專利名稱：選擇性催化還原反應(scr)排放控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機動車車輛內排放控制的領域，并更具體地涉及對稀燃(lean-burn) 發(fā)動機的氮氧化物排放的控制。
背景技術：
車輛可以裝備有稀燃汽油發(fā)動機或稀燃柴油發(fā)動機，或者裝備有在稀薄條件下消 耗代用燃料(酒精、生物柴油等)的發(fā)動機。車輛內的排氣系統(tǒng)可以包括稀氮氧化物收集 器(LNT)，該稀氮氧化物收集器被配置為在稀薄操作(lean operation)期間從排氣流捕獲 氮氧化物(N0X)。排氣系統(tǒng)也可以包括選擇性催化還原反應(SCR)裝置，該選擇性催化還原 反應裝置被配置成在稀薄操作期間借助于在排氣流中含有的含氮還原劑(如氨)來催化由 N0X向分子氮轉變的還原反應。 LNT連續(xù)捕獲NOx的能力可以通過再生加濃階段而間歇地恢復，其中發(fā)動機被臨時 地導入以提供富集(即還原的)排氣。在一些配置中，LNT與SCR裝置可以被配置成在加 濃階段期間從LNT釋放的氨流向SCR裝置以還原其中的NO,。此外，在加濃階段期間從LNT 釋放的一些氨可以被儲存在SCR催化劑中并在稀薄周期期間用于還原可能經過LNT的N0X。
此外，發(fā)動機可以操作地聯(lián)接到控制器。該控制器可以被配置為通過臨時地引起 發(fā)動機提供富集排氣而開始再生階段。在一些示例中，控制器可以進一步被配置成在預定 的區(qū)間后停止再生階段將發(fā)動機恢復到稀薄操作條件。在其他示例中，控制器可以依照傳 感器的響應而停止再生階段。 例如，公開號為2007/0033928的美國專利申請描述了用于車輛的LNT/SCR系統(tǒng)， 其中傳感器被設置在LNT的下游和SCR裝置的上游。參考文件進一步描述了在一個具體示 例中，當與氨濃度有關的傳感器響應到達頂點并隨后下降到目標值以下時，LNT/SCR系統(tǒng)的 加濃階段可以被停止。 然而，本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在上述方法中的潛在的不足。具體地，隨著LNT催化 劑老化，在再生階段提供給SCR裝置的氨可能是不足的。

發(fā)明內容
因此，發(fā)明人在一個實施例中提供了一種車輛的排放控制系統(tǒng)，該排放控制系統(tǒng) 包含被設置在發(fā)動機下游、所述車輛的排氣系統(tǒng)中的稀氮氧化物收集器(LNT)、被設置在所 述LNT下游的選擇性催化還原反應(SCR)裝置以及控制器。所述控制器操作地聯(lián)接到所述 發(fā)動機，并被配置成使所述發(fā)動機至少在加濃區(qū)間期間給所述LNT提供還原排氣，所述加 濃區(qū)間包括加濃子區(qū)間，所述控制器進一步被配置成響應所述LNT的老化來調節(jié)所述加濃 子區(qū)間。在一個示例中，加濃區(qū)間可以包括第一加濃子區(qū)間，該第一加濃子區(qū)間在LNT內出 現(xiàn)濃臨界(rich breakthough)之前開始并在第二加濃子區(qū)間之前結束。第二加濃子區(qū)間 在LNT內出現(xiàn)濃臨界之后開始并在加濃區(qū)間結束時結束。當然，這些區(qū)間可以變化，并且如 果需要，同樣可以進一步包括額外的加濃子區(qū)間。
在另 一個實施例中，方法被用于給SCR裝置提供氨，其中該SCR裝置被設置在車輛 排氣系統(tǒng)中LNT的下游。該方法包括在加濃區(qū)間期間加濃流向LNT的排氣，該加濃區(qū)間包 括加濃子區(qū)間，其中隨著LNT進一步老化，加濃子區(qū)間被延長；并且在加濃子區(qū)間結束時中 止對排氣流的加濃。 這樣，能夠基于催化性能來改進LNT再生，并因此產生充足的氨用于SCR裝置的改 善的操作。其他實施例提供額外的排放控制系統(tǒng)和相關方法以便向被設置在車輛排氣系統(tǒng) 中LNT下游的SCR裝置供應氨。 應該理解上文提供的概述用于以簡化的形式介紹將在詳細說明中進一步被描述 的概念的選擇。其不意味著要求保護的主題的關鍵或必要特征，所要求保護的主題由權利 要求所限定。此外，要求保護的主題不限于解決上文描述或在本發(fā)明任何部分內所述的任 何缺陷的實施方式。


圖1描述依照本發(fā)明的車輛的排放控制系統(tǒng)的示例。 圖2A、圖2B和圖2C說明依照本發(fā)明實施例的理想化的時變傳感器(時間相關的 傳感器)響應。 圖3描述依照本發(fā)明的車輛的排放控制系統(tǒng)的第二個示例。 圖4說明依照本發(fā)明的為被設置在車輛排氣系統(tǒng)內的選擇性催化還原反應(SCR) 裝置提供氨的示例方法。 圖5描述依照本發(fā)明的車輛的排放控制系統(tǒng)的第三個示例。 圖6說明依照本發(fā)明的為被設置在車輛排氣系統(tǒng)內的SCR裝置提供氨的第二個示 例方法。 圖7描述依照本發(fā)明的車輛的排放控制系統(tǒng)的第四個示例。
