Способ для двигателя (варианты) и система двигателя

Способ для двигателя (варианты) и система двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе выпуска двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонаддув двигателя предоставляет двигателю возможность обеспечивать мощность, сходную с мощностью двигателя с большим рабочим объемом, при поддержании работы накачки двигателя около работы накачки безнаддувного двигателя аналогичного рабочего объема. Таким образом, турбонаддув может расширять рабочую зону двигателя. Однако в двигателях с сильно уменьшенными габаритами и массой, плотное соединение турбонагнетателя и расположенных ниже по потоку компонентов системы выпуска, таких как каталитический нейтрализатор, может представлять собой затруднения при работе двигателя с высокой нагрузкой. Например, высокие температуры выхлопных газов при работе с высокой нагрузкой могут повреждать турбонагнетатель и/или каталитический нейтрализатор. Чтобы избежать ухудшения работы компонентов системы выпуска, двигатель может эксплуатироваться с обогащенным сгоранием в условиях высоких нагрузок для снижения температур выхлопных газов.

Однако изобретатели в материалах настоящей заявки выявили потенциальные проблемы у вышеприведенного подхода. Например, обогащенная работа может вырабатывать значительное количество выбросов CO и HC. Кроме того, пониженные температуры выхлопных газов могут давать в результате выбросы, проходящие не преобразованными в расположенных ниже по потоку каталитических нейтрализаторах.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично преодолены способом для двигателя, включающим в себя этапы, на которых:

регулируют топливно-воздушное соотношение выхлопных газов выше по потоку, чтобы поддерживать первое устройство снижения токсичности выхлопных газов на или ниже пороговой температуры; а

когда топливно-воздушное соотношение выхлопных газов выше по потоку ниже порогового значения, впрыскивают воздух в выпускной канал между первым устройством снижения токсичности выхлопных газов и вторым устройством снижения токсичности выхлопных газов, чтобы поддерживать выхлопные газы ниже по потоку на другом, более высоком топливно-воздушном соотношении.

В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыскивание воздуха в выпускной канал дополнительно включает в себя этап, на котором направляют наддувочный всасываемый воздух непосредственно в выпускной канал.

В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыскивание воздуха в выпускной канал дополнительно включает в себя этап, на котором направляют наддувочный всасываемый воздух в выпускной канал через систему LP-EGR.

В одном из вариантов предложен способ, в котором направление наддувочного всасываемого воздуха в выпускной канал через систему LP-EGR дополнительно включает в себя этап, на котором направляют наддувочный всасываемый воздух в канал LP-EGR выше по потоку от охладителя LP-EGR, при этом канал LP-EGR присоединен к выпускному каналу.

В одном из вариантов предложен способ, в котором топливно-воздушное соотношение выхлопных газов выше по потоку содержит топливно-воздушное соотношение выхлопных газов на впуске первого устройства снижения токсичности выхлопных газов, при этом топливно-воздушное соотношение ниже по потоку содержит топливно-воздушное соотношение выхлопных газов на выпуске второго устройства снижения токсичности выхлопных газов.

В одном из вариантов предложен способ, в котором количество впрыскиваемого воздуха дополнительно регулируют для поддержания температуры второго устройства снижения токсичности выхлопных газов в пределах диапазона пороговых значений.

В одном из вариантов предложен способ, в котором пороговое топливно-воздушное соотношение является стехиометрическим, при этом пороговая температура является максимальной температурой расположенного выше по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов.

В одном из вариантов предложена система двигателя, содержащая:

систему выпуска, содержащую турбонагнетатель, каталитический нейтрализатор и уловитель обедненных NOx;

систему впрыскивания воздуха, присоединенную к выпускному каналу между каталитическим нейтрализатором и уловителем обедненных NOx; и

контроллер, содержащий команды для:

регулирования топливно-воздушного соотношения выше по потоку от каталитического нейтрализатора, чтобы поддерживать температуру каталитического нейтрализатора на или ниже максимальной температуры; и

при выбранных условиях, направления сжатого всасываемого воздуха в выпускной канал через систему впрыскивания воздуха.

