СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ И КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПАРОВОГО РИФОРМИНГА В ДООЧИЩАЮЩЕМ КАТАЛИТИЧЕСКОМ НЕЙТРАЛИЗАТОРЕ
METHOD AND SYSTEM FOR CATALYTIC NEUTRALIZATION AND CATALYTIC STEAM REFORMING IN AFTER-TREATMENT CATALYTIC CONVERTER

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для каталитического нейтрализатора парового риформинга.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Выбросы при холодном пуске двигателя могут составлять большую долю от общего количества выбросов транспортного средства. В некоторых случаях, стратегия управления двигателем при холодном пуске может предусматривать запуск восстановительной нейтрализации выбросов холодного пуска (ВНВХП), причем настройку двигателя изменяют таким образом, чтобы начало холодного пуска включало в себя выработку дополнительной тепловой энергии для каталитического нейтрализатора. Это может включать в себя увеличение объема впрыска топлива и запаздывание зажигания для повышения температур отработавших газов.
При этом настройки, предусматривающие ВНВХП, по своей сути неэффективны из-за потерь тепла в турбонагнетателе и/или выпускной системе выше по потоку от каталитического нейтрализатора. Кроме того, при увеличении объемов впрыска топлива возрастают выбросы твердых частиц, связанные с каждым впрыском. ВНВХП может быть желательна за пределами начала холодного пуска для поддержания температуры каталитического нейтрализатора. Это приводит к росту выбросов твердых частиц, в связи с чем возникает необходимость введения фильтра твердых частиц для соблюдения нормативов выбросов и, как следствие, росту себестоимости транспортного средства.
Дополнительные недостатки доочистки могут иметь место в гибридных транспортных средствах, чья стратегия управления предусматривает возможность работы в режиме полностью электрической тяги (например, приведения транспортного средства в движение за счет электромотора, а не за счет сгорания), во время которого не происходит вращение двигателя гибридного транспортного средства. При этом не происходит образование отработавших газов, результатом чего является охлаждение каталитического нейтрализатора. Таким образом, возможности гибридных транспортных средств и приведения в движение за счет электромотора могут быть ограничены из-за охлаждения каталитического нейтрализатора. Это может снизить экономию топлива.
В число других попыток решения проблемы температуры каталитического нейтрализатора входит электрический нагрев каталитического нейтрализатора посредством электронагревательного элемента. Во время холодного пуска и других рабочих состояний двигателя, когда температура каталитического нейтрализатора ниже температуры активации, можно включить электронагревательный элемент. Как и в случае вышеуказанных проблем, это может привести к снижению экономии топлива.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. В качестве одного примера, электронагревательный элемент потребляет топливо и/или снижает степень заряженности (СЗ) аккумуляторной батареи. По существу, при применении электромотора с питанием от аккумуляторной батареи в гибридных транспортных средствах, нагрев каталитического нейтрализатора посредством электрического элемента может создавать препятствие для эксплуатации гибридного транспортного средства в режиме полностью электрической тяги. Кроме того, электронагревательные элементы являются дорогостоящими, что повышает себестоимость.
В одном примере вышеуказанные недостатки позволяет преодолеть способ, в котором: подают бедные отработавшие газы из первой группы цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, подают богатые отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга, и подают отработавшие газы из каталитического нейтрализатора парового риформинга в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Это обеспечивает возможность экзотермической реакции между окислителями и восстановителями из двух отдельных потоков отработавших газов вблизи трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и, тем самым, подачи дополнительной тепловой энергии трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору.
2
2
2
Например, первый ряд цилиндров соединен с первым выпускным каналом, а второй ряд цилиндров соединен со вторым выпускным каналом. Первый выпускной канал ведет по меньшей мере в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, а второй выпускной канал ведет в каталитический нейтрализатор парового риформинга. В одном примере, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выше пороговой, отработавшие газы текут непосредственно из первого и второго рядов цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. В других примерах, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ниже пороговой, отработавшие газы продолжают течь непосредственно из первого ряда цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, а отработавшие газы из второго ряда - непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга, а затем - в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Кроме того, второй ряд цилиндров может работать на богатой смеси, а первый ряд цилиндров - на бедной. Это обеспечивает возможность реакций парового риформинга и реакций конверсии водяного газа в каталитическом нейтрализаторе парового риформинга с образованием газообразного водорода (Н). Может происходить объединение и реакция Н с окислительными веществами в бедных отработавших газах (например, O, NO) в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе и высвобождение тепловой энергии. Это позволяет нагревать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор быстрее, чем только за счет регулировок для ВНВХП.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 изображает двигатель с множеством цилиндров, соединенных с выпускной системой, содержащей каталитический нейтрализатор парового риформинга (КИПР).
ФИГ. 2А и 2B изображают детальные виды потока отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров по выпускным каналам.
ФИГ. 3 изображает способ для эксплуатации первого и второго рядов цилиндров и соответствующих клапанов в зависимости от температур трехкомпонентного каталитического нейтрализатора (ТКН) и КИПР.
ФИГ. 4 изображает способ для удаления нароста твердых частиц (например, нагара) из КИПР и относящегося к нему выпускного канала.
ФИГ. 5 изображает способ для уменьшения степени окисления КИПР.
ФИГ. 6 изображает последовательность работы двигателя, графически иллюстрирующую один или несколько параметров работы двигателя во время вождения транспортного средства по дороге.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для выпускной системы, содержащей трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) и каталитический нейтрализатор парового риформинга (КИПР). ТКН и КИПР расположены в отдельных выпускных каналах, как показано на ФИГ. 1. В частности, двигатель содержит первый ряд цилиндров, соединенный по текучей среде с первым выпускным каналом, и второй ряд цилиндров, соединенный по текучей среде со вторым выпускным каналом. Второй выпускной канал разветвляется у клапана, причем данный клапан выполнен с возможностью направления отработавших газов из второго ряда цилиндров либо в продолжение второго выпускного канала, либо во вспомогательный канал. КИПР размещен во вспомогательном канале. Когда клапан находится в закрытом положении, отработавшие газы продолжают течь по второму выпускному каналу, как показано на ФИГ. 2А. Когда клапан находится в открытом положении, происходит направление потока отработавших газов по вспомогательному каналу и через КИПР, как показано на ФИГ. 2B. Способ для эксплуатации данного клапана в зависимости от температур ТКН и/или КИПР раскрыт на ФИГ. 3. Второй ряд цилиндров можно эксплуатировать на богатой смеси, когда отработавшие газы направляют в КИПР. Несгоревшие твердые частицы топлива могут попадать на поверхности КИПР или вспомогательного канала. Способ для удаления нагара твердых частиц топлива раскрыт на ФИГ. 4. Так как в КИПР происходит восстановление окислителей в богатых отработавших газах из второго ряда цилиндров, степень окисления КИПР не соответствует желаемой. Способ для восстановления КИПР раскрыт на ФИГ. 5. Последовательность, иллюстрирующая работу двигателя на ФИГ. 1 с осуществлением способа на ФИГ. 3, представлена на ФИГ. 6. Данная последовательность работы иллюстрирует множество регулировок параметров работы двигателя в зависимости от одного или нескольких изменений состояния двигателя.
На ФИГ. 1-2B показаны примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогично, элементы, показанные соседними или смежными друг другу могут быть соседними или смежными друг другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, находящиеся в поверхностном контакте друг с другом, могут называться находящимися в поверхностном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между ними без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере. Согласно иному примеру, элементы, показанные выше/ниже друг относительно друга, с противоположных сторон друг относительно друга или слева/справа друг относительно друга, могут так и быть обозначены, друг относительно друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый высокий элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящей заявки, верх/низ, более высокий/более низкий выше/ниже, могут обозначать положения относительно вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов на фигурах друг относительно друга. По существу, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном примере. В ином примере, формы элементов, показанные на фигурах, могут называться имеющими такие формы (в частности, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, сферические, скошенные, угловые или т.п.). Далее, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может так и называться, согласно одному примеру. Следует понимать, что отличия друг от друга одного или нескольких компонентов, речь о которых идет, как о «по существу аналогичных и/или идентичных», лежат в пределах производственных допусков (например, предел отклонения составляет 1-5%).
На ФИГ. 1 схематически изображена система 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10 с множеством цилиндров 30. Двигатель 10 содержит впускную систему 23 двигателя и выпускную систему 25 двигателя. Впускная система 23 двигателя содержит дроссель 62, соединенный по текучей среде с впускным коллектором 44 по заборному каналу 42. Выпускная система 25 двигателя содержит выхлопную трубу 35, по которой отработавшие газы направляют в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен в заборном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, например, турбонагнетателя, и ниже по потоку от доохладителя (не показан). При наличии, доохладитель может быть выполнен с возможностью снижения температуры всасываемого воздуха, сжатого устройством наддува.
В одном примере турбонагнетатель 90 содержит по меньшей мере турбину 92 и компрессор 94, расположенные соответственно в выпускной системе 25 двигателя и впускной системе 23 двигателя. При протекании отработавших газов через турбину 92 происходит вращение рабочей лопатки и передача механической энергии от турбины 92 компрессору 94 посредством вала 96. Компрессор 94 сжимает всасываемый воздух, текущий в двигатель 10. Турбонагнетатель 90 является необязательным и может отсутствовать в некоторых вариантах осуществления. В качестве альтернативы, система 6 транспортного средства может содержать механический нагнетатель, в котором компрессор 94 выполнен с приводом только от электромотора, а турбина отсутствует.
Цилиндры 30 показаны расположенными по рядной схеме и поделены на две группы и/или ряда. В частности, четыре цилиндра 30 поделены на первый ряд 32 цилиндров и второй ряд 34 цилиндров. Первый ряд 32 цилиндров содержит два цилиндра, а именно - цилиндры 32А и 32B. Второй ряд 34 цилиндров также содержит два цилиндра, а именно - цилиндры 34А и 34B. Первый ряд 32 цилиндров и второй ряд 34 цилиндров можно эксплуатировать отлично друг от друга. Более того, отдельные цилиндры в каждом из рядов цилиндров можно эксплуатировать отлично от других цилиндры в том же ряду. Например, цилиндр 32А можно эксплуатировать не так, как цилиндр 32B. Эксплуатация цилиндров отлично друг от друга может включать в себя эксплуатацию с отличиями в части подачи топлива, момента зажигания, воздушно-топливного отношения и момента впрыска.
