СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF ENGINE OPERATION (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к регенерации и регулировке температуры каталитического нейтрализатора путем впрыска воды во время работы на бедной смеси. В частности, изобретение относится к вариантам способов эксплуатации двигателя.
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 т.п. Каталитические нейтрализаторы выхлопных газов двигателя могут использовать периодическую регенерацию 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 раскрыт в патенте США №6969492, согласно которому 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 раскрыт в публикации WO 2009/080152, согласно которому выхлопная система двигателя содержит многокомпонентные накопительные каталитические нейтрализаторы NOx с промежуточным катализатором SCR. Воздушно-топливный 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 воздушно-топливным коэффициентом ниже по потоку второго накопительного каталитического нейтрализатора NOx.
Однако было обнаружено, что с такими подходами могут быть связаны потенциальные проблемы. Например, было установлено, что управление регенерацией может быть нарушено во время режимов работы, когда один или несколько цилиндров могут быть отключены по причине прекращения подачи топлива в цилиндры во время ездового цикла автомобильного транспортного средства. Во время таких режимов работы двигатель может продолжить вращение, будучи отключенным от подачи топлива улучшения дорожных качеств и производительности. Такое вращение закачивает воздух в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выхлопных газов, вызывая окисление нейтрализатора и снижая его способность к нейтрализации NOx при повторном включении двигателя. Несмотря на то, что для быстрой регенерации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора при повторном включении двигателя может быть применено обогащение горючей смеси, это приводит к увеличенному потреблению топлива. Другим последствием закачки двигателем воздуха в нейтрализатор может быть увеличение температуры каталитического нейтрализатора, что также снижает его эффективность.
В одном примере для регенерации и регулировки температуры каталитического нейтрализатора в изобретении предлагается способ эксплуатации двигателя, в котором при выбранном условии производят селективное отключение одного или нескольких цилиндров посредством отключаемых топливных форсунок, причем во время деактивации цилиндров в один или более отключенных цилиндров впрыскивают воду, чтобы уменьшить насыщение кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Процессы, во время которых один или несколько цилиндров могут быть отключены, могут представлять собой, например, переключение трансмиссии, как автоматической, так и механической, отсечку топлива в режиме замедления (DFSO), контроль видов и последствий отказа при пропуске зажигания (FMEM при пропуске зажигания) и контроль увеличения числа оборотов двигателя во время неустойчивых процессов пуска и остановки. Таким образом, путем впрыска воды и уменьшения количества содержания кислорода в каталитическом нейтрализаторе в режиме работы при отключенных цилиндрах повышенный расход топлива в связи с обогащением смеси во время повторного включения цилиндра (цилиндров) может быть снижен с одновременным поддержанием требуемой концентрации NOx в выхлопных газах. Кроме того, впрыск воды в режиме работы при отключенных цилиндрах может сократить чрезмерное повышение температуры в каталитическом нейтрализаторе. Путем снижения температуры каталитического нейтрализатора можно достичь оптимальных рабочих характеристик нейтрализатора. Кроме того, впрыск воды в отключенные цилиндры способствует уменьшению содержания углеводородов в выхлопных газах посредством парового риформинга в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов при повторном включении подачи топлива. Следовательно, впрыск воды, в дополнение к уменьшению содержания кислорода в каталитическом нейтрализаторе и снижению температуры нейтрализатора, может уменьшить выбросы углеводородов.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором:
оценивают продолжительность отключения цилиндров;
определяют количество доступных циклов впрыска воды на основе оцененной продолжительности отключения цилиндров;
определяют превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды;
выборочно отключают один или более из цилиндров двигателя с помощью отключаемых топливных форсунок во время переключения трансмиссии, когда имеется превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды; и
при отключении цилиндров уменьшают насыщение кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов посредством впрыскивания воды в один или более из отключенных цилиндров двигателя посредством одной или более из форсунок для впрыска воды в каждом отключенном цилиндре двигателя.
Предпочтительно, при отключении цилиндров впрыск воды в один или более из цилиндров выполняют при превышении порогового значения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Предпочтительно, оцененная продолжительность отключения цилиндров основана на одном или более из рабочих условий двигателя.
Предпочтительно, переключение трансмиссии включает в себя переключение в автоматической трансмиссии.
Предпочтительно, переключение трансмиссии включает в себя переключение в механической трансмиссии.
Предпочтительно, переключение трансмиссии представляет собой переключение с более высокого передаточного отношения на более низкое передаточное отношение.
Предпочтительно, во время впрыска воды дополнительно регулируют количество впрыскиваемой воды на основе одного или более из объема двигателя, температуры двигателя, частоты вращения двигателя и давления в коллекторе.
Предпочтительно, дополнительно прекращают впрыск воды при повторном включении одного или более из отключенных цилиндров двигателя.
Предпочтительно, дополнительно регулируют воздушно-топливное соотношение в повторно включенных цилиндрах двигателя на основе количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе, при этом воздушно-топливное соотношение для сжигания уменьшают при уменьшении количества аммиака.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором:
оценивают продолжительность отключения цилиндров;
определяют количество доступных циклов впрыска воды на основе оцененной продолжительности отключения цилиндров;
определяют превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды;
выборочно отключают один или более из цилиндров двигателя с помощью отключаемых топливных форсунок во время запуска двигателя, когда имеется превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды; и
при отключении цилиндров уменьшают насыщение кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов посредством впрыскивания воды в один или более из отключенных цилиндров двигателя посредством одной или более из форсунок для впрыска воды в каждом отключенном цилиндре двигателя.
Предпочтительно, в режиме работы с отключенными цилиндрами впрыск воды в один или более из цилиндров выполняют в зависимости от количества циклов впрыска воды, а также в зависимости от температуры каталитического нейтрализатора.
Предпочтительно, выборочное отключение цилиндров выполняют во время повторного запуска двигателя после остановки при по меньшей мере частично разблокированном преобразователе крутящего момента и при превышении порогового значения частоты вращения двигателя при увеличении частоты вращения двигателя.
Предпочтительно, дополнительно регулируют момент впрыска воды на основе условий работы двигателя.
Предпочтительно, дополнительно прекращают впрыск воды при повторном включении одного или более из отключенных цилиндров.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором:
оценивают продолжительность отключения цилиндров;
определяют количество доступных циклов впрыска воды на основе оцененной продолжительности отключения цилиндров;
определяют превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды;
выборочно отключают один или более из цилиндров двигателя с помощью отключаемых топливных форсунок во время отсечки топлива в режиме замедления, когда имеется превышение пороговой величины доступными циклами впрыска воды; и
при отключении цилиндров уменьшают насыщение кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов посредством впрыскивания воды в один или более из отключенных цилиндров двигателя посредством одной или более из форсунок для впрыска воды в каждом отключенном цилиндре двигателя.
Предпочтительно, дополнительно регулируют количество впрыскиваемой воды в режиме впрыска воды на основе одного или более из объема двигателя, температуры двигателя, частоты вращения двигателя, давления в коллекторе и уровня кислорода в выхлопных газах, а также регулируют смещение в сторону обогащенного соотношения при повторном включении цилиндров на основе количества впрыскиваемой воды.
Предпочтительно, впрыск воды в один или более из отключенных цилиндров двигателя выполняют в зависимости от числа циклов впрыска воды, а также температуры первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Предпочтительно, дополнительно прекращают впрыск воды, повторно включают один или более из отключенных цилиндров двигателя и регулируют воздушно-топливное соотношение для сгорания в повторно включенных цилиндрах на основе количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного описания.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схема примера ходовой части транспортного средства;
Фиг. 2 - частичный вид двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 3 - схематичное изображение системы принудительной вентиляции картера и системы продувки топливного бака, соединенные с системой двигателя;
Фиг. 4А, 4В и 4С - примеры способов впрыска воды и регулировки регенерацией каталитического нейтрализатора выхлопных газов, основанной на отключении цилиндра (цилиндров) двигателя и температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов;
Фиг. 5 - пример способа для регулировки впрыска воды в режиме работы при отключенных цилиндрах двигателя; и
Фиг. 6 - пример регулировки впрыска воды и воздушно-топливный коэффициент сгорания при выборочном отключении цилиндра (цилиндров) и в зависимости от температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Нижеприведенное описание относится к системам и способам впрыска воды в режиме работы двигателя при отключенных цилиндрах таким образом, чтобы уменьшить потребность в регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов и регулировать чрезмерное повышение температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов после отключения цилиндров. Работа при отключенном цилиндре (цилиндрах) (или работа на бедной горючей смеси) может происходить в таких условиях, как переключение передач, отсечка топлива в режиме замедления (DFSO), контроль видов и последствий отказа при пропуске зажигания (FMEM при пропуске зажигания) и контроль увеличения числа оборотов двигателя во время процессов пуска и остановки в системе двигателя, представленной на Фиг. 1, 2 и 3. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, например, процедуры с Фиг. 4, для впрыска воды и регулировки регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В частности, вода может быть впрыснута в один или несколько отключенных цилиндров двигателя во время работы при отключенных цилиндрах на основании продолжительности отключения цилиндров двигателя и значения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Способ определения количества впрыскиваемой воды, а также установки момента впрыска воды представлен на Фиг. 5. При повторном включении цилиндров двигателя контроллер двигателя может отрегулировать воздушно-топливный коэффициент в повторно включенных цилиндрах. Возможные регулировки впрыска воды и топливовоздушной смеси при отключении цилиндров и в зависимости от температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов показаны на Фиг. 6. Степень обогащения (например, смещение в сторону богатого соотношения) соотношения «воздух для сгорания/топливо» может быть основана на количестве аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, например, катализаторе системы SCR. Таким образом, каталитический нейтрализатор выхлопных газов, например, трехкомпонентный нейтрализатор, может быть регенерирован при одновременном сокращении повышенного потребления топлива в двигателе. Кроме того, путем выполнения впрыска воды может быть воплощена регулировка температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов, что предотвратит снижение эффективности работы каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
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 переключения передач, DFSO, пропуска зажигания в цилиндре и стоп-старта, как будет описано далее со ссылкой на Фиг. 2 и 5. 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 И 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 (CVT). В другом варианте трансмиссия 15 может представлять собой механическую трансмиссию, в этом случае трансмиссия может включать в себя муфту (вместо преобразователя крутящего момента в автоматической трансмиссии), соединяющую двигатель с трансмиссией. Переключение передач в механической трансмиссии может быть выполнено водителем транспортного средства путем сцепления или расцепления муфты посредством педали сцепления для того, чтобы переключить передачу.
