CN103953423A - 一种操作具有lnt和scr后处理装置的柴油发动机系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及操作具有LNT和SCR后处理装置的柴油发动机系统的方法。公开了在稀燃和富燃模式下运转发动机(10)的方法，其中所述发动机(10)在提前喷射富燃模式中运转以在LNT(11)中产生氨，从而存储在位于LNT(11)下游的SCR(13)中。在SCR(13)中，存储的氨与自LNT(11)滑脱的NOx反应以当发动机(10)在稀燃模式中运转时生成双原子的氮气。提前喷射富燃模式的利用降低了当发动机(10)富运转时产生的碳烟量，从而允许发动机(10)在提前富燃模式中运转的时间周期比使用常规的富燃运转的时间周期更长。更长周期的富运转提供了在LNT(11)中使用较少的PGM材料的潜力，同时提供了机会以产生在随后的稀燃运转中需要作为SCR(13)中的还原剂使用的更多的氨。

Description

一种操作具有LNT和SCR后处理装置的柴油发动机系统的方法
技术领域
本发明涉及减少柴油发动机的排放物，尤其涉及操作具有稀NOx捕集器(LNT)和选择性催化还原(SCR)的后处理装置的柴油发动机系统的方法。
背景技术
采用两种方法以减少柴油发动机运转过程中形成的NOx排放物。稀NOx捕集器(LNT)使用铂族金属(PGM)以吸收碱土氧化物材料上的NOx气体。在富燃操作过程中所述LNT也可以产生氨(NH3)。包括诸如NH3的还原剂的选择性催化还原装置(SCR)在含氧环境中还原NOx。NH3的外部来源，例如尿素溶液罐，可以与SCR一起使用。
一种方法是采用串联的LNT和SCR。在使用分层的柴油稀燃(稀)的发动机的主要操作过程中，NOx排放物由LNT作为硝酸盐吸附。然而，发动机可以通过定期使用分层的柴油富燃(富)而运转以吹扫存储的硝酸盐。所述LNT可在该阶段中产生NH3，该NH3可以被SCR吸附以减少下一稀运转过程中的NOx。这种组合降低了对外部NH3来源的需求。
本发明人认识到此装置在富燃阶段中运行产生的一些问题。在富燃阶段运行超过数秒钟产生的碳烟充满柴油微粒过滤器(DPF)。用于再生DPF的600-650℃的高排气温度恶化了发动机的燃料消耗。在富燃阶段运行仅数秒钟可能需要LNT上的高PGM负载，这增加了成本。这也限制了可产生的NH3的量并影响SCR装置下游的性能。
发明内容
为了至少部分地解决这些问题，一个示例包括在富燃模式与稀燃模式之间进行转换的方法，其中富燃模式通过使用提前喷射富燃模式(REI)进行操作，比如预混合的进气压缩点火PCCI。此方法可以进一步使用提前喷射稀燃(LEI)用于稀燃模式。以这种方式，可以提高LNT和SCR装置的效率。
在另一示例中包括操作具有串联设置以接收来自发动机的排气的LNT和SCR后处理装置的柴油发动机系统的方法，其中所述方法包括在稀燃和富燃模式中运转所述发动机，基于LNT和SCR的操作要求在稀燃模式和富燃模式之间转换，以使来自发动机的NOx排放物最少，并在发动机以富燃模式运转时使用提前喷射富燃模式。
在另一示例中，示例发动机控制方法包括：
在第一分层稀燃模式中运转所述发动机；
在第二氨生成模式中运转所述发动机，重复分层稀燃以及分层富燃；以及
在第三氨生成模式中运转所述发动机，包括重复的稀预混合压缩点火和富预混合压缩点火。在第二和第三模式中重复的稀运转和富运转可以包括在稀和富状况之间转换而在其间不具有化学计量操作。另外，在第二模式过程中的分层富燃可以具有比第三模式的预混合压缩点火富燃更短的持续时间，即使第二和第三模式的稀运转是相差不多的／相当的(例如，在一个示例中相等)。另外，在第三模式中的富燃的持续时间可以响应于排气系统中的氨储存和／或生成量而调节得与在第二模式中的富燃不同。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式对本发明作出描述，其中：
图1是根据本发明的第三方面的机动车辆的示意图，其具有根据本发明的第二方面的发动机系统；
图2是示出了在稀燃事件期间形成图1中所示的发动机系统的一部分的LNT和SCR的操作的示意图；
图3是示出了在根据本发明的提前喷射富燃事件期间形成图1所示的发动机系统的一部分的LNT和SCR的操作的示意图；
图4是示出了利用根据本发明的提前燃料喷射富燃的可行的燃料喷射和燃烧场景的示意图；
图5是与图4类似但示出了常规的燃料喷射和燃烧的示意图；以及
图6是示出了按照根据本发明的第一方面的操作具有LNT和SCR后处理装置的柴油发动机系统的方法的基本操作的高水平流程图。
图7是示出了在分层富／稀燃和提前点火富／稀燃的发动机操作之间的选择的高水平流程图。
图8是在分层富／稀燃和提前点火富／稀燃的发动机操作之间的转换例程。
图9A和图9B是详解在分层稀燃、分层富／稀燃以及提前点火富／稀燃中的发动机运转的例程。
图10是可替代的例程。
具体实施方式
可用于减少NOx排放物的两种方法是使用LNT(稀NOx捕集器)和具有诸如氨(NH3)的还原剂的SCR(选择性催化还原)。这两种方法各有其优点和缺点。
LNT催化剂使用PGM(铂族金属)，主要是Pt、Pd和Rh，作为催化剂组分，其分散在高表面积支撑物上。在正常的柴油发动机排气温度，以及在氧过剩的环境下，LNT将吸附如本领域公知的碱土氧化物材料等支撑物上的NOx气体。经过一段时间后，这些吸附位置达到饱和，随之被去除的NOx的质量减少，因此为了继续从气相中去除NOx，需要富吹扫。这是一个缺氧的环境，其中碱土氧化物在低得多的温度下变得不稳定。其释放NO2和NO，NO2和NO易于在相同环境中与HC(未燃烧的碳氢化合物)、CO和H2反应以形成N2、H2O和CO2。
由于高PGM负载，尤其是高铑负载，所述LNT是一种非常昂贵的组分。
SCR在较宽的温度范围内和含氧的环境中还原NOx。SCR不需要PGM组分并且因此更便宜。然而，SCR需要额外的还原剂，如氨，其在已知的系统中以来自贮存器的定量尿素的方式被供给。尿素在排气流中分解以形成氨。因此，常规的SCR的实施方式需要额外的基础设施和设备以将尿素或氨提供给每辆车。尿素的水解需要180℃的最低温度。
在富燃操作过程中，LNT可通过不期望的副反应生成NH3。氨是一种必须被控制的排放物。一种方法是使用组合的LNT／SCR后处理系统，其中SCR催化剂安装在LNT催化剂的下游。这能够使系统增加一些NOx去除能力并且使得NH3的尾气管排放物最小化。
在发动机系统的运转过程中，发动机主要采用稀燃运转，使实现经济的发动机运转。在这个阶段中，如前面所讨论的，NOx排放物由LNT催化剂作为硝酸盐来吸附。然而，发动机必须定期富运转以便LNT去除(吹扫)存储的硝酸盐，并且此吹扫处理产生氨(NH3)。LNT中产生的NH3可以在位于下游的SCR中被吸附，而不是像在其他情况下被排出。所吸附的NH3随后被SCR使用以在下一稀燃周期中还原NOx。
这种组合的LNT和SCR配置因此减少了对外部NH3源的需求，例如，减少了对在独立的SCR的情况下所必须的尿素溶液罐的需求。独立的SCR的情况还包含氨由LNT形成而然后被排出的风险。
然而，存在与这种现有技术的组合的LNT／SCR系统相关的多个问题。
首先，由于柴油发动机富运转时产生的碳烟，发动机可富运转的时间周期被限制到几秒钟。这是因为碳烟是燃烧的不期望的产物。因此，为了满足当前和建议的排放法规，大多数柴油机应用包括使用柴油微粒过滤器(DPF)以从排气中除去碳烟。因此，如果由发动机产生的碳烟量因富运转而增加，则这是一个问题，因为DPF将迅速充满并需要再生。DPF的再生包括排气的温度被提高到如600-650℃的高温，并且为此，需要额外的燃料，从而恶化了发动机的燃料消耗。
因此，因为发动机只能定期地在非常短的时间周期内富运转，所以LNT的PGM负载，特别是，铑负载显著地增加了车辆的成本。此外，在富运转中，可以在如此短的时间周期中产生的NH3的量相对较小，从而限制了NOx的量，NOx可以与NH3反应以在稀运转中在SCR中生成双原子的氮气N2。