Следует понимать, что число и конфигурации цилиндров могут быть и другими без отступления от объема настоящего раскрытия. Например, двигатель может представлять собой V-образный 6-цилиндровый двигатель, в котором группы цилиндров расположены на противоположных сторонах V-образной схемы, при этом каждая из них содержит три цилиндра. Дополнительно или альтернативно, первая и вторая группы цилиндров могут содержать разное число цилиндров. Например, в рядном шестицилиндровом двигателе первая группа цилиндров может содержать четыре цилиндра, а второй ряд цилиндров - два цилиндра. Например, в четырехцилиндровом двигателе первая группа цилиндров может содержать два цилиндра, и вторая группа цилиндров может содержать два цилиндра, отличные от цилиндров, входящих в первую группу цилиндров.
Выпускная система 25 двигателя содержит первый выпускной коллектор 48, соединенный по текучей среде с первым рядом 32 цилиндров. Выпускная система 25 двигателя также содержит второй выпускной коллектор 49, соединенный по текучей среде со вторым рядом 34 цилиндров. Первый выпускной коллектор 48 и второй выпускной коллектор 49 разъединены по текучей среде. Отработавшие газы из первого ряда 32 цилиндров направляют в первый выпускной коллектор 48, при этом не происходит их смешивание с отработавшими газами во втором выпускном коллекторе 49. Поэтому не происходит реакция разных соединений в отработавших газах, образующихся в первом 32 и втором 34 рядах цилиндров, ни в первом 48, ни во втором 49 выпускных коллекторах.
Первый 48 и второй 49 выпускные коллекторы соединены по текучей среде с отдельными друг от друга выпускными каналами. В частности, первый выпускной коллектор 48 соединен по текучей среде с первым выпускным каналом 50, а второй выпускной коллектор 49 соединен по текучей среде со вторым выпускным каналом 52. Турбина 92 и доочищающее устройство 70 размещены в первом выпускном канале 48. В данном случае доочищающее устройство 70 представляет собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 70. При этом следует понимать, что доочищающее устройство 70 может не представлять собой ТКН в других вариантах осуществления. Например, доочищающее устройство 70 может представлять собой окислительный каталитический нейтрализатор дизельного двигателя, каталитический нейтрализатор избирательного восстановления и т.п. Турбина 92 расположена выше ТКН 70 по направлению потока отработавших газов. Второй выпускной канал 49 соединен по текучей среде с турбиной 92. Отработавшие газы из первого ряда 32 цилиндров и второго ряда 34 цилиндров могут течь через турбину 92, а затем в ТКН 70. В одном примере турбина 92 представляет собой турбину с двойной улиткой, при этом каждая из улиток ведет к отличной от другой рабочей лопатке турбины 92. В некоторых примерах рабочие лопатки турбины 92 идентичны по размеру, в связи с чем обеспечивают аналогичные степени сжатия. Или же рабочие лопатки турбины 92 могут быть отличны друг от друга по размеру, при этом меньшая рабочая лопатка относится к первому выпускному каналу 50, а большая рабочая лопатка - ко второму выпускному каналу 52. Следует понимать, что большая рабочая лопатка может относиться к первому выпускному каналу 50, а меньшая рабочая лопатка - ко второму выпускному каналу 52 без отступления от объема настоящего раскрытия.
Второй выпускной канал 52 также соединен по текучей среде с вспомогательным каналом 54, где расположен каталитический нейтрализатор парового риформинга (КИПР) 68. КИПР 68 представляет собой каталитический нейтрализатор на основе никеля (Ni). В частности, КИПР 68 содержит Ni, импрегнированный непосредственно в сотовый носитель. Поскольку Ni нанесен на носитель без использования покрытия, теплоемкость КИПР 68 на 25-50% ниже теплоемкости ТКН 70. Поэтому потери тепловой энергии через КИПР 68 меньше. В одном примере указанный носитель состоит из кордиерита.
КИПР может содержать от 2 до 20% масс, никеля, импрегнированного в носитель. Комбинация Ni-кордиерит выполнена с возможностью осуществления реакций парового риформинга и конверсии водяного газа согласно нижеследующим уравнениям 1 и 2 соответственно.
Уравнение (1): Реакция парового риформинга
4
2
2
СН+HO←→3Н+СО
Уравнение (2): Реакция конверсии водяного газа
2
2
2
СО+HO←→Н+CO
Уравнение 1 представляет конверсию воды и метана в газообразный водород и угарный газ. Метан использован для примера, и следует понимать, что в реакции парового риформинга могут быть использованы и другие углеводороды. Например, в случае применения этана, расход бы составил две эквивалента воды с образованием пяти эквивалентов газообразного водорода и двух эквивалентов угарного газа. Уравнение 2 представляет конверсию угарного газа и воды в газообразный водород и углекислый газ. Таким образом, КИПР 68 выполнен с возможностью окисления углеводородов до углекислого газа и восстановления воды до газообразного водорода.
В некоторых вариантах форсунка 69 расположена с возможностью впрыска восстановителя во вспомогательный канал 54 выше по потоку от КИПР 68. Восстановитель может представлять собой газообразный аммиак, и/или мочевину, и/или топливо. Форсунка 69 соединена по текучей среде с емкостью, вмещающей восстановитель. При протекании отработавших газов через КИПР 68 может происходить окисление Ni до NiO. При снижении степени окисления КИПР с NiO до Ni возможно снижение температуры активации КИПР, благодаря чему конверсия будет происходить быстрее, как видно из уравнений 1 и 2. Это будет подробнее раскрыто ниже.
Второй канал 52 разветвляется в непосредственной близости от первого выпускного клапана 56 и второго выпускного клапана 58. Первый выпускной клапан 56 регулирует поток отработавших газов из второго выпускного канала 52 в турбину 92. В данном случае первый выпускной клапан 56 может также именоваться «клапан 56 турбины». В одном примере первый выпускной клапан 56 представляет собой двухпозиционный клапан с открытым и закрытым положениями. Когда первый выпускной клапан 56 находится в открытом положении, отработавшие газы из второго канала 52 текут в турбину 92 и в первый канал 50. Когда первый выпускной клапан 56 находится в закрытом положении, отработавшие газы из второго канала 52 не могут течь в турбину 92.
В одном примере первый выпускной клапан 56 может отсутствовать, а второй выпускной клапан 58 может быть трехходовым. В этом случае трехходовой клапан может быть расположен у места разветвления второго выпускного канала 52.
Второй выпускной клапан 58 регулирует поток отработавших газов из второго выпускного канала 52 в КИПР 68. В данном случае второй выпускной клапан 58 может также именоваться «клапан 58 КИПР». В одном примере второй выпускной клапан 58 представляет собой двухпозиционный клапан с открытым и закрытым положениями. Когда второй выпускной клапан 58 находится в открытом положении, отработавшие газы из второго канала 52 текут в КИПР 68 и во вспомогательный канал 54. Когда второй выпускной клапан 58 находится в закрытом положении, отработавшие газы из второго канала 52 не могут течь в КИПР 68 и, следовательно, не текут во вспомогательный канал 54.
Первый выпускной клапан 56 и второй выпускной клапан 58 эксплуатируют зависимо друг от друга. В частности, когда первый выпускной клапан 56 находится в открытом положении, второй выпускной клапан 58 перемещен в закрытое положение. Таким образом, отработавшие газы текут из второго выпускного канала 52 непосредственно в турбину 92 без прохождения в КИПР 68. Кроме того, когда первый выпускной клапан 56 перемещают в закрытое положение, второй выпускной клапан 58 перемещают в открытое положение. В результате, отработавшие газы текут непосредственно из второго выпускного канала 52 непосредственно в КИПР 68 без протекания через турбину 92. Поток отработавших газов и приведение в действие первого выпускного клапана 56 и второго выпускного клапана 58 подробнее раскрыты ниже на примерах ФИГ. 2А и 2B.
При этом, если ТКН еще не достиг температуры активации (например, температура ТКН ниже пороговой температуры ТКН), первый выпускной клапан 56 закрывают, а второй выпускной клапан 58 открывают. При этом отработавшие газы из второго ряда 34 цилиндров текут непосредственно в КИПР 68 без протекания в турбину 92. В частности, отработавшие газы текут из второго ряда цилиндров, по второму выпускному каналу 52, через открытый второй выпускной клапан 58, и в КИПР 68 во вспомогательном канале 54.
Выпускная система 25 двигателя также может содержать необязательный фильтр твердых частиц (ФТЧ) 72, временно удаляющий ТЧ из поступающих газов и расположенный ниже по потоку от ТКН 70. В одном примере, как показано на фигуре, ФТЧ 72 представляет собой систему задержания твердых частиц. ФТЧ 72 может иметь монолитную конструкцию, выполненную, например, из кордиерита или карбида кремния, с множеством внутренних каналов для фильтрации твердых частиц из отработавших газов дизельного двигателя. Поступающие в выхлопную трубу отработавшие газы, прошедшие фильтрацию от ТЧ, после прохождения через ФТЧ 72 могут быть измерены датчиком ТЧ и сброшены в атмосферу по выпускному каналу 35.
Система 6 транспортного средства может также содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы множеству исполнительных устройств 81 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). Например, в число датчиков 16 могут входить: датчики 126 расхода отработавших газов, выполненные с возможностью измерения расхода потока отработавших газов в первый 48 и второй 49 выпускные коллекторы, датчик отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов), клапан 56 турбины и клапан 58 КИПР. Прочие датчики, например дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов могут быть расположены в различных местах в системе 6 транспортного средства. В качестве другого примера, в число исполнительных устройств могут входить: топливные форсунки 66, дроссель 62, клапаны ФТЧДД, регулирующие регенерацию фильтра (не показаны), и т.п. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями в долговременной памяти. Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1, обрабатывает эти сигналы и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и инструкций в памяти контроллера.