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.
При выполнении условий для отключения цилиндров контроллер 42 может выборочно отключать двигатель посредством выключения впрыска топлива и искрового зажигания в цилиндрах двигателя. Отключенные цилиндры могут оставаться в отключенном состоянии до подтверждения наступления условий для повторного включения цилиндров. В данном случае во время работы цилиндров (без топлива) в каталитические нейтрализаторы выхлопных газов может быть закачан воздух. Этот воздух может окислить каталитические нейтрализаторы, в частности, близко установленный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выхлопных газов, снижая его способность к уменьшению концентрации NOx в выхлопных газах и увеличивая токсичность выхлопов.
2
2
Как показано на Фиг. 4-6, контроллер двигателя также может содержать считываемые компьютером инструкции для впрыска воды в цилиндры двигателя в отключенном состоянии. Вода и/или водяной пар могут вытеснить воздух из цилиндров двигателя, тем самым уменьшая всасывание воздуха в отключенные цилиндры. Это может уменьшить количество воздуха, попадающего в каталитические нейтрализаторы, и, таким образом, уменьшить их окисление. Вслед за повторным включением цилиндров каталитический нейтрализатор выхлопных газов, например, трехкомпонентный нейтрализатор, может быть регенерирован путем регулирования воздушно-топливного соотношения в цилиндрах. В частности, воздушно-топливное соотношение может быть уменьшено таким образом, чтобы сместиться в сторону богатой смеси. Величина смещения в сторону богатой смеси может зависеть от количества аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, например, катализаторе системы SCR. Например, при более высоком содержании аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов величина смещения в сторону богатой смеси может быть меньше. Впрыск воды при отключенных цилиндрах может способствовать тому, что количество аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов будет поддерживаться на более высоком уровне, чем в случае, когда впрыск воды не был применен. В данном случае во время повторного включения цилиндров может быть необходимо меньшее смещение в сторону богатой смеси. Это может уменьшить повышенное потребление топлива, вызванное регенерацией каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, тем самым уменьшив общее потребление топлива в соответствии с требованиями по снижению токсичности выбросов NOx. Кроме того, впрыск воды в отключенные цилиндры может уменьшить выбросы углеводородов из-за парового риформинга в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов при повторном включении подачи топлива в условиях богатой топливовоздушной смеси, при этом углеводороды в выхлопных газах могут быть преобразованы в СО, а связанный водород - в Н. После чего, СО и Н могут быть подвергнуты окислению в катализаторе системы SCR, что уменьшит выбросы углеводородов. Кроме того, по причине теплопоглощающего характера парового риформинга, впрыск воды в отключенные цилиндры может сократить увеличение температуры в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, тем самым препятствуя снижению эффективности нейтрализатора выхлопных газов.
В одном примере катализатор системы SCR может включать в себя медь. В другом примере катализатор системы SCR может представлять собой медно-цеолитовый катализатор системы SCR или катализатор системы SCR из модифицированной меди/цеолита.
Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму 200, иллюстрирующую один цилиндр многоцилиндрового двигателя 210, который может быть включен в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 132 автомобиля через устройство ввода. В одном примере устройство ввода включает в себя педаль 130 акселератора и датчик 134 положения педали для выработки сигнала пропорционального положения педали РР.
Камера сгорания 30 двигателя 210 может содержать стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, что возвратно-поступательное движение поршня переходит во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный двигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик, для обеспечения запуска двигателя 210.
Камера 30 сгорания может получать воздух из впускного коллектора 144 через впускной канал 142 и выпускать газы сгорания через выпускной канал 148. Впускной коллектор 144 и выпускной канал 148 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. Кулачковый вал 53 выпускных клапанов управляет выпускным клапаном 54 в соответствии с профилем кулачка, расположенным по длине кулачкового вала выпускных клапанов. Кулачковый вал 51 впускных клапанов управляет впускным клапаном 52 в соответствии с профилем кулачка, расположенным по длине кулачкового вала. Датчик 57 положения кулачка выпускного клапана и датчик 155 положения кулачка впускного клапана передают информацию о соответствующих положениях кулачкового вала контроллеру 12.
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой сгорания 30, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру пропорционально ширине импульса сигнала FPW (ширина импульса впрыска топлива), полученной из контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру сгорания 30. Топливная форсунка может быть установлена сбоку от камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо в топливную форсунку 66 подается топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливный распределитель (не показан). В некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 может альтернативно или дополнительно иметь топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 144, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускной канал, находящийся перед камерой сгорания 30.
Впускной канал 142 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого электродвигателю или исполнительному механизму дросселя 64. Такую конфигурацию принято называть электронным управлением положения дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для распределения потока воздуха, подаваемого в камеру сгорания 30, между другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться контроллеру 12 при помощи сигнала положения дросселя ТР. Впускной канал 142 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) и датчик 122 давления воздуха коллектора (MAP) для передачи соответствующих сигналов MAF и MAP контроллеру 12.
Система 88 зажигания может подать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 или одна или более камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без искры.
Двигатель 210 может иметь систему впрыска воды для подачи воды в отключенные цилиндры. Система впрыска воды может включать в себя форсунку для впрыска воды для каждого цилиндра с целью впрыска воды или жидкости для стеклоочистителя. В одном примере форсунка 94 для впрыска воды во впускной канал может быть расположена в пределах впускного коллектора 144 во впускном канале и/или рядом с впускным клапаном 52. В другом примере форсунка прямого впрыска воды (не показана) может быть расположена в камере сгорания 30. В данном примере форсунка прямого впрыска воды может подавать воду непосредственно в цилиндр двигателя. В еще одном примере вторая форсунка впрыска воды во впускной канал (не показана) может быть расположена в пределах выпускного канала 148 ниже по потоку от выпускного клапана 54.
Впрыск воды в отключенные цилиндры двигателя может уменьшить количество воздуха, проходящего через цилиндры в выпускной коллектор и каталитические нейтрализаторы выхлопных газов. Например, если система впрыска воды, применяемая в двигателе 210, представляет собой систему 94 впрыска воды во впускной канал, то форсунка впрыска во впускной канал может подать воду во впускной канал, на впускной клапан отключенного цилиндра. В одном примере впрыск воды посредством впрыска во впускной канал может иметь место при отключенном цилиндре до того, как впускной клапан будет открыт (например, когда впускной клапан закрыт). Впрыскиваемая вода может испариться на впускном клапане и/или рядом с ним. Впрыскиваемая вода и/или водяной пар могут вытеснить воздух вокруг впускного канала. Таким образом, когда впускной клапан будет открыт, вода и/или водяной пар могут вытеснить воздух, тем самым, уменьшив количество воздуха, поступающего в цилиндр. В данном случае при открытии выпускного клапана незажигаемого (например, отключенного) цилиндра водяной пар может проходить через выпускную систему к каталитическим нейтрализаторам выхлопных газов. Воздух, проходящий через выпускную систему, может быть растворен в воде. Кроме того, количество кислорода, проходящее через выпускную систему, может быть уменьшено за счет его вытеснения водяным паром, что приведет к уменьшению окисления каталитических нейтрализаторов.
Контроллер двигателя может задействовать форсунки для впрыска воды в соответствующие отключенные цилиндры для выполнения впрыска воды при деактивации цилиндров. Контроллер может регулировать момент, продолжительность впрыска и количество воды. При отключении одного или нескольких цилиндров контроллер может задействовать форсунки для выполнения впрыска определенного количества воды либо во впускной канал, либо в цилиндр двигателя, либо в выпускной коллектор. В одном варианте осуществления контроллер может задействовать форсунки для впрыска воды во впускной канал для выполнения впрыска воды до того, как впускной клапан будет открыт. В другом варианте воплощения изобретения контроллер может задействовать форсунки для прямого впрыска воды для выполнения впрыска воды непосредственно до того, как впускной клапан будет открыт, рядом с верхней мертвой точкой в рабочем такте. Однако, в данном варианте для расширения воды и вытеснения ею воздуха может не быть достаточно времени. Таким образом, впрыск воды рядом с верхней мертвой точкой в рабочем такте может способствовать тому, что тепло в камере сгорания может привести в большей степени к испарению впрыскиваемой воды. В еще одном варианте контроллер может задействовать форсунки для впрыска воды во выпускные коллекторы таким образом, чтобы осуществить впрыск воды в выпускной коллектор, соответствующий блоку отключенных цилиндров, до того, как будет открыт выпускной клапан. После этого при соблюдении условий для повторного включения цилиндров контроллер может прекратить впрыск воды.
Контроллер может также регулировать количество впрыскиваемой воды в отключенные цилиндры за один раз. Как также показано на Фиг. 5, количество впрыскиваемой воды может быть основано на объеме цилиндра двигателя. В частности, количество воды, впрыскиваемой во впускной канал или непосредственно в цилиндр двигателя, может соответствовать количеству воды, которая может практически полностью заполнить цилиндр водяным паром. В данном случае такое количество водяного пара может уменьшить свободное пространство для воздуха, попадающего в цилиндр, и достигнуть выпускной системы и каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Объем водяного пара, образующийся из впрыскиваемой воды, может возрасти при повышении температуры. Таким образом, количество воды, впрыскиваемое в отключенные цилиндры, может быть основано на объеме цилиндра двигателя и температуре впускного канала и/или коллектора. Количество впрыскиваемой воды может быть также основано на дополнительных рабочих условиях двигателя, например, на давлении в коллекторе, MAP, оценочных значениях температуры клапана и головки поршня и/или скорости вращения двигателя. Кроме того, количество впрыскиваемой воды может быть основано на показаниях датчика концентрации кислорода в выхлопных газах.
