專利名稱：用于控制火花點燃直噴發(fā)動機操作的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機和排氣后處理系統(tǒng)的操作及控制，更具體地，涉及以稀化學(xué)計
量比操作的發(fā)動機及相關(guān)的排氣后處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
這一部分的陳述僅僅是提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
構(gòu)造為火花點燃的發(fā)動機可適于在預(yù)定速度/負(fù)載操作條件下在分層充氣燃燒模式下操作。公知的是，使用分層燃燒充氣的稀化學(xué)計量比操作可提高燃料經(jīng)濟性，但是會增加排氣排放，包括氮氧化物(N0x)。公知的是，使用氨選擇性催化還原裝置以在有還原劑(例如，尿素)的情況下還原N0x。公知的是，給尿素容器再填充會給操作員帶來負(fù)擔(dān)。
用于以稀化學(xué)計量比操作的內(nèi)燃機的已知后處理系統(tǒng)可包括三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)，所述TWC后跟有其它排氣后處理裝置，包括稀燃N0x還原催化劑(也稱為稀燃NOx吸收器(以下稱為LNT裝置))和選擇性催化還原(以下稱為SCR)裝置。公知的TWC作用是降低化學(xué)計量比發(fā)動機操作期間發(fā)動機排出的碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)禾PNOx排放及稀燃操作期間的HC和CO排放。 公知的SCR裝置包括促進(jìn)NOx與還原劑(例如氨或尿素)的反應(yīng)以產(chǎn)生氮和水的催化劑材料。還原劑可被噴射進(jìn)在SCR裝置上游的排氣供給流，這需要噴射系統(tǒng)、容器和控制系統(tǒng)。所述容器可需要周期性地再填充，在寒冷氣候下會結(jié)冰，需要另外的加熱器和絕緣。 SCR裝置中使用的公知催化劑材料具有包含在鈦(Ti)上的釩(V)和鎢(W)。汽車應(yīng)用包括，用具有沸石涂層的母體金屬作為催化劑材料，所述母體金屬包括鐵(Fe)或銅(Cu)。對于催化劑材料的材料關(guān)注包括溫度操作范圍、熱穩(wěn)定性及還原劑存儲效率。對于汽車應(yīng)用，SCR裝置通常具有20(TC至60(TC的優(yōu)選操作溫度范圍，并可依據(jù)選定的催化劑材料變化。在更高負(fù)載的操作期間或之后，優(yōu)選操作溫度范圍會縮小。超過60(TC的溫度可引起還原劑失效，使SCR催化劑降級，NOx還原的效率在低于20(TC的溫度下會降低。
公知的LNT裝置在發(fā)動機稀燃操作期間吸收NOx排放，在25(TC至45(TC溫度范圍內(nèi)操作最為有效，超過或低于該溫度范圍效率都會降低。LNT裝置只在超過起燃溫度時氧化吸收的N0x排放。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)造了一種用于火花點燃和燃料直噴操作的多缸內(nèi)燃機。所述內(nèi)燃機的排氣出口提供流體地連接至排氣后處理系統(tǒng)的排氣供給流，所述排氣后處理系統(tǒng)包括流體地連接至第二后處理裝置上游的第一后處理裝置。所述第一后處理裝置包括緊密地連接至所述排氣出口的氧化催化劑裝置，所述第二后處理裝置包括具有存儲氨還原劑能力的選擇性催化還原裝置。用于操作所述發(fā)動機的方法包括檢測所述發(fā)動機的起動和運行狀況。發(fā)動機操作最初包括控制發(fā)動機燃料供給，以在所述第一后處理裝置的上游達(dá)到化學(xué)計量空氣/燃料比，并將火花點燃正時延遲一預(yù)定量。發(fā)動機操作然后包括控制發(fā)動機燃料供給，以在所述 第一后處理裝置的上游達(dá)到稀空氣/燃料比，并將所述火花點燃正時延遲一預(yù)定量。發(fā)動 機操作然后包括以第一燃燒模式操作所述發(fā)動機，以在所述第二后處理裝置上游的排氣供 給流中產(chǎn)生氨還原劑，并在所述第二處理裝置上存儲所述氨還原劑。發(fā)動機操作然后包括 以優(yōu)選的空氣/燃料比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時。


參考附圖，現(xiàn)在通過實例描述一個或多個實施方式，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖； 圖2、圖3和圖4為根據(jù)本發(fā)明的排氣后處理系統(tǒng)的示意框圖；以及