Например, регулирование положений первого выпускного клапана 56 и второго выпускного клапана 58 можно осуществлять в зависимости от температур ТКН и/или КИПР, как будет раскрыто ниже на ФИГ. 2А и 2B.
Таким образом, раскрытая выше система выполнена с возможностью реализации способа, в котором: подают бедные отработавшие газы из первой группы цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, подают богатые отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга, и подают отработавшие газы из каталитического нейтрализатора парового риформинга в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Подача богатых отработавших газов из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга включает в себя то, что отработавшие газы из второй группы цилиндров не подают через какой-либо каталитический нейтрализатор перед подачей отработавших газов из второй группы цилиндров в каталитический нейтрализатор парового риформинга, причем подача бедных отработавших газов из первой группы цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор включает в себя то, что отработавшие газы из первой группы цилиндров не подают через какой-либо каталитический нейтрализатор перед подачей отработавших газов из первой группы цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
Первая группа цилиндров входит в состав первого ряда цилиндров, а вторая группа цилиндров входит в состав второго ряда цилиндров, при этом каждая из первой группы цилиндров и второй группы цилиндров содержит по меньшей мере один цилиндр. Первый ряд цилиндров соединен по текучей среде с первым выпускным каналом, а второй ряд цилиндров соединен по текучей среде со вторым выпускным каналом, причем объединение первого и второго выпускных каналов происходит в первом месте пересечения. Второй выпускной канал разветвляется в месте выше по потоку от первого места пересечения, причем в месте разветвления от второго выпускного канала отходит вспомогательный канал. Второй выпускной канал содержит первый клапан для регулирования потока отработавших газов в первое место пересечения и второй клапан для регулирования потока отработавших газов во вспомогательный канал.
На ФИГ. 2А и 2B раскрыты варианты 200 и 250 выпускной системы 25 двигателя, работающей соответственно в первом режиме и во втором режиме. Ранее представленные компоненты имеют аналогичные номера на последующих фигурах. Варианты 200 и 250 не содержат турбонагнетатель 90 на ФИГ. 1. Стрелки указывают направление потока отработавших газов, причем стрелки разной структуры (например, сплошные в отличие от штриховых) могут обозначать отработавшие газы разных составов. Крупно-штриховые стрелки состоят из штрихов, которые больше штрихов в средне-штриховых стрелках, которые, в свою очередь, больше штрихов в мелко-штриховых стрелках.
В одном примере первый режим запускают, если температура ТКН выше пороговой температуры ТКН. В основе пороговой температуры ТКН может лежать температура активации ТКН, могущая быть по существу равной 650°C. Первый 32 и второй 34 ряды цилиндров можно эксплуатировать по существу аналогично в зависимости от водительского запроса и других параметров работы двигателя, причем сгорание в цилиндрах может происходить при стехиометрическом воздушно-топливном отношении. Таким образом, сплошные стрелки на ФИГ. 2А обозначают поток по существу стехиометрических отработавших газов.
По меньшей мере в одном примере второй режим запускают, когда температура КИПР ниже пороговой температуры КИПР. В основе пороговой температуры КИПР лежит температура активации КИПР, могущая быть по существу равной 200°C. Учитывая, что пороговая температура КИПР ниже пороговой температуры ТКН, температура ТКН также ниже пороговой температуры ТКН. Первый ряд 32 цилиндров можно эксплуатировать отлично от второго ряда 34 цилиндров. В одном примере момент зажигания, воздушно-топливное отношение и моменты впрыска могут быть разными для указанных рядов цилиндров. В частности, момент зажигания во втором ряду цилиндров может быть установлен с большим запаздыванием, воздушно-топливное отношение может быть менее бедным (соотношение кислорода и топлива может быть меньше), и моменты впрыска могут быть установлены с большим запаздыванием по сравнению с первым рядом цилиндров.
Дополнительно или альтернативно, второй режим запускают, когда температура ТКН ниже пороговой температуры ТКН и температура КИПР выше пороговой температуры КИПР. Первый ряд 32 цилиндров можно эксплуатировать отлично от второго ряда 34 цилиндров. В частности, первый ряд 32 цилиндров можно эксплуатировать на бедной смеси (например, с воздушно-топливным отношением выше 1), а второй ряд 34 цилиндров можно эксплуатировать на богатой смеси (например, с воздушно-топливным отношением ниже 1). Таким образом, крупно-штриховые стрелки на ФИГ. 2B представляют поток бедных отработавших газов, а средне-штриховые стрелки представляют поток богатых отработавших газов.
В варианте 200 на ФИГ. 2А представлена выпускная система 25 двигателя в первом режиме, в котором первый клапан 56 находится в открытом положении, а второй клапан 58 находится в закрытом положении. Отработавшие газы из первого ряда 32 цилиндров текут по первому выпускному каналу 50 непосредственно в ТКН 70. По существу, отсутствуют какие-либо иные компоненты выпускной системы или устройства снижения токсичности выбросов между первым рядом 32 цилиндров и ТКН 70. Отработавшие газы из второго ряда 34 цилиндров текут по второму выпускному каналу 52, через открытый первый клапан 56, и непосредственно в ТКН 70 без протекания через другие устройства снижения токсичности выбросов. Таким образом, в первом режиме отработавшие газы из второго ряда 34 цилиндров не текут по вспомогательному каналу 54 или через КНПР 68. Происходит смешивание отработавших газов из первого ряда 32 цилиндров и второго ряда 34 цилиндров в первом месте 202 пересечения между первым 50 и вторым 52 выпускными каналами. Первое место 202 пересечения расположено ниже по потоку от места 210 разветвления второго выпускного канала 52 и выше по потоку от ТКН 70. В некоторых примерах, содержащих турбонагнетатель, турбина может быть расположена у первого места 202 пересечения.
В одном примере эксплуатацию в первом режиме осуществляют, когда ТКН 70 достаточно горячий для окисления и восстановления продуктов сгорания. Это возможно по прошествии порогового времени после пуска двигателя (например, 30 секунд).
В варианте 250 на ФИГ. 2B представлена выпускная система 25 двигателя во втором режиме, в котором первый клапан 56 находится в закрытом положении, а второй клапан 58 находится в открытом положении. Отработавшие газы из первого ряда 32 цилиндров текут по первому выпускному каналу 50 непосредственно в ТКН 70. Как раскрыто выше, отработавшие газы из первого ряда цилиндров (представленные крупно-штриховыми стрелками) являются бедными. Это означает, что при сгорании в первом ряду 32 цилиндров количество воздуха больше, чем при сгорании стехиометрической или богатой смеси. В одном примере значение лямбда, измеренное УДКОГ в бедных отработавших газах, может быть выше 1.0. Отработавшие газы из второго ряда 34 цилиндров (представленные средне-штриховыми стрелками) являются богатыми. Это означает, что количество топлива при сгорании во втором ряду 34 цилиндров больше, чем при сгорании стехиометрической или бедной смесей. В одном примере значение лямбда, измеренное УДКОГ в богатых отработавших газах, может быть ниже 1.0.
Отработавшие газы из второго ряда 34 цилиндров текут через открытый второй клапан 58 и во вспомогательный канал 54 непосредственно в КНПР 68. По существу, отсутствуют какие-либо другие устройства снижения токсичности выбросов между вторым рядом 34 цилиндров и КНПР 68. Отработавшие газы не текут через часть второго выпускного канала 52 ниже по потоку от места 210 разветвления. Поэтому не происходит смешивание отработавших газов из первого 32 и второго 34 рядов цилиндров в первом месте 202 пересечения. После протекания через КНПР 68 состав отработавших газов становится другим, на что указывает переход средне-штриховых стрелок в мелко-штриховые. В частности, отработавшие газы выше по потоку от КНПР 68, обозначенные средне-штриховыми стрелками, содержат больше углеводородов и угарного газа, чем отработавшие газы ниже по потоку от КНПР 68, обозначенные мелко-штриховыми стрелками. Как проиллюстрировано выше на примере уравнений 1 и 2, происходит конверсия углеводородов и угарного газа в газообразный водород и другие побочные продукты.
2
x
2
Богатые водородом отработавшие газы текут во второе место 204 пересечения, расположенное у входа ТКН 70. Показано, что второе место 204 пересечения расположено ниже по потоку от ТКН 70 и ближе к нему, чем первое место 202 пересечения. Происходит смешивание богатых водородом отработавших газов с отработавшими газами из первого ряда 32 цилиндров у второго места 204 пересечения и/или входа 204 ТКН. В первом ряду 32 цилиндров происходит образование отработавших газов, содержащих окислители (например, O, NO) при работе на бедной смеси, а во втором ряду 34 цилиндров состав отработавших газов изменен таким образом, чтобы они содержали восстановители (например, Н), путем окисления УВ и СО. В результате объединения этих двух потоков отработавших газов происходит экзотермическая окислительно-восстановительная реакция, что способствует росту температуры ТКН 70. Объединение отработавших газов у входа 204 ТКН обеспечивает возможность передачи ТКН 70 большего количества тепловой энергии, чем их объединение в месте выше по потоку (например, в первом месте 202 пересечения). Иначе говоря, при смешивании отработавших газов в непосредственной близости от ТКН 70, происходит уменьшение потери тепла на поверхностях выпускной системы (например, поверхностях выпускной трубы, поверхностях турбины и т.п.).