2
2
3
2
2
Таким образом, впрыск воды в отключенные цилиндры может уменьшить количество воздуха, попадающего в камеру сгорания и, следовательно, в выпускную трубу, что приведет к снижению концентрации кислорода, попадающего в каталитический нейтрализатор выхлопных газов, тем самым, уменьшая его количество для восстановления каталитическим нейтрализатором и уменьшая необходимость регенерации нейтрализатора после повторного включения цилиндров. Впрыскиваемая вода может вытеснять воздух на впуске и сокращать количество кислорода, поступающего через отключенные цилиндры в выпускной коллектор. Кроме того, вода и/или водяной пар, проходящие через выпускную систему могут вступать в реакцию с углеводородами при прохождении через первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов и образовывать СО и Н в результате реакции парообразования. Н может восстанавливать NO в каталитическом нейтрализаторе с образованием аммиака, NH. Кроме того, следует заметить, что полученные СО и Н слабо реагируют с аммиаком во втором каталитическом нейтрализаторе (например, в катализаторе системы SCR) и могут быть окислены остаточным О во втором каталитическом нейтрализаторе. После повторного включения цилиндров двигателя контроллер двигателя может отрегулировать воздушно-топливное соотношение в цилиндре во время повторного включения цилиндров на основании количества аммиака в катализаторе системы SCR в момент повторного включения. В одном примере цилиндры могут быть повторно включены с воздушно-топливным соотношением, большим чем стехиометрическое. Если количество аммиака в катализаторе системы SCR не превышает пороговый уровень при повторном включении цилиндров, то более богатое воздушно-топливное соотношение может иметь большее смещение в сторону богатой смеси. Однако если количество аммиака в катализаторе системы SCR при повторном включении цилиндров превышает пороговый уровень, то более богатое воздушно-топливное соотношение может иметь меньшее смещение в сторону богатой смеси. Богатая топливовоздушная смесь может сгореть в течение определенного периода времени и регенерировать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (например, каталитический нейтрализатор, расположенный рядом с двигателем). Таким образом, потребность в регенерации каталитического нейтрализатора, расположенного рядом с двигателем, может быть уменьшена в зависимости от того, сколько аммиака находится в катализаторе системы SCR.
2
Благодаря впрыску воды в отключенные цилиндры двигателя при их деактивации, в выпускную систему может попасть меньшее количество кислорода, тем самым уменьшая окисление первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов (например, трехкомпонентного каталитического нейтрализатора). Кроме того, при впрыске воды в отключенные цилиндры, благодаря паровому риформингу в первом каталитическом нейтрализаторе и последующему окислению Н и СО во втором каталитическом нейтрализаторе (например, в катализаторе системы SCR), выбросы углеводородов могут быть снижены. Следовательно, увеличение температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть снижено. Кроме того, вода может способствовать образованию аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе (например, в катализаторе системы SCR), тем самым увеличивая количество аммиака, доступного при повторном включении цилиндров. В данном случае впрыск воды может уменьшить значение смещения в сторону богатого соотношения, требуемое после повторного включения цилиндров двигателя, что сократит повышенное потребление топлива во время регенерации первого каталитического нейтрализатора.
Следует отметить, что существуют различные условия, при которых могут быть отключены один или несколько цилиндров. В некоторых случаях не все цилиндры двигателя могут быть деактивированы (например, прекращением подачи топлива) во время цикла двигателя и только в течение одного цикла двигателя. В одном варианте во время запуска двигателя может быть отключено несколько последовательно зажигаемых в одном цикле двигателя цилиндров (например, только два последовательных цилиндра из шести или только три последовательных цилиндра из шести). Количество цилиндров, отключенных во время одного цикла двигателя, может зависеть от запроса на уменьшение крутящего момента для уменьшения скорости вращения двигателя во время перезапуска двигателя на холостом ходу, тем самым уменьшая крутящий момент, передаваемый через по крайней мере частичное сцепление в трансмиссии, например, в трансмиссии с преобразователем крутящего момента. В данных условиях впрыск воды в соответствии с изобретением может быть применен для отключенных цилиндров.
В одном варианте осуществления изобретения для управления крутящим моментом и улучшения качества переключения передач во время переключения передач может быть использовано отключение топливной форсунки. Кроме того, для быстрого уменьшения крутящего момента на краткий период времени (например, один процесс горения в цилиндре в цикле двигателя), может быть пропущено некоторое количество циклов подачи топлива в конкретные цилиндры. В данных условиях впрыск воды согласно изобретению может быть применен для каждого из отключенных цилиндров.
В других вариантах осуществления изобретения вышеописанный впрыск воды может быть применен, например, при других операциях с трансмиссией, операциях при запуске двигателя, процессах по умолчанию, имеющих место при снижении эффективности компонентов и т.д.
На Фиг. 1 датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному каналу 148 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о воздушно-топливном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов показано установленным вдоль выпускного канала 148 ниже по потоку от датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. Например, система снижения токсичности выхлопных газов транспортного средства может включать в себя одно или несколько устройств снижения токсичности выхлопа с по крайней мере одним катализатором системы SCR и по крайней мере одним трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Указанные каталитические нейтрализаторы могут быть установлены в системе в различных конфигурациях. В данном случае способы, описанные далее, могут быть воплощены в различных двигателях с различными конфигурациями системы снижения токсичности выхлопных газов. В одном примере воплощения устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя первый каталитический нейтрализатор выхлопных газов (например, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор) и второй каталитический нейтрализатор выхлопных газов (например, катализатор SCR). Кроме того, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя температурный датчик (не показан) для измерения температуры первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов (т.е. трехкомпонентного каталитического нейтрализатора).
Контроллер 12 показан на Фиг. 2 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты ввода/вывода 104 (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (KAM) и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 210, включая: измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель (MAF) от датчика 120, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; от тормозов транспортного средства; профильный выходной сигнал зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 40; измерение положения дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дросселя; температуру на выходе каталитического нейтрализатора от соответствующего датчика (не показан); и сигнал об абсолютном давлении во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122. Сигнал частоты вращения двигателя RPM может вырабатываться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика давления во впускном коллекторе может использоваться для получения показаний о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Необходимо принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, MAF без MAP или наоборот. В одном примере датчик 118, который также может быть использован как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Запоминающее устройство 106 может содержать машиночитаемые данные, представляющие команды, выполняемые микропроцессорным блоком 102, для выполнения описанных ниже способов и методик, а также других предполагаемых, но не описанных вариантов.
Контроллер 12 также получает сигналы от трансмиссии (не показана) и направляет ей контрольные сигналы. Сигналы трансмиссии могут, без ограничения перечисленным, включать в себя входные и выходные обороты коробки передач, сигналы для регулирования давления трансмиссионной линии (например, давление текучей среды, подаваемой на муфты) и сигналы для управления давлением, подаваемым муфтам для включения передач.
Как было описано выше, на Фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Каждый цилиндр может подобным образом иметь свой набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
На Фиг. 3 показана система 300 двигателя, например, система двигателя, описанная со ссылкой на Фиг. 2, которая включает в себя систему 350 принудительной вентиляции картера (PCV) и систему 360 продувки топливного бака.
Система 350 PCV может включать в себя картер 306, вмещающий в себя коленчатый вал 40 с маслосборником 302, расположенным под коленчатым валом. Отверстие 304 маслозаливной горловины может быть расположено в картере 306 таким образом, чтобы обеспечить подачу масла в маслосборник 302.
Система 300 двигателя может также включать в себя камеру сгорания 30. Камера сгорания 30 может иметь стенки 32 с расположенным внутри поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В камеру сгорания 30 может поступать воздух из впускного коллектора 144, который расположен ниже по потоку от дросселя 62.
На впуске двигателя может быть расположен дроссель 62 для контроля воздушного потока, поступающего во впускной коллектор 144. Всасываемый воздух может поступать в камеру сгорания 30 через систему 51 впускных клапанов с кулачковым приводом. Аналогичным образом выхлопные газы горения могут выходить из камеры сгорания 30 через систему 53 выпускных клапанов с кулачковым приводом. В другом варианте система впускных клапанов и/или система выпускных клапанов может иметь электрический привод.
Выхлопные газы выходят из камеры сгорания 30 через выхлопной канал 148. Датчик 126 выхлопных газов может быть расположен вдоль выхлопного канала 148. В качестве датчика 126 может быть использован датчик, пригодный для измерения воздушно-топливного соотношения в выхлопных газах, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода в выхлопных газах или датчик широкого диапазона), бистабильный датчик содержания кислорода или EGO, датчик HEGO (нагреваемый EGO), датчик содержания NOx, НС или СО. Датчик 126 выхлопных газов может быть соединен с контроллером 12.
В примере, изображенном на Фиг. 3, система 350 принудительной вентиляции картера (PCV) соединена с впуском двигателя таким образом, чтобы обеспечить контролируемое удаление газов из картера. В условиях, когда давление в коллекторе (MAP) не превышает барометрическое давление (BP), система 350 вентиляции картера всасывает воздух в картер 306 через сапун или вентиляционную трубку 311 картера. Вентиляционная трубка 311 картера может быть соединена с впускным воздушным каналом 142 выше по потоку от дросселя 62.
Система 350 принудительной вентиляции картера выводит воздух из картера во впускной коллектор 42 через трубопровод 309 (также называемый в данном описании линией 309 PCV). Следует понимать, что для целей данного описания поток PCV относится к газовому потоку, проходящему через трубопровод 309 из картера во впускной коллектор. Аналогичным образом для целей данного описания обратный поток PCV относится к газовому потоку, проходящему через трубопровод 309 из впускного коллектора в картер. Обратный поток PCV может иметь место, если давление во впускном коллекторе превышает давление в картере. В некоторых примерах система 350 PCV может также включать в себя средство для предотвращения обратного потока PCV. В других примерах возникновение обратного потока PCV может быть непоследовательным или даже желательным; в данных случаях система 350 PCV может не иметь средства для предотвращения обратного потока PCV, или может предпочтительно использовать обратный поток PCV, например, для создания вакуума.
