專(zhuān)利名稱(chēng)：用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可選擇性地以稀化學(xué)計(jì)量比操作的內(nèi)燃機(jī)的操作和控制以及相關(guān)排
氣后處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
該部分的內(nèi)容僅提供與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。 在稀化學(xué)計(jì)量比狀況下操作內(nèi)燃機(jī)可以改進(jìn)燃料效率，但是可能增加NOx排放物。
在稀化學(xué)計(jì)量比下操作內(nèi)燃機(jī)的已知后處理系統(tǒng)包括在稀NOx還原催化劑上游的三效催化
轉(zhuǎn)換器，也稱(chēng)為稀N(^捕獲器(下文稱(chēng)為L(zhǎng)NT裝置)，其可與其它排氣后處理裝置協(xié)作。已
知的三效催化轉(zhuǎn)換器(TWC)用于氧化發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)，且在
化學(xué)計(jì)量比發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間還原氮氧化物(N0X)排放物且在稀操作期間氧化HC和CO排放物。 LNT裝置在稀的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間吸附N0X排放物且優(yōu)選在大約25(TC至45(TC溫度 范圍內(nèi)操作，高于和低于該溫度范圍時(shí)效率降低。已知LNT裝置的效率可以由于暴露給燃 料中存在的成分(包括硫)而降低。LNT裝置需要周期性再生來(lái)解吸和還原所吸附的N(^ 成分。再生技術(shù)可包括在一定時(shí)間段內(nèi)以濃化學(xué)計(jì)量空氣/燃料比操作火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，TWC中的氧存儲(chǔ)容量(下文稱(chēng)為0SC)可能在稀的發(fā)動(dòng)機(jī)操作 期間變得氧飽和。在再生過(guò)程的初始部分期間，存儲(chǔ)在TWC中的氧會(huì)氧化發(fā)動(dòng)機(jī)排放的還 原劑(例如，HC、 C0、 H2)和將處理過(guò)的混合物排放給LNT裝置。該空氣/燃料比使得LNT 裝置解吸所存儲(chǔ)的N0X。由于還原劑在再生過(guò)程的初始部分期間在TWC中消耗，因而解吸的 N0X排放物可逸出。 已知的再生方法包括在濃化學(xué)計(jì)量比下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)以產(chǎn)生還原劑，所述還原劑與 所存儲(chǔ)的NOy反應(yīng)以再生LNT。還原劑中的大部分由存儲(chǔ)在TWC中的氧消耗。此外，中和存 儲(chǔ)在TWC中的氧所需要的濃空氣/燃料比導(dǎo)致還原劑的延遲輸送給LNT，進(jìn)一步降低N0X還 原效率。

發(fā)明內(nèi)容
—種排氣后處理系統(tǒng)流體連接到內(nèi)燃機(jī)且信號(hào)連接到控制模塊。所述系統(tǒng)包括
帶有輸出排氣管的三效催化轉(zhuǎn)換器；可操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并在所述三效催化轉(zhuǎn)換器上游
流體連接的流轉(zhuǎn)向閥；排氣流管，所述排氣流管具有流體連接到轉(zhuǎn)向閥的第一端和流體連
接到三效催化轉(zhuǎn)換器的輸出排氣管的第二端；流體連接到三效催化轉(zhuǎn)換器的輸出管的催化
N0X吸附器裝置；和在所述催化N0X吸附器裝置下游連接的N0X傳感裝置。 用于管理排氣供應(yīng)流的方法包括操作發(fā)動(dòng)機(jī)并監(jiān)測(cè)排氣供應(yīng)流。所述排氣供應(yīng)流


現(xiàn)在將參考附圖以示例的方式描述一個(gè)或更多實(shí)施例，在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖； 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明在LNT再生期間的排氣管理的流程圖；禾口 圖3以圖表形式示出了根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于TWC中的不同氧氣水平的穿過(guò)TWC的C0
和N0X還原效率。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中所示的內(nèi)容僅僅是為了說(shuō)明某些示例性實(shí)施方式，而非為了 限制本發(fā)明，圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制成的內(nèi)燃機(jī)10、附隨控制模塊5和 排氣后處理系統(tǒng)70。發(fā)動(dòng)機(jī)10可選擇性地以多個(gè)燃燒模式操作，包括受控自動(dòng)點(diǎn)火模式、 均質(zhì)火花點(diǎn)火燃燒模式和分層充氣火花點(diǎn)火燃燒模式。發(fā)動(dòng)機(jī)10選擇性地以化學(xué)計(jì)量空 氣/燃料比和以主要是稀化學(xué)計(jì)量比的空氣/燃料比操作。