圖5為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中所述附圖僅用于示出特定示例性實施方式的目的，而非意于 限制本發(fā)明，圖1、圖2、圖3和圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式構(gòu)造的內(nèi)燃機 10、排氣后處理系統(tǒng)45、45'以及在控制模塊5中執(zhí)行的附帶控制系統(tǒng)。圖中相同的附圖標(biāo) 記指代相同的元件。 圖1示出發(fā)動機10包括多缸直噴四沖程內(nèi)燃機，其具有在汽缸15中可滑動地移 動的往復(fù)式活塞14，所述汽缸限定了容積可變的燃燒室16。每個活塞14均連接至旋轉(zhuǎn)曲 軸12，線性往復(fù)活塞行程通過旋轉(zhuǎn)曲軸12轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。示出了汽缸15中的單獨一個。 示例性發(fā)動機10可以稀空氣/燃料比操作，并使用包括通過燃料噴射器28以高壓縮比操 作的分層燃料充氣控制，所述燃料噴射器28目的在于將燃料噴射進(jìn)形成在活塞14頂部的 燃燒室16的子腔室區(qū)域，以在火花塞26最近處提供富充氣，火花塞26方便地點燃并快速 且平順地燃燒。在每個燃燒循環(huán)期間，火焰前緣從富燃區(qū)域移到稀燃區(qū)域，以為增強燃燒和 減少NOx的形成而擴展。示例性發(fā)動機10可在預(yù)定條件下以化學(xué)計量比或富燃化學(xué)計量 比操作?？蛇x地，發(fā)動機10可構(gòu)造為在受控自點火燃燒模式下操作。 進(jìn)氣系統(tǒng)引導(dǎo)進(jìn)氣至進(jìn)氣歧管29，該進(jìn)氣歧管29引導(dǎo)和分配空氣進(jìn)入進(jìn)氣通道 至各燃燒室16。進(jìn)氣系統(tǒng)包括氣流管道系統(tǒng)及用于監(jiān)測和控制發(fā)動機進(jìn)氣流的裝置。該裝 置優(yōu)先地包括用于監(jiān)測質(zhì)量空氣流量和進(jìn)氣溫度的質(zhì)量空氣流量傳感器32 。優(yōu)選地包括電 子控制裝置的節(jié)氣門34響應(yīng)于來自控制模塊5的控制信號(ETC)控制流到發(fā)動機10的空 氣流。歧管壓力傳感器36監(jiān)測進(jìn)氣歧管29中的歧管絕對壓力和大氣壓力。具有流量控制 閥38 (排氣再循環(huán)或EGR閥)的外部流動通道37可將殘留的排氣從排氣歧管39再循環(huán)至 進(jìn)氣歧管29。控制模塊5優(yōu)選地通過控制EGR閥38的開度大小來控制再循環(huán)至進(jìn)氣歧管 29的排氣的質(zhì)量流量。 從進(jìn)氣歧管29進(jìn)入燃燒室16的空氣流量由一個或多個進(jìn)氣門20控制。從燃燒室 16流出至排氣歧管39的排氣由一個或多個排氣門18控制。進(jìn)氣門20和排氣門18的打開 和關(guān)閉優(yōu)先地由雙凸輪軸(如圖所示)控制，所述雙凸輪軸的旋轉(zhuǎn)與曲軸12的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián) 并通過其標(biāo)引。VCP/VLC裝置22優(yōu)選地包括響應(yīng)于來自控制模塊5的控制信號(INTAKE) 來操作以可變地控制各汽缸15的進(jìn)氣門20的氣門升程(VLC)和凸輪相位(VCP)的可控制機構(gòu)。VCP/VLC裝置24優(yōu)選地包括響應(yīng)于來自控制模塊的控制信號(EXHAUST)來操作以可 變地控制各汽缸15的排氣門18的氣門升程(VLC)和相位(VCP)的可控制機構(gòu)。VCP/VLC 裝置22和24均優(yōu)選地包括操作以將進(jìn)氣門20和排氣門18的氣門升程量或開啟量控制為 兩個不連續(xù)階段的其中一個的可控雙級氣門提升機構(gòu)。所述兩個不連續(xù)階段優(yōu)選地包括用 于低速低負(fù)載操作的低升程氣門打開位置(約4-6mm)和用于高速高負(fù)載操作的高升程氣 門打開位置(約8-10mm) 。 VCP/VLC裝置22和24優(yōu)選地包括可變凸輪相位機構(gòu)，以分別控 制進(jìn)氣門20和排氣門18的打開和關(guān)閉的相位(即，相對正時)。