根据本发明的第一方面，提供了一种操作具有串联布置的LNT和SCR后处理装置的柴油发动机系统的方法。LNT和SCR装置从发动机接收排气。该方法包括在稀燃和富燃模式中运转发动机，并且基于所述LNT和SCR的运转要求在稀燃模式和富燃模式之间进行转换。当发动机在富燃模式中运转时，该运转要求利用提前喷射富燃模式寻求来自发动机的NOx排放物的最小化。
这具有协同使用的优点，其中LNT(产生NH3)的缺点和SCR装置(对NH3的需要)的缺点被放在一起以成为二者的优点。此外，提前喷射富燃模式生成更大量的NH3。此外，富燃可以在较长的时间周期发生。这可以进一步增加生成的NH3的量。SCR装置因此可被提供可行数量的NH3。
该方法可进一步包括使用提前喷射稀燃模式作为稀燃模式。
发动机可以在所述稀燃模式中运转，直至硝酸盐在LNT中的存储量达到预定的上限，然后可转换到富燃模式以减少硝酸盐。
发动机可以在稀燃模式中运转，直至存储在SCR装置中的氨的供给达到预定的下限，然后可转换到富燃模式以在LNT中产生氨，从而储存在SCR中。
该方法可以进一步包括在富燃模式中运转所述发动机，直至储存在SCR中的氨的供给达到预定的上限和／或在LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的下限。
所述NOx可作为硝酸盐存储在LNT上。
该方法可进一步包括在单次燃料喷射中喷射燃料。该方法可进一步包括在多个分立的燃料喷射中喷射燃料，例如在提前喷射富燃或提前喷射稀燃过程中。
该方法可进一步包括在燃烧开始之前，喷射将要被喷射的燃料中的大部分。该方法可进一步包括在燃烧开始之前，喷射基本上所有的将要被喷射的燃料。
该方法可包括将部分发动机排气再循环至所述发动机的入口。该方法可进一步包括增加在提前喷射富燃过程中被再循环的所述部分发动机排气，使得被再循环的所述部分发动机排气可大于来自发动机的排气的50％。被再循环的所述部分发动机排气可以大于或等于来自发动机的排气的约70％。
根据本发明的第二方面，提供了一种发动机系统，其包括柴油发动机、设置成接收来自发动机的排气的LNT、设置成接收先前已被LNT处理的排气的SCR、以及控制发动机的运转的电子控制器。电子控制器可操作为在稀燃和富燃模式中运转发动机。电子控制器可操作为基于LNT和SCR的运转要求在稀燃模式和富燃模式之间转换发动机，以便最小化来自发动机的NOx排放物。电子控制器可操作为在发动机以富燃模式运转时使用提前喷射富燃模式。
电子控制器可以进一步操作为在发动机以稀燃模式运转时使用提前喷射稀燃模式。
电子控制器可以在稀燃模式中运转发动机，直到LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的上限。然后，电子控制器可以转换到富燃模式以减少硝酸盐。
该电子控制器可以在稀燃模式中运转发动机，直到储存在SCR中的氨的供给达到预定的下限。然后该电子控制器可以转换发动机到提前喷射富燃模式，以在LNT中产生氨，从而存储在SCR中。
电子控制器可以进一步操作为在提前喷射富燃模式中运转发动机，直至储存在SCR中的氨的供给达到预定的上限和／或LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的下限。电子控制器然后可以将发动机的操作转换至稀燃模式。
LNT中的硝酸盐的存储量可以是NOx的存储量。
电子控制器可以进一步可操作为在单次燃料喷射中喷射燃料。电子控制器可以进一步可操作为在多个分立的燃料喷射中喷射燃料，例如在提前喷射富燃或提前喷射稀燃过程中。
电子控制器可进一步可操作为在燃烧开始之前喷射将要被喷射的燃料中的大部分。电子控制器可进一步可操作为在燃烧开始之前喷射基本上所有的将要被喷射的燃料。
发动机系统可以配置成将部分发动机排气再循环至所述发动机的入口。所述电子控制器可进一步可操作为增加在提前喷射富燃过程中被再循环的所述部分发动机排气。被再循环的部分发动机排气可以大于来自发动机的排气的50％。被再循环的部分发动机排气可以大于或等于来自发动机的排气的约70％。
根据本发明的第三方面，提供了具有根据本发明的所述第二方面构造的发动机系统的机动车辆。
具体参考图1，示出了具有发动机系统5的机动车辆1。
发动机系统5包括柴油发动机10、稀NOx捕集器(LNT)11、柴油微粒过滤器(DPF)12、被动选择性催化还原装置(SCR)13和电子控制器20。
排气从发动机10经由排气系统14流入LNT11，从LNT流入DPF12，从DPF12流入SCR13，并且然后经由排气系统14的尾气管15输出到大气。
所述LNT11、DPF12和SCR13使用本领域中公知的材料以常规方式构造。
除了上述组件外，也可以提供氧化催化剂(未示出)。该氧化催化剂可以是单独的组件，或所述氧化催化剂可构成LNT11的一部分。
如所示，DPF12和SCR13可以是单独的组件。然而，所述DPF12和SCR13可以合并，使得它们作为单一组件被提供。
发动机10可在两个主要燃烧模式中运转，即稀运转模式和富运转模式，在稀运转模式中，燃烧混合物是稀化学计量的(λ＞1.001，最高达5)而在富运转模式中，燃烧混合物是富化学计量的(λ＜0.700至0.995)。
当在富运转模式中运转时，发动机10由电子控制单元20控制以在提前喷射模式中运转，并且所引起的燃烧模式在下文中被称为提前喷射富燃(REI)。
当在稀运转模式中运转时，发动机10由电子控制单元20控制以在提前喷射模式中运转，并且所引起的燃烧模式在下文中被称为提前喷射稀燃(LEI)。
LEI和REI之间的一个共同特点是，在燃烧开始前开始喷射柴油燃料，从而在燃烧开始前允许燃料空气混合物的良好的预混合。参照图4和图5，图5所示的常规柴油燃料喷射燃烧(有时称作CIDI)和图4所示的LEI或REI之间的主要差异是，在常规燃料喷射燃烧中，燃烧与燃料的喷射同时发生(如图5中的喷射事件‘Inj’和燃烧事件‘Comb’所示)。
然而，在LEI或REI的情况下，喷射优选地在燃烧开始前完成(如图4中喷射事件‘Inj1A”和燃烧事件‘Comb’所示)。因此，在一个示例中，所有的或基本上所有的将被喷射的燃料(例如，在该燃烧循环中)均在燃烧开始之前被喷射。
然而，如果在喷射事件的末尾和燃烧开始之间具有较小的重叠(如图4中的喷射事件‘Inj1B’和燃烧事件‘Comb’所示)，则也会获得有益的效果。这样的重叠可能是期望的，因为它可以减少燃烧室中压力增加的速率，这进而可降低产生的噪音。因此，在一个示例中，将被喷射的燃料中的大部分可以在燃烧开始之前喷射。在特定的示例中，至少大致90％的将被喷射的燃料可以在燃烧开始之前被喷射。在另一示例中，至少大致95％的将被喷射的燃料可以在燃烧开始之前被喷射。
因此，在REI或LEI的情况下，由燃烧产生的大部分能量发生在喷射事件已经结束之后，并且燃烧混合物在燃烧事件开始之前被充分混合。预混合的进气压缩点火(PCCI)是这种提前喷射运转模式的一个示例。
燃料可以是单次喷射，例如脉冲。然而，正如图4所示，将被喷射燃料可以在例如脉冲的两个或更多个分立的喷射中被喷射。燃料可以在REI或LEI过程中的多次喷射中被喷射，但也可在单次喷射中被喷射。在存在多次喷射的情况下，最后一次喷射可以或不可以与如上所述的燃烧的开始重叠。多次喷射可提高燃料和空气的混合。
燃料的喷射可以在与相应的活塞和燃烧室关联的曲柄臂在该曲柄臂到达上止点(TDC)之前处于40°之后的任意点处开始。在单次喷射的情况下，燃料的喷射可在曲柄臂在TDC之前处于30°时开始。在多次喷射的情况下，燃料喷射可在曲柄臂在TDC之前处于40°时开始。燃烧可在曲柄臂在TDC之后处于约3°时开始。如上所述，所有或基本上所有将被喷射的燃料均可以在燃烧开始之前被喷射。然而，燃料喷射可以在曲柄臂在TDC之后处于大约3°之前不久、处于大约3°之时，或处于大约3°之后完成。例如，燃料喷射可以在曲柄臂处于从TDC之前的2°到TDC之后的8°的范围中时完成。另一方面，应当理解的是，燃料喷射可以在该范围外的曲柄角下完成，特别是该范围之前的曲柄角，例如曲柄在TDC之前达到2°。