本發(fā)明可應(yīng)用于各種內(nèi)燃機(jī)系 統(tǒng)和燃燒循環(huán)。 示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10包括具有往復(fù)活塞14的多缸直接噴射四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞14可 在氣缸15中滑動(dòng)移動(dòng)，氣缸限定可變?nèi)莘e燃燒室16。每個(gè)活塞14連接到旋轉(zhuǎn)曲軸12，活 塞的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)曲軸12轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？諝膺M(jìn)氣系統(tǒng)提供進(jìn)氣空氣給進(jìn)氣 歧管29，進(jìn)氣歧管將空氣引導(dǎo)并分配給進(jìn)氣流道中，到達(dá)每個(gè)燃燒室16?？諝膺M(jìn)氣系統(tǒng)包 括用于監(jiān)測(cè)和控制空氣流量的空氣流管道和裝置?？諝膺M(jìn)氣裝置優(yōu)選包括用于監(jiān)測(cè)空氣質(zhì) 量流量和進(jìn)氣空氣溫度的空氣質(zhì)量流量傳感器32。節(jié)氣門(mén)閥34優(yōu)選包括電子控制裝置，電 子控制裝置響應(yīng)于來(lái)自于控制模塊5的控制信號(hào)(ETC)控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣流量。歧管 中的壓力傳感器36適合于監(jiān)測(cè)歧管絕對(duì)壓力和大氣壓力。外部流動(dòng)通道將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣再循環(huán)到進(jìn)氣歧管，外部流動(dòng)通道具有流量控制閥，稱(chēng)為排氣再循環(huán)(EGR)閥38?？刂?模塊5可操作通過(guò)控制EGR閥38的開(kāi)度來(lái)控制至進(jìn)氣歧管29的排氣的質(zhì)量流量。
從進(jìn)氣歧管29進(jìn)入每個(gè)燃燒室16的空氣流由一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥20控制。從每 個(gè)燃燒室16到排氣歧管39的燃燒氣體的流量由一個(gè)或多個(gè)排氣閥18控制。進(jìn)氣閥20和 排氣閥18的開(kāi)啟和關(guān)閉優(yōu)選用雙凸輪軸(如圖所示)控制，雙凸輪軸的旋轉(zhuǎn)由曲軸12的 旋轉(zhuǎn)來(lái)關(guān)聯(lián)和標(biāo)引。發(fā)動(dòng)機(jī)10配備有用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的閥升程的裝置，稱(chēng)為可變 升程控制(下文稱(chēng)為VLC)裝置?？勺兩炭刂蒲b置可操作將閥升程或開(kāi)度控制為兩個(gè)不 同級(jí)(例如，用于低速、低負(fù)載操作的低升程閥開(kāi)度(約4-6mm)和用于高速、高負(fù)載操作的 高升程閥開(kāi)度(約8-10mm))之一。發(fā)動(dòng)機(jī)還配備有用于控制進(jìn)氣閥20和排氣閥18的開(kāi) 啟和關(guān)閉的定相(即，相對(duì)定時(shí))的裝置，稱(chēng)為可變凸輪定相(下文稱(chēng)為VCP)，以控制超過(guò) 由兩級(jí)VLC升程所影響的定相。有用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥20的VCP/VLC系統(tǒng)22和用于發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣閥18的VCP/VLC系統(tǒng)24。 VCP/VLC系統(tǒng)22和24由控制模塊5控制，且例如通過(guò)進(jìn)氣 凸輪軸(未示出)和排氣凸輪軸(未示出)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置傳感器來(lái)提供信號(hào)反饋給控 制模塊5。 進(jìn)氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24具有有限的權(quán)限范圍，在此權(quán)限范圍上進(jìn)氣和 排氣閥18和20的開(kāi)啟和關(guān)閉能得到控制。VCP系統(tǒng)具有約60° -90°的凸輪軸旋轉(zhuǎn)的定
6相權(quán)限的范圍，因此允許控制模塊5提前或延遲開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)氣和排氣閥18和20之一。定 相權(quán)限的范圍受到VCP的硬件和致動(dòng)VCP的控制系統(tǒng)的限定和限制。進(jìn)氣和排氣VCP/VLC 系統(tǒng)22和24使用由控制模塊5控制的電動(dòng)-液壓、液壓和電控力中的一種來(lái)致動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃料噴射系統(tǒng)，燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)高壓燃料噴射器28，每個(gè)燃 料噴射器28適合于響應(yīng)于來(lái)自于控制模塊5的信號(hào)將一定質(zhì)量的燃料直接噴射進(jìn)燃燒室 16中的一個(gè)內(nèi)。燃料噴射器28由燃料分配系統(tǒng)(未示出)供給增壓燃料。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括火花點(diǎn)火系統(tǒng)，火花能量通過(guò)火花點(diǎn)火系統(tǒng)響應(yīng)于來(lái)自于控制模 塊5的信號(hào)(IGN)提供給火花塞26，以點(diǎn)火或者輔助點(diǎn)火每個(gè)燃燒室16中的氣缸充氣。