Газы в картере 306 могут состоять из несгоревшего топлива, несгоревшего воздуха и из полностью или частично сгоревших газов. Кроме того, могут также присутствовать пары смазочной жидкости. Чтобы уменьшить количество масляного тумана, выходящего из картера через систему PCV, система 350 вентиляции картера может содержать различные маслоотделители. Например, линия 309 PCV может включать в себя однонаправленный маслоотделитель 308, который отделяет масло от паров, выходящих из картера 306, перед тем, как они снова поступят во впускной коллектор 144. Другой маслоотделитель 310 может быть расположен в трубопроводе 311, чтобы отделять масло от потока газов, выходящих из картера 306 во время форсированной работы. Кроме того, линия 309 PCV может также содержать датчик вакуума (не показан), подключенный к системе PCV.
Топливная система 360 включает в себя топливный бак 330, соединенный с топливным насосом (не показан) и угольный фильтр 318 для улавливания паров топлива. При дозаправке топливного бака топливо может быть закачано в транспортное средство из внешнего источника через заправочное отверстие 328. Топливный бак 330 может вмещать в себя различные топливные смеси, включая топливо с различными концентрациями спирта, например, различные топливные смеси этила и бензина, в том числе Е10, Е85, бензин и т.д. и сочетания вышеуказанного.
Датчик уровня топлива (не показан), расположенный в топливном баке 330, может подавать на контроллер 12 сигнал об уровне топлива («входной сигнал об уровне топлива»). Следует понимать, что топливная система 360 может представлять собой безвозратную систему подачи топлива, возвратную систему подачи топлива или различные другие типы топливных систем. Пары, образуемые в топливном баке 20, могут быть направлены в угольный фильтр 318 для улавливания паров топлива посредством трубопровода 322 до того, как будет выполнена продувка в воздухозаборник 144 двигателя.
Фильтр 318 для паров топлива может быть заполнен соответствующим адсорбентом для временного поглощения паров топлива (включая испаренные углеводороды), образующихся во время заправки топливного бака, а также суточных испарений. В одном примере в качестве адсорбента используется активированный уголь. Когда имеются условия для выполнения продувки, например, когда фильтр насыщен парами, испарения, накопленные в фильтре 318 для паров топлива, могут быть направлены во впускную систему 144 двигателя с помощью открывания продувочного клапана 314. Хотя на фигуре показан только один фильтр 318, следует понимать, что топливная система 360 может иметь несколько фильтров. В одном примере клапан 314 продувки угольного фильтра может представлять собой электромагнитный клапан, при этом открывание или закрывание клапана может быть выполнено путем задействования электромагнита продувки угольного фильтра.
Фильтр 318 имеет вентиляционный канал 317 для направления газов из фильтра 318 в атмосферу при накоплении или поглощении паров топлива из топливного бака 330. Вентиляционный канал 317 также позволяет подавать воздух в фильтр 318 для паров топлива во время продувки накопленных паров топлива во впускную систему 144 двигателя через продувочную линию 312 и продувочный клапан 314.
Несмотря на то, что в этом примере показан вентиляционный канал 317, пропускающий свежий, не нагретый воздух, могут быть использованы и различные другие модификации. Вентиляционный канал 317 может иметь вентиляционный клапан 316 для регулировки потока воздуха и испарений между фильтром 318 и атмосферой. Вентиляционный клапан фильтра может также использоваться для диагностических операций. Вентиляционный клапан может быть открыт во время накопления паров топлива (например, во время заправки топливного бака при остановленном двигателе), чтобы воздух, не содержащий паров топлива, проходя через бак, вытеснялся в атмосферу. Аналогично, во время продувки (например, регенерация фильтра при работающем двигателе), вентиляционный клапан может быть открыт, чтобы поток свежего воздуха мог вытеснить накопленные в фильтре пары топлива. В одном примере вентиляционный клапан 316 угольного фильтра может представлять собой электромагнитный клапан, при этом открывание или закрывание клапана может быть выполнено путем задействования электромагнита вентиляции угольного фильтра. В частности, вентиляционный клапан угольного фильтра может быть открыт и закрыт при задействовании электромагнита вентиляции угольного фильтра.
Пары топлива, высвобождаемые из фильтра 318, например, во время продувки, могут быть направлены во впускной коллектор 144 двигателя через продувочный трубопровод 312. Поток испарений в продувочном трубопроводе 312 может регулироваться продувочным клапаном 314 фильтра, установленным между фильтром для паров топлива и впускной системой двигателя. Количество и скорость испарений, выходящих из фильтра через продувочный клапан, могут быть определены рабочим циклом электромагнита продувочного клапана (не показан). По существу, рабочий цикл электромагнита продувочного клапана в клапане фильтра может быть определен с помощью блока управления трансмиссией (РСМ) транспортного средства, например, контроллера 12, чувствительного к режимам работы двигателя, включая, например, условия нагрузки/частоты вращения двигателя, воздушно-топливный коэффициент, загрузку бака и т.д. При отправке команды на закрывание продувочного клапана фильтра контроллер может изолировать систему восстановления паров топлива от впускной системы двигателя. В продувочном трубопроводе 312 может быть установлен обратный клапан фильтра (не показан), чтобы предотвратить прохождение газа в направлении, противоположном направлению продувочного потока из-за давления во впускном коллекторе. Соответственно, обратный клапан может быть необходим, если контроль продувочного клапана фильтра не отрегулирован по времени или сам продувочный клапан может быть принудительно открыт при высоком давлении во впускном коллекторе.
2
2
При определенных рабочих режимах двигателя, например, DFSO, когда один или несколько цилиндров могут быть отключены, вакуум, созданный во впускном коллекторе, может привести к тому, что излишек несгоревших углеводородов из системы PCV и/или системы продувки топливного бака, поступит в отключенный цилиндр и затем в выхлоп и в устройства снижения токсичности выхлопных газов. Увеличенная нагрузка в виде несгоревших углеводородов может привести к увеличению температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Осуществление впрыска воды в отключенные цилиндры во время DFSO может сократить выбросы углеводородов и отрегулировать повышение температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. При впрыске воды расширяющиеся водяные пары могут уменьшить количество углеводородов, поступающих в отключенные цилиндры, путем их вытеснения. Кроме того, водяной пар, проходящий через выпускную трубу, способствует паровому риформингу, во время которого некоторое количество углеводородов в выпускной трубе может быть преобразовано в СО и Н в первом каталитическом нейтрализаторе. СО и Н; образованные таким способом, могут быть затем израсходованы остаточным кислородом во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, например, катализаторе SCR. Кроме того, поскольку паровой риформинг является теплопоглощающим процессом, то температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть снижена. Следовательно, для уменьшения количества несгоревших углеводородов в потоке PCV и/или выделений паров топлива из продувочной линии топливного бака, попадающих в отключенные цилиндры и сокращения выбросов углеводородов во время DFSO, может быть выполнен впрыск воды в отключенные цилиндры. Впрыск воды может включать в себя регулировку количества воды, впрыскиваемой в виде замкнутого контура, на основании показаний датчика 126 выхлопных газов о составе воздуха в выхлопных газах. Путем регулирования количества впрыскиваемой воды можно контролировать количество воздуха, поступающего в цилиндр и выпускную трубу.
Таким образом, путем регулирования количества воды, впрыскиваемой в отключенные цилиндры, на основании показаний от датчика выхлопных газов во время DFSO может быть уменьшено количество несгоревших углеводородов, поступающих в отключенные цилиндры, (поскольку они будут вытеснены расширяющимся водяным паром) таким образом, что данные углеводороды могут поступить в цилиндры, в которые впрыск воды не был воплощен (и в которых имеет место горение), и/или данные углеводороды могут позже поступить в повторно включенные цилиндры, в которых впрыск воды не воплощен (и в которых имеет место горение). Данное действие может быть выполнено, даже если дроссель впускного коллектора находится в почти закрытом или закрытом состоянии, создавая вакуум в коллекторе, который, в противном случае, увеличит количество паров, всасываемых в коллектор и проходящих через отключенные цилиндры в выпускную трубу. Кроме того, выбросы углеводородов и повышение температуры каталитического нейтрализатора в выхлопных газах могут быть уменьшены (благодаря паровому риформингу), как описано выше. Подробные данные относительно регулирования количества впрыскиваемой воды при отключенных цилиндрах приведены далее со ссылкой на Фиг. 5.
Системы с Фиг. 1-3 относятся к системе двигателя с впускным коллектором и цилиндром. Цилиндр двигателя имеет впускной канал со впускным клапаном и отключаемую топливную форсунку. Система двигателя также включает в себя систему впрыска воды, содержащую форсунку для впрыска воды, расположенную во впускном канале выше по потоку от впускного клапана, и предназначенную для впрыска воды во впускной клапан, и устройство снижения токсичности выхлопов, содержащее первый каталитический нейтрализатор и второй каталитический нейтрализатор. Система двигателя также включает в себя контроллер с машиночитаемыми инструкциями для выборочного отключения одного или нескольких цилиндров двигателя посредством отключаемых топливных форсунок и впрыска воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя в режиме работы при отключенных цилиндрах для уменьшения окисления первого каталитического нейтрализатора. После отключения контроллер может прекратить впрыск воды, повторно включить один или несколько цилиндров двигателя и отрегулировать соотношение «воздух для сгорания/топливо» в повторно включенных цилиндрах на основании количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе.
Таким образом, один или несколько цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены посредством отключаемых топливных форсунок. Далее в режиме работы при отключенных цилиндрах в один или несколько отключенных цилиндров двигателя может быть выполнен впрыск воды для уменьшения окисления первого каталитического нейтрализатора. В одном примере впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров может включать в себя впрыск воды на закрытый впускной клапан одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя прежде, чем впускной клапан будет открыт. В другом примере впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров может включать в себя прямой впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя прежде, чем будет открыт впускной клапан одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя. В еще одном примере впрыск воды может быть воплощен в выпускной коллектор одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя прежде, чем будет открыт выпускной клапан одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя.
Контроллер двигателя может регулировать количество впрыскиваемой воды на основании объема одного или нескольких цилиндров двигателя, температуры двигателя, скорости вращения двигателя, давления в коллекторе и количестве кислорода в выпускных газах. Кроме того, контроллер двигателя может рассчитать количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов после того, как будут выполнены условия повторного включения цилиндров двигателя. Далее, при наступлении условий для повторного включения цилиндров двигателя, впрыск воды может быть прекращен, и один или несколько отключенных цилиндров двигателя могут быть повторно включены. Способ может также предусматривать регулировку воздушно-топливного соотношения в повторно включенных цилиндрах на основании количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе. Воздушно-топливное соотношение может стать более богатым при уменьшении количества аммиака.