虽然没有示出，但排气再循环(EGR)可以被应用到发动机10，使得部分发动机排气再循环到发动机的入口。EGR的量可以通过EGR阀(未示出)来控制，该EGR阀可以反过来由电子控制器20控制。
在REI或LEI期间，可增加被再循环的所述部分发动机排气。例如，在REI或LEI期间，EGR率(其由再循环质量流率限定为流入柴油发动机10的总质量流率的百分比)可增至超过50％，如约70％或更高。该EGR率否则可能不超过50％，并且在常规的燃料喷射燃烧过程中可以典型地为约20-30％。
增大EGR率允许进一步减少NOx的排放物，这是由于REI或LEI的改进的混合以及由此获得的较低的火焰温度。然而，因为熄火和高碳烟问题，EGR率增加到如此高的比率这在以前是不可能的。有利的是，上面描述的REI或LEI模式提供了克服这些问题的增强的混合并允许较大的EGR率并由此减少的NOx排放物。
增强水平的EGR也可维持或降低燃烧噪声水平，该燃烧噪声水平否则可能在REI模式中增加。上述REI模式也可允许与其他富喷射模式相比相对较低的排气温度。此外，如上所述的REI模式与稀喷射模式相比可能对特定的燃料消耗几乎不具有有害影响或完全没有有害影响。
总之，本发明的REI模式提高了后处理系统的效率，而不对特定燃料消耗、碳烟水平或燃烧噪声产生不利影响。
发动机系统5的操作如下所述。
只要有可能，发动机10均由电子控制器20操作在LEI中，因为这产生最少的排放物并使用最小的燃料量。
在使用LEI的发动机燃烧期间，由发动机10产生作为燃烧过程的副产物的一氧化氮(NO)和二氧化氮NO2，并且这些物质从排气系统14进入LNT11。
在LNT11中，NO在利用PGM催化剂材料的氧化催化剂中进行反应以产生NO2，其与由发动机10产生的NO2一起作为硝酸盐在LNT中被吸收或存储。
没有被LNT11去除的任何NOx流经DPF12到达SCR13。在SCR13中，这种滑脱的NOx可以与如下文所述的存储在SCR13中的氨NH3发生反应。当SCR13内的温度超过180℃时，NH3被释放，且LEI的使用能够产生这样的温度，即使在发动机10以很轻的负载运转时，这在常规的稀燃情况下是不能实现的。
虽然根据本发明优选的是发动机10在操作的这种稀燃阶段中以LEI运转，以便最大限度地减少排放物，并且由于更好的燃料混合而使用较少的燃料，但是可以理解的是，也可以在操作的这种稀燃阶段中使用常规喷射正时使发动机10稀运转。
在某个时间点，LNT中存储的硝酸盐的量达到预定的上限，并且存储的硝酸盐将需要被减小。电子控制器20之后可操作为将燃烧模式从稀燃转换到图3所示的REI燃烧模式。相似地，储存在SCR13中的NH3可以被用尽，并且因此可能需要被补充，以使NH3与从LNT11滑脱的NOx继续反应。电子控制器20然后可操作为将燃烧模式从稀燃转换到如图3所示的REI燃烧模式。当LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的上限和／或储存在SCR13中的NH3用尽时，该电子控制器20可操作为将燃烧模式从稀燃转换到REI燃烧模式。
当发动机10在REI的燃烧模式中运转时，HC、CO和H2作为燃烧的副产物生成，并且这些副产物的数量与使用常规的柴油燃料喷射的运转相比有所增加。然而，由于混合物在燃烧开始前被很好地混合的事实，REI的使用产生了比使用常规的柴油直接燃料喷射少得多的碳烟。与燃烧混合物的空燃比局部变化相当大的常规的柴油直接燃料喷射过程相比，燃料和空气的预混合的空燃比在燃烧过程中在混合物内发生缓和的变化。在常规的柴油直接燃料喷射过程的情况下，混合物的非常富的部分由于不完全燃烧而对产生碳烟负主要责任，并因此通过使用REI，产生的碳烟量显著减少，并且甚至可以基本消除。
所述HC、CO和H2在LNT11中与存储的硝酸盐发生反应，并且还原硝酸盐以产生NH3。本发明的一个优点在于，由于通过使用REI产生的HC、CO以及特别是H2水平的提高，产生的NH3的量高于使用常规的柴油直接燃料喷射过程产生的NH3的量。
当下一个稀燃阶段发生时，在LNT11中产生的NH3流至SCR13，并存储在此以便使用。
因为使用REI产生了比使用常规的柴油直接燃料喷射过程明显减少的碳烟，与使用常规的柴油直接燃料喷射过程的情况相比，使用REI使发动机10富运转可用于较长的时间周期。可替代地，DPF12的尺寸可以制造得更小，从而使其更容易封装且潜在地使生产成本更低。
使用REI具有许多附加的优点，首先，因为发动机10的富运转可用于更长的时间周期，所以可以使用具有更少PGM负载的LNT11，这提供了相当大的成本节约。更少PGM材料的需求也可以允许LNT11被制造得更小，从而允许它被更容易地封装在机动车辆1上。除了来自所述后处理系统的背压将减小之外，还允许改进的性能、更好的燃料经济性和来自车辆的更少的CO2排放物。
不仅REI的使用由于较高水平的HC、CO以及特别是H2而增加了在LNT11中通过与来自发动机10的排气反应而产生的NH3的量，而且因为发动机10的富运转可用于更长的时间周期，所以NH3的体积可被进一步增加。LNT11可因此被优化以通过以下方式产生所需量的NH3：改变PGM和所用的基础材料的量；调节空燃比(例如，当量比λ)和／或发动机10通过电子控制器20在REI燃烧模式中运转的时间。
作为在富运转过程中通过LNT11提高NH3产量的结果，如果更多的NH3在富运转期间被存储在所述SCR13中，则发动机10可以潜在地在稀运转中运转更长的时间周期。
尽管如上文所述的电子控制器20控制燃料喷射到发动机10中以使发动机10可以在REI和LEI模式中运转，但是可以理解的是，实际的燃料喷射控制可以通过单独的燃料喷射控制器完成，而电子控制器20然后运转以确定何时需要LEI或REI，并且命令燃料喷射控制器提供这样的燃烧条件。因此，可以理解，控制器20可以包括一个或多个单独的控制器。
现在参照图6，例程100被描述以显示操作具有串联设置的LNT和SCR的柴油发动机的方法的步骤。具体地，鉴于估计／测量的NOx的水平和／或估计／测量的NH3的水平，例程100能够调节发动机的操作模式以减少来自柴油发动机的排放物。
在102，发动机工况可以被测量和／或估计。这些工况可包括：例如，发动机转速、排气温度、发动机冷却剂温度、排气催化剂温度(如排气SCR催化剂和／或排气LNT的温度)、操作者扭矩需求等。
在104，包括排气NOx水平的排气排放物水平可被测量和／或估计。此外，存储在所述排气中的氨(NH3)的量可以被确定。这包括存储在所述排气SCR催化剂上的氨的估计水平，以及在排气道中的任何氨水坑(ammonia puddle)。估算排气NOx和NH3水平可包括，例如，直接测量尾气管排放、直接测量排出LNT的O2水平、对通过LNT产生的硝酸盐建模、对在最后的富运转阶段中硝酸盐的减少建模、自从最后的REI燃烧阶段经过的时间、基于产生的滑脱的NOx的量而对NH3使用建模、对在最后的富运转阶段中存储的NH3建模，等等。在一个示例中，位于排气SCR催化剂的上游和下游的一个或多个排气NOx传感器的输出可被用于估计或推断排气NOx水平和NH3的水平。
在106，例程可确定是否需要产生NH3。例如，可以确定存储在排气SCR催化剂上的NH3水平是否足以使SCR催化剂还原排气的NOx。如果不需要产生NH3，如当在SCR催化剂上的NH3储存水平高于阈值水平时，例程可进行至108并使发动机在具有压缩点火稀燃的第一模式中运转。如图9所示，在第一模式中的发动机运转包括在压缩冲程的TDC处或压缩冲程的TDC周围输送燃料，并且然后使用压缩点火使燃料稀燃。在一个可替代的示例中，如果SCR催化剂需要的额外的NH3小于阈值量，则该例程可以在第一模式中运转发动机。
