CN103573344B - 汽缸停用期间的NOx控制 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于在发动机稀事件之后改善发动机排气排放同时使排气催化剂能够再生的方法和系统。在VDE事件之前,或在发动机怠速‑停止之前,氨被生成并且存储在排气底部SCR催化剂上。然后,在VDE模式或怠速‑停止之后发动机重新启动期间,存储的氨用于处理各种排气NOx,同时再生上游排气底部三元催化剂。

Description

汽缸停用期间的NOx控制
技术领域
本申请涉及在稀事件(例如汽缸停用)之后调节排气催化剂再生,从而实现排气NOx控制。
背景技术
发动机排放控制系统可以包括用于处理不同的排气组分的一种或更多种排气催化剂。这些可以包括,例如,三元催化剂、NOx存储催化剂、起燃催化剂、SCR催化剂等等。发动机排气催化剂可能需要周期性地再生,从而恢复催化活性和降低催化氧化。例如,通过喷射充足的燃料生成富环境和降低存储在催化剂中的氧含量可以再生催化剂。因此,在催化剂再生期间消耗的燃料可以降低发动机燃料经济性。因此,已经开发不同的催化剂再生策略。
一个示例方法由Goerigk等人的US 6,969,492中示出。其中,排放控制设备包括由串联布置的至少两种催化剂生成的催化转换器级。具体地,催化剂包括与NOx还原催化剂串联布置(例如,在其上游)的三元催化剂。不同催化剂的不同氨存储性能能够提高NOx还原和降低对催化剂再生的需求。另一个示例方法由Eckhoff等人的WO 2009/080152中示出。其中,发动机排气系统包括具有中间SCR催化剂的多种NOx存储催化剂,排气空燃比是基于第一NOx存储催化剂上游的空燃比和第二NOx存储催化剂下游的空燃比之差在富和稀阶段之间连续交替的。
然而,本文的发明人员已经认识到这些方法的潜在问题。催化剂再生策略不仅取决于排放控制设备中不同排气催化剂的具体配置和性质,但对于利用可变排量发动机构造的发动机系统,再生还受到发动机工作模式(也就是,VDE模式或非VDE模式)的影响。特别地,在VDE运行模式期间,当停止供应燃料给所选汽缸时,发动机仍旋转数次。该旋转泵送空气通过排气三元催化剂,当汽缸重新运转时使得催化剂被氧化并且降低催化剂还原NOx的性能。虽然富化可以用于再生三元催化剂,但富化不仅导致燃料消耗,而且生成更多的氨,在发动机可以再次进入VDE模式之前必须从三元催化剂耗散氨。因此,当发动机系统中没有SCR催化剂时,在富发动机运行期间由紧密耦合的三元催化剂生成NH3,且由于其更冷的环境NH3存储在下游底部三元催化剂上。然而,当发动机在稀运行时,存储的NH3可以由底部三元催化剂氧化成NO。本文中,通过将SCR催化剂放置在底部三元催化剂的上游,允许SCR催化剂在稀发动机运行期间捕获NH3,并防止底部三元催化剂将NH3氧化成NO。因此,在进入或离开VDE/非VDE模式过程中的延迟可以降低发动机性能。特别地,进入VDE模式的延迟以允许存储的NH3从底部三元催化剂消散降低了燃料经济性,因为其限制能够进入VDE模式的频率。举另一个示例来说,VDE发动机可以包括具有专用排气催化剂和公共排气催化剂的汽缸组。基于是否使特定的汽缸组停用或重新运转特定的汽缸组,可能需要调节影响的排气催化剂的再生。这使得对于VDE发动机的再生策略复杂化。
发明内容
在一个示例中,某些以上问题可以至少部分地由一种发动机方法解决,该方法包含通过可停用的燃料喷射器选择性地使一个或多于一个发动机汽缸停用,并且在汽缸重新运转期间基于存储在第一排气催化剂中的氨含量的变化调节燃烧空燃比,该变化出现在汽缸重新运转之前紧邻的选择性汽缸停用期间。可以执行调节直到第二排气催化剂和第三排气催化剂的一个或多于一个的再生状态高于阈值。用这种方式,在化学计量或富发动机运行期间生成的氨可以存储在第一排气催化剂上,并且在从VDE模式改变到非VDE模式期间有利地使用生成的氨以减少第二排气催化剂和第三排气催化剂的再生需求。具体地,存储的氨可以用于还原排气氮氧化物,同时第三紧密耦合的催化剂由稍微富排气还原,从而减少第三紧密耦合的三元催化剂的主动再生需求。第二底部三元催化剂可以由稍微富发动机排气进行再生。如果车辆驾驶人员请求高负载发动机运行,那么可以执行第二底部三元催化剂的主动再生。
在一个示例中,可变排量发动机可以包括耦合公共排气歧管底部的不同组的汽缸。底部可以包括耦合在第二三元排气催化剂上游且面对面砖接触第二三元排气催化剂的第一SCR排气催化剂。因此,第一排气催化剂和第二排气催化剂每个可以在第三紧密耦合的三元排气催化剂的下游。在非VDE运行期间,由紧密耦合的排气催化剂生成的氨可以存储在第一SCR催化剂中,并且在随后切换至VDE运行模式期间保留在第一SCR催化剂上。在非VDE模式期间的空燃比可以调节到化学计量或比化学计量更富化,用于在执行切换至VDE模式时将期望量的氨存储在第一催化剂处。通过将生成的氨存储在第一SCR催化剂上,减少存储在第二三元催化剂上的氨存储量,因而还降低在VDE发动机运行模式期间在第二催化剂氨到氮氧化物的不期望的氧化。在随后返回到非VDE运行期间,保留在第一SCR催化剂中的氨可以用于还原各种NOx,同时基于第一SCR催化剂上剩余的氨含量调节空燃比。在VDE模式期间氨含量已经改变。特别地,基于VDE模式的运行持续时间和VDE运行模式期间引起的催化程度氨含量可以改变。特别地,至少由于SCR催化剂在稀环境(在高于300℃的温度)的氨氧化和由于SCR催化剂加热,SCR催化剂的氨含量可能已经改变。
用这种方式,当发动机没有停用从而利用氨装载底部排气SCR催化剂时并且防止底部三元催化剂被装载氨时,可以调节空燃比。通过利用在随后发动机从VDE模式重新运转期间存储的氨,可以降低再生紧密耦合的底部三元催化剂所需的燃料量,提供燃料经济性益处。
在另一个实施例中,该方法进一步包含在选择性的停用之前,利用比化学计量更富化的燃烧空燃比运转发动机一段时间,直到存储在第一排气催化剂中的氨含量高于阈值量。
在另一个实施例中,发动机的方法包含:当排气流过第一排气催化剂、第二排气催化剂、和第三排气催化剂中的每一个时选择性地使一个或多于一个发动机汽缸停用;在汽缸的第一重新运转期间,当第一排气催化剂的氨含量低于阈值时,以第一较高富偏置将发动机燃烧空燃比调节到比化学计量更富化;和在汽缸的第二重新运转期间,当第一排气催化剂的氨含量高于阈值时,以第二较低富偏置将发动机燃烧空燃比调节到比化学计量更富化。
在另一个实施例中,在第一和第二重新运转期间,继续调节一段时间直到第三排气催化剂的再生状态高于阈值状态。
在另一个实施例中,第一排气催化剂集成耦合在第二排气催化剂的上游,第一催化剂和第二催化剂在底部排气排放控制设备中共享表面地彼此接触,并且其中第三排气催化剂耦合在第一排气催化剂的上游。
在另一个实施例中,当排气流过第一排气催化剂和第二排气催化剂时选择性地使一个或多于一个发动机汽缸停用包括将运行中的发动机汽缸的燃料喷射调节到富于化学计量,以便于在第一或第二重新运转之前将第一催化剂的氨含量提高到阈值以上。
在另一个实施例中,发动机方法包含在第一空燃比燃烧在第一发动机排上的第一组汽缸中的燃料,同时停止供应燃料喷射到第二发动机排上的第二组汽缸,其中调节第一空燃比,在重新供应燃料喷射到第二组汽缸之前使得第一排气催化剂的氨含量提高到阈值以上。
在另一个实施例中,第一排气催化剂耦合在底部发动机排气排放控制设备中的第二排气催化剂上游并与其集成,其中第一排气催化剂定位在第三排气催化剂的下游,并且其中第一排气催化剂是SCR催化剂,第二排气催化剂和第三排气催化剂每个都是三元催化。
在另一个实施例中,第一空燃比比化学计量更富化,其中第一空燃比的富化程度基于第一排气催化剂的氨含量和阈值之差,随着差增加富化程度增加。
在另一个实施例中,该方法进一步包括在重新供应燃料喷射到第二组汽缸之后,在基于第一排气催化剂的氨含量和第二与第三排气催化剂的再生状态的第二空燃比燃烧第一组汽缸和第二组汽缸中的燃料。
在另一个实施例中,第二空燃比可以处于化学计量或比化学计量更富化,并且其中第二空燃比的富化程度可以基于燃料喷射的停用的持续时间和在重新供应燃料喷射时紧密耦合的第三排气催化剂的再生状态。
应当理解,提供以上摘要是为了以简单的形式引入详细说明书中进一步描述的概念选择。不是为了确定要求保护的主题的关键或基本特征,本发明的保护范围仅仅由所附权利要求限定。而且,要求保护的主题不限于解决以上或本公开的任何部分所述的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1是示例车辆动力传动系统。
图2A到图2B示出可变排量发动机系统的示例实施例。
图3描述局部发动机视图。
图4A到图4B示出基于在怠速-停止期间保留在第一排气催化剂上的氨量且进一步基于怠速-停止参数调节发动机从怠速-停止重新启动期间第二排气催化剂和第三排气催化剂的再生的示例方法。
图5A到图5B示出基于在VDE模式期间保留在第一排气催化剂上的氨量调节在发动机运行从VDE模式切换到非VDE模式期间第二排气催化剂和第三催化剂的再生的示例方法。
图6示出可以用于估计第一排气催化剂的氨含量的示例方框图。
图7示出在稀发动机事件之后发动机再生运行期间排气空燃比的示例调节。
具体实施方式
下面的描述涉及用于调节发动机的排气空燃比从而降低在稀运行之后排气催化剂再生需求的方法。稀运行可以包括怠速-停止运行,例如在图1和图3的发动机系统中,或在可变排量发动机中的汽缸停用,例如在图2A到图2B和图3的发动机系统中。其他稀运行还可以包括减速燃料切断运行(DFSO)。发动机控制器可以构造为执行控制程序,例如图4A到图4B的示例程序,使化学计量或富排气流过第一排气催化剂并对催化剂装载氨。在随后发动机从怠速-停止重新启动期间,存储的氨可以用于还原NOx,同时再生第一催化剂上游的第三紧密耦合的催化剂和可能再生第一催化剂下游的第二催化剂。同样,控制器可以执行控制程序,例如图5A到图5B的示例程序,在所选的汽缸停用之前对第一排气催化剂装载氨,因此存储的氨可以用于在随后的汽缸从VDE模式重新运转期间还原NOx,同时再生第二催化剂和第三催化剂。基于包括稀运行的发动机运行期间生成的氨和消耗(或损失)的氨的比较可以估计(图6)第一催化剂中的氨含量。图7中示出能够在稀发动机运行之前将预期量的氨存储在第一催化剂的排气空燃比的调节示例。用这种方式,通过将氨预存储在排气SCR催化剂上,可以降低上游紧密耦合的排气三元催化剂的再生需求,在不降低VDE或怠速-停止运行的效率的情况下降低再生期间引起的燃料消耗增大。此外,可以降低下游底部排气三元催化剂的再生需求,提供进一步的燃料经济性益处。
