CN101932805B - 再生火花点火直接喷射发动机的后处理装置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明阐述了操作火花点火直接燃料喷射内燃机，所述内燃机配置有包括稀NOX吸附器装置的排气后处理系统。发动机大致无节流地且以稀空气/燃料比操作，在火花点火事件之前，在每个发动机循环的压缩冲程期间，喷射第一燃料脉冲以满足发动机输出扭矩。当命令稀NOX吸附器装置的再生时，在每个发动机循环的第二发动机冲程期间，喷射第二燃料脉冲。

Description

再生火花点火直接喷射发动机的后处理装置的方法和设备
技术领域
本发明涉及火花点火直接喷射内燃机的控制。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
已知的火花点火发动机通过将燃料/空气混合物引入燃烧室并使用点火源(例如火花塞)来点火所述混合物而运行。火花点火发动机能以化学计量比或接近化学计量比的空气/燃料比、或者以稀空气/燃料比操作。火花点火发动机能以稀空气/燃料比操作，包括以分层充气燃烧模式操作，分层充气燃烧模式包括大致无节流地操作，燃料刚好在启动火花之前在压缩冲程期间直接喷射到每个燃烧室中。以稀于化学计量比操作的火花点火发动机的已知后处理系统可以包括稀NOX吸附器装置，稀NOX吸附器装置可以与其它排气后处理装置(包括三效催化转化器)结合使用。稀NOX吸附器装置需要再生以解吸和还原所吸附的NOX成分。已知再生技术包括以化学计量比或浓于化学计量比的空气/燃料比操作火花点火发动机。
已知火花点火发动机从分层充气燃烧模式过渡至均质模式以实现稀NOX吸附器装置的再生。以均质充气模式操作火花点火发动机包括以化学计量比空气/燃料比操作，其中，发动机节气门阀被控制为预定位置，且燃料在压缩冲程和火花点火之前在进气冲程期间直接喷射到每个燃烧室中。已知在分层充气燃烧模式操作期间达到的气缸压力显著大于在均质模式操作期间达到的气缸压力，且所述模式之间的任何过渡对发动机振动具有影响。已知在均质模式期间产生的排气供应流的一部分可以在放置在NOX吸附器装置上游的三效催化转化器中转化为惰性气体，从而影响NOX吸附器装置的再生。
发明内容
一种控制火花点火直接燃料喷射内燃机的操作的方法，所述内燃机配备有包括稀NOX吸附器装置的排气后处理系统，所述方法包括：在大致无节流的情况下且以稀空气/燃料比操作发动机。在火花点火事件之前，在每个发动机循环的压缩冲程期间，喷射足以驱动发动机的第一燃料脉冲，以实现发动机输出扭矩。命令稀NOX吸附器装置的再生，在命令再生期间在每个发动机循环的第二发动机冲程期间，喷射第二燃料脉冲。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述一个或更多的实施例，在附图中：
图1和2是根据本发明的发动机和排气后处理系统的示意图；和
图3、4和5是根据本发明的控制数据图。
具体实施方式
现在参考附图，其中所示的内容仅仅是为了说明某些示例性实施方式，而非为了限制于此，图1示意性地示出了根据本发明的实施方式构造的内燃机10和附随控制模块5。发动机10包括具有往复活塞14的多缸火花点火直接喷射四冲程内燃机，活塞14可在气缸15中滑动移动，气缸15限定可变容积燃烧室16。每个活塞14在活塞的顶部处包括凹部，燃料喷射到凹部中。每个活塞14连接到旋转曲轴12，线性往复活塞行进通过旋转曲轴12转换成旋转运动。图1中示出了单个气缸15。发动机10选择性地以分层充气燃烧模式和均质充气燃烧模式操作。分层充气燃烧模式包括以稀于化学计量比的空气/燃料比(例如，从17∶1至60∶1范围内的空气/燃料比)和高稀释EGR质量操作，单次喷射燃料包括在压缩冲程后期发生的单个燃料脉冲。高稀释EGR质量可以是大于气缸充气的40％的EGR质量。发动机节气门阀34保持在大致宽开启节气门位置处或附近。均质充气燃烧模式包括以化学计量比或接近化学计量比的空气/燃料比和低稀释EGR质量(例如，小于气缸充气的5％)操作，单次喷射燃料优选包括在进气冲程期间发生的单个燃料脉冲。
发动机操作基于发动机负载(包括操作者扭矩请求)被控制以实现发动机输出扭矩，包括控制节气门阀34。在轻至中等发动机负载下，发动机10以分层充气燃烧模式操作。在更重的发动机负载下，发动机10以均质充气燃烧模式操作。发动机10还可以被控制操作以再生排气后处理系统50。
