用还原剂加浓内燃机排气的方法和执行该方法的内燃的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用还原剂加浓内燃机排气的方法和执行该方法的内燃机。提供了用还原剂加浓内燃机的排气的方法，该内燃机包括至少一个汽缸，并且具有用于增压空气进入的进气系统、用于排放排气的排气排放系统，以及用于还原氮氧化物的至少一个排气后处理系统，该至少一个排气后处理系统布置在排气排放系统中，并且被周期性提供还原剂供应。该方法包括当由于不存在负荷需求而使内燃机的至少一个汽缸的燃料供应停用时，在至少一个排气后处理系统上游的排气排放系统中用还原剂加浓排气。
【专利说明】用还原剂加浓内燃机排气的方法和执行该方法的内燃机
[0001]相关申请
[0002]本申请要求德国专利申请号102012212432.2的优先权，该申请在2012年7月16日提交，其全部内容为所有目的通过参考并入本文。
【技术领域】[0003]本公开涉及用还原剂加浓内燃机排气的方法。
【背景技术】
[0004]内燃机可以配备各种排气后处理系统以便减少污染物排放。在火花点火发动机中使用催化反应器，即使在低温，该催化反应器通过使用提高某些反应的速率的催化材料仍确保HC和CO的氧化。另外，如果氮氧化物NOx也要被还原，那么这可以通过使用三元催化转化器实现，然而为了实现该目的，使用火花点火发动机的化学计量操作(λ ^ I)在严格限制内运行。在此情况下依靠存在的未氧化排气成分，即通过一氧化碳CO和未燃烧烃HC，还原氧化物NOx，这些排气成分同时被氧化。
[0005]通常并且在本公开的背景下，空气比λ定义为实际进入内燃机的至少一个汽缸的空气质量nw, act与化学计量空气质量nw, stoich的比，需要该化学计量空气质量nw, stoich以便刚好完全氧化进入至少一个汽缸的燃料质量mflKi (内燃机的化学计量操作λ=1)。这
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[0006]在用过多空气操作的内燃机的情况下，例如柴油机或直接喷射火花点火发动机的情况下，但同样在稀燃火花点火发动机中，由于缺少还原剂，因此在排气中存在的氮氧化物NOx不能被还原。
[0007]因此，可以提供排气后处理系统例如也称为稀NOx捕集器(LNT)的存储催化转化器，以还原氮氧化物。这里氮氧化物在内燃机的稀燃操作(λ >1)期间首先被吸收即收集并存储，然后在再生阶段期间例如依靠氧缺乏的内燃机的亚化学计量操作(λ〈I)被还原，在排气中存在的未燃烧烃HC和一氧化碳CO用作还原剂。
[0008]排气再循环(EGR)和在进气系统中增压空气的节流提供了在发动机内用还原剂特别是未燃烧烃加浓排气的进一步内在可能性。两种措施都降低输送通过内燃机的增压空气质量或新鲜空气质量，并且由此减小空气比λ。由于供应的空气质量的降低引起加浓发生。
[0009]也称为HC加浓的用未燃烧烃加浓排气也可以依靠将另外燃料后喷射进入内燃机的至少一个汽缸来实现。这里，后喷射燃料不意图由仍然进行的主燃烧在燃烧室中点燃，或通过即使在主燃烧完成之后仍然为高的燃烧气体温度在燃烧室中点燃，而是在充气循环期间在催化转化器上游将未燃烧的引入排气排放系统。
[0010]利用后喷射的内燃机本质上倾向于由未燃烧烃稀释或污染油料。取决于后喷射燃料的量和喷射点，更大或更小比例的后喷射燃料到达汽缸的内壁上，在那里其与粘合油膜混合，并因此有助于油料稀释。此外，另外燃料用作还原剂受限于增加内燃机的总燃料消耗。
[0011]关于内燃机的亚化学计量操作(λ〈1)，即加浓，亚化学计量操作的发动和维护可以有时仅受约束实现，如果有的话。该原因是多样的并且作为内燃机在其操作的瞬时负荷的函数变化。
[0012]当用富混合物运行特别是使用压缩点火时，在低负荷下不能确保稳定燃烧。可能发生混合物的不点火或不完全燃烧。结果是不希望高的污染物特别是未燃烧烃HC的排放。在中间负荷范围中负荷波动经常发生。短暂操作状况使得更难以维持恒定空气比，并且在一些情况中使得任何加浓都不可能。在较高的、高的或顶级的负荷范围中，亚化学计量操作通常由最大可容许排气温度控制，该排气温度经常受到在排气排放系统中提供的组件和它们承受热负荷的能力限制，例如由排气涡轮增压器的涡轮、排气后处理系统或排气再循环系统限制。在该背景下必须记住，通常排气温度随着任何加浓升高。
[0013]如果将还原剂直接引入到排气排放系统例如通过在LNT上游喷射另外燃料来直接引入，那么发动机内的内部措施可以省去。
[0014]在形成本公开的主题的方法和内燃机中，通过将还原剂引入在至少一个排气后处理系统上游的排气排放系统来加浓排气。然而也可以提供用于加浓排气的进一步措施，特别是在发动机内的内部措施。
[0015]在再生阶段期间，氮氧化物(NOx)被释放并且基本转化成二氧化氮(Ν02)、二氧化碳(CO2)和水(Η20)。存储催化转化器的温度应优选处于在200°C和450°C之间的温度窗口内，以便一方面确保快速还原，另一方面在没有已释放氮氧化物NOx转化的情况下没有发生解吸附，该解吸附可以由过高温度触发。
