СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы снижения токсичности выбросов могут включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, чтобы принимать меры в ответ на различные компоненты отработавших газов. Таковые, например, могут включать в себя трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, накопительные каталитические нейтрализаторы NOx, розжиговые каталитические нейтрализаторы, каталитические нейтрализаторы SCR (с избирательным каталитическим восстановлением) и т.д. Каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателя могут требовать периодического восстановления для возобновления каталитической активности и уменьшения окисления каталитического нейтрализатора. Например, каталитические нейтрализаторы могут восстанавливаться посредством впрыска достаточного количества топлива для создания обогащенной среды и уменьшения количества кислорода, накопленного в каталитическом нейтрализаторе. По существу, топливо, потребленное во время восстановления каталитического нейтрализатора, может ухудшать экономию топлива двигателя. Соответственно, были разработаны различные стратегии восстановления каталитических нейтрализаторов.
Наиболее близким аналогом является решение, описанное в патенте US 6969492 (29.11.2005, Georigk at al.), озаглавленном Exhaust-gas cleaning system with nitrogen oxide reduction and with the addition of reducing agent. В нем устройство снижения токсичности выбросов включает в себя ступени каталитического нейтрализатора, сформированные по меньшей мере двумя каталитическими нейтрализаторами, скомпонованными последовательно. Более точно, каталитические ступени включают в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор последовательно с (например, выше по потоку от) каталитического нейтрализатора восстановления NOx. Разные характеристики накопления аммиака разных каталитических нейтрализаторов дают восстановлению NOx возможность улучшаться и уменьшают необходимость в восстановлении каталитического нейтрализатора. Еще один примерный подход показан Экхофом и другими в публикации WO 2009/080152 (02.07.2009), озаглавленной “Method For Treating Nox In Exhaust Gas And System Therefore”. Там система выпуска двигателя включает в себя многочисленные накопительные каталитические нейтрализаторы NOx с промежуточным каталитическим нейтрализатором SCR, и топливо-воздушное соотношение отработавших газов непрерывно изменяется между богатой и бедной фазами на основании различий между топливо-воздушным соотношением выше по потоку от первого накопительного каталитического нейтрализатора NOx и топливо-воздушным соотношением ниже по потоку от второго накопительного каталитического нейтрализатора NOx.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Однако изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у таких подходов. Например, изобретатели осознали, что управление восстановлением может ухудшаться во время операций выключения холостого хода, выполняемых во время ездового цикла транспортного средства. В частности, во время выключения холостого хода, когда двигатель выведен из работы и топливо перекрыто для глушения двигателя, двигатель, однако, поворачивается еще несколько раз. Это поворачивание прокачивает воздух через трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов, побуждая каталитический нейтрализатор становиться окисленным и ухудшая его способность раскислять NOx, когда возобновляют работу двигателя. Подобным образом, перед тем как возобновляют работу двигателя из выключения холостого хода, двигатель проворачивается несколько раз, давая еще одно стечение обстоятельств, во время которого воздух может прокачиваться через каталитический нейтрализатор отработавших газов. И несмотря на то, что обогащение может использоваться для быстрого восстановления трехкомпонентного каталитического нейтрализатора при возобновлении работы двигателя, обогащение ведет к повышенному расходу топлива. В дополнение, задержки перезапуска двигателя могут ухудшать рабочие характеристики двигателя. В одном из примеров некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично решены способом для уменьшения окисления каталитического нейтрализатора отработавших газов во время вывода из работы цилиндров, который уменьшает величину восстановления, требуемого при возобновлении работы цилиндров двигателя. Более точно, способ может включать в себя избирательный вывод из работы одного или более цилиндров двигателя с помощью выводимых из работы топливных форсунок. В таком случае во время вывода из работы цилиндров вода может впрыскиваться в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя, чтобы уменьшать окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. В одном из примеров первый каталитический нейтрализатор может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Контроллер двигателя может определять время впрыска и величину впрыска для впрыска воды во время вывода из работы цилиндра. При возобновлении работы цилиндров двигателя (например, после выключения холостого хода) впрыск воды может прекращаться, и один или более выведенных из работы цилиндров двигателя могут подвергаться возобновлению работы с топливо-воздушным соотношением сгорания, основанным на оцененном содержании аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. В одном из примеров вторым каталитическим нейтрализатором отработавших газов может быть каталитический нейтрализатор SCR. Например, топливо-воздушное соотношение сгорания может быть менее богатым, в то время как возрастает содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. Таким образом, посредством впрыска топлива и уменьшения окисления каталитического нейтрализатора во время события вывода из работы цилиндров повышенный расход топлива от обогащения во время возобновления работы цилиндров может снижаться наряду с сохранением требуемого уровня выбросов NOx.
Таким образом, в первом аспекте настоящей заявки на полезную модель обеспечена система двигателя, содержащая: двигатель, включающий в себя впускной коллектор и цилиндр двигателя, цилиндр двигателя имеет впускной канал с впускным клапаном и выводимой из работы топливной форсункой; систему впрыска воды, имеющую водяную форсунку, расположенную во впускном отверстии выше по потоку от впускного клапана, для впрыска воды на впускной клапан; устройство снижения токсичности выбросов, имеющее первый каталитический нейтрализатор отработавших газов и второй каталитический нейтрализатор отработавших газов; и контроллер со считываемыми компьютером инструкциями для избирательного вывода из работы одного или более цилиндров двигателя с помощью выводимых из работы топливных форсунок и впрыска воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя во время вывода из работы, чтобы уменьшать окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов.
В системе согласно первому аспекту контроллер дополнительно содержит инструкции для прекращения впрыска воды, возобновления работы одного или более из выведенных из работы цилиндров двигателя и настройки топливо-воздушного соотношения сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров двигателя на основании содержания аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов.
Во втором аспекте настоящей заявки обеспечен способ для двигателя, состоящий в том, что: избирательно выводят из работы один или более цилиндров двигателя с помощью выводимых из работы топливных форсунок; и во время вывода из работы цилиндров впрыскивают воду в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя, чтобы уменьшать насыщение кислородом первого каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя заключается в том, что осуществляют впрыск во впускные отверстия воды при закрытом впускном клапане одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается впускной клапан.
Впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя заключается в том, что осуществляют непосредственный впрыск воды в один или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается впускной клапан одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что впрыскивают воду в выпускном коллекторе одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается выпускной клапан одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что настраивают количество воды, впрыскиваемой во время впрыска воды, на основании одного или более из объема цилиндра двигателя, температуры двигателя, числа оборотов двигателя и давления в коллекторе.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что оценивают содержание аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, после того, как были удовлетворены условия возобновления работы цилиндров двигателя.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что прекращают впрыск топлива при возобновлении работы одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что настраивают топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров двигателя на основании содержания аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов.
Топливо-воздушное соотношение сгорания уменьшается с уменьшением содержания аммиака.
Избирательный вывод из работы одного или более цилиндров двигателя заключается в том, что выводят из работы все цилиндры двигателя в ответ на условие выключения холостого хода.
Избирательный вывод из работы одного или более цилиндров двигателя заключается в том, что выводят из работы один или более цилиндров двигателя в ответ на требование крутящего момента ниже порогового значения.
Способ согласно второму аспекту дополнительно состоит в том, что выводят из работы один или более цилиндров двигателя наряду с тем, что другие цилиндры двигателя продолжают сгорание.
В третьем аспекте настоящей заявки обеспечен способ для двигателя, состоящий в том, что: избирательно выводят из работы один или более цилиндров двигателя с помощью выводимых из работы топливных форсунок; впрыскивают воду в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя во время вывода из работы; а затем, во время первого возобновления работы цилиндров, когда содержание аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов находится ниже, чем пороговое значение, настраивают топливо-воздушное соотношение сгорания в двигателе, чтобы сделать его богаче, чем стехиометрия, с первым, более высоким смещением обогащения; и во время второго возобновления работы цилиндров, когда содержание аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов находится выше, чем пороговое значение, настраивают топливо-воздушное соотношение сгорания в двигателе, чтобы сделать его богаче, чем стехиометрия, со вторым, более низким смещением обогащения.
Во время первого возобновления работы цилиндров и второго возобновления работы цилиндров настройка топливо-воздушного соотношения сгорания в двигателе продолжается в течение длительности, основанной на содержании аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя заключается в одном из того, что впрыскивают воду на впускном канале выше по потоку от впускного клапана одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя, впрыскивают воду непосредственно в один или более выведенных из работы цилиндров двигателя, или впрыскивают воду в выпускном коллекторе одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя.
Способ согласно третьему аспекту дополнительно состоит в том, что определяют время впрыска для впрыска воды на основании положения впрыска воды.
Способ согласно третьему аспекту дополнительно состоит в том, что определяют количество воды, впрыскиваемой во время впрыска воды, на основании одного или более из объема цилиндра двигателя, температуры двигателя, числа оборотов двигателя и давления в коллекторе, и при этом впрыскиваемое количество воды возрастает с увеличением объема цилиндра и снижением температуры двигателя.
Способ согласно третьему аспекту дополнительно состоит в том, что во время избирательного вывода из работы одного или более цилиндров двигателя настраивают впрыск топлива действующих цилиндров двигателя для поддержания стехиометрического топливо-воздушного соотношения.
Способ согласно третьему аспекту дополнительно состоит в том, что прекращают впрыск воды, когда один или более выведенных из работы цилиндров подвергаются возобновлению работы.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает примерный привод на ведущие колеса транспортного средства.
Фиг. 2A-B показывает примерные варианты осуществления системы двигателя с переменным рабочим объемом.
Фиг. 3 изображает частичное изображение двигателя.
