用于再生NOx存储催化转化器的方法
【专利摘要】本申请提供用于再生包含选择性的可切换汽缸的多汽缸内燃发动机的NOX存储催化转化器的方法和系统。在可允许的发动机工况期间，可切换汽缸可以被停用，以便使用与来自停用的汽缸的未燃烧气体混合的来自活跃汽缸的富排气来再生NOX存储催化转化器。
【专利说明】用于再生NOx存储催化转化器的方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2015年4月24日提交的德国专利申请N0.102015207595.8的优先权，该德国专利申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
[0003]本说明书总体涉及用于再生包含至少一个可切换汽缸的内燃发动机的NOx存储催化转化器的系统和方法。
【背景技术】
[0004]各种方式被提供用于再生内燃发动机的NOx存储催化转化器。如在US6，904，752B2中所示的一种示例方式包含汽缸停用。为了NOx存储催化转化器的再生的目的，在这里用富燃料空气混合物运行激活的汽缸以获得丰富的或富排气成分。这确保增加的排气温度并且还提供足量的反应伙伴(react1n partners)用于NOx存储催化转化器内约束的氮氧化物。
[0005]在另一示例方式中，根据US2003/0188527A1可知可用来运行多汽缸内燃发动机的发动机控制系统。在其中，发明人示出一些汽缸能够被停用，并且在某些运行情况下，内燃发动机能够以减少数量的活跃汽缸来运行。在这段时间期间，为了NOx存储催化转化器的再生的目的，活跃汽缸的运行参数被调节，使得NOx存储催化转化器被改变到适于再生的状
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[0006]在又一示例方式中，根据US2014/0026872A1可知内燃发动机和用于内燃发动机的运行方法，其中内燃发动机的一些汽缸能够根据需要被停用并且发动机在停用期间以剩余数量的活跃汽缸来持续运行。停用的汽缸的入口 /进气门和排气门的控制被实施，使得活跃汽缸的排气能够沿与从停用的汽缸的出口侧到停用的汽缸的入口侧的方向相反的方向经由共用排气歧管流动。沿相反方向流过停用的汽缸的排气能够在共用入口箱的附近与用于活跃汽缸的新鲜气体混合。因此，排气再循环实际上通过停用的汽缸发生。
【发明内容】
[0007]本公开的目的是描述一种方法，稀燃发动机的NOx存储催化转化器使用该方法能够在日常工况下被有效地再生。对于稀燃发动机的NOx存储催化转化器的再生，传递具有过量的未燃尽烃和一氧化碳的富混合物到NOx存储催化转化器是必要的。这应当特别在低负荷下实现有效的再生。此外，为了再生的目的，在从稀燃模式到富燃模式的过渡阶段期间由内燃发生机输出的扭矩应当能够以可控的方式被运行。此外，内燃发动机的高效率在再生阶段期间也应当是可实现的并且是为了制备NOx存储催化转化器的再生。此外，对NOx存储催化转化器的再生必要的时间窗应当能够被保持很短，这对用于去除来自NOx存储催化转化器的氮氧化物的氧化反应以能够尽快进行是必要的。
[0008]发明人在此已经意识到以上问题并且已经确认一种方式，上述问题可以通过该方式至少部分地解决。用于再生多汽缸内燃发动机的NOx存储催化转化器的一种示例方法包含停用内燃发动机的至少一个可切换汽缸、维持停用的汽缸的至少一个进气门和至少一个排气门部分地打开、引导新鲜空气流通过停用的汽缸、运行内燃发动机的至少一个活跃汽缸以及将来自活跃汽缸的排气流引导到NOx存储催化转化器，其中在NOx存储催化转化器的再生期间，从停用的汽缸发出的未燃烧气体的第一部分被添加到活跃汽缸的排气，以及未燃烧气体的第二部分经由冷却设备被冷却并且被再循环到可切换汽缸和/或活跃汽缸的入口侧。
[0009]—种用于再生多汽缸内燃发动机的NOx存储催化转化器的方法，该多汽缸内燃发动机包含汽缸停用并且包含在内燃发动机的运行期间能够被停用的至少一个汽缸，该方法包含传递来自至少一个非停用(活跃)汽缸的排气流通过NOx存储催化转化器、运行内燃发动机的至少一个活跃汽缸，使得NOx存储催化转化器的再生能够发生。在能够被停用的至少一个汽缸的汽缸停用周期期间，非活跃汽缸的至少一个进气门和至少一个排气门被保持至少部分地打开以使新鲜气体流能够通过非活跃汽缸；以及将从在排气侧上的非活跃汽缸发出的未燃烧气体(新鲜空气)流返回到内燃发动机的入口侧。被再循环到至少一个非活跃汽缸和/或(多个)活跃汽缸的入口侧的未燃烧气体的至少第一部分的混合可以发生。此外，未燃烧气体的至少第二部分可以被添加到至少一个活跃汽缸的排气。
[0010]通过NOx存储催化转化器的排气流量由被再循环朝向催化转化器的未燃烧气体的一部分降低。由于通过NOx存储催化转化器的体积流量/质量流量的所述降低，所以NOx存储催化转化器中的活跃/燃烧汽缸的剩余排气的排气成分的停歇周期被延长，使得发生在NOx存储催化转化器中的校正(redact1n)具有可用的更多时间来进行。这种降低的空间速度改进具有富排气的NOx存储催化转化器的再生效率。
[0011]此外，存在离开(多个)非活跃汽缸的排气系统中的未燃尽气体(未燃烧气体)的量的降低。因此，对NOx存储催化转化器的再生必要的排气成分的浓度被增加。在所述排气成分的较高浓度的情况下，化学反应性也增加，这总体引起NOx存储催化转化器的再生效率的增加。