如果在106，确定需要进一步生成NH3，如当在SCR催化剂上的NH3水平低于阈值时，或者当所需的额外的NH3大于阈值量时，则该例程进行到110以在第二或第三模式之一中运转发动机，其中发动机富燃和稀燃是交替的。具体地说，发动机运转在交替的分层富燃／稀燃和交替的PCCI富燃／稀燃之间选择。在第二和第三模式中，发动机操作在稀燃阶段和富燃阶段之间交替，在稀燃阶段中，储存在SCR催化剂上的氨被用于还原NOx种，在富燃阶段中，氨被生成并存储在SCR催化剂上以便在随后的稀阶段中消耗。参照图2所述，控制器可响应于生成氨的需要而基于各种参数选择第二模式和第三模式之一，所述参数例如发动机转速-负载条件、发动机温度条件、排气催化剂的温度条件和NH3负载条件。此外，基于发动机工况的变化，该控制器可以在第二模式和第三模式之间转换。
转到图7，图示的例程200用于在具有交替的分层富燃／稀燃的第二模式中的发动机运转和在具有交替的PCCI富燃／稀燃的第三模式中的发动机运转之间进行选择。该例程进一步使控制器能够确定是否以及何时在所述第二模式和第三模式之间进行转换。当在图7例程中在第二模式和第三模式之间转换时，该发动机控制器可以被进一步配置成执行详述于图8中的转换例程的步骤。
在202，例程确定发动机的燃烧稳定性是否受限。例如，可确定发动机是否运转为接近燃烧稳定性的限值。在一个示例中，在冷的发动机状况中(如在冷起动过程中)，发动机燃烧稳定性可受限。因此，PCCI燃烧只可在不存在燃烧稳定性问题时执行。如果发动机燃烧稳定性受限，则例程可以前进到204，并选择以交替的分层稀／富燃运转的第二模式。否则，如果发动机的燃烧稳定性不受限，则例程可以前进至206，并选择以交替的稀／富燃PCCI燃烧运转的第三模式。
可以理解，虽然步骤204-206描述了基于发动机燃烧稳定性限制在第二和第三模式之间的选择，但在可替代的示例中，控制器可以基于发动机燃烧稳定性限制在第二和第三模式之间转换。例如，响应于以第二模式运转时燃烧稳定性的下降，控制器可以转换到第三模式。作为另一个示例，响应于以第三模式运转时燃烧稳定性的改善，该控制器可以转换到第二模式。
自步骤204和206中的每个，例程前进到208，其中例程可确定发动机是否在稳态条件下运转。例如，可以确定没有频繁的松加速器踏板和踩加速器踏板。因此，PCCI燃烧只可在存在有限的瞬变的条件期间进行。如果稳态条件没有被确认，但相反地瞬态条件被确定，那么例程前进到210以保持以第二模式运转(如果已经以第二模式运转，如在204)，或者转换到第二模式(如果已经以第三模式运转，如在206)。如上面所讨论的，在第二模式过程中，发动机可以进行交替的分层稀／富燃。
如果稳态条件被确认，则例程前进到212以保持以第三模式运转(如果已经以第三模式运转，如在206)或转换到以所述第三模式运转(如果已经以第二模式运转，如在204)。如上所述，在第三模式中，发动机可以进行交替的PCCI稀／富燃。如果转换在第二和第三模式之间进行，则转换例程如图8所示的例程也可被执行以降低可能在转换过程中发生的扭矩扰动。
自步骤210和212，例程前进到214，在此可以确定所述发动机是否在限定的转速-负载范围内。因此，PCCI燃烧只可当发动机转速-负载条件在指定的狭窄范围内如低至中等发动机转速和负载时进行。如果发动机在限定的范围外运转时，例程可进行到216，并保持或转换到具有交替的分层稀／富燃的第二模式。否则，如果发动机的状况在指定的范围内，那么例程进行到218并保持或转换到具有交替的PCCI稀／富燃的第三模式。如果在第二和第三模式之间进行转换，那么图8中的转换例程可以被执行以实现平滑转换。
自步骤216和218，例程前进到220，在此可确定SCR催化剂上所需氨的量是否高于阈值量。在一个示例中，所需氨的量可以基于排气SCR催化剂的当前的NH3负载。所述阈值量可基于相对于所述第三模式的第二模式中的发动机的氨生产能力。因此，在第三模式运转过程中，燃料的提前喷射(在富运转过程中)允许更长持续时间的富燃，并由此产生较大量的氨。相比较而言，在第二模式中运转期间，富运转的较短的持续时间限制了发动机的氨生产能力。因此，如果需要生成的氨高于阈值量(即，较高的氨需求)，则例程进行到224以保持或转换到具有交替的PCCI稀／富燃的第三模式。否则，如果所需要的氨低于阈值量(即，较低的氨需求)，那么例程进行到222以保持或转换到具有交替的分层稀／富燃的第二模式。如果在第二和第三模式之间进行转换，那么图3中的转换例程可以被执行以减少转换过程中的干扰。
可以理解的是，虽然步骤220示出了评估排气NH3的水平，但在进一步的示例中，步骤220可以附加地或可替换地包括评估排气NOx水平是否在预定的阈值。例如，如果排气NOx水平较低，则可以选择第二模式，同时如果排气NOx水平较高，则可以选择第三模式。
自步骤222和224，例程前进到226以确定催化剂的工作温度是否低于阈值温度。如果为否，则例程可前进到228，并保持或转换到以具有交替的分层稀／富燃的所述第二模式运转。否则，例程可前进到230，并保持或转换到以具有交替的PCCI稀／富燃的第三模式运转。因此，PCCI燃烧可能对排气催化剂温度是敏感的，并且可能需要进行充分的催化剂加热。如果在第二和第三模式之间进行转换，那么图8中的转换例程可以被执行以减少转换过程中的扭矩扰动。
现在转向图8，转换例程300被说明以用于发动机在交替的分层稀／富燃(第二模式)和交替的PCCI稀／富燃(第三模式)之间转换之时。具体地说，例程300基于稀／富的发动机工作模式来调节发动机的运行条件。例程300可以作为例程200的一部分进行，如在从第二模式转换到第三模式期间进行，或反之亦然。
在302，例程可以确认是否已经发生从第二模式到第三模式的转换。例如，可以确定在例程200执行步骤212、218、224或230期间是否发生了转换。如果为否，则例程可前进到312。如果为是，则例程可以前进通过304、306、308和310。
如果确认转换到第三模式，则在304，例程可以在交替的富／稀运转期间调节汽缸中的富和／或稀的程度。在一个示例中，当从所述第二模式转换到第三模式时，所述调节可包括增加富运转的富程度并增加稀运转的稀程度，这是由于第三模式的提前喷射允许更长持续时间的富／稀运转。
在306，该例程可以调节多个汽缸从交替的分层富燃／稀燃的第二模式转换到PCCI富燃／稀燃的第三模式。这可以包括，例如，一次转换一个汽缸，或一次转换多个汽缸。汽缸的选择可以基于点火顺序、发动机组的位置、发动机歧管配置等。汽缸的选择可以进一步基于在汽缸(例如，在多组发动机中的相同组上)的下游连接的排气SCR催化剂的状况。在汽缸逐渐被转换的一个示例中，发动机可以利用在交替的分层富燃／稀燃的第二模式中的一些汽缸以及以具有交替的PCCI富燃／稀燃的第三模式运转的其他汽缸而运转。
在一个示例中，发动机可以是直列四缸发动机，并且转换可包括转换第一点火汽缸，接着是第二点火汽缸，然后是第三点火汽缸，然后是第四点火汽缸。在另一示例中，被点火的前两个汽缸可被转换，之后跟随的是另两个汽缸。在另一示例中，所有发动机汽缸可以同时转换。在一个可替代示例中，发动机可以是6缸V型发动机，并且转换可包括转换在第一组上的第一点火汽缸，接着转换在第二组上的第一点火汽缸，然后转换在第一组上的第二点火汽缸，等等。在另一示例中，两个发动机组上的第一点火汽缸可以同时转换，然后第二点火汽缸可以同时转换，等等。在另一示例中，给定组的所有发动机汽缸可以被同时转换。
在308，该例程可以调节发动机将完成所述转换的循环数。例如，可以确定发动机模式是否在给定的发动机循环或多个发动机循环上进行转换。在一个示例中，当从第二模式转换到第三模式(其中，燃烧的较长持续时间是可能的)时，执行所述转换的发动机的循环数可以基于存储在SCR装置中的氨的量而增加或减少。