發(fā)動(dòng)機(jī)10配備有各種傳感裝置以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作，傳感裝置包括具有輸出(RPM) 且可操作監(jiān)測(cè)曲軸旋轉(zhuǎn)位置(即曲軸角度和速度)的曲軸傳感器42、適合于監(jiān)測(cè)燃燒的燃 燒傳感器30、和適用于監(jiān)測(cè)排氣的排氣傳感器40 (通常是空氣/燃料比傳感器)。燃燒傳 感器30包括可操作監(jiān)測(cè)燃燒參數(shù)狀態(tài)的傳感器裝置，且示出為可操作監(jiān)測(cè)缸內(nèi)燃燒壓力 的氣缸壓力傳感器。燃燒傳感器30和曲軸傳感器42的輸出由控制模塊5監(jiān)測(cè)，控制模塊5 確定燃燒定相，即在每個(gè)燃燒循環(huán)下每個(gè)氣缸15的燃燒壓力相對(duì)于曲軸12的曲軸角的定 時(shí)。燃燒傳感器30也可以由控制模塊5監(jiān)測(cè)以確定在每個(gè)燃燒循環(huán)下每個(gè)氣缸15的平均 有效壓力(下文稱(chēng)為MEP)。優(yōu)選地，發(fā)動(dòng)機(jī)10和控制模塊5被設(shè)計(jì)成在每個(gè)氣缸點(diǎn)火事 件期間監(jiān)測(cè)和確定每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸15的IMEP的狀態(tài)。替代性地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以 使用其它傳感系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)其它燃燒參數(shù)的狀態(tài)，例如離子傳感點(diǎn)火系統(tǒng)和非侵入式氣缸壓 力傳感器。 控制模塊5執(zhí)行存儲(chǔ)在其中的算法代碼，以控制前述致動(dòng)器來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作， 包括節(jié)氣門(mén)位置、火花定時(shí)、燃料噴射質(zhì)量和定時(shí)、進(jìn)氣和/或排氣閥定時(shí)和定相、和控制 再循環(huán)排氣流量的EGR閥位置。閥定時(shí)和定相包括排氣閥再次開(kāi)啟的NVO和升程(在排氣 再換氣策略中)?？刂颇K5適于接收來(lái)自操作者的輸入信號(hào)(例如，節(jié)氣門(mén)踏板位置和制 動(dòng)踏板位置)從而確定操作者扭矩請(qǐng)求，且適于接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)(表示發(fā)動(dòng)機(jī) 速度、進(jìn)氣空氣溫度、冷卻劑溫度和其他環(huán)境條件)。 控制模塊5優(yōu)選地是通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，通用數(shù)字計(jì)算機(jī)包括微處理器或中央處理 單元、存儲(chǔ)介質(zhì)(包括非易失性存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，非易失性存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ) 器和電可編程只讀存儲(chǔ)器)、高速時(shí)鐘、模數(shù)和數(shù)模電路、輸入/輸出電路和裝置以及合適 的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路?？刂颇K具有一組控制算法，所述控制算法包括存儲(chǔ)在非易失性 存儲(chǔ)器中并被執(zhí)行以提供每個(gè)計(jì)算機(jī)的各自功能的常駐程序指令和標(biāo)定值。所述算法優(yōu)選 在預(yù)定循環(huán)期間被執(zhí)行。算法由中央處理單元執(zhí)行，且可操作監(jiān)測(cè)來(lái)自前述傳感裝置的輸 入并且執(zhí)行控制和診斷程序從而用預(yù)定標(biāo)定值控制致動(dòng)器的操作。在正在進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)和 車(chē)輛操作期間，循環(huán)通常以固定間隔例如每3. 125、6. 25、 12. 5、25和100毫秒被執(zhí)行。替代 性地，算法可響應(yīng)于事件的發(fā)生而被執(zhí)行。 操作中，控制模塊5監(jiān)測(cè)來(lái)自于前述傳感器的輸入以確定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的狀態(tài)。