В одном примере селективное отключение одного или нескольких цилиндров двигателя может быть выполнено при переключении передач в автоматической трансмиссии для управления крутящим моментом трансмиссии. В качестве альтернативы один или несколько цилиндров могут быть отключены при переключении передач в механической трансмиссии. В другом примере селективное отключение одного или нескольких цилиндров двигателя может быть выполнено при отсечке топлива в режиме замедления. В третьем примере выборочное отключение одного или нескольких цилиндров может быть выполнено при обнаружении пропуска зажигания в цилиндре. В четвертом примере выборочное отключение одного или нескольких цилиндров может быть выполнено во время переходных процессов пуска/остановки для управления увеличенными оборотами двигателя. Кроме того, когда один или несколько цилиндров двигателя отключены, сгорание в других цилиндрах может быть продолжено. Например, способ для выборочного отключения цилиндров двигателя может включать в себя отключение только некоторых из цилиндров двигателя, при этом остальные цилиндры двигателя продолжают работать, благодаря впрыску топлива и процессу сгорания в оставшихся задействованных цилиндрах. Кроме того, могут быть использованы различные сочетания вышеприведенных примеров, а также способы работы для каждого из вышеприведенных примеров могут быть использованы совместно, или все описанные способы могут быть использованы совместно.
На Фиг. 4 способ 400 представляет собой пример процедуры впрыска воды на основании продолжительности отключения цилиндров двигателя и температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов, и регулировки регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов по окончании отключения цилиндров. В частности, способ предусматривает впрыск воды в отключенные цилиндры двигателя для уменьшения окисления каталитического нейтрализатора выхлопных газов и уменьшения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Далее при последовательном отключении цилиндров потребность в регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов, а также деградация каталитического нейтрализатора выхлопных газов могут быть меньше. В одном примере каталитический нейтрализатор может представлять собой первый каталитический нейтрализатор, например, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Отключение цилиндров двигателя может произойти во время таких процессов, как, например, переключение передач, DFSO, FMEM при пропуске зажигания в цилиндре или процессы пуска/остановки, когда отключение подачи топлива может быть предпочтительным. В зависимости от характера процесса, отключение цилиндров может иметь место в течение относительно короткого, среднего или долгого периода времени. В одном примере отключение цилиндров двигателя при переключении передач в автоматической трансмиссии может иметь место в течение более короткого периода времени (т.е. меньшего числа циклов двигателя), чем отключение цилиндров двигателя по причине DFSO. Контроллер двигателя, например, контроллер 12 с Фиг. 1, может включать в себя сохраненные инструкции для выполнения способа 400.
На этапе 402 способ предусматривает оценку и/или измерение условий работы транспортного средства и двигателя. Сюда можно отнести, например, давление воздуха в коллекторе, воздушно-топливное соотношение (AFR), расход выхлопных газов, температуру выхлопных газов, скорость транспортного средства, скорость вращения двигателя, состояние заряда аккумулятора, температуру и давление окружающей среды, температуру двигателя или коллектора, скорость вращения коленчатого вала, передачу трансмиссии, количество имеющегося топлива, содержание спирта в топливе и т.д.
На этапе 404 контроллер может на основании оцененных рабочих условий определить, выполняются ли условия для отключения цилиндров. В одном примере условием для отключения цилиндров может быть переключение трансмиссии, которое включает в себя повышение передачи для перехода с более высокого передаточного отношения на более низкое передаточное отношение. Во время переключения передач один или несколько цилиндров двигателя могут быть отключены для уменьшения крутящего момента двигателя и, следовательно, уменьшения скорости вращения двигателя до требуемой скорости вращения на передаче после переключения трансмиссии. Условия переключения трансмиссии могут быть определены на основании скорости вращения двигателя, крутящего момента двигателя, скорости транспортного средства, положения педали газа, положения дроссельной заслонки, состояния изменения передачи и т.д. В некоторых примерах условия переключения трансмиссии могут включать в себя процессы в автоматической трансмиссии. В некоторых других примерах переключение передач может включать в себя процессы в механической трансмиссии.
Во втором примере условием для отключения цилиндров может быть отсечка топлива в режиме замедления, которая может быть выполнена путем отключения подачи топлива на один или несколько цилиндров двигателя во время замедления двигателя для снижения потребления топлива и ограничения скорости транспортного средства. Отсечка топлива в режиме замедления может быть определена на основании положения педали газа, скорости вращения двигателя, обнаружения задействования тормоза, скорости транспортного средства, положения дроссельной заслонки и т.д. В третьем примере рабочие условия двигателя могут указывать на пропуск зажигания в цилиндре, определенный, например, на основании колебаний в скорости вращения коленчатого вала. Цилиндры с пропуском зажигания могут быть отключены для предотвращения затопления каталитического нейтрализатора выхлопных газов несгоревшим топливом. В четвертом примере условие для отключения цилиндров может наступить во время переходных процессов пуска/остановки и может быть основано на скорости вращения двигателя, превышающей пороговое значение скорости вращения, нажатии/отпускании педали тормоза и т.д. Один или несколько цилиндров могут быть отключены для уменьшения первоначального крутящего момента во время запуска, следующего за процессами пуска/остановки и уменьшения помпажа двигателя при начальном увеличении скорости вращении.
В другом варианте может быть определено, что от водителя транспортного средства получена команда об остановке. В одном примере команда об остановке, полученная от водителя транспортного средства, может быть подтверждена при перемещении ключа зажигания транспортного средства в выключенное положение. При получении команды об остановке от водителя двигатель может быть аналогичным образом отключен путем прекращения подачи топлива и/или искры в цилиндры двигателя, и двигатель может замедлить вращение до полной остановки,
Если какие-либо условия для отключения цилиндров не выполняются на этапе 404, то процедура может быть завершена, при этом работа двигателя будет продолжена со всеми включенными и зажигаемыми цилиндрами.
Тем не менее, если какие-либо условия для отключения цилиндров имеют место, то на этапе 408 контроллер может вычислить количество доступных циклов впрыска воды на основании условия для отключения цилиндров. Количество циклов впрыска воды может быть основано на вычисленной продолжительности отключения цилиндров. Например, если цилиндры отключены во время переключения трансмиссии, то период времени, в течение которого цилиндры останутся отключенными, может быть меньше периода отключения цилиндров во время DFSO, Следовательно, количество циклов впрыска воды во время переключения передач может быть меньше, чем количество циклов впрыска воды во время DFSO.
Путем вычисления количества доступных циклов впрыска воды на этапе 410 контроллер может определить, превышает ли количество циклов впрыска воды пороговое значение. Если это так, то на этапе 416 контроллер может отключить соответствующие цилиндры и подготовить отключенные цилиндры к впрыску воды. Например, если вычисленное количество доступных циклов впрыска воды во время DFSO превышает пороговое количество циклов, то контроллер может выполнить автоматическую операцию DFSO, выборочно отключить двигатель и подготовить системы к впрыску воды. Отключение двигателя может включать в себя прекращение впрыска топлива и/или подачи искры зажигания в двигатель. Например, выборочно отключаемые топливные форсунки выбранных цилиндров могут быть отключены, и искра зажигания может не быть подана в выбранные цилиндры, Подготовка к впрыску воды может включать в себя установку момента впрыска воды и определение количества впрыскиваемой воды. Подробное изложение процесса впрыска воды представлено далее со ссылкой на Фиг. 5.
Далее при отключении цилиндров на этапе 418 способ предусматривает впрыск воды посредством форсунок для впрыска воды в отключенные цилиндры. Сюда может быть включен впрыск воды в отключенные цилиндры путем прямого впрыска воды или впрыск воды во впускной канал и клапан или в выпускной коллектор. Подробное изложение определения количества впрыскиваемой воды и регулирование впрыска воды при отключенных цилиндрах представлено далее со ссылкой на Фиг. 5.
На этапе 420 способ предусматривает проверку, наступили ли условия для повторного включения цилиндров. Во время переключения передач повторное включение цилиндров может быть определено на основании завершения повышения передачи (например, завершение перехода с более высокого передаточного отношения на более низкое передаточное отношение). Во время отсечки топлива в режиме замедления условие для повторного включения цилиндров, может быть основано на отпускании тормоза, положении педали газа, положении дроссельной заслонки, скорости вращения двигателя и скорости транспортного средства. Условия для повторного включения цилиндра для цилиндра с пропуском зажигания могут быть основаны на завершении ремонта цилиндра с целью устранения пропуска зажигания. Во время переходных процессов пуска/остановки условия для повторного включения цилиндров могут быть основаны на отпускании педали тормоза, крутящем моменте, запрашиваемом водителем, скорости вращения двигателя и т.д.
Если условия для повторного включения цилиндров не имеют места, то на этапе 422 двигатель может продолжить работу с одним или несколькими цилиндрами, которые выборочно отключены и в которые осуществляют впрыск воды.
И наоборот, если условия для повторного включения цилиндров имеют место на этапе 420, то способ может быть продолжен в качестве способа, представленного на Фиг. 4С, для вычисления количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе. В одном примере второй каталитический нейтрализатор может представлять собой катализатор системы SCR. Количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе может зависеть от различных факторов, которые способствуют образованию аммиака и его накоплению в нейтрализаторе, а также различных факторов, которые способствуют выпуску аммиака (например, поглощенного или рассеянного) из второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Например, сюда могут быть входить температура, расход, воздушно-топливное соотношение в выхлопных газах, проходящих через второй каталитический нейтрализатор. Количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе может быть также основано на типе режима работы на бедной горючей смеси, продолжительности работы на бедной горючей смеси, периоде времени с момента начала работы на бедной горючей смеси, массы NOx в сырьевом газе (FG) и рабочих условиях двигателя, таких как воздушно-топливное соотношение, во время работы не на бедной горючей смеси.