在310，例程包括在从所述第二模式到第三模式的转换过程中调节一个或多个发动机的扭矩执行器以补偿任何预计的扭矩扰动。该调节可以基于相对于以第三模式运转期间发动机的预计的扭矩输出的以第二模式运转期间发动机的预计的扭矩输出。被调节的扭矩执行器可以包括一个或多个进气节气门、EGR阀、增压水平等等。该调节可包括基于对扭矩下降的预计而增大进气节气门的开口或基于对扭矩波动的预计而减小进气节气门的开口。
返回到302，如果没有确认从第二模式到第三模式的转换，则在312，例程可以确认在例程200的过程中是否发生了从第三模式到第二模式的转换，如在210、216、222或228处。如果为否，则例程可以结束。如果为是，该例程可以前进通过314、316、318和320。
如果确认转换到所述第二模式，则在314，例程可以调节在交替的富燃／稀燃运转过程中汽缸中的富和／或稀的程度。在一个示例中，当从所述第三模式转换到第二模式时，所述调节可包括减少或增加富运转的富的程度以及稀运转的稀的程度，这是由于第三模式的提前喷射允许更长持续时间的富／稀运转。
在316，该例程可以调节从交替的PCCI富／稀烧的第三模式转换到分层富／稀燃的第二模式的汽缸的数量。这可以包括，例如，一次转换一个汽缸，或一次转换多个汽缸。汽缸的选择可以基于点火顺序、发动机组的位置、发动机歧管配置等。汽缸的选择可以进一步基于在汽缸(例如，在多组发动机中的相同组上)的下游连接的排气SCR催化剂的状况。在汽缸逐渐被转换的一个示例中，发动机可以交替的分层富／稀燃的第二模式运转一些汽缸，而以交替的PCCI富／稀燃的第三模式运转其他汽缸。
在一个示例中，发动机可以是直列四缸发动机并且所述转换可包括转换第一点火汽缸，接着是第二点火汽缸，然后是第三点火汽缸，然后是第四点火汽缸。在另一示例中，被点火的前两个汽缸可被转换，随后是接下来的两个汽缸的转换。在另一示例中，所有发动机汽缸可以同时转换。在一个可替代的示例中，发动机可以是6缸V型发动机，并且所述转换可包括转换第一组上的第一点火汽缸，接着转换第二组上的第一点火汽缸，然后转换第一组上的第二点火汽缸，等等。在另一示例中，两个发动机组上的第一点火汽缸可以同时转换，然后两个发动机组上的第二点火汽缸可以同时转换，等等。在另一示例中，给定组的所有发动机汽缸均可以同时转换。
在318，该例程可以调节完成所述转换的发动机循环的数量。例如，可以确定发动机模式是否在给定的发动机循环或多个发动机循环上被转换。在一个示例中，当从第三模式转换到第二模式时，执行所述转换的发动机循环的数量可减少。
在320，例程包括在从第二模式到第三模式的转换期间调节一个或多个发动机的扭矩执行器以补偿任何预计的扭矩扰动。该调节可以基于相对于以第三模式运转期间发动机的预计的扭矩输出的以第二模式运转期间发动机的预计的扭矩输出。被调节的扭矩执行器可以包括一个或多个进气节气门、EGR阀、增压水平等等。该调节可包括基于对扭矩下降的预计而增大进气节气门的开口或基于对扭矩波动的预计而减小进气节气门的开口。
现在转向图9A和图9B，示出了详述在第一模式、第二模式和第三模式中的发动机运转的例程。特别是图9A-B的例程说明了分层稀燃(第一模式)、交替的分层稀／富燃(第二模式)和交替的PCCI稀／富燃(第三模式)。
在402，例程可以确定是否已启用所述第一模式。如果为否，则例程可前进到412。如果启用第一模式，则该例程可以前进通过404、406和408。第一模式是分层稀燃，其使得实现发动机的经济性运行。燃料大约在燃烧发生的同时被喷射。
在404，在第一模式中的发动机运转过程中，燃料在压缩冲程TDC处或其附近被喷射。这样，稀燃喷射被传送。在406，燃料喷射的稀程度根据发动机转速-负载条件而调节。例如，随着发动机转速-负载增加，稀的程度增大。在408，燃料以分层压缩点火燃烧，而没有燃料的火花点火。
在412，例程可确定是否启用了第二模式。如果为否，则例程可前进到442。如果启用了所述第二模式，则例程可以前进至414。第二模式是分层稀／富燃模式。所述第二模式被描述为以分层稀燃开始。
在414，燃料在压缩冲程TDC处或其附近被喷射入汽缸，以用于分层稀燃。在416，燃料喷射的稀的程度基于例如发动机转速-负载条件、排气催化剂温度(Tcat)和排气NOx水平而调节。例如，随着排气催化剂温度降低或排气NOx水平降低，稀的程度可增加。在418，被输送的燃料通过分层压缩点火燃烧，而不通过火花点火燃烧。
在420，例程可确定排气NOx或LNT的硝酸盐水平是否大于第一(上限)阈值水平。可替换地，可以确定在排气LNT中捕集的NOx水平是否大于需要去除硝酸盐的阈值。因此，在富运转过程中，储存在SCR催化剂中的NH3可以用于再生排气NOx捕集器并减少排气NOx的种类。第一阈值可基于所述排气催化剂的温度和SCR催化剂的NH3负载。
如果排气NOx水平不大于第一阈值，则例程可前进到422并保持分层稀燃，直到排气NOx水平大于所述第一阈值。否则，一旦排气NOx水平足够高，则例程可以前进至424并转换到分层富燃以产生氨，从而在随后的稀运转期间还原NOx。
在420，例程可以额外地或可替换地确定SCR催化剂中的NH3水平是否小于下限阈值。
在424，控制器可以将发动机运转从分层稀燃转换到分层富燃。具体地说，在426，燃料在压缩冲程TDC处或其附近被喷射，以用于分层富燃。在428，燃料喷射的富的程度基于例如发动机转速-负载条件、Tcat和储存在SCR催化剂上的NH3的量来调节。例如，随着排气催化剂温度下降或SCR NH3水平的降低，富的程度可增加。在430，燃料以分层的压缩点火进行燃烧。
在432，例程可以确定SCR中的NH3水平是否高于第二(上限)阈值水平。因此，在富运转过程中，NH3可以被生成并存储在SCR催化剂处。如果NH3水平更小，则例程可以前进到436并保持分层富燃，直到NH3SCR水平大于所述上限阈值。即，分层富燃可继续进行，直到足够的NH3储存在SCR催化剂中以便在后续稀运转过程中实现NOx还原。如果NH3水平更高，则例程可前进到434并转换回到分层稀燃。
在442，如从继续图4A的图4B中所示，例程可确定是否启用了第三模式。如果未启用第三模式，例程结束。如果启用，该例程可以前进到444。第三模式涉及交替的PCCI稀／富燃。第三模式被示出为以稀PCCI燃烧开始。
在444，燃料早于压缩冲程喷射。具体地说，燃料如本文所述地喷射。在一个示例中，所有的或基本上所有的被喷射的燃料均在燃烧开始之前喷射。在另一示例中，在燃料喷射事件的末尾和燃烧开始之间存在很小的重叠。因此，在PCCI稀燃的情况下，产生的大部分能量发生在喷射事件结束之后，并且燃烧混合物在燃烧事件开始之前被充分混合。燃料可以在一个脉冲或超过两个或更多个分立喷射例如多个脉冲中进行喷射。燃料喷射的正时以及燃料喷射的脉冲数可以基于发动机转速-负载条件、Tcat、排气NOx水平以及SCR催化剂的氨负载。例如，随着SCR催化剂的氨水平的增加，稀燃料喷射可以早于压缩冲程TDC进行。
在446，燃料喷射的稀的程度基于例如发动机转速-负载条件、Tcat、排气NOx和SCR催化剂的氨负载而调节。例如，随着氨负载增加，稀的程度可以增加，以允许具有更多的NOx还原的更长的稀PCCI燃烧。在448，稀燃料以预混合的进气压缩点火燃烧，而不是以火花点火燃烧。
在450，例程可以确定排气NOx或LNT硝酸盐水平是否大于第三阈值(阈值3)。可选择地，可以确定在排气LNT中捕集的NOx水平是否高于需要去除硝酸盐的阈值。因此，在富运转过程中，储存在SCR催化剂处的NH3可以用于再生排气NOx捕集器并减少排气NOx的种类。第三阈值可基于所述排气催化剂的温度和SCR催化剂的NH3负载。此外，第三阈值可以高于相应地应用于所述第二模式(在420)期间的第一阈值。在一个示例中，所述第三阈值可以被确定为所述第一阈值和SCR催化剂的氨水平的函数。如果排气NOx水平不高于第三阈值，则例程可以前进到452并保持PCCI稀燃，直到排气NOx水平大于第三阈值。否则，一旦排气的NOx水平足够高，则例程可以前进至454并转换到PCCI富燃以产生氨，从而在随后的稀运转期间还原NOx。
