当理解，这些特征不一定限于特定的执行顺序，而是可以以与本公开一致的方式串行、异步、并发、并行、同时、同步等执行的任意数量的线程、进程、服务、服务器等。因此，这些特征中的一些可能相互矛盾，因为它们不能同时出现在单个实施例中。类似地，一些特性适用于创新的一个方面，而不适用于其他方面。
69.此外，本公开可能包括目前未描述的其他创新。申请人保留此类创新的所有权利，包括实施此类创新、提交其额外申请、继续申请、部分继续申请、分案申请等的权利。因此，应当理解，本公开的优点、实施例、示例、功能、特征、逻辑、操作、组织、结构、拓扑和/或其他方面不应被视为由实施例定义的对本公开的限制或对实施例的等价物的限制。根据个人和/或企业用户的特定期望和/或特征、数据库配置和/或关系模型、数据类型、数据传输和/或网络框架、语法结构等，本文公开的技术的各种实施例可以以实现如本文所述的大量灵活性和定制的方式来实现。
70.本文定义和使用的所有定义应理解为控制字典定义、通过引用合并的文件中的定义和/或定义术语的普通含义。
71.如本文所使用的，在特定实施例中，当在数值之前时，术语“约”或“近似”表示值加或减10％的范围。在提供值的范围的情况下，应当理解，除非上下文明确另有规定，否则该范围的上限和下限与该范围内的任何其他陈述或介入值之间的每个介于下限单位的十分之一之间的介入值都包含在本公开中。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围中，这也包含在本公开中，但不限于所述范围中的任何特别排除的极限。如果所述范围包括一个或两个极限，则不包括其中一个或两者的范围也包括在本公开中。
72.本说明书和实施例中使用的短语“和/或”应理解为指如此结合的要素中的“一个或两个”，即在某些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应以相同的方式进行解释，即“一个或多个”要素如此结合。除“和/或”条款明确标识的要素外，其他要素可以可选地存在，无论是否与明确标识的那些要素相关或无关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，当与诸如“包含”的开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用可以仅指a(可选地包括除b之外的要素)；在另一个实施例中仅限于b(可选地包括除a以外的要素)；在又一实施例中，是指a和b两者(可选地包括其他元件)；等。
73.如本说明书和实施例中所用，“或”应理解为具有与上文定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含，即包括至少一个，但也包括一个以上的要素或列表，以及可选的其他未列出的项目。只有明确表示相反的术语，例如“仅一个”或“恰好一个”，或者当在实施例中使用时，“由
……
组成”将指的是包含一个或多个要素列表中的恰好一个要素。一般而言，本文中使用的术语“或”仅应在前面加上排他性术语时解释为表示排他性替代(即“一个或另一个，但不包括两者”)，例如“中的一个”、“中的仅一个”、“中的只一个”。“主要由
……
组成”当在实施例中使用时，应具有专利法领域中使用的一般含义。
74.如本文在说明书和实施例中所使用的，短语“至少一个”，参考一个或多个要素的列表，应理解为指从要素列表中的任何一个或更多个要素中选择的至少一个要素，但不一定包括要素列表中具体列出的每个要素中的至少一个，并且不排除要素列表中的要素的任何组合。该定义还允许要素可选地存在于短语“至少一个”所指的要素列表中特定标识的要素之外，无论是否与特定标识的那些要素相关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地“a和/或b中至少一个)可以指至少一个、可选地包括多于一个的a，而不存在b(并且可选地包括除b之外的要素)；在另一实施例中，是至少一个、任选地包括多于一个的b，不存在a(并且任选地包括除a以外的要素)；在又一实施例中，是至少一个、可选地包括多于一个的a，以及至少一个、可选地包括少于一个的b(并且可选地包括其他要素)；等。
75.如本文所用，“燃料”可以指能够与进气混合物产生放热化学反应的任何材料，而与燃料的十六烷值无关。这可能包括石脑油、汽油、醇类燃料(包括丁醇、丙醇、乙醇和甲醇)、气态烃(包括天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、己烷等)和替代燃料(如氢气、氨、二甲醚(dme)、合成气、co等)的燃料和混合物。
76.如本文所用，“羽流”可指从喷射点扩散的大量燃料，在燃料喷射事件期间，随着空气体积在空间和/或时间上的推移，这些燃料可能夹带或与空气体积混合。
77.如本文所用，“燃烧效率”可以指空气和燃料充分燃烧以形成完全燃烧产物的程度。作为非限制性示例，可以使用燃料(例如乙醇、甲醇等)和燃烧产物(例如co2、h2o等)的低热值(lhv)来计算燃烧效率，如下所述：
[0078][0079]