Фиг. 4 показывает примерный способ для впрыска воды и настройки восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов на основании вывода из работы цилиндров двигателя.
Фиг. 5 показывает примерный способ для настройки впрыска воды во время вывода из работы цилиндров двигателя.
Фиг. 6 показывает пример настройки впрыска воды и топливо-воздушного соотношения в ответ на избирательный вывод из работы цилиндров.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание относится к системам и способам для впрыска воды во время события вывода из работы цилиндров двигателя, с тем чтобы уменьшать потребность восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов после вывода из работы цилиндров. Событие вывода из работы цилиндра (или операция обеднения) может включать в себя операцию выключения холостого хода, к примеру, в системе двигателя по фиг. 1 и 3, или вывод из работы цилиндра в двигателе с переменным рабочим объемом, таком как система двигателя по фиг. 2A-B и 3. Кроме того еще, другие события вывода из работы цилиндров могут включать в себя операцию перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, такую как примерная процедура по фиг. 4, для впрыска воды и настройки восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов на основании вывода из работы цилиндров. Более точно, вода может впрыскиваться в одном или более выведенных из работы цилиндров во время события вывода из работы цилиндров. Способ для определения величины впрыска воды, а также время впрыска воды представлен на фиг. 5. После возобновления работы цилиндров двигателя контроллер двигателя может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров. Примерные настройки для впрыска воды и топливо-воздушного соотношения в ответ на вывод из работы цилиндров показаны на фиг. 6. Степень обогащения (например, величина смещения обогащения) топливо-воздушного соотношения сгорания может быть основана на количестве аммиака, накопленного в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, таком как каталитический нейтрализатор SCR. Таким образом, каталитический нейтрализатор отработавших газов, такой как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, может восстанавливаться наряду со снижением повышенного расхода топлива у двигателя.
Со ссылкой на фиг. 1 показан привод 100 на ведущие колеса транспортного средства. Привод на ведущие колеса включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. В изображенном примере двигатель 10 может избирательно выводиться из работы в ответ на условия выключения холостого хода, как дополнительно описано в материалах настоящей заявки со ссылкой конкретно на фиг. 3-5. Двигатель 10 показан присоединенным к преобразователю 11 момента вращения через коленчатый вал 40. Двигатель 10 может включать в себя систему 9 стартера для содействия проворачиванию коленчатого вала двигателя при запусках двигателя. Преобразователь 11 момента вращения также присоединен к трансмиссии 15 через вал 17 турбины. В одном из примеров трансмиссия 15 является трансмиссией со ступенчатым передаточным отношением. Трансмиссия 15 дополнительно может включать в себя различные зубчатые передачи и муфты трансмиссии для настройки выходного крутящего момента из трансмиссии на колеса 19. Преобразователь 11 момента вращения имеет обходную муфту (не показана), которая смыкается, размыкается или частично смыкается. Когда муфта разомкнута или размыкается, преобразователь момента вращения упоминается находящимся в разблокированном состоянии. Вал 17 турбины также известен как входной вал трансмиссии. В одном из вариантов осуществления трансмиссия 15 содержит трансмиссию с электронным управлением с множеством выбираемых дискретных передаточных отношений. Трансмиссия 15 также может содержать различные другие зубчатые передачи, например, такие как передаточное число главной передачи (не показана). В качестве альтернативы трансмиссия 15 может быть бесступенчатой трансмиссией (CVT).
Трансмиссия 15 дополнительно может быть присоединена к колесу 19 через полуось 21. Колесо 19 сопрягает транспортное средство (не показано) с дорогой 23. Отметим, что в одном из примерных вариантов осуществления эта силовая передача присоединена в пассажирском транспортном средстве, которое едет по дороге. Несмотря на то, что могут использоваться различные конфигурации транспортного средства, в одном из примеров двигатель является единственным источником движущей силы и, таким образом, транспортное средство не является транспортным средством с гибридным электрическим приводом, подключаемым к бытовой сети с гибридным приводом, и т.д. В других вариантах осуществления способ может быть заключен в транспортном средстве с гибридным приводом.
Контроллер 42 двигателя может быть выполнен с возможностью принимать входные сигналы с двигателя 10 и соответственно управлять выходным крутящим моментом двигателя и/или работой преобразователя 11 момента вращения, трансмиссии 15 и связанных муфт сцепления. В качестве одного из примеров крутящий момент на выходном валу может управляться посредством настройки комбинации установки момента зажигания, длительности импульса топлива, установки момента импульса топлива и/или заряда воздуха посредством управления открыванием дросселя и/или установкой фаз клапанного распределения, подъемом клапана и давлением наддува для двигателей с турбонагнетателем. В случае дизельного двигателя контроллер 42 также может регулировать крутящий момент на выходном валу двигателя, управляя комбинацией длительности импульса, установки момента импульса топлива и заряда воздуха. Во всех случаях управление двигателем может выполняться на основе цилиндр за цилиндром, чтобы регулировать крутящий момент на выходном валу двигателя.
Когда удовлетворены условия выключения холостого хода, контроллер 42 может избирательно выводить из работы двигатель, отключая впрыск топлива и искровое зажигание у цилиндров двигателя. В некоторых вариантах осуществления контроллер также может настраивать дроссель двигателя, чтобы приводить давление воздуха в коллекторе (MAP) к барометрическому давлению (BP) для содействия замедлению вращения двигателя наряду с зацеплением пусковой системы 9 с вращающимся двигателем, чтобы прикладывать тормозной момент и/или обеспечивать замедление вращения двигателя с уменьшенным обратным ходом двигателя. Двигатель, в таком случае, может поддерживаться на выключении холостого хода до тех пор, пока не подтверждены условия перезапуска двигателя. По существу, в то время как двигатель может замедлять вращение до состояния покоя (без топливоснабжения), воздух может прокачиваться через каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Подобным образом, во время перезапуска двигателя из выключения холостого хода, в то время как двигатель ускоряет вращение и до того как возобновлено топливоснабжение, воздух может прокачиваться через каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Этот воздух может окислять каталитические нейтрализаторы, в частности, тесно соединенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов, снижая его способность раскислять разновидности NOx и ухудшая выбросы с отработавшими газами.
Как конкретизировано на фиг. 4-6, контроллер двигателя также может быть сконфигурирован считываемыми компьютером инструкциями для впрыска воды в цилиндрах двигателя во время вывода из работы. Вода и/или водяной пар, в таком случае, может вытеснять воздух из цилиндров двигателя, тем самым уменьшая засасывание воздуха выведенных из работы цилиндров. Это может уменьшать количество воздуха, проходящего в каталитические нейтрализаторы и, таким образом, окисление каталитических нейтрализаторов. Затем, во время перезапуска двигателя из выключения холостого хода, каталитический нейтрализатор отработавших газов, такой как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, может восстанавливаться посредством настройки топливо-воздушного соотношения сгорания цилиндров. Более точно, топливо-воздушное соотношение сгорания может повышаться из условия, чтобы топливо-воздушное соотношение имело смещение обогащения. Величина смещения обогащения может быть основана на содержании аммиака, накопленного в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, таком как каталитический нейтрализатор SCR. Например, если содержание аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов является более высоким, смещение обогащения может быть более низким. Впрыск воды во время выключения холостого хода и вывода из работы цилиндров может предоставлять содержанию аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов возможность оставаться на более высоком уровне, чем если бы впрыск воды не использовался. По существу, меньшее смещение обогащения может быть необходимым во время возобновления работы цилиндра (например, перезапуска). Это может понижать повышенный расход топлива, навлекаемый при восстановлении каталитических нейтрализаторов отработавших газов, тем самым улучшая общую экономию топлива наряду с удовлетворением требований к выбросам NOx.
Фиг. 2A-B показывают примерные варианты 200 и 250 осуществления двигателя 210, в которых двигатель сконфигурирован в качестве двигателя с переменным рабочим объемом (VDE). Двигатель 210 с переменным рабочим объемом включает в себя множество камер или цилиндров 31 сгорания. Множество цилиндров 31 двигателя 210 скомпонованы в качестве групп цилиндров или отдельных рядов двигателя. В изображенном примере двигатель 210 включает в себя два ряда 14A, 14B двигателя. Таким образом, цилиндры скомпонованы в качестве первой группы цилиндров (четырех цилиндров в изображенном примере), размещенной в первом ряду 14A двигателя и второй группы цилиндров (четырех цилиндров в изображенном примере), размещенной во втором ряду 14B двигателя. Будет принято во внимание, что несмотря на то, что варианты осуществления, изображенные на фиг. 2A-B, показывают V-образный двигатель с цилиндрами, скомпонованными в разных рядах, это не подразумевается ограничивающим, и в альтернативных вариантах осуществления двигатель может быть рядным двигателем со всеми цилиндрами двигателя в общем ряду двигателя.
Двигатель 210 с переменным рабочим объемом может принимать всасываемый воздух через впускной канал 142, сообщающийся с разветвленным впускным коллектором 44A, 44B. Более точно, первый ряд 14A двигателя принимает всасываемый воздух из впускного канала 142 через первый впускной коллектор 44A наряду с тем, что второй ряд 14B двигателя принимает всасываемый воздух из впускного канала 142 через второй впускной коллектор 44B. Несмотря на то, что ряды 14A, 14B двигателя показаны с отдельными впускными коллекторами, будет принято во внимание, что в альтернативных вариантах осуществления они могут совместно использовать общий впускной коллектор или часть общего впускного коллектора. Количество воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, может регулироваться посредством настройки положения дросселя 62. Дополнительно, количество воздуха, подаваемого в каждую группу цилиндров в специфичном ряду, может настраиваться посредством изменения установки фаз распределения впускных клапанов одного или более впускных клапанов, присоединенных к цилиндрам.