所述相位是指相對于曲軸 12和相應(yīng)的汽缸15中活塞14的位置改變進(jìn)氣門20和排氣門18的打開正時。VCP/VLC裝 置22和24的可變凸輪相位系統(tǒng)優(yōu)選地具有約60。至90°曲柄旋轉(zhuǎn)的相位權(quán)限范圍，因此 允許控制模塊5相對于各汽缸15的活塞14的位置提前或延遲進(jìn)氣門20和排氣門18之一 的打開和關(guān)閉。相位權(quán)限的范圍由VCP/VLC裝置22和24限定和限制。VCP/VLC裝置22和 24包括凸輪軸位置傳感器(未示出)，以確定進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸(未示出)的旋轉(zhuǎn) 位置。使用由控制模塊5控制的電動液壓、液壓和電動控制力中的一種來致動VCP/VLC裝 置22和24。 燃料噴射系統(tǒng)包括多個單獨控制的高壓燃料噴射器28，每個噴射器28均適于響 應(yīng)于控制模塊5的控制信號(INJ_PW)而將一定量的燃料直接噴入燃燒室16中。如這里所 使用的，燃料供給指的是噴射燃料流進(jìn)入燃燒室16中的一個。從燃燒分配系統(tǒng)(未示出) 給燃料噴射器28供給加壓燃料。發(fā)動機10包括火花點燃系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)火花能量被提 供給火花塞26，以響應(yīng)于控制模塊的控制信號(IGN)點燃或輔助點燃各燃燒室16中的汽缸 充氣?？刂菩盘柨刂葡鄬τ谌紵?0中活塞14的位置的火花正時及火花停留時間。
發(fā)動機10配備有用于監(jiān)測發(fā)動機操作的其它感測裝置，每個裝置都信號地連接 至控制模塊5。感測裝置包括操作以監(jiān)測曲軸旋轉(zhuǎn)位置(即曲軸角度和速度)的曲軸傳感 器42及排氣供給流監(jiān)測傳感器40。在一個實施方式中，燃燒傳感器30可在發(fā)動機10正在 操作的期間實時監(jiān)測缸內(nèi)燃燒。排氣后處理系統(tǒng)45配備一個或多個感測裝置，以監(jiān)測一個 或多個后處理裝置下游的排氣供給流。感測裝置的信號輸出由控制模塊5監(jiān)測以控制和診 斷操作。 控制系統(tǒng)作為控制模塊5中的一組控制算法來執(zhí)行以控制發(fā)動機10的操作?？?制模塊5優(yōu)選地包括通用的數(shù)字計算機，該計算機包括微處理器或中央處理單元、存儲介 質(zhì)(包括非易失性存儲器，其包含只讀存儲器及電可編程只讀存儲器)、隨機存取存儲器、 高速時鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、輸入/輸出電路和裝置、以及恰當(dāng)?shù)男盘柼幚砗?緩沖電路?？刂颇K5執(zhí)行控制算法以控制發(fā)動機10的操作。該控制算法包括存儲在非易 失性存儲器中被執(zhí)行以提供各計算機的相應(yīng)功能的常駐程序指令和標(biāo)定值。該算法在預(yù)定 循環(huán)期間執(zhí)行，使得每個算法在每個循環(huán)中執(zhí)行至少一次。算法由中央處理單元執(zhí)行，以監(jiān) 測前述感測裝置的輸入，并使用預(yù)定標(biāo)定值執(zhí)行控制致動器操作的控制和診斷程序。循環(huán) 以規(guī)則的間隔執(zhí)行，例如正在運行的發(fā)動機和車輛操作期間每3. 125、6. 25、 12. 5、25和100 毫秒?？蛇x地，可響應(yīng)于事件的發(fā)生執(zhí)行算法。發(fā)動機io控制成以優(yōu)選的空氣-燃料比操 作，從而通過被控制成獲得優(yōu)選空氣-燃料比的進(jìn)氣流來獲得與操作員請求、燃料消耗、排 放和駕駛性能相關(guān)的性能參數(shù)。 圖2、圖3和圖4示意性地示出了排氣歧管39和39'及流體地連接到其上以管理