[0012]由于活跃汽缸的排气流通过NOx存储催化转化器，所以NOx存储催化转化器中的所述排气的温度较高，因为所述体积流量/质量流量未由来自非活跃汽缸的未燃烧气体稀释并且从而被冷却。因为来自非活跃汽缸的未燃烧气体的所述不需要冷却，所以在内燃发动机上具有低负荷的现有技术下，流过NOx存储催化转化器的排气的温度经常太低以至不能引起NOx存储催化转化器的再生。使用根据本公开的方法，即使对于低发动机负荷，也成功获得足够高的排气温度，所以即使在内燃发动机上的低负荷下，再生NOx存储催化转化器的有效再生也可实现。
[0013]此外，使用根据本公开的方法，由于汽缸停用运行，所以剩余活跃汽缸可以在较大负荷下运行，该较大负荷通常用较富的混合物来实现。因为甚至在较低的总发动机负荷下个别汽缸在较高负荷下运行，所以获得NOx存储催化转化器的再生所需要的富排气的附加燃料成本降低。在现有技术中，燃料的这种附加量通常凭借附加喷射设备被添加到内燃发动机下游的排气流中。这可以在使用根据本发明的方法时被省掉，或者显著较小量的后喷射燃料能够足以实现NOx存储催化转化器的有效再生。这增加了内燃发动机的总体效率。
[0014]此外，在现有技术中，凭借后喷射提供一种用于NOx存储催化转化器的再生的控制良好或可准确控制的排气成分经常是有问题的。因为后喷射对使用根据本公开的方法来调整排气成分不再是必要的，或者后喷射必须在显著较小的程度上被使用，所以排气成分基本上由从发动机(从活跃汽缸)发出的排气预定，控制和调整是较简单和较准确的。
[0015]此外，在再生阶段期间对NOx存储催化转化器的再生必要的富排气的成分也能够使用根据本公开的方法被较好地且以较简单的方式维持。
[0016]根据本公开的方法的特定优点是:由于计量添加(meteredaddit1n)能够被再循环到至少一个活跃汽缸的排气的未燃烧气体的至少一部分的可能性，所以在NOx存储催化转化器的再生阶段期间用于调整和优化通过NOx存储催化转化器的排气温度和体积流量的灵活性以及在所述时间周期内的其优化均被增加。
[0017]在本发明的有利实施例中，从至少一个非活跃汽缸发出的新鲜气体的至少第二部分沿排气流的方向从再循环管路被可控地添加到NOx存储催化转化器上游的活跃汽缸的排气。使用所述措施，NOx存储催化转化器被成功地提供在输入侧上，其中该输入侧具有来自活跃汽缸的排气和离开非活跃汽缸的未燃烧气体的优化混合物。有利地，这种计量添加发生在NOx存储催化转化器上游的足够距离处，以便确保来自活跃汽缸的排气与从非活跃汽缸发出的新鲜气体的充分混合。
[0018]在根据本公开的方法的特定实施例中，未燃烧气体被可控地添加到涡轮增压器的涡轮上游的活跃汽缸的排气。通过这种措施，实现两种排气成分一起流过涡轮增压器的涡轮，以便实现良好的混合。另一方面，如果未燃烧气体的计量添加已经发生在涡轮增压器涡轮上游的“热”排气系统中，则最后流过NOx存储催化转化器的排气成分的排气性质的可控性较容易影响或控制。
[0019]为了能够提供用于NOx存储催化转化器的再生的足够富的排气成分，建议至少在根据本公开的过程期间，使用富混合物、特别是使用具有空燃当量比(λ)>1的混合物来运行剩余活跃汽缸。
[0020]根据本发明的进一步有利的实施例，从非活跃汽缸再循环的未燃烧气体(其被再循环到在入口侧上的内燃发动机)被冷却。在例如不能够承受高气体温度的入口侧上有进气歧管的情况下，这可能特别有必要。此外，供给内燃发动机的新鲜气体被阻止以不需要的方式受到加热。
[0021]在本公开的进一步有利的实施例中，多个汽缸随着负荷降低或者随着内燃发动机的转速减小而被停用。其结果是为了满足当前驾驶员的愿望或内燃发动机的当前负荷，剩余活跃汽缸能够以较高负荷运行并且因此较富的混合物在排气中可以可用(以用于NOx存储催化转化器再生)。
[0022]在进一步有利的实施例中，新鲜气体和从非活跃汽缸发出的排气或未燃烧气体彼此分离地，至少部分地且至少在内燃发动机之外地被传送到可以被停用的汽缸和不可以被停用的汽缸。气体流的所述分离例如使从非活跃汽缸发出的未燃烧气体能够排它地被传送到发动机入口侧上的非活跃汽缸，或者可选地可能凭借合适的计量阀(dosing valve)，也与用于活跃汽缸的新鲜气体混合。
[0023]有利地，从至少一个非活跃汽缸发出的未燃烧气体到活跃汽缸的排气的计量添加凭借至少一个阀设备(例如，从再循环管路到排气系统的分支阀)发生在出口侧上。
[0024]例如，计量添加能够以预定体积流量或质量流量持续地发生。然而，计量添加也能够通过对“打开”和“关闭”的阀位置计时凭借不可控阀而发生。
[0025]合适地，计量添加能够被控制和/或被调节，使得对NOx存储催化转化器的再生必要的运行参数至少在对NOx存储催化转化器的再生必要的时间周期内被保持恒定或几乎恒定。一个这种运行参数是例如正在流过NOx存储催化转化器的排气中的氧浓度。其它运行参数能够是流过NOx存储催化转化器的排气温度和体积流量/质量流量。
[0026]为了实施用于NOx存储催化转化器再生的上述方法，可以提供一种多汽缸内燃发动机，该多汽缸内燃发动机包含能够被停用的至少一个汽缸，其中能够被停用的可切换汽缸包含进气歧管和排气歧管。进气歧管和排气歧管凭借再循环管路流体地被连接，其中至少在停用状态(可切换汽缸的非活跃状态)下，再循环管路能够运送正在流过可切换汽缸的未燃烧气体流。根据本公开，再循环管路凭借计量管路被连接到内燃发动机的排气系统，其中将被再生的NOx存储催化转化器被布置在排气系统中。
[0027]合适地，提供一种阀设备，从(多个)非活跃汽缸发出的未燃烧气体凭借该阀设备能够以控制的方式被添加到来自活跃汽缸的排气流。在这种情况下，阀设备能够是持续可调整的调节阀，从至少一个非活跃汽缸发出的未燃烧气体的O与100%之间的可选成分能够使用调节阀被可控地添加到来自NOx存储催化转化器上游的活跃汽缸的排气流。