Со ссылкой на фиг.2A продукты сгорания, вырабатываемые в цилиндрах первого ряда 14A двигателя, направляются в один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов в первом выпускном коллекторе 48A, где продукты сгорания очищаются перед выпусканием в атмосферу. Первое устройство 70A снижения токсичности выбросов присоединено к первому выпускному коллектору 48A. Первое устройство 70A снижения токсичности выбросов может включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, таких как тесно соединенный каталитический нейтрализатор. В одном из примеров тесно соединенный каталитический нейтрализатор в устройстве 70A снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Отработавшие газы, вырабатываемые в первом ряду 14A двигателя, очищаются в устройстве 70A снижения токсичности выбросов перед направлением в первое устройство 80A снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова. Первое устройство 80A снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова может включать в себя первый каталитический нейтрализатор 82A отработавших газов под нижней частью (днище) кузова и второй каталитический нейтрализатор 84A отработавших газов под нижней частью кузова. В частности, первый каталитический нейтрализатор 82A под нижней частью кузова и второй каталитический нейтрализатор 84A под нижней частью кузова могут быть встроены в устройство 80A снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова в стыковом распределенном контакте друг с другом. В одном из примеров первый каталитический нейтрализатор 82A отработавших газов под нижней частью кузова включает в себя каталитический нейтрализатор SCR, выполненный с возможностью каталитического раскисления, при котором разновидности NOx восстанавливаются в азот с использованием аммиака. В качестве еще одного примера, второй каталитический нейтрализатор 84A отработавших газов под нижней частью кузова включает в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Первый каталитический нейтрализатор 82A отработавших газов под нижней частью кузова расположен выше по потоку от второго каталитического нейтрализатора 84A отработавших газов под нижней частью кузова (в направлении потока отработавших газов) в устройстве 80A снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова, но ниже по потоку от третьего тесно присоединенного каталитического нейтрализатора отработавших газов (включенного в устройство 70A снижения токсичности выбросов).
Отработавшие газы, которые очищаются при прохождении сквозь первое устройство 70A снижения токсичности выбросов и первое устройство 80A снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова, затем направляются в направлении места 55 соединения выпусков вдоль первого выпускного коллектора 48A. Оттуда отработавшие газы могут направляться в атмосферу через общий выпускной канал 50.
Продукты сгорания, вырабатываемые в цилиндрах второго ряда 14B двигателя, выпускаются в атмосферу через второй выпускной коллектор 48B. Второе устройство 70B снижения токсичности выбросов присоединено ко второму выпускному коллектору 48B. Второе устройство 70B снижения токсичности выбросов может включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, таких как тесно соединенный каталитический нейтрализатор. В одном из примеров тесно соединенный каталитический нейтрализатор в устройстве 70A снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Отработавшие газы, вырабатываемые во втором ряду 14B двигателя, очищаются в устройстве 70B снижения токсичности выбросов перед направлением во второе устройство 80B снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова. Второе устройство 80B снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова также может включать в себя первый каталитический нейтрализатор 82B отработавших газов под нижней частью кузова и второй каталитический нейтрализатор 84B отработавших газов под нижней частью кузова. В частности, первый каталитический нейтрализатор 82B под нижней частью кузова и второй каталитический нейтрализатор 84B под нижней частью кузова могут быть встроены в устройство 80B снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова в стыковом распределенном контакте друг с другом. В одном из примеров первый каталитический нейтрализатор 82B отработавших газов под нижней частью кузова включает в себя каталитический нейтрализатор SCR наряду с тем, что второй каталитический нейтрализатор 84B отработавших газов под нижней частью кузова включает в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Второй каталитический нейтрализатор 82B отработавших газов под нижней частью кузова расположен выше по потоку от второго каталитического нейтрализатора 84B отработавших газов под нижней частью кузова (в направлении потока отработавших газов) в устройстве 80B снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова, но ниже по потоку от третьего тесно присоединенного каталитического нейтрализатора отработавших газов (включенного в устройство 70B снижения токсичности выбросов).
Несмотря на то, что вариант осуществления по фиг. 2A показывает каждый ряд двигателя присоединенным к соответственным устройствам снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова, в альтернативных вариантах осуществления таких, как показанный на фиг. 2B, каждый ряд двигателя присоединен к соответственным устройствам 70A, 70B снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова, но общему устройству 80 снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова. В варианте 250 осуществления, изображенном на фиг. 2B, общее устройство 80 снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова расположено ниже по потоку от места 55 соединения выпусков и общего выпускного канала 50. Общее устройство 80 снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова показано с первым каталитическим нейтрализатором 82 отработавших газов под нижней частью кузова, расположенным выше по потоку от и объединяемым образом присоединенным ко второму каталитическому нейтрализатору 84 отработавших газов под нижней частью кузова (в направлении потока отработавших газов) в устройстве 80 снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова.
Различные датчики топливо-воздушного соотношения могут быть присоединены к двигателю 210. Например, первый датчик 72 топливо-воздушного соотношения может быть присоединен к первому выпускному коллектору 48A первого ряда 14A двигателя ниже по потоку от первого устройства 70A снижения токсичности выбросов, наряду с тем, что второй датчик 74 топливо-воздушного соотношения присоединен ко второму выпускному коллектору 48B второго ряда 14B двигателя ниже по потоку от второго устройства 70B снижения токсичности выбросов. В дополнительных вариантах осуществления дополнительные датчики топливо-воздушного соотношения могут быть присоединены выше по потоку от устройств снижения токсичности выбросов, например, первый, расположенный выше по потоку датчик 71A топливо-воздушного соотношения, присоединенный выше по потоку от первого устройства 70A снижения токсичности выбросов, и второй, расположенный выше по потоку датчик 71B топливо-воздушного соотношения, присоединенный выше по потоку от второго устройства 70B снижения токсичности выбросов. Кроме того, другие датчики топливо-воздушного соотношения могут быть включены в состав, например, присоединенные к устройству(ам) снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова. Как конкретизировано на фиг. 3, датчики топливо-воздушного соотношения могут включать в себя датчики кислорода, такие как датчики EGO, HEGO или UEGO. В одном из примеров расположенные ниже по потоку датчики 72, 74 топливо-воздушного соотношения, присоединенные ниже по потоку от устройств 70A, 70B снижения токсичности выбросов, могут быть датчиками HEGO, используемыми для контроля каталитического нейтрализатора, наряду с тем, что расположенные выше по потоку датчики 71A, 71B топливо-воздушного соотношения, присоединенные выше по потоку от устройств 70A, 70B снижения токсичности выбросов, являются датчиками UEGO, используемыми для управления двигателем.
Несмотря на то, что фиг. 2A-2B показывают устройство снижения токсичности выбросов и устройство снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова с многочисленными каталитическими нейтрализаторами отработавших газов, в альтернативных вариантах осуществления устройство или устройства снижения токсичности выбросов могут включать в себя разные компоновки каталитического нейтрализатора отработавших газов. Например, система снижения токсичности выбросов транспортного средства может включать в себя одно или более устройств снижения токсичности выбросов с по меньшей мере одним каталитическим нейтрализатором SCR и с по меньшей мере одним трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Эти каталитические нейтрализаторы могут быть скомпонованы в разные конфигурации в пределах системы снижения токсичности выбросов. По существу, способы, дополнительно описанные ниже, могут быть реализованы в многообразии двигателей с разными конфигурациями системы снижения токсичности выбросов.
Один или более цилиндров двигателя могут избирательно выводиться из работы во время выбранных условий эксплуатации двигателя. Например, во время низких нагрузок двигателя, когда полная несущая способность по крутящему моменту двигателя не нужна, один или более цилиндров выбранного ряда двигателя могут избирательно выводиться из работы (в материалах настоящей заявки также указывается ссылкой как режим работы с VDE). Это может включать в себя вывод из работы топливоснабжения и искрового зажигания в выбранном ряду цилиндров двигателя. Более точно, один или более цилиндров из выбранной группы цилиндров могут выводиться из работы посредством перекрытия соответственных топливных форсунок наряду с поддержанием работы впускного и выпускного клапанов, из условия, чтобы воздух мог продолжать прокачиваться через цилиндры. Несмотря на то, что топливные форсунки неработающих цилиндров выключены, оставшиеся работающие цилиндры продолжают выполнять сгорание с действующими и работающими топливными форсунками. Для удовлетворения требований крутящего момента двигатель вырабатывает ту же самую величину крутящего момента на тех цилиндрах, для которых форсунки остаются работающими. Это требует более высоких давлений в коллекторе, давая в результате пониженные насосные потери и повышенный коэффициент полезного действия двигателя. К тому же более низкая эффективная площадь поверхности (только у работающих цилиндров), подвергаемая воздействию сгорания, уменьшает тепловые потери двигателя, улучшая тепловую эффективность двигателя. В одном из примеров контроллер двигателя может избирательно выводить из работы все цилиндры данного ряда двигателя (любого из 14A или 14B) во время переключения в режим с VDE, а затем возобновлять работу цилиндров во время переключения обратно в режим без VDE.
В альтернативных примерах система двигателя может иметь цилиндры с избирательно отключаемыми впускными и/или выпускными клапанами. Более точно, установка фаз распределения впускных и/или выпускных клапанов может настраиваться так, чтобы по существу нисколько воздуха не прокачивалось через бездействующий ряд двигателя наряду с тем, что воздух продолжает течь через действующий ряд двигателя. В некоторых вариантах осуществления выведенные из работы цилиндры могут иметь клапаны цилиндра, удерживаемые закрытыми во время одного или более циклов двигателя, при этом клапаны цилиндра выводятся из работы с помощью толкателей с гидравлическим приводом или с помощью механизма переключения профиля кулачка (CPS), в котором рабочий выступ кулачка без подъема используется для выведенных из работы клапанов.