发动机10包括空气进气系统30，空气进气系统30将进气空气引导和分配给每个燃烧室16。空气进气系统30由节气门阀34和发动机进气阀20之间的空气流通道构成，优选包括管道、进气歧管31和进气通道29。空气进气系统30包括用于监测和控制从中通过的进气空气流量的装置。在该实施例中，控制进气空气流量的装置优选包括节气门阀34。监测进气空气流量的装置优选包括压力传感器36，压力传感器36适合于监测进气歧管31中的歧管绝对压力和大气压力。空气质量流量传感器32优选位于节气门阀34的上游以监测进气空气质量流量和进气空气温度。节气门阀34，优选包括电子控制装置，适合响应于来自于控制模块5的控制信号(ETC)控制至发动机10的进气空气流量。外部流动通道(未示出)将排气从排气歧管40再循环到空气进气系统30，外部流动通道由排气再循环(下文称为EGR)控制阀38控制。控制模块5通过控制EGR控制阀38的开度来控制至空气进气系统30的排气质量流量。
发动机阀，包括进气阀20和排气阀18，控制进出每个燃烧室16的流量。从进气通道29进入燃烧室16的进气空气流量由一个或多个进气阀20控制。从燃烧室16经由排气通道39排出至排气歧管40的排气流量由一个或多个排气阀18控制。进气阀20和排气阀18的开启和关闭优选用双凸轮轴(如图所示)控制，双凸轮轴的旋转由曲轴12的旋转来关联和标引。进气阀20和排气阀18可由装置22和24控制。装置22优选包括可操作响应于来自于控制模块5的控制信号(INTAKE)可变地控制每个气缸15的进气阀20的阀升程(VLC)和可变地控制凸轮定相(VCP)的可控机构。装置24优选包括可操作响应于来自于控制模块5的控制信号(EXHAUST)可变地控制每个气缸15的排气阀18的阀升程(VLC)和可变地控制凸轮定相(VCP)的可控机构。装置22和24每个优选地包括可操作将阀升程的大小或开度控制为两个离散级(例如，用于低速、低负载操作的低升程阀开启位置(通常约4-6mm)和用于高速、高负载操作的高升程阀开启位置(通常约8-10mm))中的一个的可控两级阀升程机构。装置22和24还包括可变凸轮定相机构，以分别控制进气阀20和排气阀18的定相，即开启和关闭的相对定时(以曲轴角度测量)。可变凸轮定相机构相对于曲轴和活塞的位置来切换阀开启时间。VCP系统具有优选40°-90°的曲轴旋转的定相权限范围，因此允许控制模块5相对于活塞14的位置提前或延迟进气阀20和排气阀18中的一个的开启和关闭。定相权限的范围受到装置22和24的限定和限制。装置22和24使用由控制模块5控制的电动-液压、液压和电控力中的一种来致动。
燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，燃料喷射器28将燃料直接喷射到燃烧室16中。燃料脉冲是响应于来自于控制模块5的控制信号(INJ_PW)而喷射到燃烧室16中的燃料质量。来自于控制模块5的控制信号优选包括每个燃料脉冲开始相对于曲轴角的定时以及从喷射器28喷射预定燃料质量到气缸15中的脉冲宽度的持续时间，曲轴角限定活塞14在气缸15中的位置。燃料喷射器28从燃料分配系统(未示出)供给增压燃料。对于每个燃烧循环，燃料能针对每个气缸15在单次喷射燃料期间喷射。对于每个燃烧循环，每个气缸15可以有多次燃料供应事件，如下文所述。
燃料喷射器28包括高压螺线管控制的燃料喷射器。操作参数包括螺线管控制的燃料喷射器28可以被控制的最小操作脉冲宽度，因而建立针对燃料压力水平所输送的最小燃料质量。替代地，燃料喷射器28可包括采用替代致动技术(例如，压电致动)的高压燃料喷射器。替代燃料喷射器28可控制输送用于燃料压力水平的最小燃料质量。
火花点火系统响应于来自于控制模块5的控制信号(IGN)提供电能给火花塞26，以点火每个燃烧室16中的气缸充气。在每个发动机循环期间，控制信号IGN基于曲轴角被控制以实现优选火花点火定时，曲轴角限定活塞14在气缸15中的位置。
各种传感装置监测发动机操作，包括适合于监测曲轴12的旋转速度的旋转速度传感器13和适合于监测排气空气/燃料比的宽范围空气/燃料比传感器42。发动机10可包括适合于在发动机10的持续操作期间实时监测缸内燃烧的燃烧传感器44。燃烧传感器44包括可操作监测燃烧参数状态的传感器装置，且示出为可操作监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。替代地，可以使用其它传感系统来监测可以被转换为燃烧定相的实时缸内燃烧参数，例如，离子传感点火系统和非侵入式压力传感器。
排气后处理系统50被流体地连接到排气歧管40且优选地包括可操作氧化、吸附、解吸、还原和燃烧排气供应流的燃烧成分的一个或多个催化剂和/或捕获装置。如图2所示，排气后处理系统50优选地包括位于稀NOX还原催化剂(LNT)52上游的一个或多个三效催化转化器(TWC)48，且优选是选择性催化还原装置(SCR)53。一个或多个排气传感器55监测稀NOX还原催化剂52下游或排气后处理系统50下游的排气供应流。排气传感器55的输出由控制模块5监测以用于控制和诊断目的。