控 制模塊5執(zhí)行存儲(chǔ)在其中的算法代碼，以控制前述致動(dòng)器來(lái)形成氣缸充氣，包括控制節(jié)氣 門(mén)位置、火花點(diǎn)火定時(shí)、燃料噴射質(zhì)量和定時(shí)、控制再循環(huán)排氣流量的EGR閥位置、和進(jìn)氣 和/或排氣閥定時(shí)和定相(在如此配備的發(fā)動(dòng)機(jī)上)。在正在進(jìn)行的車(chē)輛操作期間，控制模 塊5可以操作打開(kāi)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，且可以操作以通過(guò)控制燃料和火花以及閥停用來(lái)選擇性地停用燃燒室的一部分或者閥的一部分。 在該實(shí)施例中，排氣后處理系統(tǒng)70包括三效催化轉(zhuǎn)換器80(下文稱(chēng)為T(mén)WC)、催化N0X吸附器60 (下文稱(chēng)為L(zhǎng)NT裝置)、流轉(zhuǎn)向閥72和旁通管74。后處理系統(tǒng)70流體連接到內(nèi)燃機(jī)10且可操作地信號(hào)連接到控制模塊5。轉(zhuǎn)向閥72流體連接到發(fā)動(dòng)機(jī)10、三效催化轉(zhuǎn)換器80和旁通管74，且可操作地連接到控制模塊5。流轉(zhuǎn)向閥72可以控制直接通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器80到達(dá)LNT裝置60的排氣供應(yīng)流的流量，且可以將排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器80直接從發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)入催化LNT裝置60。 三效催化轉(zhuǎn)換器80在轉(zhuǎn)向閥72下游和LNT裝置60上游流體連接。LNT裝置60在三效催化轉(zhuǎn)換器80和旁通管74下游流體連接。旁通管74在第一端82流體連接到轉(zhuǎn)向閥72且在第二端84流體連接到LNT裝置60的輸入端。排氣傳感器50和52設(shè)置成監(jiān)測(cè)供應(yīng)流并信號(hào)連接到控制模塊。排氣傳感器50和52可以是空氣/燃料傳感器、NOy傳感器和氧氣傳感器中的任一種。 LNT裝置60可操作吸附排氣供應(yīng)流中的氮氧化物，吸附量取決于排氣供應(yīng)流的溫度、流率和空氣/燃料比以及已經(jīng)吸附在其上的氮氧化物量。 LNT裝置60優(yōu)選包括具有涂層的載體，所述涂層包括催化活性材料。所述載體優(yōu)選包括由堇青石形成的單體元件，網(wǎng)孔密度優(yōu)選為64-96網(wǎng)孔每平方厘米(400-600網(wǎng)孔每平方英寸)且壁厚優(yōu)選為3-7毫米。載體的網(wǎng)孔包括流動(dòng)通道，排氣流經(jīng)所述流動(dòng)通道與涂層上的催化活性材料接觸，以實(shí)現(xiàn)氮氧化物的吸附和解吸、氧存儲(chǔ)、以及排氣供應(yīng)流的組分的氧化和還原。涂層優(yōu)選包含可操作存儲(chǔ)在稀化學(xué)計(jì)量比的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間產(chǎn)生的氮氧化物N0X的堿元素(例如Li、 Na和K)、堿土金屬化合物(例如Ba、 Mg、 Ca和Sr)和/或鑭系金屬(例如，La和Ce)。涂層也可以包括催化活性材料，即鑭系金屬(下文稱(chēng)為PGM)(包括Pt、Pd和Rh)以及添加劑(例如，Ce、Zr、La)。當(dāng)排氣供應(yīng)流為濃化學(xué)計(jì)量比時(shí)，有過(guò)多的還原劑且吸附的氮氧化物不穩(wěn)定并分解以釋放所存儲(chǔ)的N0X。排氣供應(yīng)流中的還原劑優(yōu)選包括在發(fā)動(dòng)機(jī)以濃空氣/燃料比操作時(shí)產(chǎn)生的HC分子、氫氣分子和CO。涂層在稀的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間吸附氮氧化物，并在產(chǎn)生濃排氣供應(yīng)流的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間解吸和還原氮氧化物。所吸附的氮氧化物通過(guò)在PGM催化劑部位處的過(guò)多還原劑還原。LNT裝置60能充滿(mǎn)所吸附的氮氧化物，從而降低其效率。LNT裝置60可借助于在存在前述還原劑時(shí)通過(guò)與還原劑反應(yīng)以還原成氮和其他惰性元素來(lái)解吸所吸附的氮氧化物而再生。 如圖1所示，后處理系統(tǒng)70優(yōu)選包括在轉(zhuǎn)向閥72上游的空氣/燃料傳感器40和優(yōu)選包括位于LNT裝置0上游和旁通管74的第二端84下游的空氣/燃料比傳感器的傳感器52。后處理系統(tǒng)70也可包括傳感器50，傳感器50包括位于LNT裝置60下游的N0X傳感器，所述傳感器優(yōu)選能夠測(cè)量排氣供應(yīng)流的空氣/燃料比。可選地，傳感器50可以包括位于LNT裝置60下游的空氣/燃料比傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)N0X傳感器和一個(gè)空氣/燃料比傳感器可都設(shè)置在LNT裝置的下游。在替代性實(shí)施例中，單個(gè)傳感器可適合于提供N0X傳感器和空氣/燃料比傳感器兩者的功能。傳感器50和52每個(gè)都產(chǎn)生由控制模塊5監(jiān)測(cè)的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)可用于發(fā)動(dòng)機(jī)10和后處理系統(tǒng)70的控制和診斷。
