Система двигателя и способ его эксплуатации

Система двигателя и способ его эксплуатации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к регулированию каталитической регенерации выхлопных газов после обеднения рабочей смеси, например, в режиме стоп-старта двигателя, для контроля выбросов оксида азота.

Уровень техники

Системы контроля выбросов двигателя могут содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов для воздействия на различные компоненты выхлопных газов. Каталитическими нейтрализаторами могут быть, например, трехкомпонентные нейтрализаторы, накопительные каталитические нейтрализаторы оксида азота, пусковые нейтрализаторы, катализаторы селективного каталитического восстановления (SCR) и тому подобные. Каталитические нейтрализаторы выхлопных газов двигателя могут требовать периодической регенерации для восстановления каталитической активности и уменьшения окисления катализатора. Например, катализаторы могут быть регенерированы с помощью введения необходимого количества топлива для создания обогащенной среды и уменьшения количества кислорода, накопленного в катализаторе. В связи с этим, из-за потребления топлива для регенерации катализатора, может ухудшиться экономия топлива двигателя. Соответственно, были разработаны различные стратегии регенерации катализаторов.

Один способ предложен Georigk и др. в патенте США №6969492, где устройство снижения токсичности выхлопных газов предусматривает прохождение нескольких этапов каталитического преобразования, обеспечиваемых по меньшей мере двумя каталитическими нейтрализаторами, расположенными последовательно. В частности, каталитические ступени включают в себя трехкомпонентный нейтрализатор, расположенный последовательно (например, выше по потоку) с катализатором восстановления оксида азота. Различные характеристики накопления аммиака в каталитических нейтрализаторах позволяют увеличить восстановление NOx и уменьшить необходимость регенерации катализатора. Другой подход представлен Eckhoff и др. в международной публикации WO 2009/080152, где выхлопная система двигателя содержит многокомпонентные накопительные каталитические нейтрализаторы NOx с промежуточным катализатором SCR. Топливно-воздушный коэффициент выхлопных газов непрерывно меняется между богатой и бедной фазами на основании различий между топливно-воздушным коэффициентом выше по потоку первого накопительного каталитического нейтрализатора NOx и топливно-воздушным коэффициентом ниже по потоку второго накопительного каталитического нейтрализатора NOx.

Было выявлено несколько потенциальных проблем при использовании указанных подходов. Стратегии регенерации катализатора зависят не только от определенной конфигурации и типа различных каталитических нейтрализаторов выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Для систем двигателей, в которых двигатель может быть выборочно отключен при условиях стоп-старта, регенерация также зависит от режимов стоп-старта, включаемых во время ездового цикла автомобиля. Такие режимы включают в себя, например, количество, частоту и продолжительность операций стоп-старта, выполняемых во время ездового цикла автомобиля. В частности, во время стоп-старта, когда двигатель отключен и выключена подача топлива для остановки двигателя, двигатель все еще проворачивается несколько раз. В результате в трехкомпонентный нейтрализатор выхлопных газов закачивается воздух, вызывая окисление катализатора и ухудшение его способности к восстановлению NOx, при повторном включении двигателя. Подобным образом, перед повторным запуском двигателя из режима стоп-старта, двигатель проворачивается несколько раз, и в каталитический нейтрализатор выхлопных газов опять может быть закачан воздух. В то время как обогащение может использоваться для быстрой регенерации трехкомпонентного нейтрализатора после повторного включения двигателя, обогащение ведет к увеличению потребления топлива. Кроме того, задержки в повторном запуске двигателя могут ухудшить его эксплуатационные характеристики.

Раскрытие изобретения

Некоторые из вышеуказанных проблем могут быть, по меньшей мере частично, решены с помощью способа эксплуатации двигателя, при котором при работающем двигателе выхлопные газы пропускают через первый верхний по потоку каталитический нейтрализатор, а затем через второй нижний по потоку каталитический нейтрализатор для накопления по меньшей мере некоторого количества аммиака выхлопных газов в первом каталитическом нейтрализаторе. Способ также подразумевает выборочное отключение двигателя в режиме стоп-старта, а во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, регулирование регенерации третьего каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку первого каталитического нейтрализатора, на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Кроме того, при высоких нагрузках двигателя регенерация второго каталитического нейтрализатора может также быть отрегулирована на основании содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе. Таким образом, аммиак, образующийся во время стехиометрической работы двигателя, может накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и успешно использоваться для восстановления выбросов NOx во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, в то время как происходит регенерация второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов.