В одном из вариантов предложена система, в которой система впрыскивания воздуха присоединяет выпускной канал непосредственно к участку впускного канала ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от дросселя.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая клапан, расположенный в системе впрыскивания воздуха, при этом контроллер содержит дополнительные команды для открывания клапана при выбранных условиях.

В одном из вариантов предложена система, в которой система впрыскивания воздуха присоединяет выпускной канал к каналу LP-EGR, при этом сжатый всасываемый воздух направляется в канал LP-EGR выше по потоку от охладителя EGR.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая клапан EGR, расположенный в канале LP-EGR, при этом контроллер содержит дополнительные команды для закрывания клапана EGR по меньшей мере при выбранных условиях.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая регулирование установки момента впрыска топлива в ответ на закрывание клапана EGR.

В одном из вариантов предложена система, в которой выбранные условия содержат высокую нагрузку двигателя и стехиометрическое сгорание.

В одном из вариантов предложена система, в которой выбранные условия содержат переход из обедненного состояния к стехиометрии.

В одном из вариантов предложена система, в которой выбранные условия содержат обогащенное сгорание, при этом сжатый всасываемый воздух направляется в выпускной канал для окисления оксида углерода, вырабатываемого при обогащенном сгорании.

В одном из вариантов предложен способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

при выбранных условиях, направляют сжатый всасываемый воздух в участок выпускного канала между трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором и уловителем обедненных NOx, причем сжатый всасываемый воздух направляют через канал LP-EGR.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выбранные условия содержат обогащенное сгорание.

В одном из вариантов предложен способ, в котором сжатый всасываемый воздух направляют в канал LP-EGR выше по потоку от охладителя EGR.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выбранные условия содержат режим рекуперации охладителя EGR.

Таким образом, температура и топливно-воздушное соотношение расположенного ниже по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов, которое расположено дальше от выпускного коллектора и, таким образом, подвергается более низким температурам выхлопных газов, чем расположенное выше по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов, может регулироваться независимо от расположенного выше по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов. Посредством этого, выбросы, которые выходят из расположенного выше по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов не преобразованными, могут преобразовываться в расположенном ниже по потоку устройстве снижения токсичности выхлопных газов, не подвергая расположенное выше по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов высоким температурам, которые могут вносить вклад в ухудшение работы компонентов.

В одном из примеров, температура и топливно-воздушное соотношение расположенного ниже по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов могут регулироваться посредством ввода вторичного воздуха в выпускной канал между расположенным выше по потоку устройством снижения токсичности выхлопных газов и расположенным ниже по потоку устройством снижения токсичности выхлопных газов. Вторичный воздух может содержать сжатый всасываемый воздух, направляемый из впускного канала в выпускной канал. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, сжатый всасываемый воздух может направляться в выпускной канал через канал LP-EGR, присоединенный к выпускному каналу. Вторичный воздух может вводиться на основании управления с обратной связью, чтобы поддерживать топливно-воздушное соотношение ниже по потоку стехиометрическим и/или поддерживать температуру расположенного ниже по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов в пределах диапазона пороговых значений.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы транспортного средства, содержащей двигатель и связанную систему последующей очистки выхлопных газов.

Фиг. 2 показывает последовательность операций способа, иллюстрирующую способ управления топливно-воздушным соотношением выхлопных газов согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ впрыскивания воздуха в выпускной канал согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления вводом воздуха во время обедненного сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления вводом воздуха во время стехиометрического сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления вводом воздуха во время формирования аммиака согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления вводом воздуха во время охлаждения каталитического нейтрализатора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 и 9 показывают примерные диаграммы рабочих параметров двигателя во время впрыска топлива согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система впрыскивания воздуха может быть обеспечена в системе выпуска, чтобы регулировать топливно-воздушное соотношение ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности выхлопных газов, такого как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор может быть предрасположенным к ухудшению работы вследствие высоких температур выхлопных газов. Для понижения температур выхлопных газов, двигатель может эксплуатироваться обогащенным, а воздух может впрыскиваться в выхлопные газы ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, чтобы обеспечить дополнительный кислород в расположенное ниже по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов, такое как уловитель обедненных NOx. В других обстоятельствах, таких как когда условия нарушают эффективную нейтрализацию NOx в трехкомпонентном нейтрализаторе, воздух может впрыскиваться, чтобы гарантировать обедненное топливно-воздушное соотношение в уловителе обедненных NOx, так чтобы NOx могли накапливаться в уловителе обедненных NOx.

