專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動機的排氣后處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)和控制，更具體地涉及選擇性地以稀計量比操作的 發(fā)動機。
背景技術(shù)：
本節(jié)的陳述只是提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在稀計量比條件下運轉(zhuǎn)發(fā)動機能夠提高燃料經(jīng)濟性，但是可能會產(chǎn)生較多的氮氧 化物(“NOx”)排放。稀計量比運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機的已知后處理系統(tǒng)包括三元催化轉(zhuǎn)化器， 繼之以稀燃NOx還原催化劑，也稱之為稀燃NOx捕集器(“LNT裝置”)，該裝置可與其它排 氣后處理裝置配合使用，例如選擇性催化還原裝置(“SCR裝置”)。已知的三元氧化還原 催化轉(zhuǎn)化器(“TWC”)在理想計量比的發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間起到降低發(fā)動機排出的碳氫化合物 (“HC”)、一氧化碳(“CO”)和NOx排放的作用，在稀燃運轉(zhuǎn)期間，降低HC和CO排放。4SCR裝置包含催化劑，催化劑促進NOx與還原劑一例如氨或尿素的反應從而生成 氮氣和水?？梢詫⑦@些還原劑噴入SCR裝置上游的排氣供入流中，因而需要噴射系統(tǒng)、還原 劑儲罐和控制策略。儲罐需要定期的重新填充并且在冷氣候下可能會結(jié)冰，因而需要額外 的加熱器和隔熱。此外，發(fā)動機運轉(zhuǎn)利用TWC來生成用作還原劑的氨。用于SCR裝置的催化劑包括鈦(Ti)上的釩(V)和鎢(W)。近來，車輛應用已經(jīng)開 始使包括鐵(Fe)或銅(Cu)在內(nèi)的基體金屬與沸石涂層相適應。銅催化劑在較低溫度下可 有效地操作，但是具有差的熱穩(wěn)定性。鐵催化劑在較高溫度下可良好地操作，但是具有遞減 的還原劑儲存效率。對于車輛應用，SCR裝置具有200°C至600°C的最佳工作溫度范圍。這個溫度范圍 會根據(jù)催化劑而變化。這個溫度范圍在較大負荷運轉(zhuǎn)期間或其后縮小。高于600°C的溫度 會促成還原劑的臨界點并且使SCR催化劑劣化，而在低于200°C的溫度時NOx的處理效果會 降低。在稀燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，LNT裝置吸附NOx排放物，并且在250°C至450°C的溫度 范圍內(nèi)最有效地工作，在這個溫度范圍之上和之下，效力會降低。LNT裝置僅在起燃溫度 (light-off temperature)之上才使所吸附的NOx排放物還原。因此，保持LNT裝置和SCR 裝置高于起燃溫度是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于操作能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機的方法包括將第一 后處理裝置流體連接到內(nèi)燃發(fā)動機的第一組燃燒室的排氣口、以及將第二后處理裝置流體 連接到內(nèi)燃發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口。包含第一輔助加熱裝置的第三后處理裝置流 體連接到第一和第二后處理裝置的出口。起動發(fā)動機，并且使第一組燃燒室在濃空燃比下 工作，使第二組燃燒室在稀空燃比下工作，并且操作第一輔助加熱裝置以將熱能傳遞給排 氣饋送流。
(1)根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于操作能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn) 的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包括將第一后處理裝置流體聯(lián)接到所述內(nèi)燃發(fā)動機的第 一組燃燒室的排氣口 ；將第二后處理裝置流體聯(lián)接到所述內(nèi)燃發(fā)動機的第二組燃燒室的排 氣口 ；將包含第一輔助加熱裝置的第三后處理裝置流體聯(lián)接到所述第一和第二后處理裝置 的出口 ；起動所述發(fā)動機；以及使所述第一組燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組 燃燒室在稀空燃比下工作，并且操作所述第一輔助加熱裝置以將熱能傳遞給排氣饋送流。
(2)如方案(1)所述的方法還包括延遲所述第一和第二組燃燒室的點火正時。(3)如方案(1)所述的方法還包括將包含第二輔助加熱裝置的第四后處理裝置流 體聯(lián)接到所述第三后處理裝置的出口。(4)如方案(1)所述的方法還包括監(jiān)測所述第三后處理裝置的溫度；當所述第三 后處理裝置的溫度超過預定溫度閾值時，以化學計量空燃比操作所述第一和第二燃燒室并 且停止操作所述第一輔助加熱裝置。(5)如方案(1)所述的方法還包括將所述發(fā)動機裝配到車輛上；監(jiān)測車速；以及 在車輛減速期間關(guān)閉所述發(fā)動機。(6)如方案(1)所述的方法還包括將所述發(fā)動機裝配到車輛上；監(jiān)測車速；以及 當車速基本上為零和所述發(fā)動機為怠速這兩種情況中的一種出現(xiàn)時，關(guān)閉所述發(fā)動機。(7)根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于控制能夠選擇性地在稀計量比下運 轉(zhuǎn)的車輛內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后處 理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第一組燃燒室的排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián)接 到所述發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口的第二后處理裝置、以及流體聯(lián)接到所述第一和第 二后處理裝置的出口并且包含第一輔助加熱裝置的第三后處理裝置；選擇性地使所述第一 組燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組燃燒室在稀空燃比下工作；以及選擇性地操 作所述第一輔助加熱裝置。