В одном примере двигатель со стоп-стартом может быть оборудован общим выхлопным коллектором в нижней части. Нижняя часть может содержать первый катализатор SCR, установленный выше по потоку второго, трехкомпонентного, каталитического нейтрализатора выхлопных газов и в непосредственном контакте с ним. Таким образом, и первый, и второй каталитические нейтрализаторы выхлопных газов могут быть расположены ниже по потоку третьего трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением. Во время работы двигателя аммиак, образующийся в третьем каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, может накапливаться в первом катализаторе SCR и удерживаться там, пока двигатель отключен в режиме стоп-старта. Воздушно-топливный коэффициент во время работы двигателя перед стоп-стартом может быть отрегулирован до стехиометрического или до более обогащенного, чем стехиометрический, для накопления необходимого количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе к моменту выполнения стоп-старта и выключения двигателя. За счет накопления образовавшегося аммиака в первом катализаторе SCR, хранение аммиака во втором трехкомпонентном нейтрализаторе сокращается, уменьшая, таким образом, нежелательное окисление аммиака до NOx во втором каталитическом нейтрализаторе во время стоп-старта. Во время последующего повторного запуска двигателя аммиак, удерживаемый в первом катализаторе SCR, может быть использован для восстановления NOx, в то время как воздушно-топливный коэффициент регулируется на основании содержания аммиака, удерживаемого в первом катализаторе SCR.

Во время стоп-старта содержание аммиака может меняться. В частности содержание аммиака может измениться в зависимости от продолжительности стоп-старта, а также степени охлаждения или нагревания катализатора во время стоп-старта. За счет этого охлаждение первого катализатора SC может увеличить вместимость аммиака в каталитическом нейтрализаторе, пока не достигнута пороговая температура, позволяя, таким образом, хранить большее количество аммиака. Однако по мере уменьшения температуры первого каталитического нейтрализатора ниже порогового значения, вместимость аммиака в каталитическом нейтрализаторе может начать падать. Таким образом, если аммиак хранился в первом каталитическом нейтрализаторе, когда температура первого каталитического нейтрализатора падает ниже порогового значения во время стоп-старта, накопленный аммиак может быть выпущен, что повлечет изменение содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе к моменту запроса повторного запуска двигателя после стоп-старта. Кроме того, когда отработавшие газы проходят через устройство снижения токсичности выхлопных газов, они забирают тепло от каталитических нейтрализаторов, позволяя увеличить вместимость аммиака в катализаторе SCR. Затем, когда во время стоп-старта двигатель выключен, температура катализатора SCR может временно увеличиться, вызывая окисление накопленного аммиака катализатором SCR до азота или NO с использованием кислорода, закачанного за 2-3 оборота двигателя после выключения подачи топлива. Однако если режим стоп-старта имеет большую продолжительность, то катализатор может значительно охладиться ниже пороговой температуры, вызывая тем самым потерю некоторого количества накопленного аммиака. Подобным образом, за один отдельно взятый ездовой цикл автомобиля (например, между моментом, когда водитель машины включает зажигание автомобиля, и моментом, когда водитель выключает зажигание автомобиля) двигатель может быть переведен в режим стоп-старта много раз, и воздушно-топливный коэффициент при повторном запуске двигателя может регулироваться на основании того, как часто двигатель переходит в режим стоп-старта.

Таким образом, воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован во время работы двигателя для зарядки аммиаком нижнего катализатора SCR выхлопных газов и защиты нижнего трехкомпонентного нейтрализатора от зарядки аммиаком. При использовании накопленного аммиака во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, может быть уменьшено количество топлива, требуемого для регенерации катализатора с непосредственным соединением и нижнего трехкомпонентного нейтрализатора, обеспечивая, таким образом, экономию топлива.