Воздух может быть сжатым всасываемым воздухом, который направляется в выпускной канал непосредственно или через канал EGR. Сжатый всасываемый воздух, когда направляется через канал EGR, может направляться в канал EGR выше по потоку от охладителя EGR, чтобы обеспечивать дополнительное содействие рекуперации охладителя EGR. Таким образом, впрыскиваемый воздух может улучшать выбросы посредством выдачи обедненных выхлопных газов в расположенное ниже по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов наряду с повышением производительности охладителя EGR. Фиг. 1 изображает двигатель, включающий в себя систему впрыскивания воздуха, расположенные выше по потоку и ниже по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов, и контролер, выполненный с возможностью исполнения способов по фиг. 2-7.

Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства включает в себя систему 8 двигателя, присоединенную к системе 22 последующей очистки выхлопных газов. Система 8 двигателя может включать в себя двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. Двигатель 10 включает в себя впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя включает в себя дроссель 62, связанный по флюиду с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпуск 25 двигателя включает в себя выпускной коллектор 48, в конечном счете ведущий в выпускной канал 35, который направляет выхлопные газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбонагнетатель 50 или нагнетатель. Турбонагнетатель 50 может включать в себя компрессор 52, скомпонованный между впускным каналом 42 и впускным коллектором 44. Компрессор 52 может быть по меньшей мере частично механизирован турбиной 54 с приводом от выпускной системы двигателя, скомпонованной между выпускным коллектором 48 и выпускным каналом 35. Компрессор 52 может быть присоединен к турбине 54 с приводом от выпускной системы двигателя через вал 56. Компрессор 52 также может быть по меньшей мере частично механизирован электрическим двигателем 58. В изображенном примере, электрический двигатель 58 показан присоединенным к валу 56. Однако другие пригодные конфигурации электрического двигателя также могут быть возможны. В одном из примеров, электрический двигатель 58 может приводиться в действие накопленной электрической энергией из аккумуляторной батареи системы (не показана), когда состояние заряда аккумуляторной батареи находится выше порогового значения заряда. Посредством использования электрического двигателя 58 для приведения в действие турбонагнетателя 50, например, при запуске двигателя, электрический наддув (электронаддув) может обеспечиваться для заряда всасываемого воздуха. Таким образом, электрический двигатель может обеспечивать моторную поддержку для приведения в действие устройства наддува. По существу, как только двигатель работает в течение достаточного времени (например, порогового времени), выхлопные газы, вырабатываемые в выпускном коллекторе, могут начинать приводить в движение турбину 54 с приводом от выпускной системы двигателя. Следовательно, моторная поддержка электрического двигателя может уменьшаться. То есть во время работы турбонагнетателя, моторная поддержка, предусмотренная электрическим двигателем 58, может регулироваться, реагируя на работу турбины с приводом от выпускной системы двигателя.

Топливная система 18 может включать в себя топливный бак 20, присоединенный к системе 21 топливного насоса. Система 21 топливного насоса может включать в себя один или более насосов для повышения давления топлива, подаваемого на форсунки двигателя 10, такие как показанная примерная форсунка 66. Несмотря на то, что показана одиночная форсунка 66, дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра. Следует принимать во внимание, что топливная система 18 может быть безвозвратной топливной системой, возвратной топливной системой или различными другими типами топливной системы.

Несмотря на то, что не показано на фиг. 1, каждый цилиндр 30 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов для управления наддувочным воздухом и выпускания выхлопных газов, соответственно. Установка момента открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов может быть постоянной, или установки момента открывания и/или закрывания впускных и выпускных клапанов могут меняться, с тем чтобы обеспечивать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.

