Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к регулированию каталитической регенерации выхлопных газов после обеднения рабочей смеси, например, в режиме стоп-старта двигателя, для контроля выбросов оксида азота.
Уровень техники
Системы контроля выбросов двигателя могут содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов для воздействия на различные компоненты выхлопных газов. Каталитическими нейтрализаторами могут быть, например, трехкомпонентные нейтрализаторы, накопительные каталитические нейтрализаторы оксида азота, пусковые нейтрализаторы, катализаторы селективного каталитического восстановления (SCR) и тому подобные. Каталитические нейтрализаторы выхлопных газов двигателя могут требовать периодической регенерации для восстановления каталитической активности и уменьшения окисления катализатора. Например, катализаторы могут быть регенерированы с помощью введения необходимого количества топлива для создания обогащенной среды и уменьшения количества кислорода, накопленного в катализаторе. В связи с этим, из-за потребления топлива для регенерации катализатора, может ухудшиться экономия топлива двигателя. Соответственно, были разработаны различные стратегии регенерации катализаторов.
Один способ предложен Georigk и др. в патенте США №6969492, где устройство снижения токсичности выхлопных газов предусматривает прохождение нескольких этапов каталитического преобразования, обеспечиваемых по меньшей мере двумя каталитическими нейтрализаторами, расположенными последовательно. В частности, каталитические ступени включают в себя трехкомпонентный нейтрализатор, расположенный последовательно (например, выше по потоку) с катализатором восстановления оксида азота. Различные характеристики накопления аммиака в каталитических нейтрализаторах позволяют увеличить восстановление NOx и уменьшить необходимость регенерации катализатора. Другой подход представлен Eckhoff и др. в международной публикации WO 2009/080152, где выхлопная система двигателя содержит многокомпонентные накопительные каталитические нейтрализаторы NOx с промежуточным катализатором SCR. Топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов непрерывно меняется между богатой и бедной фазами на основании различий между топливно-воздушным коэффициентом выше по потоку первого накопительного каталитического нейтрализатора NOx и топливно-воздушным коэффициентом ниже по потоку второго накопительного каталитического нейтрализатора NOx.
Было выявлено несколько потенциальных проблем при использовании указанных подходов. Стратегии регенерации катализатора зависят не только от определенной конфигурации и типа различных каталитических нейтрализаторов выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Для систем двигателей, в которых двигатель может быть выборочно отключен при условиях стоп-старта, регенерация также зависит от режимов стоп-старта, включаемых во время ездового цикла автомобиля. Такие режимы включают в себя, например, количество, частоту и продолжительность операций стоп-старта, выполняемых во время ездового цикла автомобиля. В частности, во время стоп-старта, когда двигатель отключен и выключена подача топлива для остановки двигателя, двигатель все еще проворачивается несколько раз. В результате в трехкомпонентный нейтрализатор выхлопных газов закачивается воздух, вызывая окисление катализатора и ухудшение его способности к восстановлению NOx, при повторном включении двигателя. Подобным образом, перед повторным запуском двигателя из режима стоп-старта, двигатель проворачивается несколько раз, и в каталитический нейтрализатор выхлопных газов опять может быть закачан воздух. В то время как обогащение может использоваться для быстрой регенерации трехкомпонентного нейтрализатора после повторного включения двигателя, обогащение ведет к увеличению потребления топлива. Кроме того, задержки в повторном запуске двигателя могут ухудшить его эксплуатационные характеристики.
Раскрытие изобретения
Некоторые из вышеуказанных проблем могут быть, по меньшей мере частично, решены с помощью способа эксплуатации двигателя, при котором при работающем двигателе выхлопные газы пропускают через первый верхний по потоку каталитический нейтрализатор, а затем через второй нижний по потоку каталитический нейтрализатор для накопления по меньшей мере некоторого количества аммиака выхлопных газов в первом каталитическом нейтрализаторе. Способ также подразумевает выборочное отключение двигателя в режиме стоп-старта, а во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, регулирование регенерации третьего каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку первого каталитического нейтрализатора, на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Кроме того, при высоких нагрузках двигателя регенерация второго каталитического нейтрализатора может также быть отрегулирована на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Таким образом, аммиак, образующийся во время стехиометрической работы двигателя, может накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и успешно использоваться для восстановления выбросов NOx во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, в то время как происходит регенерация второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов.
В одном примере двигатель со стоп-стартом может быть оборудован общим выхлопным коллектором в нижней части. Нижняя часть может содержать первый катализатор SCR, установленный выше по потоку второго, трехкомпонентного, каталитического нейтрализатора выхлопных газов и в непосредственном контакте с ним. Таким образом, и первый, и второй каталитические нейтрализаторы выхлопных газов могут быть расположены ниже по потоку третьего трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением. Во время работы двигателя аммиак, образующийся в третьем каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, может накапливаться в первом катализаторе SCR и удерживаться там, пока двигатель отключен в режиме стоп-старта. Воздушно-топливный коэффициент во время работы двигателя перед стоп-стартом может быть отрегулирован до стехиометрического или до более обогащенного, чем стехиометрический, для накопления необходимого количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе к моменту выполнения стоп-старта и выключения двигателя. За счет накопления образовавшегося аммиака в первом катализаторе SCR, хранение аммиака во втором трехкомпонентном нейтрализаторе сокращается, уменьшая, таким образом, нежелательное окисление аммиака до NOx во втором каталитическом нейтрализаторе во время стоп-старта. Во время последующего повторного запуска двигателя аммиак, удерживаемый в первом катализаторе SCR, может быть использован для восстановления NOx, в то время как воздушно-топливный коэффициент регулируется на основании содержания аммиака, удерживаемого в первом катализаторе SCR.
Во время стоп-старта содержание аммиака может меняться. В частности содержание аммиака может измениться в зависимости от продолжительности стоп-старта, а также степени охлаждения или нагревания катализатора во время стоп-старта. За счет этого охлаждение первого катализатора SC может увеличить вместимость аммиака в каталитическом нейтрализаторе, пока не достигнута пороговая температура, позволяя, таким образом, хранить большее количество аммиака. Однако по мере уменьшения температуры первого каталитического нейтрализатора ниже порогового значения, вместимость аммиака в каталитическом нейтрализаторе может начать падать. Таким образом, если аммиак хранился в первом каталитическом нейтрализаторе, когда температура первого каталитического нейтрализатора падает ниже порогового значения во время стоп-старта, накопленный аммиак может быть выпущен, что повлечет изменение содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе к моменту запроса повторного запуска двигателя после стоп-старта. Кроме того, когда отработавшие газы проходят через устройство снижения токсичности выхлопных газов, они забирают тепло от каталитических нейтрализаторов, позволяя увеличить вместимость аммиака в катализаторе SCR. Затем, когда во время стоп-старта двигатель выключен, температура катализатора SCR может временно увеличиться, вызывая окисление накопленного аммиака катализатором SCR до азота или NO с использованием кислорода, закачанного за 2-3 оборота двигателя после выключения подачи топлива. Однако если режим стоп-старта имеет большую продолжительность, то катализатор может значительно охладиться ниже пороговой температуры, вызывая тем самым потерю некоторого количества накопленного аммиака. Подобным образом, за один отдельно взятый ездовой цикл автомобиля (например, между моментом, когда водитель машины включает зажигание автомобиля, и моментом, когда водитель выключает зажигание автомобиля) двигатель может быть переведен в режим стоп-старта много раз, и воздушно-топливный коэффициент при повторном запуске двигателя может регулироваться на основании того, как часто двигатель переходит в режим стоп-старта.
Таким образом, воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован во время работы двигателя для зарядки аммиаком нижнего катализатора SCR выхлопных газов и защиты нижнего трехкомпонентного нейтрализатора от зарядки аммиаком. При использовании накопленного аммиака во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, может быть уменьшено количество топлива, требуемого для регенерации катализатора с непосредственным соединением и нижнего трехкомпонентного нейтрализатора, обеспечивая, таким образом, экономию топлива.
Следует понимать, что вышеописанная сущность изобретения представлена упрощенно, в виде набора концепций, которые будут подробно описаны далее.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему ходовой части транспортного средства.
Фиг. 2А-В иллюстрируют примеры выполнения системы двигателя с регулируемым рабочим объемом (VDE).
Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему двигателя.
Фиг. 4А-В иллюстрируют пример способа регулирования регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, на основании количества аммиака, удерживаемого в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время стоп-старта, а также на основании параметров стоп-старта.
Фиг. 5А-В иллюстрируют пример способа регулирования регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов во время переключения с режима VDE в режим отсутствия VDE двигателя, на основании количества аммиака, удерживаемого в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время режима VDE.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему, которая может быть использована для оценки содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.
Фиг. 7 представляет собой пример способа регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов во время процесса регенерации двигателя после обеднения смеси.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к способу регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов двигателя для уменьшения потребности в регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов после работы двигателя на обедненной смеси. Работа на бедных смесях может включать в себя работу в режиме стоп-старта, как в системе двигателя на Фиг. 1 и 3, или отключение цилиндров в двигателе с регулируемым рабочим объемом (variable displacement engine, VDE), как в системе двигателя на Фиг. 2А-В и 3. Другие возможные режимы работы на бедных смесях могут включать в себя режим выключения подачи топлива при торможении (DFSO). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, например, проиллюстрированную на Фиг. 4А-В, чтобы пропускать стехиометрические или обогащенные выхлопные газы через первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов и заряжать каталитический нейтрализатор аммиаком. Во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, накопленный аммиак может быть использован для восстановления NOx, в то время как происходит регенерация третьего каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением, расположенного выше по потоку первого каталитического нейтрализатора, и, возможно, второго каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку первого каталитического нейтрализатора. Подобным образом, контроллер может выполнять управляющую программу, например, показанную на Фиг. 5А-В, чтобы заряжать первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов аммиаком до того, как цилиндры выборочно отключены, чтобы накопленный аммиак мог быть использован для восстановления NOx во время последующей реактивации цилиндров из режима VDE во время регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов. Содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (Фиг. 6) может быть оценено на основании сопоставления произведенного аммиака и потребленного (или утраченного) аммиака во время работы двигателя, включая работу на бедных смесях. Примеры регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, обеспечивающие накопление необходимого количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе до того, как двигатель начал работу на бедных смесях, показаны на Фиг. 7. Таким образом, посредством предварительного накопления аммиака в селе катализаторе SCR выхлопных газов, может быть снижена потребность в регенерации расположенного выше по потоку трехкомпонентного нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением, снижая при этом излишнее потребление топлива, вызванное регенерацией, без ухудшения эффективности VDE или работы стоп-старта. Кроме того, может быть снижена потребность в регенерации расположенного ниже по потоку трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов в нижней части, обеспечивая дополнительные преимущества экономии топлива.
На Фиг. 1, показана ходовая часть 100 транспортного средства. Ходовая часть включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. В изображенном примере двигатель 10 может быть выборочно отключен при возникновении условий стоп-старта, как будет описано далее со ссылкой на Фиг. 2 и 4. Двигатель 10 изображен соединенным с трансформатором 11 крутящего момента через коленчатый вал 40. Двигатель 10 может содержать стартерную систему 9, способствующую прокрутке двигателя при повторном запуске двигателя. Трансформатор 11 крутящего момента также соединен с трансмиссией 15 через турбинный вал 17. В одном примере трансмиссия 15 представляет собой ступенчатую трансмиссию. Трансмиссия 15 может также включать в себя различные зубчатые передачи и муфты для регулирования выходного крутящего момента от трансмиссии к колесам 19. Трансформатор 11 крутящего момента имеет обгонную муфту (не показана), которая может быть включена, выключена или частично включена. Когда муфта выключена или выключается, можно сказать, что трансформатор крутящего момента находится в разблокированном состоянии. Турбинный вал 17 также известен как ведущий вал коробки передач. В одном варианте выполнения, трансмиссия 15 включает трансмиссию с электронным управлением с множеством выборочных дискретных передаточных чисел. Трансмиссия 15 может также содержать другие различные зубчатые передачи, например, с передаточным числом конечной передачи (не показано). В качестве альтернативы трансмиссия 15 может представлять собой бесступенчатую трансмиссию (continuously variable transmission, CVT).