Таким образом, на ФИГ. 2А и 2B раскрыт способ эксплуатации двигателя, в котором: в первом режиме открывают первый клапан и закрывают второй клапан для объединения отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров в первом месте пересечения выше по потоку от входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и во втором режиме закрывают первый клапан и открывают второй клапан для объединения отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров во втором месте пересечения у входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Первый режим также включает в себя подачу отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Второй режим также включает в себя подачу отработавших газов из первого ряда цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор без протекания отработавших газов через какой-либо промежуточный каталитический нейтрализатор и подачу отработавших газов из второго ряда цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга без протекания отработавших газов через какой-либо промежуточный каталитический нейтрализатор. Первый ряд цилиндров соединен по текучей среде с первым выпускным каналом, причем второй ряд цилиндров соединен по текучей среде со вторым выпускным каналом, причем первый клапан регулирует поток отработавших газов из второго ряда цилиндров в первое место пересечения, причем второй клапан регулирует поток отработавших газов из второго ряда цилиндров во вспомогательный канал. В первом режиме первый и второй ряды цилиндров имеют равные воздушно-топливные отношения, причем во втором режиме отработавшие газы, текущие из первого ряда цилиндров, являются бедными, а отработавшие газы, текущие из второго ряда цилиндров, являются богатыми. Первый режим запускают, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, при этом в основе пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора лежит температура активации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, причем второй режим запускают, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
На ФИГ. 3 раскрыт способ 300 для эксплуатации первого и второго клапанов (например, первого клапана 56 и второго клапана 58 на ФИГ. 1, 2А и 2B) в зависимости от температуры ТКН и/или температуры КНПР. Инструкции для осуществления способа 300 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может исполнять контроллер (например, контроллер 12) в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
Способ 300 может быть раскрыт на примере раскрытых выше компонентов. В частности, способ 300 может включать в себя двигатель 10, первый выпускной канал 50, второй выпускной канал 52, первый клапан 56, второй клапан 58, КНПР 68, ТКН 70, первый ряд 32 цилиндров, второй ряд 34 цилиндров и вспомогательный канал 54 на ФИГ. 1. В раскрытых ниже способах перемещение первого и/или второго клапанов из открытого в закрытое положение или наоборот включает в себя направление сигнала от контроллера приводу клапана для выдачи команды установки клапана в желаемое положение.
Выполнение способа 300 можно начать на шаге 302, на котором определяют, оценивают и/или измеряют текущие параметры работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: скорость транспортного средства, температура окружающей среды, влажность окружающей среды, положение дросселя, положение педали акселератора, температура отработавших газов, давление во впускном коллекторе, частота вращения двигателя, температура двигателя и воздушно-топливное отношение.
На шаге 304 способ 300 предусматривает определение того, превышает ли температура ТКН пороговую температуру ТКН. Как раскрыто выше, в основе пороговой температуры ТКН лежит температура активации ТКН, по существу равная 650°C в одном примере. В одном примере датчик температуры выполнен за одно целое с ТКН или расположен в непосредственной близости от него, при этом сигнал обратной связи от датчика температуры контроллеру соответствует температуре ТКН. Или же температуру ТКН можно оценивать по температуре отработавших газов, измеренной выше или ниже по потоку от ТКН. Если температура ТКН выше пороговой температуры ТКН, способ 300 следует на шаг 306 для открытия первого клапана и закрытия второго клапана. Так второй выпускной канал соединяют по текучей среде с первым выпускным каналом с одновременной герметичной изоляцией от вспомогательного канала. Это обеспечивает объединение отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров у первого места пересечения и их течение непосредственно в ТКН. Это может быть по существу схоже с первым режимом, раскрытым на примере ФИГ. 2А.
На шаге 308 способа 300 эксплуатируют оба ряда цилиндров при стехиометрическом воздушно-топливном отношении (например, воздушно-топливном отношении, по существу равном 1). Дополнительно или альтернативно, первый и второй ряды цилиндров можно эксплуатировать в зависимости от водительского запроса или одного или нескольких параметров работы двигателя. В одном примере, если запрошена регенерация фильтра твердых частиц, первый или второй ряд цилиндров можно эксплуатировать для повышения температуры отработавших газов (например, за счет запаздывания зажигания), а другой из рядов цилиндров можно эксплуатировать на бедной смеси.
На шаге 310 способа 300 подают отработавшие газы из первого и второго рядов цилиндров непосредственно в ТКН в первом режиме. Отработавшие газы из первого и второго рядов цилиндров не текут в КНПР или во вспомогательный канал. Таким образом, необработанные отработавшие газы текут в приведенный в действие (активированный) ТКН, где происходит окисление и/или восстановление твердых частиц в выбросах. Если двигатель содержит турбонагнетатель, отработавшие газы из первого и второго рядов цилиндров текут в турбину, расположенную у первого места пересечения, а затем текут в ТКН. По существу, в некоторых вариантах отработавшие газы текут непосредственно в турбину в первом режиме.
Если на шаге 304 способа 300 будет определено, что температура ТКН ниже пороговой температуры ТКН, способ 300 следует на шаг 312. Температура ТКН может быть ниже пороговой температуры ТКН по одной или нескольким причинам, в число которых без каких-либо ограничений входят холодный пуск и недостаточно горячий поток отработавших газов. Недостаточно горячий поток отработавших газов может быть следствием эксплуатации транспортного средства в гибридном режиме, при котором транспортное средство приводит в движение электромотор, а двигатель выключен. Когда двигатель выключен, в него не поступает топливо и/или воздух. В некоторых примерах воздух может течь через цилиндры двигателя без впрыска топлива. По существу, когда двигатель выключен, отработавшие газы не образуются. Поэтому температура ТКН и/или температура КНПР могут упасть во время эксплуатации транспортного средства в гибридном режиме.
На шаге 312 способ 300 предусматривает определение того, превышает ли температура КНПР пороговую температуру КНПР. В одном примере пороговая температура КНПР по существу равна 200°C.Температура КНПР может быть ниже пороговой температуры КНПР во время холодного пуска. Температура КНПР также может упасть ниже пороговой температуры КНПР после закрытия второго клапана и, тем самым, блокирования потока отработавших газов в КНПР. Как раскрыто выше, когда КНПР активирован, он может обрабатывать отработавшие газы согласно раскрытым выше уравнениям 1 и 2. Если температура КНПР выше пороговой температуры КНПР, способ 300 следует на шаг 314.
На шаге 314 первый клапан перемещают в закрытое положение, а второй клапан - в открытое положение. Так второй выпускной канал соединяют по текучей среде со вспомогательным каналом с одновременной изоляцией по текучей среде от первого выпускного канала. Как раскрыто выше, КНПР расположен во вспомогательном канале.
2
На шаге 316 способа 300 эксплуатируют первый ряд цилиндров на бедной смеси, а второй ряд цилиндров - на богатой смеси. Это может быть по существу схоже со вторым режимом, раскрытым выше на примере ФИГ. 2B. Из первого ряда цилиндров выходят по существу окислительные отработавшие газы, содержащие множество O и NO, в первый выпускной канал. Из второго ряда цилиндров выходят отработавшие газы, содержащие множество углеводородов (УВ) и СО, во второй выпускной канал. В одном примере регулировки для восстановительной нейтрализации выбросов холодного пуска могут быть более значительными во втором ряду цилиндров, чем в первом ряду цилиндров. Например, запаздывание зажигания во втором ряду цилиндров может быть больше, чем в первом ряду цилиндров. Это может быть обусловлено большей устойчивостью горения во втором ряду цилиндров, работающем на богатой смеси, чем в первом ряду цилиндров, работающем на бедной смеси. Это позволяет дополнительно увеличить подачу тепла ТКН во втором режиме.
2
2
На шаге 318 способ 300 предусматривает подачу отработавших газов непосредственно из первого ряда цилиндров в ТКН. На шаге 320 способ 300 предусматривает подачу отработавших газов из второго ряда цилиндров, через открытый второй клапан, и непосредственно в КНПР. В КНПР происходит конверсия УВ и СО в Н, как раскрыто выше на примере уравнений 1 и 2. Богатые Н отработавшие газы текут по вспомогательному каналу ниже по потоку от КНПР.
2
2
На шаге 322 способ 300 предусматривает объединение отработавших газов из первого выпускного канала и вспомогательного выпускного канала у входа ТКН (например, второго места 204 пересечения на ФИГ. 2B). Богатые Н отработавшие газы, являющиеся по существу восстановительными, вступают в реакцию с богатыми O и NO отработавшими газами, в связи с чем происходит высвобождение тепловой энергии. Благодаря этому, за счет регулировок для восстановительной нейтрализации выбросов холодного пуска (ВНВХП) и окислительно-восстановительной реакции у входа ТКН можно нагреть ТКН быстрее, чем только за счет регулировок для ВНВХП или регулировок для ВНВХП в комбинации с богатыми СО и УВ отработавшими газами. Это позволяет значительно уменьшить выбросы во время холодного пуска.
На шаге 324 способа 300 смесь отработавших газов после окислительно-восстановительной реакции течет через ТКН с возможностью дополнительного нагрева его поверхностей горячими отработавшими газами.
На шаге 326 способ 300 предусматривает определение того, превышает ли температура ТКН пороговую температуру ТКН. Если температура ТКН выше пороговой температуры ТКН, способ 300 следует на шаг 306, как раскрыто выше. Таким образом, поток отработавших газов в КНПР прекращают в связи с достижением ТКН температуры активации. Это позволяет увеличить долговечность КНПР с одновременным повышением экономии топлива за счет прекращения эксплуатации второго ряда цилиндров на богатой смеси. Если температура ТКН превышает пороговую температуру ТКН во время подачи отработавших газов в КНПР, второй клапан перемещают в закрытое положение, а первый клапан перемещают в открытое положение.
Если температура ТКН ниже пороговой температуры ТКН, способ 300 следует на шаг 328 для поддержания текущих параметров работы двигателя и продолжения подачи бедных отработавших газов по первому выпускному каналу и богатых отработавших газов во вспомогательный канал. Таким образом, продолжается смешивание окислительных и восстановительных отработавших газов у входа ТКН и высвобождение тепловой энергии при их объединении. Способ продолжает отслеживать температуру ТКН.
Если на шаге 312 температура КНПР не выше пороговой температуры КНПР, способ 300 следует на шаг 330 для закрытия первого клапана и открытия второго клапана, и, тем самым, соединения по текучей среде второго выпускного канала с вспомогательным каналом с одновременной изоляцией второго канала от первого выпускного канала.
