[发明专利]减少排气排放的气态燃料的后燃料喷射

说明书

本发明涉及减少排气排放的气态燃料后燃料喷射。提供了一种方法和系统，其用于在发动机冷起动期间作为被分成进气冲程、压缩冲程和/或做功冲程的多次燃料喷射来输送气态燃料，以加速排气催化剂加热。在进气和压缩冲程中喷射的燃料被点火并燃烧。做功冲程燃料喷射在排气道中被燃烧以增加排气温度和压力以便催化剂更快地起燃。

技术领域

本申请涉及通过喷射液化石油气(LPG)减少在升压发动机中的颗粒排气排放的方法和系统。

背景技术

发动机可以被配置成：具有直接燃料喷射器，该直接燃料喷射器将燃料直接喷射到燃烧室内(直接喷射)；和/或具有进气道燃料喷射器，该进气道燃料喷射器将燃料喷射到汽缸进气道内(进气道燃料喷射)。除了更好地实现喷射燃料的充气冷却效果，直接喷射允许实现较高的燃料效率和较高的功率输出。

此外，在发动机冷起动期间，燃料的直接喷射在做功冲程或排气冲程(也被称为后燃料喷射)期间或在压缩冲程后期允许排气催化剂的快速加热。加快排气催化剂加热的一种示例方法由Nagai等人在美国6374798中示出。其中，当需要更多的催化剂加热时，燃料在压缩冲程中被喷射，并且当需要较少的催化剂加热时，燃料在进气冲程中被喷射。

然而，发明人在此已经认识到汽油直接喷射的发动机在冷起动和发动机预热期间由于扩散火焰传播(其中燃料在燃烧之前不能与空气充分地混合)以及由于汽缸壁湿润而产生更多的颗粒物排放(或煤烟)。由于直接喷射本质上是相对较晚的燃料喷射，所以可能没有足够的时间用于喷射的燃料与汽缸内空气混合。类似地，当流过气门时，喷射的燃料会遭遇较少的扰动。因此，可以存在富燃烧的凹穴(pocket)，这会局部地产生煤烟、劣化排气排放。同样地，经由直接喷射器作为后燃料喷射或较晚的压缩冲程喷射的汽油的输送能够导致增加的活塞燃料湿润和尾气管颗粒排放的显著增加。

发明内容

发明人在此已经认识到至少一些上述提到的问题可以通过使用以如液化石油气的气态燃料的直接喷射来操作发动机系统的方法来解决。一个示例方法包括：在发动机冷启动期间，在第一燃烧事件的进气冲程和压缩冲程中的一个或更多个期间燃烧第一量的气态燃料；并且在第一燃烧事件的做功冲程期间燃烧第二量的气态燃料，第一量与第二量的比被调整以能够实现火花塞处丰富的空-燃比，用于提高发动机稳定性同时维持汽缸内的总燃烧空-燃比在化学计量比处。以此方式，可以加速催化剂加热而不会劣化排气排放物。

作为示例，发动机系统可以被配置成具有液化石油气(LPG)燃料输送系统，并且气态燃料(例如，LPG)可以被直接喷射到燃烧室内。在发动机冷起动条件期间，如当排气催化剂温度低于阈值温度或效率时，气态燃料可以作为进气冲程喷射或压缩冲程喷射中的一个或更多个被输送到发动机。随着排气催化剂温度在发动机冷起动时降低，燃料喷射可以更加偏向于压缩冲程喷射。同样地，进气冲程喷射可以使得实现良好的混合并且在催化剂加热期间喷射可以是稀贫的。然后，压缩冲程喷射可以被用于使得火花塞处的空-燃比接近化学计量比以便混合物更容易点燃。可选地，燃料也可以在做功冲程期间作为单次或多次喷射被喷射并且在排气道内燃烧。排气温度和压力的最终增加减小了到催化剂起燃的时间。在进气、压缩和做功冲程中喷射的燃料量可以被调整以便将总排气空-燃比维持在化学计量比处或附近。此外，基于催化剂温度和火花正时，喷射的正时可以被调整。例如，随着在冷起动条件下的催化剂温度降低，压缩冲程喷射可以更接近压缩冲程上止点(TDC)被执行而(一个或多个)做功冲程喷射更远离TDC被执行。作为另一示例，较小部分的燃料可以在进气冲程中被喷射而较大部分的燃料可以在压缩冲程中被输送并且(在做功冲程中)作为后喷射。随着催化剂温度或效率增加，多次燃料喷射策略可以继续。当排气催化剂足够暖(例如，在起燃温度处或之上)时，后喷射可以中断并且在进气冲程或压缩冲程中的一个或更多个中的燃料喷射可以被恢复。替代地，多次燃料喷射策略可以被修改成中断(在做功冲程中的)后燃料喷射同时维持进气和压缩冲程燃料喷射直到催化剂起燃。