具體實施例方式
圖1描述了一個示例性實施例中的車輛的排放控制系統(tǒng)。排放控制系統(tǒng)包括被 設置在發(fā)動機106的下游、車輛的排氣系統(tǒng)104內的稀氮氧化物收集器(LNT) 102。該LNT 可以是包含還原劑的任意裝置，其被配置成收集來自稀發(fā)動機排氣的N0X，并進一步被配 置成在發(fā)動機排氣變濃時將收集到的NOx還原為氨和/或分子氮。在一些實施例中，LNT 可以進一步包含一種或更多種儲氧材料(如二氧化鈰)，所述儲氧材料在稀薄階段期間儲 存氧氣并在加濃階段期間釋放氧氣。可以理解，"稀發(fā)動機排氣"指相對于化學計量狀態(tài) (stoichiometric state)而言缺少還原種類(如碳氫化合物、二氫化物、一氧化碳等)和/ 或富含分子氧的發(fā)動機。相對地，"濃發(fā)動機排氣"指相對于化學計量狀態(tài)而言富含還原種 類和/或缺少分子氧的發(fā)動機。 繼續(xù)參考圖l，說明的排氣控制系統(tǒng)進一步包括選擇性催化還原反應(SCR)裝置 108，該SCR裝置同樣被設置在LNT下游、車輛的排氣系統(tǒng)內。SCR裝置可以是包含催化劑的 任何裝置，并且該SCR裝置被配置成當特定的含氮還原劑(如氨、尿素等)被提供在排氣流 中時在稀薄條件下將N0X還原成分子氮。 雖然LNT 102和SCR裝置108在圖1中顯示為單獨的分離的裝置，不過可以理解其中一者或兩者可以被包括(如集成)到一多功能排放控制元件中。此外，可以理解與這 個實施例完全一致的一些排放控制系統(tǒng)可以包含依照在排氣系統(tǒng)104中的各種配置而設 置的、附圖中未顯示的其他排放控制元件，如三元催化裝置、柴油氧化催化裝置、柴油微粒 過濾器、傳感器等。例如，柴油氧化催化裝置可以被設置在LNT上游，而柴油微粒過濾器可 以被設置在SCR裝置的下游。 為在說明的配置中達到有利的排放控制性能，在加濃階段，來自LNT 102的氨的 適量供應必須被提供給SCR裝置108。然而，為保持燃料經濟性，加濃階段必須保持盡可能 短。因此，圖1中的排放控制系統(tǒng)同樣包括控制器110?？刂破骺刹僮鞯芈?lián)接到發(fā)動機106， 并且控制器被配置成使所述發(fā)動機至少在加濃區(qū)間期間向所述LNT提供還原的排氣，其中 所述加濃區(qū)間包括多個加濃子區(qū)間，所述多個加濃子區(qū)間中的一個加濃子區(qū)間發(fā)生以響應 排氣流傳感器的輸出變化(如下文描述)。如本文描述，控制器可進一步被配置為響應LNT 的老化來調節(jié)該加濃區(qū)間。雖然附圖中顯示的控制器110是單獨的獨立元件，不過可以理 解該控制器可以是車輛的一個或更多個其他控制元件的一部分。控制器可以進一步被配置 成在一個或更多個加濃子區(qū)間期間同樣響應LNT的老化來調節(jié)加濃水平(如排氣流空燃 比)。 繼續(xù)參考圖l，說明的排氣控制系統(tǒng)同樣包括被設置在排氣系統(tǒng)104內的傳感器 112。傳感器112可以是響應發(fā)動機排氣中成分(如分子氧、分子氫、氨、水蒸氣、NOx等)或 發(fā)動機排氣特性(如，還原能力和/或氧化能力)的任意傳感器。在一些實施例中，傳感器 可以至少響應傳感器位置處的排氣系統(tǒng)中分子氧的分壓；例如傳感器可以是氧傳感器或空 燃比傳感器。在一些實施例中，傳感器可以是HEGO (加熱型氧)傳感器，而在其他實施例中， 傳感器可以是UEGO(寬域氧)傳感器。傳感器可以被配置為當排氣流空燃比橫穿閾值時報 告，其中所述閾值如對應于濃空燃比。在圖1中，傳感器112被設置在LNT102下游和SCR 裝置108上游的排氣導管114內。被設置在該位置，傳感器可以響應LNT下游和SCR裝置 上游的排氣流的富集度。 圖2A和圖2B中繪出的曲線描述在說明的排放控制系統(tǒng)的示例加濃階段期間傳感 器112的理想化時變響應，其中傳感器被配置成報告空燃比并且依照圖1被設置。在每幅 圖中，繪制了排氣流空燃比A相對于加濃階段內的時間(即加濃開始后的時間)。注意 圖在水平和垂直是成比例的，以便于說明而不是定量的精確。這樣，提供不帶單位的圖，并 且圖被繪制成在被繪制的數量上可以是線性或可以是非線性地成比例。
