专利名称：控制贫no的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及车辆排气控制的系统和方法，具体而言涉及使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆排气。
背景技术：
一直在开发贫NOx阱(LMT)催化剂，也称为NOx吸收剂，以使贫燃发动机能够满足全球排放标准的挑战。尽管这些催化剂展现出希望，它们也存在许多工程上的难题。例如，LNT催化剂在目前柴油发动机的典型低操作温度下性能较劣。已经发现LNT催化剂在低温条件下对NOx的降低不足以提供这类车辆的严格排气标准所需的排气控制。
发明内容
在一个实施方式中，本发明致力于一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆发动机排气的方法。当催化剂的温度处于预定的低温范围内时，使该催化剂存储NOx直到该催化剂基本饱和。该基本饱和的催化剂被加热到超过该低温范围的温度。该方法也包括当催化剂被加热到最佳的温度范围时再生该催化剂。
在另一个实施方式中，本发明致力于一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆发动机排气的方法。测定催化剂的温度是否位于预定的低温范围，以及测定催化剂是否在吸收NOx。基于该测定步骤，将该催化剂加热到高于该温度范围以调整催化剂用于清洁。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆排气的方法。测定催化剂的温度是否位于预定的低温范围，以及测定催化剂是否在储存NOx。基于上述测定步骤，将该催化剂加热到高于预定的低温范围的温度以调整催化剂用于去除NOx。
在又一个实施方式中，一个车辆排气控制系统包括从车辆发动机产生的废气流中吸收NOx的LNT催化剂。一个车辆控制模块控制LNT催化剂的加热。当催化剂的温度在预定的低温范围内时，该控制模块使催化剂储存NOx直到催化剂基本饱和。该控制模块加热基本饱和的催化剂到超过该预定低温范围的温度，并从加热的催化剂中降低储存的NOx。
本发明应用的其它方面将从以下提供的详细描述中变得明显。应当被理解详细描述和具体实施例尽管示出了本发明示例性的实施方式，但仅用于解释说明的目的，而不想限制本发明的范围。
本发明从详细的说明和附图中得到更基本的理解，其中图1是依照本发明一个实施方式包含排气控制系统的车辆结构图；和图2是依照本发明一个实施方式使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆排气的方法。
具体实施例方式
本发明各种实施方式的以下描述其本质上仅仅用于举例，决不用于限定本发明、其应用及其使用。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记来表示相同的元件。在此使用的术语“模块”和/或“装置”表示一种特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的适当组件。尽管在此参照一个或多个带柴油机的车辆来描述本发明的实施方式，但应当理解本发明不限于此。本发明还能与由汽油和/或其它类型燃料驱动的发动机连用。
通常地，本发明的各种实施方式致力于使用LNT催化剂进行车辆排气控制。典型的LNT催化剂提供多个车辆废气流过的通道。例如，这些通道的表面浸渍有钡盐和铂或其它贵金属。在车辆发动机贫操作期间，催化剂从车辆废气中吸收氮氧化物(NOx)。氮氧化物(通常是NO和NO2)储存在催化剂的表面上。将催化剂周期性地暴露在富燃料环境中，在此期间催化剂得到再生，即储存的NOx减少。特别地，在废气流中的热量、一氧化碳和烃类存在下氮氧化物转化为氮气、二氧化碳和水。
LNT催化剂在低于它们能够有效减少储存的NOx的温度下能够有效地储存NOx。在低温下，例如低于约300℃的温度下，LNT催化剂能够储存NOx有限的时间，也就是说直到充满NOx。在背景技术的构造中，在催化剂被NOx饱和之后，在低温下催化剂的性能通常降低。
一般地，在本发明不同的实施方式中，将LNT催化剂加热以升温到适合促进催化剂性能的催化剂温度。在一个实施方式中，当催化剂的温度在一个预定的低温范围时，使催化剂储存NOx直到催化剂饱和。将饱和的催化剂加热到超过该低温范围的温度，加热的催化剂经历再生。
现在参照图1，附图标记20表示依照本发明一个实施方式包含排气控制系统的车辆。燃料从燃料泵26通过多个燃料喷射器32传送入柴油发动机22。空气通过进气系统34传送入发动机22。
控制模块42与感应油门踏板40位置的油门踏板传感器66相连接。传感器66将表示踏板位置的信号传递给控制模块42。控制模块42将该踏板位置信号用于燃料泵26和燃料喷射器32的控制操作中。
催化剂转换器68通过排气集管70接收发动机22的排气。排气传感器72感应集管70内的排气，向控制模块42发送指示例如排气是贫或富的信号。催化剂转换器68包括罐74，在第一段78内具有柴油机氧化催化剂(DOC)，在第二段82内具有贫NOx阱(LNT)。第二罐86包括LNT催化剂。当发动机22运行时，发动机排气从排气集管70流过罐74和86。下面描述的根据本发明的一个实施方式中，罐74和86内LNT催化剂的表面储存，即吸收流过罐的废气中的氮氧化物(NOx)。温度传感器90感应催化剂转换器68内的温度，并向控制模块42传递代表温度的信号。NOx传感器94感应和传递代表罐86中NOx浓度的信号。