Трансмиссия 15 может быть также соединена с колесом 19 через ось 21. Колесо 19 обеспечивает взаимодействие автомобиля (не показан) с дорогой 23. Необходимо обратить внимание на то, что в одном варианте осуществления изобретения данная силовая передача установлена в пассажирском автомобиле, двигающемся по дороге. Хотя могут быть использованы различные конфигурации транспортных средств, в одном примере двигатель является единственным источником движущей силы и, соответственно автомобиль не является гибридным электромобилем, гибридным автомобилем с подзарядкой от электросети и т.д. В других вариантах осуществления изобретения представленный способ может быть использован в гибридном автомобиле.
Контроллер 42 двигателя может быть выполнен с возможностью принимать входные сигналы от двигателя 10 и, соответственно, контролировать выходной крутящий момент двигателя и/или работу трансформатора 11 крутящего момента, трансмиссии 15 и соответствующих муфт. В одном примере можно управлять выходным крутящим моментом путем регулировки комбинаций момента зажигания, ширины импульса топлива, импульсной синхронизации топлива и/или заряда воздуха, посредством регулирования открывания дросселя и/или клапанного распределения, подъема клапана и наддува для двигателей с турбонаддувом. В случае дизельного двигателя контроллер 42 также может регулировать выходной крутящий момент двигателя посредством регулирования комбинаций ширины импульса топлива, импульсной синхронизации топлива и заряда воздуха. Во всех случаях управление двигателя может осуществляться по принципу "цилиндр-за-цилиндром", для регулирования выходного крутящего момента двигателя.
Когда выполняются условия для стоп-старта, контроллер 42 может выборочно отключать двигатель посредством выключения впрыска топлива и искрового зажигания в цилиндрах двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер может также регулировать дроссель двигателя для выравнивания давления воздуха в коллекторе (MAP) до барометрического давления (BP), содействуя замедлению вращения двигателя и одновременно подключая пусковую систему 9 к вращающемуся двигателю для использования тормозного момента и/или обеспечения замедления вращения двигателя с уменьшенным реверсированием двигателя. Затем двигатель может поддерживаться в режиме стоп-старта до подтверждения наличия условий для повторного запуска двигателя. За счет этого, когда двигатель замедляет вращение, чтобы остановиться (без топлива), через каталитические нейтрализаторы выхлопных газов может быть закачан воздух. Подобным образом, воздух может быть закачан через каталитические нейтрализаторы выхлопных газов при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта, когда двигатель раскручивается, и до возобновления подачи топлива. Этот воздух может окислять катализаторы, особенно трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением, уменьшая его способность восстанавливать NOx и ухудшая качество выбросов выхлопных газов.
Как подробно показано на Фиг. 4А-В, контроллер двигателя может также содержать машиночитаемые команды для регулирования воздушно-топливного коэффициента во время работы двигателя, для накопления по меньшей мере некоторого количества выхлопного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Затем, во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, накопленный аммиак может быть использован для восстановления NOx выхлопных газов, в то время как происходит регенерация одного или более каталитических нейтрализаторов, таких как второй каталитический нейтрализатор устройства снижения токсичности выхлопных газов и третий каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. Воздушно-топливный коэффициент можно регулировать во время повторного запуска двигателя для управления регенерацией, по меньшей мере, третьего каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением (например, второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов) на основании содержания аммиака, накопленного в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов к моменту повторного запуска двигателя. Например, по мере увеличения содержания аммиака, накопленного в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов устройства снижения токсичности выхлопных газов, может быть увеличен воздушно-топливный коэффициент сгорания при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта. Это снижает лишнее потребление топлива, возникающее из-за регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Общая экономия топлива может быть улучшена при соблюдении требований по выбросам NOx.
На Фиг. 2А-В показаны примеры вариантов систем 200 и 250 двигателя 210, в которых двигатель представляет собой двигатель с регулируемым рабочим объемом (VDE). Двигатель 210 содержит несколько камер сгорания или цилиндров 31. Цилиндры 31 двигателя 210 расположены группами на отдельных рядах цилиндров двигателя. В изображенном примере двигатель 210 содержит два ряда цилиндров - 14А и 14В. Соответственно, цилиндры распределены между первой группой цилиндров (показано четыре цилиндра), расположенной в первом ряду 14А, и второй группой цилиндров (показано четыре цилиндра), расположенной во втором ряду 14В. Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что варианты осуществления изобретения, изображенные на Фиг. 2А-В относятся к V-образному двигателю с цилиндрами, расположенными в различных рядах, это не является ограничивающим, и двигатель также может быть однорядным, где все цилиндры расположены в одном ряду.
Двигатель 210 с регулируемым рабочим объемом может получать воздух через впускной канал 142, сообщающийся с разветвленным впускным коллектором 44А, 44В. В частности, первый ряд 14А цилиндров двигателя получает воздух из впускного канала 142 через первый впускной коллектор 44А, а второй ряд 14В цилиндров двигателя получает воздух из впускного канала 142 через впускной коллектор 44В. Несмотря на то, что ряды 14А, 14В цилиндров изображены имеющими отдельные впускные коллекторы, следует принять во внимание, что в альтернативных вариантах осуществления изобретения ряды цилиндров могут иметь общий впускной коллектор или общую часть впускного коллектора. Количество воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, может контролироваться посредством регулирования положения дросселя 62. Кроме того, количество воздуха, подаваемого в каждую группу цилиндров на отдельных рядах, может регулироваться путем изменения синхронизации одного или более впускных клапанов, соединенных с цилиндрами.
На Фиг. 2А показано, что продукты сгорания, образующиеся в цилиндрах первого ряда 14А, направляются в один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов в первом выпускном коллекторе 48А, где продукты сгорания подвергаются обработке перед их выбросом в атмосферу. Первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов соединено с первым выпускным коллектором 48А. Первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. В одном примере, каталитическим нейтрализатором с непосредственным соединением в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентный нейтрализатор. Отработавшие газы, образовавшиеся в первом ряду 14А двигателя, подвергаются обработке в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов перед их направлением в первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов (расположенное в в нижней, «хвостовой» части системы). Первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов может содержать первый концевой каталитический нейтрализатор 82А и второй концевой каталитический нейтрализатор 84А. В частности, первый концевой каталитический нейтрализатор 82А и второй концевой каталитический нейтрализатор 84А могут быть интегрированы в концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов в непосредственном контакте друг с другом. В одном примере первый концевой каталитический нейтрализатор 82А содержит катализатор SCR для селективного каталитического восстановления, при которой частицы NOx восстанавливаются до азота аммиаком. В другом примере второй концевой каталитический нейтрализатор 84А выхлопных газов содержит трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Первый концевой каталитический нейтрализатор 82А выхлопных газов расположен выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84А выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80А снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением (входящего в устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов).
Отработавшие газы, обработанные при прохождении через первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов и первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов, далее направляются в соединительный блок 55 через первый выпускной коллектор 48А. Оттуда отработавшие газы могут быть выведены в атмосферу через общий выпускной канал 50.
Продукты сгорания, образуемые в цилиндрах второго ряда 14В, выводятся в атмосферу через второй выпускной коллектор 48В. Второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов соединено со вторым выпускным коллектором 48В. Второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. В одном примере, каталитическим нейтрализатором с непосредственным соединением в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентный нейтрализатор. Отработавшие газы, образующиеся во втором ряду 14В цилиндров двигателя, подвергаются обработке в устройстве 70В снижения токсичности выхлопных газов перед их направлением во второе концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов. Второе концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов нижней части кузова может также содержать первый концевой каталитический нейтрализатор 82В и второй концевой каталитический нейтрализатор 84В. В частности, первый концевой каталитический нейтрализатор 82В и второй концевой каталитический нейтрализатор 84В могут быть интегрированы в концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов в непосредственном контакте друг с другом. В одном примере первый концевой каталитический нейтрализатор 82В содержит катализатор SCR, в то время как второй концевой каталитический нейтрализатор 84В выхлопных газов содержит трехкомпонентный нейтрализатор. Второй концевой каталитический нейтрализатор 82В выхлопных газов расположен выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84В выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80В снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением (включенный в устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов).
В то время как вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг. 2А, имеет каждый ряд цилиндров двигателя, соединенный с соответствующими концевыми устройствами снижения токсичности выхлопных газов, в альтернативных вариантах осуществления изобретения, например, в варианте, показанном на Фиг. 2В, каждый ряд цилиндров двигателя соединен с соответствующими устройствами 70А, 70В снижения токсичности выхлопных газов, но с общим концевым устройством 80 снижения токсичности выхлопных газов. В системе 250, показанной на Фиг. 2В, общее концевое устройство 80 снижения токсичности выхлопных газов расположено ниже по потоку места соединения 55 и общего выпускного канала 55. Общее концевое устройство 80 снижения токсичности выхлопных показано вместе с первым концевым каталитическим нейтрализатором 82, расположенным выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84 (в направлении потока выхлопных газов) и интегрированным с ним в концевом устройстве 80 снижения токсичности выхлопных газов.
К двигателю 210 могут быть подключены различные датчики воздушно-топливного коэффициента. Например, первый датчик 72 воздушно-топливного коэффициента может быть подключен к первому выпускному коллектору 48А первого ряда 14А цилиндров двигателя ниже по потоку первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, а второй датчик 74 воздушно-топливного коэффициента может быть подключен ко второму выпускному патрубку 48В второго ряда 14В цилиндров двигателя ниже по потоку второго устройства 70В снижения токсичности выхлопных газов. В других вариантах осуществления изобретения дополнительные датчики воздушно-топливного коэффициента могут быть подключены выше по потоку устройств снижения токсичности выхлопных газов, например, таких как первый датчик 71А воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, и второй датчик 71В воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку второго устройства 70В снижения токсичности выхлопных газов. Также могут быть использованы и другие датчики воздушно-топливного коэффициента, например, подключенные к концевым устройствам снижения токсичности выхлопных газов. Как подробно показано на Фиг. 3, датчики воздушно-топливного коэффициента могут включать в себя кислородные датчики, такие как датчик содержания кислорода в выхлопных газах (EGO), подогреваемый датчик содержания кислорода в выхлопных газах (HEGO), универсальный датчик содержания кислорода в выхлопных газах (UEGO) и т.д. В одном примере датчиками 72, 74 воздушно-топливного коэффициента, подключенными ниже по потоку устройств 70А, 70В снижения токсичности, могут быть датчики HEGO, используемые для контроля каталитического нейтрализатора, в то время как датчики 71А, 71В воздушно-топливного коэффициента, подключенные выше по потоку устройств 70А, 70В снижения токсичности, представляют собой датчики UEGO, используемые для регулирования работы двигателя.
Один или более цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены во время определенных условий работы двигателя. Например, во время пониженных нагрузок двигателя один или более цилиндров в выбранном ряду цилиндров могут быть селективно отключены. Это может подразумевать отключение подачи топлива и зажигания в выбранном ряду цилиндров. Кроме того, может осуществляться регулирование момента открывания впускных и/или выпускных клапанов так, что практически отсутствует закачивание воздуха через отключенный ряд цилиндров двигателя, в то время как воздух продолжает поступать через включенный ряд цилиндров двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения отключенные цилиндры могут иметь клапаны цилиндра, которые удерживаются в закрытом состоянии во время одного или более циклов двигателя, в которых клапаны цилиндра отключаются толкателями с гидроприводом или посредством переключающего устройства профиля кулачка (CPS), в котором используется рабочий выступ кулачка без подъема для отключенных клапанов. В одном примере контроллер двигателя может селективно отключать все цилиндры определенного ряда цилиндров двигателя (14А или 14В) во время перехода в режим VDE и затем заново включать цилиндры во время обратного перехода в режим без VDE.