6和處理排氣供給流的排氣后處理系統(tǒng)45、45'。圖2示出的實施方式中，排氣歧管39引導(dǎo) 排氣流從所有發(fā)動機汽缸流至包括排氣供給流監(jiān)測傳感器40的排氣后處理系統(tǒng)45，在一 個實施例中，排氣供給流監(jiān)測傳感器40包括寬范圍的空氣/燃料比傳感器。圖3示出的實 施例中，排氣歧管39引導(dǎo)排氣流從所有發(fā)動機汽缸流至排氣后處理系統(tǒng)45'。圖4示出的 實施例中，排氣歧管39'機械地分為第一部分41和第二部分41'，其中第一部分41從第一 組發(fā)動機汽缸弓I導(dǎo)排氣流，第二部分41'從第二組發(fā)動機汽缸弓I導(dǎo)排氣流。第一部分41和 第二部分41'包括排氣供給流監(jiān)測傳感器40和40'，以監(jiān)測從第一部分41和第二部分41' 之一到排氣后處理系統(tǒng)45的排氣供給流，允許使用與第一和第二組發(fā)動機汽缸相關(guān)聯(lián)的 分流空氣/燃料比控制策略。所述分流空氣/燃料比控制策略可用于有選擇地控制至第一 組和第二組發(fā)動機汽缸的燃料供給，以獲得可組合成進(jìn)入后處理裝置50的整體優(yōu)選空氣/ 燃料比的不同預(yù)定空氣/燃料比。 圖2和圖4各自示出了排氣后處理系統(tǒng)45的第一實施方式，其包括串聯(lián)流體連接 的多個后處理裝置，包括后處理裝置50、60、70和80。優(yōu)選地，還原劑噴射裝置55在后處理 裝置70上游裝配到排氣后處理系統(tǒng)45中。圖3示出了排氣后處理系統(tǒng)45'的第二實施方 式，其包括串聯(lián)流體連接的后處理裝置，包括后處理裝置60、70和80。排氣供給流監(jiān)測傳 感器72優(yōu)選地置于后處理裝置70的下游以監(jiān)測NOx排放。在一個實施方式中，后處理裝 置70的上游可設(shè)置監(jiān)測傳感器(未示出)以監(jiān)測后處理裝置70上游、優(yōu)選的是還原劑噴 射裝置55上游的排氣供給流。后處理裝置50、60、70和80可裝配進(jìn)在發(fā)動機艙和車身底 部流體連接并組裝的單獨結(jié)構(gòu)中，且其間設(shè)置有一個或多個感測裝置(未示出)?？蛇x地， 后處理裝置50和60可裝配進(jìn)位于所述發(fā)動機艙內(nèi)的第一結(jié)構(gòu)中，后處理裝置70和80可 裝配進(jìn)位于所述底部的第二結(jié)構(gòu)中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可構(gòu)思其它的裝配結(jié)構(gòu)。在一個實 施方式中，溫度監(jiān)測傳感器(未示出)可集成進(jìn)后處理裝置50、60、70和80的一個或多個 的結(jié)構(gòu)中，以監(jiān)測和確定其操作溫度。 在一個實施方式中，后處理裝置50包括用于從排氣供給流中去除微粒物質(zhì)的微 粒過濾器(未示出)。微粒過濾器包括具有交替堵塞的流動通道的堇青石基底，使排氣供給 流流過基底壁，從排氣供給流中過濾或除去了微粒物質(zhì)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可想到其它類 型的微粒過濾器設(shè)計，包括如流過式金屬泡沫過濾器、陶瓷泡沫過濾器、編織纖維、纖維紙 和織物、燒結(jié)金屬纖維和折疊紙質(zhì)過濾器。在一個實施方式中，微粒過濾器可包括具有鋁基 涂層的堇青石基底，所述鋁基涂層具有一種或多種鉑族金屬，例如Pt、Pd和Rh。后處理裝置 50優(yōu)選緊密地連接至排氣歧管39。壓力傳感器(未示出)可用于測量后處理裝置50 (即 微粒過濾器)上游的排氣壓力。 后處理裝置60優(yōu)選地包括三效/氧化催化劑裝置，其優(yōu)選地包括具有鋁基涂層的 堇青石基底(未示出)，所述鋁基涂層含有一種或多種鉑族金屬，例如Pt、Pd、Rh以及鈰，用 于氧氣存儲和釋放功能。氨可在后處理裝置50和60之一中在存在重整物的情況下由NOx 生成。 在圖2和圖4所示的實施方式中，后處理裝置60優(yōu)選緊密地連接至第一后處理裝 置50，該第一后處理裝置50優(yōu)選緊密地連接至排氣歧管39、39'。在圖3所示的實施方式 中，后處理裝置60優(yōu)選緊密地連接至排氣歧管39。 后處理裝置70包括氨-SCR催化劑裝置，其優(yōu)選地包括具有沸石基涂層的堇青石
7基底(未示出)，所述沸石基涂層含有一種或多種金屬，例如Fe、 Cu、 V、 W和Ti 。
后處理裝置80優(yōu)選地包括氨逃逸催化劑裝置，其包括具有鋁基涂層的堇青石基 底(未示出)，所述鋁基涂層含有一種或多種鉑族金屬，例如Pt、 Pd和Rh，并可操作以氧化 NH3和其它排氣供給流成分。 各催化劑裝置的設(shè)計特征，例如容積、空間速度、單元密度、涂層密度、金屬加載可 由具有本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)特定應(yīng)用來確定。 在一個實施方式中，排氣后處理系統(tǒng)45包括還原劑噴射裝置55，該還原劑噴射裝 置55具有流體地連接至可再填充容器57的噴射機構(gòu)和噴嘴(未示出)，所述容器57優(yōu)選 地含有尿素或包括NH3的其它適當(dāng)還原劑。