圖2示出了用于在正在進(jìn)行的動(dòng)力系操作期間管理來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣供應(yīng)流的方法，優(yōu)選地在控制模塊5中作為一個(gè)或多個(gè)算法執(zhí)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10以稀化學(xué)計(jì)量比運(yùn)行時(shí)，排氣通過(guò)TWC80被引導(dǎo)給LNT裝置60 (200)?？刂颇K5監(jiān)測(cè)傳感器，包括N0X傳感器50。 N0X傳感器50監(jiān)測(cè)從LNT裝置60排出的N0X排放物的量和空氣/燃料比，并發(fā)送信號(hào)給控制模塊5。當(dāng)N0X傳感器50指示從LNT裝置60排出預(yù)定閾值的N0X排放物，那么控制模塊5可指令LNT再生，優(yōu)選在LNT飽和和N0X滲漏(breakthrough)之前(202)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以用數(shù)學(xué)模型取代N0X傳感器50或者與N0X傳感器50相結(jié)合來(lái)監(jiān)測(cè)N(^滲漏。當(dāng)模型指示N(^滲漏時(shí)，控制模塊5可指令LNT再生(202)。
在LNT再生期間，控制模塊5可指令開(kāi)啟轉(zhuǎn)向閥72(204)。 一旦開(kāi)啟轉(zhuǎn)向閥72，排氣供應(yīng)流就可以轉(zhuǎn)向繞過(guò)TWC80到達(dá)LNT60 (206)。通過(guò)將排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)TWC80，由發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生的還原劑自由吸附存儲(chǔ)在LNT裝置60中的N0X排放物，從而減少實(shí)現(xiàn)LNT再生所需要的還原劑量并改進(jìn)燃料效率。 在LNT再生開(kāi)始時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以被指令產(chǎn)生濃化學(xué)計(jì)量比的排氣供應(yīng)流以產(chǎn)生還原劑(208)。 LNT再生可以包括在壓縮沖程期間將第一燃料脈沖噴射到燃燒室16中。在第一燃料脈沖期間噴射的燃料質(zhì)量基于足以操作發(fā)動(dòng)機(jī)10以滿(mǎn)足操作者扭矩請(qǐng)求的量來(lái)確定。隨后的燃料脈沖可以在燃燒循環(huán)期間噴射到燃燒室16。在燃燒循環(huán)的其他沖程期間(例如，做功沖程或排氣沖程)，可以噴射隨后的燃料脈沖，以產(chǎn)生具有濃化學(xué)計(jì)量比的空氣/燃料比的排氣供應(yīng)流，以用作再生LNT裝置60的還原劑。 控制模塊5確定LNT裝置60已經(jīng)被再生(210)。與再生和從稀化學(xué)計(jì)量比到濃化學(xué)計(jì)量比的發(fā)動(dòng)機(jī)10過(guò)渡操作同時(shí)，控制模塊5可以使用傳感器50來(lái)監(jiān)測(cè)LNT裝置60下游的N0X和/或空氣/燃料比，以監(jiān)測(cè)空氣/燃料比和/或N0X排放物。當(dāng)傳感器50指示預(yù)定空氣/燃料比或預(yù)定N0X閾值時(shí)，控制模塊5可確定再生完成。替代性地，控制模塊5可以啟動(dòng)再生并以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)10預(yù)定時(shí)間間隔。 一旦經(jīng)過(guò)所述時(shí)間段，控制模塊5就確定再生完成且中止以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)10。 —旦控制模塊5確定再生完成，控制模塊5就指令轉(zhuǎn)向閥72關(guān)閉(212)。 一旦轉(zhuǎn)向閥72關(guān)閉，排氣供應(yīng)流就通過(guò)TWC80被引導(dǎo)到LNT裝置60(214)。控制模塊5也可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)操作返回至稀化學(xué)計(jì)量比(200)?？刂颇K5繼續(xù)監(jiān)測(cè)LNT裝置60下游的N0X傳感器50，以確定何時(shí)啟動(dòng)隨后的LNT再生事件。 圖3示出了后處理系統(tǒng)70的作為OSC的函數(shù)繪制的LNTN0x效率和離開(kāi)TWC80的CO滲漏的數(shù)據(jù)曲線圖。當(dāng)0SC消耗的還原劑比發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生的還原劑少時(shí)，離開(kāi)TWC80的CO滲漏稍微增加。來(lái)自TWC80的CO滲漏與LNT裝置60中吸附的N0X反應(yīng)，從而增加LNT裝置60的N0X效率并減少N0X排放物。 