(8)如方案(7)所述的方法還包括將包含第二輔助加熱裝置的第四后處理裝置流 體聯(lián)接到所述第三后處理裝置的出口。(9)如方案(8)所述的方法還包括選擇性地在發(fā)動機關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)下操作所述發(fā) 動機。(10)如方案(9)所述的方法還包括檢測車輛減速事件；以及在車輛減速事件期 間在發(fā)動機關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)下操作所述發(fā)動機。(11)如方案(8)所述的方法還包括檢測車輛減速事件；以及在車輛減速事件期 間操作所述第一輔助加熱裝置和所述第二輔助加熱裝置中的一個。(12)如方案(11)所述的方法，其中，所述發(fā)動機包括進氣歧管和進氣節(jié)氣門；其 中，所述后處理系統(tǒng)還包括構(gòu)造成將從所述第一和第二后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所 述進氣歧管的外部流道；并且其中，在車輛減速事件期間，所述方法還包括在減速事件期 間將從所述第一和第二后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管，以及關(guān)閉所述進氣 節(jié)氣門。(13)如方案(8)所述的方法還包括當所述發(fā)動機在怠速下運轉(zhuǎn)時操作所述第一 輔助加熱裝置。(14)如方案(8)所述的方法還包括檢測車輛減速事件；以及在車輛減速事件期間操作所述第一輔助加熱裝置。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種用于操作包括能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的方法，所述方法包括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后 處理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第一組燃燒室的排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián) 接到所述發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口的第二后處理裝置、以及流體聯(lián)接到所述第一和 第二后處理裝置的出口并且包含輔助加熱裝置的第三后處理裝置；選擇性地使所述第一組 燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組燃燒室在稀空燃比下工作；選擇性地操作所述 輔助加熱裝置；以及選擇性地在發(fā)動機開動運轉(zhuǎn)狀態(tài)與發(fā)動機關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)的一種狀態(tài)下 操作所述發(fā)動機。(16)如方案(15)所述的方法還包括監(jiān)測車速；以及當車速為零時，操作所述發(fā) 動機，使所述第一組燃燒室處于濃空燃比并且使所述第二組燃燒室處于稀空燃比。(17)如方案(16)所述的方法還包括延遲所述第一和第二組燃燒室內(nèi)的火花正 時。(18)如方案(15)所述的方法，其中，所述發(fā)動機包括進氣歧管和進氣節(jié)氣門；其 中，所述后處理系統(tǒng)還包括構(gòu)造成將從所述第一和第二后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所 述進氣歧管的外部流道；并且其中，在車輛減速事件期間，所述方法還包括將從所述第一 和第二后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管，以及關(guān)閉所述進氣節(jié)氣門。(19)如方案(15)所述的方法還包括監(jiān)測車速；以及當車速為零時在發(fā)動機關(guān)閉 運轉(zhuǎn)狀態(tài)下操作所述發(fā)動機。(20)根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種用于操作包括具有進氣歧管和進氣節(jié)氣 門的內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的方法，所述發(fā)動機能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)，所述方法包 括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后處理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的多 個排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián)接到所述后處理裝置的出口并且包含輔助加熱裝置的 第二后處理裝置、以及構(gòu)造成將從所述第一后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管 的外部流道；選擇性地操作所述輔助加熱裝置；選擇性地在發(fā)動機開動運轉(zhuǎn)狀態(tài)與發(fā)動機 關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)的一種狀態(tài)下操作所述發(fā)動機；在車輛減速事件期間將從所述第一后處理裝 置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管；以及在操作所述輔助加熱裝置時關(guān)閉所述進氣節(jié)氣 門。