在450，例程可以额外地或可替换地确定SCR中的NH3水平是否小于下限阈值。
在454，如前面444中描述的，燃料早于压缩冲程而喷射。在一个示例中，所有的或基本上所有的被喷射的燃料均在燃烧开始之前喷射。在另一示例中，在燃料喷射事件的末尾和燃烧开始之间存在很小的重叠。因此，在PCCI富燃的情况下，产生的大部分能量发生在喷射事件结束之后，并且燃烧混合物在燃烧事件开始之前被充分混合。燃料可以在一个脉冲或超过两个或更多个分立喷射例如多个脉冲中进行喷射。燃料喷射的正时以及燃料喷射的脉冲数可以基于发动机转速-负载条件、Tcat、排气NOx水平以及SCR催化剂的氨负载。例如，随着SCR催化剂的氨水平的增加，富燃料喷射可以早于压缩冲程TDC进行。
在456，燃料喷射的富的程度基于例如发动机转速-负载条件、Tcat、排气NOx和SCR催化剂的氨负载来调节。例如，随着氨负载增加，富的程度可以增加，从而允许具有更多NH3产物的较长的PCCI富燃。在458，富燃喷射通过预混合的进气压缩点火而燃烧。
在462，例程可确定SCR中的NH3水平是否大于第四(上限)阈值水平。如果为否，则例程可前进到466并保持PCCI富燃，直到SCR中的NH3水平大于上限阈值。即，PCCI富燃可继续进行，直到足够的NH3被存储在SCR催化剂中，以在后续稀运转过程中实现NOx还原。所述第四阈值可基于排气催化剂的温度和SCR催化剂的NH3负载。进一步地，第四阈值可以高于相应地应用于第二模式(在432)中的第二阈值。在一个例子中，第四阈值可被确定为所述第二阈值和SCR催化剂的氨水平的函数。如果氨水平更高，则例程可以前进至464，并且转换回到PCCI稀燃。
在另一示例中，一种可选择的方法描述于图10中。在步骤110，电子控制器20在稀运转模式中操作发动机10，该模式优选为LEI运转模式但也可以是如前所述的常规的稀运转模式。
如前面所讨论的，在发动机运转的这种稀燃阶段中，LNT11将NO氧化成NO2并且将氧化的NO和由发动机10产生的任何NO2作为硝酸盐存储在LNT11中。任何没有被氧化或存储在LNT11中的NOx均作为滑脱的NOx离开LNT，并在SCR13中与其储存的NH3发生反应，以生成经由尾气管15排出SCR13的双原子氮气N2。
在步骤120中，检查存储在LNT11中的硝酸盐的量是否已经达到预定上限，例如，当LNT与硝酸盐已经基本饱和时。这个步骤可以以许多方式实现，例如但不限于，直接测量尾气管排放物、直接测量排出LNT的O2水平、对由LNT生成的硝酸盐建模、对在最后的富运转过程中减少的硝酸盐建模以及自上个REI燃烧阶段经过的时间。
在步骤120中，可以附加地或可选择地检查在SCR中是否需要更多的NH3。这个步骤可以以许多方式实现，例如但不限于，直接测量尾气管排放物、对基于产生的滑脱的NOx的量的NH3的使用量建模、对在最后的富运转阶段中存储的NH3建模以及自上个REI燃烧阶段经过的时间。
如果存储在LNT中的硝酸盐的量并不需要被减少和／或足够的NH3保持与来自LNT11的滑脱的NOx发生反应，则该方法返回到步骤110并且发动机进行稀运转。
然而，如果有迹象显示存储在LNT中的硝酸盐的量已经达到了预定的上限和／或存储在SCR13中的NH3的量低于预定水平，则该方法前进到步骤130，并且发动机10通过电子控制器20在REI运转模式中运转。
如前面所讨论的，在REI燃烧模式中，NH3在LNT11中生成并随后储存在SCR13中，从而补充存储的NH3。
在步骤140，反复检查存储在LNT11中的硝酸盐的量是否保持高于预定下限，例如在所述预定下限处基本没有或几乎没有残留的硝酸盐。如果存储在LNT11中的硝酸盐的量还没有达到预定的下限，则该方法返回到步骤130，并继续进行REI模式中的操作。在步骤140中附加地或可选择地检查SCR13是否需要更多NH3，并且如果是，则该方法可以返回到步骤130。
然而，如果在步骤140中确定存储在LNT11中的硝酸盐的量已达到预定的下限，则该方法可以从步骤140返回到步骤110，其中发动机10再一次通过电子控制器20在稀模式中运转且优选在LEI运转模式中运转。然而，返回到步骤140可以被延迟，例如延迟设定的时间周期或直到生成足够的NH3，这是因为在存储在LNT11中的硝酸盐的量达到预定的下限后，在LNT中仍可以产生NH3。
可以理解各种技术均可用于确定存储在LNT11中的硝酸盐的量何时达到了预定的下限，例如但不限于，直接测量尾气管排放物、直接测量排出LNT的NOx和／或O2水平、对由LNT生成的硝酸盐建模、对在富运转阶段中减少的硝酸盐建模以及在REI燃烧阶段中经过的时间。
虽然在图6中未示出，但附加的或可选择的检查或要求是足够的NH3是否已经存储在SCR13中，并且如果是，则该方法可以从步骤140返回到步骤110，以在稀燃模式中运转发动机10。
可以理解的是，多种技术可被用来确定何时终止NH3生产，例如但不限于，直接测量尾气管排放物、对当前存储在SCR13中的NH3的量建模以及在REI模式中经过的时间。
因此，总体上，在发动机稀燃过程中，LNT存储作为硝酸盐的NOx并且SCR利用NH3与来自LNT的任何滑脱的NOx发生反应以生成N2。
在发动机利用REI的富燃运转过程中，存储在LNT中的硝酸盐被释放到气相中，并随后基于PGM并且特别是铑而被还原以生成N2，N2生成NH3，并且SCR储存NH3用于在发动机稀运转过程中与NOx发生反应。
由于提高的热效率，与常规的富吹扫相比，在富吹扫过程中使用的REI生成具有较低的燃料经济惩罚的高HC、CO和H2排气排放物。REI产生了大约在上止点(TDC)处发生的较短的燃烧持续时间。
此外，使用REI用于LNT的富吹扫提供的优点是，在富吹扫模式中与常规的富燃相比生成更多数量的NH3，并且这通过提供更多的氨以与来自LNT的任何滑脱的NOx发生反应而增强了在稀运转过程中的SCR的性能。
潜在的硬件的改进和优点包括由于在使用REI时的富吹扫条件中产生的碳烟的降低，使得DPF的尺寸优选减小到优化的单罐溶液(one-can solution)成为可能，由于改善的SCR性能降低了LNT成本，从而在LNT中需要更少的PGM，并且由于使用较少的LNT和DPF，潜在提高了稀模式中NOx还原效率，从而允许SCR位置更靠近发动机的排气出口。这使SCR暴露于更高的排气温度(300℃)，这提高了SCR的NOx的还原性能。
本领域技术人员应该理解，虽然已经通过举例的方式参照一个或多个实施例对本发明作出描述，但本发明并非局限于所公开的实施例，并且可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下构造可替换的实施例。

Claims (21)