Следует понимать, что вышеописанная сущность изобретения представлена упрощенно, в виде набора концепций, которые будут подробно описаны далее.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему ходовой части транспортного средства.

Фиг. 2А-В иллюстрируют примеры выполнения системы двигателя с регулируемым рабочим объемом (VDE).

Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему двигателя.

Фиг. 4А-В иллюстрируют пример способа регулирования регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, на основании количества аммиака, удерживаемого в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время стоп-старта, а также на основании параметров стоп-старта.

Фиг. 5А-В иллюстрируют пример способа регулирования регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов во время переключения с режима VDE в режим отсутствия VDE двигателя, на основании количества аммиака, удерживаемого в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время режима VDE.

Фиг. 6 представляет собой блок-схему, которая может быть использована для оценки содержания аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.

Фиг. 7 представляет собой пример способа регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов во время процесса регенерации двигателя после обеднения смеси.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к способу регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов двигателя для уменьшения потребности в регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов после работы двигателя на обедненной смеси. Работа на бедных смесях может включать в себя работу в режиме стоп-старта, как в системе двигателя на Фиг. 1 и 3, или отключение цилиндров в двигателе с регулируемым рабочим объемом (variable displacement engine, VDE), как в системе двигателя на Фиг. 2А-В и 3. Другие возможные режимы работы на бедных смесях могут включать в себя режим выключения подачи топлива при торможении (DFSO). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, например, проиллюстрированную на Фиг. 4А-В, чтобы пропускать стехиометрические или обогащенные выхлопные газы через первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов и заряжать каталитический нейтрализатор аммиаком. Во время последующего повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, накопленный аммиак может быть использован для восстановления NOx, в то время как происходит регенерация третьего каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением, расположенного выше по потоку первого каталитического нейтрализатора, и, возможно, второго каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку первого каталитического нейтрализатора. Подобным образом, контроллер может выполнять управляющую программу, например, показанную на Фиг. 5А-В, чтобы заряжать первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов аммиаком до того, как цилиндры выборочно отключены, чтобы накопленный аммиак мог быть использован для восстановления NOx во время последующей реактивации цилиндров из режима VDE во время регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов. Содержание аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (Фиг. 6) может быть оценено на основании сопоставления произведенного аммиака и потребленного (или утраченного) аммиака во время работы двигателя, включая работу на бедных смесях. Примеры регулирования топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, обеспечивающие накопление необходимого количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе до того, как двигатель начал работу на бедных смесях, показаны на Фиг. 7. Таким образом, посредством предварительного накопления аммиака в селе катализаторе SCR выхлопных газов, может быть снижена потребность в регенерации расположенного выше по потоку трехкомпонентного нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением, снижая при этом излишнее потребление топлива, вызванное регенерацией, без ухудшения эффективности VDE или работы стоп-старта. Кроме того, может быть снижена потребность в регенерации расположенного ниже по потоку трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов в нижней части, обеспечивая дополнительные преимущества экономии топлива.

На Фиг. 1, показана ходовая часть 100 транспортного средства. Ходовая часть включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. В изображенном примере двигатель 10 может быть выборочно отключен при возникновении условий стоп-старта, как будет описано далее со ссылкой на Фиг. 2 и 4. Двигатель 10 изображен соединенным с трансформатором 11 крутящего момента через коленчатый вал 40. Двигатель 10 может содержать стартерную систему 9, способствующую прокрутке двигателя при повторном запуске двигателя. Трансформатор 11 крутящего момента также соединен с трансмиссией 15 через турбинный вал 17. В одном примере трансмиссия 15 представляет собой ступенчатую трансмиссию. Трансмиссия 15 может также включать в себя различные зубчатые передачи и муфты для регулирования выходного крутящего момента от трансмиссии к колесам 19. Трансформатор 11 крутящего момента имеет обгонную муфту (не показана), которая может быть включена, выключена или частично включена. Когда муфта выключена или выключается, можно сказать, что трансформатор крутящего момента находится в разблокированном состоянии. Турбинный вал 17 также известен как ведущий вал коробки передач. В одном варианте выполнения, трансмиссия 15 включает трансмиссию с электронным управлением с множеством выборочных дискретных передаточных чисел. Трансмиссия 15 может также содержать другие различные зубчатые передачи, например, с передаточным числом конечной передачи (не показано). В качестве альтернативы трансмиссия 15 может представлять собой бесступенчатую трансмиссию (continuously variable transmission, CVT).