在加濃階段，濃發(fā)動機排氣可以實現(xiàn)在LNT 102內的收集到的NOx和/或其它氧化 種類的逐漸還原。隨著收集到的氧化種類被還原，傳感器122可報告接近化學計量條件，這 是因為排氣流的大部分還原能力被LNT內收集的氧化種類所消耗。在這些條件下的傳感器 112的響應由區(qū)域204內的實曲線202表示。在這個階段，在LNT上游區(qū)域內通過NOx還原 而暫時形成的氨可以經歷在LNT下游內的進一步反應，例如與N0X和/或氧反應，從而很少 或沒有氨可以從LNT釋放。 然而，在一些點，儲存的NO,和/或其它氧化種類的實質部分將被LNT 102耗盡， 這允許排氣流保留其還原能力。隨后傳感器112將報告提高的富集度。特別地，傳感器響 應可以橫穿閾值A^，該閾值A^可以對應于濃空燃比。圖2A和圖2B中在206處顯示的 這種情況被稱為濃空燃比與稀空燃比轉換的情況或"濃臨界"(richbreakthrough)。其可
5以大體上顯示LNT用于持續(xù)收集N0X的能力已被恢復，并且因此加濃階段可以被停止。
在SCR裝置內，從LNT釋放的氨可以與NOx反應以形成分子氮和水，其中N0X同樣 從LNT釋放。氨與N0X的化學計量還原反應可以通過作為共氧化劑的分子氧而被促進；因 此推斷出，SCR催化劑的儲氧能力可以增強SCR裝置在加濃階段還原N0X的能力，其中非常 少的分子氧被提供在排氣流中。此外，在加濃階段沒用于還原NO,的一些氨可以被儲存在 SCR催化劑內并在下一個稀階段被使用以還原經過LNT的N0x。因此，說明的LNT/SCR組合 可以實現(xiàn)進一步還原NOx排放物(低于僅通過LNT將達到的水平)和限制氨從排氣系統(tǒng)的 不希望釋放(即，氨逃逸)的結合的優(yōu)勢。 濃臨界出現(xiàn)的時間可能取決于在加濃階段之前多少N0X和/或氧化種類被收集到 LNT 102中。因此，圖2A中的虛曲線顯示了發(fā)生在較早時間206'和206"的濃臨界，其中， 例如較少的N0X已被LNT收集。濃臨界出現(xiàn)的時間可進一步取決于排氣流內的溫度和/或 流速。此外，如下文描述，在濃臨界點出現(xiàn)之外的加濃階段的適當持續(xù)時間可取決于LNT的 老化程度。 例如，類似實曲線202的響應可以從新的且高效的LNT觀測到。當LNT 102處于 這種條件下時，在濃發(fā)動機排氣中的還原種類可以在質量運輸限制速率下(即以排氣流入 LNT中時一樣快的速率)還原收集到的N0X和/或氧化種類。因此，當濃排氣前端到達傳感 器112的時間時，基本全部的收集到的N0X可以已被還原。在這種條件下，當傳感器112報 告濃臨界時或甚至是在此之前，排氣流的加濃應被停止，這是因為可以在傳感器上游存在 充足量的濃排氣以完成還原(參見下文)。 然而，當LNT 102老化并且效率降低時，在濃發(fā)動機排氣中的還原種類可以與收 集到的N0X更慢地反應，這樣在還原完成之前大量的濃排氣擺脫通過LNT。 LNT隨老化而效 率損失的一個因素可以是貴金屬催化劑(如鉑、鈀等)可以與NOx儲存材料(如氧化鋇、二 氧化鈰等)逐漸分離。由此推斷出，催化劑離開NO,儲存材料的遷移可以增加基本全部的 收集到的N0X在加濃條件下作為分子氮或氨而被釋放所需的時間。因此，類似點虛線曲線 202'的響應可以從充分老化的低效的LNT觀測到。在這些條件下，在傳感器112報告濃臨 界后連續(xù)加濃一些時間以保證LNT的能力已被完全恢復并產生足夠的NH3以用于SCR催化 反應可以是有益的。這可以通過延長貫穿一個或更多個加濃子區(qū)間的加濃階段和/或通過 提高加濃水平而實現(xiàn)，如下文所描述。 控制器110可被配置成提供包含一個或更多個加濃或富集子區(qū)間的加濃或富集 階段，其中濃發(fā)動機排氣被提供給LNT?？刂破骺梢赃M一步被配置成調節(jié)任意加濃子區(qū)間以 響應傳感器輸出、溫度和/或其它參數并進一步響應LNT的老化。例如，可存在第一加濃子 區(qū)間，該第一加濃子區(qū)間主要由傳感器管理，并對應于儲存的N0X與儲存的氧的還原反應。 在這個示例中，第一加濃子區(qū)間可以從加濃階段開始時延伸到探測到濃臨界時。因此，第一 加濃子區(qū)間可以隨儲存的N0X的量增加而被延長。隨著LNT老化，第一加濃子區(qū)間可以相 對于前個加濃區(qū)間保持相同或甚至更短的持續(xù)時間；注意隨著LNT老化，更少的N0X可以 在加濃前被存儲到稀階段。此外，第二加濃子區(qū)間可以確定在第一加濃子區(qū)間后富集度被 保持多久。在一些實施例中，其可包括隨增加的LNT老化而延長第二加濃子區(qū)間，上述改變 在一些情況下與第一加濃子區(qū)間的改變相反。在第二加濃子區(qū)間期間的加濃水平也可以隨 催化劑老化而增加。