При помощи селективного отключения цилиндров двигателя в условиях его низкой нагрузки, сокращаются насосные потери и потери на трение двигателя, а также улучшается экономия топлива. Однако присутствуют определенные проблемы с точки зрения выбросов. Например, во время отключенного режима VDE или стехиометрической работы двигателя аммиак образуется в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением в условиях слабого обогащения, обычно используемого для замкнутой системы управления. При этом впрыскивание топлива и восстановителя выше по потоку каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением регулируется на основании топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, измеряемого ниже по потоку каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением, для поддержания воздушно-топливного коэффициента в стехиометрии или на уровне, близком к стехиометрическому (например, слегка обогащенная смесь стехиометрии), одновременно производя аммиак для восстановления частиц NOx в выхлопных газах. При отсутствии концевого катализатора SCR этот аммиак может накапливаться в концевом трехкомпонентном нейтрализаторе, благодаря более низким температурам выхлопных газов в этом месте. Во время включения режима VDE чистый воздух проходит через один ряд цилиндров двигателя, и концевой трехкомпонентный нейтрализатор может окислить накопленный аммиак до NOx и N2O с помощью кислорода, содержащегося в свежем воздухе. Кроме того во время работы на бедных смесях (т.е. режим работы VDE) происходит окисление трехкомпонентного нейтрализатора, вследствие чего ухудшается его способность восстанавливать NOx после возвращения в режим без VDE / стехиометрический режим работы двигателя. В частности, трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать NOx до тех пор, пока не произойдет достаточного восстановления и регенерации трехкомпонентного нейтрализатора. Для минимизации продолжительности этой утерянной функции трехкомпонентного нейтрализатора и для его быстрого восстановления, после выхода из режима VDE может быть использовано обильное обогащение. Такое обогащение не только увеличивает излишнее потребление топлива, но и генерирует дополнительное количество аммиака. Дополнительное количество аммиака требует задержки повторного включения в режим VDE, для того чтобы диссипировать аммиак, в противном случае оставшийся аммиак может окислиться до NOx или N2O.
Согласно изобретению, особая конфигурация концевого катализатора SCR, интегрированного выше по потоку трехкомпонентного нейтрализатора в концевое устройство снижения токсичности выхлопных газов, решает по меньшей мере некоторые из вышеуказанных проблем. В частности, особое местоположение катализатора SCR ниже по потоку трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением, но выше по потоку концевого трехкомпонентного нейтрализатора позволяет катализатору SCR накапливать аммиак, образованный в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением, и уменьшить накопление аммиака в концевом трехкомпонентном нейтрализаторе. Это также снижает окисление аммиака до NOx и N2O за счет перехода концевого трехкомпонентного нейтрализатора в режим VDE (работа на бедных смесях). Кроме того, как подробно показано на Фиг. 5А-В, катализатор SCR может использовать накопленный аммиак для восстановления NOx после возврата в режим без VDE / стехиометрический режим работы двигателя. Это обеспечивает достаточное время для восстановления трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением за счет стехиометрических выхлопных газов. Как подробно показано на Фиг. 5А-В, контроллер двигателя может регулировать топливно-воздушный коэффициент сгорания выхлопных газов во время повторного включения цилиндров на основании количества аммиака, накопленного в катализаторе SCR к моменту повторного включения. Воздушно-топливный коэффициент сгорания может быть также основан на изменении количества аммиака, накопленного в катализаторе SCR, произошедшем во время селективного отключения цилиндров, непосредственно предшествующего реактивации цилиндров. Без аммиака в катализаторе SCR при реактивации цилиндров воздушно-топливный коэффициент сгорания может быть более обогащенным, чем стехиометрия, до тех пор, пока, по меньшей мере, не произойдет полная регенерация трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением. Таким образом, потребность в регенерации каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением может быть уменьшена в зависимости от того, какое количество аммиака накопилось в катализаторе SCR. За счет накопления аммиака в концевом катализаторе SCR перед отключением цилиндров уменьшается излишнее потребление топлива во время процесса регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением, улучшая экономию топлива, а также обеспечивая соответствие требованиям по выбросам NOx.
Фиг. 3 является схематической диаграммой, иллюстрирующей один цилиндр многоцилиндрового двигателя 310, который может быть включен в движительную систему 300 автомобиля. Двигатель 310 может быть двигателем с регулируемым рабочим объемом, например, как двигатель 210 на Фиг. 2А-2В, и/или может выборочно отключаться в соответствии с условиями стоп-старта, например, как двигатель 10 на Фиг. 1. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 132 автомобиля через устройство ввода. В одном примере устройство ввода включает в себя педаль 130 акселератора и датчик 134 положения педали для выработки сигнала пропорционального положения педали PP.
Камера сгорания 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, что возвратно-поступательное движение поршня переходит во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный двигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик, для обеспечения запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать воздух из впускного коллектора 144 через впускной канал 142 и выпускать газы сгорания через выпускной канал 148. Впускной коллектор 144 и выпускной канал 148 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. Кулачковый вал 53 выпускных клапанов управляет выпускным клапаном 54 в соответствии с профилем кулачка, расположенным по длине кулачкового вала выпускных клапанов. Кулачковый вал 51 впускных клапанов управляет впускным клапаном 52 в соответствии с профилем кулачка, расположенным по длине кулачкового вала. Датчик 57 положения кулачка выпускного клапана и датчик 55 положения кулачка впускного клапана передают информацию о соответствующих положениях кулачкового вала контроллеру 12.
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой сгорания 30, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру пропорционально ширине импульса сигнала FPW (ширина импульса впрыска топлива), полученной из контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру сгорания 30. Топливная форсунка может быть установлена сбоку от камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо в топливную форсунку 66 подается топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливный распределитель (не показан). В некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 может альтернативно или дополнительно иметь топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 144, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускной канал, находящийся перед камерой сгорания 30.
Впускной канал 142 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого электродвигателю или исполнительному механизму дросселя 64. Такую конфигурацию принято называть электронным управлением положения дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для распределения потока воздуха, подаваемого в камеру сгорания 30, между другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться контроллеру 12 при помощи сигнала положения дросселя ТР. Впускной канал 142 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) и датчик 122 давления воздуха коллектора (MAP) для передачи соответствующих сигналов MAF и MAP контроллеру 12.
Система 88 зажигания может подать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 или одна или более камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без искры.
Датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о топливно-воздушном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), датчик кислорода с двумя состояниями или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов показано установленным вдоль выпускного коллектора 48 ниже по потоку датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушка NOx, другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может периодически перезапускаться за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя при определенном воздушно-топливном коэффициенте.
Контроллер 12 показан на Фиг. 3 как обычный микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты ввода/вывода 104 (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (КАМ) и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая: измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель (MAF) от датчика 120, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; от тормозов транспортного средства; профильный выходной сигнал зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 40; измерение положения дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал об абсолютном давлении во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122. Сигнал частоты вращения двигателя RPM может вырабатываться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика давления во впускном коллекторе может использоваться для получения показаний о разрежении или давлении во впускном коллекторе.
Необходимо принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, MAF без MAP или наоборот. В одном примере датчик 118, который также может быть использован как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Запоминающее устройство 106 может содержать машиночитаемые данные, представляющие команды, выполняемые микропроцессорным блоком 102, для выполнения описанных ниже способов и методик, а также других предполагаемых, но не описанных вариантов.
Контроллер 12 также получает сигналы от трансмиссии (не показана) и направляет ей контрольные сигналы. Сигналы трансмиссии могут, без ограничения перечисленным, включать в себя входные и выходные обороты коробки передач, сигналы для регулирования давления трансмиссионной линии (например, давление текучей среды, подаваемой на муфты) и сигналы для управления давлением, подаваемым муфтам для включения передач.
Как было описано выше, на Фиг. 3 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Каждый цилиндр может подобным образом иметь свой набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
Обращаясь к Фиг. 4А-В, способ 400 показывает пример процедуры управления регенерацией каталитического нейтрализатора выхлопных газов на основании режима стоп-старта двигателя. В частности, способ обеспечивает накопление аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время работы двигателя. Соответственно, накопленный аммиак может быть использован при последующем повторном запуске двигателя из режима стоп-старта, а потребность в регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением при повторном запуске может быть уменьшена. Кроме того, может быть снижена потребность в регенерации второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов при повторном запуске.
На этапе 402 способ предусматривает оценку и/или измерение условий работы автомобиля и двигателя. Они могут включать в себя, например, скорость автомобиля, частоту вращения двигателя, состояние заряда аккумулятора, внешнюю температуру и давление, температуру двигателя, обороты коленчатого вала, скорость трансмиссии, запас топлива, содержание спирта в топливе и т.д. На этапе 404 может быть определено, существуют ли условия для стоп-старта. Условия для стоп-старта могут включать в себя, например, работу двигателя (например, осуществление сгорания), степень заряженности аккумулятора выше порогового значения (например, более 30%), скорость автомобиля ниже порогового значения (например, не более 30 миль/ч), отсутствие запроса на вентилирование воздуха, температуру двигателя (например, по температуре охлаждающей жидкости двигателя) выше порогового значения, отсутствие запуска автомобиля водителем, крутящий момент, запрашиваемый водителем, ниже порогового значения, нажатие педали тормоза и т.д.
Если имеют место любые или все условия для стоп-старта, далее на этапе 406 контроллер может запустить автоматический режим стоп-старта двигателя и выборочно отключить двигатель в ответ на режим стоп-старта. Это может предусматривать отключение впрыска топлива и/или искрового зажигания двигателя. Например, могут быть отключены выборочно отключаемые топливные форсунки выбранного цилиндра, и может быть прервано искровое зажигание выбранных цилиндров. После отключения двигатель может начать медленное вращение для того, чтобы остановиться.
Если на этапе 405 определено, что условия для стоп-старта отсутствуют, двигатель может продолжить работать и не останавливаться. В частности, когда двигатель продолжает работать, данный способ предполагает прохождение выхлопных газов через первый, расположенный выше по потоку, каталитический нейтрализатор выхлопных газов, а затем через второй, расположенный ниже по потоку, каталитический нейтрализатор выхлопных газов концевого устройства снижения токсичности выхлопных газов, для накопления по меньшей мере некоторого количества аммиака в первом катализаторе. Таким образом, первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов может быть первым катализатором SCR, расположенным выше по потоку (в направлении потока выхлопных газов) и интегрированным во второй трехкомпонентный каталитический нейтрализатор в концевом устройстве снижения токсичности выхлопных газов. В частности, первый катализатор SCR может быть подключен ко второму каталитическому нейтрализатору в непосредственном блочном расположении, таким образом, что внешняя сторона блока первого каталитического нейтрализатора (т.е. лицевая поверхность первого блока, через которую выходят из первого каталитического нейтрализатора отработавшие газы) находится в непосредственном контакте с внутренней стороной блока второго каталитического нейтрализатора (т.е. лицевая поверхность второго блока, через которую выходят из второго каталитического нейтрализатора отработавшие газы).
Несмотря на то, что схема иллюстрирует отключение двигателя в ответ на условия стоп-старта двигателя, в альтернативном варианте осуществления изобретения может быть определено, получен ли от водителя запрос на выключение. В одном примере запрос на выключение, полученный от водителя, может быть подтвержден в ответ на переход зажигания автомобиля в отключенное положение. Если от водителя получен запрос на выключение, то двигатель может быть подобным образом отключен посредством прекращения подачи топлива и/или искры зажигания цилиндрам двигателя, после чего двигатель может замедлить вращение, чтобы остановиться.