現(xiàn)在將通過舉例并參照附圖描述一個或多個實施例，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性后處理系統(tǒng)的示意圖；圖3是流程圖，示出了接通事件期間的根據(jù)本發(fā)明的排氣管理；以及圖4-7是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)圖表。
具體實施例方式現(xiàn)在參照這些附圖，其中這些圖示只是為了解釋某些特定實施例，而并不是為了 對其進行限制，圖1和圖2示意性地示出了內(nèi)燃發(fā)動機10、附屬的控制模塊5和排氣后處理系統(tǒng)70，這些都是根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)造的。發(fā)動機10可選擇性地在多種燃燒模式下運 轉(zhuǎn)，包括受控自動點火燃燒模式、均質(zhì)火花點火燃燒模式以及分層充氣火花點火燃燒模式。 發(fā)動機10可選擇性地在化學計量空燃比和稀計量的空燃比下運轉(zhuǎn)。本發(fā)明可應用于各種 內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)和燃燒循環(huán)。在一個實施例中，發(fā)動機10連接到傳動裝置(未示出)，從而將牽引力傳遞給車輛 的動力傳動系統(tǒng)(未示出)。傳動裝置可包括混合傳動裝置，該混合傳動裝置帶有操作成將 牽引轉(zhuǎn)矩傳遞給動力傳動系統(tǒng)的電機。
示例性的發(fā)動機10包括多缸直噴式四沖程內(nèi)燃發(fā)動機，帶有能夠可滑動地在氣 缸15中移動的往復活塞14，氣缸15限定出可變?nèi)莘e燃燒室16。每個活塞14連接到旋轉(zhuǎn) 曲軸12，通過該旋轉(zhuǎn)曲軸，將線性往復運動轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運動。設置有進氣系統(tǒng)向進氣歧管 29提供進氣，該進氣歧管將空氣引導并分配入燃燒室16的進氣道。進氣系統(tǒng)包括氣流管路 以及用于監(jiān)測和控制空氣流量的裝置。這些進氣裝置優(yōu)選地包括質(zhì)量空氣流量傳感器32， 用于監(jiān)測質(zhì)量空氣流量和進氣溫度。節(jié)氣門34優(yōu)選為電控裝置，其用于響應于來自控制模 塊5的控制信號(“ETC”)控制進入發(fā)動機10的空氣流量。進氣歧管29中的壓力傳感器 36適合于監(jiān)測歧管絕對壓力和大氣壓力。外部流道將發(fā)動機排出的廢氣再循環(huán)至進氣歧管 29，該外部流道帶有流量控制閥，稱之為廢氣再循環(huán)(“EGR”)閥38。控制模塊5能夠通過 控制EGR閥38的開啟來控制進入進氣歧管29的廢氣的質(zhì)量流量。設置有第一組和第二組 燃燒室16和16’。第一組燃燒室16具有流體連接到第一排氣歧管39的排氣門，第二組燃 燒室16’具有流體連接到第二排氣歧管39’的排氣門。當發(fā)動機10為V型時，第一和第二 組燃燒室16和16’都具有一列燃燒室。當發(fā)動機10為直列型時，第一和第二組燃燒室16 和16’都具有第一半和第二半燃燒室。由每個燃燒室的一個或多個進氣門20控制從進氣歧管29進入每個燃燒室16、 16’的空氣流量。由每個燃燒室的一個或多個排氣門18控制已燃氣體從燃燒室16、16’進 入第一和第二排氣歧管39、39’的流量。優(yōu)選地，用雙凸輪軸控制進、排氣門20、18的開啟 和關(guān)閉(如圖所示)，該雙凸輪軸的旋轉(zhuǎn)與曲軸12的旋轉(zhuǎn)相聯(lián)系并由其調(diào)整。在一個實施 例中，發(fā)動機10配備有用于控制進氣門和排氣門的氣門升程的裝置，稱之為可變升程控制 (“VLC”)裝置?？勺兩炭刂蒲b置能夠?qū)忾T升程或開啟度控制成兩個不連續(xù)的級中的一 個，例如，用于低速、低負荷運轉(zhuǎn)的低升程氣門開啟度(約4-6mm)，以及用于高速、高負荷運 轉(zhuǎn)的高升程氣門開啟度(約8-10mm)。在一個實施例中，發(fā)動機10還配備有用于控制進、排 氣門20、18的開啟和關(guān)閉相位(即相對正時)的裝置，稱之為可變凸輪相位(“VCP”)，從 而在除受到兩級VLC升程的影響之外控制相位。在一個實施例中，設置有用于發(fā)動機進氣 門20的VCP/VLC系統(tǒng)22和用于發(fā)動機排氣門的VCP/VLC系統(tǒng)24。VCP/VLC系統(tǒng)22、24由 控制模塊5控制，并且向控制模塊5提供信號反饋，例如通過進氣凸輪軸(未示出)和排氣 凸輪軸(未示出)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置傳感器。進、排氣VCP/VLC系統(tǒng)22、24能夠?qū)M、排氣 門18、20的開啟和關(guān)閉進行控制的權(quán)限范圍有限。VCP系統(tǒng)具有60° -90°的曲軸旋轉(zhuǎn)的 相位權(quán)限范圍，從而允許控制模塊5提前或延遲進、排氣門20、18中的一個的開啟和關(guān)閉。 該相位權(quán)限范圍由VCP的硬件和致動VCP的控制系統(tǒng)規(guī)定和限制。采用電液力、液壓力和 電控力中的一個致動進、排氣VCP/VLC系統(tǒng)22、24，由控制模塊5進行控制。發(fā)動機10具有燃料噴射系統(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)包含多個高壓燃料噴射器28，每個高壓燃料噴射器都適合于響應來自控制模塊5的信號將一定量的燃料直接噴入燃燒室16、16’中的一個。從燃料分配系統(tǒng)(未示出)向燃料噴射器28供應高壓燃料。發(fā)動機10具有點火系統(tǒng)，通過該點火系統(tǒng)向火花塞26提供點火能量，用于響應來 自控制模塊5的信號(“IGN”)點燃或助燃每個燃燒室16、16’中的氣缸充氣。