На этапе 410, если количество циклов впрыска воды не превышает пороговое значение, то процедура переходит на этап 412, в котором может быть определена температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Каталитический нейтрализатор может представлять собой первый каталитический нейтрализатор. Первый каталитический нейтрализатор может представлять собой трехкомпонентный катализатор. На этапе 414 может быть определено, превышает ли температура первого каталитического нейтрализатора пороговое значение. Если это так, то на этапе 416 контроллер выполняет процедуру, которая включает в себя отключение цилиндров и подготовку к впрыску воды. При данных условиях, когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов превышает пороговое значение, может быть предпочтительным выполнить отключение цилиндров с впрыском воды, чтобы уменьшить температуру каталитического нейтрализатора и, тем самым, уменьшить деградацию нейтрализатора. Тем не менее, если на этапе 414 определено, что температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не превышает пороговое значение, то на этапе 424 способ может выполнить отключение цилиндров без впрыска воды.
С этапа 424 способ может перейти на этап 428, в котором может быть проверено, имеют ли место условия для повторного включения цилиндров, как описано выше. При выполнении условий для повторного включения цилиндров контроллер может выполнить процедуру, представленную на Фиг. 4В.
Далее на Фиг. 4В и 4С на этапах 430 и 440 соответственно контроллер может проверить, превышает ли оценочное содержание аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе пороговый уровень. Пороговый уровень может указывать на то, в какой степени необходима регенерация первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Например, если количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов возрастает, то регенерация первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть необходима в меньшей степени. Повторное включение цилиндров двигателя может включать в себя возобновление искрового зажигания и повторное включение топливных форсунок цилиндров. Кроме того, подача топлива в цилиндры может быть отрегулирована таким образом, что воздушно-топливное соотношение в потоке выхлопных газов имеет большее или меньшее смещение в сторону богатой смеси, при этом большее или меньшее смещение в сторону богатой смеси основано на количестве аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов по сравнению с пороговым уровнем. В одном примере большее или меньшее смещение в сторону богатой смеси может быть отрегулировано на основании количества впрыскиваемой воды во время впрыска воды в отключенные цилиндры для того, чтобы использовать повышенную реакцию углеводородов вследствие парового риформинга, как изложено выше.
В данном случае, если на этапе 434 (или на этапе 442 на Фиг. 4С) количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе превышает пороговый уровень, то на этапе 434 (или на этапе 444 на Фиг. 4С) контроллер может повторно включить цилиндры с воздушно-топливным соотношением, имеющим меньшее смещение в сторону богатой смеси. В некоторых примерах это может означать, что воздушно-топливное соотношение будет незначительно меньше стехиометрического значения. В другом примере это может означать, что воздушно-топливное соотношение равно стехиометрическому. Например, если регенерации первого каталитического нейтрализатора не требуется, то цилиндр может быть повторно включен при стехиометрическом соотношении. В данном случае меньшее смещение в сторону богатой смеси может быть уменьшено вместе с увеличением количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и уменьшением потребности в регенерации первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов. На Фиг. 4С на этапе 444 способ также предусматривает остановку впрыска воды в цилиндры при повторном включении одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя.
В качестве альтернативы, если количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов не превышает пороговый уровень, то способ может быть продолжен на этапе 436 (или на этапе 446 на Фиг. 4С). На этапе 436 (или на этапе 446 на Фиг. 4С) контроллер может повторно включить цилиндры двигателя с воздушно-топливным соотношением, имеющим большее смещение в сторону богатой смеси. В данном случае воздушно-топливное соотношение, используемое на этапе 436 (или на этапе 446 на Фиг. 4С), является более богатым, чем соотношение, используемое на этапе 434 (или на этапе 444 на Фиг. 4С). Кроме того, на Фиг. 4С на этапе 446 способ включает в себя остановку впрыска воды при повторном включении отключенных цилиндров. Таким образом, воздушно-топливное соотношение повторно включенных цилиндров может быть более богатым при меньшем количестве аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.
В одном примере регулировка воздушно-топливного соотношения в повторно включенных цилиндрах может быть выполнена в течение периода времени на основании вычисленного количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов и конфигурации системы снижения токсичности выхлопов. В данном случае по истечении указанного периода воздушно-топливное соотношение в повторно включенных цилиндрах может вновь стать равным стехиометрическому. Например, если количество аммиака, вычисленное на этапе 430 (или на этапе 440), возрастает, то продолжительность сгорания более богатой топливовоздушной смеси может быть уменьшена.
В одном примере смещение в сторону богатой смеси при повторном включении может быть также отрегулировано на основании количества воды, впрыскиваемой в отключенные цилиндры в режиме работы при отключенных цилиндрах. Например, в зависимости от количества впрыскиваемой воды большее или меньшее количество углеводородов может быть преобразовано во время парового риформинга в первом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов во время повторного включения цилиндров. В соответствии с этим воздействие углеводородов на каталитический нейтрализатор выхлопных газов может быть уменьшено путем соответствующего регулирования смещения в сторону богатой смеси при повторном включении цилиндров. Следовательно, потребность в регенерации первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов может зависеть от количества впрыскиваемой воды.
Например, при увеличении количества впрыскиваемой воды потребность в регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть уменьшена. Например, продолжительность смещения в сторону богатой смеси или величины смещения в сторону богатой смеси могут быть уменьшены.
По истечении определенного периода времени на этапе 438 (или на этапе 448 на Фиг. 4С) воздушно-топливное соотношение может вновь стать стехиометрическим. В одном примере воздушно-топливное соотношение в повторно включенных цилиндрах может быть увеличено относительно отрегулированного или обогащенного воздушно-топливного соотношения (с большим или меньшим значением смещения в сторону богатого соотношения) до уровня стехиометрической смеси. В противном случае на этапе 438 (или на этапе 448 на Фиг. 4С) контроллер может продолжить отслеживание количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Далее, если количество аммиака превышает второй пороговый уровень, то контроллер может остановить регулировку воздушно-топливного соотношения в повторно включенных цилиндрах и снова установить стехиометрическое воздушно-топливное соотношение. Второй пороговый уровень может представлять собой уровень, который указывает на то, что первый каталитический нейтрализатор регенерирован.
Как описано на этапе 418 в способе 400 в режиме работы с отключенными цилиндрами может быть выполнен впрыск воды с помощью системы впрыска воды.
На Фиг. 5 представлен способ 500 регулировки впрыска воды в режиме работы с отключенными цилиндрами. В частности, контроллер двигателя, например, контроллер 12, может задействовать форсунки для впрыска воды соответствующих отключенных цилиндров для выполнения впрыска воды в режиме работы с отключенными цилиндрами. Контроллер может регулировать момент, продолжительность впрыска и количество воды.
В частности, на этапе 416 в способе 400 в ответ на отключение одного или нескольких цилиндров контроллер может задействовать форсунки для выполнения впрыска определенного количества воды либо во впускной канал, либо в цилиндр двигателя, либо в выпускной коллектор. Место впрыска воды может зависеть от конфигурации системы впрыска воды в двигателе. Например, двигатель может включать в себя систему прямого впрыска воды с форсунками для впрыска воды, расположенными в каждом цилиндре двигателя для прямого впрыска воды в цилиндр. В другом примере двигатель может включать в себя систему впрыска воды во впускной канал с форсунками для впрыска воды, расположенными во впускном канале каждого цилиндра выше по потоку от впускного клапана, для впрыска воды во впускной клапан или рядом с ним. В еще одном примере двигатель может включать в себя систему впрыска воды в различные каналы с форсунками для впрыска воды, расположенными в одном или нескольких выпускных коллекторах, для впрыска воды во впускные коллекторы.
На этапе 502 способ может предусматривать определение момента впрыска воды на основании положения форсунки. Например, впрыск воды может иметь место до открывания впускного клапана, если форсунки для впрыска воды расположены во впускном канале цилиндра. В другом примере впрыск воды может также иметь место до открывания впускного клапана, если форсунки для впрыска воды представляют собой форсунки для прямого впрыска воды, расположенные в цилиндре двигателя. В еще одном примере впрыск воды может иметь место до открывания выпускного клапана, если форсунки для впрыска воды представляют собой форсунки для впрыска воды в канал, расположенные в одном или нескольких выпускных коллекторах.
На этапе 504 контроллер может определить количество воды, впрыскиваемое в каждый момент впрыска в режиме работы с отключенными цилиндрами (например, один момент впрыска воды может иметь место в течение каждого цикла впуска/выпуска двигателя). Количество впрыскиваемой воды может быть основано на объеме цилиндра двигателя. В частности, количество воды, впрыскиваемой во впускной канал или непосредственно в цилиндр двигателя, может соответствовать количеству воды, которая может по существу заполнить цилиндр водой и/или водяным паром. В данном случае, данное количество воды и/или водяного пара может уменьшить свободное пространство для воздуха, попадающего в цилиндр, и достигнуть выпускной системы и каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Объем водяного пара, образованный из количества впрыскиваемой воды, может быть увеличен при повышении температуры. Таким образом, количество воды, впрыскиваемое в отключенные цилиндры, может быть основано на объеме цилиндра двигателя и температуре впускного коллектора (или температуре двигателя). Количество впрыскиваемой воды может быть также основано на дополнительных рабочих условиях двигателя, например, на давлении в коллекторе, MAP, оценочных температурах клапана и головки поршня и/или скорости вращения двигателя.
В некоторых вариантах контроллер может также отрегулировать фазы клапанного распределения впускного и выпускного клапанов в режиме работы при отключенных цилиндрах и впрыском воды. Например, путем задержки закрытия выпускного клапана впускной и выпускной клапаны могут быть открыты одновременно (например, перекрытие клапанов). Это может увеличить внутреннюю рециркуляцию выхлопных газов (EGR), тем самым уменьшив количество свежего приточного воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Уменьшение количества приточного воздуха, поступающего в цилиндр, может, в свою очередь, сократить количество кислорода, поступающее в каталитические нейтрализаторы выхлопных газов в режиме работы при отключенных цилиндрах, В некоторых вариантах увеличенное перекрытие клапанов может быть применено совместно с впрыском воды для уменьшения общего количества воды, впрыскиваемого в режиме работы при отключенных цилиндрах. В данном варианте на этапе 504 способ может предусматривать определение регулировки фаз клапанного распределения для увеличения внутренней EGR. Количество воды, определенное на этапе 504, может также зависеть от количества газов внутренней EGR, создаваемой отрегулированными фазами клапанного распределения. Таким образом, большее перекрытие клапанов может привести к меньшему количеству воды, впрыскиваемому при каждом моменте впрыска.