На этапе 408 может быть измерено количество аммиака, накопленного в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов системы двигателя. Как подробно описано со ссылкой на Фиг. 6, количество аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе может зависеть от различных факторов, которые влияют на его образование и накопление в каталитическом нейтрализаторе, а также на уменьшение его количества (например, потребление или рассеивание) в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Эти факторы включают в себя, в дополнение к температуре, скорости потока и воздушно-топливному коэффициенту выхлопных газов, проходящих через первый каталитический нейтрализатор, параметры стоп-старта, включая продолжительность самого последнего или непосредственно предшествующего стоп-старта (или ожидаемая продолжительность стоп-старта), а также частоту стоп-стартов за ездовой цикл (например, стоп-старты, осуществляемые с момента последнего включения или количество стоп-стартов двигателя, подсчитанные за время работы автомобиля).
На этапе 410 измеренное содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов может быть сопоставлено с пороговым значением, далее может быть определено, выше ли порогового значения содержание аммиака. Если да, то далее на этапе 412 контроллер может убрать флажок обогащенной регенерации. По существу, во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта контроллеру может понадобиться провести регенерацию третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением (с большим приоритетом, чем второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов), следовательно, каталитический нейтрализатор сможет сократить выбросы NOx. Контроллеру может также быть необходимо провести регенерацию второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов (с меньшим приоритетом, чем третьего трехкомпонентного нейтрализатор). Однако степень требуемой регенерации может быть установлена по количеству аммиака, накопленного перед работой на бедных смесях (здесь - режим стоп-старта) в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Чем больше аммиака первом каталитическом нейтрализаторе, тем меньше потребность в регенерации каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением. Как подробно обсуждается, котроллер может регулировать регенерацию третьего каталитического нейтрализатора (также как и второго каталитического нейтрализатора) во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта на основании количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.
В частности, снимая флажок обогащенной регенерации на этапе 412, контроллер может указывать на наличие достаточного количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, который может использоваться во время последовательного повторного запуска двигателя для восстановления NOx без восстановления или регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением. Следовательно, будет отсутствовать необходимость в дополнительной подаче топлива для регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В случае если содержание аммиака ниже порогового значения, далее на этапе 414 процедура предусматривает установку флажка обогащенной регенерации. Здесь флажок указывает на недостаточное количество аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, соответственно трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением нуждается в регенерации обогащенными отработавшими газами во избежание выбросов NOx во время повторного запуска. По этой причине, если в катализаторе SCR присутствует недостаточное количество аммиака, необходимо провести обогащенную регенерацию для быстрого восстановления трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением с тем, чтобы можно было предотвратить токсичные выбросы NOx.
После установки флажка обогащенной регенерации на этапе 414 или снятия флажка обогащенной регенерации на этапе 412, способ переходит к этапу 416, где устанавливается, имеют ли место условия для повторного запуска двигателя. При этом условия для повторного запуска могут включать себя, например, двигатель, находящийся в режиме стоп-старта (например, без сгорания), степень заряженности аккумулятора ниже порогового значения (например, меньше 30%), скорость автомобиля выше порогового значения, запрос на вентилирование воздуха, температура двигателя ниже порогового значения, температура устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже порогового значения (например, ниже температуры зажигания), запрос водителем на крутящий момент выше порогового значения, электрическая нагрузка автомобиля выше порогового значения, отпускание педали тормоза, нажатие педали акселератора и т.д. Если на этапе 418 установлено, что отсутствуют условия для повторного запуска, двигатель может поддерживаться в состоянии стоп-старта.
Для сравнения, если имеют место любые или все условия для повторного запуска без запроса водителя на повторный запуск, на этапе 420, двигатель может быть автоматически перезапущен. Это может предусматривать реактивацию и проворот двигателя. В одном примере двигатель может быть провернут при помощи стартерного двигателя. Кроме того, могут быть возобновлены впрыск топлива и искровое зажигание двигателя. В ответ на автоматическое повторное включение, скорость двигателя может начать плавно увеличиваться.
Как объяснялось выше, во время повторного запуска двигателя, по меньшей мере, третьему каталитическому нейтрализатору выхлопных газов с непосредственным соединением потребуется регенерация, чтобы обеспечить каталитическую функцию во время работы двигателя и контроль выбросов выхлопных газов. При этом регенерация третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов во время повторного запуска двигателя может предусматривать регулирование впрыска топлива в двигатель для обеспечения топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, который богаче стехиометрического, степени обогащенности впрыска топлива, основанной, по меньшей мере, на количестве аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, относительно порогового значения, соответствующего индикации установленного флажка богатой регенерации.
Таким образом, если подтверждаются условия для повторного запуска, далее на этапе 420 контроллер может определить, был ли предварительно установлен флажок обогащенной регенерации. Т.е. контроллер может определить, был ли подтвержден флажок обогащенной регенерации, указывающий на необходимость обогащенной регенерации при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта, перед стоп-стартом двигателя. Если флажок обогащенной регенерации был установлен предварительно, далее на этапе 422 способ предусматривает повторный запуск двигателя из режима стоп-старта. Повторный запуск может включать в себя возобновление искрового зажигания и повторную активацию топливных форсунок цилиндров. Дополнительно может быть отрегулирована подача топлива цилиндрам, чтобы топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов имел более обогащенное смещение. Это позволяет выполнить регенерацию третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов при сравнительно более обогащенном смещении. При этом более обогащенное смещение может подразумевать работу двигателя с воздушно-топливным коэффициентом, который богаче, чем стехиометрический.
Для сравнения, если флажок обогащенной регенерации не был предварительно установлен, далее на этапе 424 способ предусматривает повторный запуск двигателя из режима стоп-старта посредством возобновления искрового зажигания и повторной активации топливных форсунок цилиндров. Дополнительно может быть отрегулирована подача топлива цилиндрам, чтобы топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов имел менее обогащенное смещение. Это обеспечивает выполнение регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов при сравнительно меньшем обогащенном смещении, включая работу двигателя со стехиометрическим воздушно-топливным коэффициентом, или немного богаче стехиометрического.
Регулирование регенерации, соответствующее флажку регенерации, и на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, может предусматривать снижение степени обогащенности регенерации впрыска топлива по мере того, как содержание аммиака первого каталитического нейтрализатора увеличивается выше порогового значения, и увеличение степени обогащенности регенерации впрыска топлива по мере того, как содержание аммиака первого каталитического нейтрализатора уменьшается ниже порогового значения. В некоторых вариантах осуществления изобретения регулирование может также предусматривать регулирование продолжительности регенерации. Например, по мере того как увеличивается содержание аммиака первого каталитического нейтрализатора, выше уровня порогового значения, контроллер может уменьшить продолжительность регенерации второго каталитического нейтрализатора с обогащенным впрыском топлива.
Здесь, сняв флажок обогащенной регенерации, соответствующий содержанию аммиака первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов выше уровня порогового значения, может быть сокращено излишнее потребление топлива, вызванное регенерацией третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта. Подобным образом, может быть сокращено излишнее потребление топлива для регенерации второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов во время повторного запуска двигателя. Кроме того накопленный аммиак может быть успешно использован первым каталитическим нейтрализатором выхлопных газов для восстановления NOx, таким образом регулируя выбросы NOx при регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов.
Вновь обращаясь к Фиг. 4А-В, на этапах 422 и 424 двигатель повторно запускается с обогащенной регенерацией каталитического нейтрализатора с более или менее обогащенным смещением на основании содержания аммиака в катализаторе SCR, соответственно регенерируя (третий) трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением. От этапов 422 и 424 процедура переходит к этапу 430, где определяется, выполнена ли достаточная регенерация трехкомпонентного нейтрализатора (TWC) с непосредственным соединением. После подтверждения, что регенерация TWC с непосредственным соединением выполнена, и он готов для выполнения конверсии NOx, на этапе 432 может быть определено, поступил ли от водителя автомобиля запрос на высокую нагрузку. В одном примере работа при высокой нагрузке подтверждается в ответ на резкое ускорение. Например, водитель может сильно надавить на педаль акселератора, и педаль акселератора может быть сдвинута на пороговое расстояние. Если запрос на высокую нагрузку подтверждается, далее на этапе 434 процедура предусматривает активную регенерацию второго концевого трехкомпонентного нейтрализатора (TWC), дополнительно при обогащенной работе двигателя. Т.е. воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован до более обогащенного, чем стехиометрический, обеспечивая быстрое восстановление концевого TWC и его готовность к конверсии NOx. Это позволяет концевому TWC осуществлять конверсию NOx в TWC с непосредственным соединением, за счет чего осуществляется улучшенная обработка избыточных выбросов NOx, образующихся во время работы двигателя при высоких нагрузках. Далее на этапе 436 определяют, осуществлена ли достаточная регенерация второго концевого TWC. После подтверждения процедура переходит на этап 440, где работа двигателя возвращается к воздушно-топливному коэффициенту, который немного более обогащенный, чем стехиометрический (т.е. слегка обогащенное смещение). Если на этапе 432 запрос на высокую нагрузку не подтверждается, процедура переходит к этапу 438, где активная регенерация второго концевого TWC не выполняется. Вместо этого процедура возвращается к стандартной замкнутой системе управления со слегка обогащенным смещением воздушно-топливного коэффициента. Здесь отработавшие газы со слегка обогащенным смещением обеспечивают постепенное восстановление второго концевого трехкомпонентного нейтрализатора, в то время как TWC с непосредственным соединением, который теперь проходит регенерацию и готов к конверсии NOx, обрабатывает выбросы NOx. на этапе 440 процедура далее предусматривает продолжение работы двигателя со слегка обогащенным смещением.
В одном примере система двигателя содержит первый и второй каталитические нейтрализаторы, интегрированные в устройство снижения токсичности выхлопных газов, которое подключено к выпускному коллектору двигателя. Интегрированное устройство снижения токсичности выхлопных газов может быть концевым устройством снижения токсичности выхлопных газов. Каждый первый или второй каталитические нейтрализаторы могут располагаться после третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением. Во время первого повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, когда содержание аммиака в первом верхнем каталитическом нейтрализаторе выше порогового значения, контроллер может дать команду на впрыск топлива с первым, менее обогащенным смещением, для регенерации третьего каталитического нейтрализатора выше по потоку первого каталитического нейтрализатора и, возможно, регенерации второго каталитического нейтрализатора выше по потоку первого каталитического нейтрализатора. Для сравнения, во время второго повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, когда содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе ниже порогового значения, контроллер может дать команду на впрыск топлива с вторым, более обогащенным смещением, для регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов. Здесь во время как первого, так и второго повторных запусков двигателя, содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе основано, по меньшей мере, на продолжительности непосредственно предшествующего стоп-старта. Кроме того, содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе может также основываться на одном или более условиях работы двигателя, измеренных во время работы двигателя перед стоп-стартом. Одно или более условий может включать в себя, например, температуру выхлопных газов, скорость потока выхлопных газов, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя и топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов. При этом во время первого и второго повторных запусков двигателя, отработавшие газы проходят через третий каталитический нейтрализатор, за которым следует первый каталитический нейтрализатор, и затем через второй каталитический нейтрализатор до выброса в атмосферу. Это позволяет аммиаку, образующемуся в третьем каталитическом нейтрализаторе, накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе, а не во втором каталитическом нейтрализаторе. В частности, когда первый каталитический нейтрализатор является катализатором SCR, а каждый второй и третий каталитические нейтрализаторы являются трехкомпонентными нейтрализаторами, образующийся аммиак может накапливаться в катализаторе SCR, соответственно трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением может быть защищен от нежелательного окисления во время работы двигателя на бедных смесях (период стоп-старта).