本發(fā)明的平衡在于控制加濃階段開始的后面部分，例如在LNT 102的濃臨界被檢 測到后。這個時間段在此后被簡稱為"加濃子區(qū)間"。然而可以理解，將其這樣稱呼并不排 除包括在加濃階段內的其它在先加濃子區(qū)間。 通過控制器110的適當配置，加濃子區(qū)間的各方面可以被調節(jié)以響應LNT老化。例 如，加濃子區(qū)間的開始和/或持續(xù)時間可以被調節(jié)以響應LNT老化加濃子區(qū)間可以隨LNT 老化而被延長，加濃子區(qū)間開始時間可以隨LNT老化而被推遲，等等。此外，通過操作地聯(lián) 接控制器與其它車輛元件，如傳感器、里程表等，或以其他適當的方法，加濃子區(qū)間可以被 調節(jié)以響應LNT老化。 圖2B顯示加濃子區(qū)間210，其中控制器110可以被配置成當LNT是新的且高效的 時提供。圖2B同樣顯示加濃子區(qū)間210'，其中控制器110可以被配置成當LNT更顯著地老 化時提供。在這個示例中，當傳感器112報告濃臨界時，兩個加濃子區(qū)間都在206開始。
圖2C中繪制的傳感器響應類似于圖2B中繪制的傳感器響應，但其與假定的配置 相應，在該假定的配置中傳感器112已經被移動到LNT 102的上游。因此，圖顯示在兩個不 同加濃階段期間提供給LNT的排出氣體的假定空燃比加濃階段212，其中控制器110可在 LNT是新的并處于高效時提供，以及加濃階段212'，其中控制器110可以在LNT更顯著地老 化后提供。圖2C也顯示了加濃子區(qū)間210和210'，當傳感器112報告濃臨界時，這兩個加 濃區(qū)間均在206開始。出于清楚目的，圖2C中每個加濃階段均垂直地偏離于彼此而顯示。 然而可以理解，圖中描繪的假定的傳感器響應可以分享相同的稀水平和濃水平，或在其它 實施例中，可以達到不同的稀水平或濃水平。 在圖2A、圖2B和圖2C中，獨立的"時間"坐標被無量綱地繪制在水平軸線上以作 為延伸到加濃階段的度量。同樣"時間"和相關詞條"時間區(qū)間"、"開始時間"、"老化"等被 用于整篇文章。然而，可以理解其它合適的度量，如發(fā)動機轉數、燃燒事件或濃燃燒事件數、 排氣質量流量等被作為代替或可選的度量。此外，依照這些度量限定的配置和方法與本發(fā) 明完全一致。因此，在一個實施例中，控制器IIO可以被配置成在傳感器112已指出濃臨界 后提供可調節(jié)數量的濃燃燒事件，其中可調節(jié)數量響應通過LNT 102的排氣的計算的質量 流量。此外，由于圖2A、圖2B和圖2C的圖中不包括軸線刻度，所以可以理解取決于特定的 排氣系統(tǒng)參數、傳感器配置等可以使用多種不同的軸線刻度。 現(xiàn)在參考圖l，所示的控制器IIO操作地聯(lián)接到里程響應元件116，并被配置成接 收來自該里程響應元件116的輸出。里程響應元件116可以是響應車輛累計里程的任意車 輛元件。例如，里程響應元件116可以是里程表。在另一個實施例中，其可以被配置成提供 累計的時間-溫度柱狀圖，基于所述柱狀圖可以估計LNT的老化程度。
所示的控制器110也被操作地聯(lián)接到維護記錄元件118，并被配置成接收來自該 維護記錄元件118的輸出。維護記錄元件118可以是記錄LNT 102何時被維護的任何裝置， 其中所述維護以全部或部分地恢復LNT初始能力和/或活動的方式被實施。這種維護可以 包括例如更換、清潔、侵蝕和/或再施加催化劑清洗層。維護記錄元件可以依照LNT維護而 被自動或手動(即通過維護技師)觸發(fā)。因此，控制器110可以被配置成響應里程響應元 件116和/或維護記錄元件118的輸出來調節(jié)加濃子區(qū)間。通過獲得車輛的累計里程以及 何時LNT 102經歷恢復性維護，控制器可以確定LNT的老化特性，并至少部分地基于老化特 性設定加濃子區(qū)間。
圖1中顯示的控制器110被操作地聯(lián)接到傳感器112并被配置成接收來自該傳感 器112的輸出。因此，提供了可以響應傳感器輸出而被調節(jié)的加濃子區(qū)間。在一些實施例 中，控制器可以被配置成基于傳感器的輸出來調節(jié)加濃子區(qū)間的開始。具體地，控制器可以 被配置成使發(fā)動機提供稀排氣給LNT 102、轉換到提供更濃排氣給所述LNT以及在傳感器 報告排氣流空燃比已越過閾值后開始的加濃子區(qū)間期間持續(xù)提供較濃排氣給所述LNT。此 外，在一些示例中，控制器可以被配置成加濃子區(qū)間在閾值被越過后立即或不久開始(即 當閾值被越過時開始)。 在另一個實施例中，控制器110可以被配置成基于傳感器112的響應來調節(jié)加濃 子區(qū)間的加濃持續(xù)時間和/或加濃水平；控制器調節(jié)加濃子區(qū)間的加濃持續(xù)時間和/或加 濃水平的詳細方式可基于所實踐的具體實施方式