[0016]使用存储催化转化器的一个问题起因于在排气中含有的硫，其可能被吸收并且通常必须去除，作为所谓的脱硫的一部分。为此目的，存储催化转化器被加热到通常在600°C和700°C之间的高温，并且被供应还原剂例如未燃烧烃。脱硫需要的高温可损坏存储催化转化器，促使催化转化器热老化，并且朝向催化转化器使用寿命终点明显减少了氮氧化物的
期望转化。
[0017]尽管依靠发动机内的内部措施的加浓导致的问题可以通过直接引入用作还原剂的燃料到排气排放系统来消除或缓和，但即使该排气加浓的概念仅有有限的应用，这是由于将另外燃料引入到热排气并且伴随的放热反应将在操作中内燃机排气的已经高的温度可能提高到超过可容许排气温度的值，因此可能发生热过载。参考已经在上面做出的评述。
[0018]代替存储催化转化器或除存储催化转化器之外，可以提供也称为SCR催化转化器的选择性催化转化器以还原氮氧化物。关于还原剂的供应，结合存储催化转化器陈述的内容适用。除未燃烧烃之外，氨NH3和尿素用作还原剂以便选择性还原氮氧化物。将后面提到的还原剂有意引入到排气中，即直接引入到排气排放系统中。
[0019]上面描述的技术相关性说明，需要用于排气加浓的改进方法，以使可以向用于还原氮氧化物的排气后处理系统最优供应还原剂，以便例如将存储催化转化器再生或脱硫，或向选择性催化转化器供应未燃烧烃或氨。
【发明内容】
[0020]按照上面的评述，本发明人在此提供用于使排气后处理装置再生的方法，该方法避免装置暴露于过高温度，同时缓解可在富操作期间出现的燃烧问题。因此，提供用还原剂加浓内燃机排气的方法。内燃机包括至少一个汽缸，其具有用于增压空气进入的进气系统、用于排放排气的排气排放系统，以及布置在排气排放系统中并且被周期性提供还原剂供应的用于还原氮氧化物的至少一个排气后处理系统。该方法包括:当由于不存在负荷需求而使内燃机的至少一个汽缸的燃料供应停用时，在至少一个排气后处理系统上游的排气排放系统中用还原剂加浓排气。
[0021]根据本公开，当内燃机在负荷下操作时不进行用还原剂加浓排气，而是当随着燃料供应停用，因为燃料缺乏所以没有在内燃机的汽缸中引发燃烧，并且充当活塞机器的内燃机输送增压空气同时消耗功率时，由于不存在负荷需求，进行用还原剂加浓排气。排气的加浓由此在内燃机的操作模式中执行，根据现有技术水平这被认为不适于排气的加浓，因为一方面由于燃料供应的停用引起作为还原剂的燃料完全缺乏，并且另一方面由于燃料燃烧的缺乏引起用于升高相关温度特别是排气和排气后处理系统的相关温度的由燃烧产生的放热缺少。
[0022]然而，部件特别是至少一个排气后处理系统的剩余热证明是足够的。根据本公开，甚至证明由于当内燃机不操作时将还原剂引入到排气排放系统是有利的，因为这样减小或完全消除了由过高温度引起的热过载的风险。
[0023]这里还原剂不引入到从汽缸排放的热排气中，而是引入到通过内燃机输送的增压空气并且引入到排气排放系统，因此严格来说根据本公开的方法涉及增压空气加浓而非排气的加浓。但是，保留从现有技术水平已知的术语排气加浓。
[0024]提供在发动机内的内部措施提供还原剂导致的缺点，以及特别是由还原剂直接引入到排气引起的提供在排气排放系统中的部件的热过热导致的缺点都被消除。
[0025]此外，由于用于加浓排气的还原剂需要较不频繁地提供——如果有的话，并且特别是在负荷需求下不需要实施用于HC加浓的在发动机内的内部措施，因此在内燃机的正常操作中使用根据本公开的方法施加较少约束。这里也记住，由于从各种能量观点特别是关于内燃机的效能、而且也关于污染物排放的观点来看，认为过多燃料的引入是有害的，因此在正常操作期间，加浓可能是避免的。
[0026]本描述的上面优点和其他优点以及特征在单独或结合附图一起考虑时从以下【具体实施方式】容易显而易见。
[0027]应理解，提供上面的概述从而以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。其不意味着确认了所要求主题的关键或基本的特征，该所要求主题的保护范围唯一地由权利要求限定。此外，所要求主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示意性示出内燃机的实施方式。
[0029]图2是图解根据本公开的实施方式的用于使排气后处理装置再生的方法的流程图。
[0030]图3是图解根据本公开的实施方式的在发动机操作期间的感兴趣操作参数的图
/Jn ο【具体实施方式】
[0031]可以进行一个或更多排气后处理装置例如稀NOx捕集器或选择性催化还原系统的再生，以从该装置净化存储的NOx和/或SOx。为在不牺牲燃烧稳定性或不浪费过多燃料的情况下改进可以再生装置的操作条件，可以在用于燃烧的燃料喷射停用时在无负荷需求的状况期间执行再生。例如，在交通工具制动或减速事件期间，由于燃烧生成的扭矩不需要用于推进交通工具，因此可以停止燃料喷射。然后通过加浓排气，可以在燃料喷射停用期间启动再生。排气可以通过进气节流或排气再循环的启用经由还原剂喷射和/或经由排气氧含量的减少来加浓。