参考图1,示出车辆动力传动系统100。动力传动系统包括内燃发动机10。在所述的示例中,发动机10可以响应怠速-停止状况选择性地停用,本文中将特别参考图2和图4进一步描述。所示发动机10通过曲轴40耦合扭矩转换器11。发动机10可以包括用于帮助在发动机重新启动时发动机转动的起动系统9。扭矩转换器11还通过涡轮轴17耦合变速器15。在一个示例中,变速器15是多齿轮比变速器。变速器15可以进一步包括各种齿轮和变速器离合器,用于调节从变速器到车轮19的扭矩输出。扭矩转换器11具有旁路离合器(未示出),其可以啮合、脱离或部分啮合。当离合器脱离或正在脱离时,扭矩转换器处于未锁定状态。涡轮轴17还被称为变速器输入轴。在一个实施例中,变速器15包含具有多个可选的离散齿轮比的电子控制变速器。变速器15还可以包含各种其他齿轮,例如,主减速比(未示出)。或者,变速器15可以是连续可变变速器(CVT)。
变速器15可以进一步通过轮轴21耦合车轮19。车轮19使车辆(未示出)和路面23相互作用。注意到,在一个示例实施例中,该动力传动系统耦合在路面行驶的乘用车中。尽管在一个示例中可以使用各种车辆配置,但是发动机是唯一动力源,因此,车辆不是混合电力、混合插电式等等。在其他实施例中,该方法可以并入混合车辆。
发动机控制器42可以构造为从发动机10接收输入,因此控制发动机的扭矩输出和/或扭矩转换器11、变速器15和相关离合器的运行。举一个示例来说,通过调节点火正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合,通过控制节气门开口和/或气门正时、气门升程和涡轮增压发动机的增压可以控制扭矩输出。在柴油发动机的情况中,控制器42还可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合控制发动机扭矩输出。在所有情况中,发动机控制可以逐个汽缸进行从而控制发动机扭矩输出。
当满足怠速-停止状况时,控制器42可以通过关闭发动机汽缸的燃料喷射和火花点火选择性地使发动机停用。在某些实施例中,控制器还可以调节发动机节气门,使歧管空气压力(MAP)朝着大气气压(BP),帮助发动机自旋减慢,同时啮合起动系统9和旋转发动机,应用制动扭矩和/或提供发动机反转减少的发动机自旋减慢。然后,发动机可以维持在怠速-停止,直到确认发动机重新启动状况。因此,当发动机自旋减慢到静止(不提供燃料)时,泵送空气通过排气催化剂。同样,在发动机从怠速-停止重新启动期间,当发动机加快自旋时,和在重新开始加燃料之前,可以泵送空气通过排气催化剂。空气可以氧化催化剂,特别地,紧密耦合的三元排气催化剂,降低其还原NOx和降低排气排放的能力。
如图4A到图4B中所述,发动机控制器还可以配置有计算机可读指令,用于调节在发动机运转期间的空燃比,从而将至少某些排气氨存储在第一排放控制设备排气催化剂中。然后,在发动机从怠速-停止重新启动期间,存储的氨可以用于还原排气NOx种类,同时再生一个或更多个其他的排气催化剂,例如第二排放控制设备排气催化剂和第三紧密耦合的排气催化剂。在发动机重新启动期间可以调节空燃比,从而基于在发动机重新启动时排气催化剂中存储的氨含量调节至少第三紧密耦合的催化剂(例如,第二排气催化剂和第三排气催化剂)的再生。例如,随着存储在第一排放控制设备排气催化剂上的氨含量增加,在发动机从怠速-停止重新启动时的燃烧空燃比增加。这降低在再生第二排气催化剂和第三排气催化剂过程中引起的燃料消耗。可以提高总燃料经济性,同时满足NOx排放需求。
图2A到图2B示出发动机210的示例实施例200和250,其中发动机构造为可变排量发动机(VDE)。可变排量发动机210包括多个燃烧室或汽缸31。发动机210的多个汽缸31布置为在不同发动机排的汽缸组。在所述示例中,发动机210包括两个发动机排14A、14B。因此,汽缸布置为在第一发动机排14A的第一组汽缸(在所述示例中四个汽缸)和在第二发动机排14B上的第二组汽缸(在所述示例中四个汽缸)。将理解的是,尽管图2A到图2B中描述的实施例示出布置在具有设置在不同排上的汽缸的V型发动机,但是这不意味着限制为这种发动机,在可选的实施例中,发动机可以是所有发动机汽缸在公共发动机排上的直列式发动机。
可变排量发动机210可以通过与分支进气歧管44A、44B连通的进气通道142接收进入空气。具体地,第一发动机排14A从进气通道142通过第一进气歧管44A接收进入空气,而第二发动机排14B从进入通道142通过第二进气歧管44B接收进入空气。尽管所示发动机排14A、14B具有不同的进气歧管,但是将理解的是,在可选的实施例中,发动机排14A、14B可以共享公共进气歧管或公共进气歧管的一部分。提供给发动机的汽缸的空气量可以通过调节节气门62的位置而被控制。此外,提供给具体排上的每组汽缸的空气量可以通过改变耦合汽缸的一个或更多个进气门的进气门正时调节。
参考图2A,在第一发动机排14A的汽缸生成的燃烧产物被引向在第一排气歧管48A中的一个或更多个排气催化剂,在排放到大气之前在此处对燃烧产物进行处理。第一排放控制设备70A耦合第一排气歧管48A。第一排放控制设备70A可以包括一个或更多个排气催化剂,例如紧密耦合的催化剂。在一个示例中,在排放控制设备70A的紧密耦合的催化剂可以是三元催化剂。在第一发动机排14A生成的排气在引向第一底部排放控制设备80A之前在排放控制设备70A进行处理。第一底部排放控制设备80A可以包括第一底部排气催化剂82A和第二底部排气催化剂84A。特别地,第一底部催化剂82A和第二底部催化剂84A可以在底部排放控制设备80A中以互相共享表面接触的方式结合。在一个示例中,第一底部排气82A包括构造为选择性地催化还原的SCR催化剂,其中利用氨将各种NOx还原成氮气。举另一个示例来说,第二底部排气催化剂84A包括三元催化剂。第一底部排气催化剂82A定位在底部排放控制设备80A中的第二底部排气催化剂84A的上游(沿着排气流的方向)但是在第三紧密耦合的排气催化剂(包括在排放控制设备70A中)的下游。
一旦排气穿过第一排放控制设备70A就对排气进行处理,然后第一底部排放控制设备80A沿着第一排气歧管48A被引向排气接头55。从那里,排气可以通过公共排气通道50被引向大气。
在第二发动机排14B的汽缸生成的燃烧产物通过第二排气歧管48B排放到大气中。第二排放控制设备70B耦合第二排气歧管48B。第二排放控制设备70B可以包括一个或更多个排气催化剂,例如紧密耦合的催化剂。在一个示例中,在排放控制设备70A的紧密耦合的催化剂可以是三元催化剂。在第二发动机排14B生成的排气在被引向第二底部排放控制设备80B之前在排放控制设备70B进行处理。第二底部排放控制设备80B可以包括第一底部排放催化剂82B和第二底部排放催化剂84B。特别地,第一底部催化剂82B和第二底部催化剂84B可以在底部排放控制设备80B中以互相共享表面地接触的方式结合。在一个示例中,第一底部排气催化剂82B包括SCR催化剂,而第二底部排气催化剂84B包括三元催化剂。第二底部排气催化剂82B定位在底部排放控制设备80B中的第二底部排气催化剂84B(沿着排气流的方向)的上游但是在第三紧密耦合的排气催化剂(包括在排放控制设备70B中)的下游。
尽管图2A的实施例中示出耦合各个底部排放控制设备的每个发动机排,在可选的实施例中,如图2B中所示,每个发动机排耦合各个排放控制设备70A、70B,而不是耦合公共底部排放控制设备80。在图2B所述的实施例250中,公共底部排放控制设备80定位在排气接头55和公共排气通道55的下游。所示公共底部排放控制设备80的第一底部排气催化剂82定位在底部排放控制设备80中的第二底部排气催化剂84(沿着排气流的方向)的上游并与其可集成地耦合。
不同空燃比传感器可以耦合发动机210。例如,第一空燃比传感器72可以耦合在第一排放控制设备70A下游的第一发动机排14A的第一排气歧管48A,而第二空燃比传感器74耦合在第二排放控制设备70B下游的第二发动机排14B的第二排气歧管48B。在进一步的实施例中,额外空燃比传感器可以耦合在排放控制设备的上游,例如耦合在第一排放控制设备70A上游的第一上游空燃比传感器71A和耦合在第二排放控制设备70B上游的第二上游空燃比传感器71B。仍可以包括例如耦合底部排放控制设备的其他空燃比传感器。如图3中所示,空燃比传感器可以包括氧传感器,例如EGO传感器、HEGO传感器或UEGO传感器。在一个示例中,耦合在排放控制设备70A、70B下游的下游空燃比传感器72、74可以是用于催化剂监控的HEGO传感器,而耦合在排放控制设备70A、70B上游的上游空燃比传感器71A、71B是用于发动机控制的UEGO传感器。
在所选发动机工况期间一个或更多个发动机汽缸可以选择性地停用。例如,在低发动机负载期间,所选发动机排的一个或更多个汽缸可以选择性地停用。这可以包括使所选发动机排的燃料和火花停止。此外,可以调节进气和/或排气门正时,以便当空气继续流过活动发动机排时基本没有空气被泵送通过不活动的发动机排,同时空气继续流动通过活动的发动机排。在某些实施例中,停用汽缸可以具有在一个或更多个发动机循环期间保持汽缸阀门关闭,其中通过液压驱动的升降装置或通过凸轮廓线变换系统(CPS)机制使汽缸阀门停用,其中没有升力的凸轮凸角用于停用的阀门。在一个示例中,在转向VDE模式期间发动机控制器可以选择性地使给定发动机排(14A或14B)的所有汽缸停用,然后再回到非VDE模式期间使所有汽缸重新运转。