。 在一個示例中，LNT老化可以與傳感器112在其已經報告濃臨界后報告過濃條件 的延遲有關。因此，控制器IIO可以被配置成調節(jié)加濃子區(qū)間的持續(xù)時間，以便加濃子區(qū)間 持續(xù)直到傳感器報告過濃條件。過濃條件可以對應于在基本全部的收集到的氧化種類被從 LNT 102清除后達到的最小空燃比。此外，過濃條件可以與例如傳感器的最小或最大電壓輸 出或傳感器接近最小或接近最大的電壓輸出相對應。更進一步，用于指示過濃階段的接近 最小或接近最大的電壓輸出可以依照校準程序而被選擇。在此方法中，加濃階段可以被延 伸超過濃臨界出現(xiàn)的點，并可以僅當傳感器報告過濃條件時被停止。換句話說，加濃子區(qū)間 可以連續(xù)直到傳感器越過第二閾值，其中該第二閾值對應于比第一閾值更濃的空燃比。
在另一個示例中，LNT老化可以與LNT 102的N0X或其它氧化劑儲存能力的變化相 關。控制器110可以被配置成相對于時間積分傳感器的響應，從而估計儲存能力?？刂破?可以被進一步配置成基于被積分的傳感器響應來調節(jié)加濃子區(qū)間的持續(xù)時間。
在另一個示例中，LNT老化可以與LNT 102內收集到的N0X和/或其它氧化種類的 未收集率(例如釋放速率和/或還原速率)相關?？刂破?10可以被配置成基于傳感器響 應并結合通過排氣系統(tǒng)的流速(其同時也可基于發(fā)動機速度、節(jié)氣門位置等)來估計未收 集率?？刂破骺梢赃M一步被配置成基于未收集率來調節(jié)加濃子區(qū)間的持續(xù)時間。
在另一個示例中，LNT老化可以與整體的稀氮氧化物收集器(LNT)和/或選擇性 催化還原反應(SCR)性能相關?？刂破?10可以被聯(lián)接到車輛的排放控制診斷系統(tǒng)并被配 置成響應排放控制性能鑒定或分析來調節(jié)加濃子區(qū)間的持續(xù)時間。排放控制性能鑒定可以 包括，例如借助排氣流N0X傳感器來測量排氣管N0X水平。在一個示例中，控制器可以被配 置成在排氣管中NO,水平超過閾值水平時延長加濃子區(qū)間，并且在排氣管中NO,水平低于閾 值水平時縮短加濃子區(qū)間。 繼續(xù)參考圖l，所說明的排放控制系統(tǒng)104同樣包括被設置在排氣系統(tǒng)104內的溫 度傳感器120。溫度傳感器可以是響應排氣流溫度的任意裝置。雖然圖中顯示的溫度傳感 器是單獨的分立的裝置，不過可以理解溫度傳感器可以被集成到或包括在其它排氣系統(tǒng)裝 置內。因此，在一個非限制性示例中，溫度傳感器可以被包括在傳感器112內，傳感器112 的一個或更多個可用輸出可以響應溫度。因此，提供的加濃子區(qū)間可以進一步響應排氣流 的溫度和/或被設置在排氣系統(tǒng)內的元件(如LNT、 SCR裝置等)的溫度。
圖3描述了，第二個示例性實施例內的車輛排放控制系統(tǒng)。為避免重復，本實施例 或其它實施例中與圖1中的元件基本相同的元件在后續(xù)附圖中被省略，或以相同數字被標記并且不再描述。然而可以理解，在本公開內容的不同實施例中顯示的相同編號的元件也 可以在一定程度上是不同的。 圖3說明了未被設置在排氣導管114而是被設置在LNT102內的傳感器112。在此 位置，傳感器可以被配置成經歷輸出變化，該變化是基于傳感器上游的LNT部分內排氣流 的成分改變。在這個實施例中，由于足夠完成還原反應的濃排氣可存在于發(fā)動機106的下 游和傳感器112的上游，所以傳感器112可以在濃前端通過LNT之前報告富集度的提高。
圖4說明向被設置在車輛排氣系統(tǒng)內的SCR裝置提供氨的示例性方法，其中SCR 裝置被設置在LNT下游。為便于描述，這個實施例參考圖1的方面被描述。然而可以理解， 所說明的方法同樣可以通過多種其它配置被實現(xiàn)。 該方法在步驟402開始，其中來自車輛發(fā)動機的排氣流加濃被啟動。排氣流加濃 可以以多種方式被啟動。例如，發(fā)動機的進氣空燃比可以被加濃(例如，相對于空氣提供更 多燃料)。通過改變進氣閥門的定時和/或燃料噴射脈沖寬度、通過提供燃料的額外噴射、 通過調節(jié)EGR(排氣再循環(huán))設置和/或排氣閥定時、通過節(jié)流空氣進氣等，發(fā)動機的進氣 空燃比可以被加濃。在其他示例中，通過將燃料或另外的還原劑直接注入到排氣流內，排氣 流可以被加濃。啟動加濃可以包括基于各種因素將發(fā)動機的燃燒空燃比從稀空燃比轉換到 濃空燃比，所述各種因素包括車輛的排氣系統(tǒng)中儲存的NO,的量、被設置在排氣系統(tǒng)中的 傳感器測量的N0X水平和/或多種其他因素。 該方法繼續(xù)到步驟404，在此處被設置在排氣系統(tǒng)內的LNT的老化特性被確定。