CN107091163A - 专用的排气再循环控制***和方法 - Google Patents

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Abstract

车辆的发动机控制***包括燃料控制模块，燃料控制模块基于第一目标空燃比控制发动机的第一汽缸的燃料喷射，并且基于第二目标空燃比控制发动机的第二汽缸的燃料喷射，其中第一目标空燃比相对于化学计量空燃比是贫燃料的，第二目标空燃比相对于化学计量是富燃料的。第一汽缸将排气输出至第一三元催化器(TWC)，且第二汽缸将排气输出至排气再循环(EGR)阀。EGR控制模块控制EGR阀朝向如下部件的开度：(i)与排气中的氮氧化物(NOx)反应并将氨输出至选择性催化还原(SCR)催化器的第二TWC；以及(ii)使排气再循环回流至发动机的进气***的导管。

Description

专用的排气再循环控制***和方法
政府权利的声明
本发明根据美国能源部(DoE)的美国政府计划第DE-EE00006853号开发。美国政府在本发明中具有一定的权利。
技术领域
本公开涉及内燃机，且更具体地涉及用于减少排气中的氮氧化物(NOx)的发动机控制***和方法。
背景技术
本文提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前署名的发明人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确也不隐含地被认可为本公开的现有技术。
空气通过进气歧管被吸入到发动机中。节流阀控制进入发动机的气流。空气与来自一个或多个燃料喷射器的燃料混合来形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机的一个或多个汽缸内燃烧。空气/燃料混合物的燃烧产生扭矩。
空气/燃料混合物的燃烧所产生的排气从汽缸排向排气***。排气包括氮氧化物(NOx)(例如，一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2))和其他排气成分。排气***包括一个或多个在排气排放至大气之前减少排气中的NOx的组件，例如，选择性催化还原(SCR)催化器和/或贫NOx捕集器。
发明内容
在一个特征中，描述了一种车辆发动机控制***。燃料控制模块基于相对于化学计量空燃比是贫燃料的第一目标空燃比控制发动机的第一汽缸的燃料喷射，并基于相对于化学计量是富燃料的第二目标空燃比控制发动机的第二汽缸的燃料喷射。第一汽缸将排气输出至第一三元催化器(TWC)，且第二汽缸将排气输出至排气再循环(EGR)阀。EGR控制模块控制EGR阀朝向如下部件的开度：(i)与排气中的氮氧化物(NOx)发生反应并将氨输出至选择性催化还原(SCR)催化器的第二TWC；和(ii)使排气再循环回流至发动机的进气***的导管。
在进一步的特征中，当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于该NOx传感器处的目标NOx时，燃料控制模块降低第二目标空燃比来提高第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于该NOx传感器处的目标NOx时，燃料控制模块提高第二目标空燃比来降低第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于该NOx传感器处的目标NOx时，EGR控制模块增大EGR阀朝向第二TWC的开度以增加流向第二TWC的排气流，并减小EGR阀朝向导管的开度以减少再循环回流至进气***的排气再循环，其中该导管引导排气回流至进气***。
在进一步的特征中，当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于该NOx传感器处的目标NOx时，EGR控制模块减小EGR阀朝向第二TWC的开度以减少流向第二TWC的排气流，并增大EGR阀朝向导管的开度以增加再循环回流至进气***的排气再循环，其中该导管引导排气回流至进气***。
在进一步的特征中，当利用导管中的传感器测得的空燃比大于该传感器处的目标空燃比时，燃料控制模块降低第二目标空燃比来提高第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，当利用导管中的传感器测得的空燃比小于该传感器处的目标空燃比时，燃料控制模块提高第二目标空燃比来降低第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，当利用导管中的传感器测得的空燃比大于该传感器处的目标空燃比时，节流阀控制模块减小节流阀的开度，其中该节流阀调节从进气歧管流入第二汽缸的流量。节流阀并不调节从进气歧管流入第一汽缸的流量。
在进一步的特征中，当利用导管中的传感器测得的空燃比小于该传感器处的目标空燃比时，节流阀控制模块增大节流阀的开度，其中该节流阀调节从进气歧管流入第二汽缸的流量。节流阀并不调节从进气歧管流入第一汽缸的流量。
在进一步的特征中，第一TWC包括一种或多种提供至少预定容量的储氧容量的材料，其中该储氧容量大于零；且第二TWC具有约为零的储氧容量。