В другом примере система двигателя содержит двигатель, который может быть селективно деактивирован в соответствии с условиями стоп-старта, а также устройство снижения токсичности выхлопных газов, подключенное к выпускному коллектору двигателя. Устройство включает в себя выше по потоку первый каталитический нейтрализатор в непосредственном соединении со вторым каталитическим нейтрализатором ниже по потоку. Как первый, так и второй каталитические нейтрализаторы могут быть расположены ниже по потоку третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением. Система двигателя также содержит систему управления с машиночитаемыми командами для обогащения впрыска топлива выше стехиометрии, для регенерации, по меньшей мере, третьего каталитического нейтрализатора во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта (например, для регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов), причем степень обогащенности регулируется на основании содержания аммиака первого каталитического нейтрализатора. Содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе при повторном запуске двигателя может быть оценено на основании стоп-старта и отрегулировано (например, увеличено или уменьшено) по мере увеличения продолжительности стоп-старта. Регулирование включает в себя увеличение уровня обогащения впрыска топлива по мере уменьшения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе при повторном запуске двигателя может быть также оценено на основании температуры устройства снижения токсичности выхлопных газов - содержание аммиака увеличивается по мере понижения температуры ниже порогового значения. По существу, первым каталитическим нейтрализатором может быть катализатор SCR, и он может иметь больший объем накопления аммиака, чем второй каталитический нейтрализатор. Контроллер двигателя может также содержать команды для регулирования впрыска топлива на обогащение выше стехиометрии перед началом стоп-старта двигателя, причем степень обогащенности регулируют в соответствии с содержанием аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, для поддержания его выше порогового значения.
На основании продолжительности стоп-старта степень охлаждения первого катализатора SCR может варьироваться, что, в свою очередь, влияет на вместимость аммиака в каталитическом нейтрализаторе. Например, охлаждение катализатора SCR может увеличить вместимость аммиака после достижения пороговой температуры, позволяя, таким образом, накапливать большее количество аммиака. Таким образом, если аммиак накапливался в первом каталитическом нейтрализаторе, когда температура первого каталитического нейтрализатора падает, а автомобиль был заглушен, накопленный аммиак может остаться в катализаторе SCR до следующего холодного запуска двигателя. Дополнительно, когда отработавшие газы проходят через устройство снижения токсичности выхлопных газов, они забирают тепло от каталитических нейтрализаторов, позволяя увеличить вместимость аммиака в катализаторе SCR. Затем, когда двигатель остановлен во время стоп-старта, температура катализатора SCR может временно увеличиться, вызывая окисление накопленного аммиака катализатором SCR до азота или NO кислородом, закачанным за 2-3 оборота двигателя после выключения подачи топлива.
Здесь, предполагая, что регенерация каталитического нейтрализатора потенциально может быть необходима во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, контроллер может предварительно зарядить первый каталитический нейтрализатор, предвосхищая потери аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, которые могут произойти во время стоп-старта из-за потока воздуха, проходящего через двигатель, из-за окисления аммиака и его высвобождения в результате увеличения температуры в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. С помощью предварительного заряда первого каталитического нейтрализатора при работающем двигателе до начала стоп-старта, контроллер может не только защитить второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов от загрузки аммиаком во время стоп-старта, но также может дальше сократить потребность в регенерации третьего каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением при повторном запуске, одновременно сохраняя контроль над выбросами NOx.
Таким образом, проблемы, относящиеся к регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов и выбросам выхлопных газов во время стоп-старта, могут быть разрешены более эффективно. Загрузка аммиаком концевого трехкомпонентного нейтрализатора может быть уменьшена путем регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов до того, как потребуется регенерация каталитического нейтрализатора для загрузки аммиаком концевого катализатора SCR. При использовании накопленного аммиака во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта для восстановления NOx, выбросы NOx могут быть обработаны катализатором SCR, в то время как трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением, расположенный выше по потоку, вновь обретает свою восстановительную способность. При использовании накопленного аммиака во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, может быть снижено излишнее потребление топлива на регенерацию трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением.
Обращаясь к Фиг. 5А-В, способ 500 иллюстрирует пример процедуры регулирования регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов на основании выборочного отключения работы цилиндров в двигателе VDE. В частности, способ обеспечивает накопление аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов в то время, когда включены все цилиндры. Соответственно, накопленный аммиак может быть использован во время последующего повторного запуска двигателя из режима VDE, когда при переключении в режим без VDE может быть уменьшена потребность в регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением, расположенного выше по потоку первого катализатора SCR, и, возможно, в регенерации второго концевого каталитического нейтрализатора выхлопных газов, расположенного ниже по потоку катализатора SCR.
На этапе 502 способ предусматривает оценку и/или измерение условий работы автомобиля и двигателя. Этими условиями могут быть, например, скорость автомобиля, частота вращения двигателя, состояние заряда аккумулятора, внешняя температура и давление, температура двигателя, обороты коленчатого вала, скорость трансмиссии, запас топлива, содержание спирта в топливе и т.д.
На этапе 504 двигатель может работать со всеми включенными цилиндрами и со сгоранием. Во время работы всех цилиндров двигателя, отработавшие газы сгорания могут перед их выбросом в атмосферу проходить через концевое устройство снижения токсичности выхлопных газов для накопления аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов может быть подключен выше по потоку второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов, а второй каталитический нейтрализатор расположен в непосредственном контакте с первым каталитическим нейтрализатором (состыкован с ним) и интегрирован вместе с ним в концевом устройстве снижения токсичности выхлопных газов. В одном примере первым каталитическим нейтрализатором является катализатор SCR, а вторым каталитическим нейтрализатором является трехкомпонентный нейтрализатор. В дополнение, как первый, так и второй каталитические нейтрализаторы могут быть расположены в выпускном коллекторе двигателя ниже по потоку третьего трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением. Таким образом, когда происходит сгорание во всех цилиндрах, по меньшей мере некоторое количество аммиака накапливается в первом каталитическом нейтрализаторе. За счет накопления образовавшегося аммиака в первом катализаторе SCR может быть уменьшено накопление аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе. Как будет описано ниже, это предотвращает окисление аммиака до NO или N2O вторым трехкомпонентным нейтрализатором во время режима VDE и окисление при переходе из режима VDE в режим без VDE. Кроме того это сокращает образование NOx в трехкомпонентном нейтрализаторе во время перехода (что происходит из-за окисления аммиака, накопленного в трехкомпонентном нейтрализаторе).
В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда двигатель работает со всеми включенными цилиндрами и до того, как произошло какое-либо выборочное отключение цилиндров двигателя, контроллер может управлять двигателем так, что воздушно-топливный коэффициент сгорания имеет обогащение выше стехиометрии в течение определенного времени, для активного увеличения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Например, сгорание в цилиндрах может осуществляться при обогащении выше стехиометрии до тех пор, пока содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов не станет выше порогового значения.
На этапе 506 может быть определено, имеют ли место условия для отключения цилиндров. В частности, на основании оцененных условий работы, процедура может предусматривать определение режима работы двигателя (например, VDE или без VDE). В одном примере, условия отключения цилиндров могут быть подтверждены, когда требуемый крутящий момент меньше порогового значения. По существу, если на этапе 506 установлено, что условий для отключения цилиндров нет, процесс может закончиться работой двигателя со всеми активными цилиндрами.
На этапе 508 может быть измерено количество аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Перед отключением цилиндров, когда во всех цилиндрах происходит сгорание, аммиак может накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе. Как подробно описано со ссылкой на Фиг. 6, количество аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе может зависеть от различных факторов, которые влияют на его образование и накопление в каталитическом нейтрализаторе, а также на уменьшение его количества (например, за счет потребления или рассеивания) в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Эти факторы могут представлять собой, например, температуру, скорость потока, воздушно-топливный коэффициент выхлопных газов, проходящих через первый каталитический нейтрализатор перед отключением цилиндра.
На этапе 510 контроллер может сопоставить ожидаемую экономию топлива при отключении цилиндров с предполагаемым излишком потребления топлива на регенерацию второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов. По существу, отключение цилиндра при пониженных нагрузках двигателя сокращает насосные потери и потери на трение двигателя, что ведет к уменьшению потребления топлива. Контроллер может оценить возможную экономию топлива в режиме VDE на основании уменьшения ожидаемых насосных потерь и потерь на трение. Кроме того, оценка экономии топлива может основываться на ожидаемой продолжительности работы в режиме VDE. Однако работа двигателя на бедных смесях, осуществляемая в результате отключения цилиндров, может вызвать окисление третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением, который затем должен быть регенерирован за счет обогащенного впрыска топлива во время последующего повторного включения. Контроллер может рассчитать экономию топлива при обогащенной регенерации на основании продолжительности работы в режиме VDE и скорости потока воздуха через отключенные цилиндры. Например, если двигатель работает в режиме VDE непродолжительное время, излишнее потребление топлива из-за регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением может превысить количество топлива, сэкономленное во время режима VDE. В другом примере, если двигатель работает в режиме VDE в течение продолжительного времени, топливо, накопленное в режиме VDE, может быть больше топлива, дополнительно потребленного для регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением.
На этапе 512 на основании выполненного сравнения может быть определено, будет ли иметь место результирующая выгода экономии топлива. Например, может быть определено, ожидается ли большая экономия топлива в режиме VDE, чем дополнительный расход топлива на регенерацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением после перехода в режим без VDE. Если совокупная экономия топлива не подтверждается, далее на этапе 514 процедура предусматривает работу без отключения цилиндров (даже если присутствуют условия для VDE). Также может быть определено, что при регенерации каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением, который был окислен в режиме VDE, будет потреблено больше топлива, чем сэкономлено при работе в режиме VDE.
Если совокупная экономия топлива подтверждается, далее на этапе 516 процедура предусматривает выборочное отключение одного или более выбранных цилиндров двигателя. Это может подразумевать выборочное отключение подачи топлива одному или более выбранным цилиндрам, в результате чего в этих цилиндрах не осуществляется сгорание топлива. Однако воздух может продолжать проходить через отключенные цилиндры. В качестве альтернативы могут быть также перекрыты клапаны цилиндров для уменьшения количества воздуха, проходящего через отключенные цилиндры.
На этапе 518 процедура предусматривает регулирование расчетного содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов (предварительно оцененное на этапе 508) во время выборочного отключения, на основании параметров выборочного отключения. Эти параметры могут представлять собой, например, продолжительность выборочного отключения, количество отключаемых цилиндров (или количество цилиндров, которые остаются включенными) и изменение температуры каталитического нейтрализатора из-за потока воздуха и отсутствия сгорания в выбранных цилиндрах во время отключения. По существу, изменение содержания аммиака может произойти во время выборочного отключения по причине, по меньшей мере, изменения температуры первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов из-за воздуха, проходящего через него. В частности, по мере увеличения продолжительности отключения и повышения температуры устройства снижения токсичности выхлопных газов выше 300°С (из-за того, что выхлопные газы не проходят через каталитический нейтрализатор для их охлаждения), может увеличиться содержание накопленного аммиака из-за окисления аммиака и из-за его высвобождения из каталитического нейтрализатора вследствие увеличения температуры в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Подобным образом, во время режима VDE меньшее количество NH3 будет накоплено в катализаторе SCR, поскольку он не производится. Таким образом, регулирование содержания накопленного аммиака может включать в себя уменьшение содержания аммиака, накопленного в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, когда температура первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов опускается ниже порогового значения. Если температура первого каталитического нейтрализатора держится выше температуры порогового значения после охлаждения в течение стоп-старта, каталитический нейтрализатор может иметь увеличенную вместимость аммиака, и в нем может накапливаться большее количество аммиака. Кроме того, если температура катализатора SCR выше температуры, при которой каталитический нейтрализатор достаточно нагрет для окисления накопленного аммиака до NO и азота, то количество аммиака может быть уменьшено для компенсации потерь аммиака, произошедших в результате окисления.