發(fā)動機10配備有各種傳感裝置，用于監(jiān)測發(fā)動機運轉(zhuǎn)，這些傳感裝置包括具有輸 出值(“RPM”)且能夠監(jiān)測曲軸旋轉(zhuǎn)位置-即曲軸轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的曲軸傳感器42，在一個實 施例中，具有適合于監(jiān)測燃燒的燃燒傳感器30以及具有適合于監(jiān)測排氣的排氣傳感器40、 40，，在一個實施例中，排氣傳感器是空燃比傳感器。燃燒傳感器30包含能夠監(jiān)測燃燒參數(shù) 狀態(tài)的傳感器裝置，并且描述成氣缸壓力傳感器，用于監(jiān)測缸內(nèi)燃燒壓力。由控制模塊5監(jiān) 測燃燒傳感器30和曲軸傳感器42的輸出值，從而確定燃燒相位，即燃燒壓力相對于每個燃 燒循環(huán)的每個氣缸15的曲軸12的曲軸角的正時。還可由控制模塊5監(jiān)測燃燒傳感器30 來確定每個燃燒循環(huán)的每個氣缸15的平均有效壓力(“IMEP”)。優(yōu)選地，發(fā)動機10和控 制模塊5被機械化成在每個氣缸點火事件期間監(jiān)測和確定每個氣缸15的IMEP的狀態(tài)。替 換性地，在本發(fā)明范圍內(nèi)，其它傳感系統(tǒng)可用于監(jiān)測其它燃燒參數(shù)的狀態(tài)，例如離子傳感點 火系統(tǒng)和非插入式氣缸壓力傳感器。優(yōu)選地，控制模塊5是通用數(shù)字計算機，其包括微處理器或中央處理器、存儲介 質(zhì)、高速時鐘、模擬_數(shù)字和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換電路、輸入/輸出電路和裝置以及適當?shù)男盘?調(diào)節(jié)和緩沖電路，所述存儲介質(zhì)包括非易失性存儲器和隨機存取存儲器，所述非易失性存 儲器包括只讀存儲器和電可編程只讀存儲器。控制模塊具有一組控制算法，這些控制算法 包含存儲在非易失性存儲器中的常駐程序指令和標準并且執(zhí)行這些控制算法能夠提供各 個計算機的相應功能。優(yōu)選地，在預設循環(huán)期間執(zhí)行這些算法。由中央處理器執(zhí)行這些算法 并且能夠監(jiān)測來自上述傳感裝置的輸入并且使用預設標準執(zhí)行控制和診斷程序以控制致 動器的工作。在發(fā)動機正在工作和車輛運行期間，按規(guī)則間隔一例如每3. 125,6. 25,12. 5、 25和100毫秒執(zhí)行這些循環(huán)。替換性地，可響應于事件的發(fā)生來執(zhí)行這些算法。在工作中，控制模塊5監(jiān)測來自上述傳感器的輸入以確定發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)?？?制模塊5適合于接收來自駕駛員的輸入信號(例如節(jié)氣門踏板位置和剎車踏板位置)，以確 定駕駛員轉(zhuǎn)矩請求，以及來自表征發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣溫度、冷卻液溫度和其它周圍條件的傳 感器的輸入信號?？刂颇K5執(zhí)行存儲在其中的代碼來控制上述致動器從而形成發(fā)動機充氣，包括 控制如此配置在發(fā)動機上的節(jié)氣門的位置、點火正時、燃料噴射量和正時、EGR閥位置以控 制再循環(huán)廢氣流量以及進氣門和/或排氣門正時和相位。在一個實施例中，氣門正時和相 位包括NVO和排氣門再開啟升程(在排氣再呼吸策略中)?？刂颇K5能夠在車輛正在運 行期間開啟和關(guān)閉發(fā)動機，并且能夠通過控制燃料和點火和氣門的停用來選擇性地停用一 部分燃燒室或一部分氣門。控制模塊5根據(jù)來自傳感器40、40 ’的反饋來控制空燃比，包括 將第一組燃燒室16控制成第一空燃比以及將第二組燃燒室16’控制成不同的第二空燃比。后處理系統(tǒng)70流體連接到發(fā)動機10并且信號性地連接到控制模塊5。示例性的 排氣后處理系統(tǒng)70包含第一和第二三元催化轉(zhuǎn)化器(“TWC”)80、80’，它們優(yōu)選為緊聯(lián)接 安裝到發(fā)動機10上。第一 TWC 80經(jīng)由第一排氣歧管39聯(lián)接到發(fā)動機10上，第二 TWC 80’ 經(jīng)由第二排氣歧管39’聯(lián)接到發(fā)動機10上。第一、第二 TWC 80、80’的出口流體性地合并并且連接到緊聯(lián)接到第一催化裝置60 ( “Ist”)電加熱轉(zhuǎn)化器(“EHC”)90。第一催化裝置60優(yōu)選為稀燃NOx吸附器(“LNT裝置”)。替換性地，它可以是催化稀燃NOx吸附裝置、選 擇性催化還原裝置(“SCR裝置”)以及三元催化轉(zhuǎn)化器中的任何一種。在一個實施例中， 排氣后處理系統(tǒng)70包含處于第一催化裝置60下游的第二催化裝置60’(“2nd”)。第二催 化裝置60’優(yōu)選為SCR裝置。替換性地，它可以是催化稀燃NOx吸附裝置、LNT裝置和附加 TWC中的任何一種。在一個實施例中，在第二催化裝置60’的上游與第一催化裝置60的下 游插入第二 EHC 90，。能夠監(jiān)測排氣饋送流組分的傳感器(未示出)插入排氣后處理系統(tǒng)70的最佳位 置，并且信號性地連接到控制模塊5。這些傳感器可監(jiān)測空燃比、排氣饋送流溫度以及NOx、 NH3、氧及其它組分濃度中的一個。溫度傳感器包含適合于監(jiān)測第一、第二 TWC 80、80’和第 一、第二催化裝置60、60’中的一個的溫度的傳感器。每個傳感器產(chǎn)生由控制模塊5監(jiān)測的 輸出信號，用于發(fā)動機10和后處理系統(tǒng)70的控制和診斷。LNT裝置吸附排氣饋送流中的NOx，吸附量是基于排氣饋送流的溫度、流率和空燃 比以及已經(jīng)吸附在其上的NOx量。LNT裝置優(yōu)選為包含載體，載體具有含有催化活性物質(zhì) (未示出)的涂層。