Трансмиссия 15 может быть также соединена с колесом 19 через ось 21. Колесо 19 обеспечивает взаимодействие автомобиля (не показан) с дорогой 23. Необходимо обратить внимание на то, что в одном варианте осуществления изобретения данная силовая передача установлена в пассажирском автомобиле, двигающемся по дороге. Хотя могут быть использованы различные конфигурации транспортных средств, в одном примере двигатель является единственным источником движущей силы и, соответственно автомобиль не является гибридным электромобилем, гибридным автомобилем с подзарядкой от электросети и т.д. В других вариантах осуществления изобретения представленный способ может быть использован в гибридном автомобиле.

Контроллер 42 двигателя может быть выполнен с возможностью принимать входные сигналы от двигателя 10 и, соответственно, контролировать выходной крутящий момент двигателя и/или работу трансформатора 11 крутящего момента, трансмиссии 15 и соответствующих муфт. В одном примере можно управлять выходным крутящим моментом путем регулировки комбинаций момента зажигания, ширины импульса топлива, импульсной синхронизации топлива и/или заряда воздуха, посредством регулирования открывания дросселя и/или клапанного распределения, подъема клапана и наддува для двигателей с турбонаддувом. В случае дизельного двигателя контроллер 42 также может регулировать выходной крутящий момент двигателя посредством регулирования комбинаций ширины импульса топлива, импульсной синхронизации топлива и заряда воздуха. Во всех случаях управление двигателя может осуществляться по принципу "цилиндр-за-цилиндром", для регулирования выходного крутящего момента двигателя.

Когда выполняются условия для стоп-старта, контроллер 42 может выборочно отключать двигатель посредством выключения впрыска топлива и искрового зажигания в цилиндрах двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер может также регулировать дроссель двигателя для выравнивания давления воздуха в коллекторе (MAP) до барометрического давления (BP), содействуя замедлению вращения двигателя и одновременно подключая пусковую систему 9 к вращающемуся двигателю для использования тормозного момента и/или обеспечения замедления вращения двигателя с уменьшенным реверсированием двигателя. Затем двигатель может поддерживаться в режиме стоп-старта до подтверждения наличия условий для повторного запуска двигателя. За счет этого, когда двигатель замедляет вращение, чтобы остановиться (без топлива), через каталитические нейтрализаторы выхлопных газов может быть закачан воздух. Подобным образом, воздух может быть закачан через каталитические нейтрализаторы выхлопных газов при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта, когда двигатель раскручивается, и до возобновления подачи топлива. Этот воздух может окислять катализаторы, особенно трехкомпонентный нейтрализатор с непосредственным соединением, уменьшая его способность восстанавливать NOx и ухудшая качество выбросов выхлопных газов.

Как подробно показано на Фиг. 4А-В, контроллер двигателя может также содержать машиночитаемые команды для регулирования воздушно-топливного коэффициента во время работы двигателя, для накопления по меньшей мере некоторого количества выхлопного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Затем, во время повторного запуска двигателя из режима стоп-старта, накопленный аммиак может быть использован для восстановления NOx выхлопных газов, в то время как происходит регенерация одного или более каталитических нейтрализаторов, таких как второй каталитический нейтрализатор устройства снижения токсичности выхлопных газов и третий каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. Воздушно-топливный коэффициент можно регулировать во время повторного запуска двигателя для управления регенерацией, по меньшей мере, третьего каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением (например, второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов) на основании содержания аммиака, накопленного в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов к моменту повторного запуска двигателя. Например, по мере увеличения содержания аммиака, накопленного в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов устройства снижения токсичности выхлопных газов, может быть увеличен воздушно-топливный коэффициент сгорания при повторном запуске двигателя из режима стоп-старта. Это снижает лишнее потребление топлива, возникающее из-за регенерации второго и третьего каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Общая экономия топлива может быть улучшена при соблюдении требований по выбросам NOx.