В некоторых вариантах осуществления изобретения содержание аммиака может также меняться во время выборочного отключения на основании условий сгорания в активных цилиндрах двигателя. Например, во время выборочного отключения, когда двигатель находится в режиме VDE, включенные цилиндры двигателя могут работать на смесях более богатых, чем стехиометрия (по меньшей мере, в течение определенного периода) для увеличения количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Здесь первый каталитический нейтрализатор может быть предварительно заряжен аммиаком в ожидании регенерации третьего каталитического нейтрализатора (с непосредственным соединением), необходимой при последующем обратном переходе к режиму без VDE. Кроме того, первый каталитический нейтрализатор может быть предварительно заряжен аммиаком, предполагая возможность возникновения потребности в регенерации второго каталитического нейтрализатора при условиях высокой нагрузки. В одном примере изменения содержания аммиака могут представлять собой увеличение содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, когда воздушно-топливный коэффициент сгорания активных цилиндров двигателя становится богаче стехиометрии.
Следует принять во внимание, что увеличение содержания аммиака вследствие работы цилиндров на более богатых смесях при режиме без VDE более применимо для систем, где ряды цилиндров двигателя имеют общее концевое устройство снижения токсичности выхлопных газов (как это показано на Фиг. 2В), чем для систем, где ряды цилиндров имеют отдельные концевые устройства снижения токсичности выхлопных газов с соответствующими концевыми катализаторами SCR.
Далее на этапе 520 может быть определено, имеют ли место условия для повторного включения цилиндров, и может ли двигатель вернуться обратно в режим без VDE. Условия для повторного включения цилиндров могут быть подтверждены, например, если крутящий момент, требуемый двигателем, выше порогового значения (например, во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах). В другом примере условия для повторного включения цилиндров могут быть подтверждены после работы двигателя с отключенными цилиндрами (т.е. в режиме VDE) в течение заданного периода времени. По существу, двигатель может продолжить работу в режиме VDE с одним или более выборочно отключенными цилиндрами до тех пор, пока не возникнут условия для повторного включения двигателя.
После подтверждения на этапе 522 наличия условий для повторного включения, значение отрегулированного содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов может быть извлечено и сопоставлено с пороговым значением. По существу, на этапах 524 и 526 контроллер может повторно включить цилиндры двигателя и возобновить сгорание во всех цилиндрах с воздушно-топливным коэффициентом сгорания, отрегулированным на основании количества накопленного аммиака. В частности на этапе 522 может быть определено, больше ли порогового значения отрегулированное содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Т.е. определяется, больше ли порогового значения содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, которое было изначально измерено на этапе 508 и далее отрегулировано на основании режима VDE на этапе 518. Если да, то на этапе 524 контроллер может повторно включить цилиндры двигателя для обратного перехода работы двигателя в режим без VDE со сгоранием, отрегулированным по воздушно-топливному коэффициенту, который имеет менее обогащенное смещение. Здесь более высокое содержание аммиака указывает на то, что в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов есть достаточное количество аммиака, которое может быть использовано во время обратного перехода в режим без VDE для снижения выбросов NOx. После возврата в й режим без VDE могут быть восстановлены TWC (третий) с непосредственным соединением и концевой TWC (второй) посредством слегка обогащенных выхлопных газов. Следовательно, будет отсутствовать необходимость в дополнительной подаче топлива для регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением, и двигатель может работать с менее обогащенным смещением. Менее обогащенное смещение может подразумевать работу цилиндров при стехиометрической смеси или немного более обогащенной, чем стехиометрия.
Для сравнения, если отрегулированное содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов меньше порогового значения, то далее на этапе 526 контроллер может снова включить цилиндры двигателя для переключения работы двигателя обратно в режим без VDE со сгоранием, отрегулированным по воздушно-топливному коэффициенту, который имеет более обогащенное смещение. Здесь меньшее количество аммиака указывает на то, что в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов присутствует недостаточное количество аммиака, и для восстановления NOx при обратном переходе в отключенный режим VDE требуется дополнительное количество топлива. Следовательно, имеется необходимость в дополнительной подаче топлива для регенерации третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов, и двигатель может работать с более обогащенным смещением. Более обогащенное смещение может подразумевать работу цилиндров на более обогащенных смесях, чем стехиометрия, со степенью обогащения, которая отрегулирована на основании степени регенерации третьего каталитического нейтрализатора и/или на основании разницы между содержанием аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе и пороговым значением содержания аммиака.
Таким образом, на этапах 524 и 526 происходит реактивация цилиндров двигателя с одновременной обогащенной регенерацией каталитического нейтрализатора с более или менее обогащенным смещением на основании содержания аммиака в катализаторе SCR, чтобы регенерировать (третий) трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением. От этапов 524 и 526 процедура переходит к этапу 530, где определяется, выполнена ли достаточная регенерация трехкомпонентного нейтрализатора (TWC) с непосредственным соединением. После подтверждения регенерации TWC с непосредственным соединением и его готовности к конверсии NOx на этапе 532 может быть определено, поступает ли запрос от водителя автомобиля на высокую нагрузку. В одном примере работа при высокой нагрузке подтверждается при резком ускорении. Например, водитель может сильно надавить на педаль акселератора, которая может быть в результате передвинута на расстояние до порогового значения. Если подтверждается запрос на высокую нагрузку, далее на этапе 534 процедура предусматривает активную регенерацию второго концевого трехкомпонентного нейтрализатора (TWC) с дополнительной обогащенной работой двигателя. Т.е. воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован до более обогащенного, чем стехиометрия, обеспечивая быстрое восстановление концевого TWC и его готовность к конверсии NOx. Это позволяет концевому TWC осуществлять конверсию NOx из TWC с непосредственным соединением, таким образом, осуществляется улучшенная обработка избыточных выбросов NOx, образующихся во время работы двигателя при высоких нагрузках. Затем на этапе 536 определяется, произошла ли достаточная регенерация второго концевого TWC. После подтверждения процедура переходит к этапу 540, где происходит возврат к работе двигателя с воздушно-топливным коэффициентом, немного более обогащенным, чем стехиометрия (т.е. слегка обогащенное смещение). Если на этапе 532 запрос на высокую нагрузку не подтверждается, процедура переходит на этап 538, где активная регенерация второго концевого TWC не осуществляется. Вместо этого процедура возвращается к стандартной замкнутой системе управления со слегка обогащенным смещением воздушно-топливного коэффициента. Здесь отработавшие газы со слегка обогащенным смещением обеспечивают постепенное восстановление второго концевого трехкомпонентного нейтрализатора, в то время как TWC с непосредственным соединением, который теперь проходит регенерацию и готов к конверсии NOx, обрабатывает выбросы NOx. На этапе 540 далее продолжается работа двигателя со слегка обогащенным смещением.
В одном примере контроллер двигателя может выборочно отключать один или более цилиндров двигателя при прохождении выхлопных газов через первый и второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Затем, во время первого повторного включения цилиндров, когда содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов меньше порогового значения, воздушно-топливный коэффициент сгорания двигателя может быть отрегулирован на более обогащенный, чем стехиометрия, с первым, более обогащенным смещением. Затем, во время второго повторного включения цилиндров, когда содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов выше порогового значения, контроллер может отрегулировать воздушно-топливный коэффициент сгорания двигателя на более обогащенный, чем стехиометрия, со вторым, менее обогащенным смещением. Таким образом, во время первого и второго повторных включений назад в режим без VDE, отработавшие газы перед выбросом в атмосферу проходят через первый каталитический нейтрализатор и затем через второй каталитический нейтрализатор. Это позволяет образующемуся аммиаку накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе, а не во втором каталитическом нейтрализаторе. В частности, когда первый каталитический нейтрализатор является катализатором SCR, а второй каталитический нейтрализатор является трехкомпонентным нейтрализатором, образующийся аммиак может накапливаться в катализаторе SCR, а окисление аммиака до NO или N2O во втором каталитическом нейтрализаторе во время работы двигателя на бедных смесях (например, в режиме VDE) может быть уменьшено.
В некоторых вариантах осуществления изобретения при выборочном отключении одного или более цилиндров двигателя, контроллер может пропускать отработавшие газы через первый и второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов, регулируя впрыск топлива во включенные цилиндры двигателя со смесями, более обогащенными, чем стехиометрия. Это делают для увеличения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (заранее) выше порогового значения, когда двигатель работает в режиме VDE и до того, как двигатель вернется обратно в режим без VDE. Например, контроллер двигателя может сжигать топливо в первой группе цилиндров в первом ряду цилиндров двигателя при первом воздушно-топливном коэффициенте, одновременно отключая впрыск топлива во вторую группу цилиндров во втором ряду цилиндров двигателя. Здесь первый воздушно-топливный коэффициент регулируется для увеличения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов выше порогового значения до того, как повторно включился впрыск топлива во вторую группу цилиндров. Первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов может быть подключен выше по потоку второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов и интегрирован с ним в концевом устройстве снижения токсичности выхлопных газов. В частности, первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов может быть катализатором SCR и вторым каталитическим нейтрализатором выхлопных газов. Первый воздушно-топливный коэффициент может быть богаче стехиометрии с уровнем обогащенности, отрегулированным на основании разницы между содержанием аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и пороговым значением. В частности, уровень обогащенности обогащенного воздушно-топливного коэффициента может быть увеличен по мере увеличения разницы между содержанием аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и пороговым значением. Дополнительно, после повторного включения впрыска топлива во вторую группу цилиндров, контроллер может сжигать топливо как в первой, так и во второй группе цилиндров при втором воздушно-топливном коэффициенте, который основывается на содержании аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и состоянии регенерации второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов во время возвращения в режим без VDE. Здесь второй воздушно-топливный коэффициент может быть стехиометрическим или богаче стехиометрии, а уровень обогащенности второго воздушно-топливного коэффициента может основываться на продолжительности отключения впрыска топлива и состоянии регенерации третьего трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением при повторном включении впрыска топлива.
Здесь, предполагая потенциальную необходимость регенерации каталитического нейтрализатора при переходе двигателя из режима VDE в режим без VDE, контроллер может предварительно зарядить первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов, предвосхищая потери аммиака из первого каталитического нейтрализатора, которые могут возникнуть во время отключения цилиндров (работа в режиме VDE) из-за потока воздуха, проходящего через двигатель, и из-за изменения температуры в устройстве снижения токсичности выхлопных газов, а также из-за окисления накопленного аммиака до NO или N2. С помощью предварительного заряда первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов при работающем двигателе и до начала повторного включения двигателя в режим без VDE, контроллер может не только защитить второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов от загрузки аммиаком во время режима VDE, но также может сократить потребность в регенерации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением во время обратного переключения в режим без VDE, одновременно сохраняя контроль за выбросами NOx.
Теперь обратимся к Фиг. 6, где приведена блок-схема 600 процедуры оценки содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов (SCR). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью использования модели, например, показанной на схеме 600, для непрерывной оценки и корректировки содержания аммиака в катализаторе SCR во время работы двигателя на бедных смесях, например, во время работы двигателя в режиме стоп-старта или в режиме VDE, а также при работе двигателя на обогащенных смесях (например, во время работы двигателя на стехиометрических или слегка обогащенных смесях).
Кумулятивное содержание аммиака в первом катализаторе SCR (602) может быть оценено на основании сопоставления накопленного (или образующегося) аммиака (604) во время работы двигателя на стехиометрических или слегка обогащенных смесях, относительно количества аммиака, потребляемого при условиях работы на бедных смесях (605). По существу, образование аммиака может быть основано на различных факторах, которые определяются природой бедных смесей. В одном примере контроллер может устанавливать различные флажки на основании использования типа бедных смесей и соответственно регулировать факторы оценки при измерении количества образовавшегося и потребляемого аммиака. Например, контроллер может установить первый флажок, когда работа на бедных смесях происходит при работе двигателя в режиме стоп-старта, и может оценить количество аммиака, образованного до стоп-старта, и количество аммиака, потребленного во время стоп-старта, на основании параметров стоп-старта. В другом примере контроллер может установить второй флажок, когда работа на бедных смесях происходит при работе двигателя в режиме VDE, контроллер может измерить количество образовавшегося аммиака (в результате работы ряда цилиндров в режиме без VDE при слегка обогащенном воздушно-топливном коэффициенте) и количество потребленного аммиака, на основании параметров режима VDE.