老 化特性可以是測量或預測的反應LNT老化的量或條件。此外，如本文描述，老化特性可以從 測量或預測的量或條件的組合中推導。 在一個實施例中，老化特性可以至少部分地基于車輛的里程。例如，老化特性可以 隨車輛的里程而增加。在另一個示例中，老化特性可以基于車輛的里程，但在LNT被更換或 維護時被重置。在這個示例中，LNT的更換或其他維護可以借助于維護記錄元件(如維護 記錄元件118)而被檢測，并且老化特性可以被適當地重置。然后，老化特性可以至少部分 地基于重置后累積的里程。 在另一個實施例中，老化特性可以是基于傳感器(如傳感器112)從與濃臨界對應 的水平轉換到與過濃臨界(即傳感器的極限輸出或近極限輸出)相對應的水平所用的時間 量，其中所述傳感器被設置在車輛的排氣系統(tǒng)中并在SCR裝置的上游。
在另一個實施例中，老化特性可以是基于LNT內N0X的儲存能力和/或氧儲存能 力的變化，其可以通過例如操作地聯(lián)接到被設置在車輛排氣系統(tǒng)中的一個或更多個傳感器 的控制器(如操作地聯(lián)接傳感器112的控制器110)來確定。在一個特定示例中，控制器可 以通過相對于時間積分傳感器響應來估計N0X的儲存能力和/或氧儲存能力。
在另一個實施例，老化特性可以是基于LNT 102收集的N0X和/或其他氧化種類 的未收集率(見上)，其可以通過例如操作地聯(lián)接到被設置在車輛的排氣系統(tǒng)中的一個或 更多個傳感器的控制器來確定。在一個具體示例中，控制器可以基于傳感器的響應以及進 一步基于流過排氣系統(tǒng)的氣流速率(其同樣可以基于發(fā)動機速度、節(jié)氣門位置等)來估計 收集到的N0X的未收集率和/或還原率。 在另一個實施例中，老化特性可以是基于LNT和/或SCR性能的確定，所述性能可 以通過車輛排放控制診斷系統(tǒng)來分析。在一個具體實施例中，排放控制診斷系統(tǒng)可以包括排氣流N0X傳感器或響應排氣管中N0X水平的其他裝置?？刂破骺梢员慌渲贸赏ㄟ^適當的 推斷法或關聯(lián)法(heuristic)來關聯(lián)排氣管中N0X水平和LNT老化。 方法繼續(xù)到步驟406，此處確定是否到了停止加濃并返回到稀操作的時間。到此， 控制器110可以基于在步驟404確定的老化特性來計算加濃子區(qū)間。 在一個實施例中，加濃階段可以與加濃子區(qū)間一致加濃可以在加濃子區(qū)間開始 處開始，并在加濃子區(qū)間結束時停止。因此，控制器可以比較進入當前加濃階段的時間與加 濃子區(qū)間的長度，并且如果進入當前加濃階段的時間超過加濃子區(qū)間的長度，那么確定到 了停止加濃的時間。在另一個實施例中，加濃子區(qū)間可以在已經開始加濃之后某時間開始， 例如當設置在排氣系統(tǒng)的傳感器以特定方式響應時。在一個非限制性示例中，控制器110 可以等待直到傳感器112報告濃臨界時；隨后可以比較從濃臨界被報告的時間與加濃子區(qū) 間的長度，并且如果這個時間超過加濃子區(qū)間的長度，那么停止加濃。在這些實施例中，加 濃子區(qū)間可能包括加濃階段的后面的部分。 在一些實施例中，加濃子區(qū)間可以進一步是基于排氣流溫度。本發(fā)明發(fā)明人已經 發(fā)現(xiàn)，在低溫，銅基SCR催化劑可以在相對高的溫度將氨氧化為N0X，從而降低在排氣系統(tǒng)中 包括LNT和SCR裝置的排氣控制增益。因此，該方法可進步一包括縮短加濃子區(qū)間以便在 排氣流溫度高于閾值溫度時，限制提供給銅基SCR裝置的氨的量。例如，加濃子區(qū)間可以隨 SCR裝置的溫度升高而被縮短，并且進一步響應本文提及的催化劑老化而被調節(jié)。
排氣流的加濃可以持續(xù)直到確定已經是停止加濃的時間，即在加濃子區(qū)間結束 處。當確定是停止加濃的時間，則繼續(xù)執(zhí)行本方法直到步驟408，在此加濃被停止。通過顛 倒在步驟402中采用以提供加濃的任意行為，加濃可以被中止如適用于稀條件的恢復進 氣閥定時、燃料噴嘴脈沖寬度、EGR設置、排氣閥定時、中止空氣節(jié)氣等。因此，LNT的老化特 性可以被確定，排氣流的加濃可以在取決于老化特性的時間處被中止。此外，加濃子區(qū)間可 以響應LNT的老化，并更具體地，隨LNT變得進一步老化，加濃子區(qū)間可以被延長或者加濃 水平可以被提高。 圖5描述在另一個示例性實施例中的車輛排放控制系統(tǒng)。在圖5的排放控制系統(tǒng) 包括被設置在LNT 102內的上游傳感器112'以及下游傳感器112"，該下游傳感器112"被 設置在LNT 102的下游并且在SCR裝置108的上游。每個上游傳感器和下游傳感器均可以 與上文描述的傳感器112基本相同或至少部分地不同。在一個實施例中，上游傳感器112' 可以是UEGO傳感器，而下游傳感器122"可以是HEG0傳感器和UEGO傳感器中的一種。