稀NOX还原催化剂52包括可操作吸附排气供应流中的硝酸盐的吸附器装置，吸附量基于排气供应流的温度、流率和空气/燃料比以及已经在其上吸附的硝酸盐量。
稀NOX还原催化剂52优选包括NOX吸附器装置，NOX吸附器装置包括具有涂层的基底，涂层含有催化活性材料。基底优选包括由具有一定蜂窝密度(通常每平方英寸400至600个蜂窝)且壁厚3至7密耳的堇青石形成的单体元件。基底的蜂窝包括流动通道，排气流经所述流动通道以接触涂层的催化活性材料，以实现硝酸盐的吸附和解吸、氧存储、以及排气供应流中的成分的氧化和还原。涂层优选含有碱和/或碱土金属化合物，例如Ba和K，可操作将NOX存储为在稀化学计量比的发动机操作期间产生的硝酸盐。涂层还可以包含催化活性材料(即，铂族金属，包括Pt、Pd和Rh)和添加剂(例如，Ce、Zr和La)。当排气供应流浓于化学计量比时，存在过量还原剂且所吸附的硝酸盐变得不稳定并分解以释放所存储的NOX。排气供应流中的还原剂优选包括在发动机以浓空气/燃料比操作时产生的HC分子、氢分子和CO。涂层在稀发动机操作期间吸附硝酸盐，且在产生浓排气供应流的发动机操作期间解吸和还原硝酸盐。所解吸的硝酸盐由PGM催化剂部位处的过量还原剂还原。稀NOX还原催化剂52可以被所吸附的硝酸盐饱和，从而降低其效率。稀NOX还原催化剂52可以通过在存在前述还原剂的情况下解吸所吸附的硝酸盐并与还原剂反应以还原为氮气和其它惰性成分而再生。
在以分层充气燃烧模式操作期间，发动机10优选在一定发动机速度和负载范围内基于汽油或类似燃料混合物无节流地操作，即节气门阀34处于大致宽开启位置。节气门阀34可以稍微关闭以在进气歧管31中产生真空以实现通过EGR控制阀38的EGR气体流。第一燃料脉冲在每个发动机循环的压缩冲程期间喷射。在不利于分层充气燃烧模式操作的条件下且为了实现满足操作者扭矩请求的发动机功率，发动机10以均质充气燃烧模式操作，节气门阀34被控制用于化学计量比操作。各种可用级别的汽油及其轻乙醇混合物是优选燃料；然而，在本发明的实施方式中可以使用替代液体和气体燃料，例如较高乙醇混合物(例如，E80，E85)、纯乙醇(E99)、纯甲醇(M100)、天然气、氢、沼气、各种重整物、合成气等。
控制模块5优选地包括通用数字计算机，通用数字计算机大体包括微处理器或中央处理单元、存储介质(包括非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)，非易失性存储器包括只读存储器(ROM)和电可编程只读存储器(EPROM))、高速时钟、模数(D/A)和数模(A/D)电路、输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块5具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在非易失性存储器中并被执行以提供每个计算机的各自功能的常驻程序指令和标定值。所述算法可以在预定循环期间被执行使得每个算法在每个循环中至少被执行一次。算法由中央处理单元执行，且可操作监测来自前述传感装置的输入并且执行控制和诊断程序从而用预定标定值控制致动器的操作。在持续进行的发动机和车辆操作期间，循环通常以规则间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件的发生而被执行。
操作中，控制模块5监测来自于前述传感器的输入以确定发动机参数状态。控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器来形成气缸充气，包括控制节气门位置、火花点火定时、燃料喷射质量和定时、控制再循环排气流量的EGR阀位置、和进气和/或排气阀定时和定相(在如此配备的发动机上)。在持续车辆操作期间，控制模块5可以操作以打开和关闭发动机，且可以通过控制燃料和火花以及阀停用而操作选择性地停用一部分燃烧室。
操作中，发动机10可以被命令再生稀NOX还原催化剂52，排气供应流优选浓于化学计量比，优选处于升高的排气温度，以产生还原剂。发动机操作包括以分层充气燃烧模式操作，其中，节气门阀34处于大致宽开启，且在压缩冲程期间第一燃料脉冲喷射到燃烧室16中，第一燃料脉冲被协调以刚好先于火花点火定时，从而实现其分层点火。在第一燃料脉冲期间喷射的燃料质量基于足以使发动机10操作满足操作者扭矩请求的量而确定。当以分层充气燃烧模式操作时，随后的燃料脉冲被喷射到燃烧室16。随后的燃料脉冲在燃烧循环的其它冲程期间喷射，以产生具有化学计量比或浓的空气/燃料比的排气供应流，以便用作还原剂，以再生稀NOX还原催化剂52。