[0028]为了根据需要提供被传送的气体流的分离，能够被停用的汽缸和不可能被停用的汽缸均包含彼此分离的共用的进气歧管和/或排气歧管。
[0029]为了实现被提供给NOx存储催化转化器的排气成分的灵活性的进一步增加，将来自其它可切换汽缸的每个可切换汽缸与从其排气歧管到其进气歧管的再循环管路关联可能是有利的，其中阀设备被布置在来自可切换汽缸的至少一个再循环管路中，从可切换汽缸发出的新鲜气体凭借阀设备计量添加到活跃汽缸的排气是可能的。
[0030]在多个再循环管路的情况下，凭借被分离地激活或被分离地调节的阀设备混合来自非活跃汽缸的不同气体流到排气系统或来自活跃汽缸的排气可能是有利的。
[0031]切换阀可以用于基于阀位置将来自非活跃汽缸的未燃烧气体供给到排气系统或进气系统。如果必要，则用于冷却再循环的新鲜气体的冷却器能够被提供在至少一个再循环管路中。
[0032]此外，用于合适地执行方法的设备包含控制系统，凭借该控制系统从至少一个非活跃汽缸发出的未燃烧气体到活跃汽缸的排气的计量添加能够由阀设备控制和/或调节。
【附图说明】
[0033]图1示出根据本公开的内燃发动机的示例第一实施例。
[0034]图2示出根据本公开的内燃发动机的示例第二实施例。
[0035]图3示出图示说明被实施用于NOx存储催化转化器的再生的方法的流程图。
[0036]图4示出NOx存储催化转化器的示例再生。
【具体实施方式】
[0037 ]在图1中不出根据本公开的内燃发动机I的第一实施例100 ο在四汽缸内燃发动机的示例性实施例中，多汽缸内燃发动机I包含至少一个可以被停用的汽缸(可切换汽缸)(在示例实施例中为可以被停用的两个汽缸2)和至少一个活跃汽缸(在示例实施例中为两个活跃汽缸3)。内燃发动机I包含入口/进气侧4和排气侧5。汽缸2和3中的每一个包含至少一个进气门6和至少一个排气门7。在排气侧上，内燃发动机I包含排气系统8，在排气系统8中被布置有NOx存储催化转化器9，排气10能够流过NOx存储催化转化器9。具有涡轮I Ia和压缩机Ilb的涡轮增压器11被布置在NOx存储催化转化器的上游。
[0038]在入口侧上，活跃汽缸3包含共用的第一进气歧管12。可切换汽缸2包含共用的第二进气歧管13。第一和第二进气歧管12和13在汽缸2和3上游的交叉点处彼此流体连接。进气歧管12，13两者被连接到新鲜气体供给管路14。涡轮增压器11的压缩机Ilb被布置在新鲜气体供给管路14中的上游。在排气侧上，活跃汽缸3包含共用的第一排气歧管15。在排气侧上，可切换汽缸2包含共用的第二排气歧管16。第二排气歧管16凭借再循环管路17被连接到可切换汽缸2的第二进气歧管13。因为两个进气歧管12、13彼此流体连接，所以经由再循环管路17到达第二进气歧管13的再循环气体也可以流入经过第一进气歧管12。以此方式，来自可切换汽缸2的再循环气体可以到达活跃汽缸3。
[0039]能够以切换阀或计量阀形式的阀设备18例如被布置在再循环管路17中。阀设备18凭借计量管路19被连接到内燃发动机I的排气系统8。此外，内燃发动机I包含用于保持能够被停用的汽缸2的进气门4和排气门5在可切换汽缸2被停用的时间周期期间至少部分打开的合适的设备(未示出)，使得未燃烧(新鲜)气体20能够在可切换汽缸2停用周期期间流过可切换汽缸2。新鲜气体供给管路14中的新鲜气体20处于由具有根据本发明的设备的压缩机Ilb产生的超压下，使得如果停用的汽缸2的进气门6和排气门7两者同时打开，则新鲜气体20流通过被停用的汽缸2也是可能的。
[0040]在入口侧上，内燃发动机I被提供有由压缩机Ilb预压缩的新鲜气体20。新鲜气体20能够在可切换汽缸2的停用周期期间流过可切换汽缸2且流过打开的进气门6和排气门7。未燃烧气体可以流过可切换汽缸2并且进入可切换汽缸2的第二排气歧管16。第二排气歧管16被连接到再循环管路17，使得从出口侧上的停用的汽缸2发出的未燃烧气体20能够作为再循环流21凭借再循环管路17被传递到可切换汽缸2的第二进气歧管13。再循环流21的一部分能够凭借阀设备18以计量方式被供给到排气系统8。再循环流21的所述部分被称为计量流22。
[0041 ]流出活跃汽缸3的燃烧排气(以下被称为排气流23)也被传递到排气系统8。排气流23和计量流22因此被组合在排气系统8中以形成排气10。排气10传递通过涡轮增压器11的涡轮I Ia并且在它传递进入NOx存储催化转化器9之前被膨胀和冷却。排气10的氧浓度和因此排气成分能够凭借合适的传感器(例如，λ探头24)被确定。合适地，NOx存储催化转化器9包含温度传感器25，使用温度传感器25能够确定NOx存储催化转化器的温度，或替代地或附加地确定流过NOx存储催化转化器9的排气1的温度。控制系统30确定计量流22的强度的合适值(例如，使用λ探头24和温度传感器25的测量值)以及控制阀设备18使得计量流22被标出(dimens1n)，以便实现用于NOx存储催化转化器9的再生的优化条件。控制系统30可以接收来自多个传感器(本文描述了其示例)的信息并且发送控制信号到多个致动器(本文描述了其示例)。作为一个示例，除了上述传感器之外，传感器可以包括MAP传感器、压缩机入口温度传感器、压缩机入口压力传感器、压缩机入口湿度传感器以及EGR传感器。诸如附加压力、温度、空气/燃料比和成分传感器的其它传感器可以被耦接到发动机系统I中的各个方位。致动器可以包括例如阀设备18节气门、废气门和燃料喷射器。控制系统可以包括控制器。控制器可以接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据并且响应于基于对应于一个或多个程序被编程在其中的指令或代码的处理的输入数据来触发各种致动器。