通过在低发动机负载状况期间选择性地使发动机汽缸停用,可以降低发动机泵送损耗和摩擦损耗,并且提高燃料经济性。然而,提出独特的排放难题。例如,在非VDE或化学计量发动机运行期间,在通常用于闭环控制的稍富状况下,由紧密耦合的三元催化剂生成氨。其中,基于估计的在紧密耦合的催化剂下游的排气空燃比调节紧密耦合的催化剂上游的燃料喷射和还原剂,以便于维持空燃比在化学计量或在其附近(例如,稍富于化学计量),同时生成氨用于还原排气的各种NOx。在没有底部SCR催化剂的情况下,由于在底部三元催化剂的更冷排气温度,氨可以存储在底部三元催化剂。在VDE模式开始期间,纯空气穿过一个发动机排并且底部三元催化剂可以利用新鲜空气中的氧气将存储的氨氧化成NOx和一氧化二氮。此外,在稀运行期间(也就是,VDE运行模式),三元催化剂被氧化,导致一旦返回到非VDE/化学计量发动机运行时降低其还原NOx的能力。特别地,三元催化剂不能够还原各种NOx,直到三元催化剂已经充分还原和再生。为了最小化该失去三元催化剂功能的持续时间,在退出VDE模式之后可以使用充分富化以快速还原三元催化剂。该富化不仅导致增加燃料消耗还生成额外的氨。额外的氨要求延迟重新返回VDE模式,从而允许氨耗散,否则剩余的氨氧化成NOx和一氧化二氮。
在这方面,结合在底部排放控制设备中的三元催化剂上游的SCR催化剂的具体结构至少解决这些难题中的一些。特别地,在紧密耦合的三元催化剂下游但是在底部三元催化剂上游的SCR催化剂的具体位置能够使SCR催化剂存储由紧密耦合的三元催化剂生成的氨,并还原在底部三元催化剂存储的氨。一旦进入VDE模式(稀运行)还通过底部三元催化剂将氨氧化成NOx和一氧化二氮。此外,如图5A到图5B中所述,一旦返回到非VDE模式/化学计量发动机运行,SCR催化剂就可以使用存储的氨还原NOx。这为化学计量排气(或稍富的排气)还原紧密耦合的三元催化剂提供充足的时间。如图5A到图5B中所述,发动机控制器可以基于在重新运转时存储在SCR催化剂的氨量调节在汽缸重新运转期间的燃烧排气空燃比。燃烧空燃比还可以基于在汽缸重新运转之前所选汽缸立即停用期间出现的存储在SCR催化剂中的氨量的变化。在汽缸重新运转时催化剂SCR催化剂中没有氨的情况下,燃烧空燃比可以转向比化学计量更富化的环境一段时间,直到完全再生至少紧密耦合的三元催化剂。用这种方式,可以取决于多少氨存储在SCR催化剂中还原紧密耦合的催化剂的再生需求。通过在先前的汽缸重新运转期间将氨存储在上游底部SCR催化剂,减少在紧密耦合的三元催化剂再生期间引起的燃料消耗,提高燃料经济性同时还满足NOx排放要求。
图3是示出可以包括在汽车的推进系统中的多汽缸发动机310的一个汽缸的示意图。发动机310可以是可变排量发动机,例如图2A到图2B的发动机210,和/或可以构造为响应怠速-停止状况选择性地停用的发动机,例如图1的发动机10。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和由车辆操作人员132通过输入设备的输入至少部分地控制。在一个示例中,输入设备包括加速踏板130和用于生成成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。
发动机10的燃烧室30可以包括汽缸壁32,活塞36位于其中。活塞36可以耦合曲轴40,因此活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经过中间传输系统耦合车辆的至少一个主动轮。进一步,起动马达可以经过飞轮耦合曲轴40,从而能够起动发动机10的运行。
燃烧室30还可以通过进气通道142从进气歧管144接收进入空气,和通过排气通道148排出燃烧气体。进气歧管144和排气通道148可以通过各个进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30进行连通。在某些实施例中,燃烧室30可以包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。排气凸轮轴53根据沿着排气凸轮轴的长度定位的凸轮的轮廓运行排气门54。进气凸轮轴51根据沿着凸轮轴的长度定位的凸轮的轮廓运行进气门52。排气凸轮位置传感器57和进气凸轮位置传感器155将各个凸轮轴位置中继转发给控制器12。
所示燃料喷射器66直接耦合燃烧室30,以便于直接地喷射与通过电子驱动器68从控制器12接收的脉宽信号FPW成比例的燃料。用这种方式,燃料喷射器66提供被称为直接喷射的燃料到燃烧室30。燃料喷射器可以固定在燃烧室的侧面或在燃烧室的顶部。燃料可以通过燃料系统(未示出)连通至燃料喷射器66,其中燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。在某些实施例中,燃烧室30可以可选地或额外地包括具有以下构造设置在进气歧管144中的燃料喷射器,该构造提供称之为进气道喷射的燃料到燃烧室30上游的进气道中。
进气通道142可以包括具有节流板64的节气门62。在特定的示例中,控制器12通过提供给节气门62包括的电子马达或致动器的信号可以改变节流板64的位置,通常称为电子节气门控制(ETC)的结构。用这种方式,节气门62可以工作,从而改变提供给在其他发动机汽缸的燃烧室30的进入空气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道142可以包括空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122,用于提供各个信号MAF(空气流量)和MAP(歧管空气压力)给控制器12。
在选择工作模式的情况下,响应来自控制器12的点火提前信号SA,点火系统88可以通过火花塞92提供点火火花给燃烧室30。在某些实施例中,尽管示出火花点火部件,但是在具有或没有点火火花的情况下,燃烧室30或发动机10的一个或更多个其他燃烧室可以在压缩点火模式运转。
所示排气传感器126耦合在排放控制设备70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器,例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGP(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。所示排放控制设备70沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。设备70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制设备或其组合。在某些实施例中,在发动机10的运行期间,排放控制设备70可以通过运转特定空燃比内的至少一个发动机汽缸周期性地复位。
在图3中所示的控制器12是微计算机,其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在该特定的示例中示为只读存储器106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线,其中。控制器12可以从耦合发动机10的传感器接收各种信号,除了先前讨论的信号之外的信号,包括来自空气质量流量传感器120的空气质量流量(MAF);来自耦合冷却套114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);车辆制动器121;来自耦合曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型的)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);和来自歧管压力传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可以由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中真空或压力的指示。注意到,可以使用以上传感器的各种组合,例如没有MAP传感器的MAF传感器,反之亦然。在一个示例中,还用作发动机速度传感器的传感器118可以在曲轴每次旋转生成预定数量的等距间隔的脉冲。
存储介质只读存储器106可以利用表示由微处理器单元102可执行的指令的计算机可读数据编程,用于执行以下所述的方法和预料到但未具体列出的其他变型。
控制器12还从变速器(未示出)接收信号和提供控制信号给变速器(未示出)。变速器信号可以包括但不限于变速器输入和输出速度、用于调节变速器线路压力(例如,应用于变速器离合器的流体压力)的信号以及用于控制应用于离合器驱动变速器齿轮的压力的信号。
如上所述,图3只示出多汽缸发动机的一个汽缸,每个汽缸可以相似地包括其特有的进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。
现在转向图4A到图4B,方法400示出方法400示出用于基于发动机怠速-停止运行调节排气催化剂再生的示例程序。特别地,方法能够当发动机在运转时使氨存储在第一排气催化剂上,因此在随后的发动机从怠速-停止重新启动期间可以使用存储的氨,并可以减少在重新启动时第三紧密耦合的排气催化剂的再生需求。此外,可以减少在重新启动时第二排气催化剂的再生需求。
在402中,方法包括估计和/或测量车辆和发动机工况。这些工况可以包括,例如,车辆速度、发动机转速、系统蓄电池的充电状态、周围温度和压力、发动机温度、曲轴速度、变速器速度、燃料可用性、燃料醇含量等等。在404中,可以确定是否已经满足怠速-停止条件。怠速-停止条件可以包括,例如,发动机运行(例如,执行燃烧)、蓄电池充电状态高于阈值(例如,多于30%)、车辆速度低于阈值(例如,不超过30mph)、未请求空气调节、发动机温度高于阈值(例如,根据发动机冷却液温度推断)、车辆驾驶人员未请求起动、驾驶人员请求的扭矩低于阈值、压下制动器踏板等等。
如果满足任何或所有怠速-停止条件,那么在406中,控制器可以执行自动发动机怠速-停止运行和响应怠速-停止选择性地使发动机停用。这可以包括切断发动机的燃料喷射和/或火花点火。例如,可以使所选汽缸的选择性停用的燃料喷射器停用和可以中断所选汽缸的火花点火。一旦停用,发动机就可以开始旋转减速至停止。