載體優(yōu)選為包含由堇青石形成的整體式組件，孔隙度優(yōu)選為62-96孔 /平方厘米(400-600孔/平方英寸)，壁厚為0. 003至0. 007英寸。載體的這些孔構(gòu)成流 道，排氣流過這些流道并且接觸涂層的催化活性物質(zhì)從而實現(xiàn)NOx和排氣饋送流的其它組 分的吸附和脫附。涂層包含堿金屬和堿土金屬化合物，例如Ba和K，能夠存儲發(fā)動機稀燃運 轉(zhuǎn)期間生成的NOx。涂層還包含催化活性物質(zhì)，例如包含Pt、Pd和Rh的鉬族金屬(PGM)和 添加劑(例如Ce、Zr、La)。在發(fā)動機濃燃運轉(zhuǎn)情況下，此時，有過量的還原劑，例如排氣饋 送流中的C0、H2、HC，存儲在LNT裝置上的NOx不穩(wěn)定并且分解以釋放出所存儲的NOx。釋 放出的NOx在存在過量還原劑的情況下在PGM催化劑位上進行還原。在一個實施例中，Ba 和K的負載量在5-25wt%的范圍內(nèi)，PGM負載量范圍Pt為30_120g/ft3、Pd為5_50g/ft3 以及Rh為3-20g/ft3。需要用鉬來將NO氧化成N02，在一個實施例中，生成硝酸鹽作為發(fā) 動機排出的NOx的必要步驟包含> 90%的NO。LNT裝置的工作溫度窗口在250°C到500°C 的范圍內(nèi)。溫度低于250°C時，NO氧化成N02的氧化動力太低以致不能有效地氧化排氣饋 送流中的N0，在發(fā)動機濃燃運轉(zhuǎn)下，NOx還原動力太低以致不能在發(fā)動機正在運轉(zhuǎn)期間及 時地使NOx存儲位再生。溫度高于500°C時，在發(fā)動機稀燃運轉(zhuǎn)情況下，NOx分子變得不穩(wěn) 定，使得LNT裝置不能存儲足量的NOx分子。因此，保持LNT裝置在工作溫度窗口內(nèi)是充分 達到排放目標的NOx還原所必需的。在發(fā)動機稀燃運轉(zhuǎn)期間，涂層吸附NOx分子，在產(chǎn)生濃 排氣饋送流的發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，脫附并還原NOx分子?？刂颇K5選擇性地控制發(fā)動機10 處于濃空燃比一段時間。濃燃運轉(zhuǎn)的時間段是根據(jù)從LNT裝置脫附所吸附的NOx所需的耗 費時間，取決于LNT裝置的大小及其它因素。在有PGM和Ce、&涂層成分的情況下，在發(fā)動 機化學計量運轉(zhuǎn)條件下，LNT裝置用作三元催化劑。示例性的SCR裝置包含覆有分子篩涂層和催化活性基體金屬的載體。載體優(yōu)選為 包含由堇青石形成的陶瓷載體，孔隙度為62至96孔/平方厘米(400-600孔/平方英寸)， 壁厚為0. 003至0. 007英寸。載體的這些孔構(gòu)成流道，排氣流過這些流道以接觸催化活性物 質(zhì)從而實現(xiàn)NH3的吸附。載體浸漬有分子篩涂層。分子篩涂層還包含催化活性基體金屬， 例如鐵(Fe)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎳(Ni)。替換性地，鈦(Ti)上的釩基和/或鎢(W)成分可用作催化劑。SCR裝置可存儲能夠與NOx分子反應的無水NH3。在SCR裝置60和62中，催化劑吸附NH3，所吸附的NH3選擇性且催化性地與NOx反應以生成氮氣和水。下列方程式描述了 在第一、第二 SCR裝置60、62中與NH3的主要反應4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20[1]3N02+4NH3 — 3. 5N2+6H20[2]2N0+2N02+4NH3 - 4N2+6H20 [3]多個次要反應會同時發(fā)生，并且會根據(jù)所用燃 料的類型而變化。第一、第二 EHC 90、90’是電加熱構(gòu)造，在工作時，它們將電能轉(zhuǎn)化成熱能從而向排 氣饋送流傳熱。在一個實施例中，EHC 90含有催化反應物質(zhì)，例如Pt，從而氧化排氣饋送流 中的未燃HC。優(yōu)選地，EHC 90是金屬整體式結(jié)構(gòu)，密度為約56cpScm (孔/平方厘米)。在 一個實施例中，EHC 90的體積為0.3升。從EHC 90傳遞給排氣饋送流的熱量優(yōu)選為可控 的，并且根據(jù)排氣饋送流和/或LNT裝置60的狀況而變化，這將在下文更詳細地論述。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，EHC 90可從多個來源獲取電能，例如，電池或車輛交流發(fā)電機系 統(tǒng)(未示出)?？刂颇K5通過控制向EHC 90的供電而操作EHC 90。在延長的發(fā)動機關(guān)閉期間之后，后處理系統(tǒng)70的一個或多個元件會低于最小溫 度閾值，例如在發(fā)動機冷起動和緊接著發(fā)動機冷起動的期間。圖3示出了冷起動期間用于 管理從發(fā)動機10出來的排氣饋送流的第一控制策略300，直到第一催化裝置60達到最小閾 值溫度。優(yōu)選地，控制策略300作為控制模塊5中的一個或多個算法執(zhí)行?？刂撇呗?00 包括檢測接通事件(310)。優(yōu)選地，由置于第一催化裝置60附近且信號性地連接到控制模 塊5的溫度傳感器(未示出)監(jiān)測第一催化裝置60的溫度(320)，判定該溫度是否大于最 小溫度閾值(330)。當?shù)谝淮呋b置60的溫度小于最小閾值溫度時，啟動EHC 90的工作 (“啟用EHC”)，并且啟動λ分段燃料噴射策略(“啟用λ分段”)(340)。繼續(xù)監(jiān)測第一 催化裝置60的溫度(320)并且與最小溫度閾值相比較(330)。當?shù)谝淮呋b置60的溫度 大于最小溫度閾值時，停止EHC 90的工作(“停用EHC”)，并且停止λ分段燃料噴射策略 (“啟用λ分段”)(350)。λ分段燃料噴射策略包含發(fā)動機控制策略，發(fā)動機控制策略包括控制向第一組燃 燒室16的燃料噴射以在濃空燃比下運轉(zhuǎn)，并且控制向第二組燃燒室16’的燃料噴射以在稀 空燃比下運轉(zhuǎn)。雙脈沖延遲點火(“TPRS”)技術(shù)包含λ分段燃料噴射策略和點火延遲技 術(shù)。λ分段燃料噴射策略包括管理來自第一、第二燃燒室16、16’的功率輸出。