2
2
Посредством избирательного вывода из работы цилиндров двигателя во время условий низкой нагрузки двигателя насосные потери и потери на трение двигателя понижаются, а экономия топлива улучшается. Однако представлены уникальные проблемы с выбросами. Например, во время работы двигателя без VDE или на стехиометрии аммиак вырабатывается тесно соединенным трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором в условиях легкого обогащения, типично используемого для управления с обратной связью. В этом отношении впрыск топлива и восстановителя выше по потоку от тесно соединенного каталитического нейтрализатора настраивается на основании топливо-воздушного соотношения отработавших газов, оцененного ниже по потоку от тесно соединенного каталитического нейтрализатора, с тем чтобы поддерживать топливо-воздушное соотношение на или около стехиометрии (например, слегка богаче стехиометрии) наряду с выработкой аммиака для раскисления разновидностей NOx отработавших газов. В отсутствие каталитического нейтрализатора SCR под нижней частью кузова этот аммиак может накапливаться в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе под нижней частью кузова вследствие более холодных температур отработавших газов в таком местоположении. Во время наступления режима с VDE чистый воздух проходит через один ряд двигателя, и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор под нижней частью кузова может окислять накопленный аммиак в разновидности NOx и NO с использованием кислорода в свежем воздухе. В дополнение, во время обедненной работы (то есть режиме работы с VDE), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор становится окисленным, что ухудшает его способность раскислять разновидности NOx после возвращения к работе двигателя без VDE/на стехиометрии. В частности, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор является неспособным раскислять разновидности NOx до тех пор, пока трехкомпонентный каталитический нейтрализатор не был в достаточной мере раскислен или восстановлен. Для минимизации длительности этого потерянного функционирования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора значительное обогащение может использоваться после выхода из режима с VDE, чтобы быстро раскислять трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Это обогащение не только усиливает повышенный расход топлива, но также вырабатывает дополнительный аммиак. Добавочный аммиак требует, чтобы повторный вход в режим с VDE задерживался, чтобы предоставлять аммиаку возможность растрачиваться, иначе, остаточный аммиак окислялся бы в NOx и NO.
В материалах настоящей заявки впрыск воды в выведенные из работы цилиндры двигателя принимает меры в ответ на некоторые из этих проблем. В частности, вода или текучая среда для стеклоочистителя может впрыскиваться с помощью непосредственного впрыска или впрыска во впускные отверстия в цилиндрах двигателя. В одном из примеров двигатель 210 может иметь систему впрыска воды, предназначенную, главным образом, для борьбы с детонацией при высоких нагрузках двигателя. Эта система затем также может использоваться для впрыска воды и восстановления каталитического нейтрализатора системы доочистки во время отключения форсунки при VDE (например, во время режима работы с VDE). Эта система может быть системой непосредственного впрыска (DI) или системой впрыска во впускные отверстия (PI). В одном из примеров, как показано на фиг. 2A-B, двигатель 210 может иметь систему непосредственного впрыска воды. Система непосредственного впрыска воды может включать в себя первый набор водяных форсунок 96A непосредственного впрыска для первого ряда 14A двигателя и второй набор водяных форсунок 96B непосредственного впрыска для второго ряда 14B двигателя. По существу, каждый цилиндр 31 двигателя 210 может иметь водяную форсунку непосредственного впрыска. В еще одном примере, как показано на фиг. 2A-B, двигатель 210 может включать в себя систему впрыска во впускные отверстия воды. Система впрыска во впускные отверстия воды может включать в себя первый набор водяных форсунок 94A впрыска во впускные отверстия для первого ряда 14A двигателя и второй набор водяных форсунок 94B впрыска во впускные отверстия для второго ряда 14B двигателя. Водяные форсунки впрыска во впускные отверстия могут быть расположены в пределах впускного отверстия 99, которое включает в себя впускной клапан, что касается каждого цилиндра 31. По существу, каждое впускное отверстие 99 каждого цилиндра 31 двигателя 210 может иметь водяную форсунку впрыска во впускное отверстие. В еще одном другом примере двигатель 210 может включать в себя первую выпускную водяную форсунку 98A впрыска во впускное отверстие, расположенную в первом выпускном коллекторе 48A, и вторую выпускную водяную форсунку 98B впрыска во впускное отверстие, расположенную во втором выпускном коллекторе 48B. Если выведенные из работы цилиндры находятся только в первом ряду двигателя, только первая водяная форсунка 98A впрыска во впускное отверстие может впрыскивать воду. Если выведенные из работы цилиндры находятся только во втором ряду двигателя, только вторая форсунка 98B впрыска во впускное отверстие может впрыскивать воду. В качестве альтернативы, если все цилиндры двигателя (например, в обоих рядах) выведены из работы, обе - первая форсунка 98A впрыска во впускное отверстие и вторая форсунка 98B впрыска во впускное отверстие, могут впрыскивать воду.
Впрыск воды в выведенных из работы цилиндрах может уменьшать количество воздуха, проходящего через цилиндры 31, в выпускной коллектор и в каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Например, если система впрыска воды, используемая в двигателе 210, является системой 94 впрыска во впускные отверстия воды, водяная форсунка впрыска во впускное отверстие может впрыскивать воду во впускном отверстии на впускном клапане выведенного из работы цилиндра. В одном из примеров впрыск воды посредством впрыска во впускное отверстие воды может происходить во время вывода из работы цилиндра до того, как открывается впускной клапан (например, в то время как впускной клапан закрыт). Впрыснутая вода может испаряться на и/или поблизости от впускного клапана. Впрыснутая вода и/или водяной пар, в таком случае, могут вытеснять всасываемый воздух, окружающий впускное отверстие. Таким образом, когда впускной клапан открывается, вода и/или водяной пар могут вытеснять всасываемый воздух, тем самым уменьшая количество всасываемого воздуха, поступающего в цилиндр. По существу, когда выпускной клапан неработающего (например, выведенного из работы) цилиндра открывается, водяной пар может распространяться через систему выпуска и в каталитический нейтрализатор отработавших газов. Всякий воздух, который проходит через систему выпуска, может быть разбавлен водой. Кроме того, кислород, проходящий через систему выпуска, может уменьшаться, вытеснившись водяным паром, тем самым уменьшая окисление каталитических нейтрализаторов отработавших газов.
Контроллер двигателя может приводить в действие водяные форсунки соответствующих выведенных из работы цилиндров, чтобы впрыскивать воду во время вывода из работы цилиндров. Контроллер может регулировать установку момента, длительность и количество впрыска воды. В ответ на вывод из работы одного или более цилиндров двигателя контроллер может приводить в действие водяные форсунки, чтобы впрыскивать некоторое количество воды в одно из впускного отверстия, цилиндра двигателя или выпускного коллектора. В предпочтительном варианте осуществления контроллер может приводить в действие водяные форсунки впрыска во впускные отверстия, чтобы впрыскивать воду до того, как открывается впускной клапан. В еще одном варианте осуществления контроллер может приводить в действие водяные форсунки непосредственного впрыска, чтобы впрыскивать воду непосредственно перед тем, как открывается впускной клапан, около верхней мертвой точки в такте сгорания. Однако в этом варианте осуществления вода может не иметь достаточно времени для расширения и вытеснения воздуха. Таким образом, посредством впрыска воды около верхней мертвой точки в такте сгорания тепло в камере сгорания может лучше испарять впрыснутую воду. В еще одном другом варианте осуществления контроллер может приводить в действие водяные форсунки впрыска во впускные отверстия в выпускных коллекторах, чтобы впрыскивать воду в выпускной коллектор, соответствующий выведенному из работы ряду цилиндров до того, как открывается выпускной клапан. Контроллер затем может прекращать впрыск воды, когда удовлетворены условия возобновления работы цилиндров.
Контроллер, кроме того, может регулировать количество воды, впрыскиваемой за один раз в выведенные из работы цилиндры. Как дополнительно обсуждено ниже на фиг. 5, количество впрыскиваемой воды может быть основано на объеме цилиндра двигателя. Более точно, количество воды, впрыскиваемой во впускном отверстии или непосредственно в цилиндр двигателя, может соответствовать количеству воды, которая может по существу заполнять цилиндр водяным паром. По существу, водяной пар в этом количестве может сокращать имеющееся в распоряжении пространство, чтобы воздух поступал в цилиндры и достигал системы выпуска и каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Объем водяного пара, образованного количеством впрыснутой воды, может возрастать с повышением температуры. Таким образом, количество воды, впрыскиваемой в выведенные из работы цилиндры, может быть основано на объеме цилиндра двигателя и температуре впускного отверстия и/или коллектора. Впрыскиваемое количество воды дополнительно может быть основано на дополнительных условиях эксплуатации двигателя, таких как давление в коллекторе, MAP, оцененные температуры поршня, клапанов и головки блока цилиндров, и/или число оборотов двигателя.
2
2
3
Таким образом, впрыск воды в выведенные из работы цилиндры может уменьшать воздух, поступающий в камеру сгорания, а впоследствии выпускную трубу, что будет понижать концентрацию кислорода, достигающего каталитического нейтрализатора отработавших газов, тем самым уменьшая величину восстановления каталитического нейтрализатора и величину обновления каталитического нейтрализатора, требуемые после возобновления работы цилиндров. Впрыснутая вода может действовать, чтобы вытеснять всасываемый воздух и уменьшать количество кислорода, текущего через выведенные из работы цилиндры и в выпускной коллектор. Кроме того, вода и/или водяной пар, проходящие через систему выпуска, могут реагировать с углеводородами по всему первому каталитическому нейтрализатору отработавших газов, чтобы формировать CO и H в реакции формирования пара. H затем может раскислять NO по всему каталитическому нейтрализатору, чтобы формировать аммиак, NH.