如果在405中未满足怠速-停止条件,那么发动机继续运转且不关闭。特别地,当发动机继续运转时,该方法包括使排气流过排气底部排放控制设备的第一上游排气催化剂和第二下游排气催化剂,将至少某些氨存储在第一催化剂上。因此,第一排气催化剂可以是定位(朝着排气流的方向)在底部排放控制设备中第二三元排气催化剂上游并与其集成的第一SCR催化剂。特别地,第一SCR催化剂可以用共享表面的砖形式耦合第二催化剂,因此第一催化剂砖的外表面(也就是,排气从其离开第一催化剂的第一砖表面)面对面地接触第二催化剂砖的内表面(也就是,排气通过其进入第二催化剂的第二砖表面)。
虽然程序描述响应发动机怠速-停止状况使发动机停用,但是在可选地实施例中可以确定是否已经从车辆操作人员接收关闭请求。在一个示例中,可以响应车辆点火移动到切断位置确认来自车辆操作人员的关闭请求。如果接收到操作人员请求的关闭,那么可以通过切断发动机汽缸的燃料和/或火花相似地使发动机停用,并且发动机可以缓慢地旋转减速至停止。
在408中,可以估计存储在发动机系统的第一排气催化剂的氨量。参考图6,存储在第一催化剂上的氨量可以取决于促进生成氨和氨存储在催化剂上的各种因素和促进从第一排气催化剂抽出(例如,消耗的或耗散)氨的各种因素。这些包括,除了流过第一催化剂的排气的温度、流率和空燃比之外,还包含怠速-停止之前最近或立即开始的持续时间(或怠速-停止的预期持续时间)和在一个行驶循环中的怠速-停止运行的频率(例如,自从上一次接通事件开始执行的怠速-停止运行的数量或在车辆运转持续时间估计的发动机怠速-停止事件的数量)的怠速-停止参数。
在410中,估计的第一排气催化剂上的氨含量可以与阈值进行比较,可以确定氨含量是否高于阈值。如果氨含量高于阈值,那么在412中,控制器可以清空富再生标志。因此,在发动机从怠速-停止重新启动期间,控制器可能需要再生第三紧密耦合的排气催化剂(其具有比第二排气催化剂更高的优先级),因此催化剂能够还原各种排气NOx。控制器还可能需要再生第二排气催化剂(其具有比第三三元催化剂更低的优先级)。然而,根据第一排气催化剂前一次的稀运行(本文中是,怠速-停止运行)的持续时间存储的氨量可以确定所需的再生程度。存储在第一催化剂上的氨量越大,紧密耦合的催化剂的再生需求就越低。如本文中所述,控制器可以基于第一排气催化剂的氨含量调节在发动机从怠速-停止重新启动期间第三催化剂(和第二催化剂)的再生。
特别地,通过在412中清除富再生标志,控制器可以表明第一排气催化剂上存储有充足的氨,可以在随后的发动机重新启动期间使用,用于还原NOx,而不会还原或再生紧密耦合的第三排气催化剂。因此,可能不需要额外的燃料再生第三排气催化剂。相比之下,如果氨含量低于阈值,那么在414中,程序包括设置富再生标志。在这里,标志表明第一排气催化剂上存储的氨不充足,所以需要利用富排气再生紧密耦合的三元排气催化剂,避免在重新启动期间产生NOx排放物。因此,如果SCR催化剂上存储的氨不充足,那么需要富再生,从而快速地还原紧密耦合的三元催化剂,以便于避免退化的排气NOx排放。
在414设置富再生标志或在412清除富再生标志之后,方法进行到416,其中确定是否已经满足发动机重新启动条件。因此,发动机重新启动条件可以包括,例如,发动机处于怠速-停止(例如,未执行燃烧)、蓄电池充电状态低于阈值(例如,小于30%)、车辆速度高于阈值、请求进行空气调节、发动机温度低于阈值、排放控制设备温度低于阈值(例如,低于起燃温度)、驾驶人员请求的扭矩高于阈值、车辆电负载高于阈值、制动踏板释放、加速器踏板压下等等。如果未满足重新启动条件,那么在418中,发动机可以保持在怠速-停止状态。
相比之下,如果满足任何或所有重新启动条件,并且车辆操作人员未请求任何重新启动,那么在420,发动机可以自动地重新启动。这可以包括重新运转和起动转动发动机。在一个示例中,可以利用起动马达帮助起动发动机。此外,可以重新开始发动机汽缸的燃料喷射或火花点火。响应自动重新运转,发动机速度可以开始逐渐增加。
如上所述,在发动机重新启动期间,至少第三紧密耦合的排气催化剂需要再生,以便于确保在发动机运转期间的催化功能和维持排气排放物。因此,再生第三排气催化剂可以包括,在发动机重新启动期间,调节发动机的燃料喷射从而提供比化学计量更富化的排气空燃比,燃料喷射的富化程度响应于设置富再生标志的指示至少基于相对于阈值量的存储在第一催化剂上的氨量。
因此,如果确认重新启动状况,那么在420中,控制器可以确定先前是否设置富再生标志。也就是说,控制器可以确定在前一次发动机怠速-停止运行期间是否确认表明在发动机从怠速-停止重新启动的富再生需求的富再生标志。如果先前设置富再生标志,那么在422中,方法包括使发动机从怠速-停止状况重新启动。重新启动可以包括重新开始火花点火和重新运转汽缸燃料喷射器。此外,可以调节汽缸的加燃料,因此排气空燃比具有更高的富偏置(rich bias)。这允许在相对更高的富偏置再生第三排气催化剂。因此,更高的富偏置可以包括利用比化学计量更富化的空燃比运转发动机。
相比之下,如果先前未设置富再生标志,那么在424中,方法包括通过重新开始火花点火和重新运转汽缸燃料喷射器使发动机从怠速-停止重新启动。此外,可以调节汽缸的加燃料,因此排气空燃比具有更低的富偏置。这允许在相对更低的富偏置再生第三排气催化剂,包括利用在化学计量或比化学计量稍微富化的空燃比运转发动机。
响应再生标志且基于第一催化剂的氨含量调节再生可以包括,随着第一催化剂的氨含量增加超过阈值,还原再生燃料喷射的富化程度,和随着第一催化剂的氨含量减少至低于阈值,增加再生燃料喷射的富化的程度。在某些实施例中,调节还可以包括调节再生的持续时间。例如,随着第一催化剂的氨含量增加超过阈值,控制器可以降低利用富化燃料喷射再生第二催化剂的持续时间。
在这里,通过响应第一排气催化剂的氨含量高于阈值量清除富化再生标志,可以降低在发动机从怠速-停止重新启动期间再生第三紧密耦合的排气催化剂引起的燃料消耗性增大。同样地,可以降低在发动机重新启动期间再生第二排气催化剂引起的燃料消耗性增大。此外,第一排气催化剂可以有利地使用存储的氨还原各种NOx,因而控制NOx排放物,同时再生第二催化剂和第三催化剂。
返回图4A到图4B,在422和424中,基于SCR催化剂存储的氨含量以更高或更低的富化偏置的富化催化剂再生重新启动发动机,以便于再生(第三)紧密耦合的三元催化剂。从422和424,程序进行到430,其中确定是否已经充分再生紧密耦合的三元催化剂(TWC)。一旦确认再生紧密耦合的TWC和进行NOx转换,那么在432中可以确定车辆操作人员是否要求更高负载运行。在一个示例中,响应硬加速确认高负载运行。例如,操作人员可以用力应用加速器踏板,和加速器踏板位置可以移动阈值距离。如果确认高负载需求,那么在434中,程序包括利用额外的富发动机运行主动地再生第二底部三元催化剂(TWC)。也就是说,可以将空燃比调节为比化学计量更富,以便于快速地还原底部TWC和使其进行NOx转换。这允许底部TWC补充紧密耦合的TWC的NOx转换,因此可以更好地处理在高负载发动机运行期间生成的额外排气NOx。紧接着,在436中,程序确定第二底部TWC是否已经充分再生。一旦确认已经充分再生第二底部TWC,程序就进行到440,其中发动机运行返回到比化学计量稍富的空燃比(也就是,稍富偏置)。如果在432未确定高负载需求,那么程序进行到438,其中不进行主动地再生第二底部TWC。相反,程序返回到具有稍富偏置的空燃比常规的闭环控制。在这里,稍富偏置的排气允许随时间的推移缓慢地还原第二底部三元催化剂,而现在再生和进行NOx转换的紧密耦合的TWC处理排气NOx。在440中,程序继续进行稍富偏置的发动机运行。
在一个示例中,发动机系统包括结合在耦合发动机的排气歧管的排放控制设备中的第一催化剂和第二催化剂。结合的排放控制设备可以是底部排放控制设备。第一催化剂和第二催化剂都可以定位在第三紧密耦合的排气催化剂下游。在第一发动机从怠速-停止重新启动期间,当第一上游排气催化剂的氨含量高于阈值时,控制器可以通过以第一较低富偏置喷射燃料运转发动机,从而再生第一催化剂上游的第三排气催化剂并可能再生第一催化剂下游的第二排气催化剂。相比之下,在第二发动机从怠速-停止重新启动期间,当第一排气催化剂的氨含量低于阈值时,控制器可以通过利用第二更高富偏置喷射燃料运转发动机,从而再生第二排气催化剂和第三排气催化剂。在这里,在第一发动机重新启动和第二发动机重新启动期间,第一催化剂的氨含量至少基于紧前一个怠速-停止的持续时间。此外,第一催化剂的氨含量可以进一步基于在怠速-停止之前发动机运转期间估计的一个或更多个发动机工况。一个或更多个状况可以包括,排气温度、排气流率、发动机速度、发动机负载和排气空燃比。因此,在第一发动机重新启动和第二发动机重新启动的每一个期间,排气流过第三催化剂,之后流过第一催化剂,然后在排放到大气之前流过第二催化剂。这允许在第三催化剂生成的氨存储在第一催化剂上而不是第二催化剂上。特别地,在第一催化剂是SCR催化剂和第二催化剂与第三催化剂都是三元催化剂的情况中,生成的氨存储在SCR催化剂上,并且可以保护紧密耦合的三元催化剂不受稀发动机运行(怠速-停止周期)期间不想要的氧化的影响。
在另一个示例中,发动机系统包含能够响应怠速-停止状况选择性地停用的发动机和耦合发动机排气歧管的排放控制设备。该设备包括共享表面地接触第二下游催化剂的第一上游催化剂。第一催化剂和第二催化剂都可以定位在第三紧密耦合的排气催化剂下游。发动机系统进一步包括具有计算机可读指令的控制系统,在发动机从怠速-停止重新启动期间,将燃料喷射调节为比化学计量更富化,从而再生至少第三催化剂(例如,再生第二催化剂和第三催化剂),其中基于第一催化剂的氨含量调节富化程度。在发动机重新启动时第一催化剂的氨含量基于怠速-停止估计,随着怠速-停止的持续时间增加,调节(例如,增加或降低)在发动机重新启动时第一催化剂的氨含量。调节包括随着第一催化剂的氨含量降低,燃料喷射的富化程度增加。在发动机重新启动时第一催化剂的氨含量可以进一步基于排放控制设备的温度估计,随着温度降低至阈值以下,氨含量下降(因此,第一催化剂可以是SCR催化剂,并且可以具有比第二催化剂更高的氨存储量)。发动机控制器包括进一步的指令,在开始发动机怠速-停止之前,调节燃料喷射使发动机比化学计量更富化,响应第一催化剂的氨含量调节富化程度从而使第一催化剂的氨含量维持在阈值量以上。