На этапе 506 контроллер может выполнить впрыск воды в один или несколько выборочно отключенных цилиндров. Таким образом, только форсунки для впрыска воды в отключенные цилиндры могут осуществлять впрыск воды в режиме работы при отключенных цилиндрах. На этапе 506 способ может включать в себя впрыск определенного количества воды в определенный момент в течение периода работы при отключенных цилиндрах. На этапе 508 контроллер может регулировать воздушно-топливное соотношение во включенных (например, зажигаемых) цилиндрах в режиме работы при выборочно отключенных цилиндрах. В одном примере контроллер может регулировать воздушно-топливное соотношение во включенных цилиндрах для обеспечения стехиометрического соотношения в выхлопных газах. В противном случае контроллер может регулировать воздушно-топливное соотношение во включенных цилиндрах таким образом, чтобы оно было незначительно выше стехиометрического значения. Воздушно-топливное соотношение во включенных цилиндрах может быть основано на конструкции выпускной системы. В качестве альтернативы, поскольку впрыск воды может уменьшить количество кислорода в каталитическом нейтрализаторе, тем самым снижая потребность в регенерации, то контроллер может отрегулировать воздушно-топливное соотношение во включенных цилиндрах таким образом, чтобы поддерживать состав выхлопных газов на уровне стехиометрического соотношения вне зависимости от конструкции выпускной системы.
Способы на этапах 506 и 508 могут иметь место одновременно и непрерывно в режиме работы с отключенными цилиндрами. На этапе 510 впрыск воды может быть продолжен до наступления условий для повторного включения цилиндров. Далее способ снова переходит на этап 418 к способу 400.
Фиг. 6 представляет собой вариант регулировки впрыска воды и воздушно-топливного соотношения в ответ на выборочное отключение цилиндров и значение температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В частности, схема 600 показывает изменения при включении и отключении цилиндров на графике 602. Во время процесса отключения цилиндров на основании рабочих условий двигателя один или несколько цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены путем прекращения подачи топлива (например, выключение топливной форсунки), в то время как другие цилиндры продолжают работать. Изменения в работе системы впрыска топлива показаны на графике 604. В частности, график 604 может показывать изменение от отсутствия впрыска воды до впрыска воды в отключенные цилиндры с помощью форсунок для впрыска воды. Кроме того, на схеме 600 на графике 606 показаны изменения при переключении передачи во время работы транспортного средства, на графике 608 показаны изменения температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов, такого как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (например, первого каталитического нейтрализатора), относительно порогового значения 616 температуры, на графике 610 показаны изменения воздушно-топливного соотношения (AFR) относительно стехиометрического значения 618, на графике 612 показано количество аммиака в катализаторе системы SCR (например, во втором каталитическом нейтрализаторе) относительно порогового уровня 620, и на графике 614 показаны изменения в состоянии регенерации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, TWC, (например, первого каталитического нейтрализатора) относительно регенерированного или порогового состояния 622. Все изменения представлены в динамике по времени (по оси х).
До момента t1 двигатель может работать со всеми включенными цилиндрами, в которых происходит сгорание смеси на практически стехиометрическом уровне 618 (график 610). Форсунки для впрыска воды могут быть отключены таким образом, чтобы вода не поступала в цилиндры двигателя (график 604). Поскольку двигатель работает на стехиометрической смеси, количество аммиака в катализаторе системы SCR может постепенно возрасти (график 612). Температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может также постепенно возрасти (график 608), при этом оставаясь ниже порогового значения 616. До момента t1 содержание аммиака в катализаторе системы SCR может превышать пороговый уровень 620, а трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC) может находиться на более высоком уровне регенерации (превышая пороговый уровень 622), т.е. может не быть необходимости в дальнейшей регенерации.
В момент t1 в связи с изменением условий работы двигателя (например, при переключении трансмиссии, когда двигатель может быть переключен с более высокого передаточного отношения на более низкое передаточное отношение), один или несколько цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены. Цилиндры могут быть отключены в течение периода tx1, который может не превышать пороговый период времени отключения. В результате количество циклов впрыска воды в отключенные цилиндры может быть меньше, чем пороговое количество циклов впрыска воды. Кроме того, в момент t1 температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть ниже порогового значения (график 608). Следовательно, поскольку период отключения не превышает пороговое значение, а температура каталитического нейтрализатора не превышает пороговое значение температуры в момент t1, то впрыска воды в отключенные цилиндры не происходит (график 604). Воздушно-топливное соотношение в работающих цилиндрах двигателя может быть поддержано на практически стехиометрическом уровне (график 610). Путем ограничения впрыска воды в отключенные цилиндры на основании периода времени отключения цилиндров и температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов, может быть достигнуто более быстрое переключение между режимом работы при отключенных цилиндрах и режимом повторного включения цилиндров (в условиях отключения цилиндров, имеющих место в течение короткого периода времени, например, при переключении трансмиссии). При отключении цилиндров (между моментами t1 и t2 времени) TWC может быть подвергнут воздействию определенного количества кислорода, что снизит уровень регенерации TWC (график 614). Кроме того, содержание аммиака в катализаторе системы SCR может быть снижено.
В момент t2 при наступлении условий для повторного включения цилиндров (график 602) работающий двигатель может быть возвращен в прежнее состояние для включения отключенных цилиндров. Другими словами, в момент t2 отключенные цилиндры могут быть повторно включены при завершении переключения трансмиссии. Кроме того, для регенерации TWC воздушно-топливное соотношение (график 610) может быть увеличено в течение периода d1 для того, чтобы уровень регенерации TWC (график 614) превышал пороговый уровень 622. Степень обогащения при впрыске топлива может быть отрегулирована на основании содержания аммиака (график 612) в катализаторе системы SCR. В данном случае, поскольку содержание аммиака не превышает пороговый уровень 620 при повторном включении цилиндров, то для регенерации TWC применен впрыск богатой смеси с большим значением смещения в сторону богатого соотношения в течение периода d1. Поскольку имеет место регенерация TWC, то аммиак в катализаторе системы SCR может быть поглощен для уменьшения количества NOx в выхлопных газах таким образом, что уровень NOx в выхлопных газах в момент перехода от режима отключения цилиндров в режим повторного включения цилиндром может оставаться практически неизменным. Однако, поскольку в цилиндре продолжает сгорать богатая топливовоздушная смесь, то содержание аммиака в катализаторе системы SCR может начать возрастать до момента t3. В момент t3 уровень регенерации TWC может превышать пороговое значение, и, следовательно, соотношение «воздух для сгорания/топливо» в повторно включенных цилиндрах может вновь вернуться на стехиометрический уровень 618. Кроме того, между моментами t2 и t3 температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов (график 608) может постепенно возрасти, оставаясь при этом ниже порогового значения 616.
В момент t4 может произойти другое изменение условий работы двигателя, которое приведет к выборочному отключению одного или нескольких цилиндров двигателя. Например, при отпускании педали газа или задействования тормоза водителем транспортного средства контроллер может подать команду об отсечке топлива в режиме замедления в выбранных цилиндрах. Отсечка топлива в режиме замедления может иметь место в течение периода ty, превышающего пороговый период времени отключения цилиндров. В результате в ответ на то, что период отключения цилиндров превышает пороговое значение, впрыск воды может быть воплощен в отключенные цилиндры двигателя с помощью форсунок для впрыска воды (график 604). Воздушно-топливное соотношение во включенных цилиндрах может также быть на стехиометрическом уровне 618 (график 610). В режиме отключения цилиндров между моментами t4 и t5 времени содержание аммиака в катализаторе системы SCR может быть незначительно уменьшено, однако сохранено на уровне, превышающем пороговый уровень 620 (график 612), и уровень регенерации TWC может быть также уменьшен, но оставлен на уровне, превышающем пороговый уровень 622 (график 614), или равным ему. В данном случае может быть поддержан уровень выброса NOx. Кроме того, с помощью впрыска воды в отключенные цилиндры температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов (608) может быть сохранена на уровне, не превышающем пороговое значение 616. Данные изменения количества аммиака в катализаторе системы SCR и уровня регенерации TWC могут быть меньше, чем в случае, когда впрыск воды не был применен во время работы при отключенных цилиндрах.
Далее в момент t5 при наступлении условия для повторного включения цилиндров (например, завершение отсечки топлива в режиме замедления) контроллер двигателя может повторно включить отключенные цилиндры. Поскольку количество аммиака в катализаторе системы SCR превышает пороговый уровень 620 в момент t5, то воздушно-топливное соотношение в повторно включенных цилиндрах может иметь меньшее значение смещения в сторону богатого соотношения. В примере воплощения изобретения, представленном на схеме 600, меньшее значение смещения в сторону богатого соотношения может быть малым, поскольку воздушно-топливное соотношение лишь незначительно меньше стехиометрического уровня 618. Как показано на графике между моментами t4 и t5 времени впрыск воды уменьшил окисление TWC и снижение количества аммиака. Таким образом, что при повторном включении цилиндров потребовалось меньшее смещение в сторону богатого соотношения, что привело сокращению повышенного потребления топлива в двигателе. Если впрыск воды не был бы выполнен между моментами t4 и t5, то в момент t5 для регенерации каталитического нейтрализатора выхлопных газов потребовалось бы большее значение смещения в сторону богатого соотношения.