[0032]其中选择性催化转化器用作排气后处理系统以便还原氮氧化物的方法的实施方式是有利的。依靠SCR催化转化器的排气后处理的效能和效率主要取决于排气温度并且特别是催化转化器自身的温度。
[0033]SCR催化转化器不仅能够在存在还原剂例如氨的情况下还原氮氧化物，而且能够在给定合适温度下沉积和存储氨且按需要将其释放以便还原氮氧化物。为能够沉积氨，需要催化转化器的具体最小温度。另一方面，在超过约400°C的非常高的催化转化器温度下，催化转化器在不还原氮氧化物的情况下释放沉积的氨。释放的氨和含有氮氧化物的未处理排气然后都经排气排放系统排放入环境。
[0034]催化转化器温度的通常目标在180°C和300°C之间，以便确保依靠SCR催化转化器的满意排气后处理。
[0035]其中存储催化转化器用作排气后处理系统以便还原氮氧化物的方法的实施方式也是有利的。关于存储催化转化器及其具体特征，参考上面的评述。
[0036]存储催化转化器和选择性催化转化器也可以相互结合使用，用于排气后处理。
[0037]其中氨用作还原剂的方法的实施方式是有利的。由于随着依靠在发动机内的内部措施和/或燃料直接引入到排气管道的HC加浓发生的问题，其中氨或尿素用作还原剂的SCR催化转化器也用于还原氮氧化物。
[0038]由于氨NH3的毒性，因此氨经常不以其纯净形式存储在机动车交通工具中以提供为还原剂。代替地，由于在热解反应的过程中随着能量的输入，尿素分解成氨和异氰酸，在水存在的情况下可能从异氰酸回收NH3,因此尿素经常用作产生氨的基础产品。
[0039]可以在提供尿素用于产生氨方面区分两个根本不同的概念。一方面，尿素可以以液体形式即水溶液存储并且提供，尿素作为水溶液引入在SCR催化转化器上游的排气排放系统。另一方面，可能使尿素以固体形式可用。固体形式的尿素具有较小的体积并且特征在于比水溶液更高的氨浓度。储器可以因此设计为具有较小存储容积，其呈现可观优点，尤其从其中紧凑和有效封装是目标的机动车交通工具中使用的观点来看。
[0040]两个概念都依靠将热引入尿素以便产生氨。在某些操作模式中这可能存在问题。因此使用约150°C到170°C的温度以便将在SCR催化转化器上游引入的尿素水溶液汽化并且产生氨NH3。在柴油机的情况下，在城市交通中以前述水平产生和到达需要排气温度可能存在问题，特别是在冷启动之后。
[0041]由此，有利的和希望的是，在SCR催化转化器中沉积尽可能多的氨，即在SCR催化转化器中累积并维持大的氨存储，以便能够使得充足的氨可用于在操作模式中还原氮氧化物，在该操作模式中对于尿素水溶液的引入和蒸发而言温度过低，和/或对于沉积氨而言SCR催化转化器的温度过低。
[0042]其中燃料用作还原剂燃料的方法的实施方式也是有利的。由于氨的毒性和不仅氮氧化物而且氨在SCR催化转化器故障的情况下进入环境的事实，因此使用燃料作为催化剂可以是有利的。如果燃料用于还原，那么用于还原剂存储的另外储器可以省去。
[0043]以下方法的实施方式是有利的:其中内燃机的超限状况表现的操作模式是，其中由不存在负荷需求引起内燃机的至少一个汽缸的燃料供应停止，并且排气的加浓可以依靠还原剂来实现。
[0044]以下方法的实施方式是有利的:其中使用内燃机的交通工具的发动机制动表现的操作模式是，其中由不存在负荷需求引起内燃机的至少一个汽缸的燃料供应停止，并且排气的加浓可以依靠还原剂来实现。
[0045]在进气系统中具有节流元件的内燃机中，其中在排气加浓的过程中依靠节流元件限制经进气系统进入的增压空气的方法的实施方式是有利的。
[0046]根据该方法的变型，用还原剂使输送通过内燃机的增压空气加浓由发动机内的内部措施支持，该内部措施可以在内燃机的正常操作中用于加浓。通常，为将内燃机变换到亚化学计量操作，通过增加燃料喷射量来减小空气比λ。然而，原理上也可以通过减小提供的空气质量来减小空气比λ。在该情况中后一方法在根据本公开的方法中类似地使用。
[0047]通过节流减小排气后处理系统输送的增压空气量的事实第一意味着需要较少还原剂以在增压空气流动中获得还原剂的预定浓度。第二，由于减小的空气流动，因此转化的相关空速减小，所以转化速率并因此排气后处理的质量提高。
[0048]因为在上面陈述的相似原因，所以方法的以下变型也是有利的。如果内燃机配备包括返回管线的排气再循环，该返回管线从排气排放系统分支，形成分支并且通向进气系统，那么其中排气再循环在排气加浓的过程中启用并且为将增压空气返回的目的打开的方法的实施方式是有利的。
[0049]通过启用提供的任何排气再循环，增压空气在排气加浓的过程中返回，因此输送通过排气后处理系统的增压空气量减小。通过减小增压空气量，可以使用较少还原剂以便用希望浓度的还原剂加浓增压空气流动。转化的相关空速进而减小。