Выпуск 25 двигателя может быть присоединен к системе 22 последующей очистки выхлопных газов вдоль выпускного канала 35. Система 22 последующей очистки выхлопных газов может включать в себя одно или более устройств снижения токсичности выхлопных газов, таких как устройства 70, 72 снижения токсичности выхлопных газов, которые могут быть установлены в близко присоединенном положении в выпускном канале 35. Устройства снижения токсичности выхлопных газов могут включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, устройство нейтрализации обедненных NOx или сажевый фильтр, каталитический нейтрализатор SCR и/или их комбинацию. В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, а устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов, расположенное ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, может быть LNT. В еще одном примере, устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов может быть системой SCR или другим расположенным под днищем кузова каталитическим нейтрализатором. Например, устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов может быть каталитическим нейтрализатором SCR, выполненным с возможностью восстановления разновидности NOx в азот при реакции с восстановителем, таким как аммиак или мочевина. Форсунка 74 для восстановителя может впрыскивать восстановитель 76 в выпускной канал 35.

Каталитические нейтрализаторы могут давать токсичным побочным продуктам сгорания, формируемым в выхлопных газах, таким как разновидности NOx, несгоревшие углеводороды, угарный газ и т.д., возможность каталитически преобразовываться в менее токсичные продукты перед выбросом в атмосферу. Однако каталитическая эффективность каталитического нейтрализатора может в значительной степени находиться под влиянием температуры и содержания кислорода выхлопных газов. Например, восстановление разновидностей NOx может использовать более высокие температуры, чем окисление угарного газа. Нежелательные побочные реакции также могут происходить при более низких температурах, такие как выработка аммиака и разновидностей N₂O, которые оказывают неблагоприятное влияние на эффективность очистки выхлопных газов и ухудшают качество выбросов выхлопных газов. Для улучшения эффективности последующей очистки выхлопных газов наряду с защитой компонентов системы выпуска от высоких температур выхлопных газов, может быть желательно повышать содержание кислорода выхлопных газов ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности выхлопных газов (например, устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов).

Как дополнительно конкретизировано в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2-7, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью впрыскивания потока вторичного воздуха в систему последующей очистки выхлопных газов устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы повышать нейтрализацию определенных выбросов во время различных условий эксплуатации. Как изображено на фиг. 1, вторичный воздух может происходить из одного или более многочисленных источников. Например, вторичный воздух может включать в себя сжатый всасываемый воздух, который направляется в выпускной канал из впускного канала между компрессором 52 и дросселем 62. Магистраль 90 впрыскивания направляет сжатый всасываемый воздух непосредственно в выпускной канал 35, ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и выше по потоку от устройства 72 снижения токсичности выхлопных газов. Сжатый всасываемый воздух, впрыскиваемый в выхлопные газы через магистраль 90 впрыскивания, может регулироваться посредством клапана 91, который может управляться контроллером двигателя.

В качестве альтернативы или дополнительно, воздух может впрыскиваться в выпускной канал через канал рециркуляции выхлопных газов (EGR). Магистраль 92 впрыскивания воздуха направляет сжатый воздух выше по потоку от дросселя в выпускной канал 35 через канал 80 EGR. Канал 80 EGR выполнен с возможностью перенаправления части выхлопных газов обратно на впуск, для того чтобы снижать температуру сгорания, а отсюда выбросы NOx. Канал 80 EGR включает в себя охладитель 82 EGR, который выполнен с возможностью охлаждения EGR до достижения впуска. Кроме того, канал 80 EGR включает в себя клапан 84 EGR, который может регулироваться контроллером 12, для того чтобы регулировать поток EGR на впуск. Как показано на фиг. 1, канал 80 EGR является каналом EGR низкого давления (LP-EGR), так как EGR, которая направляется через канал 80 EGR, является EGR низкого давления, отбираемой ниже по потоку от турбины 54. Магистраль 92 впрыскивания воздуха присоединена к каналу 80 EGR между клапаном 84 EGR и охладителем 82 EGR, и управляется посредством клапана 93. Когда впрыскивание сжатого всасываемого воздуха в выпускной канал показано, клапан 93 открывается, а клапан 84 EGR закрывается. Сжатый всасываемый воздух затем направляется через магистраль 92 впрыскивания воздуха в канал 80 EGR где он проходит через охладитель 82 EGR до достижения выпускного канала 35, ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, воздушный насос 96 может присутствовать для впрыскивания наружного воздуха (например, из атмосферы) в выпускной канал 35 через магистраль 94 впрыскивания, которая управляется через клапан 95.