分段噴射 策略包括在每個燃燒循環(huán)一優(yōu)選為在每個壓縮沖程期間向第一燃燒室16噴射兩個燃料脈 沖。第一燃料脈沖期間的燃料噴射量是根據(jù)足以運轉(zhuǎn)示例性發(fā)動機10以滿足駕駛員轉(zhuǎn)矩 請求和其它負載需求的量來確定的。在燃燒循環(huán)期間，隨后向燃燒室16噴射一個或多個后 續(xù)燃料脈沖，從而生成濃排氣饋送流。優(yōu)選地，連同分段燃料噴射策略一起使用點火延遲技 術(shù)以控制噴射燃料所產(chǎn)生的功率。延遲火花放電使得一部分燃料處于未燃狀態(tài)并且作為排 氣排出燃燒室16，其會變成進入排氣后處理系統(tǒng)的排氣饋送流。優(yōu)選地，第二燃燒室16’是 稀燃運轉(zhuǎn)，而第一燃燒室16是濃燃運轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，在第一、第二 TWC 80、80’達到最小溫度 閾值之后啟用λ分段燃料噴射策略。優(yōu)選地，該最小溫度閾值基于第一、第二 TWC 80,80' 的起燃溫度。
當使用λ分段燃料噴射策略運轉(zhuǎn)發(fā)動機10時，一部分濃排氣饋送流流過第一TWC 80，從而在EHC 90中與流過第二 TWC 80’的稀入流反應，由此升高進入第一催化裝置60的 排氣饋送流的溫度，促使第一催化裝置60的溫度升高。在接通事件期間(310)，控制策略300監(jiān)測第一催化裝置60的溫度。使用λ分段 燃料噴射策略運轉(zhuǎn)發(fā)動機10，直到第一催化裝置60的溫度大于最小溫度閾值(330)。當?shù)?一催化裝置60的溫度大于最小溫度閾值時，控制策略300停止向EHC 90的供電，并且停止 λ分段燃料噴射策略(350)。當?shù)谝淮呋b置60的溫度不大于最小溫度閾值時，EHC 90和 λ分段燃料噴射策略保持啟用(340)。替換性地，控制策略300可使用各自的最小溫度閾 值來分別停用λ分段燃料噴射策略和EHC 90。例如，控制策略300在第一最小溫度閾值時 停止λ分段燃料噴射策略，然后在第二最小溫度閾值時停用EHC 90。當后處理系統(tǒng)70含有第二催化裝置60’和第二 EHC 90’時，控制策略300使用置 于第二催化裝置60’附近的溫度傳感器(未示出)監(jiān)測第二催化裝置60’的溫度?？刂撇?略300判定第二催化裝置60’的溫度是否大于最小溫度閾值。當?shù)诙呋b置60’的溫度 大于最小閾值溫度時，控制策略300停止向第一、第二 EHC 90,90'的供電，并且停止λ分 段燃料噴射策略。替換性地，控制策略300可使用第一、第二 EHC 90、90’各自的最小溫度 閾值來停用λ分段燃料噴射策略、向第一 EHC 90的供電。替換性地，在冷起動和發(fā)動機運轉(zhuǎn)事件期間，在后處理系統(tǒng)70大于最小溫度閾值 之前，在發(fā)動機怠速狀況和/或車輛減速期間，控制模塊5會關(guān)閉發(fā)動機10，即發(fā)動機關(guān)閉 方法。本文所用的術(shù)語“發(fā)動機關(guān)閉”是指發(fā)動機10不供給燃料并且沒有轉(zhuǎn)動或泵送空氣 (例如停用氣門)的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況。根據(jù)監(jiān)測到的駕駛員轉(zhuǎn)矩請求或根據(jù)監(jiān)測到的車速 判定車輛減速。發(fā)動機10的關(guān)閉阻止了從第一、第二催化裝置60、60’向排氣饋送流的熱 傳遞，這會在發(fā)動機怠速和車輛減速期間出現(xiàn)，歸因于通過第一、第二催化裝置60、60’的氣 流，由此使得對第一、第二催化裝置60、60’的冷卻最小化。在車輛減速期間，從開始減速到 車輛從靜止位置加速為止，發(fā)動機10關(guān)閉，例如在動力系包含能夠在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)的情況 下產(chǎn)生推進功率的混合動力系統(tǒng)的時候。在達到最小溫度閾值之后，可執(zhí)行多種方法來保持后處理系統(tǒng)70的多個裝置的 溫度高于最小溫度閾值。保持后處理系統(tǒng)70的溫度的第一種方法包括λ分段燃料噴射策略，該策略包括 以高于化學計量的空燃比向第一組燃燒室16供應燃料并且以低于化學計量的空燃比向第 二組燃燒室16’供應燃料。優(yōu)選地，設定高于和低于化學計量的空燃變量從而使發(fā)動機總 空燃比為化學計量的。從濃燃氣缸列16出來的未燃燃料和CO排放物與從稀燃氣缸列16’ 出來的過量氧氣流過TWC 80并且在第一催化裝置60上游混合在一起。第一催化裝置60 氧化未燃燃料和CO排放物，由此放熱并且升高第一催化裝置60的溫度。優(yōu)選地，在發(fā)動機 怠速狀況、車輛減速期間和/或在車輛基本上靜止時，采用λ分段燃料噴射策略。保持后處理系統(tǒng)70的溫度的第二種方法包括操作EHC 90以便電加熱排氣饋送 流。在發(fā)動機怠速狀況、車輛減速期間和/或在車輛基本上靜止時，向EHC90供電。EHC 90 能夠在TWC 80達到催化劑起燃溫度之前加熱排氣饋送流。連同λ分段燃料噴射策略一起 使用EHC 90。如果使用λ分段燃料噴射策略，EHC90的操作會促進從第一、第二組燃燒室 16、16’流出的排氣饋送流中的化學反應?；瘜W反應會放熱，由此升高第一催化裝置60的溫度。當后處理系統(tǒng)70含有第二催化裝置60’和第二 EHC 90’時，可額外地使用第二 EHC90’來加熱進入第二催化裝置60’的排氣饋送流。保持后處理系統(tǒng)70的溫度的第三種方法包括在發(fā)動機怠速狀況下、在靜止位置 處和/或在車輛減速期間關(guān)閉發(fā)動機10。發(fā)動機10的關(guān)閉使得從后處理系統(tǒng)70的催化裝 置向排氣饋送流的熱傳遞最小化，在發(fā)動機怠速和車輛減速狀況期間，排氣饋送流具有較 低溫度，由此使冷卻最小化。在車輛減速期間，從開始減速到車輛從基本上靜止位置加速為 止，發(fā)動機10關(guān)閉。發(fā)動機關(guān)閉方法還對燃料經(jīng)濟性有利。上述方法可單獨或聯(lián)合使用。