在一个特征中，描述了一种用于车辆的发动机控制方法。该发动机控制方法包括：基于相对于化学计量空燃比是贫燃料的第一目标空燃比控制发动机的第一汽缸的燃料喷射，其中，第一汽缸将排气输出至第一三元催化器(TWC)；基于相对于化学计量是富燃料的第二目标空燃比控制发动机的第二汽缸的燃料喷射，其中，第二汽缸将排气输出至排气再循环(EGR)阀；以及控制EGR阀朝向如下部件的开度：(i)与排气中的氮氧化物(NOx)发生反应并将氨输出至选择性催化还原(SCR)催化器的第二TWC；和(ii)使排气再循环回流至发动机的进气***的导管。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于该NOx传感器处的目标NOx时，降低第二目标空燃比来提高第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于该NOx传感器处的目标NOx时，提高第二目标空燃比来降低第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于该NOx传感器处的目标NOx时，增大EGR阀朝向第二TWC的开度以增加流向第二TWC的排气流，并减小EGR阀朝向导管的开度以减少再循环回流至进气***的排气再循环，其中该导管引导排气回流至进气***。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于该NOx传感器处的目标NOx时，减小EGR阀朝向第二TWC的开度以减少流向第二TWC的排气流，并增大EGR阀朝向导管的开度以增加再循环回流至进气***的排气再循环，其中该导管引导排气回流至进气***。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用导管中的传感器测得的空燃比大于该传感器处的目标空燃比时，降低第二目标空燃比来提高第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用导管中的传感器测得的空燃比小于该传感器处的目标空燃比时，提高第二目标空燃比来降低第二汽缸的燃料供给。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用导管中的传感器测得的空燃比大于该传感器处的目标空燃比时，减小节流阀的开度，其中，该节流阀调节从进气歧管进入第二汽缸的流量，且节流阀并不调节从进气歧管进入第一汽缸的流量。
在进一步的特征中，发动机控制方法包括：当利用导管中的传感器测得的空燃比小于该传感器处的目标空燃比时，增大节流阀的开度，其中，该节流阀调节从进气歧管进入第二汽缸的流量。节流阀并不调节从进气歧管进入第一汽缸的流量。
在进一步的特征中，第一TWC包括一种或多种提供至少预定容量的储氧容量的材料，其中该储氧容量大于零；且第二TWC具有约为零的储氧容量。
本公开的进一步的应用领域将从具体实施方式、权利要求书和附图中变得显而易见。详细描述和具体示例仅仅是用于说明目的，而不是为了限制本公开的范围。
附图说明
从下述详细描述和附图中将能够更充分地理解本公开，其中：
图1是示例性发动机***的功能框图；
图2是发动机和排气控制***的功能框图；
图3是示例性发动机控制模块的功能框图；以及
图4是描绘了控制燃料供给、节流以及NOx还原和氨产生的排气再循环的示例性方法的流程图。
在附图中，可重复使用附图标记来标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
发动机在汽缸内燃烧空气和燃料来产生扭矩。发动机控制模块(ECM)基于目标空燃比控制进入发动机的空气和燃料。对于贫燃烧式发动机而言，在正常的发动机操作期间，目标空燃比相对于化学计量空燃比是贫燃料的。作为示例，空气与汽油空气混合物之间的化学计量约为14.7:1，而贫燃烧式汽油发动机的所有汽缸的目标空燃比(空气与汽油之间的比)可为16:1，或空气的量可更大，例如，20:1、24:1、28:1等。不同类型的燃料具有不同的化学计量空燃比。
发动机将空气和燃料的燃烧所产生的排气输出至排气***。除了别的之外，排气还包括氮氧化物(NOx)，例如，一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。排气***包括一个或多个在排气排放至大气之前减少排气中的NOx的组件。
例如，排气***可包括储存氨(NH3)的选择性催化还原(SCR)催化器。SCR催化器所储存的氨与排气中的NOx发生反应。当发动机的燃料供给相对于化学计量是富燃料时，三元催化器(TWC)产生氨并将其供给至SCR催化器。
根据本申请，第一组一个或多个汽缸将排气输出至排气***的第一部分。ECM利用相对于化学计量为贫燃料的燃料供给来控制第一组汽缸的燃料供给。
第二汽缸将排气输出至排气***的第二部分。一个或多个其他汽缸也可将排气输出至排气***的第二部分。ECM利用相对于化学计量为富燃料的燃料供给来控制第二汽缸(和一个或多个其他汽缸)的燃料供给。
排气再循环***使来自排气***的第二部分的排气再循环，使其回流至发动机的进气***。排气***的第二部分包括三元催化器，该三元催化器基于第二汽缸(和一个或多个其他汽缸)的富燃料操作产生氨并将其提供给在三元催化器下游处实施的SCR催化器。富燃料操作还提供富氢(H2)排气，用于再循环回流至进气***。富氢排气可以改进第一组汽缸的一个或多个操作特性。
现在参照图1，示出了示例性发动机和排气***的功能框图。发动机102基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入(例如，加速器踏板位置和/或制动器踏板位置)燃烧空气/燃料混合物来产生用于车辆的驱动扭矩。虽然示出了发动机102，且其将作为汽油类型的贫燃烧式发动机进行讨论，但是发动机102可以是另一类型的贫燃烧式发动机。一个或多个电动机(或电机-发电机)可以额外地或可选地产生用于车辆的驱动扭矩。
空气通过进气***被吸入至发动机102中。仅作为示例，进气***可包括进气歧管110和节流阀112。节流阀112可包括具有可旋转叶片的蝶阀或另一合适类型的节流阀。发动机控制模块(ECM)160控制节流阀致动器模块116，且节流阀致动器模块116调节节流阀112的开度以控制被吸入至进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入至发动机102的汽缸中。虽然发动机102包括多个汽缸，但是为了说明的目的，示出了单个代表性汽缸118。图2所示的发动机102包括4个汽缸，但是发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。在某些情况下，ECM 160可指示汽缸致动器模块120选择性地停用汽缸中的一个或多个的进气阀和排气阀的开启。