На Фиг. 2А-В показаны примеры вариантов систем 200 и 250 двигателя 210, в которых двигатель представляет собой двигатель с регулируемым рабочим объемом (VDE). Двигатель 210 содержит несколько камер сгорания или цилиндров 31. Цилиндры 31 двигателя 210 расположены группами на отдельных рядах цилиндров двигателя. В изображенном примере двигатель 210 содержит два ряда цилиндров - 14А и 14В. Соответственно, цилиндры распределены между первой группой цилиндров (показано четыре цилиндра), расположенной в первом ряду 14А, и второй группой цилиндров (показано четыре цилиндра), расположенной во втором ряду 14В. Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что варианты осуществления изобретения, изображенные на Фиг. 2А-В относятся к V-образному двигателю с цилиндрами, расположенными в различных рядах, это не является ограничивающим, и двигатель также может быть однорядным, где все цилиндры расположены в одном ряду.

Двигатель 210 с регулируемым рабочим объемом может получать воздух через впускной канал 142, сообщающийся с разветвленным впускным коллектором 44А, 44В. В частности, первый ряд 14А цилиндров двигателя получает воздух из впускного канала 142 через первый впускной коллектор 44А, а второй ряд 14В цилиндров двигателя получает воздух из впускного канала 142 через впускной коллектор 44В. Несмотря на то, что ряды 14А, 14В цилиндров изображены имеющими отдельные впускные коллекторы, следует принять во внимание, что в альтернативных вариантах осуществления изобретения ряды цилиндров могут иметь общий впускной коллектор или общую часть впускного коллектора. Количество воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, может контролироваться посредством регулирования положения дросселя 62. Кроме того, количество воздуха, подаваемого в каждую группу цилиндров на отдельных рядах, может регулироваться путем изменения синхронизации одного или более впускных клапанов, соединенных с цилиндрами.

На Фиг. 2А показано, что продукты сгорания, образующиеся в цилиндрах первого ряда 14А, направляются в один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов в первом выпускном коллекторе 48А, где продукты сгорания подвергаются обработке перед их выбросом в атмосферу. Первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов соединено с первым выпускным коллектором 48А. Первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. В одном примере, каталитическим нейтрализатором с непосредственным соединением в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентный нейтрализатор. Отработавшие газы, образовавшиеся в первом ряду 14А двигателя, подвергаются обработке в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов перед их направлением в первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов (расположенное в в нижней, «хвостовой» части системы). Первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов может содержать первый концевой каталитический нейтрализатор 82А и второй концевой каталитический нейтрализатор 84А. В частности, первый концевой каталитический нейтрализатор 82А и второй концевой каталитический нейтрализатор 84А могут быть интегрированы в концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов в непосредственном контакте друг с другом. В одном примере первый концевой каталитический нейтрализатор 82А содержит катализатор SCR для селективного каталитического восстановления, при которой частицы NOx восстанавливаются до азота аммиаком. В другом примере второй концевой каталитический нейтрализатор 84А выхлопных газов содержит трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Первый концевой каталитический нейтрализатор 82А выхлопных газов расположен выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84А выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80А снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением (входящего в устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов).

Отработавшие газы, обработанные при прохождении через первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов и первое концевое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов, далее направляются в соединительный блок 55 через первый выпускной коллектор 48А. Оттуда отработавшие газы могут быть выведены в атмосферу через общий выпускной канал 50.

Продукты сгорания, образуемые в цилиндрах второго ряда 14В, выводятся в атмосферу через второй выпускной коллектор 48В. Второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов соединено со вторым выпускным коллектором 48В. Второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор выхлопных газов с непосредственным соединением. В одном примере, каталитическим нейтрализатором с непосредственным соединением в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентный нейтрализатор. Отработавшие газы, образующиеся во втором ряду 14В цилиндров двигателя, подвергаются обработке в устройстве 70В снижения токсичности выхлопных газов перед их направлением во второе концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов. Второе концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов нижней части кузова может также содержать первый концевой каталитический нейтрализатор 82В и второй концевой каталитический нейтрализатор 84В. В частности, первый концевой каталитический нейтрализатор 82В и второй концевой каталитический нейтрализатор 84В могут быть интегрированы в концевое устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов в непосредственном контакте друг с другом. В одном примере первый концевой каталитический нейтрализатор 82В содержит катализатор SCR, в то время как второй концевой каталитический нейтрализатор 84В выхлопных газов содержит трехкомпонентный нейтрализатор. Второй концевой каталитический нейтрализатор 82В выхлопных газов расположен выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84В выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80В снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов с непосредственным соединением (включенный в устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов).