[0050]在该情况中，其中将用于加浓排气的还原剂引入到在返回管线分支上游的排气排放系统的方法的实施方式是有利的。
[0051]如果在排气加浓的过程中启用排气再循环，那么还原剂也与增压空气一起返回，即返回了用还原剂加浓的增压空气。
[0052]在该情况下同样有利的是这样的方法的实施方式，其中用于加浓排气的还原剂引入到在返回管线分支下游的排气排放系统。需要较少还原剂。
[0053]根据本公开的排气加浓的控制可以是闭环控制和前馈开环控制。在控制尤其是开环控制中的监控可以用于不仅识别在进气系统中提供的节气门的位置，而且用来识别在提供的任何排气再循环中布置的EGR阀的位置。在排气的加浓期间输送通过内燃机和排气后处理系统的增压空气量可以用作控制变量，特别是在闭环控制的背景下，可能依靠空气质量传感器记录增压空气量。一旦希望或需要，那么增压空气量优选依靠节流和/或EGR在排气的加浓期间减小到允许平稳过渡到内燃机的发动机操作模式的程度。[0054]在实施方式中，在上面描述的方法可以在内燃机中执行，该内燃机包括至少一个汽缸、用于增压空气进入的进气系统、用于排放排气的排气排放系统，以及布置在排气排放系统中并且至少周期性利用还原剂的供应的用于还原氮氧化物的至少一个排气后处理系统，以及为排气加浓的目的在至少一个排气后处理系统上游将还原剂引入到排气排放系统中的装置。
[0055]关于根据本公开的方法的陈述也适用于根据本公开的内燃机，为此在该接合点一般参考关于方法的变型做出的陈述。
[0056]其中节流元件提供在进气系统中的内燃机的实施方式是有利的。节流元件用来在用还原剂加浓的过程中减小增压空气量。
[0057]其中提供至少一个增压装置的内燃机的实施方式是有利的。增压主要用来提升内燃机的功率输出。在该过程中压缩燃烧过程需要的空气，以便更大质量的空气可以在每个工作循环进入每个汽缸。燃料质量并因此平均压力可以由此增加。增压是为相同的发动机排量提高内燃机的功率输出或为相同的功率输出减小发动机排量的合适方式。在任一,清况下，增压都导致功率容积比和更有利的功率重量比的提高。对于相同的交通工具限制，负荷谱可以由此向更高的负荷移动，具体燃料消耗在更高的负荷下更低。
[0058]例如排气涡轮增压器和/或压缩机可以用作增压装置。
[0059]其中至少一个排气涡轮增压器作为增压装置提供的内燃机的实施方式是特别有利的。排气涡轮增压器包括布置在相同转轴上的压缩机和涡轮。热排气流被输送到涡轮并且膨胀，在涡轮中释放能量由此导致转轴旋转。从排气流动释放到涡轮并且最终释放到转轴的能量用来驱动同样布置在转轴上的压缩机。压缩机输送并压缩输送到其的增压空气，由此使汽缸增压。如必要，提供增压空气冷却，这用来在已压缩燃烧空气进入汽缸之前将其冷却。
[0060]可以采取各种措施将增压内燃机的扭矩特性最优化；例如通过用小横截面结合排气吹除，但特别是通过多个排气涡轮增压器的使用来设计涡轮，该多个排气涡轮增压器的涡轮并联或串联布置。
[0061]其中提供包括返回管线的排气再循环的内燃机的实施方式是有利的，该返回管线从排气排放系统分支，形成分支并且通向进气系统。
[0062]在正常操作中即在内燃机的操作模式中，基本上排气再循环是用于减少氮氧化物排放的概念，其中随着排气再循环率提高，氮氧化物排放可以显著减少。排气再循环率Xegr这里定义为xEeR=mE(；K/ (mEGE+mfresh &),其中mEeK表示再循环排气的质量,并且mfMsh air表示进入的新鲜空气。为实现氮氧化物排放的显著减少，高排气再循环率是必要的，其可以处于xEGE ^ 60%到70%的数量级，为此原因也经常提供再循环排气的冷却。
[0063]如果将排气再循环以便减少未处理的氮氧化物排放，那么输送通过催化转化器的绝对排气质量减小，以致在催化转化器中用于转化的相关停留时间增加。此外可以记住，由于排气再循环，排气具有较低的氮氧化物浓度。这些都导致引入到环境的后处理排气中存在的污染物的量减少。
[0064]在带有排气涡轮增压的内燃机的情况下，可以在排气再循环的两个根本不同的概念之间做出区分。再循环排气可以在涡轮上游依靠高压EGR从排气管道提取并且再循环，或其可以在涡轮下游依靠低压EGR提取。[0065]在依靠高压EGR的排气再循环的情况下，再循环排气不再可用于驱动涡轮。在排气再循环率提高的情况下，引入到涡轮的排气流动进一步减小。流过涡轮的减小的排气质量流导致较小的涡轮压力比，因此升压压力比并由此升压压力同样减小。
[0066]与在涡轮上游从排气排放系统提取排气并且在压缩机下游将其引入到进气系统的高压EGR相反，在低压EGR的情况下，已流过涡轮的排气返回到进气口侧。为此目的低压EGR包括返回管线，该返回管线在涡轮下游从排气系统分支并且在压缩机上游通向进气系统。
[0067]依靠低压EGR返回到进气口侧的排气在压缩机上游与新鲜空气混合。这样产生的新鲜空气和再循环排气的混合物形成增压空气，该增压空气输送到压缩机并且被压缩。低压EGR优选使用已在涡轮下游经过排气后处理的排气，以便不弄脏压缩机并且因此不损害压缩机的效能。