1.一种运转柴油发动机系统的方法，所述柴油发动机系统具有串联设置以接收来自发动机的排气的稀NOx捕集器即LNT和选择性催化还原即SCR后处理装置，其中所述方法包括：在稀燃模式和富燃模式中运转所述发动机；基于LNT和SCR的运转要求在所述稀燃模式和所述富燃模式之间切换以使来自所述发动机的NOx排放物最少；以及在所述发动机以所述富燃模式运转时使用提前喷射富燃模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括使用提前喷射稀燃模式用于所述稀燃模式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述发动机在所述稀燃模式中运转，直至LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的上限和／或存储在SCR中的氨的供给达到预定的下限，并且所述发动机之后被切换到所述富燃模式以在LNT中生成氨，以便存储在SCR中。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述富燃模式中运转所述发动机，直至储存在SCR中的氨的供给达到预定的上限和／或在LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的下限。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在燃料的单次喷射中喷射所述燃料。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在燃料的多个分立的喷射中喷射所述燃料。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在燃烧开始之前喷射将被喷射的燃料的大部分。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在燃烧开始之前喷射所有将被喷射的燃料。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述方法包括将部分发动机排气再循环到所述发动机的入口，并且该方法进一步包括在提前喷射富燃过程中增加被再循环的所述部分发动机排气，使得被再循环的所述部分发动机排气大于来自所述发动机的排气的50％。
10.如权利要求9所述的方法，其中被再循环的所述部分发动机排气大于或等于来自所述发动机的排气的70％。
11.一种发动机系统，其包括柴油发动机、设置成接收来自发动机的排气的LNT、设置成接收先前已被LNT处理的排气的SCR以及控制所述发动机的运转的电子控制器，其中所述电子控制器可操作为在稀燃模式和富燃模式中运转所述发动机，基于LNT和SCR的运转要求在所述稀燃模式和所述富燃模式之间切换所述发动机以使来自所述发动机的NOx排放物最少，并且当所述发动机在所述富燃模式中运转时使用提前喷射富燃模式。
12.如权利要求11所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为当所述发动机在所述稀燃模式中运转时使用提前喷射稀燃模式。
13.如权利要求11或12所述的发动机系统，其中所述电子控制器在所述稀燃模式中运转所述发动机，直到LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的上限和／或储存在SCR中的氨的供给达到预定的下限，并且然后将所述发动机切换到提前喷射富燃模式以在LNT中生成氨，以便存储在SCR中。
14.如权利要求11-13中任一项所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为在提前喷射富燃模式中运转所述发动机，直至储存在SCR中的氨的供给达到预定的上限和／或在LNT中的硝酸盐的存储量达到预定的下限，并且然后将所述发动机的运转切换到所述稀燃模式。
15.如权利要求11-14中任一项所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为在燃料的单次喷射中喷射所述燃料。
16.如权利要求11-15中任一项所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为在燃料的多个分立的喷射中喷射所述燃料。
17.如权利要求11-16中任一项所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为在燃烧开始之前喷射将被喷射的燃料的大部分。
18.如权利要求11-17中任一项所述的发动机系统，其中所述电子控制器进一步可操作为在燃烧开始之前喷射所有将被喷射的燃料。
19.如权利要求11-18中任一项所述的发动机系统，其中所述发动机系统配置成将部分发动机排气再循环到所述发动机的入口，并且其中所述电子控制器进一步可操作为在提前喷射富燃过程中增加被再循环的所述部分发动机排气，使得被再循环的所述部分发动机排气大于来自所述发动机的排气的50％。
20.如权利要求19所述的发动机系统，其中被再循环的所述部分发动机排气大于或等于来自所述发动机的排气的70％。
21.一种具有如权利要求11-20中任一项所述的发动机系统的机动车辆。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106907220A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 福特环球技术公司 将还原剂引入到排气通道中的方法和系统
CN110872991A (zh) * 2018-09-04 2020-03-10 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
CN115030834A (zh) * 2021-10-21 2022-09-09 长城汽车股份有限公司 一种基于lnt的发动机控制方法、装置及车辆

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9518522B2 (en) * 2012-06-08 2016-12-13 Orbital Australia Pty Ltd. UAV engine exhaust gas temperature control
US9863922B2 (en) * 2014-10-29 2018-01-09 GM Global Technology Operations LLC NOx sensor calibration and application in lean NOx trap aftertreat systems
GB2541656B (en) 2015-08-24 2019-07-31 Ford Global Tech Llc A method of operating an engine
JP2017194022A (ja) * 2016-04-21 2017-10-26 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の制御装置
US10323594B2 (en) 2016-06-17 2019-06-18 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for treating vehicle emissions
JP6926968B2 (ja) * 2017-11-08 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
DE102018117185A1 (de) 2018-07-16 2018-08-30 FEV Europe GmbH Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
DE102018117187A1 (de) 2018-07-16 2018-08-30 FEV Europe GmbH Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
JP2021536544A (ja) * 2018-08-29 2021-12-27 トゥラ テクノロジー インコーポレイテッドTula Technology, Inc. 内燃機関の再始動される気筒に対する分割直接噴射
CN111779584B (zh) * 2019-04-03 2022-05-17 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料燃烧系统及发动机燃烧控制方法