发动机102可利用四冲程循环来进行操作。下文所述的四冲程的名称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每一旋转期间，在汽缸118内发生四个冲程中的两个。因此，对于汽缸118而言，要完成全部四个冲程，需要曲轴旋转两次。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122吸入至汽缸118中。ECM160控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块调节燃料喷射来获得所需空燃比。可在中心位置或多个位置(例如，靠近各汽缸的进气阀122的位置)处将燃料喷射入进气歧管110中。在各种实施方式(未示出)中，可直接将燃料喷射入汽缸中或与汽缸相关联的混合腔室中。燃料致动器模块124可中止喷射燃料到停用的汽缸中。
所喷射的燃料与空气在汽缸118中混合，并形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。火花致动器模块126基于来自ECM160的信号激发汽缸118中的火花塞128，从而点燃空气/燃料混合物。可相对于活塞位于其最高位置(其被称为上死点(TDC))处时的时间来规定火花正时。
火花致动器模块126可由正时信号进行控制，该正时信号规定在到达TDC之前或之后多少距离时产生火花。由于活塞位置与曲轴旋转直接相关，因此火花致动器模块126的操作可与曲轴角同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可中止提供火花给停用的汽缸。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程可被限定为活塞到达TDC的时间与活塞返回至下死点(BDC)的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，并通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气***14从车辆排出。
进气阀122可由进气凸轮轴140进行控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142进行控制。汽缸致动器模块120可通过禁止开启进气阀122和/或排气阀130来停用汽缸118。
进气凸轮相位器148相对于曲轴的旋转选择性地调节进气凸轮轴140的旋转。进气凸轮轴140的旋转调节操作调节进气阀122的开启正时和关闭正时。排气凸轮相位器150相对于曲轴的旋转选择性地调节排气凸轮轴142的旋转。排气凸轮轴142的旋转调节操作调节排气阀130的开启正时和关闭正时。
相位器致动器模块158基于来自ECM 160的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，可变阀升程(未示出)还可由相位器致动器模块158进行控制。相位器致动器模块158还可基于来自ECM 160的信号来控制第二进气和排气凸轮相位器。虽然示出并讨论了基于凸轮轴的阀致动，但是也可以实施无凸轮式阀致动。
发动机***可包括向进气歧管110提供增压空气的增压装置。例如，图1和图2示出了包括涡轮机161-1的涡轮增压器，该涡轮增压器由流过排气***14的排气提供动力。涡轮增压器还包括由涡轮机161-1驱动的压缩机161-2，该压缩机压缩导入节流阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节流阀112的空气，并将压缩空气输送至进气歧管110。
废气旁通阀162可允许排气绕过涡轮机161-1，从而减少涡轮增压器的增压(进气压缩量)。ECM 160可经由增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制废气旁通阀162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由增压致动器模块164进行控制。涡轮增压器可具有可变几何结构，其可由增压致动器模块164进行控制。
发动机***包括排气再循环(EGR)阀170，其选择性地转变排气的方向，使其回流至进气***。在下文中参照图2对EGR***进行了进一步的例示和说明。EGR阀170可由EGR致动器模块172基于来自ECM 160的信号进行控制。
可利用曲轴位置传感器180来测量曲轴的位置。例如，可基于曲轴的位置产生发动机速度(单位为转/分钟(RPM))。可利用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可测量发动机真空，其中发动机真空可指环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。可利用空气质量流率(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110中的空气的质量流率。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于壳体中，该壳体还包括节流阀112。
节流阀致动器模块116可利用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190来监测节流阀112的位置。可利用进气温度(IAT)传感器192来测量被吸入到发动机102中的空气的环境温度。还可实施一个或多个其他传感器。例如，发动机***可包括发动机冷却剂温度传感器、油温传感器、发动机(例如，缸体)温度传感器和/或一个或多个其他合适的车辆传感器。ECM 160可利用来自传感器的信号来做出发动机***的控制决定。
图2包括示例性***的功能框图，其中该示例性***包括发动机102和排气***14。混合器204可实施为使流入发动机102的空气与来自EGR阀242的再循环排气相混合。中间冷却器(或增压空气冷却器)208可使流入发动机102的气体(可能是加热气体)中的一些冷却。例如，热量可能是由于压缩机161-2对空气进行的压缩、再循环排气和/或进气***邻近排气***14的组件造成的。