轉(zhuǎn)向閥72和旁通閥74也可在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和初始發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間使用。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和初始操作期間，發(fā)動(dòng)機(jī)IO可以化學(xué)計(jì)量比或濃化學(xué)計(jì)量比操作。排氣供應(yīng)流通過(guò)TWC80被引導(dǎo)到LNT裝置60。當(dāng)排氣供應(yīng)流通過(guò)后處理系統(tǒng)70時(shí)，其加熱TWC80至排氣供應(yīng)流中的HC可以被氧化的溫度。對(duì)于示例性LNT裝置60而言，NOx吸附和還原在約250°C至45(TC的溫度范圍之間最有效地進(jìn)行。 一旦LNT裝置60達(dá)到200°C范圍內(nèi)的溫度，控制模塊5可指令發(fā)動(dòng)機(jī)10開(kāi)始以稀化學(xué)計(jì)量比操作。排氣供應(yīng)流于是可基于在LNT裝置60下游指示的N0X來(lái)被轉(zhuǎn)向繞過(guò)TWC80，以用于LNT再生。 替代性地，在發(fā)動(dòng)機(jī)以化學(xué)計(jì)量比或濃化學(xué)計(jì)量比啟動(dòng)期間，排氣供應(yīng)流可被轉(zhuǎn)向繞過(guò)TWC80，直到排氣供應(yīng)流將LNT裝置60加熱至預(yù)定操作溫度為止。將排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)TWC80可基于TWC80的溫度、自發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)經(jīng)過(guò)的時(shí)間和/或發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)來(lái)啟動(dòng)。一旦控制模塊5確定已經(jīng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定溫度、經(jīng)過(guò)的時(shí)間和/或預(yù)定數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，排氣供應(yīng)流可被轉(zhuǎn)向至LNT裝置60。 一旦LNT裝置60達(dá)到所述操作溫度，控制模塊5可以指令發(fā)動(dòng)機(jī)10開(kāi)始以稀化學(xué)計(jì)量比操作，且指令轉(zhuǎn)向閥72將排氣供應(yīng)流通過(guò)TWC80引導(dǎo)到LNT裝置60，直到控制模塊5啟動(dòng)LNT再生為止。該方法將LNT裝置60加熱至操作溫度，從而允許發(fā)動(dòng)機(jī)10開(kāi)始以稀化學(xué)計(jì)量比操作。 與上文所述相同的方法可應(yīng)用于多個(gè)更多的動(dòng)力系統(tǒng)，所述動(dòng)力系統(tǒng)包括具有壓縮點(diǎn)火、火花點(diǎn)火、均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火和火花點(diǎn)火直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。上文所述的方法也可應(yīng)用于包括電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，在正在進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)操作期間，所述電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉和發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。另一個(gè)示例性動(dòng)力系統(tǒng)包括傳動(dòng)帶交流發(fā)電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)(BAS)。在BAS系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在停止期間關(guān)閉且然后對(duì)于蓄電池再充電和多個(gè)加速情況下啟動(dòng)。電動(dòng)馬達(dá)可用于給蓄電池再充電或者在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械地提供扭矩。 本發(fā)明已經(jīng)描述了某些優(yōu)選實(shí)施例及其變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解說(shuō)明書(shū)以后可以想到其它變型和變化。