[0042]图1示出处于运行状态的根据本公开的内燃发动机，其中可切换汽缸2被停用(非活跃)。在这种状态下，从停用的汽缸2发出的未燃烧气体凭借再循环管路17被传送到可切换汽缸2的第二进气歧管13。如果可切换汽缸2未处于停用状态而处于活跃状态，则来自(现在为活跃的)可切换汽缸2的燃烧排气传递到可切换汽缸2的第二排气歧管16。所述排气与活跃汽缸3的排气流23—起被直接合适地传递到排气10，而未再循环到入口侧4。在高压气体再循环被期望的情况下，再循环管路17和阀设备18能够运行为用于来自处于活跃状态的可切换汽缸2的燃烧排气的排气再循环设备。
[0043]图2示出根据本公开的内燃发动机I的第二实施例200。内燃发动机I的特征关于图1被描述。先前在图1中介绍的组件被类似地编号并且不再介绍。关于根据图1的实施例已经做出的描述也全部适用于根据图2的实施例。作为对根据图1的实施例的附加，在根据图2的实施例中，冷却设备40被布置在再循环管路17中，再循环流21能够根据需要使用冷却设备40冷却。
[0044]图1-2示出具有各种组件的相对定位的示例配置。在至少一个示例中，如果元件被示出彼此直接接触或直接耦接，则这种元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，在至少一个示例中，被示为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或相邻。作为一个示例，彼此面共享接触放置的组件可以被称为处于面共享接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此分离定位并且其间仅具有空间而无其它组件的元件也可以如上被称呼。
[0045]图3图示说明被实施用于NOx存储催化转化器的再生的示例方法300。用于实施方法300和本文所包括的其它方法的指令可以基于被存储在控制器的存储器上的指令连同从发动机系统的传感器(诸如上面关于图1所描述的传感器)接收的信号由控制器执行。根据下面描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机运行。
[0046]在302处，NOx存储催化转化器中的NOx负荷可以被确定。在一个示例中，NOx负荷可以基于耦接到NOx存储催化转化器的压力传感器(例如，耦接在转化器上游或下游的排气压力传感器)的输出而被确定。作为另一示例，NOx负荷可以基于耦接到催化转化器的NOx传感器的输出而被确定。在304处，所确定的NOx负荷可以与第一上阈值负荷相比。为了维持NOx存储催化转化器的效率，一旦NOx负荷超过第一上阈值负荷，则催化转化器可以被再生(净化)。在306处，程序包括确定NOx存储催化转化器中的当前NOx负荷是否高于阈值负荷。如果确定当前NOx负荷低于第一上阈值负荷，则在308处催化转化器中的NOx水平的监测可以被持续。
[0047]如果确定当前NOx负荷高于第一上阈值负荷，则发动机工况可以被估计并且在312处可以确定选择性的汽缸停用是否是可能的。例如，发动机工况可以基于来自参考图1描述的MAP传感器、λ传感器和其它传感器的测量值而被估计。所估计的发动机运行参数可以包括发动机负荷、驾驶员需求、发动机转速、空燃比、排气温度和排气氧含量。此外，基于发动机运行参数和/或(从导航系统、车载地图等获得的)可用的路线信息，也可以确定是否有用于选择性的汽缸停用的即将到来的机会。给定车辆的内燃发动机可以包含在合适的发动机工况期间(诸如在低负荷状况期间)可以选择性被停用的至少一个可切换汽缸。通过选择性地停用可切换汽缸，剩余活跃汽缸可以在较高的平均汽缸负荷下被运行，从而降低栗动损失。发明人在此已经意识到在选择性的汽缸停用期间(即使在低负荷状况期间)通过利用由活跃汽缸排放的富排气(较高的燃料含量)可以有效地用于再生催化转化器的NOx负荷。
[0048]如果确定选择性的汽缸停用状况未被满足并且没有用于汽缸停用的即将到来的可能性，则在314处发动机汽缸内的空燃比可以被调整以实现NOx存储催化转化器的再生。对于优化催化剂再生，可以在催化剂处期望比化学计量的排气更富的排气(具有更高的燃料含量)。为了促进更富的排气到达催化剂，过量燃料(比化学计量学更高的空燃比)可以被喷射到汽缸。
[0049]如果确定可切换汽缸的选择性停用是可能的，则在316处至少一个可切换汽缸可以被停用。在汽缸停用期间，控制器可以发送信号到供应燃料至这些汽缸的燃料喷射器以在汽缸停用的持续时间期间暂停燃料供给。将被停用的汽缸的数量可以取决于当前发动机工况。作为一个示例，随着发动机负荷降低，可以被停用的汽缸的数量增加。如果发动机以较少数量的汽缸来运行，则比化学计量的排气更富(即，具有相对更高的燃料含量)的排气可以甚至在低负荷状况下从活跃汽缸生成。在可切换汽缸的停用期间，停用的汽缸的进气门和排气门可以被维持在至少部分打开的位置，以便促进未燃烧气体穿过(多个)停用的汽缸。未燃烧气体的第一部分可以经由排气再循环(EGR)系统被再循环到活跃汽缸的进气歧管或返回到停用的汽缸的进气歧管。再循环的未燃烧气体的第二计量部分也可以被添加到主排气通道。通过添加未燃烧气体的调节部分，排气温度、体积排气流量和排气成分(例如，燃料含量和氧含量)基于对优化N0x存储催化转化器再生的需要可以被调整。另外，在整个再生过程中，通过调整未燃烧气体的流量，期望的排气温度、成分和流量(到达NOx存储催化转化器)可以被维持(在恒定水平)。第一部分与第二部分的比基于到达NOx存储催化转化器的排气的温度、体积流量、氧含量和燃料含量中的一个或多个而被调整，其中该比基于从活跃汽缸发出的排气的温度增加、体积流量减小、氧含量减小和燃料含量增加中的一个或多个而被增加。