[0068]其中用于引入还原剂的装置提供在返回管线的分支上游的内燃机的实施方式是有利的。同样有利的是其中用于引入还原剂的装置提供在返回管线的分支下游的内燃机的实施方式。
[0069]图1示意性示出内燃机I的实施方式，该内燃机I具有串联布置的三个汽缸2。经进气系统3向汽缸2供应增压空气。排气排放系统6用于从汽缸2排放排气。经燃料喷射系统(未示出)向汽缸2供应燃料。燃料可以是柴油燃料、汽油或经进气道喷射器和/或连接到汽缸的端口燃料喷射器喷射的其他合适燃料。
[0070]至少时常(例如，周期性响应于将后处理系统再生的指示，例如每分钟一次、每个发动机循环一次、每个发动机操作一次，等等)利用还原剂5的供应的用于还原氮氧化物的排气后处理系统9提供在排气排放系统6中。这里存储催化转化器9a用作排气后处理系统9以便还原氮氧化物，并且燃料用作还原剂5。然而，在其他例子中还原剂可以向汽缸直接提供(例如经燃料喷射器)或向排气再循环系统提供。例如，喷射器可以提供在EGR返回管线8a中。
[0071]在图1中呈现的内燃机I依靠排气涡轮增压器7增压，并且此外配备高压EGR8。涡轮增压器7具有布置在排气排放系统6的排气管道6a中的涡轮7b，以及布置在进气系统3的进气管道3a中的压缩机7a。高压EGR8由返回管线8a的提供来形成，该返回管线8a在涡轮7b上游从排气管线6a分支并且在压缩机7a下游通向进气系统3的进气管道3a，并且其中布置用作EGR阀Sb的切断元件Sb，该切断元件Sb在内燃机I的发动机操作模式中用于依靠EGR8调整再循环的排气的量，并且在用还原剂5加浓期间用于调整经返回管线8a返回的增压空气量。
[0072]存储催化转化器9a在排气管道6a中布置在涡轮7b下游，用于将还原剂5引入到排气排放系统6的装置10提供在催化转化器9a上游、在涡轮7b和催化转化器9a之间转化器。
[0073]发动机控制器30包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质，以及数据总线，该电子存储介质例如只读存储器芯片、随机存取存储器、保活存储器(keep alive memory)。控制器30可以从连接到发动机I的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器的进气质量空气流量计(MAF)的测量值；来自温度传感器的发动机冷却液温度(ECT);来自连接到发动机曲轴的霍尔效应传感器(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)，以及来自压力传感器的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器30从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以使用上面传感器的各种组合，例如没有MAP传感器的MAF传感器，反之亦然。在化学计算操作期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器与已检测发动机转速一起可以提供引入到汽缸的进料(包括空气)的估计。在一个例子中，也用作发动机转速传感器的霍尔效应传感器可以在曲轴的每次旋转产生预定数目的等间隔脉冲。控制器30可以发送信号从而控制各种发动机致动器，包括EGR阀Sb、节气门4、装置10和燃料喷射系统。
[0074]控制器30的存储介质只读存储器可以用代表处理器可执行的指令的计算机可读数据编程，以便执行在下面描述的方法和预期但没有具体列出的其他变型。
[0075]现在转到图2，呈现图解用于执行排气后处理装置再生的方法200的流程图。方法200可以由控制器例如控制器30根据在其上存储的指令执行，以便执行排气后处理装置例如图1的排气后处理系统9的再生。可以根据以下方法再生的实例排气后处理装置包括稀NOx捕集器(LNT)、选择性催化还原(SCR)装置、微粒过滤器和其他存储装置或催化剂。
[0076]在202，方法200包括确定发动机操作参数。确定的发动机操作参数可以包括但不限于发动机转速和负荷、操作员请求的扭矩、当前空燃比、从排气后处理装置的先前再生以来的时间、在后处理装置上的NOx和/或SOx负荷、燃料喷射状态，以及其他参数。
[0077]在204，确定是否指示后处理装置的再生。响应于NOx或SOx负荷高于阈值的指示(其中基于来自一个或更多排气传感器的反馈确定NOx和/或Sox负荷),或响应于从先前再生以来的经过时间，后处理装置可以再生。例如，再生可以在先前再生过去以来的阈值量时间之后执行。如果没有指示再生，那么方法200返回。如果指示再生，那么方法200进展到206从而确定是否指示再生仅转化存储的NOx，或转化SOx (并且在一些实施方式中也转化NOx)。如先前解释的，NOx再生可以在低于SOx再生的温度执行。进一步地，NOx再生可以比SOx再生更频繁执行。