還原劑噴射裝置55的噴嘴在后處理裝置70上 游插入排氣后處理系統(tǒng)45。還原劑噴射裝置55由控制模塊5控制，以對應(yīng)于排氣供給流中 N0x排放物的質(zhì)量將一定質(zhì)量流率的尿素噴射進(jìn)排氣供給流中，優(yōu)選地超過或接近N0x/尿 素化學(xué)計量比。 排氣后處理系統(tǒng)45的各后處理裝置在超過大氣溫度的優(yōu)選操作溫度范圍內(nèi)操作 最有效率。當(dāng)在保溫期之后起動和操作發(fā)動機10時，可使用操作發(fā)動機10以加熱各后處理 裝置的控制策略，其中在所述保溫期間，后處理系統(tǒng)45的元件達(dá)到接近大氣溫度的溫度。 操作發(fā)動機10的控制策略優(yōu)選地包括連續(xù)執(zhí)行的多個階段。 在發(fā)動機起動和運行之后，立即以第一階段控制發(fā)動機10。第一階段包括優(yōu)選使 用多脈沖燃料噴射策略以總體化學(xué)計量空氣/燃料比操作發(fā)動機io，其中一部分燃料在燃 燒循環(huán)的晚期噴射?；鸹c燃的正時相對于操作發(fā)動機的平均最佳扭矩火花點燃正時延 遲。總體的燃料供給和火花操作包括滿足操作員對輸出扭矩的需求。這樣操作發(fā)動機io最 大化了從發(fā)動機10傳送給排氣供給流的熱能，從而便于后處理裝置50和60的快速加熱。 發(fā)動機10被控制處于第一階段以提高后處理裝置50和60的溫度，直到達(dá)到允許發(fā)熱催化 劑活性的起燃溫度為止?？梢缘谝浑A段控制發(fā)動機IO—段時間，該段時間優(yōu)選基于包括大 氣溫度和后處理系統(tǒng)45的熱容量的因素來預(yù)先確定。 當(dāng)后處理裝置50和60的溫度達(dá)到起燃溫度時，以第二階段控制發(fā)動機10。第二 階段包括以預(yù)定空氣/燃料比操作發(fā)動機10，該預(yù)定空氣/燃料比總體為稀空氣/燃料比， 且優(yōu)選使用多脈沖燃料噴射策略獲得?；鸹c燃的正時繼續(xù)相對于平均最佳扭矩火花點燃 正時延遲?？傮w的燃料供給和火花操作包括滿足操作員對輸出扭矩的需求。這樣操作發(fā)動 機10化學(xué)地產(chǎn)生了用于氧化排氣成分(例如HC和CO)的熱氧化排氣供給流，以加熱后處 理裝置70和80。以第二階段控制發(fā)動機10以提高后處理裝置50和60及后處理裝置70 和80的溫度，直到達(dá)到允許有效催化劑活性的起燃溫度為止。當(dāng)后處理裝置70和80中的 一個包括地板下方LNT裝置時，起燃溫度基于存儲N0x的能力。當(dāng)后處理裝置70和80中 的一個包括地板下方SCR系統(tǒng)時，起燃溫度基于有效N0x轉(zhuǎn)換率。 可以第二階段控制發(fā)動機10 —段時間，該段時間優(yōu)選基于包括大氣溫度和后處 理系統(tǒng)45的熱容量的因素來預(yù)先確定。 當(dāng)排氣后處理系統(tǒng)45包括具有微粒過濾器的后處理裝置50時，發(fā)動機10可控制 成第三階段以通過氧化過濾的微粒物質(zhì)再生微粒過濾器。這包括以總體為稀空氣/燃料比 的預(yù)定空氣/燃料比來操作發(fā)動機10。如圖4中所示，可使用分流燃料噴射策略來實現(xiàn)以 總體預(yù)定空氣/燃料比操作發(fā)動機10?？刂苹鸹c燃的正時來操作發(fā)動機以獲得平均最佳扭矩?？傮w的燃料供給和火花操作包括滿足操作員對輸出扭矩的需求。這樣操作發(fā)動機 10產(chǎn)生了用于氧化后處理裝置50的微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的熱氧化排氣供給流。用于 再生微粒過濾器的第三階段可持續(xù)一預(yù)定時間段?？蛇x地，用于再生微粒過濾器的第三階 段可持續(xù)直到有跡象表明微粒過濾器已經(jīng)被充分地再生為止，例如，通過使用前述可操作 以測量后處理裝置50(即，微粒過濾器)上游的排氣壓力的壓力傳感器(未示出)監(jiān)測通 過微粒過濾器的壓降。 以第四階段控制發(fā)動機以在排氣供給流中產(chǎn)生包括NOx、 CO和氫的重整物。在一 個實施方式中，產(chǎn)生重整物包括以富燃空氣/燃料比操作發(fā)動機10，并提前火花點燃的正 時以產(chǎn)生重整物。在一個實施方式中，這包括以從接近化學(xué)計量比到30 : i的空氣-燃料 比范圍操發(fā)動機10，并使用后期燃燒燃料噴射或燃燒后燃料噴射策略噴射另外的燃料以產(chǎn) 生重整物。