[0050]在318处，目标排气设置可以基于高于催化转化器的阈值NOx负荷而被确定。例如，促进NOx存储催化转化器再生的期望的排气温度、体积排气流量和排气成分(包括燃料含量和氧含量)可以被确定。在期望的排气温度和成分处，NOx转化器的优化再生可以发生。在一个示例中，随着NOx负荷增加，目标排气温度和排气流量可以增加。作为另一示例，当NOx负荷超过阈值时，排气的丰富度可以增加。
[0051]在320处，EGR设置可以基于期望的排气温度、流量和成分而被调整，使得到达NOx催化转化器的排气可以被优化用于催化剂再生。例如，控制器可以发送信号到耦接到可切换汽缸的EGR系统的EGR阀(诸如如图1所示的阀设备18)的致动器以便调节EGR阀的开口，使得未燃烧气体的计量量可以从(多个)停用的汽缸被引导到NOx存储催化转化器上游和排气涡轮上游的主排气通道。基于期望的排气温度、体积流量和成分，EGR阀开口可以被调整(例如，从最初开口增加或减小)以确保未燃烧气体的期望流量进入主排气通道。另外，进入主排气通道的未燃烧气体的流量可以被维持，使得对NOx存储催化转化器的再生必要的运行参数在整个再生过程中被维持。通过在涡轮上游添加未燃烧气体，该气体可以与从活跃汽缸发出的排气良好混合以产生到达催化转化器的均匀排气流。由于未燃烧气体的较冷温度，通过混合未燃烧气体的优化部分与排气，在NOx催化转化器处所经历的排气温度可以根据需要被降低。另外，到达催化转化器的排气的氧含量可以通过未燃烧气体的受控添加而被改变。由于(多个)可切换汽缸的选择性停用，所以到达催化转化器的排气可以比化学计量的排气更富(具有更高的燃料含量)，从而促进优化催化转化器再生。换句话说，调整EGR阀的开口是基于活跃汽缸的发动机运行参数，随着来自活跃汽缸的排气的体积流量减小、来自活跃汽缸的排气的氧含量减小、来自活跃汽缸的排气的温度增加和来自活跃汽缸的排气的燃料含量增加中的一个或多个，开口增加，以及基于从活跃汽缸发出的排气的体积流量增加、氧含量增加、温度减小和燃料含量减小中的一个或多个，开口减小。
[0052]在322处，NOx存储催化转化器的再生可以发生。在再生事件期间，在催化转化器中捕集的NOx可以被解吸并且在富排气状况下与排气烃反应以产生水和氮气，该氮气经由排气管被释放到大气中。到达催化转化器的排气的优化温度、燃料含量和氧含量确保在在催化转化器中存储的NOx的去除。
[0053]在324处，程序确定再生过程是否是完整的。当NOx存储催化转化器的NOx负荷到达第二下阈值时，则再生过程可以被推知为完整的。如果确定再生过程不是完整的，则在326处发动机可以持续以停用的汽缸运行并且再生过程可以持续。
[0054]如果确定NOx存储催化转化器的再生是完整的，则在330处程序包括确定汽缸再激活状况是否被满足。作为一个示例，响应于发动机负荷高于阈值负荷，汽缸再激活状况可以被确认。如果汽缸停用状况未被满足，则在332处可切换汽缸可以被维持处于停用状态。
[0055]如果确定停用的汽缸的再激活是期望的(例如，在高发动机负荷状况期间)，则在334处可切换汽缸可以被再激活。在再激活的情况下，控制器可以发送信号到耦接到可切换汽缸的燃料喷射器以重新开始到再激活的汽缸的燃料供应。一旦可切换汽缸被再激活，则在336处发动机的所有汽缸可以被运行。
[0056]以此方式，可切换汽缸可以选择性地被停用并且来自(多个)停用的汽缸的未燃烧气体可以用于NOx存储催化转化器的有效再生。
[0057]图4示出示例运行顺序400，该运行顺序400图示说明基于高于催化转化器中的阈值NOx负荷的选择性的汽缸停用和NOx存储催化转化器的再生。水平线(X轴线)表示时间并且竖直标记tl_t3确定在NOx存储催化转化器的再生中的重要时间。
[0058]来自顶部的第一图表，其中曲线402示出发动机负荷随时间的变化。虚线403表示阈值发动机负荷，其中如果发动机负荷低于该阈值负荷时，则可切换汽缸可以被选择性地停用。第二图表中的曲线404示出NOx存储催化转化器的估计的NOx负荷。虚线406和408分别表示上和下阈值NOx负荷。一旦NOx负荷到达上阈值，则催化转化器可以被再生并且再生可以被持续直到NOx负荷下降到下阈值。第三图表中的曲线410示出如经由阀设备(诸如排气再循环阀)调节的从停用的汽缸到主排气通道的未燃烧气体的流量变化。第四图表中的曲线412示出取决于发动机负荷和NOx存储催化转化器再生的可切换汽缸运行。最后图表中的曲线414示出NOx存储催化转化器再生。
[0059]在时间11之前，发动机负荷被观察增加到阈值负荷403之上。在这段时间期间，包括(多个)可切换汽缸的所有汽缸被维持处于活跃状态。由于NOx水平低于上NOx负荷阈值，所以催化转化器此时未被再生。因为可切换汽缸处于活跃状态，所以没有从可切换汽缸到排气通道的未燃烧气体的显著流动。