Между моментами t5 и t6 все цилиндры двигателя могут продолжить работу. Поскольку воздушно-топливное соотношение является бедным, то количество аммиака в катализаторе системы SCR может быть уменьшено до порогового уровня, и уровень регенерации TWC может быть также уменьшен до уровня, непосредственно ниже порогового уровня. Кроме того, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может постепенно возрасти, оставаясь при этом ниже порогового значения. Далее между моментами t6 и t1 по причине отсутствия изменений условий работы двигателя все цилиндры двигателя могут также продолжить работу. Воздушно-топливное соотношение может быть богатым для восстановления уровня регенерации TWC до уровня, превышающего пороговый уровень. Следовательно, аммиак в катализаторе системы SCR, может быть первоначально израсходован для уменьшения количества NOx, но количество аммиака может возрасти до момента t7. Кроме того, между моментами t6 и t7, поскольку в двигателе продолжает сгорать топливо, что приводит к большему количеству выхлопных газов, проходящему через каталитический нейтрализатор, температура каталитического нейтрализатора может возрасти до уровня, превышающего пороговое значение температуры. В момент t1 другое изменение условий работы двигателя, например, второе переключение трансмиссии, как в данном примере, может привести к тому, что контроллер отключит один или несколько цилиндров. Выбранные цилиндры могут быть отключены в течение периода tx2, не превышающего пороговый период времени отключения. Тем не менее, поскольку температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов в момент t7 превышает пороговое значение температуры, даже несмотря на то, что период отключения не превышает пороговый период для впрыска воды, то может быть воплощен впрыск воды в отключенные цилиндры для установления температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значения 616. С помощью впрыска воды в отключенные цилиндры температура каталитического нейтрализатора может быть уменьшена, что будет препятствовать снижению эффективности каталитического нейтрализатора. Кроме того, впрыск воды может уменьшить снижение количества аммиака в системе SCR и уровень регенерации TWC. Другими словами, количество аммиака в катализаторе системы SCR может быть поддержано на уровне, превышающем пороговое значение, а уровень регенерации TWC может быть также поддержан на уровне, равном или превышающем пороговый уровень,
В момент t8 при наступлении условий для повторного включения цилиндров двигателя впрыск воды в отключенные цилиндры может быть прекращен, а отключенные цилиндры могут быть повторно включены. Кроме того, в момент t8 температура каталитического нейтрализатора не превышает пороговое значение, количество аммиака в катализаторе системы SCR превышает пороговое значение, а период проведения регенерации TWC равен пороговому периоду. Между моментами t8 и t9 все цилиндры двигателя включены при стехиометрическом воздушно-топливном соотношении.
Далее в момент t9 условия работы двигателя могут указывать на пропуск зажигания в цилиндре. При обнаружении пропуска зажигания контроллер может отключить цилиндр, в котором был обнаружен пропуск зажигания. В режиме контроля видов и последствий отказа при пропуске зажигания может быть вычислено, что период tz отключения цилиндра, в котором был обнаружен пропуск зажигания, превышает пороговый период впрыска воды. Следовательно, может быть выполнен впрыск воды в отключенный цилиндр, Таким образом, с помощью впрыска воды в цилиндр с пропуском зажигания можно контролировать чрезмерное повышение температуры каталитического нейтрализатора, при этом может быть предотвращено поступление чрезмерного количества воздуха в выхлопные газы и окисление каталитического нейтрализатора.
Следует понимать, что, несмотря на то, что пример, представленный на Фиг. 6, изложен со ссылкой на процессы отключения цилиндра (цилиндров), такие как переключение трансмиссии, DFSO, контроль видов и последствий отказа при пропуске зажигания цилиндр, в другом примере воплощения изобретения отключение цилиндра и впрыск воды могут быть применены при переходных процессах пуска/остановки для регулирования повышенного числа оборотов двигателя. С помощью отключения цилиндра (цилиндров) и впрыска воды можно регулировать температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, и окисление каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть уменьшено. В результате можно предотвратить деградацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов и регулировать выхлопы. Следовательно, потребление топлива может быть снижено.
Таким образом, один или несколько цилиндров двигателя могут быть выборочно отключены посредством отключаемых топливных форсунок. Далее впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров может быть выполнен в режиме работы при отключенных цилиндрах. Впрыск воды может уменьшить степень окисления каталитического нейтрализатора, например, трехкомпонентного каталитического нейтрализатора (TWC), и отрегулировать чрезмерное повышение температуры каталитического нейтрализатора. При повторном включении одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя, воздушно-топливное соотношение может быть уменьшено, или топливовоздушная смесь может быть обогащена, для проведения регенерации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Тем не менее, благодаря впрыску воды в режиме работы при отключенных цилиндрах может потребоваться меньшая степень регенерации. Количество аммиака в другом каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов, например, катализаторе системы SCR, может указывать на то, в какой степени необходима регенерации и, следовательно, требуемую степень обогащения воздушно-топливного соотношения в режиме работы при отключенных цилиндрах.
Как показано на Фиг. 6, в момент t2 при первом отключении цилиндров, когда содержание аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов не превышает пороговое значение, контроллер может отрегулировать воздушно-топливное соотношение в двигателе, сделав его более богатым по сравнению со стехиометрическим значением при первом большем значении смещения в сторону богатого соотношения. При втором отключении цилиндров, как показано в момент t5, когда содержание аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов превышает пороговое значение, происходит регулировка воздушно-топливного соотношения в двигателе до более богатого по сравнению со стехиометрическим значения при втором меньшем значении смещения в сторону богатого соотношения. Как показано между моментами t2 и t3, как при первом, так и при втором отключении цилиндров, регулировка воздушно-топливного соотношения происходит в течение периода времени, определенного на основании содержания аммиака в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. В другом примере воплощения изобретения период d1 может быть более коротким, если количество аммиака в катализаторе системы SCR превышает количество, указанное в момент t2 на Фиг. 6.
Как изложено выше, впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя включает в себя один из следующих процессов: впрыск воды во впускной канал выше по потоку от впускного клапана одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя, впрыск воды непосредственно в один или несколько отключенных цилиндров двигателя или впрыск воды в выпускной коллектор одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя. Момент впрыска воды может быть определен на основании места впрыска воды. Кроме того, количество впрыскиваемой воды может быть определено на основании объема одного или нескольких цилиндров двигателя, температуры двигателя, скорости вращения двигателя и давления в коллекторе, при этом количество впрыскиваемой воды возрастает при увеличении объема цилиндра и понижении температуры двигателя.
Как показано на Фиг. 6 между моментами t1 и t2 и между моментами t4 и t5, во время выборочного отключения одного или нескольких цилиндров двигателя, впрыск топлива в работающие цилиндры двигателя может быть отрегулирован для поддержания стехиометрического воздушно-топливного соотношения. В другом примере воплощения изобретения впрыск топлива в работающие цилиндры двигателя может быть отрегулирован для поддержания незначительно более богатого воздушно-топливного соотношения по сравнению со стехиометрическим соотношением. Наконец, как показано в моменты t5 и t1, впрыск воды может быть прекращен при повторном включении одного или несколько отключенных цилиндров.
Таким образом, в режиме работы с отключенными цилиндрами двигателя впрыск воды в выборочно отключенные цилиндры может уменьшить количество кислорода, попадающего в выпускную систему и достигающего первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов и второго каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В одном примере воплощения изобретения при отключении цилиндров одна или несколько форсунок для впрыска воды могут выполнить впрыск воды во впускной канал одного или нескольких отключенных цилиндров двигателя. Далее при повторном включении цилиндров двигателя воздушно-топливное соотношение может быть отрегулировано на основании количества аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. В частности, воздушно-топливное соотношение с меньшим значением смещения в сторону богатой смеси может быть использовано для регенерации первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов, если количество аммиака превышает пороговый уровень. В противном случае воздушно-топливное соотношение с большим значением смещения в сторону богатой смеси может быть использовано для регенерации первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов, если количество аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов не превышает пороговый уровень. Впрыск воды может способствовать уменьшению требуемой степени регенерации каталитического нейтрализатора и может предотвратить чрезмерное увеличение температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Таким образом, впрыск воды в режиме работы с отключенными цилиндрами двигателя может сократить повышенное потребление топлива двигателем и уменьшить степень деградации нейтрализатора из-за повышенной температуры нейтрализатора, при этом также поддерживая требуемую концентрацию NOx.
В одном варианте изобретения способ для двигателя может предусматривать выборочное отключение одного или нескольких цилиндров посредством отключаемых топливных форсунок при возникновении пропуска зажигания в указанном одном или нескольких цилиндрах двигателя и в режиме работы при отключенных цилиндрах впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя для уменьшения насыщения кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Следует отметить, что в одном варианте осуществления изобретения может быть применен совмещенный способ для выполнения впрыска воды при каждом из нескольких рабочих условий. Например, один вариант изобретения может включать в себя способ, предусматривающий выборочное отключение одного или нескольких цилиндров при пропуске зажигания в цилиндрах посредством отключаемых топливных форсунок при возникновении пропуска зажигания в указанном одном или нескольких цилиндрах двигателя; впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя в режиме работы при отключенных цилиндрах для уменьшения насыщения кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Кроме того, способ может включать в себя выборочное отключение одного или нескольких цилиндров двигателя во время переключения передач посредством отключаемых топливных форсунок во время переключения передач; впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя в режиме работы при отключенных цилиндрах для уменьшения насыщения кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов.
Кроме того, способ может также включать в себя выборочное отключение одного или нескольких цилиндров посредством отключаемых топливных форсунок во время повторного запуска двигателя после остановки при увеличении скорости вращения двигателя при запуске после остановки; впрыск воды в один или несколько отключенных цилиндров двигателя в режиме работы при отключенных цилиндрах для уменьшения насыщения кислородом первого каталитического нейтрализатора выхлопных газов, при этом впрыск воды при каждом из условий основан на количестве воды, впрыскиваемой при других условиях, во избежание впрыска чрезмерного количества воды. Таким образом, впрыск воды может быть согласован с множеством условий.
Можно отметить, что примеры управляющих и оценочных программ, приведенные в данном описании, могут быть использованы для различных конфигураций двигателей и/или систем транспортного средства. Конкретные программы, могут включать в себя один или более алгоритмов обработки из любого количества аналитических стратегий, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, различные шаги, операции или функции могут быть выполнены в приведенной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом, данный порядок обработки не обязательно должен соблюдаться для достижения целей, характеристик или преимуществ, описанных в данном документе, но предоставлен для простоты иллюстрирования и описания. Один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия могут графически представлять программный код для записи на машиночитаемый носитель данных в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, I-4, I-6, V12, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Кроме того, описанные выше технологии могут быть использованы вместе с различными конфигурациями систем. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.