[发明专利]控制联接到被动选择性催化还原后处理系统的内燃机的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月24日提交的美国临时申请No. 61/347,801的权益，上述申请在此作为参考引入。

技术领域

本发明涉及配置成以两个分立燃烧模式操作的内燃机和排气后处理系统。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

已知的火花点火（SI）发动机将空气/燃料混合物引入每个气缸中，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点火。已知的压缩点火（CI）发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷入燃烧气缸内，加压燃料在喷射后被点火。SI发动机和CI发动机两者的燃烧均包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。

SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可被设置用于在预定速度/负载操作条件下以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作，也称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学作用控制的分布式、无火焰、自动点火燃烧过程。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时间时具有在组分、温度以及残余排气方面优选是均质的气缸充气。HCCI燃烧是一种分布式动力受控燃烧过程，其中发动机用稀释的空气/燃料混合物（即，稀于化学计量比空气/燃料点）操作，具有相对低的峰值燃烧温度，从而得到低NO_X排放。均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和颗粒排放物的浓缸内燃烧区域的出现最小化。

发动机空气流可以通过选择性地调节节气门阀的位置、以及开启和关闭进气阀和排气阀来控制。在如此配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开启和关闭可以使用可变阀致动系统来调节，所述可变阀致动系统包括可变凸轮定相和可选择多级阀升程，例如提供两个或更多阀升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置变化不同，多级阀升程机构的阀位置的变化是离散梯级变化。

当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机以稀或化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门宽开启以使得发动机泵送损失最小化。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启位置的0％至100％的位置范围内控制，以控制进气空气流从而实现化学计量比空气/燃料比。

在配置成以SI和HCCI燃烧模式操作的发动机中，燃烧模式之间的过渡会是复杂的。发动机控制模块必须协调多个装置的致动，以便为不同模式提供期望空气/燃料比。在HCCI燃烧模式和SI燃烧模式之间过渡期间，几乎瞬时地发生阀升程切换，同时对凸轮移相器和歧管压力的调节具有较慢动态特性。可能发生不完全燃烧和不点火，直到实现期望空气/燃料比，从而导致扭矩扰动。

在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，自动点火燃烧的定时受到在压缩之前和在点火之前压缩期间的气缸充气温度以及受到气缸充气的混合物组分影响。与最大效率相关的期望自动点火定时通过考虑影响气缸充气温度的所有影响参数来实现。

在自动点火燃烧模式操作的已知发动机使用标定表作为在发动机控制模块中执行的总体发动机控制方案的一部分而考虑操作状况。已知HCCI发动机控制方案包括用于基于有限数量的输入参数控制发动机参数的标定值，包括例如发动机负载、发动机速度和发动机冷却剂温度。测量输出参数用于控制（除了其它之外）热残余物的量（经由可变凸轮定相）和冷残余物的量（经由排气再循环速率），因而控制缸内气体温度。

已知控制系统使用反馈控制算法来补偿环境和大气参数对点火定时和空气/燃料比的影响。复杂的多维标定表可用于考虑所有影响参数。

在中等范围负载状况时以HCCI燃烧模式操作的已知发动机可在燃烧循环中增加燃料延迟，以在排气供应流中提供附加烃，以便产生用于NO_X还原的氨，从而在没有相应扭矩益处的情况下消耗燃料。

配置成以HCCI燃烧模式操作的发动机的已知后处理系统可具有用于计量进入排气供应流以用于选择性催化还原的尿素或其它还原剂的主动喷射系统。

在燃料切断事件之后的发动机再次点火期间，已知发动机以化学计量比或浓于化学计量比操作以消耗存储在三效催化转换器中的氧，且防止与稀发动机操作有关的NO_X渗漏，从而在没有相应扭矩益处的情况下消耗燃料。

发明内容