因此,基于怠速-停止的持续时间,第一SCR催化剂的冷却量可以改变,其进而影响催化剂的氨存储容量。例如,第一SCR催化剂的冷却可以提高催化剂的氨存储容量,直到达到阈值温度,允许存储更多的氨。因此,如果氨存储在第一催化剂上,随着第一催化剂的温度下降和车辆关闭,存储的氨可以保留在SCR催化剂上并在下一个发动机冷启动时可用。此外,当排气流过排放控制设备时,其携带热使其远离催化剂,允许增加SCR催化剂的氨存储容量。然后,当在怠速-停止期间发动机停用时,SCR催化剂温度可以暂时升高,因此SCR催化剂利用在燃料中断之后2到3个发动机循环泵送的氧气将某些存储的氨氧化成氮或一氧化氮。
在这里,预期到在发动机从怠速-停止重新启动期间需要的潜在催化剂再生,控制器可以预装载第一排气催化剂,同时考虑到第一催化剂由于气流通过发动机和由于温度在排气排放控制设备增加引起的氨氧化与氨释放在怠速-停止期间引起的氨损耗。通过当发动机正在运转和在开始发动机怠速-停止之前时预装载第一排气催化剂,控制器不仅可以保护第二排气催化剂不受在怠速-停止期间装载氨的影响,而且进一步还原在降低重新启动时第三紧密耦合的催化剂的再生需求同时保持NOx排放在控制中。
用这种方式,可以更好地处理涉及排气催化剂再生和在怠速-停止事件期间出现的排气排放的问题。需要通过在催化剂再生之前调节排气空燃比以便利用氨装载底部排气SCR催化剂,可以降低底部三元催化剂的氨装载。通过利用存储的氨还原在随后发动机从怠速-停止重新启动期间的NOx,排气NOx可以由SCR催化剂处理,同时上游紧密耦合的三元催化剂恢复其还原性能。通过利用在随后发动机从怠速-停止重新启动期间存储的氨,可以降低在再生紧密耦合的三元催化剂的过程中引起的燃料消耗。
现在转向图5A到图5B,方法500示出用于基于在VDE发动机中所选汽缸停止运行调节排气催化剂再生的示例程序。特别地,该方法能够当起动所有发动机汽缸时使氨存储在第一排气催化剂上,因此在随后发动机从VDE模式重新运转期间可以使用存储的氨,可以降低在从VDE模式切换到非VDE模式时第一SCR催化剂上游的第三紧密耦合的排气催化剂与耦合在SCR催化剂下游的第二底部排气催化剂的再生需求。
在502中,方法包括估计和/或测量车辆和发动机工况。这些工况可以包括,例如,车辆速度、发动机转速、系统蓄电池的充电状态、周围温度和压力、发动机温度、曲轴速度、变速器速度、燃料可用性、燃料醇含量等等。
在504中,可以在所有汽缸运行和燃烧的情况下运转发动机。当所有发动机汽缸在运行时,燃烧排气可以在进入大气之前流过底部排气排放设备,以便于将氨存储在排放控制设备的第一排气催化剂上。第一排气催化剂可以耦合在排放控制设备中的第二排气催化剂上游,其中第二催化剂共享表面地接触底部排放控制设备中的第一催化剂,并且和其结合在一起。在一个示例中,第一催化剂是SCR催化剂,而第二催化剂是三元催化剂。此外,第一排气催化剂和第二排气催化剂可以定位在第三紧密耦合的三元排气催化剂下游的发动机排气歧管中。因此,当所有汽缸都在燃烧时,至少某些氨存储在第一催化剂上。通过将生成的氨存储在第一SCR催化剂上,可以还原存储在第二催化剂上的氨存储。如下所述,这防止第二三元催化剂在VDE模式期间将氨氧化成一氧化氮或一氧化二氮,以及在从VDE模式切换到非VDE模式的事件中被氧化。此外,其减少在转换期间在三元催化剂的NOx生成(其将源自存储在三元催化剂上的氨氧化)。
在某些实施例中,当发动机的所有汽缸都在运行时,并且在发动机汽缸的任何选择性停用之前,控制器可以用调节到比化学计量更富的燃烧空燃比运转发动机一段时间,从而主动地提高第一催化剂上的氨含量。例如,汽缸燃烧可以在比化学计量更富化执行一段时间,直到存储在第一排气催化剂上的氨含量高于阈值量。
在506中,可以确定是否已经满足汽缸停用条件。特别地,基于估计的工况,程序可以确定发动机的工作模式(例如,VDE或非VDE)。举一个示例来说,当扭矩需求小于阈值时可以确认汽缸停用状况。因此,如果在506未满足汽缸停用状况,那么程序可以结束,发动机继续工作,所有汽缸点火。
在508中,可以估计存储在第一排气催化剂上的氨量。因此,在汽缸停用之前,当所有发动机汽缸在燃烧时,氨可能已经存储在第一排气催化剂上。参考图6,存储在第一催化剂上的氨量可以取决于促进生成氨和氨存储在催化剂上的各种因素和促进从第一排气催化剂抽出(例如,消耗的或耗散的)氨的各种因素。这些包括,例如,在汽缸停用之前流过第一催化剂的排气的温度、流率和空燃比。
在510中,控制器可以比较由汽缸停用引起的估计燃料经济性和由第二排气催化剂再生引起的估计燃料消耗。因此,在低发动机负载的汽缸停用降低发动机泵送损耗和摩擦损耗,导致燃料消耗降低。控制器可以基于预期的泵送损耗和摩擦损耗降低估计VDE运行模式的燃料经济性。此外,燃料经济性估计可以基于在VDE模式工作的预期持续时间。然而,源自汽缸停用的稀发动机运行可以氧化第三紧密耦合的排气催化剂,然后利用在随后重新运转期间的富料喷射再生该第三紧密耦合的排气催化剂。控制器可以基于VDE运行的持续时间和通过停用的汽缸的空气流率估计由富再生引起的燃料消耗。例如,如果发动机在VDE模式工作较短时间,那么在再生紧密耦合的三元催化剂的过程中引起的燃料消耗可能比在VDE模式期间节省燃料更多。举另一个示例来说,如果发动机在VDE模式工作较长时间,那么在VDE模式期间节省燃料可能比在再生紧密耦合的三元催化剂的过程中引起的燃料消耗更多。
在512中,基于比较,可以确定是否存在净燃料经济性利益。例如,可以确定通过在VDE模式运行预期节省的燃料是否大于当一旦切换到非VDE模式再生紧密耦合的排气催化剂时预期消耗的燃料。如果未确认净燃料经济性利益,那么在514中,程序包括不执行汽缸停用(即使存在VDE状况)。本文中,可以确定在VDE运行模式期间再生紧密耦合的催化剂的过程中消耗的燃料多于在VDE模式期间运行节省的燃料。
如果确认净燃料经济性利益,那么在516中,程序包括选择性地使一个或更多个所选发动机汽缸停用。这可以包括选择性地停止供应燃料给一个或更多个所选发动机汽缸,因此燃料不在汽缸中燃烧。然而,空气可以继续流过停用的汽缸。或者,汽缸的阀门还可以关闭,以便于降低直接通过停用的汽缸的空气量。
在518中,程序包括基于所选停用参数调节在所选停用期间第一排气催化剂的估计存储的氨含量(如先前在508估计的)。这些可以包括,例如,所选停用的持续时间、停用的汽缸数量(或保持起作用的汽缸数量)和由于在停用期间空气流动和在所选汽缸中的不充分燃烧的催化剂温度的变化。因此,至少基于由于空气流动通过造成的第一排气催化剂的温度变化,在所选停用期间可以出现氨含量的变化。特别地,随着持续时间增加和排放控制设备的温度升高超过300℃(由于没有排气流过催化剂带走排气热量),由于氨的氧化和由于在排放控制设备的温度增加导致的催化剂的存储氨释放,存储的氨含量可以降低。同样,在VDE运行期间,由于SCR催化剂中不生成NH3,所以较少的NH3存储在SCR催化剂中。因此,调节估计的存储氨含量可以包括随着第一排气催化剂的温度降低到阈值温度以下,降低存储在第一排气催化剂的氨含量。如果在怠速-停止持续时间的冷却之后第一催化剂的温度保持在阈值温度以上,那么催化剂可以具有增大的氨存储容量和更多的氨可以存储在催化剂上。此外,如果SCR催化剂温度高于催化剂足够热将存储的氨氧化成一氧化氮和氮气的温度,那么估计的氨含量可以降低,从而补偿由于氧化引起的氨损耗。
在某些实施例中,在所选停用期间基于活动发动机汽缸的燃烧状况氨含量还可以改变。例如,在当发动机处于VDE模式时的所选停用期间,活动发动机汽缸可以比化学计量更富化地运转(至少一段时间),以便于增加存储在第一排气催化剂上的氨含量。本文中,在预料到随后切换回非VDE模式期间需要再生第三(紧密耦合的)催化剂的情况下,可以用氨预装载第一催化剂。此外,在预料到高负载状况期间需要再生第二催化剂的情况下,可以用氨预装载第一催化剂。在一个示例中,氨含量的变化可以包括随着活动发动机汽缸的汽缸燃烧空燃比变得比化学计量更富化存储在第一排气催化剂中的氨含量增加。
将理解,由于非VDE汽缸工作比化学计量更富化导致氨含量增加适用于发动机排具有公共底部排放控制设备的实施例,如图2B中所示,而不是发动机排具有包含各个底部SCR催化剂的专用底部排放控制设备的实施例。
紧接着,在520中,可以确定是否已经满足汽缸重新运转状况和发动机是否可以/应当切换回运行的非VDE模式。可以响应例如驱动扭矩需求高于阈值水平(例如,在踩加速器踏板期间)可以确定汽缸重新运转状况。举另一个示例来说,汽缸重新运转状况可以在发动机已经运转和汽缸停用(也就是,在VDE模式)预定时间之后确定。因此,发动机可以在VDE模式工作,一个或更多个发动机汽缸选择性地停用,直到满足发动机重新运转状况。
一旦确定重新运转状况,在522中,可以检索到第一排气催化剂的调节氨含量,并且将其与阈值量比较。因此,在524和526中,控制器可以重新运转发动机汽缸和在所有汽缸中重新开始燃烧,基于存储的氨含量调节燃烧空燃比。特别地,在522中,可以确定第一排气催化剂的调节氨含量是否高于阈值量。这包括确定在508中初始估计的和在518基于运行的VDE模式进一步调节的第一排气催化剂的氨含量是否高于阈值量。如果是,那么在524中,控制器可以重新运转发动机汽缸,将发动机运行切换回非VDE模式,发动机燃烧调节到具有较低富偏置的空燃比。本文中,更高的氨含量表明存在充足的氨存储在第一排气催化剂上,可以在切换回非VDE模式期间使用,还原排气NOx。一旦返回到非VDE模式,通过使用稍微富化的排气可以还原紧密耦合的(第三)TWC和底部(第二)TWC。因此,不需要额外的燃料再生第三紧密耦合的排气催化剂并且可以利用更低的富偏置运行发动机。更低的富偏置可以包括在化学计量比或比化学计量比稍微富化运行汽缸。
相比较来说,如果第一排气催化剂的调节氨含量低于阈值,那么在526中,控制器可以重新运转发动机汽缸,将发动机运行切换回非VDE模式,发动机燃烧调节至具有更高富偏置的空燃比。本文中,更低的氨含量表明不存在充足的氨存储在第一排气催化剂上,并且在切换回非VDE模式期间需要额外的燃料还原排气NOx。因此,需要额外的燃料再生第三排气催化剂并可以利用更高的富偏置运行发动机。更高的富偏置可以包括以比化学计量更富化地运行汽缸,利用基于第三催化剂的再生状态和/或基于第一催化剂的氨含量与阈值量的差调节富化程度。