其中：
[0080]
η
combustion
是燃烧效率；
[0081]
lhv
products
是燃烧产物的lhv(mj/kg)；
[0082]
mass
products
是燃烧产物的质量(kg)；
[0083]
lhv
fuel
是燃料的lhv(mj/kg)；并且
[0084]
mass
fuel
是燃料的质量(kg)。
[0085]
如本文所用，“效率”、“热效率”或“lhv效率”可指燃料能量到机械功的转化，计算如下：
[0086][0087]
其中：
[0088]
η是效率；
[0089]
work是实现的机械功的量(j)，可以是根据发动机气缸中的压力计算的指示功，或制动功，其中功是在旋转轴从发动机进入变速器或发电机的点处测量的(即“制动热效率”)；
[0090]
lhv
fuel
是燃料的lhv(j/kg)；和
[0091]
mass
fuel
是燃料的质量(kg)。
[0092]
如本文所使用的，“曲柄角”或“发动机曲柄角”的数字定义应理解为相对于发动机循环中的固定点的曲柄角(如下表1中针对四冲程发动机的情况所述)。换句话说，在四冲程发动机中，当活塞处于排气冲程和进气冲程之间的tdc位置时，发动机曲柄角为0
°
(或720
°
)。当活塞处于压缩冲程和膨胀冲程之间的tdc位置时，发动机曲柄角为360
°
。当活塞处于膨胀冲程和排气冲程之间的bdc位置时，发动机曲柄角为540
°
。当活塞处于进气冲程和压缩冲程之间的bdc位置时，发动机曲柄角为180
°
。负数也可用于描述相对于在排气冲程和进气冲程之间的tdc位置的曲柄角。也就是说，540
°
也可以描述为-180
°
，360
°
也可以描述为-360
°
，180
°
也可以描述为-540
°
。
[0093]
表1。四冲程发动机的曲柄角描述
[0094][0095]
在一些实施例中，术语“紧接在点火之前”或“紧在点火之前”可指发动机曲柄角
(在四冲程发动机中)为约300
°
、约305
°
、约310
°
、约315
°
、约320
°
、约325
°
、约330
°
、约335
°
、约340
°
、约345
°
、约350
°
、约355
°
、约360
°
、约365
°
、约370
°
、约375
°
或约380
°
的时间点，包括其间的所有值和范围。类似地，“紧接在点火之前”或“紧在点火之前”可用于指二冲程、五冲程或六冲程发动机中tdc燃烧前后的曲柄角。
[0096]
在一些实施例中，术语“紧接在点火之前”或“紧在点火之前”可指观察到发生5％燃料放热的时间之前的时间点。换言之，当可以检测到可测量的压力偏差以指示正在发生放热燃料氧化时，可以认为燃料已经点燃。
[0097]
在一些实施例中，术语“紧接在点火之前”或“紧在点火之前”可指在点火之前约1度曲柄角、约2度曲柄角、约3度曲柄角、约4度曲柄角、约5度曲柄角、约6度曲柄角、约7度曲柄角、约8度曲柄角、约9度曲柄角、约10度曲柄角、约11度曲柄角、约12度曲柄角、约13度曲柄角、约14度曲柄角、约15度曲柄角、约16度曲柄角、约17度曲柄角、约18度曲柄角、约19度曲柄角或约20度曲柄角的时间点，包括其间的所有值和范围。
[0098]
在一些实施例中，术语“紧接在燃料喷射之前”或“紧在燃料喷射之前”可以指在燃料喷射之前约1度曲柄角、约2度曲柄角、约3度曲柄角、约4度曲柄角、约5度曲柄角、约6度曲柄角、约7度曲柄角、约8度曲柄角、约9度曲柄角、约10度曲柄角、约11度曲柄角、约12度曲柄角、约13度曲柄角、约14度曲柄角、约15度曲柄角、约16度曲柄角、约17度曲柄角、约18度曲柄角、约19度曲柄角或约20度曲柄角的时间点，包括其间的所有值和范围。
[0099]
在一些实施例中，术语“气门关闭”(例如，“进气门关闭”或“排气门关闭”)可指时间点，其中气门经过距阀座的距离阈值(即，0.1mm气门升程)。在一些实施例中，术语“气门打开”(例如，“进气门打开”或“排气门打开”)可以指时间点，其中气门经过距阀座的距离阈值(即，0.1mm气门升程)。
[0100]
在实施例中，以及在上述说明书中，所有过渡短语，如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“构成”等，应理解为是开放的，即指包括但不限于。根据《美国专利局专利审查程序手册》第2111.03节的规定，只有过渡短语“由
……
组成”和“主要由
……
组成”分别为封闭或半封闭过渡短语。
[0101]
虽然上文概述了本公开的具体实施例，但本领域技术人员将明显看到许多替代方案、修改和变化。因此，本文所述实施例旨在说明而非限制。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在上述方法和步骤指示以特定顺序发生的特定事件的情况下，受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到，可以修改特定步骤的顺序，并且这种修改符合本发明的变型。此外，当可能时，某些步骤可以在并行过程中同时执行，以及如上所述顺序执行。已经特别地示出和描述了实施例，但是应当理解，可以在形式和细节上进行各种改变。