После того, как цилиндры двигателя подвергнуты возобновлению работы, контроллер двигателя затем могут настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания во время возобновления работы цилиндра на основании количества аммиака, накопленного в каталитическом нейтрализаторе SCR, во время возобновления работы. В одном из примеров цилиндры могут подвергаться возобновлению работы на топливо-воздушном соотношении сгорания, которое богаче, чем стехиометрия. Если количество аммиака в каталитическом нейтрализаторе SCR находится ниже порогового уровня при возобновлении работы цилиндра, более богатое топливо-воздушное соотношение сгорания может иметь более высокое смещение обогащения. Однако, если количество аммиака в каталитическом нейтрализаторе SCR является большим, чем пороговый уровень при возобновлении работы цилиндра, более богатое топливо-воздушное соотношение сгорания может иметь более низкое смещение обогащения. Богатое топливо-воздушное соотношение может подвергаться сгоранию в течение некоторой длительности, для того, чтобы восстанавливать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (например, тесно соединенный каталитический нейтрализатор). Таким образом, потребность восстановления для тесно соединенного каталитического нейтрализатора может уменьшаться в зависимости от того, сколько аммиака накоплено в каталитическом нейтрализаторе SCR.
Посредством впрыска воды в выведенные из работы цилиндры двигателя во время вывода из работы цилиндров меньшее количество кислорода может поступать в систему выпуска, тем самым уменьшая окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов (например, трехкомпонентного каталитического нейтрализатора). Дополнительно, вода может усиливать образование аммиака во втором каталитическом нейтрализаторе (например, каталитическом нейтрализаторе SCR), тем самым увеличивая количество аммиака, имеющегося в распоряжении во время возобновления работы цилиндра. По существу, впрыск воды может уменьшать величину смещения обогащения, требуемого после возобновления работы цилиндров двигателя, тем самым уменьшая повышенный расход топлива, навлекаемый во время восстановления первого каталитического нейтрализатора.
Фиг. 3 - принципиальная схема 300, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 310, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 310 может быть двигателем с переменным рабочим объемом, таким как двигатель 210 по фиг. 2A-B, и/или может быть выполнен с возможностью избирательно выводиться из работы в ответ на условия выключения холостого хода, таким как двигатель 10 по фиг. 1. Двигатель 310 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство ввода. В одном из примеров устройство ввода включает в себя педаль 130 акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Камера 30 сгорания двигателя 310 может включать в себя стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 310.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 144 через впускной канал 142 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 148. Впускной коллектор 144 и выпускной канал 148 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. Распределительный вал 53 для выпускных клапанов приводит в действие выпускной клапан 54 в соответствии с профилем кулачка, расположенного по длине распределительного вала для выпускных клапанов. Распределительный вал 51 для впускных клапанов приводит в действие впускной клапан 52 в соответствии с профилем кулачка, расположенного по длине распределительного вала. Датчик 57 положения выпускного кулачка и датчик 155 положения впускного кулачка транслируют положения соответственных распределительных валов в контроллер 12.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном коллекторе 144, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как впрыск во впускное отверстие топлива во впускное отверстие выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Впускной канал 142 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 62, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 142 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия с или без свечи зажигания.
Двигатель 310 может включать в себя систему впрыска воды, такую как система впрыска воды, описанная на фиг. 2A-B, приведенных выше. Система впрыска воды может включать в себя водяную форсунку для каждого цилиндра для впрыска воды или текучей среды для стеклоочистителя. Система впрыска воды и водяные форсунки в двигателе 310 могут быть подобными водяным форсункам и системам, обсужденным выше для двигателя 210. В одном из примеров водяная форсунка 94 оконного впрыска может быть расположена внутри впускного коллектора 144 во впускном отверстии и/или возле впускного клапана 52. В еще одном примере водяная форсунка 96 непосредственного впрыска может быть расположена в пределах камеры 30 сгорания (например, цилиндра). В этом примере водяная форсунка 96 непосредственного впрыска может впрыскивать воду непосредственно в цилиндр двигателя. В еще одном другом примере вторая водяная форсунка 98 оконного впрыска может быть расположена внутри выпускного канала 148 ниже по потоку от выпускного клапана 54. Контроллер 12 может приводить в действие одну или более из водяных форсунок для впрыска воды. Кроме того, контроллер может настраивать временные характеристики и количество воды, впрыскиваемой водяными форсунками.
Например, во время состояния выключения холостого хода контроллер может выводить из работы один или более цилиндров двигателя. В одном из примеров все цилиндры двигателя могут выводиться из работы во время условий выключения холостого хода. Во время вывода из работы контроллер может приводить в действие водяные форсунки в выведенных из работы цилиндрах для впрыска воды. Как обсуждено выше, впрыск воды может уменьшать количество воздуха и кислорода, проходящего через каталитические нейтрализаторы отработавших газов, тем самым уменьшая окисление каталитических нейтрализаторов, а, следовательно, величину требуемого восстановления каталитического нейтрализатора по возобновлению работы цилиндра (например, в условиях перезапуска после выключения холостого хода).
Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC или CO. Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 148 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, каталитическим нейтрализатором SCR, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 310 устройство 70 снижения токсичности выбросов может периодически восстанавливаться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.
Контроллер 12 показан на фиг. 3 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 106 в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 310, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; тормоз транспортного средства; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122 давления в коллекторе. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В одном из примеров датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано считываемыми компьютером данными, представляющими инструкции, исполняемые микропроцессорным блоком 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Контроллер 12 также принимает сигналы из и выдает сигналы управления в трансмиссию (не показана). Сигналы трансмиссии могут включать в себя, но не в качестве ограничения, частоты вращения ведущего и ведомого валов трансмиссии, сигналы для регулирования давления в магистрали трансмиссии (например, давления текучей среды, подаваемой на муфты трансмиссии) и сигналы для регулирования давления, подаваемого на муфты для приведения в действие передач трансмиссии.
Как описано выше, фиг. 3 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
Системы по фиг. 1-3 предусматривают систему двигателя, включающую в себя двигатель, который включает в себя впускной коллектор и цилиндр двигателя. Цилиндр двигателя имеет впускное отверстие с впускным клапаном и выводимой из работы топливной форсункой. Система двигателя дополнительно включает в себя систему впрыска воды, имеющую водяную форсунку, расположенную во впускном отверстии выше по потоку от впускного клапана, для впрыска воды на впускной клапан, и устройство снижения токсичности выбросов, имеющее первый каталитический нейтрализатор отработавших газов и второй каталитический нейтрализатор отработавших газов. Система двигателя также включает в себя контроллер со считываемыми компьютером инструкциями для избирательного вывода из работы одного или более цилиндров двигателя с помощью выводимых из работы топливных форсунок и впрыска воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя во время вывода из работы, чтобы уменьшать окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. После вывода из работы контроллер может прекращать впрыск воды, возобновлять работу одного или более из выведенных из работы цилиндров двигателя и настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров двигателя на основании содержания аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов.
Таким образом, один или более цилиндров двигателей могут избирательно выводиться из работы посредством выводимых из работы топливных форсунок. В таком случае во время вывода из работы цилиндров вода может впрыскиваться в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя, чтобы уменьшать окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. В одном из примеров впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров может включать в себя впрыск во впускные отверстия воды при закрытом впускном клапане одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается впускной клапан. В еще одном примере впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя может включать в себя непосредственный впрыск воды в один или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается впускной клапан одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя. В еще одном другом примере вода может впрыскиваться в выпускном коллекторе одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя до того, как открывается выпускной клапан одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя.
Контроллер двигателя может настраивать количество воды, впрыскиваемой во время впрыска воды, на основании одного или более из объема цилиндра двигателя, температуры двигателя, числа оборотов двигателя и давления в коллекторе. Кроме того, контроллер двигателя может оценивать содержание аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, после того, как были удовлетворены условия возобновления работы цилиндров двигателя. Затем, в ответ на удовлетворение условий вывода из работы цилиндров двигателя, впрыск воды может прекращаться, и один или более выведенных из работы цилиндров двигателя могут подвергаться возобновлению работы. Способ дополнительно может включать в себя настройку топливо-воздушного соотношения сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров двигателя на основании содержания аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе отработавших газов. Топливо-воздушное соотношение сгорания может возрастать с понижением содержания аммиака.
В одном из примеров избирательный вывод из работы одного или более цилиндров двигателя может включать в себя вывод из работы всех цилиндров двигателя в ответ на условие выключения холостого хода. В еще одном примере избирательный вывод из работы одного или более цилиндров двигателя может включать в себя вывод из работы одного или более цилиндров двигателя в ответ на требование крутящего момента ниже порогового значения. В качестве одного из примеров один или более цилиндров двигателя могут выводиться из работы, в то время как другие цилиндры двигателя продолжают сгорание. Например, способ для избирательного вывода из работы цилиндров двигателя может включать в себя вывод из работы только некоторых из цилиндров двигателя наряду с тем, что оставшиеся цилиндры двигателя продолжают работу посредством продолжения впрыска и сгорания топлива оставшихся действующих цилиндров.