[0078]如果指示仅NOx再生，那么方法200进展到208从而延迟再生，直到排气达到第一阈值温度。例如，如先前解释的，当排气在用于转化存储的NOx而不是再吸收已释放的NOx的最优温度，例如在150°C和400°C之间时，NOx再生可以执行。因此，如果发动机在冷启动状况下操作，那么再生可以延迟，直到排气已升温到充足温度。相似地，如果指示SOx再生，那么方法200包括在210延迟再生直到排气达到比第一阈值温度更高的第二阈值温度。例如，SOx再生可以在更高温度例如高于400°C最优发生。
[0079]在已达到希望的排气温度之后，208和210都进展到212从而确定燃料喷射是否停用。燃料喷射停用可以响应于发动机关闭请求(例如切断事件)发生。然而在发动机操作期间，燃料喷射可以暂时停用以便在发动机负荷或操作员请求的扭矩低(或不存在)时保存燃料。这样的燃料停用状况可以包括发动机继续旋转并将空气泵送到排气，但没有在汽缸中燃烧。在燃料喷射可以停用时的实例状况可以包括如在214指示的超限状况期间，以及如在216指示的交通工具制动期间。超限状况包括当交通工具在没有来自操作员的扭矩请求的情况下推进时，如在交通工具惯性运动期间或在其中操作员释放加速器踏板的减速事件期间。其中燃料喷射可以停用的其他状况包括在混合动力交通工具中从燃料发动机供能模式到电池模式的切换，或在经配置在长期空转期间自动停止和起动的交通工具中的自动停止期间。在一些实施方式中，燃料喷射停用可以包括到发动机全部汽缸的燃料喷射的停用。然而在其他汽缸中，燃料喷射停用可以包括发动机汽缸的子组的停用。
[0080]在218，确定燃料喷射是否已停用。如果燃料喷射已停用，那么方法200进展到220从而在后处理装置上游加浓排气以便将该装置再生。加浓可以包括如在222指示的将还原剂添加到排气，例如经喷射将燃料、氨或尿素喷射到在装置上游的排气系统排气，或经喷射将燃料喷射至到汽缸的增压空气或至在发动机进气上游的排气再循环(EGR)系统。加浓可以另外或可选地包括经进气的节流(例如关闭节气门)和/或EGR的启用(例如打开EGR阀)减少排气的氧含量，如在224指示。
[0081]排气可以在再生的持续期间维持目标空燃比。例如，可以监控进气的质量空气流量(MAF)和排气的氧含量，从而确定在后处理装置处排气的空燃比和总还原剂浓度，并且可以基于该反馈调整排气的还原剂量和/或氧含量从而维持目标空燃比。再生可以在指定时期执行，或可以执行直到在后处理装置下游的一个或更多传感器(例如NOx或氧传感器)指示再生完成。方法200然后返回。
[0082]返回到218，如果确定燃料喷射没有停用，那么方法200进展到226从而确定从先前再生以来是否已过去阈值时间。如果阈值时间没有过去，那么方法200进展到228从而延迟再生直到燃料喷射停用，并且然后方法200循环回到218从而继续监控燃料喷射的停用。如果从先前再生以来已过去阈值量的时间，那么方法200进展到230从而用富排气操作发动机(经富燃烧或还原剂到排气的喷射)。如果通过用富燃烧运行发动机使得排气加浓，那么再生可以在发动机稳定状况期间例如在中负荷操作期间执行，从而避免不点火、过多排放或其他燃烧问题。方法200然后返回。
[0083]图3是图解在发动机下游的排气路径中放置的排气后处理装置的再生期间感兴趣的发动机操作参数的图示300。在一个例子中，在图示300中图解的参数可以在图2的方法200的执行期间来观察。在图3中图解的例子中，喷射以启动再生的还原剂是喷射进入至IJ EGR系统中的燃料。
[0084]图示300在曲线302图解后处理装置上的NOx负荷、在曲线304图解后处理装置的再生状态、在曲线306图解请求扭矩、在曲线308图解汽缸燃料喷射状态、在曲线310图解还原剂喷射状态、在曲线312图解％EGR，以及在曲线314图解排气空燃比。时间沿图3的横轴图解，并且每个各自的操作参数的值沿纵轴图解。
[0085]在时间tl之前，在后处理装置上的NOx负荷低于阈值(由曲线302图解)，并且因此没有指示再生请求，如在曲线304中示出。因为后处理装置不经历再生，所以还原剂喷射也关闭(由曲线310示出)。同样在时间tl之前，发动机在正常操作状况下操作，其中操作员请求的扭矩高于阈值(例如零)。由曲线306图解的请求扭矩可以基于加速器踏板的位置、基于发动机转速和负荷或其他参数来确定。燃料喷射打开(如由曲线308示出)，指示燃料喷射到汽缸以便燃烧，从而产生动力以推进其中安装发动机的交通工具。为减小由发动机产生的NOx的量，EGR在流动，尽管以相对低的百分比，如由曲线312示出。由于发动机是稀燃发动机(例如柴油机)，因此在时间tl之前由曲线314示出的排气空燃比大于化学计量
(入)。
