Способ эксплуатации двигателя

Способ эксплуатации двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к регулированию каталитической регенерации выхлопных газов после обеднения рабочей смеси, например, при деактивации цилиндра, 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 №6,969,492, 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 от) 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 от первого накопительного каталитического нейтрализатора NOx и топливно-воздушным коэффициентом ниже по потоку от 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 с отключаемыми цилиндрами, или с регулируемым рабочим объемом (Variable Displacement Engines, VDE) регенерация также зависит от рабочего режима двигателя (то есть, режим с отключением или без отключения цилиндров). В частности, во время работы в режиме VDE, когда выключена подача топлива в выбранные цилиндры, 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 повторной активации цилиндров. В то время как обогащение может использоваться для регенерации трехкомпонентного нейтрализатора, обогащение ведет не только к лишнему увеличению потребления топлива, но также генерирует больше аммиака, который должен быть переработан в трехкомпонентном нейтрализаторе перед тем, как двигатель снова войдет в режим VDE. По существу, когда в системе двигателя отсутствует катализатор селективного восстановления (SCR), в близко установленном трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе во время работы на обогащенной смеси вырабатывается NH₃, который накапливается ниже по потоку от в концевом трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе из-за его охлаждения. Однако когда двигатель работает на бедной смеси, накопленный NH₃ может быть окислен до NO концевым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Таким образом, за счет размещения катализатора SCR выше по потоку от концевого трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, можно использовать катализатор SCR для захвата NH₃ и предотвращения окисления его до NO в концевом каталитическом нейтрализаторе во время работы на бедной смеси. Кроме того, задержки в повторном входе или выходе из режима VDE или режима без VDE могут ухудшить его эксплуатационные характеристики. В частности, задержка входа в режим VDE, позволяющая удалить накопленный NH₃ из концевого каталитического нейтрализатора, ухудшает экономичность расхода топлива, поскольку при этом ограничивается частота входа в режим VDE. В другом примере, двигатели VDE могут иметь группы цилиндров, которым назначены определенные каталитические нейтрализаторы, а также общие каталитические нейтрализаторы выхлопных газов. В зависимости от того, какая группа цилиндров отключается или повторно подключается, может быть необходимо отрегулировать регенерацию соответствующих каталитических нейтрализаторов. Это усложняет стратегию регенерации для двигателей VDE.

Раскрытие изобретения

Некоторые из вышеуказанных проблем могут быть, по меньшей мере частично, решены с помощью способа эксплуатации двигателя, при котором выборочно отключают один или более цилиндров двигателя с помощью отключаемых топливных форсунок, а при повторном включении цилиндров регулируют топливно-воздушный коэффициент в зависимости от изменения содержания аммиака, накопленного в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, которое произошло во время выборочного отключения цилиндров непосредственно перед их повторным включением. Регулирование может быть выполнено, пока состояние регенерации второго каталитического нейтрализатора и/или третьего каталитического нейтрализатора выше порогового значения. Таким образом, аммиак, образующийся во время стехиометрической или обогащенной работы двигателя, может накапливаться в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и успешно использоваться во время перехода из режима VDE в режим без VDE для снижения требований по регенерации второго и третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В частности, накопленный аммиак может быть использован для восстановления NOx выхлопных газов, когда близко установленный каталитический нейтрализатор восстанавливается слегка обогащенным выхлопом, чтобы снизить требования активной регенерации третьего каталитического нейтрализатора. Второй концевой каталитический нейтрализатор может быть регенерирован слегка обогащенным выхлопом двигателя. Активная регенерация второго концевого каталитического нейтрализатора может быть произведена, если водитель транспортного средства подаст запрос на работу двигателя с высокой нагрузкой.

В одном примере двигатель с отключаемыми цилиндрами может иметь разные группы цилиндров, соединенные с общим выхлопным коллектором в концевой части. Концевая часть может содержать первый катализатор SCR, установленный выше по потоку от 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 от третьего близко установленного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Во время работы двигателя в режиме без VDE аммиак, образующийся в третьем каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, может накапливаться в первом катализаторе SCR и удерживаться там во время последующего перехода в режим с VDE. Воздушно-топливный коэффициент во время работы двигателя без VDE может быть отрегулирован до стехиометрического или до более обогащенного, чем стехиометрический, для накопления необходимого количества аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе к моменту выполнения перехода двигателя в режим VDE. 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, когда двигатель работает в режиме с VDE. Во время последующего возврата к режиму без VDE 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 работы в режиме VDE содержание аммиака может измениться. В частности, содержание аммиака может измениться в зависимости от продолжительности работы в режиме VDE, а также степени охлаждения катализатора при такой работе. В частности, содержание аммиака катализатора SCR может измениться по меньшей мере благодаря окислению аммиака катализатором SCR в условиях обедненной среды (при температурах свыше 300°С) и благодаря нагреванию катализатора SCR.