В то время как вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг. 2А, имеет каждый ряд цилиндров двигателя, соединенный с соответствующими концевыми устройствами снижения токсичности выхлопных газов, в альтернативных вариантах осуществления изобретения, например, в варианте, показанном на Фиг. 2В, каждый ряд цилиндров двигателя соединен с соответствующими устройствами 70А, 70В снижения токсичности выхлопных газов, но с общим концевым устройством 80 снижения токсичности выхлопных газов. В системе 250, показанной на Фиг. 2В, общее концевое устройство 80 снижения токсичности выхлопных газов расположено ниже по потоку места соединения 55 и общего выпускного канала 55. Общее концевое устройство 80 снижения токсичности выхлопных показано вместе с первым концевым каталитическим нейтрализатором 82, расположенным выше по потоку второго концевого каталитического нейтрализатора 84 (в направлении потока выхлопных газов) и интегрированным с ним в концевом устройстве 80 снижения токсичности выхлопных газов.

К двигателю 210 могут быть подключены различные датчики воздушно-топливного коэффициента. Например, первый датчик 72 воздушно-топливного коэффициента может быть подключен к первому выпускному коллектору 48А первого ряда 14А цилиндров двигателя ниже по потоку первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, а второй датчик 74 воздушно-топливного коэффициента может быть подключен ко второму выпускному патрубку 48В второго ряда 14В цилиндров двигателя ниже по потоку второго устройства 70В снижения токсичности выхлопных газов. В других вариантах осуществления изобретения дополнительные датчики воздушно-топливного коэффициента могут быть подключены выше по потоку устройств снижения токсичности выхлопных газов, например, таких как первый датчик 71А воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, и второй датчик 71В воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку второго устройства 70В снижения токсичности выхлопных газов. Также могут быть использованы и другие датчики воздушно-топливного коэффициента, например, подключенные к концевым устройствам снижения токсичности выхлопных газов. Как подробно показано на Фиг. 3, датчики воздушно-топливного коэффициента могут включать в себя кислородные датчики, такие как датчик содержания кислорода в выхлопных газах (EGO), подогреваемый датчик содержания кислорода в выхлопных газах (HEGO), универсальный датчик содержания кислорода в выхлопных газах (UEGO) и т.д. В одном примере датчиками 72, 74 воздушно-топливного коэффициента, подключенными ниже по потоку устройств 70А, 70В снижения токсичности, могут быть датчики HEGO, используемые для контроля каталитического нейтрализатора, в то время как датчики 71А, 71В воздушно-топливного коэффициента, подключенные выше по потоку устройств 70А, 70В снижения токсичности, представляют собой датчики UEGO, используемые для регулирования работы двигателя.

Один или более цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены во время определенных условий работы двигателя. Например, во время пониженных нагрузок двигателя один или более цилиндров в выбранном ряду цилиндров могут быть селективно отключены. Это может подразумевать отключение подачи топлива и зажигания в выбранном ряду цилиндров. Кроме того, может осуществляться регулирование момента открывания впускных и/или выпускных клапанов так, что практически отсутствует закачивание воздуха через отключенный ряд цилиндров двигателя, в то время как воздух продолжает поступать через включенный ряд цилиндров двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения отключенные цилиндры могут иметь клапаны цилиндра, которые удерживаются в закрытом состоянии во время одного или более циклов двигателя, в которых клапаны цилиндра отключаются толкателями с гидроприводом или посредством переключающего устройства профиля кулачка (CPS), в котором используется рабочий выступ кулачка без подъема для отключенных клапанов. В одном примере контроллер двигателя может селективно отключать все цилиндры определенного ряда цилиндров двигателя (14А или 14В) во время перехода в режим VDE и затем заново включать цилиндры во время обратного перехода в режим без VDE.