重整物可在各燃燒循環(huán)的燃燒階段的末期或可選地在各燃燒循環(huán)的排氣階段期 間通過將一定量燃料噴射進(jìn)燃燒室來產(chǎn)生。重整物在后處理裝置60中反應(yīng)，以由NOx和氫 形成NH3還原劑?？刂瓢l(fā)動機10的操作以在排氣供給流中形成NH 3還原劑的過程稱為被 動NH3 SCR操作。NH3還原劑可存儲在后處理裝置70上。通過后處理裝置70的過量NH3 還原劑(稱為氨逃逸)可在后處理裝置80中被氧化。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)以第四階段操作發(fā) 動機，并監(jiān)測從監(jiān)測傳感器72輸出的信號以檢測氨逃逸。當(dāng)檢測到大于預(yù)定水平的氨逃逸 時，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為第五階段。 在第四階段之后以第五階段控制發(fā)動機控制。第五階段包括將以發(fā)動機10的優(yōu) 選操作狀態(tài)來操作發(fā)動機10，在該實施方式中為稀燃分層充氣操作?？蛇x地，所述優(yōu)選操作 狀態(tài)可包括化學(xué)計量火花點燃操作或稀燃受控自燃操作，即優(yōu)選禁用火花點燃的均質(zhì)充氣 壓燃操作。 排氣供給流含有NOx，其通過后處理裝置50和60，并在存在存儲的NH3還原劑的 情況下于后處理裝置70中被還原為N2。發(fā)動機10可操作在這種情形下，直到NH3還原劑 被基本耗盡為止，或者出現(xiàn)產(chǎn)生NH3還原劑的其它機會，例如在冷起動操作期間和在高負(fù) 載操作或加速時間期間。在某些穩(wěn)定狀態(tài)巡航情形下，可通過在燃燒循環(huán)后期噴射第二燃 料脈沖以稀燃模式操作發(fā)動機10。當(dāng)存儲的NH3還原劑基本上耗盡時，可控制發(fā)動機10以 化學(xué)計量或接近化學(xué)計量操作，以最大化NOx產(chǎn)生，允許后處理裝置60操作和使用三效催 化劑功能和氧氣存儲/釋放功能，以在存在存儲的氧氣的情況下氧化HC和CO并還原NOx。 為描述目的，當(dāng)后處理裝置70中存儲的NH3還原劑不足以還原排氣供給流中的NOx而滿足 預(yù)定NOx濃度時，NH3還原劑基本被耗盡，其中所述NOx濃度借助于例如一定行進(jìn)距離上的 NOx量來測量，例如mg (NOx) /km。 操作還原劑噴射裝置55以將尿素噴射進(jìn)排氣供給流的過程稱為主動尿素定量給 料。N0x排放在尿素中存在NH3的情況下在后處理裝置70中被還原成氮氣。在后處理裝置 70上存儲的氨基本被耗盡時在高負(fù)載發(fā)動機操作期間和低負(fù)載發(fā)動機操作時，以及在發(fā)動 機操作期間的其他時期可使用主動尿素定量給料。 在一個實施方式中，主動尿素定量給料與被動NH3 SCR操作結(jié)合使用，以降低NOx 排放。在發(fā)動機操作期間，例如在低負(fù)載的穩(wěn)定狀態(tài)情形下，發(fā)動機IO以稀薄空氣/燃料 比操作，優(yōu)選在大于20 : l的范圍內(nèi)。排氣供給流含有N0x，其通過后處理裝置50和60， 并在后處理裝置70中在有存儲的NH3的情況下被還原為N2。在特定操作條件下，例如高發(fā)動機負(fù)載操作或加速情況，主動尿素定量給料可結(jié)合被動NH3 SCR操作使用以降低NOx排 放。發(fā)動機10可在這種情形下操作，直到NH3基本被耗盡或者出現(xiàn)產(chǎn)生NH3的其它機會為 止，例如在高負(fù)載操作或加速過程期間。 在特定操作條件下，包括當(dāng)在后處理裝置70上已存儲了充足的或預(yù)定量的NH3 時，控制系統(tǒng)優(yōu)選使用被動NH3 SCR操作來控制發(fā)動機操作。當(dāng)發(fā)動機10操作在低負(fù)載和 中負(fù)載操作情形下，包括具有足量存儲的NH3的穩(wěn)定狀態(tài)操作，可停用主動尿素定量給料。 當(dāng)后處理裝置70上存儲的NH3被基本上耗盡時，啟用所述主動尿素定量給料，并根據(jù)主動 尿素定量給料來控制發(fā)動機操作和尿素噴射，以在后處理裝置70中獲得期望的尿素/NOx 比，以便有效還原NOx。當(dāng)在還原劑噴射裝置55中檢測到故障時，包括氨容器57變空，發(fā)動 機10可控制成以化學(xué)計量或接近化學(xué)計量操作以最小化NOx的生成。