技术特征：
1.一种操作压燃式发动机的方法，所述压燃式发动机包括n个气缸，n是至少为2的整数，所述n个气缸中的每个气缸具有内表面、设置并配置为在所述n个气缸中的每个气缸中移动的活塞、进气口、排气口和燃料喷射器，所述活塞和所述内表面限定燃烧室，所述方法包括：将燃料喷射到每个燃烧室中；在压燃式发动机中燃烧基本上所有的燃料；监测压燃式发动机的发动机负荷；和当发动机负荷降低到小于(n-1)/n
×
fl时，停用所述n个气缸中的一个气缸，其中fl是给定发动机速度下的全负荷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述n个气缸中的每个还包括进气门和排气门，所述进气门被配置为允许和/或阻止流体流过所述进气口，所述排气门被配置为允许和/或阻止流体流过排气口。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述压燃式发动机还包括三元催化转化器，所述三元催化转化器被配置为减少co、碳氢化合物和no
x
的排放。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在停用气缸期间停用燃料喷射器之前停用进气门和排气门的运动，以便在停用期间捕获燃烧产物而不是空气，并且维持气缸中的总体化学计量空燃比以用于催化转化器的操作。5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，停用所述气缸包括以下中的至少一项：关闭所述气缸的进气门、关闭所述气缸的排气门或停用与所述气缸流体联接的燃料喷射器。6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中，所述停用是通过停缸(cda)系统进行的，所述cda系统包括cda硬件和与所述进气门、所述排气门和所述燃料喷射器通信和/或接触的cda控制模块。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料相对于进入每个燃烧室的进气量满足化学计量条件。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空燃比相对于进入每个燃烧室的进气量是稀的。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：使一部分废气从排气口经由进气口再循环回燃烧室。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，n是至少3，并且所述气缸是第一气缸，所述方法还包括：当发动机负荷降低到小于(n-2)/n
×
fl时，停用所述n个气缸中的第二气缸。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述压燃式发动机还包括增压装置，所述方法还包括：经由增压装置向进气施加压力。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述增压装置包括涡轮增压器、机械增压器和/或涡轮复合装置。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
根据推荐负荷而重新启用气缸。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料的十六烷值小于约40。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃料具有至少约100的辛烷值。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料每分子具有不大于约3个碳原子。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、汽油/乙醇混合物、汽油/甲醇混合物、乙醇/甲醇混合物，变性醇、含水醇、二甲醚、氨、氢、丙烷或天然气中的至少一种。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述停用响应于所述压燃式发动机中的所述气缸在规定负荷范围之外操作而增加每个气缸的发动机负荷。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：降低进入燃烧室的空气流量以保持期望的空燃比。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述停用在所述燃烧室中保持基本化学计量比。21.一种操作压燃式发动机的方法，所述压燃式发动机包括多个气缸，所述多个气缸中的每个气缸具有内表面、设置并配置为在所述发动机气缸中移动的活塞、进气口、排气口和燃料喷射器，所述活塞、所述内表面、所述进气口和所述排气口限定燃烧室，所述方法包括：将燃料喷射到每个燃烧室中，在压燃式发动机中燃烧基本上所有的燃料；监测压燃式发动机的发动机负荷；设置预定负荷值；和当发动机负荷降低到小于预定负荷值时，停用所述多个气缸中的至少一个气缸。