圖6說明一種示例性方法，該方法向被設置在車輛排氣系統(tǒng)中的SCR裝置提供氨， 所述SCR被設置在LNT的下游并且排氣系統(tǒng)包含上游傳感器和下游傳感器。圖6方法中與 圖4中的步驟基本相同的步驟用相同的數字標記并且沒有被進一步地描述。然而，可以理 解，本發(fā)明不同實施例中說明的標號相同的步驟也可以在一定程度上不同。為便于描述，該
實施例參考圖5的方面被描述。然而可以理解，也可通過各種其他配置來實現(xiàn)所說明的方 法。 方法在步驟402開始，在此排氣流加濃被啟動；其持續(xù)到步驟404，在此步驟，LNT 的老化特性被確定；到步驟406，在此確定是否是停止加濃的時間；以及到步驟408，在此步 驟，排氣流加濃被停止。在這個實施例中，步驟406中使用的用于確定濃臨界何時發(fā)生的傳 感器可以是圖5的上游傳感器112'。因此，加濃子區(qū)間的開始可以是基于上游傳感器的輸出而被調節(jié)。 在步驟610，確定下游傳感器122"是否報告濃條件。如果下游傳感器沒在報告濃 條件，那么在步驟612，正增量可被施加以延長加濃子區(qū)間。通過施加正增量，后續(xù)的排氣 流加濃階段可以有延長的持續(xù)時間。但是如果下游傳感器在報告濃條件，那么在步驟614， 確定下游傳感器是否在報告過濃條件。如果確定下游傳感器在報告過濃條件，那么在步驟 618，負增量可以被施加以縮短加濃子區(qū)間。通過施加負增量，后續(xù)的排氣流加濃階段可以 有減少的持續(xù)時間。然后在不考慮下游傳感器輸出的情況下該方法返回。
在上文描述的方法中，如果下游傳感器的輸出低于第一閾值，那么加濃子區(qū)間可 以被延長；如果下游傳感器的輸出高于第二閾值，那么加濃子區(qū)間可以被縮短，其中第二閾 值不同于第一閾值，且在示例中空燃比由HEGO/UEGO傳感器顯示。此外，下游傳感器的輸出 可以響應分子氧的分壓，并且與第二閾值相比第一閾值對應于更大的分子氧分壓。因此， 控制器可以被配置成如果下游傳感器顯示的空燃比低于第一閾值，那么延長加濃子間隔； 并且如果下游傳感器顯示的空燃比高于第二閾值，那么縮短加濃子間隔，其中第二閾值對 應于比第一閾值更濃的空燃比。 圖7描述在另一個示例性實施例中的車輛排放控制系統(tǒng)。圖7的排放控制系統(tǒng)進
一步包含被設置在SCR 108下游的下游LNT122。提供下游LNT，以便通過提供進一步的機
會以使如碳氫化合物和一氧化碳的這些氣體與吸附的N0X結合，來限制碳氫化合物和一氧
化碳從上游LNT/SCR組合中逃逸。在另一個實施例中，額外的傳感器可以被設置在下游LNT
的下游以提供對加濃子區(qū)間的適應性控制，其與上文描述的實施例基本相似。 然而，在這個示例中，下游LNT 122的濃臨界是不需要的，這是因為在LNT 122下
游沒有可以使用氨來還原N0X的SCR階段。因此，下游LNT下游的傳感器可以被用于防止來
自下游LNT的濃臨界。此外，如在前述實施例中顯示的，下游傳感器可以被設置在下游LNT中。 可以理解本文描述的示例控制和判斷程序可以被用于各種系統(tǒng)配置。這些程序可 以表現(xiàn)為一種或多種不同的處理策略，如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等等。這樣， 公開的處理步驟(操作、功能和/或行為)可以表現(xiàn)為被編程到控制系統(tǒng)中的計算機可讀 存儲介質內的代碼?？梢岳斫?，本文描述和/或說明的一些處理步驟在一些實施例中可以 被忽略而不背離本公開內容的范圍。同樣，不總是要求所提出的處理步驟的順序來達到預 期結果，而是所述順序被提供是用于說明和描述的。 一個或更多個所說明的行為、功能或操 作可依照使用的特定策略而被重復執(zhí)行。 最后，可以理解本文描述的系統(tǒng)和方法實際上是示意性的，并且這些具體實施例 和示例無意被看作是一種限制，因為可以預期到多種變化。因此，本發(fā)明包括全部新穎和非 顯而易見的本文公開的多個系統(tǒng)和方法的組合和子組合，以及它們的任意與全部等同物。
權利要求
一種車輛的排放控制系統(tǒng)，該排放控制系統(tǒng)被聯(lián)接到所述車輛的發(fā)動機并包含設置在所述發(fā)動機下游的、所述車輛的排氣系統(tǒng)中的LNT，即稀氮氧化物收集器；設置在所述LNT下游的、所述車輛的所述排氣系統(tǒng)中的SCR裝置，即選擇性催化還原反應裝置；以及控制器，所述控制器操作地聯(lián)接到所述發(fā)動機，并被配置成使所述發(fā)動機在加濃區(qū)間期間為所述LNT提供還原排氣，所述加濃區(qū)間包括加濃子區(qū)間，所述控制器進一步被配置成響應所述LNT的老化來調節(jié)所述加濃子區(qū)間。