Далее, с обращением к фиг. 4, способ 400 показывает примерную процедуру для впрыска воды и настройки восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов на основании вывода из работы цилиндров двигателя. В частности, способ включает в себя впрыск воды в выведенные из работы цилиндры двигателя для уменьшения окисления каталитического нейтрализатора отработавших газов. В качестве одного из примеров вывод из работы цилиндров двигателя может быть результатом операции выключения холостого хода в двигателе с VDE или без VDE. В еще одном примере вывод из работы цилиндров двигателя может включать в себя операции вывода из работы цилиндров в двигателе с VDE. Затем, во время последующего возобновления работы цилиндров, может требоваться меньшее восстановление каталитического нейтрализатора. В одном из примеров каталитический нейтрализатор отработавших газов может быть первым каталитическим нейтрализатором отработавших газов, таким как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Контроллер двигателя, такой как контроллер 42 двигателя и контроллер 12, обсужденные на фиг. 1-3, может включать в себя инструкции, хранимые в нем, для выполнения способа 400.
На 402, способ включает в себя оценку и/или измерение условий эксплуатации двигателя и транспортного средства. Таковые, например, могут включать в себя MAP, топливо-воздушное соотношение (AFR), расход отработавших газов, температуру отработавших газов, скорость транспортного средства, число оборотов двигателя, состояние заряда системной аккумуляторной батареи, температуру и давление окружающей среды, температуру двигателя или выпускного коллектора, частоту вращения коленчатого вала, частоту вращения трансмиссии, имеющиеся в распоряжении виды топлива, содержание спиртов в топливе и т.д. На 404, контроллер может определять, были ли удовлетворены условия вывода из работы цилиндров. В одном из примеров это может включать в себя определение, были ли удовлетворены условия выключения холостого хода. Условия выключения холостого хода, например, могут включать в себя работу двигателя (например, выполнение сгорания), состояние заряда аккумуляторной батареи, находящееся выше порогового значения (например, большее, чем 30%), скорость транспортного средства, находящуюся ниже порогового значения (например, не большую, чем 30 миль в час), отсутствие выполнения запроса на кондиционирование воздуха, температуру двигателя (например, в качестве логически выведенной по температуре охлаждающей жидкости двигателя), находящуюся выше порогового значения, отсутствие запроса запуска от водителя транспортного средства, запрашиваемый водителем крутящий момент, находящийся ниже порогового значения, нажатие тормозных педалей и т.д. В альтернативном варианте осуществления может определяться, был ли принят запрос глушения двигателя от водителя транспортного средства. В одном из примеров запрос глушения двигателя от водителя транспортного средства может подтверждаться в ответ на перемещение зажигания транспортного средства в положение выключения зажигания. Если принято запрошенное водителем глушение двигателя, двигатель может подобным образом выводиться из работы перекрыванием топлива и/или выключением искрового зажигания у цилиндров двигателя, и двигатель может медленно замедлять вращение до состояния покоя.
В еще одном примере условия вывода из работы цилиндров могут включать в себя определение, является ли требование крутящего момента меньшим, чем пороговое значение. Например, на основании оцененных условий эксплуатации процедура может определять режим работы двигателя (например, VDE или без VDE). В качестве еще одного примера, условия вывода из работы цилиндров могут подтверждаться, когда требование крутящего момента является меньшим, чем пороговое значение. Если условия вывода из работы цилиндров или любое из условий выключения холостого хода не удовлетворены на 404, процедура может заканчиваться с двигателем, работающим со всеми цилиндрами двигателя, введенными в действие и работающими.
Однако, если удовлетворено любое или все из условий выключения холостого хода, или удовлетворены условия режима с VDE, то на 408 контроллер может выводить из работы запрошенные цилиндры. Например, если удовлетворены условия выключения холостого хода, контроллер может выполнять автоматическую операцию включения холостого хода двигателя и избирательно выводить из работы двигатель в ответ на выключение холостого хода. Это может включать в себя перекрытие впрыска топлива и/или искрового зажигания в двигатель. Например, избирательно отключаемые топливные форсунки выбранных цилиндров могут выводиться из работы, и может прекращаться искровое зажигание у выбранных цилиндров. По выводу из работы, двигатель может начинать замедление вращения до состояния покоя. В еще одном примере, если удовлетворены условия режима с VDE, процедура может избирательно выводить из работы один или более выбранных цилиндров двигателя на 408. Это может включать в себя избирательный вывод из работы топливоснабжения в один или более выбранных цилиндров двигателя так, чтобы топливо не подвергалось сгоранию в цилиндрах. Однако воздух может продолжать течь через выведенные из работы цилиндры.
На 410, способ включает в себя впрыск воды через водяные форсунки в выведенных из работы цилиндрах во время вывода из работы цилиндров. Это может включать в себя впрыск воды в выведенные из работы цилиндры с непосредственным впрыском воды или впрыском во впускные отверстия воды на впускном отверстии и клапане или в выпускном коллекторе с впрыском во впускные отверстия воды. Подробности об определении количества впрыскиваемой воды и настройке впрыска воды во время вывода из работы цилиндров представлены на фиг. 5.
На 412, способ включает в себя определение, были ли удовлетворены условия вывода из работы цилиндров. В одном из примеров это включает в себя определение, может/должен ли двигатель переключаться обратно в режим работы без VDE. В этом примере условия возобновления работы цилиндров могут подтверждаться, например, в ответ на требование крутящего момента водителя, являющееся более высоким, чем пороговый уровень (например, во время резкого нажатия педали акселератора). В качестве еще одного примера, условия возобновления работы цилиндров могут подтверждаться после того, как двигатель эксплуатировался с выводом из работы цилиндров (то есть в режиме VDE) в течение определенной длительности.
В еще одном примере условия вывода из работы цилиндров могут включать в себя условия перезапуска двигателя. Условия перезапуска двигателя, например, могут включать в себя двигатель, находящийся в выключении холостого хода (например, не выполняющий сгорание), состояние заряда аккумуляторной батареи, находящееся ниже порогового значения (например, меньшее, чем 30%), скорость транспортного средства, находящуюся выше порогового значения, выполнение запроса на кондиционирование воздуха, температуру двигателя, находящуюся ниже порогового значения, температуру устройства снижения токсичности выбросов, находящуюся ниже порогового значения (например, ниже температуры розжига), запрошенный водителем крутящий момент, находящийся выше порогового значения, электрическую нагрузку транспортного средства, находящуюся выше порогового значения, отпускание тормозных педалей, нажатие педали акселератора и т.д. Если условия возобновления работы цилиндров не удовлетворены на 414, двигатель может поддерживаться в режиме работы остановки холостого хода или с VDE с одним или более цилиндрами двигателя, избирательно выведенными из работы.
В сравнении, если условия возобновления работы цилиндров удовлетворены на 412, способ продолжается на 416, чтобы оценивать содержание накопленного аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. В одном из примеров вторым каталитическим нейтрализатором отработавших газов может быть каталитический нейтрализатор SCR. Количество аммиака, накопленного во втором каталитическом нейтрализаторе, может зависеть от различных факторов, которые вносят вклад в выработку и накопление аммиака в каталитическом нейтрализаторе, а также различные факторы, которые вносят вклад в удаление (например, потребление или растрачивание) аммиака из второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. Таковые, например, включают в себя температуру, расход и топливо-воздушное соотношение отработавших газов, текущих через второй каталитический нейтрализатор. Содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора, кроме того, может быть основано на типе события обеднения (например, режиме с VDE в противоположность операции выключения холостого хода), длительности события обеднения, продолжительности после последнего события обеднения, массы NOx питающих газов (FG) и условий эксплуатации двигателя, таких как топливо-воздушное соотношение, во время событий без обеднения.
На 418, контроллер может определять, является ли определенное содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора большим, чем пороговый уровень. Пороговый уровень может указывать, насколько требуется восстановление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. Например, по мере того, как содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора возрастает, может требоваться меньшее восстановление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. Возобновление работы цилиндров двигателя может включать в себя возобновление искрового зажигания и возобновление работы топливных форсунок цилиндра. Дополнительно, топливоснабжение у цилиндров может настраиваться так, чтобы топливо-воздушное соотношение отработавших газов имело более высокое или более низкое смещение обогащения, более высокое или более низкое смещение обогащения основано на содержании аммиака второго каталитического нейтрализатора по сравнению с пороговым уровнем.
По существу, если содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов является большим, чем пороговый уровень, на 418, контроллер может возобновлять работу цилиндров на 420 с топливо-воздушным соотношением (AFR) сгорания, имеющим более низкое смещение обогащения. В некоторых примерах это может включать в себя топливо-воздушное соотношение, слегка большее, чем стехиометрическое отношение. В других примерах это может включать в себя топливо-воздушное соотношение на стехиометрии. Например, если восстановление первого каталитического нейтрализатора не нужно, цилиндр может подвергаться возобновлению работы и эксплуатироваться на стехиометрии. По существу, величина более низкого смещения обогащения может уменьшаться с повышением содержания аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов и с уменьшением требуемого восстановления первого каталитического нейтрализатора отработавших газов. Способ на 420 дополнительно включает в себя прекращение впрыска воды в цилиндрах при возобновлении работы одного или более выведенных из работы цилиндров.
В качестве альтернативы, если содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов не является большим, чем (или меньшим, чем) пороговый уровень, способ продолжается на 422. На 422, контроллер может прекращать впрыск воды и возобновлять работу цилиндров двигателя с топливо-воздушным соотношением сгорания (AFR), имеющим более высокое смещение обогащения. По существу, топливо-воздушное соотношение сгорания, используемое на 422, является более богатым, чем топливо-воздушное соотношение сгорания, используемое на 420. Таким образом, топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может быть более богатым, когда содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов является более низким.