节流阀112调节流入进气歧管110的流量。进气歧管110包括分别用于汽缸的进气流道212。在图2的示例中，发动机102示出为包括四个汽缸(汽缸118、汽缸216、汽缸220和汽缸224)，但是发动机102可包括更多或更少数量的汽缸。
第二节流阀232调节从进气歧管110流入汽缸224的气流。虽然将参照调节仅流入汽缸224的气流的第二节流阀232的示例对本申请进行讨论，但是第二节流阀232或另一节流阀可实施为调节从进气歧管110流入一个或多个其他汽缸的气流。
第二节流阀致动器模块236基于来自ECM 160的信号控制第二节流阀232的开度。当第二节流阀232完全开启时，流入汽缸224的气流可约等于流入汽缸118、216和220的气流。例如，第二节流阀232可关闭，以相对于流入汽缸118、216和220的气流减少流入汽缸224的气流。
汽缸118、216和220将排气输出至排气歧管228。虽然提供了三个汽缸118、216和220的示例，但是一个或多个其他汽缸可类似于汽缸118、216和220那样进行燃料供给，并将排气输出至排气歧管228。汽缸224将排气输出至EGR阀242。虽然提供了将排气输出至EGR阀242的唯一汽缸224的示例，但是一个或多个其他汽缸可类似于汽缸224那样进行燃料供给，并将排气输出至EGR阀242。排气可包括颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)(例如，一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2))和其他成分。
排气从排气歧管228流向涡轮增压器涡轮机161-1和废气旁通阀162。为了便于说明，未在图2中示出废气旁通阀162。排气从涡轮机161-1流向第一三元催化器(TWC)240。第一TWC 240可包括一种或多种铂族金属(例如，铂、钯和/或铑)，并可包括一种或多种能够储存氧(即具有储氧容量)的材料(例如，铈和/或氧化锆)。第一TWC 240还可包括至少预定量的一种或多种能够储存NOx(即具有NOx储存容量)的材料(例如，钡和/或钾的一种或多种氧化物)。因此，第一TWC 240可具有大于预定容量(大于零)的NOx储存容量。在各种实施方式中，贫NOx捕集器可实施为代替第一TWC 240。
EGR阀242包括三通阀，使得EGR阀242可将排气引导至排气歧管228(第一输出路径)，接着将其引导至第二TWC 244(第二输出路径)，然后/或者使其回流至进气***(第三输出路径)。EGR阀242可致动以在给定的时间内将排气引导至输出路径中的一个、两个或全部三个。
第二TWC 244并不包括，或包括小于预定最小量的所有能够储存NOx(即具有NOx储存容量)的材料。第二TWC 244可包括一种或多种铂族金属(例如，铂、钯和/或铑)，并可包括一种或多种能够储存氧(即具有储氧容量)的材料(例如，铈和/或氧化锆)。然而，第二TWC244可能不包括任何能够储存NOx(即具有NOx储存容量)的材料(例如，钡和/或钾的一种或多种氧化物)。因此，第二TWC 244可具有小于预定容量(其大于零)的NOx储存容量(例如，约为零)。当汽缸224的燃料供给是富燃料时，第二TWC 244与排气(例如，NOx)发生反应，并由于该反应而产生氨(NH3)。在这种情况下，约为零可指零或足够小的值，使得第二TWC的任何储氧容量都显得微不足道。
在各种实施方式中，气泵可实施为将环境空气泵抽入EGR阀242与第二TWC 244之间的排气***中。在此类实施方式中，第二TWC 244可在颗粒过滤器上实施。例如，第二TWC244可覆盖在颗粒过滤器(例如，汽油颗粒过滤器(GPF))上。环境空气的注入可促进颗粒过滤器的再生。颗粒过滤器的再生包括氧化(燃烧)过滤器所捕集到的颗粒物。在各种实施方式中，气泵可实施为将环境空气泵抽入第一TWC 240与选择性催化还原(SCR)催化器248之间的排气***中。
第一TWC 240和第二TWC 244所输出的排气流向SCR催化器248。以这种方式，第二TWC 244所产生的氨输入至SCR催化器248。SCR催化器248储存(例如，吸附)输入至SCR催化器248的氨。仅作为示例，SCR催化器248可包括钒催化器、沸石催化器和/或另一合适类型的SCR催化器。在各种实施方式中，SCR催化器248可在颗粒过滤器上实施。例如，SCR催化器248可覆盖在颗粒过滤器(例如，汽油颗粒过滤器(GPF))上。
SCR催化器248催化氨(其由SCR催化器248储存)与经过SCR催化器248的NOx之间的反应。下文提供了说明氨吸附的示例性化学等式。
NH3+S→NH3(S)
SCR催化器248所储存的氨的量被称为SCR催化器248的当前储存量。例如，当前储存量可表示为氨质量(例如，克)、若干摩尔的氨或SCR催化器248所储存的氨的量的另一合适测量值。
NOx与氨以已知的速率进行反应，该速率可被称为反应速率。反应速率可由以下等式进行描述：
其中，RR为反应速率，且X根据排气中二氧化氮(NO2)的量而变化。仅作为示例，X可在1.0至2.0之间进行变化。
输入至SCR催化器248并经由与SCR催化器248所储存的氨之间的反应从排气中移除的NOx的百分比可被称为NOx转化效率。NOx转化效率与SCR催化器248的当前储存量和排气温度直接相关。仅作为示例，NOx转化效率随着SCR催化器248的当前储存量的增加而提高，反之亦然。然而，SCR催化器248的当前储存量被限制至最大量的氨。该最大量的氨被称为SCR催化器248的最大储存容量。SCR催化器248能够储存的最大量的氨可随着SCR催化器248的温度的降低而增加，反之亦然。
氨与NOx之间的反应产生氮和水。排气中的其他成分(例如，氧(O2))也可参与到氨与NOx之间的反应中。下文提供的示例性化学等式说明了氨与NOx之间的反应。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