Система 22 последующей очистки выхлопных газов также может включать в себя устройства удерживания углеводородов, устройства удерживания твердых частиц и другие пригодные устройства последующей очистки выхлопных газов (не показаны). Следует принимать во внимание, что другие компоненты могут быть включены в двигатель, такие как многообразие клапанов и датчиков.

Система 6 транспортного средства дополнительно может включать в себя систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания). В качестве одного из примеров, датчик 16 может включать в себя датчик 126 выхлопных газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), расположенные выше по потоку датчики 128, 130 кислорода (датчик 128 кислорода может быть расположен выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов наряду с тем, что датчик 130 кислорода может быть расположен выше по потоку от устройства 72 снижения токсичности выхлопных газов и ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов), расположенный ниже по потоку датчик 132 кислорода (расположенный ниже по потоку от устройства 72 снижения токсичности выхлопных газов) и датчик 134 температуры. Другие датчики, такие как датчики давления, температуры, топливо/воздушного соотношения и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 6 транспортного средства, как подробнее обсуждено в материалах настоящего описания. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы могут включать в себя топливные форсунки (такие как топливная форсунка 66), многообразие клапанов, таких как клапаны 91, 93, 95, насос 96 и дроссель 62. Система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерная процедура управления описана в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2-7.

Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 200 управления топливно-воздушным соотношением выхлопных газов. Способ 200 может выполняться контроллером двигателя, таким как контроллер 12, в ответ на сигналы с одного или более датчиков и согласно командам, хранимым в памяти контроллера. Способ 200 может выполняться в двигателе, включающем в себя систему выпуска с по меньшей мере двумя устройствами снижения токсичности выхлопных газов, расположенным выше по потоку устройством снижения токсичности выхлопных газов и расположенным ниже устройством снижения токсичности выхлопных газов. В качестве используемых в материалах настоящего описания, «расположенный выше по потоку» и «расположенный ниже по потоку» относятся к направлению потока выхлопных газов из двигателя и в атмосферу, например, расположенное выше по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов находится ближе к двигателю и принимает выхлопные газы на выходе двигателя до достижения выхлопными газами расположенного ниже по потоку устройства снижения токсичности выхлопных газов. В варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 2, расположенное выше по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов является трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), а расположенное ниже по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов является уловителем обедненных NOx (LNT); однако другие устройства снижения токсичности выхлопных газов в других компоновках находятся в объеме этого раскрытия.

На 202, способ содержит определение рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя число оборотов двигателя, нагрузку двигателя, величину и установку момента впрыска топлива, топливно-воздушное соотношение выхлопных газов, положение дросселя, положение клапана EGR, температуру выхлопных газов, и т.д. Кроме того, определение топливно-воздушного соотношения выхлопных газов может учитывать топливно-воздушное соотношение выхлопных газов в многочисленных местоположениях, такое как топливно-воздушное соотношение на выходе двигателя, топливно-воздушное соотношение на входах одного или более устройств снижения токсичности выхлопных газов и топливно-воздушное соотношение на выходе одного или более устройств снижения токсичности выхлопных газов.

На 204, топливно-воздушное соотношение выхлопных газов регулируется, чтобы поддерживать TWC (например, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов по фиг. 1) на или ниже пороговой температуры. Например, двигатель может эксплуатироваться с требуемым топливно-воздушным соотношением, установленным для максимальных преимуществ экономии топлива, крутящего момента и/или выбросов. Однако во время некоторых условий, таких как условия высокой нагрузки, требуемое топливно-воздушное соотношение может приводить к температурам выхлопных газов на входе TWC, превышающим пороговую температуру. Пороговая температура может быть максимальной температурой, выше которой может происходить ухудшение характеристик компонента системы выпуска, такой как 950°C. В других вариантах осуществления, пороговая температура может находиться ниже максимальной температуры, для того чтобы избегать достижения TWC максимальной температуры. Если температура выхлопных газов на входе TWC превышает пороговое значение, или если фактическая температура устройства превышает пороговое значение, топливно-воздушное соотношение сгорания может регулироваться (а отсюда, топливно-воздушное соотношение выхлопных газов выше по потоку от TWC), чтобы поддерживать температуру выхлопных газов на требуемой температуре. Например, двигатель может эксплуатироваться с обогащенным сгоранием для снижения температур выхлопных газов.