2 如權利要求1所述的排放控制系統(tǒng)，進一步包含被設置在所述排氣系統(tǒng)中的傳感 器，其中所述控制器被配置成基于所述傳感器的輸出來調節(jié)所述加濃子區(qū)間的持續(xù)時間。
3. 如權利要求1所述的排放控制系統(tǒng)，進一步包含被設置在所述排氣系統(tǒng)內的傳感 器，其中所述控制器被配置成基于所述傳感器的輸出來調節(jié)所述加濃子區(qū)間的開始，并且 其中所述控制器進一步被配置成基于所述LNT的老化來調節(jié)所述加濃子區(qū)間的加濃水平。
4. 如權利要求3所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述傳感器響應在所述傳感器位置處的所 述排氣系統(tǒng)內的分子氧的分壓。
5. 如權利要求3所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述傳感器被設置在所述LNT的下游和所 述SCR裝置的上游。
6. 如權利要求3所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述傳感器被設置在所述LNT內。
7. 如權利要求6所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述傳感器是上游傳感器，并且進一步包 含被設置在所述LNT下游和在所述SCR裝置上游的、所述排氣系統(tǒng)內的下游傳感器，并且其 中所述控制器進一步被配置成如果所述下游傳感器的輸出低于第一閾值則延長所述加濃 區(qū)間并且如果所述下游傳感器的輸出高于不同于所述第一閾值的第二閾值則縮短所述加 濃區(qū)間。
8. 如權利要求6所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述傳感器是上游傳感器，并且進一步包 含被設置在所述LNT下游和在所述SCR裝置上游的、所述排氣系統(tǒng)內的下游傳感器，并且其 中所述控制器進一步被配置成如果所述下游傳感器所指示的空燃比低于第一閾值則延長 所述加濃子區(qū)間并且如果所述下游傳感器所指示的空燃比高于第二閾值則縮短所述加濃 子區(qū)間，其中所述第二閾值與所述第一閾值相比對應更濃的空燃比。
9. 如權利要求3所述的排放控制系統(tǒng)，其中所述LNT是上游LNT，并且進一步包含被設 置在所述SCR裝置下游的、所述排氣系統(tǒng)內的下游LNT。
10. —種車輛的排放控制系統(tǒng)，該排放控制系統(tǒng)被聯(lián)接到所述車輛的發(fā)動機并包含 設置在所述發(fā)動機下游的、所述車輛的排氣系統(tǒng)中的LNT ;設置在所述LNT下游的、所述車輛的所述排氣系統(tǒng)中的SCR裝置； 設置在所述SCR裝置上游的、所述車輛的所述排氣系統(tǒng)內的傳感器，所述傳感器被配 置成報告排氣流空燃比何時越過閾值；以及控制器，所述控制器操作地聯(lián)接到所述發(fā)動機，并被配置成導致所述發(fā)動機提供稀排 氣給所述LNT、轉換成提供較濃排氣給所述LNT以及在加濃期間持續(xù)提供所述較濃排氣給 所述LNT，所述加濃區(qū)間包括在所述傳感器報告所述排氣流空燃比已越過所述閾值時開始 的加濃子區(qū)間；并且所述控制器進一步被配置成響應所述LNT的老化來調節(jié)所述加濃子區(qū) 間的持續(xù)時間。
全文摘要
提供了一種車輛的排放控制系統(tǒng)，其具有被設置在發(fā)動機下游的車輛排氣系統(tǒng)中的稀氮氧化物收集器(LNT)、被設置在LNT下游的選擇性催化還原反應(SCR)裝置以及控制器?？刂破鞑僮鞯芈?lián)接到發(fā)動機，并被配置成使發(fā)動機至少在加濃區(qū)間的期間為LNT提供還原排氣，該加濃區(qū)間包括在傳感器指示濃臨界后開始的加濃子區(qū)間；該控制器進一步被配置成響應LNT的老化來調節(jié)加濃子區(qū)間的加濃持續(xù)時間和/或加濃水平。這樣，能夠基于催化劑性能改進LNT再生，并因此產生足夠的氨用于SCR裝置的改善的操作。
文檔編號B01D53/94GK101749084SQ20091022186
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權日2008年12月2日
發(fā)明者J·R·泰斯 申請人:福特環(huán)球技術公司