后處理裝置60使用 三效催化劑功能和氧氣存儲/釋放來操作，以在有存儲的氧氣的情況下氧花HC和CO并還 原N0x。 圖5示出了在發(fā)動機起動并以NEDC行駛循環(huán)運行了一段時間、對于示例性系統(tǒng)的 的氧化催化劑裝置60的溫度(標(biāo)記為"催化劑床溫度")。示出了在第一、第二、第三、第四 和第五階段的各階段的氧氣催化劑裝置60的溫度，表示出基于溫度一個階段轉(zhuǎn)換為下一 個階段的點。 本發(fā)明已經(jīng)描述了特定優(yōu)選實施例及其修改。通過閱讀和理解該說明書可想到其 它修改和變形。因此，本發(fā)明不限于作為實施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實施例，而是 本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施方式。
10
權(quán)利要求
用于操作多缸火花點燃直噴式內(nèi)燃機的方法，所述內(nèi)燃機具有流體地連接至排氣后處理系統(tǒng)的、提供排氣供給流的排氣出口，所述排氣后處理系統(tǒng)包括流體地連接在第二后處理裝置上游的第一后處理裝置，所述第一后處理裝置包括緊密地連接至所述排氣出口的氧化催化劑裝置，所述第二后處理裝置包括具有存儲氨還原劑能力的選擇性催化還原裝置，所述方法包括檢測所述發(fā)動機的起動和運行狀況；然后最初控制發(fā)動機燃料供給，以在所述第一后處理裝置的上游達(dá)到化學(xué)計量空氣/燃料比，并將火花點燃正時延遲一預(yù)定量；然后控制發(fā)動機燃料供給，以在所述第一后處理裝置的上游達(dá)到稀空氣/燃料比，并將所述火花點燃正時延遲一預(yù)定量；然后以第一燃燒模式操作所述發(fā)動機，以在所述第二后處理裝置上游的所述排氣供給流中產(chǎn)生氨還原劑，并在所述第二后處理裝置上存儲所述氨還原劑；然后以優(yōu)選空氣/燃料比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)所述第一后處理裝置的所述氧化催化劑裝置達(dá)到起燃溫度時，中止所述的控制發(fā)動機燃料供給以在所述第一后處理裝置的上游達(dá)到化學(xué)計量空氣/燃料比并將火花點燃正時延遲一預(yù)定量。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)所述第二后處理裝置的所述選擇性催化還原裝置達(dá)到預(yù)定溫度時，中止所述的控制發(fā)動機燃料供給以達(dá)到稀空氣/燃料比并將所述火花點燃正時延遲一預(yù)定量。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)測從所述選擇性催化還原裝置輸出的氨還原劑；以及當(dāng)從所述選擇性催化還原裝置輸出的氨還原劑超過預(yù)定閾值時，中止為產(chǎn)生所述氨還原劑而以所述第一燃燒模式操作所述發(fā)動機。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的為產(chǎn)生氨還原劑而以所述第一燃燒模式操作所述發(fā)動機還包括以稀空氣/燃料比操作所述發(fā)動機并在每個燃燒循環(huán)后期都噴射燃料以產(chǎn)生重整物；在所述第一后處理裝置的所述氧化催化劑中將所述重整物重整為氨；以及將所述氨存儲在所述選擇性催化還原裝置上。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的以優(yōu)選空氣/燃料比操作所述發(fā)動機并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時包括以稀化學(xué)計量比在分層充氣燃燒模式下操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時以獲得平均最佳扭矩。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括使用存儲在所述第二后處理裝置上的所述氨還原劑還原所述排氣供給流中的氮氧化物。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在所述選擇性催化還原裝置的上游位置處將還原劑噴射進(jìn)所述排氣供給流。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述的以優(yōu)選空氣/燃料比操作所述發(fā)動機并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時包括在受控自燃燃燒模式下操作所述發(fā)動機并禁用火花點燃。