На 206, определяется, работает ли двигатель с топливно-воздушным соотношением выхлопных газов на выходе двигателя ниже порогового значения. Пороговое значение может быть топливно-воздушным соотношением выхлопных газов, ниже которого вырабатываются избыточные HC и CO, таким как стехиометрия. Если двигатель работает с топливно-воздушным соотношением выше стехиометрии, иначе известным как обогащенное сгорание, избыточные HC и/или CO могут выбрасываться в выхлопные газы, которые могут проходить не нейтрализованными в TWC и LNT при текущем топливно-воздушном соотношении. По существу, если ответом на 206 является да, способ 200 переходит на 208, чтобы впрыскивать воздух ниже по потоку от TWC, для того чтобы давать дополнительный кислород в выхлопных газах выше по потоку от LNT. При действии таким образом, топливно-воздушное соотношение расположенных ниже по потоку выхлопных газов (например, выхлопных газов ниже по потоку от TWC) поддерживается на более низком (например, более обедненном) топливно-воздушном соотношении, чем выхлопные газы, поступающие в TWC.

Добавочный кислород из впрыскиваемого воздуха имеется в распоряжении для реакции с HC в выхлопных газах, и избыточные HC и CO могут окисляться в LNT. Реакция с кислородом в выхлопных газах может поднимать температуру выхлопных газов в LNT. Однако вследствие добавочного расстояния, которое выхлопные газы проходят для достижения LNT (относительно расстояния, которое выхлопные газы проходят, чтобы достигнуть TWC), выхлопные газы остывают перед достижением LNT, из условия чтобы экзотермы, высвобождаемые в результате добавочного кислорода, впрыскиваемого в выхлопные газы, не поднимали температуру LNT выше максимальной температуры. Однако количество воздуха, впрыскиваемого ниже по потоку от TWC может регулироваться на 210 на основании температуры LNT, чтобы избежать повышения температуры LNT выше максимальной температуры. В качестве альтернативы или дополнительно, количество впрыскиваемого воздуха может регулироваться на основании топливно-воздушного соотношения ниже по потоку от LNT. Например, топливно-воздушное соотношение ниже по потоку от LNT может поддерживаться на стехиометрии. После регулирования впрыскивания воздуха ниже по потоку от TWC, способ 200 осуществляет выход.

Примерные диаграммы, изображающие рабочие параметры двигателя во время обогащенного отклонения от режима с впрыскиванием воздуха выше по потоку от LNT и ниже по потоку от TWC изображены на фиг. 8. Температура TWC изображена на 810, топливно-воздушное соотношение выше по потоку (например, выше по потоку от TWC и/или LNT) изображено на 820, величина впрыскивания воздуха изображена на 830, а топливно-воздушное соотношение ниже по потоку (ниже по потоку от LNT) изображено на 840. Для каждой диаграммы, время графически нанесено на оси x, а каждый соответственный параметр графически нанесен по оси y. Что касается диаграмм 820 и 840, изображающих топливно-воздушное соотношение, стехиометрическое топливно-воздушное соотношение указано меткой 1. В момент t₁ времени, температура каталитического нейтрализатора TWC достигает пороговой температуры, которая, в этом варианте осуществления является меньшей, чем максимальная температура, выдерживаемая TWC. Для предохранения TWC от достижения максимальной температуры, двигатель эксплуатируется на богатой смеси, показанной уменьшением топливно-воздушного соотношения выше по потоку. В ответ, активизируется впрыскивание воздуха. Так как величина впрыскивания воздуха регулируется с помощью обратной связи с расположенного ниже по потоку датчика кислорода, топливно-воздушное соотношение ниже по потоку остается по существу стехиометрическим. В момент t₂ времени, обогащенное отклонение от режима заканчивается, впрыскивание воздуха выводится из работы, и оба топливно-воздушных соотношения, ниже по потоку и выше по потоку, находятся на на стехиометрии.