Количество накопленного аммиака (604) и количество потребленного аммиака (605) может зависеть от времени, прошедшего с момента самой последней работы на бедных смесях (606), а также от продолжительности самой последней работы на бедных смесях. Например, когда работа на бедных смесях происходит в режиме VDE, может быть определено, как долго продолжалась самая последняя (или текущая) работа в режиме VDE, так же как и время, прошедшее с момента последнего переключения из режима VDE в режим без VDE. По этой причине время, прошедшее с момента самого последнего переключения из режима VDE в режим без VDE, также может быть оценено на основании продолжительности самой последней работы в режиме без VDE. По мере увеличения времени между режимами VDE, количество образующегося аммиака может увеличиваться, а количество потребленного аммиака может уменьшаться. В частности, чем больше продолжительность работы двигателя на стехиометрических (или более обогащенных) смесях, тем больше количество накопленного аммиака (604) и меньше количество потребленного аммиака (605).
В альтернативном примере, когда работа на бедных смесях происходит во время работы двигателя в режиме стоп-старта, может быть определено, как долго длилась самая последняя (или текущая) работа двигателя в режиме стоп-старта, а также время, прошедшее с момента последнего повторного запуска из режима стоп-старта. В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда двигатель осуществил несколько стоп-стартов за короткий промежуток времени (например, при условиях затрудненного движения), контроллер может определить частоту стоп-стартов или количество стоп-стартов, которые произошли за определенный промежуток времени (или с момента последнего включения автомобиля). В другом примере контроллер может определить количество стоп-стартов и суммарную продолжительность стоп-стартов за ездовой цикл с момента включения до момента выключения автомобиля. По мере увеличения промежутков между последовательными событиями стоп-стартов, количество образующегося аммиака может также увеличиться, а количество потребленного аммиака может уменьшиться. В частности, чем больше продолжительность работы двигателя между стоп-стартами, когда двигатель работает на стехиометрических (или более обогащенных) смесях, тем больше количество накопленного аммиака (604) и меньше количество потребленного аммиака (605).
Накопленный аммиак (604) и потребленный аммиак (605) также подвергаются влиянию NOx исходного газа (607). По существу, аммиак в катализаторе SCR используется катализатором SCR для восстановления NOx, однако аммиак производится в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением. Таким образом, по мере увеличения массы NOx в исходном газе, увеличивается количество аммиака, которое может быть образовано в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением, и количество накопленного аммиака (604) в катализаторе SCR может соответственно увеличиться, а количество потребленного аммиака (605) может уменьшиться. Однако количество потребленного аммиака после повторного перехода в режим без VDE может также увеличиться. В одном примере контроллер может определить расход массы NOx исходного газа по таблице соответствия на основании частоты вращения двигателя, нагрузки, процентного соотношения рециркуляции выхлопных газов, внешней температуры и т.д. Таблицы соответствия могут использоваться, например, для оценки уровня NOx исходного газа на основании приведенных в них параметров посредством снятия значений уровня NOx в двигателе при различных частотах вращения двигателя, нагрузках, процентных соотношениях рециркуляции выхлопных газов и т.д. В качестве альтернативы для измерения количества NOx в исходном газе может быть использован датчик NOx, однако это может быть более дорогим. На основании рассчитанной концентрации и скорости потока (например, из массового расходометра) могут быть рассчитаны граммы аммиака в катализаторе SCR.
Накопленный аммиак (604) также может зависеть от параметров выхлопных газов, проходящих через устройство снижения токсичности выхлопных газов. Эти параметры могут включать в себя воздушно-топливный коэффициент выхлопных газов (608), скорость потока выхлопных газов (609) и температуру выхлопных газов (610). По существу, по мере обогащения воздушно-топливного коэффициента сгорания и увеличения скорости потока выхлопных газов, увеличивается количество аммиака, вырабатываемого верхним по потоку трехкомпонентным нейтрализатором с непосредственным соединением и его накопление в нижнем по потоку катализаторе SCR. Как только трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением восстановлен, он может конвертировать большое количество NOx исходного газа в аммиак даже при малообогащенном воздушно-топливном коэффициенте. Главное преимущество обогащенного воздушно-топливного коэффициента заключается в том, что он быстро восстанавливает трехкомпонентный нейтрализатор и поэтому аммиак может начать вырабатываться раньше. Таким образом, по мере обогащения воздушно-топливного коэффициента выше стехиометрии, количество аммиака в катализаторе SCR может увеличиваться. Подобным образом, по мере увеличения скорости потока выхлопных газов, в катализаторе SCR накапливается больше аммиака. Для сравнения, по мере увеличения температуры выхлопных газов, происходит выделение аммиака из катализатора SCR. В одном примере селективный каталитический нейтрализатор SCR поглощает и накапливает аммиак при температурах выхлопных газов 350-400°С или ниже, в то время как накопленный аммиак выделяется при более высоких температурах выхлопных газов. В частности, способность катализатора SCR накапливать аммиак падает до очень низкого уровня при температуре выше 400°С, особенно при температуре выше 450°С. Таким образом, в катализаторе SCR может быть выработано большее количество аммиака, если температура превысит 400°С.
Температура выхлопных газов также влияет на количество потребляемого аммиака (605) из-за термического высвобождения (620) аммиака из каталитического нейтрализатора при более высоких температурах выхлопных газов, а также из-за окисления накопленного аммиака (622) в каталитическом нейтрализаторе до азота (или NO) из-за увеличения температуры выхлопных газов. Однако, количество аммиака, накопленного в выхлопных газах, также зависит от селективности NOx к аммиаку (612) трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением. Селективность, в свою очередь, зависит от параметров каталитического нейтрализатора. Эти параметры включают в себя, например, воздушно-топливный коэффициент, скорость потока и температуру выхлопных газов.
Контроллер может непрерывно обновлять факторы 606-622 на основании параметров работы двигателя (например, частота вращения двигателя, нагрузка, процентное соотношение рециркуляции выхлопных газов, внешняя температура и т.д.) для сопоставления количеств образующегося и потребленного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и определения общего содержания аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Если количество аммиака в катализаторе SCR достаточно высоко, далее во время возврата двигателя из режима работы на бедных смесях (например, во время обратного перехода в режим без VDE из режима VDE, или во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта), контроллер может уменьшить смещение обогащения впрыска топлива, используемого для регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением выше по потоку катализатора SCR. Кроме того, во время работы при высоких нагрузках двигателя, когда может потребоваться конверсия NOx во втором каталитическом нейтрализаторе, может также быть использовано смещение обогащения впрыска топлива для регенерации второго каталитического нейтрализатора ниже по потоку катализатора SCR.
На Фиг. 7 приведены данные об изменениях параметров системы при регенерации двигателя после его работы на бедных смесях. В частности, проиллюстрирован пример регулирования воздушно-топливного коэффициента, который используется для накопления аммиака в верхнем по потоку концевом катализаторе SCR выхлопных газов для снижения избытка потребления топлива, вызванного регенерацией верхнего по потоку трехкомпонентного нейтрализатора и/или нижнего по потоку концевого трехкомпонентного нейтрализатора выхлопных газов. На схеме показан переход между режимом VDE и режимом без VDE (линия 702) и изменения воздушно-топливного коэффициента сгорания (AFR) (линии 703, 704) относительно стехиометрии (линия 705). Изменения содержания аммиака в катализаторе SCR показаны линиями 706, 707, изменения состояния регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением (TWC) показаны линиями 709, 710. Изменения уровня NOx выхлопных газов показаны линиями 712, 713. Все изменения показаны в зависимости от времени (ось X).
До момента времени t1 двигатель может работать в режиме без VDE (линия 702) со всеми включенными цилиндрами и со сгоранием, главным образом, при стехиометрическом соотношении, показанном линией 705 (сплошная часть линии 704). Когда двигатель работает на стехиометрических смесях, содержание аммиака в катализаторе SCR может постепенно увеличиваться (сплошная линия 706), однако оно еще ниже порогового значения, показанного линией 708. До момента времени t1 содержание аммиака в катализаторе SCR может быть ниже порогового значения, а трехкомпонентный нейтрализатор (TWC) может находиться в состоянии наибольшей степени регенерации, т.е. дополнительная регенерация не требуется.
В момент времени t1 за счет изменений параметров работы двигателя (например, во время продолжительного простаивания) двигатель может перейти в режим VDE (линия 702) с выборочно отключенными цилиндрами двигателя (например, в выбранном ряду цилиндров). При этом воздушно-топливный коэффициент сгорания (AFR) включенных цилиндров двигателя может быть поднят немного выше стехиометрического уровня (сплошная линия 703) на период времени, пока вместимость аммиака (линия 706) катализатора SCR не перейдет выше порогового значения 708. Если катализатор SCR был заряжен аммиаком, активные цилиндры двигателя могут вернуться в режим работы на стехиометрических смесях. За счет предварительного заряда аммиаком катализатора SCR NOx может восстанавливаться, а концевой трехкомпонентный нейтрализатор восстанавливается после возвращения в режим без VDE. В двигателях с двойным потоком выхлопных газов (например, как показано на Фиг. 2А), а также в однорядных двигателях, зарядка аммиаком селективного каталитического нейтрализатора SCR может потребоваться до того, как произошло переключение в режим VDE. Для двигателей с общим потоком выхлопных газов (как показано на Ф.2В) аммиак образуется рабочими цилиндрами, когда цилиндры в другом ряду находятся в режиме VDE.
По существу, режим VDE может быть продлен, пока не возникнут условия для повторного включения цилиндров в момент времени t2. Между моментами t1 и t2, благодаря воздуху, проходящему через отключенный ряд цилиндров, может уменьшиться состояние регенерации TWC с непосредственным соединением (линия 709). То есть, к моменту, когда запрошен переход в режим без VDE, может потребоваться регенерация TWC с непосредственным соединением. Однако из-за наличия нижнего по потоку катализатора SCR, большая часть образовавшегося аммиака может накапливаться в катализаторе SCR, а в нижнем по потоку концевом TWC может удерживаться и окисляться очень малое количество аммиака.
В момент времени t2 в результате наличия условий для повторного включения цилиндров (линия 702), работа двигателя может быть переведена обратно в режим без VDE. Кроме того, для регенерации TWC воздушно-топливный коэффициент сгорания APR (линия 703) может быть увеличен на небольшом промежутке времени d1 (до момента времени t3), чтобы поднять регенерацию TWC (линия 709) выше порогового значения 711. Уровень обогащенности обогащенного впрыска топлива регулируется на основании количества накопленного аммиака (линия 706) в катализаторе SCR. Как только содержание аммиака становится относительно выше в момент перехода из режима VDE в режим без VDE, для регенерации TWC используется обогащенный впрыск топлива с менее обогащенным смещением и с меньшей продолжительностью d1. То есть достигается относительно небольшое увеличение потребления топлива. Во время регенерации TWC аммиак в катализаторе SCR может расходоваться для восстановления NOx. Соответственно, уровень NOx выхлопных газов в момент перехода из режима VDE в режим без VDE сохраняется по существу постоянным (сплошная линия 712).