图3图形示出了在单个发动机循环内操作示例性发动机10，包括测量气缸压力和以曲轴角度示出的燃料脉冲的发生。发动机循环包括压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程和进气冲程。发动机以分层充气燃烧模式操作。在压缩冲程期间第一燃料脉冲110(动力燃料脉冲)喷射到燃烧室16中，以在燃烧室16中产生分层充气空气/燃料分布，所述第一燃料脉冲110被协调以刚好先于火花点火定时，从而实现其分层点火。第一燃料脉冲110优选基于发动机负载喷射足以驱动发动机10以实现发动机输出扭矩的燃料质量。第二燃料脉冲120(再生燃料脉冲)在进气冲程期间喷射，产生部分均质空气/燃料充气，所述部分均质空气/燃料充气在没有燃烧的情况下进入排气供应流且足以穿过三效催化转化器48到达稀NOX还原催化剂52。这种操作减少了使模式过渡到具有浓空气/燃料比以实现稀NOX还原催化剂52再生的均质操作的需求。替代地，第二燃料脉冲可以在膨胀冲程或排气冲程(未示出)期间喷射。
图4图形示出了在单个发动机循环内操作示例性发动机10，包括测量气缸压力和以曲轴角度示出的燃料脉冲的发生。发动机以分层充气燃烧模式操作。在压缩冲程期间第一燃料脉冲110(动力燃料脉冲)喷射到燃烧室16中以在燃烧室16中产生分层充气空气/燃料分布，且被协调以刚好先于火花点火定时，从而实现其分层点火。第三燃料脉冲130(再生燃料脉冲)在膨胀冲程期间喷射，第二燃料脉冲120(再生燃料脉冲)在进气冲程期间喷射，以产生分层充气空气/燃料分布，所述分层充气空气/燃料分布进入排气供应流且具有至少部分穿过三效催化转化器48到达稀NOX还原催化剂52的足够质量。进气冲程期间的第二燃料脉冲120在燃烧室16中产生大致均质的空气/燃料分布，在压缩冲程期间的第一燃料脉冲110在燃烧室16中产生分层充气空气/燃料分布，被协调以刚好先于火花点火定时。在膨胀冲程结束期间的第三燃料脉冲130使排气供应流中的空气/燃料比变浓，优选为浓于化学计量比的空气/燃料比，以利于NOX还原。取决于喷射定时，在第三燃料脉冲130期间喷射的燃料质量的一部分可产生动力且有助于发动机10的扭矩输出。这可以通过调节第一燃料脉冲110期间喷射的燃料质量来确定和考虑，以消除对发动机输出扭矩的影响。
图5图形示出了在单个发动机循环内操作示例性发动机10，包括测量气缸压力和以曲轴角度示出的燃料脉冲的发生。发动机以分层充气燃烧模式操作。在压缩冲程期间第一燃料脉冲110(动力燃料脉冲)喷射到燃烧室16中以在燃烧室16中产生分层充气空气/燃料分布，且被协调以刚好先于火花点火定时，从而实现其分层点火。第三燃料脉冲130(再生燃料脉冲)在膨胀冲程期间喷射，第二燃料脉冲120(再生燃料脉冲)在进气冲程期间喷射，第四燃料脉冲140(再生燃料脉冲)在排气冲程期间喷射，以产生分层充气空气/燃料分布，所述分层充气空气/燃料分布进入排气供应流且足以至少部分穿过三效催化转化器48到达稀NOX还原催化剂52。进气冲程期间的第二燃料脉冲120在燃烧室16中产生大致均质的空气/燃料分布，在压缩冲程期间的第一燃料脉冲110在燃烧室16中产生分层充气空气/燃料分布，被协调以刚好先于火花点火定时。在膨胀冲程期间和在排气冲程期间的第三燃料脉冲130和第四燃料脉冲140使排气供应流中的空气/燃料比变浓，优选为浓于化学计量比的空气/燃料比，以利于NOX还原。该操作更充分地优化分层充气发动机操作的性能并在再生过程期间产生优化的浓排气分布和内容物。对于每个前述燃料喷射方案，喷射定时的范围和输送的燃料质量可以被标定以优化根据本发明构造的具体发动机和排气后处理系统的性能。
在第一燃料脉冲110和第三燃料脉冲130期间喷射的燃料量基于发动机燃料供应标定以实现满足发动机负载的发动机输出扭矩。第一燃料脉冲110输送实现发动机输出扭矩的实质燃料量。第二燃料脉冲120在排气后处理系统50的再生期间在排气供应流中产生部分均质的空气/燃料充气并使空气/燃料充气变浓。优选地，来自于第二燃料脉冲120的稀燃烧充气与来自于第一燃料脉冲110和第三燃料脉冲130的浓燃烧相结合产生优选排气产物，以分层空气/燃料充气，从而将浓排气的一部分输送通过三效催化剂48并产生较高H2/CO比，用于再生稀NOX还原催化剂52。
本发明已经描述某些优选实施例及其变型。在阅读和理解说明书之后，可以想到其它的变型和变化。因而，本发明并不旨在限于用于实施本发明所构想的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (11)

1.一种控制火花点火直接燃料喷射内燃发动机的操作的方法，包括：
将内燃发动机配备有包括稀NOX吸附器装置的排气后处理系统；