[0086]在时间tl，NOx负荷达到负荷阈值，并且作为结果，生成了将后处理装置再生的请求，如由曲线304虚线部分示出。然而，因为请求的扭矩仍相对高并且燃料喷射到汽缸仍然有效，所以再生延迟直到时间t2。在时间t2，交通工具操作员可以指示需要少量扭矩或不需要扭矩从而以希望速度推进交通工具。例如，操作员可以通过在加速器踏板上升高、压下制动踏板等来将交通工具减速。结果，请求的扭矩可以降低到阈值水平(例如零)。当请求的扭矩达到阈值水平时，到汽缸的燃料喷射可以切断。通过在低负荷或无负荷状况期间切断燃料喷射，燃料经济性可以提高。因此在时间t2，用于燃烧的燃料喷射停用。
[0087]在燃料停用期间，执行下游排气后处理装置的再生，并且因此再生状态从请求(虚线)切换到执行实际再生(曲线304的实线)。如先前解释，通过在装置上游引入还原剂到排气中，LNT或SCR装置可以再生。如果排气温度足够高，那么还原剂可以在后处理装置中与释放的NOx反应，并且NOx可以转化成较低毒性的成分并且释放到大气。后处理再生可以每当燃料喷射停用时执行，或可以响应于燃料喷射停用来执行，以及响应于在后处理装置上的NOx负荷高于负荷阈值和排气的温度高于阈值温度中的一种或多种来执行。
[0088]根据在图示300中图解的顺序，在时间t2燃料喷射停用之后启动再生。为使后处理装置再生，用还原剂加浓排气。因此在时间t2之后，还原剂喷射启用。尽管在图3中的顺序通过喷射还原剂进入到EGR路径将装置再生，但其他喷射位置是可能的，例如直接喷射到汽缸或喷射到后处理装置上游的排气。如果还原剂(例如燃料)喷射到汽缸，那么其可以后来喷射(例如汽缸在上止点之后时)，从而防止燃料的燃烧。进一步地，在时间t2，将EGR量增加从而进一步加浓排气。结果在时间t3，排气空燃比降低到低于化学计量。排气的加浓可以可选地或另外地包括通过将进气节流来降低进气的氧含量。
[0089]在时间t4，装置的再生完成，还原剂喷射停止，并且EGR量返回到基于希望进气氧含量的量以便控制排放。进一步地，在时间t4操作员请求另外扭矩(例如通过压下加速器踏板)，并且作为结果，用于燃烧的燃料喷射恢复。最终，排气空燃比返回到稀乏。在一些例子中，后处理装置的再生可以在燃料喷射恢复之后继续。
[0090]因此，排气后处理装置的再生可以在其中用于燃烧的燃料喷射停止的低负荷或无负荷时期执行。通过在燃料喷射停用的期间执行再生，在后处理装置中的温度可以维持在低于上限，减少对排气系统组件的退化。
[0091]根据在此描述的系统和方法，用于发动机的方法的实施方式包括响应于燃料喷射的暂时停止，加浓发动机排气从而将在发动机下游的排气路径中放置的排气后处理装置再生。发动机排气的加浓可以进一步响应于在排气后处理装置上的NOx负荷高于阈值。燃料喷射可以响应于发动机减速事件而暂时停用。
[0092]在一个例子中，加浓发动机排气包括在排气后处理装置上游将还原剂喷射到发动机排气。在另一例子中，加浓发动机排气包括在发动机进气上游将还原剂喷射进入再循环排气。在一个例子中，加浓发动机排气包括关闭进气节气门和打开排气再循环阀中的一个或多个。
[0093]用于发动机的方法的另一实施方式包括响应于使排气后处理装置再生的请求，延迟排气后处理装置的再生，直到启用燃料喷射到发动机。延迟排气后处理装置的再生可以进一步包括延迟排气后处理装置的再生，直到排气温度达到阈值温度，并且到全部汽缸的燃料喷射都停用。
[0094]方法也可以包括在燃料喷射停用之后，将在排气后处理装置上游的排气维持在富空燃比，由到排气的还原剂喷射、进气的节流和排气再循环的流动中的一种或多种维持排气在富空燃比。
[0095]注意，本文包括的实例控制和评估方法可与不同发动机和/或交通工具系统配置一起使用。本文描述的具体方法可以代表诸多处理策略的一种或多种，比如事项驱动的、中断驱动的、多任务处理、多线程处理等等。因此，所示出的不同行为、操作和/或功能可以以示出的顺序、并行地或在一些省略的情况下执行。同样，不必要求处理的顺序来实现本文所描述的实例实施方式的特征和优势，而是为了便于示出和描述而提供。所示出的动作、操作和/或功能的一种或多种可以取决于所使用的具体策略重复地执行。进一步，所描述的动作、操作和/或功能可以图示地表示要编程入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器的代码。
[0096]应该理解，本文公开的配置和方法实际上是示范性的，并且这些具体的实施方式不以限定的含义考虑，因为许多改变是可能的。例如，上述技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包含本文公开的不同系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的全部新颖的和非显而易见的结合与子结合。
[0097]权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些结合和子结合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应该被理解成包含并入一个或更多这种元件，既不要求也不排除两个或更多这种元件。本文公开的特征、功能、元件和/或性质的其他结合和子结合可以通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中的新权利要求的递交而要求保护。这些权利要求，无论其相对于原始权利要求在范围上更宽、更窄、相等或不同，也被认为是包含在本公开主题范围内。