На шаге 332 способ 300 предусматривает эксплуатацию первого ряда цилиндров на бедной смеси, аналогично эксплуатации первого ряда цилиндров, как раскрыто выше на шаге 314.
На шаге 334 способ 300 предусматривает эксплуатацию второго ряда цилиндров попеременно на стехиометрической и богатой смеси. Это отличается от эксплуатации второго ряда цилиндров на шаге 314, на котором второй ряд цилиндров работал попеременно на богатой и стехиометрической смеси. Иначе говоря, расход топлива при работе второго ряда цилиндров, когда КНПР ниже пороговой температуры КНПР, меньше, чем при работе, когда температура КНПР выше пороговой температуры КНПР. Эксплуатация цилиндров второго ряда попеременно на богатой и стехиометрической смеси обеспечивает возможность окислительно-восстановительной реакции в КНПР. Это позволяет повысить скорость нагрева КНПР с возможностью достижения им пороговой температуры КНПР быстрее, чем тогда, когда попеременную эксплуатацию второго ряда цилиндров не осуществляют (например, эксплуатируют его только на богатой смеси). В некоторых примерах второй ряд цилиндров можно эксплуатировать попеременно на богатой и бедной смеси, в результате чего поток кислорода в КНПР возрастает по сравнению с эксплуатацией попеременно на богатой и стехиометрической смеси. Дополнительно или альтернативно, второй ряд цилиндров можно эксплуатировать на богатой смеси на шаге 334 и можно не эксплуатировать попеременно на богатой и стехиометрической сжигаемой смеси.
Дополнительно или альтернативно, запаздывание зажигания во втором ряду цилиндров может быть более значительно на шаге 334, чем запаздывание зажигания на шаге 314. По существу, выбросы УВ и высвобождение тепловой энергии на шаге 334 могут быть больше, чем на шаге 314.
2
На шаге 336 способ 300 предусматривает подачу отработавших газов из первого ряда цилиндров в ТКН. На шаге 338 способ 300 предусматривает подачу отработавших газов из второго ряда цилиндров в КНПР. На шаге 340 способ 300 предусматривает объединение отработавших газов из вспомогательного канала с отработавшими газами из первого ряда цилиндров у входа ТКН. Отработавшие газы из КНПР могут не содержать достаточное количество Н из-за бездействия КНПР, когда его температура ниже пороговой температуры КНПР, поэтому на шаге 340 может не происходить окислительно-восстановительная реакция.
На шаге 342 способ 300 предусматривает подачу смеси отработавших газов через ТКН. После шага 342 способ 300 совершает возврат на шаг 312 для отслеживания температуры КНПР. Как только температура КНПР превысит пороговую температуру КНПР, отработавшие газы из указанных двух рядов цилиндров могут начать окислительно-восстановительную реакцию у входа ТКН.
На ФИГ. 4 раскрыт способ 400 для определения состояния КНПР. В частности, способ 400 представляет алгоритм для отслеживания величины образования нагара на КНПР. Как раскрыто выше, в КНПР поступают богатые газы сгорания из второго ряда цилиндров в некоторых рабочих состояниях двигателя. Во время работы на богатой смеси возможно скопление углеродистых отложений, могущих образовать слой на поверхностях вспомогательного канала и/или КНПР. Это может снизить реакционную способность КНПР и/или расход потоков отработавших газов через КНПР. Способ 400 предусматривает отслеживание величины образования нагара и предлагает алгоритм для уменьшения образования нагара, когда это возможно.
Выполнение способа 400 можно начать на шаге 402, на котором определяют, оценивают и/или измеряют текущие параметры работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: скорость транспортного средства, температура окружающей среды, влажность окружающей среды, положение дросселя, положение педали акселератора, температура отработавших газов, давление во впускном коллекторе, частота вращения двигателя, температура двигателя и воздушно-топливное отношение.
На шаге 404 способ 400 предусматривает определение того, эксплуатируют ли второй ряд цилиндров на богатой смеси. Это можно определить посредством датчика отработавших газов, расположенного во втором выпускном канале выше по потоку от места разветвления. Датчик отработавших газов выполнен с возможностью выдачи значения лямбда, соответствующего воздушно-топливному отношению второго ряда цилиндров. Если значение лямбда не ниже 1, то второй ряд цилиндров не работает на богатой смеси, и способ 400 следует на шаг 406 для поддержания текущих параметров работы двигателя и не отслеживает образование нагара. Если значение лямбда ниже 1 (например, 0.85), то второй ряд цилиндров работает на богатой смеси, и способ 400 следует на шаг 408 для определения того, открыт ли второй клапан. Следует понимать, что определять, работает ли второй ряд цилиндров на богатой смеси, можно и по другим параметрам, например, по положению дросселя и подаче топлива в цилиндры во втором ряду.
На шаге 408 может быть определено, что второй клапан открыт, если будет обнаружен поток отработавших газов по вспомогательному каналу. Если второй клапан закрыт, и отработавшие газы не текут по вспомогательному каналу, способ 400 следует на шаг 406 для поддержания текущих параметров работы двигателя и не отслеживает образование нагара. Если второй клапан открыт, и отработавшие газы текут по вспомогательному каналу, способ 400 следует на шаг 410.
На шаге 410 способ 400 предусматривает отслеживание количества отработавших газов, текущих в КНПР. Сначала вычисляют количество воздуха, всасываемого и/или втягиваемого во второй ряд цилиндров, по частоте вращения двигателя и коэффициенту наполнения. Затем определяют подачу топлива во второй ряд цилиндров, а также температуру отработавших газов второго ряда цилиндров. Вычисление этих переменных позволяет определить оценочный расход потока отработавших газов в КНПР. Контроллер может отслеживать вычисляемый расход потока отработавших газов в течение всего периода работы второго ряда цилиндров на богатой смеси и нахождения второго клапана в открытом положении. Иначе говоря, как только второй клапан будет перемещен в закрытое положение, отслеживание прекращают.
На шаге 412 способ 400 предусматривает определение того, превышает ли образование нагара пороговое образование нагара. Образование нагара может снизить активность КНПР и сузить площадь проходного сечения КНПР. Пороговое образование нагара может соответствовать величине образования нагара, снижающей активность КНПР до величины ниже желаемой величины каталитической активности. Кроме того, пороговое образование нагара может зависеть от противодавления отработавших газов, причем противодавление снижает устойчивость горения, когда образование нагара выше порогового. Если образование нагара не выше порогового, способ следует на шаг 406, раскрытый выше. Если образование нагара выше порогового, способ следует на шаг 414.
На шаге 414 способ 400 предусматривает определение того, превышает ли температура отработавших газов пороговую, при этом в основе пороговой температуры лежит температура, достаточная высокая для сгорания отложений нагара в присутствии избытка кислорода. По существу, удаление отложений нагара происходит, когда второй ряд цилиндров не работает на богатой смеси. Если температура отработавших газов ниже пороговой, способ следует на шаг 416 для продолжения отслеживания температуры отработавших газов. Если температура отработавших газов выше пороговой, способ 400 следует на шаг 418.
На шаге 418 способ 400 предусматривает подачу бедных отработавших газов в КНПР. Это может включать в себя перемещение второго клапана в открытое положение, если до этого он был закрыт. Кроме того, первый клапан перемещают в закрытое положение. Отличие от второго режима состоит в том, что отработавшие газы, текущие в КНПР, являются бедными, а не богатыми. В состоянии удаления нагара, в котором второй ряд цилиндров эксплуатируют на бедной смеси, первый ряд цилиндров можно эксплуатировать на стехиометрической, бедной или богатой смеси. Таким образом, указанные ряды цилиндров эксплуатируют независимо друг от друга.
В одном примере состояние удаления нагара может иметь место после нажатия педали акселератора и/или другого состояния работы с высокой нагрузкой двигателя, когда температуры отработавших газов возрастают до температуры выше пороговой. Возможно падение водительского запроса, при этом водительский запрос можно по большей части или даже полностью удовлетворить за счет первого ряда цилиндров. Это позволяет эксплуатировать второй ряд цилиндров на бедной смеси для подачи богатых кислородом отработавших газов в КНПР для выжигания нагара на шаге 420 независимо от водительского запроса.
Следует понимать, что удаление нагара КНПР может не быть первоочередной задачей, когда второй клапан находится в закрытом положении. Противодавление во вспомогательном канале может не затруднять работу двигателя, когда второй клапан закрыт. При этом, как только водительский запрос упадет, а температуры отработавших газов будут достаточно высокими, первый ряд цилиндров можно эксплуатировать для удовлетворения водительского запроса с одновременным открытием второго клапана и ситуативной эксплуатацией второго ряда цилиндров для удаления нагара.
На шаге 422 способа 400 определяют, остается ли образование нагара выше порогового. Если образование нагара все еще выше порогового, способ 400 предусматривает продолжение подачи бедных отработавших газов из второго ряда цилиндров в КНПР. Если образование нагара ниже порогового, способ 400 следует на шаг 426 для прекращения удаления нагара. Это может также включать в себя закрытие второго клапана, открытие первого клапана и регулирование работы второго ряда цилиндров для приведения ее в соответствие с другими параметрами работы двигателя (например, водительским запросом). По существу, первый и второй ряды цилиндров могут совместно нести нагрузку по удовлетворению водительского запроса.
На ФИГ. 5 раскрыт способ 500 для определения возможностей восстановления КНПР в зависимости от местоположения и/или параметров работы транспортного средства. В одном примере регенерацию КНПР осуществляют ситуативно путем регулирования работы второго ряда цилиндров. Дополнительно или альтернативно, КНПР можно регенерировать путем впрыска восстановителя, когда отсутствуют условия для регулирования работы второго ряда цилиндров.