Возвращаясь на 206 по фиг. 2, если двигатель не работает с обогащенным сгоранием, способ 200 переходит на 212, чтобы определять, работает ли двигатель в условиях высокой нагрузки со стехиометрическим сгоранием. В этих условиях, относительно высокая пространственная скорость выхлопных газов может нарушать нейтрализацию NOx в TWC. Для того чтобы обеспечивать накопление избыточных NOx в LNT, способ 200 переходит на 214, чтобы впрыскивать воздух ниже по потоку от TWC, если двигатель работает с высокой нагрузкой и стехиометрическим сгоранием. На 216, величина впрыскивания воздуха может регулироваться на основании температуры LNT и/или топливно-воздушного соотношения ниже по потоку. Например, воздух может впрыскиваться, из условия чтобы температура LNT поддерживалась ниже порогового значения накопления, такого как 450°C, и/или из условия чтобы топливно-воздушное соотношение ниже по потоку поддерживалось обедненным по стехиометрии. После регулирования впрыскивания воздуха ниже по потоку от TWC, способ 200 осуществляет выход.

Фиг. 8 также показывает впрыскивание воздуха во время условий высокой нагрузки и стехиометрического сгорания. В момент t₃ времени, нагрузка двигателя возрастает, например, вследствие события резкого нажатия педали акселератора водителем. Однако, в отличие от момента t₁ времени, температура каталитического нейтрализатора TWC (показанная на 810) остается ниже порогового значения для инициирования обогащенного сгорания. Но, вследствие условий высокой нагрузки, стехиометрического сгорания (например, топливно-воздушное соотношение выше по потоку, показанное на 820, остается около стехиометрии), впрыскивание воздуха вводится в действие в момент t₃ времени (показанный на 830), чтобы создавать обедненную среду в LNT для накопления NOx, которые могут просачиваться за TWC. В результате впрыскивания воздуха, топливно-воздушное соотношение ниже по потоку (изображенное на 840) возрастает, до момента t₄ времени, когда нагрузка падает, и впрыскивание воздуха выводится из работы.

Возвращаясь к фиг. 2, если на 212 определено, что двигатель не работает на высокой нагрузке со стехиометрическим сгоранием, способ 200 переходит на 218, чтобы определять, ожидается ли выход из обедненного состояния. Выход из обедненного состояния может быть переходом с обедненного сгорания на стехиометрическое или обогащенное сгорание, и может определяться на основании топливно-воздушного соотношения, указываемого командой из контроллера, согласно рабочим параметрам двигателя, таким как число оборотов, нагрузка, и т.д., и/или согласно топливно-воздушному соотношению выхлопных газов. Если ожидается выход из обедненного состояния, воздух может впрыскиваться ниже по потоку от TWC на 220. Вслед за выходом из обедненного состояния, NOx, накопленные в LNT, могут высвобождаться вследствие нехватки кислорода в выхлопных газах. Для предотвращения этого, воздух впрыскивается выше по потоку от LNT, так что выхлопные газы будут обедненными, и NOx, захваченные в LNT, будут оставаться в LNT до тех пор, пока не показана очистка. Впрыскивание воздуха может регулироваться на 222, чтобы поддерживать обедненное топливно-воздушное соотношение в LNT для поддержания накопления NOx. После регулирования впрыскивания воздуха, способ 200 осуществляет выход.

Если, на 218, определено, что выход из обедненного состояния не ожидается, способ 200 переходит на 224, чтобы продолжать регулирование с обратной связью топливно-воздушного соотношения на основании входного сигнала датчика с одного или более датчиков выхлопных газов, для того чтобы поддерживать требуемое топливно-воздушное соотношение выхлопных газов и температуру TWC, не впрыскивая воздух ниже по пот