在大致无节流的情况下且以稀空气/燃料比使内燃发动机操作在分层充气燃烧模式，包括在火花点火事件之前，在每个内燃发动机循环的压缩冲程期间，喷射足以驱动内燃发动机以实现内燃发动机输出扭矩的第一燃料脉冲；
命令稀NOX吸附器装置的再生；以及
响应于稀NOX吸附器装置的命令再生，在每个内燃发动机循环的第二内燃发动机冲程期间，喷射第二燃料脉冲，所述第二燃料脉冲足以产生具有浓空气/燃料比的排气供应流以使所述稀NOX吸附器装置再生；
其中，所述第二内燃发动机冲程为进气冲程；
并且其中，所述方法还包括：在稀NOX吸附器装置的命令再生期间在每个内燃发动机循环的膨胀冲程期间喷射第三燃料脉冲；以及在稀NOX吸附器装置的命令再生期间在每个内燃发动机循环的排气冲程期间喷射第四燃料脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：第一燃料脉冲和第三燃料脉冲足以驱动内燃发动机以实现内燃发动机输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二内燃发动机冲程为排气冲程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在稀NOX吸附器装置的命令再生期间在每个内燃发动机循环的膨胀冲程期间，喷射第二燃料脉冲。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气后处理系统包括位于稀NOX吸附器装置上游的三效催化转化器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二燃料脉冲足以产生具有浓空气/燃料比的排气供应流，所述浓空气/燃料比足以使排气还原剂的一部分穿过稀NOX吸附器装置上游的三效催化转化器。
7.一种操作火花点火直接燃料喷射内燃发动机的方法，所述内燃发动机配备有用于排气后处理的稀NOX吸附器装置，所述方法包括：
以稀空气/燃料比在大致无节流的情况下使内燃发动机操作在分层充气燃烧模式，包括：在火花点火事件之前在每个压缩冲程期间喷射足以驱动内燃发动机以实现内燃发动机输出扭矩的第一燃料脉冲；以及
响应于稀NOX吸附器装置的命令再生，在每个内燃发动机循环的第二内燃发动机冲程期间喷射第二燃料脉冲，所述第二燃料脉冲足以产生具有浓空气/燃料比的排气供应流以使所述稀NOX吸附器装置再生；
其中，所述第二内燃发动机冲程为进气冲程；
并且其中所述方法还包括：响应于稀NOX吸附器装置的命令再生在每个内燃发动机循环的膨胀冲程期间喷射第三燃料脉冲；并且响应于稀NOX吸附器装置的命令再生在每个内燃发动机循环的排气冲程期间，喷射第四燃料脉冲。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二内燃发动机冲程为排气冲程。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：在稀NOX吸附器装置的命令再生期间在每个内燃发动机循环的膨胀冲程期间，喷射第二燃料脉冲。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述排气后处理系统包括位于稀NOX吸附器装置上游的三效催化转化器。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述排气供应流足以使排气还原剂的一部分穿过稀NOX吸附器装置上游的三效催化转化器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7885756B2 (en) * 2008-08-28 2011-02-08 Gm Global Technologies Operations, Inc. Multi-pulse spark ignition direct injection torque based system
FR2952122B1 (fr) * 2009-11-04 2011-12-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de controle des emissions polluantes d'un moteur a combustion
US9382857B2 (en) * 2013-12-18 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Post fuel injection of gaseous fuel to reduce exhaust emissions
DE102014224333A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