Выполнение способа 500 можно начать на шаге 502, на котором определяют, оценивают и/или измеряют текущие параметры работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: скорость транспортного средства, температура окружающей среды, влажность окружающей среды, положение дросселя, положение педали акселератора, температура отработавших газов, давление во впускном коллекторе, частота вращения двигателя, температура двигателя и воздушно-топливное отношение.
На шаге 504 способ 500 предусматривает определение местоположения транспортного средства. Его можно определять по данным обратной связи от геолокационного устройства (например, навигационной системы, устройства ГСОМ и т.п.) транспортного средства. Это можно осуществить при пуске двигателя и продолжать в течение работы транспортного средства.
На шаге 506 способ 500 предусматривает определение того, известен ли конечный пункт назначения. Конечный пункт назначения известен, если оператор и/или водитель транспортного средства вводит конечный пункт назначения в навигационную систему и/или устройство ГСОМ. Способ 500 следует на шаг 508 для оценки числа, продолжительности и места возможных событий остановки между текущим местоположением транспортного средства (определенным на шаге 504) и конечным пунктом назначения. Устройство ГСОМ может оценивать число возможных остановок по одному или нескольким из следующих параметров: расстоянию, ограничениям скорости, известным действиям водителя, местам прекращения движения, данным о дорожном движении, оценочному времени в пути, данным о конструкции, метеоусловиях и других условиях на дороге.
Если на шаге 506 конечный пункт назначения неизвестен, способ 500 следует на шаг 510 для прогнозирования числа, продолжительности и места возможных событий остановки между текущим местоположением и прогнозным конечным пунктом назначения транспортного средства. В одном примере прогнозный конечный пункт назначения определяют по одному или нескольким известным местам, сохраненным в навигационной системе. Дополнительно или альтернативно, прогнозный конечный пункт назначения выбирают из числа одного или нескольких мест, часто посещаемых оператором транспортного средства. В их число могут входить: домашний адрес, адрес места профессиональной деятельности, школы, супермаркета, заправочной станции, розничного магазина и т.п. Прогнозный конечный пункт назначения транспортного средства также может зависеть от по меньшей мере времени суток в по меньшей мере одном примере. Например, если водитель запускает транспортное средство в 7:30 утра среды, навигационная система может прогнозировать, что место профессиональной деятельности (например, работы) водителя станет конечным пунктом назначения. В одном примере навигационная система может выдать подсказку водителю для принятия или отклонения прогнозного конечного пункта назначения. Или же навигационная система может корректировать прогнозный конечный пункт назначения по отклонению от известного маршрута между текущим местоположением транспортного средства и прогнозным конечным пунктом.
Например, способ может определить множество событий остановки между местом проживания и местом работы. Способ может фильтровать события остановки в зависимости от оценочной продолжительности, причем события остановки продолжительностью меньше пороговой (например, менее 20 секунд) не рассматривают для выполнения восстановления КНПР. Остальные события остановки отслеживают с возможностью ситуативного выполнения восстановления КНПР. Дополнительно или альтернативно, можно отслеживать все оценочные события остановки для восстановления КНПР, причем события остановки с оценочной продолжительностью больше пороговой могут включать в себя регулирование параметров работы второго ряда цилиндров двигателя для восстановления КНПР. Регулирование параметров работы двигателя может включать в себя эксплуатацию второго ряда цилиндров на богатой смеси, закрытие первого клапана и открытие второго клапана. При этом во время событий остановки с продолжительностью меньше пороговой регулирование параметров работы второго ряда цилиндров может быть нежелательно в связи с возможностью нажатия педали акселератора или иного водительского запроса после начала остановки. По существу, параметры работы второго ряда цилиндров не регулируют для восстановления КНПР и поддерживают для удовлетворения предстоящего водительского запроса и/или нагрузки двигателя. При этом первый клапан может быть закрыт, а второй клапан - открыт во время укороченной остановки, когда происходит впрыск восстановителя посредством форсунки (например, форсунки 69 на ФИГ. 1). Может произойти нагрев отработавших газов из второго ряда цилиндров и их смешивание с восстановителем, после чего их поток несет восстановитель в КНПР. В одном примере форсунка осуществляет впрыск топлива. В других примерах форсунка впрыскивает водный раствор мочевины, газообразный аммиак или восстановитель в какой-либо другой форме.
Следует понимать, что восстановление КНПР также можно осуществлять за пределами периода остановки двигателя. Например, второй ряд цилиндров может удовлетворять водительский запрос и/или обеспечивать нагрузку двигателя, первый клапан закрывают, второй клапан открывают, и приводят в действие форсунку восстановителя для впрыска восстановителя во вспомогательный канал.
Далее, на шаге 512, способ 500 предусматривает определение того, предстоит ли событие остановки. Событие остановки предстоит, если оно должно произойти в пределах порогового расстояния (например, 0.25 мили) и/или порогового времени (например, минуты). Дополнительно или альтернативно, событие остановки предстоит, если водитель осуществляет замедление и/или торможение в пределах порогового расстояния от оценочного/прогнозного места события остановки. Если событие остановки не предстоит, способ 500 следует на шаг 514 для эксплуатации цилиндров первого и второго рядов в зависимости от водительского запроса и без подачи отработавших газов в КНПР. Таким образом, первый клапан оставляют открытым, а второй клапан - закрытым.
Дополнительно или альтернативно, определить, предстоит ли событие остановки, можно по скорости транспортного средства, и/или положению педали тормоза, и/или положению педали акселератора. Например, если педаль акселератора находится в наклонном положении (например, не нажата), педаль тормоза нажата, а скорость транспортного средства ниже пороговой, может предстоять остановка двигателя.
Если предстоит событие остановки, способ 500 следует на шаг 515 для определения того, превышает ли температура КНПР пороговую температуру восстановления. В одном примере пороговая температура восстановления выше температуры окружающей среды. Если температура КНПР ниже пороговой температуры восстановления, способ 500 следует на шаг 514, раскрытый выше. При этом, если температура КНПР выше пороговой температуры восстановления, способ 500 закрывает первый клапан и открывает второй клапан на шаге 516. Таким образом, отработавшие газы текут в КНПР во вспомогательном канале, но не текут по второму выпускному каналу в первое место пересечения.
На шаге 518 способ 500 предусматривает эксплуатацию второго ряда цилиндров на богатой смеси. По существу, несгоревшие углеводороды могут восстанавливать поверхности КНПР. Это позволяет обеспечить желаемую степень окисления КНПР при будущем холодном пуске. Дополнительно или альтернативно, форсунка (например, форсунка 69 на ФИГ. 1) может получить инструкцию от контроллера (например, контроллера 12 на ФИГ. 1) для впрыска восстановителя в сторону КНПР в связи с запросом остановки двигателя. Следует отметить, что запрос остановки двигателя может предшествовать остановке вращения двигателя. Помимо подачи форсунке сигнала осуществить впрыск, подают сигнал установки первого клапана в закрытое положение, а второй клапан перемещают в открытое положение, как раскрыто выше. По существу, второй ряд цилиндров продолжает удовлетворять водительский запрос с одновременным направлением отработавших газов из второго ряда цилиндров во вспомогательный канал. Следует понимать, что температура ТКН может быть выше пороговой температуры ТКН во время восстановления КНПР.
На шаге 520 способ 500 предусматривает подачу отработавших газов непосредственно из второго ряда цилиндров в КНПР. По существу, КНПР восстанавливают из электроно-дефицитного состояния до богатого электронами состояния.
На шаге 522 способ 500 предусматривает определение того, инициировано ли событие остановки. Если событие остановки не инициировано, способ 500 следует на шаг 524 для продолжения подачи отработавших газов в КНПР.
Если событие остановки инициировано, на шаге 526 отключают цилиндры первого и второго рядов цилиндров и прекращают восстановление КНПР. В одном примере второй клапан перемещают в закрытое положение, а первый клапан - в открытое положение. Поэтому отработавшие газы не текут в КНПР после перезапуска двигателя. В некоторых примерах событие остановки можно отсрочить путем осуществления срабатывания одного или нескольких цилиндров для продления восстановления КНПР. В одном примере происходит ровно три дополнительных сгорания после получения запроса остановки двигателя. Кроме того, при получении запроса остановки двигателя, впрыскивают восстановитель в сторону КНПР. В одном примере форсунка направлена в сторону верхней по потоку поверхности КНПР. Таким образом, осуществление сгорания три дополнительных раза перед отключением цилиндров двигателя, включающим в себя прекращение подачи топлива и искры, позволяет повысить вероятность того, что восстановитель достигнет КНПР. Дополнительно или альтернативно, впрыск восстановителя можно продолжать в течение заранее определенного количества времени во время остановки двигателя. Как только двигатель будет перезапущен, отработавшие газы из второго ряда и/или группы цилиндров можно направлять в КНПР в течение порогового количества времени (например, пяти секунд) для распределения восстановитель на нижние по потоку поверхности КНПР.
Дополнительно или альтернативно, способ 500 позволяет оценивать окислительное состояние КНПР в зависимости от количества восстановительных отработавших газов, текущих в КНПР. Если не произойдет восстановление КНПР до желаемой степени окисления, способ может предусматривать оставление второго клапана в открытом положении, а первого клапана - в закрытом положении, после указанной остановки. То есть, как только двигатель будет перезапущен, отработавшие газы из второго ряда цилиндров направляют в КНПР. Если параметры работы двигателя таковы, что желательна работа второго ряда цилиндров на стехиометрической смеси, можно привести в действие форсунку для продолжения восстановления КНПР.
Таким образом, на раскрытых выше фигурах предложена система, содержащая: выпускную систему, содержащую трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и каталитический нейтрализатор парового риформинга, двигатель, содержащий первую группу цилиндров и вторую группу цилиндров, первый выпускной канал, соединенный по текучей среде с первой группой цилиндров, и второй выпускной канал, соединенный по текучей среде со второй группой цилиндров, причем первый и второй выпускные каналы пересекаются выше по потоку от входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора в первом месте пересечения, вспомогательный канал, отходящий от второго выпускного канала перед первым местом пересечения относительно потока отработавших газов, причем вспомогательный канал объединяется с первым выпускным каналом у входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, первый клапан для регулирования потока отработавших газов из второй группы цилиндров в первое место пересечения и второй клапан для регулирования потока отработавших газов из второй группы цилиндров во вспомогательный канал, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в памяти, выполнение которых позволяет контроллеру подавать отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор в первом режиме и подавать отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга во втором режиме.