因而，本發(fā)明并不限于作為用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式公開(kāi)的具體實(shí)施例，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于管理來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的排氣供應(yīng)流的方法，所述內(nèi)燃機(jī)選擇性地以稀化學(xué)計(jì)量比操作，所述方法包括給發(fā)動(dòng)機(jī)配備排氣后處理系統(tǒng)，所述排氣后處理系統(tǒng)包括流體連接到催化NOX吸附器裝置的三效催化轉(zhuǎn)換器；操作發(fā)動(dòng)機(jī)；監(jiān)測(cè)排氣供應(yīng)流；基于所監(jiān)測(cè)的排氣供應(yīng)流將所述排氣供應(yīng)流選擇性地引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化NOX吸附器裝置；和基于所監(jiān)測(cè)的排氣供應(yīng)流將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化NOX吸附器裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)測(cè)排氣供應(yīng)流包括監(jiān)測(cè)在催化NOx吸附器裝置下游的排氣供應(yīng)流中的NOx排放物；且 將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置包括當(dāng)催化N0X吸附器下游的排氣供應(yīng)流中的N0X排放物超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述排氣供應(yīng)流選擇性地引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置包括 當(dāng)催化N0X吸附器下游的排氣供應(yīng)流中的N0X排放物低于預(yù)定閾值時(shí)將所述排氣供應(yīng)流引 導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置時(shí)，以濃化學(xué) 計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中監(jiān)測(cè)催化N0X吸附器裝置下游的排氣供應(yīng)流包括用N0X傳感器監(jiān)測(cè)催化N0X吸附器裝 置下游的排氣供應(yīng)流；且當(dāng)N0X傳感器指示N0X排放物低于預(yù)定閾值時(shí)，所述方法還包括 將以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)； 中止將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置；禾口 將所述排氣供應(yīng)流引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中監(jiān)測(cè)催化N0X吸附器裝置下游的排氣供應(yīng)流包括用空氣/燃料傳感器監(jiān)測(cè)催化N0X吸 附器裝置下游的排氣供應(yīng)流；且當(dāng)空氣/燃料傳感器指示預(yù)定空氣/燃料比時(shí)，所述方法還包括 將以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)； 中止將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置；禾口 將所述排氣供應(yīng)流引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置包括將 所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置持續(xù)預(yù)定時(shí)間間隔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置時(shí)，以濃化學(xué) 計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)； 在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間間隔后，中止將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化NOy吸附器裝置；禾口將所述排氣供應(yīng)流引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
10. —種用于管理來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的排氣供應(yīng)流的方法，所述內(nèi)燃機(jī)選擇性地以稀化學(xué) 計(jì)量比操作，所述方法包括給發(fā)動(dòng)機(jī)配備排氣后處理系統(tǒng)，所述排氣后處理系統(tǒng)包括流體連接到催化NOJ及附器 裝置的三效催化轉(zhuǎn)換器； 操作發(fā)動(dòng)機(jī)；在以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換 器流向催化N0X吸附器裝置；禾口在以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，將所述排氣供應(yīng)流選擇性地引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換 器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催 