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述的以優(yōu)選空氣/燃料比操作所述發(fā)動機并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時包括以化學(xué)計量比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制 為優(yōu)選正時以獲得平均最佳扭矩。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)還包括在所述氧化催化劑裝 置上游的微粒過濾器裝置，并且所述方法還包括在以所述第一燃燒模式操作所述發(fā)動機之 前，立刻以稀空氣/燃料比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括監(jiān)測通過所述氧化催化劑裝置上游的所述微粒過濾器裝置的壓降；以及 當(dāng)通過所述微粒過濾器裝置的壓降低于預(yù)定閾值時，中止所述的以稀空氣/燃料比操 作所述發(fā)動機并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過將第一組發(fā)動機汽缸控制為稀空氣/燃料 比和將第二組發(fā)動機汽缸控制為濃空氣/燃料比來控制所述發(fā)動機燃料供給，以在所述第 一后處理裝置上游達(dá)到化學(xué)計量空氣/燃料比。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過將第一組發(fā)動機汽缸控制為第一稀空氣/ 燃料比和將第二組發(fā)動機汽缸控制為第二稀空氣/燃料比來控制所述發(fā)動機燃料供給，以 在所述第一后處理裝置上游達(dá)到稀空氣/燃料比。
15. 用于操作多缸火花點燃直噴式內(nèi)燃機的方法，所述內(nèi)燃機具有緊密地流體連接至 微粒過濾器的、提供排氣供給流的排氣出口，所述微粒過濾器流體地連接至氧化催化劑裝 置，所述氧化催化劑裝置流體地連接至選擇性催化還原裝置，所述方法包括檢測所述發(fā)動機的起動和運行狀況；然后控制發(fā)動機燃料供給，以在所述微粒過濾器的上游達(dá)到化學(xué)計量空氣/燃料比，并將 火花點燃正時延遲一預(yù)定量；然后控制發(fā)動機燃料供給，以在所述微粒過濾器的上游達(dá)到稀空氣/燃料比，并將所述火 花點燃正時延遲一預(yù)定量；然后以稀空氣/燃料比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為優(yōu)選點燃正時；然后以第一燃燒模式操作所述發(fā)動機，以在所述選擇性催化還原裝置上游的排氣供給流中 產(chǎn)生氨還原劑；然后以優(yōu)選空氣/燃料比操作所述發(fā)動機，并將火花點燃正時控制為所述優(yōu)選點燃正時。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括監(jiān)測通過所述氧化催化劑裝置上游的所述微粒過濾器裝置的壓降；以及 當(dāng)通過所述微粒過濾器裝置的壓降低于預(yù)定閾值時，中止所述的以稀空氣/燃料比操 作所述發(fā)動機并將火花點燃正時控制為優(yōu)選正時。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制火花點燃直噴發(fā)動機操作的方法和裝置，描述了具有后處理系統(tǒng)的火花點燃直噴式發(fā)動機的操作，所述后處理系統(tǒng)包括氧化催化劑和選擇性催化還原裝置。所述方法包括以化學(xué)計量空氣/燃料比進(jìn)行控制和延遲火花點燃正時。然后將發(fā)動機燃料供給控制為稀空氣/燃料比并延遲火花。然后操作發(fā)動機以產(chǎn)生氨還原劑。然后發(fā)動機操作包括以優(yōu)選空氣/燃料比操作和將火花點燃控制為優(yōu)選正時。
文檔編號F02D43/00GK101769210SQ200910259028
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者D·J·克利里, J·D·史密斯, K·L·佩里, K·納拉雅納斯瓦米, P·M·納特, W·李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司