[0060]在时间tl处，发动机在高于阈值负荷403下运行。高发动机负荷可能是由于增加的驾驶员扭矩需求。此时，NOx存储催化转化器中的NOx负荷可以增加到高于上阈值负荷406的水平。因而，此时，NOx存储催化转化器的再生可以被期望。然而，对于催化转化器的再生，可以期望选择性地停用发动机的可切换汽缸以便从活跃汽缸生成比化学计量的排气更富的排气(具有更高的燃料含量)。富排气可以与捕集的N0x反应并且降低催化转化器中的NOx负荷。此时，可以基于发动机运行参数和/或(从导航系统、车载地图等获得的)可用的路线信息估计有用于发动机负荷降低和选择性的汽缸停用的即将到来的机会(在时间t2处)。基于即将到来的有益于选择性的汽缸停用的发动机工况，催化转化器再生可以推迟到时间t2。然而，如果用于汽缸停用的即将到来的机会不可用，则NOx存储催化转化器的再生可以通过喷射过量燃料到汽缸来开始，以便生成比化学计量的排气更富(更高的燃料含量)的排气。
[0061]在时间t2处，发动机负荷被观察降低到阈值负荷403之下。在这种可允许的发动机负荷处，至少一个可切换汽缸可以被停用。在停用之后，到(多个)停用的汽缸的燃料供应可以被暂停。然而，在停用状态期间，(多个)停用的汽缸的进气门和排气门被维持在部分打开的位置。由于(多个)可切换汽缸的停用，所以由活跃汽缸生成的排气具有空燃当量比(λ)<
I。由于(多个)停用的汽缸的进气门和排气门的打开，所以未燃烧气体(新鲜空气)可以从进气歧管到排气歧管地流过(多个)停用的汽缸。未燃烧气体可以经由再循环通道被再循环到活跃汽缸或停用的汽缸的进气歧管。未燃烧气体的一部分也可以被引导至涡轮和NOx存储催化转化器上游的主排气通道以便稀释离开活跃汽缸的排气。在涡轮处，未燃烧气体与离开活跃汽缸的排气良好混合。
[0062]在时间t2与t3之间，基于到达催化转化器的排气的期望温度、体积流量和成分(用于优化再生)，持续可变的阀设备的开口可以被调整以改变进入排气通道的未燃烧气体的流量。由于未燃烧气体的低温度，所以通过混合该气体与排气，离开活跃汽缸的热排气的温度可以被降低到期望水平。另外，排气的体积流量可以通过未燃烧气体的调节添加而被增加。类似地，到达催化转化器的排气的氧含量可以通过调节未燃烧气体的流量而被调整。在时间t2处，NOx存储催化转化器的再生可以开始。到达催化转化器的优化稀释的富排气(具有未燃烧气体)可以实施再生过程。在再生过程期间，在催化转化器中捕集的NOx可以被解吸并且与存在于富排气中的烃和燃料反应以产生水和氮气，该氮气可以经由排气管被释放到大气中。
[0063]随着再生过程被持续，在时间t2与t3之间，在NOx存储催化转化器处的NOx负荷可以减小直到它到达下阈值NOx负荷408。在时间t3处，在到达下阈值NOx负荷408的情况下，催化转化器可以被视为基本被净化并且再生过程可以被暂停。此时，可以看到发动机负荷增加到阈值负荷403之上。另外，因为再生过程是完整的，所以可切换汽缸可以被再激活并且到可切换汽缸的燃料供应可以重新开始。一旦所有汽缸开始运行，则未燃烧气体可以不再从停用的汽缸流到排气通道。在时间t3之后，发动机持续以处于活跃状态的所有汽缸来运行。
[0064]以此方式，在可允许的发动机工况期间，可切换汽缸可以被停用以便再生NOx存储催化转化器。与来自停用的汽缸的未燃烧气体混合的来自活跃汽缸的富(高燃料含量)排气可以用于催化转化器的再生。
[0065]—种用于再生多汽缸内燃发动机的NOx存储催化转化器的示例方法包含:停用内燃发动机的至少一个可切换汽缸;维持停用的汽缸的至少一个进气门和至少一个排气门部分地打开；引导新鲜空气流通过停用的汽缸;运行内燃发动机的至少一个活跃汽缸；以及将来自活跃汽缸的排气流引导到NOx存储催化转化器;其中在NOx存储催化转化器的再生期间，从停用的汽缸发出的未燃烧气体的第一部分被添加到活跃汽缸的排气，以及未燃烧气体的第二部分经由冷却设备被冷却并且被再循环到可切换汽缸和/或活跃汽缸的入口侧。在前述示例中，附加地或可选地，从停用的汽缸发出的未燃烧气体的第一部分被计量并且沿排气流的方向从再循环管路被添加到涡轮增压器的涡轮和NOx存储催化转化器中的每一个上游的排气。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，第一部分与第二部分的比基于到达NOx存储催化转化器的排气的温度、体积流量、氧含量和燃料含量中的一个或多个而被调整，其中该比基于从活跃汽缸发出的排气的温度增加、体积流量减小、氧含量减小和燃料含量增加中的一个或多个而被增加。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，运行内燃发动机的至少一个活跃汽缸包括使用具有空燃当量比大于I的富空燃混合物来运行活跃汽缸。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，停用内燃发动机的至少一个可切换汽缸包括基于发动机负荷和发动机转速中的一个或多个减小来增加停用的汽缸的数量。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，从可切换汽缸发出的新鲜气体、排气和未燃烧气体中的一个或多个至少部分彼此分离地被传送到可切换汽缸和活跃汽缸中的每一个的进气歧管。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，将从排气侧上的停用的汽缸发出的未燃烧气体计量添加达到活跃汽缸的排气经由至少一个阀设备而发生。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，调整第一部分与第二部分的比通过改变阀设备的开口而被实施，通过增加开口而增加比以及通过减小开口而减小比。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，计量添加被实施，同时至少在对NOx存储催化转化器的再生必要的一段时间内维持用于NOx存储催化转化器的再生的运行参数，该运行参数包括排气温度、排气中的氧含量、排气中的燃料含量和排气的体积流量中的至少一个。