从SCR催化器248输出的排气流向第三TWC 252。第三TWC 252在排气从车辆中排出之前从排气中移除剩余的HC和CO。第三TWC 252可包括一种或多种铂族金属(例如，铂、钯和/或铑)，并可包括一种或多种能够储存氧(即具有储氧容量)的材料(例如，铈和/或氧化锆)。然而，第三TWC 252可能不包括任何能够储存NOx(即具有NOx储存容量)的材料(例如，钡和/或钾的一种或多种氧化物)。因此，第三TWC 252可具有小于预定容量(其大于零)的NOx储存容量(例如，约为零)。
第一空气/燃料传感器256(例如，宽量程空气燃料(WRAF)传感器)测量从排气歧管228输出的排气的空燃比。第二空气/燃料传感器260(例如，WRAF传感器)测量再循环回流至进气***的排气的空燃比。第三空气/燃料传感器264(例如，WRAF传感器)测量流入SCR催化器248的排气的空燃比。虽然提供了空气/燃料传感器的示例，但是排气氧(EGO)传感器可实施为代替第一空气/燃料传感器256、第二空气/燃料传感器260和第三空气/燃料传感器264中的一个或多个。
第一NOx传感器268测量流入SCR催化器248的排气中的NOx(NOx输入)。第二NOx传感器272测量流出第三TWC 252的排气中的NOx(NOx输出)。仅作为示例，第一NOx传感器268和第二NOx传感器272可测量NOx的质量流率(例如，克/秒)、NOx的浓度(例如，百万分率)或NOx的量的另一合适测量值。
用户经由点火***276发起车辆启动和关闭事件。仅作为示例，点火***276可包括一个或多个按钮、开关和/或用户可致动以命令启动和关闭车辆的其他装置。
如下文所进一步讨论的，ECM 160控制发动机102的扭矩输出。ECM160还可基于来自点火***276的信号控制发动机102。例如，ECM 160可在接收到车辆启动信号时发起发动机起动来启动发动机102。ECM 160可在接收到车辆关闭信号时停用发动机102。
现在参照图3，示出了ECM 160的示例性实施方式的功能框图。扭矩请求模块304可基于一个或多个驾驶员输入312(例如，加速器踏板位置、制动器踏板位置、巡航控制输入和/或一个或多个其他合适的驾驶员输入)确定扭矩请求308。扭矩请求模块304可以额外地或可选地基于一个或多个其他扭矩请求(例如，ECM 160产生的扭矩请求和/或从车辆的其他模块(例如，变速箱控制模块、混合控制模块、底盘控制模块等)接收到的扭矩请求)确定扭矩请求308。可基于扭矩请求308和/或一个或多个其他车辆操作参数对一个或多个发动机致动器进行控制。
例如，节流阀控制模块316基于扭矩请求308确定第一目标节流阀开度320和第二目标节流阀开度322。节流阀致动器模块116基于第一目标节流阀开度320控制节流阀112的开度。第二节流阀致动器模块236基于第二目标节流阀开度322控制第二节流阀232的开度。
火花控制模块324可基于扭矩请求308确定目标火花正时328。火花致动器模块126基于目标火花正时328产生火花。
燃料控制模块332确定多个目标燃料供给参数336。例如，目标燃料供给参数336包括汽缸118、216和220中的一个的燃料喷射量以及汽缸224的燃料喷射量。目标燃料供给参数336还可包括燃料喷射正时。燃料致动器模块124基于相应的目标燃料供给参数336控制汽缸的燃料供给喷射。下面将进一步讨论目标燃料供给参数的确定。
汽缸控制模块340可基于扭矩请求308来确定待启动和/或停用的汽缸的目标数量344。汽缸致动器模块120基于目标数量344来启动和停用发动机102的汽缸的进气阀和排气阀的开启。燃料控制模块332停止停用汽缸的燃料供给。
EGR控制模块348基于扭矩请求308确定EGR阀170的目标位置350。例如，EGR控制模块348可利用使扭矩请求与EGR阀170的目标位置相关的函数或映射来确定目标位置350。
如下文所进一步讨论的，EGR控制模块348还确定EGR阀342的目标位置352。EGR致动器模块172或另一EGR致动器模块基于目标位置352控制EGR阀242。
增压控制模块356可基于扭矩请求308确定目标增压360。增压致动器模块164基于目标增压360控制涡轮增压器的增压。例如，增压致动器模块164可根据目标增压360控制废气旁通阀162的开度。相位器控制模块364可基于扭矩请求308确定目标进气和排气凸轮相位器角368。相位器致动器模块158分别基于目标进气和排气凸轮相位器角368来控制进气和排气凸轮相位器148和150。
如上所述，燃料控制模块332确定目标燃料供给参数336。更具体地，燃料控制模块332确定汽缸118、216和220中的一个的待喷射燃料质量，从而通过捕集在该汽缸内的空气质量获得第一目标空燃比。捕集在汽缸118、216和220中的一个的汽缸内的该空气质量将被称为贫汽缸单缸空气(APC)。
燃料控制模块332还确定汽缸224的待喷射燃料质量，从而通过捕集在汽缸224内的空气质量获得第二目标空燃比。捕集在汽缸224内的该空气质量将被称为富汽缸APC。
APC模块372确定贫汽缸APC和富汽缸APC。贫汽缸APC和富汽缸APC在图3中由APC376集体地示出。例如，APC模块372可基于，例如，利用曲轴位置传感器180测得的发动机速度380、利用MAF传感器186测得的MAF 384和/或利用MAP传感器184测得的MAP确定贫汽缸APC。例如，APC模块372可利用一个或多个使发动机速度、MAF和/或MAP与贫汽缸APC相关的函数和/或映射来确定贫汽缸APC。例如，可通过确定利用曲轴位置传感器180在预定的时间段测得的曲轴位置的变化来确定发动机速度380。
例如，APC模块372可基于，例如，贫汽缸APC和第二节流阀232的开度确定富汽缸APC。例如，APC模块372可利用一个或多个使贫汽缸APC和第二节流阀232的开度与富汽缸APC相关的函数和/或映射来确定富汽缸APC。
燃料控制模块332确定汽缸118、216和220的第一目标空燃比以及汽缸224的第二目标空燃比。例如，燃料控制模块332基于发动机速度380和扭矩请求308确定汽缸118、216和220的第一目标空燃比。例如，燃料控制模块332可利用一个或多个使发动机速度和扭矩请求与第一目标空燃比相关的函数和/或映射来确定第一目标空燃比。虽然提供了扭矩请求308的示例，但是可使用指示发动机负载或SCR催化器248的氨储存目标的另一参数。