CN113137301B (zh) * 2020-01-16 2023-09-19 康明斯有限公司 排气后处理系统的碳氢化合物配送

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7082753B2 (en) * 2001-12-03 2006-08-01 Catalytica Energy Systems, Inc. System and methods for improved emission control of internal combustion engines using pulsed fuel flow
US7127883B1 (en) * 1997-11-10 2006-10-31 Mitsubishi Jidosha Kogoyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine
US7287372B2 (en) * 2005-06-23 2007-10-30 Caterpillar Inc. Exhaust after-treatment system with in-cylinder addition of unburnt hydrocarbons

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6539704B1 (en) * 2000-03-17 2003-04-01 Ford Global Technologies, Inc. Method for improved vehicle performance
US20020007629A1 (en) * 2000-07-21 2002-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
ITTO20010786A1 (it) * 2001-08-03 2003-02-03 Fiat Ricerche Metodo di autoinnesco della rigenerazione di un filtro particolato per un motore diesel ad iniezione diretta provvisto di un impianto di ini
EP1458965A1 (en) * 2001-11-30 2004-09-22 Delphi Technologies, Inc. Cylinder deactivation to improve vehicle interior heating
JP4472932B2 (ja) * 2003-02-07 2010-06-02 いすゞ自動車株式会社 エンジンの燃焼制御装置
DE10305941A1 (de) * 2003-02-12 2004-08-26 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung
US7021046B2 (en) * 2004-03-05 2006-04-04 Ford Global Technologies, Llc Engine system and method for efficient emission control device purging

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7127883B1 (en) * 1997-11-10 2006-10-31 Mitsubishi Jidosha Kogoyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine
US7082753B2 (en) * 2001-12-03 2006-08-01 Catalytica Energy Systems, Inc. System and methods for improved emission control of internal combustion engines using pulsed fuel flow
US7287372B2 (en) * 2005-06-23 2007-10-30 Caterpillar Inc. Exhaust after-treatment system with in-cylinder addition of unburnt hydrocarbons

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