В одном из примеров настройка топливо-воздушного соотношения сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров на 420 и 422 может выполняться в течение длительности, основанной на оцененном содержании аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов и конфигурации системы снижения токсичности выбросов. По существу, через длительность, топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может возвращаться на стехиометрию. Например, по мере того, как возрастает содержание аммиака, оцененное на 416, длительность сгорания с более богатым топливо-воздушным соотношением может уменьшаться. В еще одном примере, если двигатель является двигателем с VDE, с обоими рядами цилиндров, совместно использующими общее устройство снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова (как показано на фиг. 2B), может происходить меньшее окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, тем самым уменьшая величину требуемого восстановления. По существу, длительность на 420 или 422 может уменьшаться. В качестве альтернативы, если двигатель является двигателем с VDE с каждым рядом цилиндров, имеющим свое собственно устройство снижения токсичности выбросов под нижней частью кузова (как показано на фиг. 2A), или выведены из работы все цилиндры двигателя (например, на протяжении состояния выключения холостого хода), повышенное окисление первого каталитического нейтрализатора отработавших газов может происходить, тем самым повышая величину требуемого восстановления. По существу, длительность на 420 или 422 может возрастать.
После ожидания определенной длительности, на 424, топливо-воздушное соотношение может возвращаться на стехиометрию. В одном из примеров топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может снижаться с настроенного или более богатого топливо-воздушного соотношения (с более высокого или более низкого смещения обогащения) до стехиометрического соотношения. В качестве альтернативы, на 424, контроллер может продолжать контролировать содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. Затем, когда содержание аммиака является большим, чем второй пороговый уровень, контроллер может прекращать настройку топливо-воздушного соотношения подвергнутых возобновлению работы цилиндров и возвращать топливо-воздушное соотношение на стехиометрию. Второй пороговый уровень может быть уровнем, который указывает, что первый каталитический нейтрализатор отработавших газов восстановлен.
Как описано на 410 в способе 400, во время вывода из работы цилиндров вода может впрыскиваться системой впрыска воды. Фиг. 5 представляет способ 500 для настройки впрыска воды во время вывода из работы цилиндров. В частности, контроллер двигателя, такой как контроллер 42 двигателя и контроллер 12, может приводить в действие водяные форсунки соответствующих, выведенных из работы цилиндров, чтобы впрыскивать воду во время вывода из работы цилиндров. Контроллер может регулировать установку момента, длительность и количество впрыска воды.
Более точно, в ответ на вывод из работы одного или более цилиндров двигателя, на 408 в способе 400, контроллер может приводить в действие водяные форсунки, чтобы впрыскивать некоторое количество воды в одно из впускного отверстия, цилиндра двигателя или выпускного коллектора. Местоположение впрыска воды может быть основано на системе впрыска воды двигателя. Например, двигатель может включать в себя систему непосредственного впрыска воды с водяными форсунками, расположенными в каждом цилиндре двигателя, для непосредственного впрыска воды в цилиндр. В еще одном примере двигатель может включать в себя систему оконного впрыска воды с водяными форсунками, расположенными во впускном отверстии каждого цилиндра выше по потоку от впускного клапана, для впрыска воды на или около впускного клапана. В еще одном другом примере двигатель может включать в себя иную систему оконного впрыска воды с водяными форсунками, расположенными в одном или более выпускных коллекторов, для впрыска воды в выпускные коллекторы. Например, если двигатель имеет больше, чем один ряд цилиндров, впрыск воды может быть расположен в выпускном коллекторе каждого ряда цилиндра.
На 502, способ может включать в себя определение времени впрыска для впрыска воды на основании положения форсунки. Например, впрыск воды может происходить до открывания впускного клапана, если водяные форсунки расположены во впускном отверстии цилиндра. В еще одном примере впрыск воды также может происходить до открывания впускного клапана, если водяные форсунки являются водяными форсунками непосредственного впрыска, расположенными в цилиндре двигателя. В еще одном другом примере впрыск воды может происходить до открывания выпускного клапана, если водяные форсунки являются водяными форсунками оконного впрыска, расположенными в одном или более выпускных коллекторов.
На 504, контроллер затем может определять количество воды, впрыскиваемой в течение каждого события впрыска воды, во время вывода из работы цилиндров (например, одно событие впрыска воды может происходить на каждый цикл впуска/выпуска двигателя). Количество впрыскиваемой воды может быть основано на объеме цилиндра двигателя. Более точно, количество воды, впрыскиваемой во впускном отверстии или непосредственно в цилиндр двигателя, может соответствовать количеству воды, которая может по существу заполнять цилиндр водой и/или водяным паром. По существу, вода и/или водяной пар в этом количестве может сокращать имеющееся в распоряжении пространство, чтобы воздух поступал в цилиндры и достигал системы выпуска и каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Объем водяного пара, образованного количеством впрыснутой воды, может возрастать с повышением температуры. Таким образом, количество воды, впрыскиваемой в выведенные из работы цилиндры, может быть основано на объеме цилиндра двигателя и температуре впускного коллектора (или температуре двигателя). Впрыскиваемое количество воды дополнительно может быть основано на дополнительных условиях эксплуатации двигателя, таких как давление в коллекторе, MAP, оцененные температуры поршня, клапанов и головки блока цилиндров, и/или число оборотов двигателя.
В некоторых вариантах осуществления контроллер также может настраивать установку фаз клапанного распределения впускных и выпускных клапанов во время вывода из работы цилиндров и впрыска воды. Например, посредством задержки закрывания выпускных клапанов впускной и выпускной клапаны могут быть открытыми вместе (например, с перекрытием клапанов). Это может усиливать внутреннюю рециркуляцию отработавших газов (EGR), тем самым уменьшая количество свежего всасываемого воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Уменьшение количества всасываемого воздуха, поступающего в цилиндр, в свою очередь, может уменьшать количество кислорода, достигающего каталитических нейтрализаторов отработавших газов во время вывода из работы цилиндра. В некоторых вариантах осуществления увеличенное перекрытие клапанов может использоваться вместе с впрыском воды для уменьшения общего количества воды, впрыскиваемой во время вывода из работы цилиндров. В этом варианте осуществления способ на 504 может включать в себя определение настройки установки фаз клапанного распределения для усиления внутренней EGR. Количество воды, определенное на 504, в таком случае, дополнительно может быть основано на величине внутренней EGR, создаваемой настроенной установкой фаз клапанного распределения. Таким образом, большая величина перекрытия клапанов может приводить к меньшему количеству воды, впрыскиваемой для каждого события впрыска воды.
Переходя на 506, способ включает в себя определение, был ли вывод из работы цилиндров обусловлен состоянием выключения холостого хода, при котором были выведены из работы все цилиндры. В качестве альтернативы, способ на 506 может включать в себя определение, были ли все цилиндры двигателя выведены из работы по причине иной, чем состояние выключения холостого хода. Если все цилиндры двигателя были выведены из работы, способ продолжается на 508, чтобы впрыскивать воду во всех цилиндрах двигателя. Это может включать в себя впрыск определенного количества воды в определенное время в течение длительности вывода из работы цилиндров. Таким образом, по мере того, как возрастает длительность вывода из работы цилиндра, количество событий впрыска воды, а впоследствии общего количества впрыснутой воды, может возрастать.
В качестве альтернативы, если меньшее количество, чем все цилиндры двигателя, выведено из работы, способ продолжается с 506 на 510. На 510, контроллер может впрыскивать воду в одном или более избирательно выведенных из работы цилиндров. Таким образом, только водяные форсунки в выведенном из работы цилиндре могут впрыскивать воду во время вывода из работы цилиндров. Способ на 510 может включать в себя впрыск определенного количества воды в определенное время в течение длительности вывода из работы цилиндров. На 512, контроллер может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие (например, работающих) цилиндров во время избирательного вывода из работы цилиндров. В одном из примеров контроллер может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие цилиндров для достижения стехиометрической смеси отработавших газов. В качестве альтернативы, контроллер может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие цилиндров, чтобы было слегка более богатым, чем стехиометрия. Топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие цилиндров может быть основано на конфигурации системы выпуска. Например, если одно или более устройств снижения токсичности выбросов совместно используются в двигателе с VDE, топливо-воздушное соотношение сгорания может повышаться (например, обогащаться), чтобы помогать в восстановлении каталитического нейтрализатора отработавших газов. В качестве альтернативы, если каждый выпускной коллектор в двигателе с VDE имеет свое собственное устройство снижения токсичности выбросов, топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие цилиндров может настраиваться для поддержания стехиометрического выпуска. Поскольку впрыск воды может уменьшать окисление каталитического нейтрализатора отработавших газов, тем самым требуя меньшего восстановления, контроллер может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания введенных в действие цилиндров для поддержания стехиометрических отработавших газов независимо от конфигурации системы выпуска.
Способы на 510 и 512 могут происходить одновременно и непрерывно во время вывода из работы цилиндров. На 514, впрыск воды может продолжаться до тех пор, пока не удовлетворены условия возобновления работы цилиндров. Способ затем возвращается на 412 в способе 400.
Фиг. 6 показывает пример настройки впрыска воды и топливо-воздушного соотношения в ответ на избирательный вывод из работы цилиндров. Более точно, график 600 показывает изменения между режимом с VDE и без VDE на графике 602. Во время работы двигателя в режиме с VDE один или более цилиндров двигателя могут избирательно выводиться из работы посредством прекращения впрыска топлива (например, перекрытия топливных форсунок) наряду с тем, что другие цилиндры остаются введенными в действие. Изменения в работе системы впрыска воды показаны на графике 604. Более точно, график 604 может иллюстрировать переключение с отсутствия впрыска воды водяными форсунками на впрыск воды в выведенных из работы цилиндрах. Кроме того, график 600 показывает изменения топливо-воздушного соотношения (AFR) на графике 606 относительно стехиометрии 606, изменения содержания аммиака каталитического нейтрализатора SCR (например, второго каталитического нейтрализатора) на графике 608 относительно порогового уровня 616, изменения состояния восстановления трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, TWC (например, первого каталитического нейтрализатора), на графике 610 относительно восстановленного или порогового состояния 618, и изменения выбросов NOx на графике 612. Все изменения показаны по времени (вдоль оси x).