При помощи селективного отключения цилиндров двигателя в условиях его низкой нагрузки, сокращаются насосные потери и потери на трение двигателя, а также улучшается экономия топлива. Однако присутствуют определенные проблемы с точки зрения выбросов. Например, во время отключенного режима VDE или стехиометрической работы двигателя аммиак образуется в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением в условиях слабого обогащения, обычно используемого для замкнутой системы управления. При этом впрыскивание топлива и восстановителя выше по потоку каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением регулируется на основании топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, измеряемого ниже по потоку каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением, для поддержания воздушно-топливного коэффициента в стехиометрии или на уровне, близком к стехиометрическому (например, слегка обогащенная смесь стехиометрии), одновременно производя аммиак для восстановления частиц NOx в выхлопных газах. При отсутствии концевого катализатора SCR этот аммиак может накапливаться в концевом трехкомпонентном нейтрализаторе, благодаря более низким температурам выхлопных газов в этом месте. Во время включения режима VDE чистый воздух проходит через один ряд цилиндров двигателя, и концевой трехкомпонентный нейтрализатор может окислить накопленный аммиак до NOx и N₂O с помощью кислорода, содержащегося в свежем воздухе. Кроме того во время работы на бедных смесях (т.е. режим работы VDE) происходит окисление трехкомпонентного нейтрализатора, вследствие чего ухудшается его способность восстанавливать NOx после возвращения в режим без VDE / стехиометрический режим работы двигателя. В частности, трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать NOx до тех пор, пока не произойдет достаточного восстановления и регенерации трехкомпонентного нейтрализатора. Для минимизации продолжительности этой утерянной функции трехкомпонентного нейтрализатора и для его быстрого восстановления, после выхода из режима VDE может быть использовано обильное обогащение. Такое обогащение не только увеличивает излишнее потребление топлива, но и генерирует дополнительное количество аммиака. Дополнительное количество аммиака требует задержки повторного включения в режим VDE, для того чтобы диссипировать аммиак, в противном случае оставшийся аммиак может окислиться до NOx или N₂O.

Согласно изобретению, особая конфигурация концевого катализатора SCR, интегрированного выше по потоку трехкомпонентного нейтрализатора в концевое устройство снижения токсичности выхлопных газов, решает по меньшей мере некоторые из вышеуказанных проблем. В частности, особое местоположение катализатора SCR ниже по потоку трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением, но выше по потоку концевого трехкомпонентного нейтрализатора позволяет катализатору SCR накапливать аммиак, образованный в трехкомпонентном нейтрализаторе с непосредственным соединением, и уменьшить накопление аммиака в концевом трехкомпонентном нейтрализаторе. Это также снижает окисление аммиака до NOx и N₂O за счет перехода концевого трехкомпонентного нейтрализатора в режим VDE (работа на бедных смесях). Кроме того, как подробно показано на Фиг. 5А-В, катализатор SCR может использовать накопленный аммиак для восстановления NOx после возврата в режим без VDE / стехиометрический режим работы двигателя. Это обеспечивает достаточное время для восстановления трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением за счет стехиометрических выхлопных газов. Как подробно показано на Фиг. 5А-В, контроллер двигателя может регулировать топливно-воздушный коэффициент сгорания выхлопных газов во время повторного включения цилиндров на основании количества аммиака, накопленного в катализаторе SCR к моменту повторного включения. Воздушно-топливный коэффициент сгорания может быть также основан на изменении количества аммиака, накопленного в катализаторе SCR, произошедшем во время селективного отключения цилиндров, непосредственно предшествующего реактивации цилиндров. Без аммиака в катализаторе SCR при реактивации цилиндров воздушно-топливный коэффициент сгорания может быть более обогащенным, чем стехиометрия, до тех пор, пока, по меньшей мере, не произойдет полная регенерация трехкомпонентного нейтрализатора с непосредственным соединением. Таким образом, потребность в регенерации каталитического нейтрализатора с непосредственным соединением может быть уменьшена в зависимости от того, какое коли