Первый и второй клапаны выполнены с возможностью перевода в открытое положение и закрытое положение, причем открытое положение разрешает поток отработавших газов, а закрытое положение блокирует поток отработавших газов. Контроллер содержит дополнительные инструкции для перевода первого клапана в открытое положение, а второго клапана - в закрытое положение, в первом режиме, причем второй клапан блокирует поток отработавших газов из второй группы цилиндров во вспомогательный канал. Кроме того, контроллер содержит дополнительные инструкции для перевода первого клапана в закрытое положение, а второго клапана - в открытое положение, во втором режиме, причем первый клапан блокирует поток отработавших газов из второй группы цилиндров в первое место пересечения.
3
Система также включает в себя форсунку восстановителя, расположенную с возможностью впрыска восстановителя во вспомогательном канале выше по потоку от каталитического нейтрализатора парового риформинга, и дополнительные инструкции контроллера для впрыска восстановителя в ответ на запрос на прекращение сгорания в двигателе и прекращение вращения двигателя. Первая и вторая группы цилиндров содержат одинаковое число цилиндров, причем восстановитель представляет собой топливо или NH.
На ФИГ. 6 раскрыта последовательность 600 работы, иллюстрирующая пример результатов эксплуатации двигателя (например, двигателя 10 на ФИГ. 1) по способу 300 на ФИГ. 3. Линия 602 представляет температуру ТКН, а линия 604 - пороговую температуру ТКН, линия 606 - температуру КНПР, а линия 608 - пороговую температуру КНПР, линия 610 - положение первого клапана, линия 612 -положение второго клапана, линия 614 - воздушно-топливное отношение (ВТО) первого ряда цилиндров, линия 616 - ВТО второго ряда цилиндров, линия 618 - момент зажигания первого ряда, а линия 620 - номинальный момент зажигания, линия 622 - момент зажигания второго ряда цилиндров, а линия 624 - номинальный момент зажигания, линия 626 - работу электромотора, а линия 628 - работу форсунки восстановителя. Как раскрыто выше, в основе пороговой температуры ТКН лежит температура активации ТКН. В основе пороговой температуры КНПР лежит температура активации КНПР, которая ниже температуры активации ТКН, что графически отражено в последовательности 600 работы. Номинальный момент зажигания, обозначенный линиями 620 и 624, представляет собой момент зажигания, имеющий место приблизительно в конце или в конце такта сжатия двигателя. Значения времени возрастают с левой к правой стороне фигуры.
0
В момент t температура ТКН (линия 602) ниже пороговой температуры ТКН (линия 604). Температура КНПР (линия 606) также ниже пороговой температуры КНПР (линия 608). По существу, может происходить холодный пуск. Первый клапан перемещен в закрытое положение (линия 610), а второй клапан - в открытое положение (линия 612). Происходит направление отработавших газов из второго ряда цилиндров в КНПР во вспомогательном канале и их объединение с отработавшими газами из первого ряда цилиндров у входа ТКН. ВТО первого ряда цилиндров (линия 614) является бедным, на что указывает его значение лямбда выше 1.0. Работа второго ряда цилиндров ВТО (линия 616) происходит попеременно на богатой и стехиометрической смеси, на что указывает волнообразное колебание ВТО между значениями лямбда 1.0 и приблизительно 0.8. Момент зажигания установлен с запаздыванием и в первому ряду цилиндров (линия 618), и во втором ряду цилиндров (линия 622). Показано, что запаздывание зажигания во втором ряду цилиндров превышает (например, больше, чем) запаздывание зажигания в первом ряду цилиндров. Поэтому отработавшие газы, удаляемые из второго ряда цилиндров, могут быть более горячими, чем отработавшие газы из первого ряда цилиндров. Большее запаздывание зажигания во втором ряду цилиндров по сравнению с первым рядом цилиндров возможно за счет подачи в него большего количества топлива. Электромотор бездействует (например, выключен). Форсунка восстановителя выключена (линия 628). В примере на ФИГ. 6 пороговая температура КНПР по существу равна пороговой температуре восстановления, речь о которой шла выше. При этом следует понимать, что пороговая температура восстановления может быть выше или ниже пороговой температуры КНПР без отступления от объема настоящего раскрытия.
0
1
После t и до t первый клапан оставляют закрытым, а второй клапан - открытым. Температура ТКН и температура КНПР растут. При этом температура КНПР растет быстрее температуры ТКН, так как отработавшие газы из второго ряда цилиндров горячее отработавших газов из первого ряда цилиндров в связи с большим запаздыванием зажигания в последнем.
1
1
2
В момент t температура ТКН продолжает расти, но остается ниже пороговой температуры ТКН. Температура КНПР по существу равна пороговой температуре КНПР. Второй ряд цилиндров эксплуатируют с по существу богатым ВТО для обеспечения возможности окисления углеводородов и угарного газа в активированном КНПР. В результате происходит образование газообразного водорода с возможностью его соединения с окислителями в потоке отработавших газов первого ряда цилиндров во входе ТКН. Для дополнительного нагрева ТКН, момент зажигания во втором ряду цилиндров изменяют в сторону большего запаздывания. После t и до t температура ТКН растет быстрее, чем температура КНПР. Это обусловлено реакцией окисления, происходящей у входа ТКН, между кислородом, оксидом азота и газообразным водородом.
2
В момент t температура ТКН по существу равна пороговой температуре ТКН. Поэтому второй клапан перемещен в закрытое положение, а первый клапан - в открытое положение. То есть отработавшие газы из второго ряда цилиндров не текут в КНПР. Кроме того, отработавшие газы из первого и второго рядов цилиндров сливаются в месте выше по потоку от входа ТКН. ВТО первого ряда цилиндров упало до стехиометрического. ВТО второго ряда цилиндров возросло до стехиометрического. Момент зажигания первого и второго рядов цилиндров изменяют в сторону опережения до по существу номинальных моментов зажигания. Первый и второй ряды цилиндров эксплуатируют по существу аналогично после достаточного прогрева ТКН.
2
3
После t и до t температура ТКН выше пороговой температуры ТКН. По существу, ТКН является достаточно горячим для обработки выбросов отработавших газов. Температура КНПР продолжает падать, так как отработавшие газы больше не текут в КНПР. Первый клапан оставляют открытым, а второй клапан - закрытым. Воздушно-топливные отношения первого и второго ряда по существу стехиометрические (например, равны значению лямбда 1.0). Моменты зажигания первого и второго рядов цилиндров по существу равны номинальному моменту зажигания.
3
3
В одном примере, непосредственно перед t, педаль акселератора отпущена, педаль тормоза нажата, а скорость транспортного средства падает ниже пороговой. Это может быть признаком запроса остановки двигателя. В момент t происходит выдача запроса остановки двигателя и включение электромотора для эксплуатации транспортного средства в гибридном режиме, в котором двигатель заглушен. Таким образом, в одном примере транспортное средство может приводить в движение электромотор. Это может предусматривать автоматическую остановку двигателя. Двигатель останавливают вскоре после t3 путем прекращения подачи топлива и искры в двигатель. Остановка двигателя происходит после направления отработавших газов, образовавшихся в результате заранее определенного числа сгораний богатой смеси, из второго ряда цилиндров в КНПР. При этом первый клапан перемещен в закрытое положение, а второй клапан перемещен в открытое положение. Первый ряд цилиндров продолжает сжигать стехиометрические или немного обедненные топливовоздушные смеси с одновременным продолжением сгорания во второй группе цилиндров. Сгорание в первой и второй группах цилиндров прекращается по прошествии указанного заранее определенного числа событий сгорания. Поскольку вскоре после момента t3 прекращают подачу топлива в первый ряд цилиндров, воздушно-топливное отношение составляет 2.3 (что соответствует, например, содержанию по существу только воздуха).
В примерах, где выпускная система содержит форсунку восстановителя, подача в двигатель топлива и искры может быть прекращена в связи с запросом остановки двигателя после полного завершения впрысков топлива, которые происходили в тот момент. В связи с запросом остановки двигателя также может быть осуществлена подача восстановителя посредством форсунки восстановителя. Форсунка восстановителя выполнена с возможностью впрыска восстановителя во вспомогательный канал в сторону КНПР. Дополнительно или альтернативно, второй ряд цилиндров может продолжить сжигание при по существу стехиометрическом воздушно-топливном отношении в течение заранее определенного числа событий сгорания после запроса остановки двигателя с одновременной подачей восстановителя посредством форсунки восстановителя. Это может способствовать поступлению восстановителя в КНПР. По прошествии заранее определенного числа событий сгорания (например, сжигания воздуха и топлива посредством искры), подачу искры и топлива прекращают, после чего второй ряд цилиндров бездействует, как и первый ряд цилиндров.
3
4
Из-за прекращения подачи топлива, образование отработавших газов не происходит, и температуры ТКН и КНПР начинают падать. После t и до t температуры ТКН и КНПР падают ниже соответствующих порогов из-за отсутствия горячих отработавших газов во время работы транспортного средства в гибридном режиме. Форсунку восстановителя отключают в связи с тем, что заранее определенное количество восстановителя было впрыснуто, или тем, что истекло заранее определенное количество времени впрыска восстановителя.
В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, работу второго ряда цилиндров можно возобновить во время эксплуатации транспортного средства в гибридном режиме для подачи отработавших газов в КНПР и ТКН с целью поддержания их температур выше соответствующих порогов. Поэтому можно уменьшить отдачу электромотора по мощности пропорционально мощности, создаваемой вторым рядом цилиндров, работа которого возобновлена.