因此,在524和526中,基于SCR催化剂上存储的氨含量利用更高或更低的富化偏置进行富化催化剂再生重新运转发动机汽缸,以便于再生(第三)紧密耦合的三元催化剂。从524和526,程序进行到530,其中确定是否已经充分再生紧密耦合的三元催化剂(TWC)。一旦确认再生紧密耦合的TWC并且可用于NOx转换,那么在532中可以确定车辆操作人员是否要求更高负载运行。在一个示例中,响应硬加速确认高负载运行。例如,操作人员可以用力应用加速器踏板,和加速器踏板位置可以移动阈值距离。如果确认高负载需求,那么在534中,程序包括利用额外的富发动机运行主动地再生第二底部三元催化剂(TWC)。也就是说,可以将空燃比调节为比化学计量更富,以便于快速地还原底部TWC和使其可用于NOx转换。这允许底部TWC补充紧密耦合的TWC的NOx转换,因此可以更好地处理在高负载发动机运行期间生成的额外排气NOx。紧接着,在536中,程序确定第二底部TWC是否已经充分再生。一旦确认已经充分再生第二底部TWC,程序就进行到540,其中发动机运行返回到比化学计量稍富的空燃比(也就是,稍富偏置)。如果在532未确定高负载需求,那么程序进行到538,其中不主动进行再生第二底部TWC。相反,程序返回到具有稍富偏置的空燃比的常规闭环控制。在这里,稍富偏置的排气允许随时间的推移缓慢地还原第二底部三元催化剂,而现在再生和进行NOx转换的紧密耦合的TWC处理排气NOx。在540中,程序继续进行稍富偏置的发动机运行。
举一个示例来说,发动机控制器可以选择性地使一个或更多个发动机汽缸停用,同时排气流过第一排气催化剂和第二排气催化剂。然后,在汽缸的第一重新运转期间,当第一排气催化剂的氨含量低于阈值时,利用第一更高的富偏置将发动机燃烧空燃比调节至比化学计量更富化。然后,在汽缸的第二重新运转期间,当第一排气催化剂的氨含量高于阈值时,利用第二更低的富偏置将发动机燃烧空燃比调节至比化学计量更富化。用这种方式,在第一重新运转和第二重新运转返回非VDE模式期间,排气流过第一催化剂,然后再进入大气之前流过第二催化剂。这允许生成的氨存储在第一催化剂上而不是第二催化剂上。特别地,在第一催化剂是SCR催化剂而第二催化剂是三元催化剂的情况中,生成的氨可以存储在SCR催化剂上,并且可以减少在稀发动机运行期间(例如,VDE运行模式)在第二催化剂处氨向一氧化氮或一氧化二氮的氧化。
在某些实施例中,当选择性地使一个或更多个发动机汽缸停用时,控制器可以使排气流过第一排气催化剂和第二排气催化剂,同时将活动发动机汽缸的燃料喷射调节至比化学计量更富化。当发动机在VDE模式运转和在发动机切换回非VDE模式之前,这么做是为了使第一催化剂提高至阈值量以上(先发地)。例如,发动机控制器可以在第一空燃比燃烧在第一发动机排上的第一组汽缸中的燃料,而使燃料喷射停止供应到第二发动机排上的第二组汽缸。本文中,在停止供应燃料喷射到第二组汽缸之前,调节第一空燃比使得第一排气催化剂的氨含量升高至阈值以上。第一排气催化剂可以耦合在底部发动机排气排放控制设备中的第二排气催化剂的上游并与其结合。特别地,第一排气催化剂可以是SCR催化剂和第二排气催化剂。第一空燃比可以比化学计量更富化,第一空燃比的富化程度基于第一排气催化剂的氨含量与阈值之差调节。特别地,富化空燃比的富化程度可以随着第一排气催化剂的氨含量和阈值之差增加而增加。此外,在重新供应燃料喷射给第二组汽缸之后,控制器可以基于在返回至非VDE模式时的第一排气催化剂的氨含量和第二排气催化剂的再生状态以第二空燃比燃烧第一组汽缸和第二组汽缸中的燃料。本文中,第二空燃比可以处于化学计量或比化学计量更富化,第二空燃比的富化程度可以基于燃料喷射的停止供应的持续时间和在重新供应燃料喷射时紧密耦合的第三三元排气催化剂的再生状态。
本文中,预料到在发动机运行从VDE模式切换回非VDE模式期间需要潜在的催化剂再生,控制器可以预装载第一排气催化剂,同时将在汽缸停用(在VDE模式运行)期间由于空气流过发动机和在排气排放控制设备的温度变化以及存储的氨氧化成一氧化氮或氮气引起的第一催化剂的氨损耗考虑在内。通过当发动机正在运转和在开始发动机重新运转至非VDE模式之前时预装载第一排气催化剂,控制器不仅可以保护第二排气催化剂不受在VDE模式期间装载氨的影响,而且进一步减少在切换回非VDE模式时紧密耦合的三元排气催化剂的再生需求同时保持NOx排放在控制中。
现在转向图6,示出用于估计第一(SCR)排气催化剂的氨含量的方框图600。发动机控制器可以构造为使用模型,例如在600描述的模型,连续地估计和更新在稀发动机事件期间SCR催化剂的氨含量,例如在发动机怠速-停止期间或在VDE模式运转发动机和非稀事件(例如在化学计量或稍微富发动机运行期间)期间。
第一SCR催化剂602的累积氨含量可以基于在化学计量或稍富发动机运行期间存储(或生成的)氨604与在稀事件的给定工况下消耗的氨605相比较进行估计。因此,生成的氨可以基于由稀事件的性质确定的不同因素。在一个示例中,控制器可以构造为基于出现哪种类型的稀事件设置不同的标志,因此调节在估计生成氨至消耗氨的过程中被评估的因素。例如,当稀事件是发动机怠速-停止事件时,控制器可以设置第一标志,并且可以估计再怠速-停止之前生成的氨和在怠速-停止期间基于怠速-停止参数消耗的氨。举另一个示例来说,当稀事件是发动机VDE运行模式时,控制器可以设置第二不同的标志,并且可以基于VDE模式参数估计生成的氨(通过非VDE发动机排在稍微富化的空燃比运行)和消耗的氨。
存储的氨604和消耗的氨605可以基于自从上一次稀事件606的时间长度和最近稀事件的持续时间。例如,在稀事件是VDE运行模式的情况中,可以确定最近(或当前的)VDE模式运行多久以及自从上一次从VDE模式切换到非VDE模式的一段时间。因此,自从上一次从VDE模式切换到非VDE模式的持续时间还可以基于最近的非VDE运行模式的持续时间。随着在VDE运行模式之间的持续时间增加,生成的氨量可以增加,并且消耗的氨量可以减少。特别地,在化学计量(或比化学计量更富化)的发动机运行的持续时间越长,存储的氨604量越多且使用的氨605量越少。
在可选的示例中,在稀事件是发动机怠速-停止事件的情况中,可以确定最近(或当前的)发动机怠速-停止运行多久以及自从上一次从怠速-停止状况重新启动的持续时间。在某些实施例中,在发动机可以在较短的持续时间内执行多个怠速-停止的情况中(例如,在交通繁忙状况下),控制器可以确定怠速-停止的频率或在阈值持续时间中(或自从上一次钥匙接通事件起)已经出现的怠速-停止事件的数量。在另一个示例中,控制器可以确定怠速-停止的数量和在包括从钥匙接通事件到钥匙关闭事件的驾驶循环内的怠速-停止的累积持续时间。随着在连续怠速-停止事件之间的持续时间增加,生成的氨量也可以增加,并且消耗的氨量可以减少。特别地,在怠速-停止期间的发动机运行的持续时间越长,在发动机在化学计量(或比化学计量更富化)的情况中,存储的氨604量越多且消耗的氨605量越少。
存储的氨604和消耗的氨605还受到原料气(FG)NOx质量607的影响。因此,存储在SCR催化剂上的氨供SCR催化剂使用,用于还原排气各种NOx,然而在紧密耦合的三元催化剂上生成氨。因此,随着原料气NOx质量607增加,紧密耦合的三元催化剂可以生成的氨量增加,在SCR催化剂上存储的氨604量可以相应地增加,并且消耗的氨605量可以减少。然而,一旦重新进入非VDE模式消耗的氨量还将增加。在一个示例中,控制器可以基于发动机速度、负载、EGR百分比、周围温度等等确定来自查询表的FG NOx质量比率。例如,通过映射在不同发动机速度、负载、EGR百分比等的发动机的NOx水平,查询表可以用于基于所列参数估计原料气NOx。或者,NOx传感器可以用于测量原料气中的NOx,尽管它们可能更昂贵。基于计算的浓度和流率(例如,来自质量流量计),可以确定存储在SCR催化剂上的氨的克数。
存储的氨604还受到流过排放控制设备的排气的状况的影响。这些包括排气空气/燃料比608、排气流率609和排气温度610。因此,随着富化燃烧空气/燃料比和随着排气流率增加,上游紧密耦合的三元催化剂生成更多的氨,并且存储在下游SCR催化剂。一旦还原紧密耦合的三元催化剂,就可以甚至只利用稍微富化的空燃比将大量原料气NOx转换成氨。更富化的空燃比的主要优势是其更快地还原三元催化剂,因此可以更快地生成氨。因此,随着空气/燃料比变得比化学计量更富化,存储在SCR催化剂上的氨量可以增加。同样,随着排气流率增加,更多的氨存储在SCR催化剂上。相比较之下,随着排气温度增加,从SCR催化剂中释放出氨。在一个示例中,SCR催化剂在或低于350℃到400℃的排气温度时吸收和存储氨,而在更高的排气温度释放出存储的氨。特别地,在高于400℃,特别是高于450℃,SCR催化剂的氨存储容量下降至非常低的水平。因此,如果温度超过400℃存储在SCR催化剂上的大多数氨将释放。
由于在更高排气温度氨从催化剂的热释放620和由于排气温度增加在催化剂上的存储氨氧化622成氮气(或一氧化氮),排气温度还影响消耗的氨605量。然而,从排气存储的氨量还受到紧密耦合的三元催化剂的NOx到氨(NH3)选择性612的影响。该选择性基于催化剂状况确定。这些包括,例如,空燃比、流率和排气温度。
控制器可以基于发动机工况(例如,发动机速度、负载、EGR百分比、周围温度等等)连续地更新因素606到622,以比较第一排气催化剂上生成的氨和在消耗的氨,并且确定在排气催化剂上的净氨含量。如果存储在SCR催化剂上的氨量足够高,那么在从稀事件返回到发动机运行期间(例如,在从VDE运行模式切换回非VDE运行模式期间,或在发动机从怠速-停止重新启动期间),控制器可以降低用于再生定位在SCR催化剂上游的紧密耦合的三元催化剂的燃料喷射的富偏置。此外,在高发动机负载运行期间,在可能需要在第二催化剂进行NOx转换的情况中,燃料喷射的富偏置还可以用于再生定位在SCR催化剂下游的第二催化剂。