化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置包括在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間段后，中止將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X 吸附器裝置；將以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)；禾口 將所述排氣供應(yīng)流引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述排氣供應(yīng)流選擇性地轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催 化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置包括用空氣/燃料傳感器監(jiān)測(cè)催化N0X吸附器裝置下游的排氣供應(yīng)流； 當(dāng)空氣/燃料傳感器指示預(yù)定空氣/燃料比時(shí)，中止將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效 催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置；將以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)；禾口 將所述排氣供應(yīng)流引導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述排氣供應(yīng)流選擇性地引導(dǎo)通過(guò)三效催 化轉(zhuǎn)換器和通過(guò)催化N0X吸附器裝置包括用N0X傳感器監(jiān)測(cè)催化N0X吸附器裝置下游的排氣供應(yīng)流；當(dāng)N0X傳感器指示預(yù)定N0X閾值時(shí)，中止將所述排氣供應(yīng)流弓I導(dǎo)通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器和 通過(guò)催化NOJ及附器裝置；將以稀化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡至以濃化學(xué)計(jì)量比操作發(fā)動(dòng)機(jī)；禾口 將所述排氣供應(yīng)流轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器流向催化N0X吸附器裝置。
14. 一種排氣后處理系統(tǒng)，其流體連接到內(nèi)燃機(jī)且信號(hào)連接到控制模塊，所述系統(tǒng)包括帶有輸出排氣管的三效催化轉(zhuǎn)換器；可操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并在所述三效催化轉(zhuǎn)換器上游流體連接的流轉(zhuǎn)向閥； 排氣流管，所述排氣流管具有流體連接到所述轉(zhuǎn)向閥的第一端和流體連接到三效催化 轉(zhuǎn)換器的輸出排氣管的第二端；流體連接到三效催化轉(zhuǎn)換器的輸出管的催化N0X吸附器裝置；禾口 在所述催化N0X吸附器裝置下游連接的N0X傳感裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述NOJ專(zhuān)感裝置信號(hào)連接到控制模塊。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述NOj專(zhuān)感裝置適合于監(jiān)測(cè)排氣的空氣/燃 料比。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括所述控制模塊配置成以濃化學(xué)計(jì)量空氣/ 燃料比選擇性地控制內(nèi)燃機(jī)持續(xù)大致再生所述催化N0X吸附器裝置所確定的時(shí)間段。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括所述控制模塊配置成當(dāng)從NOx傳感裝置輸出 的信號(hào)指示預(yù)定N0X排放水平時(shí)選擇性地控制流轉(zhuǎn)向閥。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括所述控制模塊可操作當(dāng)從NOx傳感裝置輸出 的信號(hào)指示預(yù)定空氣/燃料比時(shí)選擇性地控制流轉(zhuǎn)向閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理的方法和設(shè)備。一種用于管理來(lái)自于以稀化學(xué)計(jì)量比操作的內(nèi)燃機(jī)的排氣供應(yīng)流的方法和系統(tǒng)包括在NOX吸附器再生期間將排氣轉(zhuǎn)向繞過(guò)三效催化轉(zhuǎn)換器的步驟和設(shè)備，藉此增加NOX吸附器中與所吸附的NOX反應(yīng)的可用還原劑。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101737130SQ20091021200
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者D·J·克利里, W·李 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司