В некоторых вариантах, дополнительно или альтернативно, форсунка восстановителя может быть включена и в периоды, когда двигатель не остановлен, и не происходит эксплуатация в гибридном режиме. Например, если температура КНПР достаточно высока для восстановления, первый клапан можно закрыть, а второй клапан - открыть, несмотря на то, что температура ТКН выше пороговой температуры ТКН. Таким образом, восстановление может происходить во время езды транспортного средства с номинальными параметрами работы.
4
1
4
5
В момент t прекращают эксплуатацию транспортного средства в гибридном режиме и отключают электромотор. Работу цилиндров первого и второго рядов цилиндров возобновляют. Возобновление работы включает в себя впрыск топлива в цилиндры и запуск подачи искры. Показано, что первый и второй ряды цилиндров эксплуатируют аналогично эксплуатации до t. Это обусловлено тем, что температуры ТКН и КНПР ниже соответствующих пороговых температур. Поэтому первый ряд цилиндров эксплуатируют на бедной смеси и с моментом зажигания, установленным с запаздыванием, меньшим по сравнению с моментом зажигания во втором ряду цилиндров, работающем на богатой смеси. Первый клапан перемещают в закрытое положение, а второй клапан - в открытое положение. После t и до t второй ряд цилиндров продолжает работать попеременно на богатой и стехиометрической смесях. Первый ряд цилиндров работает на бедной смеси. Смешивание отработавших газов из указанных рядов цилиндров происходит у входа ТКН, при этом окислительно-восстановительная реакция может не происходить, так как КНПР еще не активирован.
5
5
6
В момент t происходит активация КНПР, и второй ряд цилиндров регулируют для эксплуатации на богатой смеси. Запаздывание зажигания увеличивают для увеличения подачи тепловой энергии в ТКН. Бедные отработавшие газы из первого ряда цилиндров вступают в реакцию с обработанными КНПР отработавшими газами из второго ряда цилиндров у входа ТКН, и в ТКН поступает тепловая энергия, высвобожденная при указанной реакции. Благодаря данной реакции, температура ТКН растет быстрее, чем температура КНПР. Данный процесс продолжается между t и t.
6
6
7
В момент t происходит активация ТКН. По существу, окислительно-восстановительная реакция больше не нужна для нагрева ТКН. Поэтому первый клапан перемещают в открытое положение, а второй клапан - в закрытое положение. Таким образом, отработавшие газы больше не текут в КНПР. При этом, отработавшие газы из второго ряда цилиндров текут непосредственно в ТКН с отработавшими газами из первого ряда цилиндров. Между t и t температура КНПР продолжает падать в связи с тем, что второй клапан пребывает в закрытом положении, блокируя поток отработавших газов во вспомогательный канал.
7
В момент t температура ТКН остается выше пороговой температуры ТКН. Поэтому первый клапан оставляют открытым, а второй клапан - закрытым. Таким образом, отработавшие газы из первого и второго рядов цилиндров текут непосредственно в ТКН. Эксплуатацию первого и второго рядов цилиндров осуществляют в зависимости по меньшей мере от водительского запроса.
Таким образом, КНПР используют для ускорения прогрева ТКН. Цилиндры двигателя поделены на две группы и/или ряда - первый ряд и второй ряд. Второй ряд выполнен с возможностью подачи отработавших газов непосредственно в КНПР или в ТКН в зависимости от положений первого и второго клапанов. Когда температура ТКН ниже пороговой температуры ТКН, первый клапан перемещают в закрытое положение, а второй клапан - в открытое положение. Кроме того, первый ряд цилиндров эксплуатируют на бедной смеси, а второй ряд цилиндров - на богатой смеси. Смешивание отработавших газов из второго ряда цилиндров, текущих через КНПР, с отработавшими газами из первого ряда цилиндров не происходит до тех пор, пока они не достигнут входа ТКН. Технический эффект, достигаемый сохранением раздельных потоков отработавших газов, состоит в уменьшении потерь тепловой энергии через поверхности выпускной системы. По существу, окислительно-восстановительная реакция между окислителями в потоке бедных отработавших газах и восстановителями в потоке богатых отработавших газов может происходить на входе ТКН. Благодаря этому, температура ТКН растет быстрее, чем при применении только стратегий восстановительной нейтрализации выбросов холодного пуска.
В одном из вариантов осуществления способа: подают бедные отработавшие газы из первой группы цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, подают богатые отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга, и подают отработавшие газы из каталитического нейтрализатора парового риформинга в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Первый пример способа отличается тем, что каталитический нейтрализатор парового риформинга содержит Ni, импрегнированный в кордиеритовый носитель, выполненный по форме сот, причем подача богатых отработавших газов из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга включает в себя то, что отработавшие газы из второй группы цилиндров не подают через какой-либо каталитический нейтрализатор перед подачей отработавших газов из второй группы цилиндров в каталитический нейтрализатор парового риформинга, причем подача бедных отработавших газов из первой группы цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор включает в себя то, что отработавшие газы из первой группы цилиндров не подают через какой-либо каталитический нейтрализатор перед подачей отработавших газов из первой группы цилиндров в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Второй пример способа, необязательно включающий в себя первый пример, отличается тем, что первая группа цилиндров входит в состав первого ряда цилиндров, а вторая группа цилиндров входит в состав второго ряда цилиндров, при этом каждая из первой группы цилиндров и второй группы цилиндров содержит по меньшей мере один цилиндр. Третий пример способа, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, отличается тем, что первый ряд цилиндров соединен по текучей среде с первым выпускным каналом, а второй ряд цилиндров соединен по текучей среде со вторым выпускным каналом, причем объединение первого и второго выпускных каналов происходит в первом месте пересечения. Четвертый пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по третий, отличается тем, что второй выпускной канал разветвляется в месте выше по потоку от первого места пересечения, причем в месте разветвления от второго выпускного канала отходит вспомогательный канал. Пятый пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по четвертый, отличается тем, что второй выпускной канал содержит первый клапан для регулирования потока отработавших газов в первое место пересечения и второй клапан для регулирования потока отработавших газов во вспомогательный канал.
В одном из вариантов осуществления способа эксплуатации двигателя: в первом режиме открывают первый клапан и закрывают второй клапан для объединения отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров в первом месте пересечения выше по потоку от входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и во втором режиме закрывают первый клапан и открывают второй клапан для объединения отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров во втором месте пересечения у входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Первый пример способа отличается тем, что первый режим также включает в себя подачу отработавших газов из первого и второго рядов цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Второй пример способа, необязательно включающий в себя первый пример, отличается тем, что второй режим также включает в себя подачу отработавших газов из первого ряда цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор без протекания отработавших газов через какой-либо промежуточный каталитический нейтрализатор и подачу отработавших газов из второго ряда цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга без протекания отработавших газов через какой-либо промежуточный каталитический нейтрализатор. Третий пример способа, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, отличается тем, что первый ряд цилиндров соединен по текучей среде с первым выпускным каналом, причем второй ряд цилиндров соединен по текучей среде со вторым выпускным каналом, причем первый клапан регулирует поток отработавших газов из второго ряда цилиндров в первое место пересечения, причем второй клапан регулирует поток отработавших газов из второго ряда цилиндров во вспомогательный канал. Четвертый пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по третий, отличается тем, что вспомогательный канал вмещает каталитический нейтрализатор парового риформинга. Пятый пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по четвертый, отличается тем, что в первом режиме первый и второй ряды цилиндров имеют равные воздушно-топливные отношения, причем во втором режиме отработавшие газы, текущие из первого ряда цилиндров, являются бедными, а отработавшие газы, текущие из второго ряда цилиндров, являются богатыми. Пятый пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по четвертый, отличается тем, что первый режим запускают, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, при этом в основе пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора лежит температура активации трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, причем второй режим запускают, если температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Шестой пример способа, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по пятый, отличается тем, что у первого места пересечения расположена турбина.
3
Вариант осуществления системы содержит: выпускную систему, содержащую трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и каталитический нейтрализатор парового риформинга, двигатель, содержащий первую группу цилиндров и вторую группу цилиндров, первый выпускной канал, соединенный по текучей среде с первой группой цилиндров, и второй выпускной канал, соединенный по текучей среде со второй группой цилиндров, причем первый и второй выпускные каналы пересекаются выше по потоку от входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора в первом месте пересечения, вспомогательный канал, отходящий от второго выпускного канала перед первым местом пересечения относительно потока отработавших газов, причем вспомогательный канал объединяется с первым выпускным каналом у входа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, первый клапан для регулирования потока отработавших газов из второй группы цилиндров в первое место пересечения и второй клапан для регулирования потока отработавших газов из второй группы цилиндров во вспомогательный канал, контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в памяти, выполнение которых позволяет контроллеру подавать отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор в первом режиме и подавать отработавшие газы из второй группы цилиндров непосредственно в каталитический нейтрализатор парового риформинга во втором режиме. Первый пример системы отличается тем, что первый и второй клапаны выполнены с возможностью перевода в открытое положение и закрытое положение, причем открытое положение разрешает поток отработавших газов, а закрытое положение блокирует поток отработавших газов. Второй пример системы, необязательно включающий в себя первый пример, отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для перевода первого клапана в открытое положение, а второго клапана - в закрытое положение, в первом режиме, причем второй клапан блокирует поток отработавших газов из второй группы цилиндров во вспомогательный канал. Третий пример системы, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для перевода первого клапана в закрытое положение, а второго клапана - в открытое положение, во втором режиме, причем первый клапан блокирует поток отработавших газов из второй группы цилиндров в первое место пересечения. Четвертый пример системы, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по третий, дополнительно содержит форсунку восстановителя, расположенную с возможностью впрыска восстановителя во вспомогательном канале выше по потоку от каталитического нейтрализатора парового риформинга и дополнительные инструкции контроллера для впрыска восстановителя в ответ на запрос на прекращение сгорания в двигателе и прекращение вращения двигателя. Пятый пример системы, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по четвертый, отличается тем, что первая и вторая группы цилиндров содержат одинаковое число цилиндров, причем восстановитель представляет собой топливо или NH.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.