现在参考图7详细阐述在稀发动机事件之后的示例发动机再生运行。特别地,映射图700示出执行示例空燃比调节以将氨存储在上游排气底部SCR催化剂上,从而降低在再生上游三元催化剂和/或下游排气底部三元催化剂的过程中引起的燃料消耗。图750描述在图线702的VDE模式和非VDE模式之间的切换与在图线703、704的燃烧空燃比(AFR)相对于化学计量705的变化。SCR催化剂的氨含量的变化在图线706、707中示出,而紧密耦合的三元催化剂(TWC)的再生状态的相对应变化在图线709、710中示出。排气NOx水平的变化在图线712、713中示出。所有变化都随时间(沿着x轴)示出。
在t1之前,发动机可以在非VDE模式工作(图线702),所有发动机汽缸工作,并以化学计量705基本燃烧(图线704,实线)。随着发动机在化学计量工作,SCR催化剂的氨含量可以逐渐增加(图线706,实线),然而,氨含量仍低于阈值量708。在t1之前,SCR催化剂的氨含量可以低于阈值,并且三元催化剂(TWC)可以处于更高的再生状态,也就是说,不需要进一步的再生。
在t1,由于发动机工况的变化(例如,在延长的松加速器踏板期间),发动机可以切换至VDE运行模式(图线702),一个或更多个发动机汽缸(例如,在所选发动机排上)选择性地停用。此外,活动发动机汽缸的燃烧空燃比可以调节至比化学计量稍微富化(图线703,实线)一段时间,直到SCR催化剂的氨存储含量(图线706)升高到阈值量708以上。一旦SCR催化剂已经装载氨,活动发动机汽缸就可以返回到化学计量运行(图线703)。本文中,通过利用氨预装载SCR催化剂,可以还原排气NOx,同时一旦返回到非VDE模式还原底部三元催化剂。在具有双排气流的发动机中(如图2A中所示),和直列式发动机中,需要在进入VDE模式之前利用氨装载SCR催化剂。对于具有公共排气流的发动机(如图2B中所示),通过点火汽缸生成氨,其他发动机排上的汽缸处于VDE模式。
因此,VDE模式可以继续,直到在t2满足汽缸重新启动状况。在t1和t2之间,由于空气流过不活动发动机排,紧密耦合的TWC的再生状态可以降低(图线709)。也就是,到请求切换至非VDE模式时,紧密耦合的TWC可能需要再生。然而,由于下游SCR催化剂存在,所以大多数生成的氨可以存储在SCR催化剂上,非常少的氨可以保留在下游底部TWC上和在下游底部TWC上进行氧化。
在t2,响应满足汽缸重新启动状况(图线702),发动机运行可以切换回非VDE模式。此外,为了再生TWC,燃烧空燃比(图线703)可以富化第一较短持续时间d1,引起TWC的再生状态(图线709)高于阈值状态711。富料喷射的富化程度基于SCR催化剂的氨存储含量(图线706)调节。本文中,由于在从VDE切换至非VDE模式时氨含量相对更高,所以更低富偏置和更短持续时间d1的富料喷射用于再生TWC。也就是,引起相对较低的燃料消耗。当再生TWC时,可以消耗存储在SCR催化剂的氨还原各种排气NOx,因此充分维持在从VDE模式切换至非VDE模式时的排气NOx水平(图线712,实线)。
可选的再生在图线704、707、710、713中示出(虚线),其中在VDE模式(对于图2B的发动机排气结构)或在VDE模式(对于图2A的发动机排气结构或直列式发动机中)之前预装载SCR催化剂。本文中,在VDE模式期间,在VDE模式期间燃烧AFR维持在化学计量705(图线704)。SCR催化剂的氨含量(图线707)在VDE模式期间下降,因为氨用于还原在SCR催化剂而不是TWC处的排气NOx。因此,在t2,当发动机切换至非VDE模式时,除了重新运转发动机汽缸之外,控制器可以通过富化燃烧空燃比(图线704)第二更长持续时间d2和/或更高富偏置再生TWC,使得TWC(图线710)的再生状态高于阈值状态711。富燃料喷射的富化程度基于SCR催化剂的氨存储含量(图线707)调节。本文中,由于在从VDE切换至非VDE模式氨含量相对更低,所以更高富偏置和更长持续时间d2的富燃料喷射用于再生TWC。也就是,引起相对较高的燃料消耗。此外,当再生TWC时,SCR催化剂的更低氨含量引起在基本维持从VDE模式切换至非VDE模式时(图线713)的NOx尖峰。
将理解,SCR催化剂的更低氨含量导致更高的燃料消耗量,该消耗量仍低于如果上游排气催化剂不包括在排放控制设备中将引起的燃料消耗量。特别地,在缺少SCR催化剂的情况下,在化学计量发动机运行期间生成的氨将存储在三元催化剂上。随后由于来自不活动汽缸的新鲜空气氨到NOx的氧化不仅导致更高的NOx尖峰而且还导致TWC的氧化,然后将需要更多的燃料消耗量用于再生。
将理解的是,尽管参考作为稀发动机事件的VDE事件说明图7的示例,但是,在可选的示例中,稀事件可以是发动机怠速-停止。其中,在从发动机怠速-停止重新启动期间将看到与此处描述的在从VDE模式切换到非VDE模式期间相同的趋势。
用这种方式,在发动机稀事件期间或在发动机稀事件(例如在使汽缸停用期间/在使汽缸停用之前、DFSO运行、或发动机怠速-停止)之前可以调节空燃比,以利用氨装载上游底部排气SCR催化剂,并且保护下游底部三元催化剂不受利用氨装载的影响。通过利用在随后的离开稀事件(例如当从怠速-停止重新启动或重新运转发动机汽缸时)期间存储的氨,可以降低用于再生紧密耦合的三元催化剂和底部三元催化剂所需的燃料量,提供燃料经济性利益。此外,当再生三元催化剂时,通过利用存储的氨还原在SCR催化剂的排气NOx,可以还原在切换期间的NOx尖峰并可以控制排气排放。这允许在不恶化排气排放的情况下实现来自发动机怠速-停止运行和/或VDE运行的燃料经济性利益。
应当注意,本文中包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起使用。本文中所描述的具体程序可以表示许多处理策略中的一个或更多个处理策略,例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等等。因此,所示的不同行为、操作、或功能可以按照所示顺序执行、并行执行、或在某些情况中以省略的形式执行。同样,实现本文中所描述的示例实施例的特征和优势不一定必须该处理顺序,但是为了方便示出和描述提供处理顺序。取决于所使用的具体策略可以重复执行一个或更多个所示行为或功能。进一步,所描述的行为可以图表表示要编入发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。
将理解的是,本文中所公开的结构和程序本质上是示例性的,不应当在限制意义上考虑这些具体的实施例,因为可以存在不同的变化。例如,以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他类型的发动机。本公开的主题包括本文中公开不同系统和结构以及其他特征、功能、和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
权利要求具体地指出视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这样的元件,既不必须也不排除两个或多个元件。通过修改本权利要求或通过在该申请或相关申请中呈现新的权利要求可以要求保护所公开特征、功能、元件、和/或特性的其他组合和子组合。这些权利要求,与原始权利要求的保护范围相比较,无论其保护范围更广、更窄、相等、或不同,都可以视为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种用于运行发动机的方法,所述方法包含:
通过可停用的燃料喷射器选择性地使一个或多于一个发动机汽缸停用;和
在汽缸重新运转期间,基于存储在第一排气催化剂中的氨含量的变化通过调节燃料喷射器来调节燃烧空燃比,以再生第二排气催化剂和第三排气催化剂中的一个或两个,所述变化发生在所述汽缸重新运转之前紧邻的选择性汽缸停用期间,其中所述第三排气催化剂耦合在所述第一排气催化剂的上游,所述第二排气催化剂耦合在所述第一排气催化剂的下游,其中所述第一排气催化剂是SCR催化剂,而所述第二排气催化剂和所述第三排气催化剂中的每一个都是三元催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述调节包括调节燃料喷射以将所述燃烧空燃比改变为比化学计量更富化一段时间,直到至少所述第三排气催化剂的再生状态高于阈值。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二排气催化剂在底部排气排放控制设备中以共享表面接触的方式与所述第一排气催化剂耦合。
4.根据权利要求1所述的方法,进一步包括在所述选择性的停用之前,利用比化学计量更富化的燃烧空燃比运转所述发动机一段时间,直到存储在所述第一排气催化剂中的氨含量高于阈值量。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述第一排气催化剂和所述第二排气催化剂中的每一个都位于第三紧密耦合的三元排气催化剂下游的发动机排气歧管中。
6.根据权利要求2所述的方法,其中富燃料喷射的富化程度基于存储在所述第一排气催化剂中的氨含量,随着所述第一排气催化剂中的氨含量减少所述富化程度增加。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述选择性汽缸停用包括使空气流过所述停用的汽缸,并且其中在选择性汽缸停用期间发生的氨含量的所述变化基于所述第一排气催化剂的温度由于流动空气导致的变化。
8.根据权利要求7所述的方法,其中氨含量的所述变化包括随着所述第一排气催化剂的温度降低到阈值温度以下,存储在所述第一排气催化剂中的氨含量增加。
9.根据权利要求1所述的方法,其中在选择性汽缸停用期间发生的氨含量的所述变化基于运行中的发动机汽缸的燃烧状况。
10.根据权利要求9所述的方法,其中氨含量的所述变化包括随着所述运行中的发动机汽缸的汽缸燃烧空燃比变得比化学计量更富化,存储在所述第一排气催化剂中的氨含量增加。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10137908B2 (en) * 2011-06-13 2018-11-27 General Electric Company Vehicle traction control system and method