在各种实施方式中，APC模块372可调节贫和/或富汽缸APC，且/或燃料控制模块332可调节第一目标空燃比和/或第二目标空燃比，以增加或减少发动机排出的贫NOx，从而满足SCR催化器248的氨储存目标。例如，APC模块372可在调节贫汽缸APC以降低贫汽缸的空燃比的同时，调节富汽缸APC来产生更多的氨。例如，可在发动机负载满足一个或多个预定发动机负载条件(例如，在预定发动机负载范围内、高于预定发动机负载或低于预定发动机负载)时进行这些调节。这将在下文进一步进行讨论。
燃料控制模块332将第一目标空燃比设定为所用燃料的化学计量空燃比或贫空燃比。贫空燃比相对于化学计量空燃比是贫燃料的。不同类型的燃料具有不同的化学计量比。用于汽油的示例性贫空燃比约为28:1，而空气与汽油之间的化学计量约为14.7:1。例如，当发动机速度380和扭矩请求308处于汽缸118、216和220的贫燃料供给的预定范围内时，燃料控制模块332可将第一目标空燃比设定为贫空燃比。
例如，燃料控制模块332基于发动机速度380和扭矩请求308确定汽缸224的第二目标空燃比。例如，燃料控制模块332可利用一个或多个使发动机速度和扭矩请求与第二目标空燃比相关的函数和/或映射来确定第二目标空燃比。虽然提供了扭矩请求308的示例，但是可使用指示发动机负载的另一参数。
燃料控制模块332将第二目标空燃比设定为所用燃料的化学计量空燃比或富空燃比。富空燃比相对于化学计量空燃比是富燃料的。例如，当发动机速度380和扭矩请求308处于汽缸118、216和220的贫燃料供给的预定范围内时，燃料控制模块332可将第二目标空燃比设定为富空燃比。用于汽油的示例性富空燃比约为14:1，而空气与汽油之间的化学计量约为14.7:1。
如下文所进一步讨论的，在某些情况下，燃料控制模块332可调节第一目标空燃比和/或第二目标空燃比。除了或作为调节第一目标空燃比和/或调节第二目标空燃比的另一选择，在某些情况下，EGR控制模块348可调节EGR阀242的目标位置352，且/或节流阀控制模块316可调节第二节流阀232的第二目标节流阀开度322。
图4包括描绘控制燃料供给、节流，以及NOx还原和氨产生的排气流的示例性方法的流程图。现在参照图3和图4，控制开始于404，在404处，调节模块386确定是否可以进行发动机102的贫燃料供给。例如，燃料控制模块332可以产生燃料供给信号，该燃料供给信号指示汽缸118、216和220的第一目标空燃比相对于化学计量是否是贫燃料的。可选地，在404处，调节模块386可以利用贫空燃比来确定发动机负载(例如，扭矩请求308)和发动机速度380是否在燃料供给的预定范围内。如果404为真，则控制继续408。如果404为假，则控制可返回到404以便进行下一次控制循环。
在408处，燃料控制模块332确定汽缸118、216和220的第一目标空燃比以及汽缸224的第二目标空燃比。例如，燃料控制模块332基于发动机速度380和扭矩请求308来确定汽缸118、216和220的第一目标空燃比以及汽缸224的第二目标空燃比。在这种情况下(其中404为真)，第一目标空燃比相对于化学计量可以是贫燃料的。然而，第一目标空燃比可以在化学计量下进行设置。第二目标空燃比相对于化学计量是富燃料的。在408处，节流阀控制模块316还确定第二节流阀232的第二目标节流阀开度322，并且EGR控制模块348确定EGR阀242的目标位置352。在408处，还可以确定其他发动机致动器的其他目标值。
在412处，排气目标模块387确定排气***目标388。排气***目标388包括例如进入第二TWC 244中以实现第二TWC 244的目标氨产生的目标还原剂(例如，NOx)流率，第二NOx传感器272处的目标NOx，以及第二空气/燃料传感器260处的再循环排气中的目标空燃比。
排气目标模块387可以例如基于发动机速度380和发动机负载(例如扭矩请求308)来确定排气***目标388。例如，排气目标模块387可以利用一个或多个使发动机速度、发动机负载和SCR催化器248的当前氨存储量与目标还原剂流率相关的函数和/或映射来确定进入第二TWC 244的目标还原剂流率。ECM 160可以例如基于进入SCR催化器248的NOx的流率、进入SCR催化器248的氨的流率以及SCR催化器248的转化效率来确定SCR催化器248的当前氨存储量。
排气目标模块387可以利用一个或多个使发动机速度和发动机负载与目标NOx量相关联的函数和/或映射来确定第二NOx传感器272处的目标NOx。排气目标模块387可以利用一个或多个使发动机速度和发动机负载与第二空气/燃料传感器260处的氧的目标量相关的函数和/或映射来确定第二空气/燃料传感器260处的目标空燃比。
在416处，调节模块386可以确定利用第二NOx传感器272测得的NOx输出389是否比第二NOx传感器272处的目标NOx大至少第一预定量。如果416为真，则在420处，调节模块386产生EGR调节391以调节EGR阀242的位置，从而增加流向第二TWC 244的排气流并且减少回流至进气***的EGR。EGR控制模块348基于调节EGR阀242的位置的EGR调节391调节目标位置352，从而相对于(未调节的)目标位置352增加流向第二TWC 244的排气流。当EGR阀242用于增加流向第二TWC 244的排气流以增加氨产生时，可以产生来自贫汽缸的较高的发动机排出的贫NOx。在此类情况下，可以调节EGR阀170以调节(例如增加)回流至发动机的EGR流。
另外或可选地，在420处，调节模块386可以产生富燃料供给调节392以提高汽缸224的燃料供给。燃料控制模块332基于富燃料供给调节392提高汽缸224的第二目标空燃比。提高汽缸224的燃料供给和/或增加流向第二TWC 244的排气流增加了流向第二TWC 244的还原剂(例如HC、CO)流。这增加了第二TWC 244的氨产生并且增加了流向SCR催化器248的氨流，SCR催化器248应当降低第二NOx传感器272处的NOx。然后，控制可以转移到432，这在下文进一步讨论。如果416为假，则控制继续424。