Таким образом, воздушно-топливный коэффициент может быть отрегулирован при не отключенных цилиндрах для зарядки аммиаком концевого катализатора SCR выхлопных газов и защиты концевого трехкомпонентного нейтрализатора от зарядки аммиаком. При использовании накопленного аммиака во время последующей повторной активации цилиндров из режима VDE, может быть уменьшено количество топлива, требуемого для регенерации ближнего катализатора и концевого 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 без 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, 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 близко установленного каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку от первого каталитического нейтрализатора, и, возможно, второго каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку от 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 теле катализаторе SCR выхлопных газов, может быть снижена потребность в регенерации расположенного выше по потоку ближнего трехкомпонентного нейтрализатора выхлопных газов, 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 концевой 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 (ВР), 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 близко установленный трехкомпонентный нейтрализатор, 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 близко установленный каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Воздушно-топливный коэффициент можно регулировать во время повторного запуска двигателя для управления регенерацией, по меньшей мере близко установленного третьего каталитического нейтрализатора (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 44 В. 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, близко установленный каталитический нейтрализатор выхлопных газов. В одном примере, близко установленным каталитическим нейтрализатором 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 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 от второго концевого каталитического нейтрализатора 84А выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80А снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку от близко установленного третьего каталитического нейтрализатора выхлопных газов (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 48 В. Второе устройство 70B 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, близко установленный каталитический нейтрализатор выхлопных газов. В одном примере, близко установленным каталитическим нейтрализатором 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 80B снижения токсичности выхлопных газов. Второе концевое устройство 80B снижения токсичности выхлопных газов нижней части кузова может также содержать первый концевой каталитический нейтрализатор 82B и второй концевой каталитический нейтрализатор 84B. В частности, первый концевой каталитический нейтрализатор 82B и второй концевой каталитический нейтрализатор 84B могут быть интегрированы в концевое устройство 80 В снижения токсичности выхлопных газов в непосредственном контакте друг с другом. В одном примере первый концевой каталитический нейтрализатор 82B содержит катализатор SCR, в то время как второй концевой каталитический нейтрализатор 84B выхлопных газов содержит трехкомпонентный нейтрализатор. Второй концевой каталитический нейтрализатор 82B выхлопных газов расположен выше по потоку от второго концевого каталитического нейтрализатора 84B выхлопных газов (в направлении потока выхлопных газов) в концевом устройстве 80В снижения токсичности выхлопных газов, но ниже по потоку от третьего близко установленного каталитического нейтрализатора выхлопных газов (включенный в устройство 70B 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, 70B 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 от 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 от 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 от первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, а второй датчик 74 воздушно-топливного коэффициента может быть подключен ко второму выпускному патрубку 48 В второго ряда 14B цилиндров двигателя ниже по потоку от второго устройства 70B снижения токсичности выхлопных газов. В других вариантах осуществления изобретения дополнительные датчики воздушно-топливного коэффициента могут быть подключены выше по потоку от устройств снижения токсичности выхлопных газов, например, таких как первый датчик 71А воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку от первого устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, и второй датчик 71В воздушно-топливного коэффициента, подключенный выше по потоку от второго устройства 70B 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 от устройств 70А, 70B 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 от устройств 70А, 70B 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 14B) 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 близко установленном трехкомпонентном нейтрализаторе в условиях слабого обогащения, обычно используемого для замкнутой системы управления. При этом впрыскивание топлива и восстановителя выше по потоку от близко установленного каталитического нейтрализатора регулируется на основании топливно-воздушного коэффициента выхлопных газов, измеряемого ниже по потоку от близко установленного каталитического нейтрализатора, 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 восставливать 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 от 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 от близко установленного трехкомпонентного нейтрализатора, но выше по потоку от концевого трехкомпонентного нейтрализатора позволяет катализатору SCR накапливать аммиак, образованный в близко установленном трехкомпонентном нейтрализаторе, 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 близко установленного трехкомпонентного нейтрализатора 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 близко установленного трехкомпонентного нейтрализатора. Таким образом, потребность в регенерации близко установленного каталитического нейтрализатора может быть уменьшена в зависимости от того, какое количество аммиака накопилось в катализаторе SCR. За счет накопления аммиака в концевом катализаторе SCR перед отключением цилиндров уменьшается излишнее потребление топлива во время процесса регенерации трехкомпонентного близко установленного нейтрализатора, улучшая экономию топлива, а также обеспечивая