US9309817B2 (en) * 2011-11-28 2016-04-12 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cut control device and fuel cut control method for internal combustion engine
US8862370B2 (en) * 2012-08-02 2014-10-14 Ford Global Technologies, Llc NOx control during engine idle-stop operations
US9016244B2 (en) 2013-04-23 2015-04-28 Ford Global Technologies, Llc Engine control for catalyst regeneration
US9732686B2 (en) 2013-08-15 2017-08-15 Ford Global Technologies, Llc Variable displacement engine control system and method
US9599052B2 (en) 2014-01-09 2017-03-21 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for catalyst reactivation
DE102015206120A1 (de) * 2014-04-09 2015-10-15 Ford Global Technologies, Llc Verbesserte Echtzeit-Ammoniakschlupfdetektion
JP6252518B2 (ja) * 2015-03-04 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
EP3091128A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-09 Caterpillar Global Mining LLC Hydraulic mining shovel with scr unit
WO2017053898A1 (en) 2015-09-25 2017-03-30 Eaton Corporation Cylinder deactivation control and methods
US10232841B2 (en) * 2016-11-18 2019-03-19 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for improving response of a hybrid vehicle
JP6572932B2 (ja) 2017-04-04 2019-09-11 トヨタ自動車株式会社 アンモニア検出装置の異常診断装置
US10760513B1 (en) * 2019-04-19 2020-09-01 Caterpillar Inc. Engine and method for exhaust aftertreatment
US10865721B1 (en) * 2019-11-11 2020-12-15 Ford Global Technologies, Llc Method and system for measuring and balancing cylinder air-fuel ratio
US11686263B1 (en) 2022-01-06 2023-06-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for controlling selective catalytic reductant catalyst of a gasoline engine
CN115306525B (zh) * 2022-09-01 2024-01-12 潍柴动力股份有限公司 一种尿素喷射控制方法、装置、柴油车及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202219A (zh) * 1995-11-09 1998-12-16 丰田自动车株式会社 净化内燃机排气的方法和装置
US6119452A (en) * 1995-11-17 2000-09-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying exhaust gas of internal combustion engine
US6857264B2 (en) * 2002-12-19 2005-02-22 General Motors Corporation Exhaust emission aftertreatment
CN101929374A (zh) * 2008-11-24 2010-12-29 通用汽车环球科技运作公司 用于在内燃机中控制NOx的被动氨选择性催化还原

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6345496B1 (en) * 1995-11-09 2002-02-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and device for purifying exhaust gas of an engine
DE19922959A1 (de) 1999-05-19 2000-11-23 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidreduktion unter Reduktionsmittelzugabe
US6779337B2 (en) 2002-09-20 2004-08-24 Ford Global Technologies, Llc Hydrogen fueled spark ignition engine
DE10315593B4 (de) 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
KR20090094466A (ko) * 2006-12-23 2009-09-07 우미코레 아게 운트 코 카게 희박 연소 엔진용 배기 방출 제어 시스템 및 시스템 동작 방법
EP1961933B1 (de) 2007-02-23 2010-04-14 Umicore AG & Co. KG Katalytisch aktiviertes Dieselpartikelfilter mit Ammoniak-Sperrwirkung
JP4438828B2 (ja) 2007-06-08 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
EP2072773A1 (en) 2007-12-21 2009-06-24 Umicore AG & Co. KG Method for treating NOx in exhaust gas and system therefore
US8041498B2 (en) 2008-08-29 2011-10-18 GM Global Technology Operations LLC Lean nitrogen oxide emission control system and method
US8424289B2 (en) * 2009-02-23 2013-04-23 GM Global Technology Operations LLC Technique for production of ammonia on demand in a three way catalyst for a passive selective catalytic reduction system
US8677734B2 (en) 2010-04-19 2014-03-25 GM Global Technology Operations LLC Method of producing ammonia effective to control aftertreatment conditions of NOx emissions
US8862370B2 (en) * 2012-08-02 2014-10-14 Ford Global Technologies, Llc NOx control during engine idle-stop operations

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202219A (zh) * 1995-11-09 1998-12-16 丰田自动车株式会社 净化内燃机排气的方法和装置
US6119452A (en) * 1995-11-17 2000-09-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying exhaust gas of internal combustion engine
US6857264B2 (en) * 2002-12-19 2005-02-22 General Motors Corporation Exhaust emission aftertreatment
CN101929374A (zh) * 2008-11-24 2010-12-29 通用汽车环球科技运作公司 用于在内燃机中控制NOx的被动氨选择性催化还原

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