[发明专利]限制NOX排放

说明书

相关申请

本申请要求2011年9月28日提交的美国申请序列第61/540073号和2011年11月8日提交的美国申请序列第61/557077号的优先权，这两份申请的内容通过参考全文结合于此。

发明领域

本发明涉及压缩点火内燃机和废气后处理的运行以限制氮氧化物的排放。实施方式涉及引擎的功率瞬间增大的运行。

技术背景

内燃机广泛用于驱动发电机、机动车引擎等。内燃机的废气排放及其对环境的影响越来越引人关注。由于这些关注，已经采取了一些法令来限制可能从这些引擎排放到环境中的各种废气的量。目前特别注意减少氮和氧化合物的废气排放，包括NO和N₂O，它们统称为NO_x。在内燃机的燃烧室中，当氮和氧因为燃料燃烧而达到高温时，形成这些化合物。

三效催化剂(称为TWC)已经广泛用于减少来自火花点火引擎的NO_x排放。当存在氧时，TWC使废气中的NO_x还原的效率降低。对于使用接近化学计量点的空气/燃料混合物运行并形成几乎不含氧的废气的火花点火引擎，这并非重要限制条件。但是，TWC在其老化过程中经历性能降低，即使对牢固的催化剂材料也是如此。

设计和控制压缩点火引擎及其废气后处理系统的目标之一是限制来自压缩点火引擎的不利废气排放。压缩点火引擎运行时，进入引擎的空气通常远远多于所提供量的燃料燃烧所需要的空气。这种空气和燃料的混合物称为“贫燃”混合物，而运行时空气较少的混合物称为“富燃”混合物。空气和燃料的贫燃混合物燃烧，在引擎的燃烧室内产生高温。贫燃混合物包含显著量的氧，这些氧没有在燃烧中消耗掉，而是可与氮组合形成NO_x。空气和燃料的贫燃混合物形成具有显著量的氧的废气，使得TWC还原NO_x的效率降低。

已知有多种不同策略来限制压缩点火引擎的NO_x排放。一种策略是提供对引擎废气中的氮和氧化合物进行选择性催化还原。另一种策略是通过使引擎废气返回引擎的燃烧室从而防止形成NO_x，称为“废气循环”(EGR)。将废气引入引擎燃烧室中，能以两种方式减少NO_x的形成。废气代替空气从而减少可供形成NO_x的氧量。废气还用作加热的稀释剂，从而在燃烧室中得到较低的燃烧温度。

采用显著的废气循环运行的压缩点火引擎可能不需要后处理来减少NO_x排放。在这些条件下运行压缩点火引擎时，由于在该运行过程中燃烧的燃料量有限，所以由该引擎产生的功率降低。

在恒定引擎速度条件下或者更常见的是在机动车加速的运行过程中，当压缩点火引擎需要更高功率时，必须燃烧更多的燃料来提供所需的功率。通常，要求引擎在短时间内产生更高的功率。与低功率水平的长时间运行相比，在短时间响应内增大功率的要求同时需要更多燃料和不同的燃料供应时间调配(fueling timing)。

压缩点火引擎通常由引擎控制单元(ECU)控制，该引擎控制单元监视引擎运行的条件并操作控制引擎运行的启动器。所监视的条件包括进入引擎的空气质量流量、进气歧管温度和压力、以及引擎速度。还可监视废气和/或进气流的氧含量。燃料注射可将燃料引入引擎中用于燃烧。燃料注射器可允许对将燃料注射进引擎中的量、时间调配和方式(pattern)进行控制。压缩点火引擎还可包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有可变喷嘴机制，可以控制该机制从而对从涡轮增压器提供给引擎的空气压缩(推进)进行控制。压缩点火引擎还可具有EGR阀，该阀控制分送到进入引擎的空气流中的废气量。对于包括这些可控装置的引擎，ECU可控制燃料注射、涡轮增压器可变喷嘴机制以及EGR阀。由于ECU能监视和控制压缩点火引擎的运行，所以ECU能改变该引擎的运行。

ECU可通过用于引擎条件和控制启动器的设定点的组合来控制引擎运行。ECU可从传感器获得信息，根据该传感器信息和运行设定点来决定启动器设置。ECU可根据存储的设定值或根据传感器输入计算设定值，从而编程控制引擎运行。

发明概述

在本发明的一个方面中，描述了具有废气后处理系统的压缩点火引擎的运行，该引擎能提供快速增大的功率并将氮和氧化合物的废气排放保持在所需水平。

描述的另一方面涉及为内燃机提供一种后处理系统，在瞬间增大功率的运行中，该系统能消除废气流中的不利化合物。