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个气缸中的每个还包括进气门和排气门，所述进气门被配置为允许和/或阻止流体流过所述进气口，所述排气门被配置为允许和/或阻止流体流过所述排气口。23.根据权利要求22所述的方法，其中，停用所述气缸包括以下中的至少一项：关闭所述气缸的进气门、关闭所述气缸的排气门或停用与所述气缸流体联接的燃料喷射器。24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中，所述燃料相对于进入每个燃烧室的进气量满足化学计量条件。25.根据权利要求21-24中任一项所述的方法，还包括：使一部分废气从排气口经由进气口再循环回燃烧室。26.根据权利要求21-25中任一项所述的方法，其中，所述预定负荷值被计算为(n-d)/n
×
fl，其中n是所述压燃式发动机中的气缸数量，d是停用的气缸数量并且fl是给定发动机速度下的全负荷。27.根据权利要求21-26中任一项所述的方法，还包括：重新启用气缸以从较低负荷导航到较高负荷。28.根据权利要求21-27中任一项所述的方法，其中，所述压燃式发动机还包括增压装置，所述方法还包括：经由增压装置向进气施加压力。29.根据权利要求21-28中任一项所述的方法，其中，所述燃料具有小于约40的十六烷
值。30.根据权利要求21-29中任一项所述的方法，其中，所述燃料具有至少约100的辛烷值。31.根据权利要求21-30中任一项所述的方法，其中，所述燃料每分子具有不大于约3个碳原子。32.根据权利要求21-31中任一项所述的方法，其中，所述燃料包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、汽油/乙醇混合物、汽油/甲醇混合物、甲醇/乙醇混合物，变性醇、含水醇、二甲醚、氨、氢、丙烷或天然气中的至少一种。33.一种压燃式发动机，包括：n个气缸，所述n个气缸中的每个包括：内表面；活塞，所述活塞设置并配置为在所述发动机气缸中移动；进气口；排气口；和燃料喷射器，所述燃料喷射器流体联接到所述n个气缸中的每个，所述活塞和所述内表面限定燃烧室；与每个燃料喷射器通信的发动机控制单元(ecu)，所述ecu被配置为向每个气缸输送一定量的燃料；和停缸(cda)控制模块，其被配置为当所述压燃式发动机中的发动机负荷降低到低于(n-d)/n
×
fl时停用所述n个气缸中的d个气缸，其中fl是给定发动机速度下的全负荷，其中n是至少为2的整数，并且其中d是至少为1的整数。34.根据权利要求33所述的压燃式发动机，其中，每个气缸还包括：进气门，其被配置为允许和/或阻止流体流过进气口；和排气门，其被配置为允许和/或阻止流体流过排气口。35.根据权利要求33或34所述的压燃式发动机，其中，所述燃料喷射器包括闭环控制的燃料喷射器，所述压燃式发动机还包括三元催化转化器，其中所述闭环控制的燃料喷射器、所述egr路径和所述三元催化转化器被配置为减少co、碳氢化合物和no
x
的废气排放。36.根据权利要求33-35中任一项所述的压燃式发动机，其中，所述ecu被配置为向每个所述气缸输送化学计量量的燃料。37.根据权利要求33-36中任一项所述的压燃式发动机，还包括：氧传感器，其被配置为测量经由排气口离开气缸的废气流中的氧含量。38.根据权利要求33-37中任一项所述的压燃式发动机，其中，所述燃料喷射器包括闭环控制的燃料喷射器，所述压燃式发动机还包括egr路径，其中所述闭环控制的燃料喷射器和所述egr路径被配置为保持对热管理和燃烧稀释的精确控制，并最小化离开所述压燃式发动机的标准污染物。39.根据权利要求33-38中任一项所述的压燃式发动机，其中，n为至少3，d为至少2。
40.根据权利要求33-39中任一项所述的压燃式发动机，其中，n为至少4，d为至少3。41.根据权利要求33-40中任一项所述的压燃式发动机，还包括流体联接到所述进气口的进气歧管和增压装置，所述增压装置被配置为增加所述进气歧管中的压力。42.根据权利要求33-41中任一项所述的压燃式发动机，其中，所述增压装置包括涡轮增压器、机械增压器和/或涡轮复合装置。43.根据权利要求33-42中任一项所述的压燃式发动机，其中，所述cda控制模块基于油门踏板的位置而操作。

技术总结
本文描述的实施例涉及压燃式发动机中停缸的系统和方法。本文所述的发动机可以包括N个气缸，其中N是至少为2的整数，每个气缸包括内表面、设置并配置为在N个气缸中的每个气缸中移动的活塞、进气口、排气口和燃料喷射器。活塞和内表面限定了燃烧室。操作压燃式发动机的方法包括将燃料喷射到每个燃烧室中，燃烧压燃式发动机中的基本上所有燃料，监测压燃式发动机的负荷，以及在负荷降低到小于(N-1)/N


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：清焰发动机公司
技术研发日：2021.07.09
技术公布日：2023/5/30