【权利要求】
1.一种用还原剂加浓内燃机的排气的方法，所述内燃机包括至少一个汽缸，其具有用于增压空气进入的进气系统、用于排放排气的排气排放系统和用于还原氮氧化物的至少一个排气后处理系统，所述至少一个排气后处理系统布置在所述排气排放系统中，并且被周期性提供还原剂供应，所述方法包括: 当由于不存在负荷需求而使所述内燃机的所述至少一个汽缸的燃料供应停用时，在所述至少一个排气后处理系统上游的所述排气排放系统中用所述还原剂加浓所述排气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于还原所述氮氧化物的所述排气后处理系统包括选择性催化转化器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用于还原所述氮氧化物的所述排气后处理系统包括存储催化转化器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原剂包括氨。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原剂包括燃料。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 在所述内燃机的超限状况期间，由于不存在负荷需求，停用所述内燃机的至少一个汽缸的燃料供应；以及 由还原剂加浓所述排气。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 在使用所述内燃机的交通工具的发动机制动状况期间，由于不存在负荷需求，停用所述内燃机的至少一个 汽缸的燃料供应；以及 由还原剂加浓所述排气。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述内燃机在所述进气系统中具有节流元件，并且进一步包括在所述排气加浓期间用所述节流元件限制经所述进气系统进入的增压空气。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述排气加浓期间启用排气再循环系统，所述排气再循环系统包括返回管线，所述返回管线从所述排气排放系统分支并且形成分支且通向所述进气系统，其中所述启用包括打开排气再循环阀以使增压空气返回。
10.根据权利要求9所述的方法，其中用于加浓所述排气的所述还原剂被引入所述返回管线分支的上游的所述排气排放系统中。
11.根据权利要求9所述的方法，其中用于加浓所述排气的所述还原剂被引入在所述返回管线分支的下游的所述排气排放系统中。
12.—种用于发动机的方法,包括: 响应于燃料喷射的暂时停用，加浓发动机排气以再生布置在所述发动机下游的排气路径中的排气后处理装置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中加浓所述发动机排气进一步响应于在所述排气后处理装置上的NOx负荷高于阈值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中加浓所述发动机排气包括将还原剂喷射到所述排气后处理装置上游的所述发动机排气。
15.根据权利要求12所述的方法，其中加浓所述发动机排气包括将还原剂喷射到发动机进气口上游的再循环排气中。
16.根据权利要求12所述的方法，其中加浓所述发动机排气包括关闭进气节气门和打开排气再循环阀中的一个或多个。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括响应于发动机减速事件暂时停用所述燃料喷射。
18.—种用于发动机的方法,包括: 响应于排气后处理装置再生的请求，延迟所述排气后处理装置的再生，直到停用燃料喷射到所述发动机。
19.根据权利要求18所述的方法，其中延迟所述排气后处理装置的再生进一步包括延迟所述排气后处理装置的再生，直到排气温度达到阈值温度，并且停用燃料喷射到所有汽缸。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括在燃料喷射停用之后，将在所述排气后处理装置上游的排气维持在富空燃比，通过还原剂喷射到所述排气、节流进入空气和使排气再循环流动中的一个或多个将所述排气维持在富空燃比。
【文档编号】F01N3/36GK103541795SQ201310302337
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】M·A·施奈德, K·福特, J·凯斯特雷诺, D·罗默, F·林森, Y·M·S·雅库伯 申请人:福特环球技术公司