在424处，调节模块386可以确定利用第二NOx传感器272测得的NOx输出389是否比第二NOx传感器272处的目标NOx小至少第二预定量。如果424为真，则在428处，调节模块386产生EGR调节391以调节EGR阀242的位置，从而减少流向第二TWC 244的排气流并且增加回流至进气***的EGR。EGR控制模块348基于调节EGR阀242的位置的EGR调节391调节目标位置352，从而相对于(未调节的)目标位置352减少流向第二TWC 244的排气流。
另外或可选地，在428处，调节模块386可以产生贫燃料供给调节393以降低汽缸224的燃料供给。燃料控制模块332基于贫燃料供给调节393降低汽缸224的第二目标空燃比。然而，在该调节之后，第二目标空燃比相对于化学计量(或在化学计量下)保持富燃料。降低汽缸224的燃料供给和/或减少流向第二TWC 244的排气流减少了流向第二TWC 244的还原剂流。这减少了流向SCR催化器248的氨流，这可以将SCR催化器248的氨存储维持在目标处。然后，控制可以转移到432，这在下文进一步讨论。如果424为假，则控制继续432。
在432，调节模块386确定利用第二空气/燃料传感器260测得的EGR空燃比394是否比第二空气/燃料传感器260处的目标空燃比大至少第一预定量。如果432为真，则在436处，调节模块386产生第二节流调节395以减小第二节流阀232的开度。节流阀控制模块316基于第二节流调节395减小第二节流阀232的第二目标节流阀开度322以关闭第二节流阀232。
另外或可选地，在436处，调节模块386可以产生富燃料供给调节392以提高汽缸224的燃料供给。燃料控制模块332基于富燃料供给调节392提高汽缸224的第二目标空燃比。提高汽缸224的燃料供给和/或减小第二节流阀232的开度提高了再循环排气。然后，控制可以转移到448，这在下文进一步讨论。如果432为假，则控制继续440。
在440处，调节模块386可以确定利用第二空气/燃料传感器260测得的EGR空燃比394是否比第二空气/燃料传感器260处的目标空燃比小至少第二预定量。如果440为真，则在444处，调节模块386产生第二节流调节395以增大第二节流阀232的开度。节流阀控制模块316基于第二节流调节395增大第二节流阀232的第二目标节流阀开度322以开启第二节流阀232。
另外或可选地，在444处，调节模块386可以产生贫燃料供给调节393以降低汽缸224的燃料供给。燃料控制模块332基于贫燃料供给调节393降低汽缸224的第二目标空燃比。然而，在该调节之后，第二目标空燃比相对于化学计量(或在化学计量下)保持富燃料。降低汽缸224的燃料供给和/或增大第二节流阀232的开度增加了再循环排气中的氧的量。然后，控制可以转移到448，这在下文进一步讨论。如果440为假，则控制继续448。
在448处，第二节流阀致动器模块236基于第二目标节流阀开度322控制第二节流阀232。EGR致动器模块172基于目标位置352控制EGR阀242的位置。燃料控制模块332还基于第一目标空燃比控制汽缸118、216和220中的一个的燃料供给和/或基于第二目标空燃比控制汽缸224的燃料供给。然后，控制返回到404以便进行下一次控制循环。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且决不意在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以通过各种形式来实现。因此，虽然本公开包括了特定实例，但是本公开的真实范围不应该局限于此，因为在研读了附图、说明书和以下权利要求书之后，其他修改将变得显而易见。应该理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。进一步地，虽然每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例的任一个的特征中实现和/或与其组合实现，即使没有明确描述所述组合也是如此。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，所述术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“邻近”、“紧挨着”、“在...的顶部上”、“在...上方”、“在...下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接的”，否则当在上述公开内容中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可以是其中在第一元件与第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，而且也可以是其中在第一元件与第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个，以及C中的至少一个”。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指以下各项的一部分或包括以下各项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群组)；提供所描述功能的其他合适的硬件组件；或者以上的一些或全部的组合，例如在片上***中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可以包括连接至局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一个实例中，服务器(也称为远端或云)模块可以代表客户端模块实现一些功能。