第一種最佳方法包括，在車輛處于靜止位置時使用 發(fā)動機關(guān)閉方法，在減速期間到車輛從靜止位置加速為止使用發(fā)動機關(guān)閉方法?？蛇x地，在 發(fā)動機怠速期間，操作λ分段燃料噴射策略和/或EHC 90?？蛇x地，在減速期間使用EHC 90。可選地，在節(jié)氣門34關(guān)閉且EGR閥38基本上全開的減速期間操作EHC 90。另一種最佳方法包括，在節(jié)氣門34關(guān)閉且EGR閥38基本上全開的減速期間操作 EHC 90，在處于基本上靜止位置即零速時使用發(fā)動機關(guān)閉方法。圖4-7示出了在標準新歐洲駕駛循環(huán)(“NEDC”)期間操作示例性動力系統(tǒng)來控制 排氣饋送流溫度和后處理系統(tǒng)70的溫度的結(jié)果，該系統(tǒng)包含配備有EHC 90和作為第一催 化裝置60的LNT裝置的后處理系統(tǒng)70。圖4示出的結(jié)果含有LNT裝置溫度(“溫度，°C”)，在直到NEDC開始之后的近 117秒處出現(xiàn)第三發(fā)動機怠速階段的發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，EHC 90操作以加熱排氣饋送流。圖 4還示出了質(zhì)量空氣流率(“質(zhì)量流率，g/s”)，表征在NEDC期間流過LNT裝置的排氣饋送 流。所描述的第一種方法包括操作EHC 90直到第三怠速階段，并且在第三發(fā)動機怠速階段 期間使用λ分段燃料噴射策略。EHC90操作以加熱排氣饋送流并且使來自濃燃和稀燃氣缸 列的排放物進行化學反應。圖4中的第二種方法包括操作EHC 90加熱排氣饋送流直到第 三發(fā)動機怠速階段，以及在第三發(fā)動機怠速階段期間的發(fā)動機關(guān)閉方法。EHC 90操作以加 熱排氣饋送流，發(fā)動機關(guān)閉方法阻止了從LNT裝置中的較熱催化劑向較冷排氣饋送流的熱 傳遞，這在發(fā)動機怠速期間會存在?；€溫度也示出在圖4中?；€溫度表征著在NEDC期 間，在不操作EHC 90、λ分段燃料噴射策略或發(fā)動機關(guān)閉方法的情況下LNT裝置在發(fā)動機 正常運轉(zhuǎn)期間的溫度。在一個實施例中，連同λ分段燃料噴射策略或發(fā)動機關(guān)閉方法一起 操作EHC 90會在NEDC的近80秒處達到300°C的溫度?；€溫度表明，在一個實施例中，在 不操作EHC 90、λ分段燃料噴射策略或發(fā)動機關(guān)閉方法的情況下，LNT裝置會在NEDC的近 345秒處達到300°C的溫度。圖5示出的結(jié)果含有NEDC期間使用兩種方法的LNT裝置的溫度(“溫度，。C”)。 第一種方法包括在車速(“車速，km/hr”)基本上為零即靜止時使用λ分段燃料噴射策略 (“λ分段”)。LNT裝置氧化未燃燃料，放熱且升高LNT裝置的溫度。第二種方法包括，在 一個實施例中，在NEDC中，在怠速運轉(zhuǎn)期間，操作EHC 90 ( “EHC”)以加熱排氣饋送流。圖 5表明，在一個實施例中，在車速基本上為零時使用λ分段燃料噴射策略，在進入NEDC近 200秒處達到300°C，而在一個實施例中，操作EHC 90在近110秒處達到300°C。在一個實 施例中，基線方法在進入NEDC近325秒處達到300°C。圖6示出的結(jié)果含有NEDC期間使用三種方法的LNT裝置的溫度(“溫度，°C ”) 和車速(“車速，km/hr”)。圖6所示第一種方法包括在發(fā)動機怠速狀況期間操作EHC 90以加熱排氣饋送流。在一個實施例中，第一種方法在進入NEDC近115秒處達到300°C。圖 6所示的第二種方法包括在發(fā)動機減速期間操作EHC。在一個實施例中，第二種方法在進入 NEDC近105秒處達到300°C。圖6所示的第三種方法包括在發(fā)動機減速期間和發(fā)動機怠速 狀況期間操作EHC 90。在一個實施例中，第三種方法在進入NEDC近115秒處達到300°C并 且在大部分NEDC期間保持大于300°C。
圖7示出了 NEDC期間使用兩種方法的LNT裝置的溫度(“溫度，°C”)和車速 (“車速，km/hr”)。第一種方法包括在發(fā)動機10怠速之后使用發(fā)動機關(guān)閉方法。在一個 實施例中，該方法在進入NEDC近200秒處達到250°C，并且在一個實施例中，在進入NEDC近 450秒處達到300°C。第二種方法包括在發(fā)動機10怠速時以及減速期間使用發(fā)動機關(guān)閉方 法。在一個實施例中，該方法在進入NEDC近225秒處達到250°C，并且在一個實施例中，在 進入NEDC近450秒處達到300°C。其中含有基線溫度。該基線表征著在不關(guān)閉發(fā)動機10 的情況下，LNT裝置在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)期間的溫度。該基線表明，在一個實施例中，在進入 NEDC近200秒處達到250°C，并且在一個實施例中，在進入NEDC近450秒處達到300°C。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，可以在帶有三元催化轉(zhuǎn)化器的后處理系統(tǒng)上執(zhí)行除 上文所描述的λ分段燃料噴射策略之外的方法。優(yōu)選地，該三元催化轉(zhuǎn)化器緊密聯(lián)接到發(fā) 動機10。本發(fā)明已經(jīng)描述了某些優(yōu)選實施例及其改型。在閱讀并理解說明書的基礎上，可 以想到其它更多的改型和替代例。因此，意味著本發(fā)明不受作為實施本發(fā)明的最佳模式而 公開的特定實施例(多個實施例)的限制，相反，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的 所有實施例。
權(quán)利要求