[0066]在另一示例中，内燃发动机系统包含能够被停用的至少一个可切换汽缸，其中该可切换汽缸包含进气歧管和排气歧管;使可切换汽缸的进气歧管流体耦接到排气歧管的再循环管路，其中未燃烧气体可以至少在可切换汽缸的停用状态下流过再循环管路;将再循环管路连接到内燃发动机的排气系统的计量管路，在该排气系统中布置有NOx存储催化转化器;用于调整从至少一个可切换汽缸发出的未燃烧气体流到排气流的耦接到再循环管路的阀设备；以及具有被存储在非临时存储器上的计算机可读指令的控制器，该指令用于:当NOx存储催化转化器中的NOx水平高于阈值时，基于发动机负荷选择性地停用用于至少一个可切换汽缸的燃料；以及使用来自至少一个活跃汽缸的排气和来自至少一个可切换汽缸的未燃烧气体来再生NOx存储催化转化器。在前述示例中，附加地或可选地，阀设备是持续可调整的阀，并且基于阀设备的开口，从至少一个可切换汽缸发出的未燃烧气体的选择的第一部分能够以计量方式被添加到NOx存储催化转化器上游的排气流。附加地或可选地，任何或所有前述示例进一步包含调节阀设备的开口以再循环从至少一个可切换汽缸发出的未燃烧气体的第二部分到活跃汽缸和可切换汽缸中的一个或多个的进气歧管。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，控制器包括用于基于到达NOx存储催化转化器的排气的温度、氧含量、体积流量和燃料含量中的一个或多个来调整第一部分和第二部分的比的进一步指令。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，调整比包括基于到达NOx存储催化转化器的排气的温度增加、氧含量减小、体积流量减小和燃料含量增加中的一个或多个而增加比，以及基于到达NOx存储催化转化器的排气的温度减小、氧含量增加、体积流量增加和燃料含量减小中的一个或多个而减小比。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，每个可切换汽缸和每个活跃汽缸包含共用的进气歧管和/或排气歧管，并且其中再循环管路可以包括使可切换汽缸和活跃汽缸中的每一个的排气歧管耦接到进气歧管的多个流体连接的再循环管路，其中再循环管路的开口经由分离的阀设备来调节。
[0067]在又一示例中，一种用于发动机的方法包含响应于高于排气催化剂的阈值NOx负荷，选择性地停止到可切换发动机汽缸的燃料同时继续将空气栗送通过停用的汽缸的阀；以及调整排气再循环(EGR)阀的开口以混合来自停用的汽缸的未燃烧空气与来自活跃汽缸的排气以在催化剂处提供比化学计量的混合物更富的混合物。在前述示例中，附加地或可选地，调整EGR阀的开口是基于活跃汽缸的发动机运行参数，开口随着来自活跃汽缸的排气的体积流量减小、来自活跃汽缸的排气的氧含量减小、来自活跃汽缸的排气的温度增加和来自活跃汽缸的排气的燃料含量增加中的一个或多个而增加，以及开口基于从活跃汽缸发出的排气的体积流量增加、氧含量增加、温度减小和燃料含量减小中的一个或多个而减小。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，EGR阀被耦接在第一再循环管路中，该第一再循环管路连接可切换汽缸的排气歧管到活跃汽缸的进气歧管、可切换汽缸的进气歧管和容纳排气催化剂的排气通道中的每一个。附加地或可选地，任何或所有前述示例进一步包含经由第二再循环管路将来自活跃汽缸的排气歧管的排气再循环到活跃汽缸的进气歧管和可切换汽缸的进气歧管中的每一个。附加地或可选地，任何或所有前述示例进一步包含使用比化学计量的排气更富的排气再生催化剂直到NOx负荷低于阈值，并且随后再激活可切换发动机汽缸。
[0068]以此方式，通过选择性地停用可切换汽缸，即使在低发动机负荷状况期间，也可以生成可以用于NOx存储催化转化器的再生的富排气。通过利用富排气，用于催化转化器再生的燃料的附加使用可以被降低，从而改进燃料经济性。添加离开停用的汽缸的计量量的未燃烧气体到NOx存储催化转化器上游的主排气通道的技术效果是:排气温度、流量和氧含量可以被调整并且被维持处于基本恒定的水平以优化适合催化转化器的再生状况。
【主权项】
1.一种用于再生多汽缸内燃发动机的NOx存储催化转化器的方法，其包含: 停用所述内燃发动机的至少一个可切换汽缸； 维持停用的汽缸的至少一个进气门和至少一个排气门部分地打开； 将新鲜空气流引导通过所述停用的汽缸； 运行所述内燃发动机的至少一个活跃汽缸；以及 引导来自所述活跃汽缸的排气流到所述NOx存储催化转化器； 其中 在所述NOx存储催化转化器的再生期间，从所述停用的汽缸发出的未燃烧气体的第一部分被添加到所述活跃汽缸的排气，以及所述未燃烧气体的第二部分经由冷却设备被冷却并且被再循环到所述可切换汽缸和/或所述活跃汽缸的入口侧。2.根据权利要求1所述的方法，其中从停用的汽缸发出的所述未燃烧气体的第一部分被计量并且沿所述排气流的方向从再循环管路被添加到涡轮增压器的涡轮和所述NOx存储催化转化器中的每一个上游的所述排气。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分的比基于到达所述NOx存储催化转化器的排气的温度、体积流量、氧含量和燃料含量中的一个或多个而被调整，其中所述比基于从所述活跃汽缸发出的排气的温度增加、体积流量减小、氧含量减小和燃料含量增加中的一个或多个而被增加。4.