如上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语群组处理器电路包括与另外的处理器电路组合以执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用包括在分立管芯上的多个处理器电路、在单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程，或者上述的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语群组存储器电路包括与另外的存储器组合以存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的术语计算机可读介质不包括通过介质(例如在载波上)传播的瞬时电或电磁信号；术语计算机可读介质因此可以被认为是有形的且非瞬时性的。非瞬时性有形计算机可读介质的非限制性实例为非易失性存储器电路(例如闪式存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动)以及光学存储介质(例如CD、DVD或蓝光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由专用计算机来实现，所述专用计算机通过配置通用计算机来执行嵌入在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上述功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，它们可以通过技术人员或程序员的例行工作被转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非瞬时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出***(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动器、一个或多个操作***、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)待解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为实例，源代码可以使用来自包括C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(动态服务器网页)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Lua和的语言的语法编写。
除非使用短语“用于...的装置”或在使用短语“用于……的操作”或“用于...的步骤”的方法权利要求的情况下明确地叙述元件，否则在权利要求书中所叙述的元件都不旨在是35U.S.C.§112(f)的含义内的装置加功能元件。

Claims (10)

1.一种用于车辆的发动机控制方法，所述方法包括：
基于相对于化学计量空燃比是贫燃料的第一目标空燃比控制发动机的第一汽缸的燃料喷射，
其中，所述第一汽缸将排气输出至第一三元催化器(TWC)；
基于相对于化学计量是富燃料的第二目标空燃比控制所述发动机的第二汽缸的燃料喷射，
其中，所述第二汽缸将排气输出至排气再循环(EGR)阀；以及
控制所述EGR阀朝向如下部件的开度：
(i)与所述排气中的氮氧化物(NOx)发生反应并将氨输出至选择性催化还原(SCR)催化器的第二TWC；以及
(ii)使排气再循环回流至所述发动机的进气***的导管。
2.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于所述NOx传感器处的目标NOx时，降低所述第二目标空燃比以提高所述第二汽缸的燃料供给。
3.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于所述NOx传感器处的目标NOx时，提高所述第二目标空燃比以降低所述第二汽缸的燃料供给。
4.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx大于所述NOx传感器处的目标NOx时：
增大所述EGR阀朝向所述第二TWC的开度以增加流向所述第二TWC的排气流；以及
减小所述EGR阀朝向所述导管的开度以减少回流至所述进气***的排气再循环，其中所述导管引导排气回流至所述进气***。
5.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述SCR催化器下游处的NOx传感器测得的NOx小于所述NOx传感器处的目标NOx时：
减小所述EGR阀朝向所述第二TWC的开度以减少流向所述第二TWC的排气流；以及
增大所述EGR阀朝向所述导管的开度以增加回流至所述进气***的排气再循环，其中所述导管引导排气回流至所述进气***。
6.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述导管中的传感器测得的空燃比大于所述传感器处的目标空燃比时，降低所述第二目标空燃比以提高所述第二汽缸的燃料供给。
7.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述导管中的传感器测得的空燃比小于所述传感器处的目标空燃比时，提高所述第二目标空燃比以降低所述第二汽缸的燃料供给。
8.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述导管中的传感器测得的空燃比大于所述传感器处的目标空燃比时，减小节流阀的开度，所述节流阀调节从进气歧管进入所述第二汽缸的流量，
其中，所述节流阀不调节从所述进气歧管进入所述第一汽缸的流量。
9.根据权利要求1所述的发动机控制方法，进一步包括，当利用所述导管中的传感器测得的空燃比小于所述传感器处的目标空燃比时，增大节流阀的开度，所述节流阀调节从进气歧管进入所述第二汽缸的流量，
其中，所述节流阀不调节从所述进气歧管进入所述第一汽缸的流量。
10.根据权利要求1所述的发动机控制方法，其中：
所述第一TWC包括一种或多种提供至少预定容量的储氧容量的材料，其中所述储氧容量大于零；并且
所述第二TWC具有约为零的储氧容量。
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