一種用于操作能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包括將第一后處理裝置流體聯(lián)接到所述內(nèi)燃發(fā)動機的第一組燃燒室的排氣口；將第二后處理裝置流體聯(lián)接到所述內(nèi)燃發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口；將包含第一輔助加熱裝置的第三后處理裝置流體聯(lián)接到所述第一和第二后處理裝置的出口；起動所述發(fā)動機；以及使所述第一組燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組燃燒室在稀空燃比下工作，并且操作所述第一輔助加熱裝置以將熱能傳遞給排氣饋送流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括延遲所述第一和第二組燃燒室的點火正時。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將包含第二輔助加熱裝置的第四后處理裝置流體 聯(lián)接到所述第三后處理裝置的出口。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 監(jiān)測所述第三后處理裝置的溫度；當所述第三后處理裝置的溫度超過預定溫度閾值時，以化學計量空燃比操作所述第一 和第二燃燒室并且停止操作所述第一輔助加熱裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 將所述發(fā)動機裝配到車輛上；監(jiān)測車速；以及在車輛減速期間關(guān)閉所述發(fā)動機。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 將所述發(fā)動機裝配到車輛上；監(jiān)測車速；以及當車速基本上為零和所述發(fā)動機為怠速這兩種情況中的一種出現(xiàn)時，關(guān)閉所述發(fā)動機。
7.一種用于控制能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)的車輛內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法 包括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后處理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第 一組燃燒室的排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口 的第二后處理裝置、以及流體聯(lián)接到所述第一和第二后處理裝置的出口并且包含第一輔助 加熱裝置的第三后處理裝置；選擇性地使所述第一組燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組燃燒室在稀空燃 比下工作；以及選擇性地操作所述第一輔助加熱裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括將包含第二輔助加熱裝置的第四后處理裝置流體 聯(lián)接到所述第三后處理裝置的出口。
9.一種用于操作包括能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的方法，所 述方法包括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后處理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第 一組燃燒室的排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的第二組燃燒室的排氣口 的第二后處理裝置、以及流體聯(lián)接到所述第一和第二后處理裝置的出口并且包含輔助加熱 裝置的第三后處理裝置；選擇性地使所述第一組燃燒室在濃空燃比下工作并且使所述第二組燃燒室在稀空燃 比下工作；選擇性地操作所述輔助加熱裝置；以及選擇性地在發(fā)動機開動運轉(zhuǎn)狀態(tài)與發(fā)動機關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)的一種狀態(tài)下操作所述發(fā)動機。
10. 一種用于操作包括具有進氣歧管和進氣節(jié)氣門的內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的方法，所述 發(fā)動機能夠選擇性地在稀計量比下運轉(zhuǎn)，所述方法包括將后處理系統(tǒng)裝配到所述發(fā)動機上，所述后處理系統(tǒng)包括流體聯(lián)接到所述發(fā)動機的多 個排氣口的第一后處理裝置、流體聯(lián)接到所述后處理裝置的出口并且包含輔助加熱裝置的 第二后處理裝置、以及構(gòu)造成將從所述第一后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管 的外部流道；選擇性地操作所述輔助加熱裝置；選擇性地在發(fā)動機開動運轉(zhuǎn)狀態(tài)與發(fā)動機關(guān)閉運轉(zhuǎn)狀態(tài)的一種狀態(tài)下操作所述發(fā)動機；在車輛減速事件期間將從所述第一后處理裝置排出的廢氣再循環(huán)至所述進氣歧管；以 及在操作所述輔助加熱裝置時關(guān)閉所述進氣節(jié)氣門。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機的排氣后處理方法。一種內(nèi)燃發(fā)動機包括流體聯(lián)接到相應的第一和第二后處理裝置的第一和第二組燃燒室。包含輔助加熱裝置的第三后處理裝置流體聯(lián)接到第一和第二后處理裝置的出口。使第一組燃燒室在濃空燃比下工作，并且使第二組燃燒室在稀空燃比下工作。操作輔助加熱裝置以便將熱能傳遞給排氣饋送流。
文檔編號F01N3/18GK101825009SQ20101011878
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者K·納拉亞納斯瓦米, P·M·納特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司