根据权利要求1所述的方法，其中运行所述内燃发动机的至少一个活跃汽缸包括以具有空燃当量比大于I的富空燃混合物来运行所述活跃汽缸。5.根据权利要求1所述的方法，其中停用所述内燃发动机的至少一个可切换汽缸包括基于发动机负荷和发动机转速中的一个或多个的减小来增加停用的汽缸的数量。6.根据权利要求1所述的方法，其中从所述可切换汽缸发出的新鲜气体、排气和未燃烧气体中的一个或多个被至少部分彼此分离地传送到所述可切换汽缸和所述活跃汽缸中的每一个的进气歧管。7.根据权利要求2所述的方法，其中将从所述排气侧上的所述停用的汽缸发出的未燃烧气体计量添加到所述活跃汽缸的所述排气经由至少一个阀设备发生。8.根据权利要求7所述的方法，其中调整所述第一部分和所述第二部分的比通过改变所述阀设备的开口而被实施，通过增加所述开口而增加所述比并且通过减小所述开口而减小所述比。9.根据权利要求2所述的方法，其中所述计量添加被实施同时至少在对所述NOx存储催化转化器的再生必要的一段时间内维持用于所述NOx存储催化转化器的再生的运行参数，所述运行参数包括排气温度、排气中的氧含量、排气中的燃料含量和排气的体积流量中的至少一个。10.—种内燃发动机系统，其包含: 能够被停用的至少一个可切换汽缸，其中所述可切换汽缸包含进气歧管和排气歧管；使所述可切换汽缸的所述进气歧管流体耦接到所述排气歧管的再循环管路，其中未燃烧气体能够至少在所述可切换汽缸的停用状态下流过所述再循环管路； 将所述再循环管路连接到所述内燃发动机的排气系统的计量管路，在所述排气系统中布置有NOx存储催化转化器； 用于调整从所述至少一个可切换汽缸发出的未燃烧气体流到排气流的耦接到所述再循环管路的阀设备；以及 具有被存储在非临时存储器上的计算机可读指令的控制器，所述指令用于: 当所述NOx存储催化转化器中的NOx水平高于阈值时， 基于发动机负荷选择性地停止用于至少一个可切换汽缸的燃料；以及 使用来自至少一个活跃汽缸的排气和来自所述至少一个可切换汽缸的未燃烧气体来再生所述NOx存储催化转化器。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述阀设备是持续可调整的阀，并且基于所述阀设备的开口，从所述至少一个可切换汽缸发出的所述未燃烧气体的选择的第一部分能够以计量方式被添加到所述NOx存储催化转化器上游的所述排气流。12.根据权利要求10所述的系统，进一步包含:调整所述阀设备的开口以再循环从所述至少一个可切换汽缸发出的所述未燃烧气体的第二部分到活跃汽缸和所述可切换汽缸中的一个或多个的进气歧管。13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器包含用于基于到达所述NOx存储催化转化器的排气的温度、氧含量、体积流量和燃料含量中的一个或多个来调整所述第一部分和第二部分的比的进一步指令。14.根据权利要求13所述的系统，其中调整所述比包括基于到达所述NOx存储催化转化器的排气的温度增加、氧含量减小、体积流量减小和燃料含量增加中的一个或多个来增加所述比，以及基于到达所述NOx存储催化转化器的排气的温度减小、氧含量增加、体积流量增加和燃料含量减小中的一个或多个来减小所述比。15.根据权利要求11所述的系统，其中每个所述可切换汽缸和每个所述活跃汽缸包含共用的进气歧管和/或排气歧管，并且其中所述再循环管路可以包括使所述可切换汽缸和所述活跃汽缸中的每一个的所述排气歧管耦接到所述进气歧管的多个流体连接的再循环管路，其中所述再循环管路的开口经由分离的阀设备被调节。16.一种用于发动机的方法，其包含: 响应于高于排气催化剂的阈值NOx负荷， 选择性地停止到可切换发动机汽缸的燃料同时继续将空气栗送通过停用的汽缸的阀；以及 调整排气再循环即EGR阀的开口以混合来自所述停用的汽缸的未燃烧空气与来自活跃汽缸的排气以在所述催化剂处提供比化学计量的混合物更富的混合物。17.根据权利要求16所述的方法，其中调整所述EGR的开口是基于所述活跃汽缸的发动机运行参数，所述开口随着来自所述活跃汽缸的排气的体积流量减小、来自所述活跃汽缸的排气的氧含量减小、来自所述活跃汽缸的排气温度增加和来自所述活跃汽缸的排气的燃料含量增加而增加。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述EGR阀被耦接在第一再循环管路中，所述第一再循环管路使所述可切换汽缸的排气歧管连接到所述活跃汽缸的进气歧管、所述可切换汽缸的进气歧管和容纳所述排气催化剂的排气通道中的每一个。19.根据权利要求16所述的方法，进一步包含:经由第二再循环管路再循环来自所述活跃汽缸的排气歧管的排气到所述活跃汽缸的进气歧管和所述可切换汽缸的进气歧管中的每一个。20.根据权利要求16所述的方法，进一步包含:使用比化学计量的排气更富的排气再生所述催化剂直到所述NOx负荷低于所述阈值，并且随后再激活所述可切换发动机汽缸。
【文档编号】F02D41/00GK106065820SQ201610259476
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月25日 公开号201610259476.6, CN 106065820 A, CN 106065820A, CN 201610259476, CN-A-106065820, CN106065820 A, CN106065820A, CN201610259476, CN201610259476.6
【发明人】F·D·斯迈特, C·W·维吉尔德, D·罗杰, M·A·施奈德
【申请人】福特环球技术公司