До t1, двигатель может быть работающим в режиме без VDE (график 602), со всеми цилиндрами двигателя, действующими и осуществляющими сгорание по существу на стехиометрии (график 606). Водяные форсунки могут выключаться, из условия, чтобы вода не впрыскивалась в цилиндры двигателя (график 604). В то время как двигатель работает на стехиометрии, содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR может постепенно возрастать (график 608). До t1, содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR может быть более высоким, чем пороговый уровень 616, и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC) может находиться в более высоком состоянии восстановления (выше порогового состояния 618), то есть он может не требовать дополнительного восстановления.
В t1, вследствие изменения условий эксплуатации двигателя (например, во время затянувшегося отпускания педали акселератора) двигатель может переключаться в режим работы с VDE (график 602) с избирательным выводом из работы одного или более цилиндров двигателя (например, в выбранном ряду). Топливо-воздушное соотношение сгорания действующих цилиндров двигателя может поддерживаться по существу на стехиометрии (график 606). Вследствие вывода из работы цилиндров вода может впрыскиваться в выведенные из работы цилиндры двигателя (или соответствующие выпускные коллекторы) (график 604). Во время вывода из работы цилиндров (между t1 и t2) TWC может испытывать некоторое окисление, тем самым сокращая состояние восстановления TWC (график 610). Дополнительно, содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR может слегка уменьшаться. Однако эти изменения могут быть меньшими, чем если бы впрыск воды не использовался во время вывода из работы цилиндров.
В t2, в ответ на удовлетворение условий возобновления работы цилиндров (график 602) работа двигателя может переключаться обратно в режим без VDE. В дополнение, для восстановления TWC топливо-воздушное соотношение сгорания (график 606) может обогащаться в течение длительности d1, чтобы доводить состояние восстановления TWC (график 610) до выше порогового состояния 618. Степень обогащения богатого впрыска топлива настраивается на основании содержимого накопления аммиака (график 608) каталитического нейтрализатора SCR. Здесь, поскольку содержание аммиака находится ниже порогового уровня 616 при возобновлении работы цилиндров, богатый впрыск топлива большего смещения обогащения с длительностью d1 используется для восстановления TWC. Однако длительность d1 может быть более короткой, а величина смещения обогащения может быть более низкой, чем если бы впрыск воды не использовался во время вывода из работы цилиндров. В то время как TWC восстанавливается, аммиак, накопленный в каталитическом нейтрализаторе SCR, может потребляться для раскисления разновидностей NOx отработавших газов, из условия, чтобы уровень NOx отработавших газов во время переключения из режима с VDE в режим без VDE по существу сохранялся (график 612). Однако по мере того, как цилиндр продолжает осуществлять сгорание на более богатом топливо-воздушном соотношении, содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR может начинать возрастать до t3. В t3, топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может возвращаться на стехиометрию 614.
В t4, еще одно изменение условий эксплуатации двигателя может происходить, побуждая двигатель переключаться в режим работы с VDE (график 602) с избирательным выводом из работы одного или более цилиндров двигателя (например, в выбранном ряду). Вновь, топливо-воздушное соотношение сгорания действующих цилиндров может оставаться на стехиометрии 614 (график 606). В ответ на вывод из работы цилиндров вода впрыскивается водяными форсунками в выведенных из работы цилиндрах двигателя (график 604). Во время вывода из работы цилиндров между t4 и t5 содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR может оставаться выше порогового уровня 616 (график 608), и состояние восстановления TWC может оставаться выше или в пороговом состоянии (график 610). По существу, уровень выбросов NOx может сохраняться (график 612). В t5, двигатель может переключаться из режима с VDE в режим без VDE, тем самым возобновляя работу выведенных из работы цилиндров. Поскольку содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR является большим, чем пороговый уровень 616 в t5, топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может иметь более низкое смещение обогащения. В примере, показанном на графике 610, более низкое смещение обогащения может быть малым, так что топливо-воздушное соотношение подвергнутых возобновлению работы цилиндров всего лишь слегка ниже, чем стехиометрия 614. Как показано на с t4 по t5, впрыск воды уменьшал окисление TWC и сокращение аммиака. Таким образом, меньшее смещение обогащения требовалось при возобновлении работы цилиндров, тем самым снижая повышенный расход топлива у двигателя. Если бы впрыск воды не использовался между t4 и t5, большее смещение обогащения требовалось бы в t5 для восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Будет принято во внимание, что несмотря на то, что пример по фиг. 6 пояснен со ссылкой на событие VDE в качестве события двигателя с обеднением, в альтернативном примере событием обеднения может быть выключение холостого хода двигателя. В этом отношении те же самые тенденции были бы видны во время перезапуска из выключения холостого хода двигателя, как изображенное здесь, во время переключения из режима с VDE в без VDE.
Таким образом, один или более цилиндров двигателей могут избирательно выводиться из работы посредством выводимых из работы топливных форсунок. Затем, вода может впрыскиваться в одном или более выведенных из работы цилиндров во время вывода из работы. Впрыск воды может снижать величину окисления каталитического нейтрализатора отработавших газов, такого как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC). По возобновлению работы одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя топливо-воздушное соотношение сгорания может повышаться или обогащаться, для того чтобы восстанавливать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Однако меньшее восстановление может требоваться вследствие впрыска воды во время события вывода из работы. Содержание аммиака еще одного каталитического нейтрализатора отработавших газов, такого как каталитический нейтрализатор SCR, может указывать, насколько требуется восстановление, а впоследствии - требуемую степень обогащения топливо-воздушного соотношения сгорания во время возобновления работы цилиндров.
Как показано в t2 на фиг. 6, во время первого возобновления работы цилиндра, когда содержание аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов находится ниже, чем пороговое значение, контроллер может настраивать топливо-воздушное соотношение сгорания двигателя, чтобы сделать его богаче, чем стехиометрия, с первым, более высоким смещением обогащения. Во время второго возобновления работы цилиндров, как показано в t5, когда содержание аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов находится выше, чем пороговое значение, настраивают топливо-воздушное соотношение сгорания в двигателе, чтобы сделать его богаче, чем стехиометрия, со вторым, более низким смещением обогащения. Как показано между t2 и t3, во время каждого из первого и второго возобновления работы цилиндров настройка топливо-воздушного соотношения сгорания в двигателе продолжается в течение длительности, основанной на содержании аммиака каталитического нейтрализатора отработавших газов. В еще одном примере длительность d1 может быть более низкой, если содержание аммиака каталитического нейтрализатора SCR является большим, чем показано в t2 на фиг. 6.
Как обсуждено выше, впрыск воды в одном или более выведенных из работы цилиндров двигателя включает в себя одно из впрыска воды на впускном отверстии выше по потоку от впускного клапана одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя, впрыска воды непосредственно в один или более выведенных из работы цилиндров двигателя, или впрыска воды в выпускном коллекторе одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя. Время впрыска для впрыска воды затем может определяться на основании положения впрыска воды. Кроме того, количество воды, впрыскиваемой во время впрыска воды, может определяться на основании одного или более из объема цилиндра двигателя, температуры двигателя, числа оборотов двигателя и давления в коллекторе, и при этом впрыскиваемое количество воды возрастает с увеличением объема цилиндра и снижением температуры двигателя.
Возвращаясь к фиг. 6, как показано между t1 и t2, а также между t4 и t5, во время избирательного вывода из работы одного или более цилиндров двигателя впрыск топлива действующих цилиндров двигателя может настраиваться для поддержания стехиометрического топливо-воздушного соотношения. В альтернативном примере впрыск топлива действующих цилиндров двигателя может настраиваться для поддержания топливо-воздушного соотношения слегка более богатым, чем стехиометрия. В заключение, как показано в t2 и t5, впрыск воды может прекращаться, когда один или более выведенных из работы цилиндров подвергаются возобновлению работы.
Таким образом, во время события возобновления работы цилиндров двигателя впрыск воды в избирательно выведенные из работы цилиндры двигателя может уменьшать количество кислорода, проходящего в систему выпуска и достигающего первого каталитического нейтрализатора отработавших газов и второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. В одном из примеров, в ответ на вывод из работы цилиндров, одна или более водяных форсунок могут впрыскивать воду во впускное отверстие одного или более выведенных из работы цилиндров двигателя. Затем, по возобновлению работы цилиндров двигателя топливо-воздушное соотношение сгорания подвергнутых возобновлению работы цилиндров может настраиваться на основании содержания аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов. Более точно, топливо-воздушное соотношение сгорания с более низким смещением обогащения может использоваться для восстановления первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, если содержание аммиака является большим, чем пороговый уровень. В качестве альтернативы, топливо-воздушное соотношение сгорания с более высоким смещением обогащения может использоваться для восстановления первого каталитического нейтрализатора отработавших газов, если содержание аммиака второго каталитического нейтрализатора отработавших газов является меньшим, чем пороговый уровень. Впрыск воды может помогать уменьшать требуемую величину восстановления каталитического нейтрализатора отработавших газов. Таким образом, впрыск воды во время вывода из работы цилиндров двигателя может снижать повышенный расход топлива двигателя, к тому же, наряду с сохранением требуемого уровня NOx.
Отметим, что примерные процедуры управления, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки необязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на считываемый компьютером запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Кроме того, одна или более различных конфигураций системы могут использоваться в комбинации с одной или более описанных диагностических процедур. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.