US11603787B2 (en) * 2020-11-30 2023-03-14 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for controlling selective catalytic reductant catalyst of a gasoline engine
US11698034B2 (en) * 2021-04-13 2023-07-11 GM Global Technology Operations LLC Method of transient control for robust enrichment operation in low temperature combustion engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2375059B (en) * 2001-03-22 2004-01-14 Daimler Chrysler Ag A method for lowering the nitrogen oxide content in the exhaust gas from an internal-combustion engine
US7197867B2 (en) * 2004-10-04 2007-04-03 Southwest Research Institute Method for the simultaneous desulfation of a lean NOx trap and regeneration of a Diesel particulate filter
CN101769210A (zh) * 2008-12-09 2010-07-07 通用汽车环球科技运作公司 用于控制火花点燃直喷发动机操作的方法和装置
CN102220897A (zh) * 2010-04-19 2011-10-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 生成用于控制NOx排放的后处理状况的氨的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7332135B2 (en) * 2002-10-22 2008-02-19 Ford Global Technologies, Llc Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
DE10335785A1 (de) * 2003-08-05 2005-03-10 Umicore Ag & Co Kg Katalysatoranordnung und Verfahren zur Reinigung des Abgases von mager betriebenen Verbrennungsmotoren
US8006481B2 (en) 2006-09-20 2011-08-30 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus to selectively reduce NOx in an exhaust gas feedstream
US7992377B2 (en) 2006-12-14 2011-08-09 GM Global Technology Operations LLC Diesel exhaust control during limp-home mode
US7946109B2 (en) 2006-12-14 2011-05-24 GM Global Technology Operations LLC Emissions conformance for an exhaust after-treatment system having a dosing agent supply
US8479501B2 (en) * 2009-07-20 2013-07-09 International Engine Intellectual Property Company, Llc Exhaust cooling module for SCR catalysts
US9115660B2 (en) * 2009-10-06 2015-08-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purifying system for internal combustion engine
US20110179778A1 (en) 2010-01-27 2011-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine
US8209955B2 (en) * 2010-04-07 2012-07-03 Ford Global Technologies, Llc Reduction of particulate, NOx, and ammonia emissions
FR2964696A1 (fr) * 2010-09-13 2012-03-16 Renault Sa Systeme et procede de traitement des oxydes d'azote pour ligne d'echappement d'un vehicule automobile

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2375059B (en) * 2001-03-22 2004-01-14 Daimler Chrysler Ag A method for lowering the nitrogen oxide content in the exhaust gas from an internal-combustion engine
US7197867B2 (en) * 2004-10-04 2007-04-03 Southwest Research Institute Method for the simultaneous desulfation of a lean NOx trap and regeneration of a Diesel particulate filter
CN101769210A (zh) * 2008-12-09 2010-07-07 通用汽车环球科技运作公司 用于控制火花点燃直喷发动机操作的方法和装置
CN102220897A (zh) * 2010-04-19 2011-10-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 生成用于控制NOx排放的后处理状况的氨的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106907220A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 福特环球技术公司 将还原剂引入到排气通道中的方法和系统
CN110872991A (zh) * 2018-09-04 2020-03-10 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
CN115030834A (zh) * 2021-10-21 2022-09-09 长城汽车股份有限公司 一种基于lnt的发动机控制方法、装置及车辆
CN115030834B (zh) * 2021-10-21 2023-10-20 长城汽车股份有限公司 一种基于lnt的发动机控制方法、装置及车辆

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