Пунктирными линиями 704, 707, 710, 713 показан альтернативный вариант регенерации, при котором коэффициент сгорания выхлопных газов не регулируется во время режима VDE (для конфигурации двигателя, показанного на Фиг. 2В) или перед режимом VDE (для двигателей с конфигурацией, показанной на Фиг. 2А, или для однорядных двигателей) для предварительной зарядки катализатора SCR. Здесь в режиме VDE AFR сгорания во время режима VDE поддерживается на стехиометрическом уровне 705. Содержание аммиака (линия 707) катализатора SCR во время режима VDE падает, т.к. аммиак используется для восстановления NOx в катализаторе SCR, а не в TWC. Следовательно, в момент времени t2, когда двигатель переходит в режим без VDE, в дополнение к реактивации цилиндров двигателя, контроллер может регенерировать TWC посредством обогащения воздушно-топливного коэффициента сгорания (линия 704) в течение второго, более длительного, промежутка времени d2 (до момента времени t4), и/или на более обогащенное смещение для увеличения состояния регенерации TWC (линия 710) выше порогового значения 711. Уровень обогащенности впрыска топлива регулируется на основании количества накопленного аммиака (линия 707) в катализаторе SCR. Здесь, поскольку содержание аммиака становится относительно ниже в момент перехода из режима VDE в режим без VDE, для регенерации TWC используется обогащенный впрыск топлива с более обогащенным смещением и более длинный промежуток d2. То есть, возникает относительно большое избыточное потребление топлива. Кроме того, во время регенерации TWC меньшее количество аммиака катализатора SCR вызывает выброс NOx во время перехода из режима VDE в режим без VDE (линия 713).
Следует принять во внимание, что, хотя более низкое содержание аммиака в катализаторе SCR ведет к большему увеличению потребления топлива, это избыточное потребление топлива может быть все еще ниже, чем увеличение потребления топлива, которое может иметь место, если в устройстве снижения токсичности выхлопных газов не будет верхнего по потоку каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В частности, в случае отсутствия катализатора SCR, аммиак, образующийся во время работы двигателя на стехиометрических смесях, будет накапливаться в трехкомпонентном нейтрализаторе. Последующее окисление аммиака до NOx из-за поступления чистого воздуха из отключенных цилиндров может привести не только к большему выбросу NOx, но также к окислению TWC, который после этого потребует большого количества дополнительного топлива для регенерации.
Следует принять во внимание, что, хотя пример на Фиг. 7 был объяснен со ссылкой на работу в режиме VDE в качестве работы двигателя на бедных смесях, в альтернативном примере работой на бедных смесях может быть работа двигателя в режиме стоп-старта, в котором те же самые тенденции наблюдаются при повторном запуске из режима стоп-старта, как это показано для перехода из режима VDE в режим без VDE.
В этом случае воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован во время или перед работой двигателя на бедных смесях (например, во время или перед отключением цилиндров, работой в режиме DFSO или в режиме стоп-старта) для зарядки аммиаком верхнего по потоку концевого катализатора SCR выхлопных газов и защиты нижнего по потоку концевого трехкомпонентного нейтрализатора от зарядки аммиаком. При использовании накопленного аммиака во время последующего перехода двигателя из режима работы на бедных смесях (например, при повторном запуске из режима стоп-старта или повторном включении цилиндров двигателя) может быть уменьшено количество топлива, необходимое для регенерации трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением и концевого трехкомпонентного нейтрализатора, обеспечивая, таким образом, экономию топлива. Кроме того, за счет использования накопленного аммиака для восстановления NOx выхлопных газов в катализаторе SCR при регенерации трехкомпонентного нейтрализатора, выбросы NOx могут быть уменьшены во время перехода, а выбросы выхлопных газов могут быть под контролем. Это позволяет достичь экономии топлива при работе двигателя в режимах стоп-старта и/или в режиме VDE без ухудшения выбросов выхлопных газов.
Необходимо отметить, что описанные процедуры управления и оценки могут быть использованы в различных двигателях и/или в различных типах транспортных средств. Описанные специфические процедуры могут представлять собой один или несколько принципов обработки, таких как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим, и прочие. В качестве таковых, различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, пропущены. Аналогично, порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретной используемой стратегии. Описанные действия графически представляют систему кодирования для программирования микропроцессора и помещения в машиночитаемый носитель данных в управляющей системе двигателя.
Следует понимать, что описанные здесь конфигурации и программы являются примерными по свое сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим видам двигателя и топлива. Предметом настоящего изобретения являются все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие особенности, функции и/или свойства, описанные выше.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ | 2013 |
|
RU2661920C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2014 |
|
RU2641423C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2013 |
|
RU2632068C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ОБЕДНЕННОГО СГОРАНИЯ | 2013 |
|
RU2643275C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2583489C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2597353C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВЫВОДА ИЗ РАБОТЫ ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ | 2014 |
|
RU2663604C2 |
| КАТАЛИЗАТОР ОБРАБОТКИ ПРОСКОЧИВШЕГО АММИАКА | 2014 |
|
RU2675363C2 |
| ДВИГАТЕЛЬ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ТОПЛИВА И ВЫХЛОПНОЙ СИСТЕМОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ КАТАЛИЗИРУЕМУЮ ФИЛЬТРУЮЩУЮ ПОДЛОЖКУ С ПОКРЫТЫМИ ЗОНАМИ | 2014 |
|
RU2668191C2 |
| ДВУХСТАДИЙНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА | 2014 |
|
RU2669538C2 |
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя заключаются в том, что во время работы двигателя (210) обеспечивают протекание выхлопных газов через первый, второй и третьи каталитические нейтрализаторы (82A, 82B), (84A, 84B), (70A, 70B) для накопления по меньшей мере некоторого количества выхлопного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (82A, 82B). Второй каталитический нейтрализатор (84A, 84B) расположен ниже по потоку первого каталитического нейтрализатора (82A, 82B). Третий каталитический нейтрализатор (70A, 70B) расположен выше по потоку первого каталитического нейтрализатора (82A, 82B). Выборочно отключают двигатель (210) во время стоп-старта, и во время повторного запуска двигателя (210) из режима стоп-старта регулируют регенерацию третьего каталитического нейтрализатора (70A, 70B) на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (82A, 82B). Раскрыт вариант способа эксплуатации двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в снижении вредных выбросов выхлопных газов и в улучшении регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов после работы двигателя на бедных смесях. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил. 
1. Способ эксплуатации двигателя, при котором:
во время работы двигателя обеспечивают протекание выхлопных газов через каждый из первого, второго и третьего каталитических нейтрализаторов для накопления по меньшей мере некоторого количества выхлопного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, причем второй каталитический нейтрализатор расположен ниже по потоку первого каталитического нейтрализатора, а третий каталитический нейтрализатор расположен выше по потоку первого каталитического нейтрализатора;
выборочно отключают двигатель во время стоп-старта; и
во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта регулируют регенерацию третьего каталитического нейтрализатора на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе.
2. Способ по п. 1, при котором в качестве первого каталитического нейтрализатора используют катализатор выборочной каталитической нейтрализации отработавших газов (катализатор SCR), а в качестве второго и третьего каталитического нейтрализаторов используют трехкомпонентные нейтрализаторы, причем после регенерации третьего каталитического нейтрализатора, при работе двигателя с высокой нагрузкой, дополнительно осуществляют регулирование регенерации второго каталитического нейтрализатора.
3. Способ по п. 2, при котором при регенерации третьего каталитического нейтрализатора, во время повторного запуска двигателя, осуществляют регулирование впрыска топлива в двигатель для обеспечения топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов более обогащенного, чем стехиометрическая смесь.
4. Способ по п. 3, при котором при регулировании регенерации по мере увеличения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выше порогового значения обеспечивают уменьшение степени обогащения регенерирующего впрыска топлива.
5. Способ по п. 3, при котором при регулировании регенерации по мере увеличения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выше порогового значения дополнительно уменьшают продолжительность регенерации третьего каталитического нейтрализатора обогащенным впрыском топлива.
6. Способ по п. 3, при котором при регулировании регенерации по мере уменьшения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе ниже порогового значения обеспечивают увеличение степени обогащения регенерирующего впрыска топлива.
7. Способ по п. 1, при котором первый каталитический нейтрализатор и второй каталитический нейтрализатор объединены в непосредственном контакте в устройстве снижения токсичности выхлопных газов, подключенном к выпускному коллектору двигателя.
8. Способ по п. 1, при котором содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе зависит, по меньшей мере, от продолжительности непосредственно предшествующего стоп-старта.
9. Способ по п. 1, при котором двигатель используют в транспортном средстве, а содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе зависит, по меньшей мере, от количества стоп-стартов двигателя за время работы транспортного средства.
10. Способ эксплуатации двигателя, при котором:
во время первого повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, когда содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов выше порогового значения, впрыскивают топливо с первым менее обогащенным смещением для регенерации каждого из второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, причем второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов располагают ниже по потоку первого каталитического нейтрализатора, а третий каталитический нейтрализатор выхлопных газов расположен выше по потоку первого каталитического нейтрализатора; и
во время второго повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, когда содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов ниже порогового значения, впрыскивают топливо со вторым более обогащенным смещением для регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов.
11. Способ по п. 10, при котором во время как первого, так и второго повторных запусков двигателя содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе зависит, по меньшей мере, от продолжительности непосредственно предшествующего стоп-старта.
12. Способ по п. 11, при котором во время как первого, так и второго повторных запусков двигателя содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе дополнительно зависит от одного или более параметров работы двигателя, определенных во время работы двигателя до стоп-старта, причем эти параметры включают в себя температуру выхлопных газов, скорость потока выхлопных газов, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя и топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов.
13. Способ по п. 10, при котором во время как первого, так и второго повторных запусков двигателя отработавшие газы перед выбросом в атмосферу пропускают через третий каталитический нейтрализатор, затем через первый каталитический нейтрализатор, а затем через второй каталитический нейтрализатор.
14. Способ по п. 10, при котором первый каталитический нейтрализатор и второй каталитический нейтрализатор объединены в устройстве снижения токсичности выхлопных газов, подключенном к выпускному коллектору двигателя.
15. Система двигателя, содержащая:
двигатель, выполненный с возможностью селективного отключения при наличии условий для стоп-старта;
устройство снижения токсичности выхлопных газов, присоединенное к выпускному коллектору двигателя и содержащее первый верхний по потоку каталитический нейтрализатор в непосредственном контакте со вторым нижним по потоку каталитическим нейтрализатором;
третий каталитический нейтрализатор выхлопных газов, расположенный выше по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов; и
контроллер с машиночитаемыми командами для регулирования впрыска топлива до более обогащенного, чем стехиометрическая смесь, для регенерации третьего каталитического нейтрализатора при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта, причем степень обогащения зависит от содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе.
16. Система по п. 15, в которой содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе при повторном запуске двигателя зависит от характеристик стоп-старта и уменьшается по мере увеличения продолжительности стоп-старта.
17. Система по п. 16, в которой регулирование включает в себя увеличение степени обогащения впрыска топлива по мере уменьшения содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе.
18. Система по п. 16, в которой содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе при повторном запуске двигателя дополнительно зависит от температуры устройства снижения токсичности выхлопных газов.
19. Система по п. 15, в которой первый каталитический нейтрализатор имеет большую вместимость аммиака, чем второй каталитический нейтрализатор.
20. Система по п. 15, в которой контроллер дополнительно содержит команды для регулирования впрыска топлива перед стоп-стартом выше стехиометрии, в соответствии с содержанием аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе, для поддержания содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выше порогового значения.
| Способ приготовления лака | 1924 |
|
SU2011A1 |
| Приспособление для суммирования отрезков прямых линий | 1923 |
|
SU2010A1 |
| US 7093427 B2, 22.08.2006 | |||
| US 6823663 B2, 30.11.2004 | |||
| СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ЭМИССИИ ДВУОКИСИ АЗОТА В АВТОМОБИЛЕ С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, РАБОТАЮЩЕМ НА ОБЕДНЕННЫХ СМЕСЯХ | 2008 |
|
RU2457340C2 |
| КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ, СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ТАКОГО КАТАЛИЗАТОРА, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДАННОГО КАТАЛИЗАТОРА | 2006 |
|
RU2395341C1 |