图2是使用罐74和86控制车辆尾气的方法的一种实施方式的流程图，总体上用附图标记100表示。方法100可以通过控制模块42来实施。在步骤108中，控制模块42用温度传感器90的输入来判断罐74和/或86中LNT催化剂的温度是否在预定的低温范围内。在该实施方式中，该低温范围例如在175℃到300℃之间。该低温范围取决于很多因素，包括但不限于LNT催化剂的组成和浓度、罐74和86的尺寸和/或燃料的组成。需要注意催化剂的温度可以用其它或额外的方法并且在其它或额外的位置来确定，例如使用温度传感器来代替传感器90，或在传感器90之外增加温度传感器。还应当注意尽管罐74和86内的LNT催化剂此处作为单一催化剂，但是罐74中的LNT催化剂不同于罐86中的LNT催化剂也是可以预见的。
再次参照图2，如果在步骤108中确定LNT催化剂的温度不在预定低温范围内，那么在步骤116中方法100就结束。如果LNT催化剂在低温范围内，那么在步骤120中，在控制模块42的一个存储器(未示出)中控制模块42就会增加一个变量“储存的NOx”用来表示当前储存在LNT催化剂中的NOx总量。在一个不包含NOx传感器的车辆中，变量“储存的NOx”可以用于监控LNT催化剂中的NOx浓度。在这样的一种构造中，在步骤120中NOx的浓度水平可以基于流向发动机22的空气的立方流速、LNT催化剂被NOx饱和的估算时间、步骤120的迭代之间的时间来进行估算。在车辆20中，排气通过NOx传感器94感应。控制模块42利用NOx传感器信号来确定NOx的当前水平并储存以变量“储存的NOx”指示的当前水平的数据。
在步骤128中，控制模块42确定储存在LNT催化剂中的NOx的当前水平是否超出了表示LNT催化剂已经被NOx基本饱和的预定范围。这样的范围可以用各种方法指示，例如取决于NOx传感器相对于催化剂转换器68的的位置。在示例性的车辆20中，当感应到0.1g/L的NOx浓度时，罐68中的LNT催化剂接近或处于饱和状态。术语“基本饱和”因此用来表示与完全饱和可能的偏差程度，不会对本发明实施方式的基本操作带来变化。
如果在步骤128中确定LNT催化剂还没有达到饱和，控制返回步骤108。如果在步骤128中确定LNT催化剂已经达到饱和，那么在步骤136中将LNT催化剂加热达到促进催化剂再生的预定温度范围，例如在300℃到350℃之间、在325℃到375℃之间或使用其它适当的范围。加热催化剂时，控制模块42控制通过燃料泵26和喷射器32送入发动机22的空气/燃料比。特别地，控制模块42造成燃料浓度增大，由此增加发动机排气和LNT催化剂中的热量。在其它车辆构造中可以用其它方式进行加热，例如采用从外部施加于催化剂转换器68或车辆燃料系统的其它部分的能量源。另外或可选择地，燃料可以在另外的位置喷入，例如喷入排气集管70中以在罐74和86的一个或两个中燃烧。
在步骤140，控制模块42确定LNT催化剂的温度是否达到前述的再生温度范围，例如超过300℃。如果LNT催化剂没有达到300℃，控制返回步骤136。如果催化剂达到了300℃，在步骤144中控制模块开始LNT催化剂的再生(也被称作清洗)。控制模块42使送入发动机22中的燃料浓度增大，并脉冲喷入以降低储存在罐74和86中的NOx。
在步骤148中，控制模块42用表示从LNT催化剂中去除的NOx的量来消减变量“储存的NOx”。在车辆20中，控制模块42利用来自NOx传感器94的信号来确定LNT催化剂中NOx的当前水平。在另一个构造中，在步骤148中基于流向发动机22的空气的立方流速、LNT催化剂再生周期的估算时间、步骤148的迭代之间的时间来估算NOx的减少水平。
在步骤152中，控制模块42确定在LNT催化剂中储存的NOx的量是否减少到或低于指示LNT催化剂基本再生的范围，例如0.01g/L。术语“基本再生”用来表示与完全再生可能的偏差程度，不会对本发明实施方式的基本操作带来变化。如果在步骤152中确定LNT催化剂中的NOx浓度还没有达到该范围，控制返回步骤136。如果在步骤152中确定LNT催化剂已经得到清洁，那么在步骤156中就不再加热LNT催化剂。方法100在步骤160结束。
使用前述方法和系统能够在促进燃料经济的同时提高LNT催化剂在低温下的性能。前述方法和系统能够使得催化剂只在需要确保适当催化剂性能的时候被加热。由于催化剂的过度加热会导致车辆燃料经济的大量损失，选择性加热对于维持有利的燃料消耗特征会很重要。在提高LNT催化剂的排气控制潜能的同时，能够保持汽车燃料效率，特别是对于低温操作下的车辆，例如带有柴油发动机的车辆。
现在本领域的技术人员能够从前述描述中理解本发明的主要教导能够以多种形式实施。因此，尽管已经结合其具体实施例描述了本发明，但是本发明的实际范围应当不局限于此，因为其它的改变对于技术人员在对附图、说明书和权利要求书研究的基础上将变得显而易见。
权利要求
1.一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆发动机排气的方法，包括以下步骤当催化剂的温度在一个预定的低温范围内时，使该催化剂储存NOx直到该催化剂基本饱和；加热该基本饱和的催化剂到超过该低温范围的温度；再生该加热的催化剂。
2.依照权利要求1的方法，其中所述再生该加热的催化剂的步骤包括维持催化剂的温度在低温范围之上直到催化剂基本再生。
3.依照权利要求1的方法，其中所述加热和再生步骤包括在富空气-燃料比的条件下操作发动机。
4.如权利要求1的方法，其中预定的低温范围包括在175℃到300℃之间。
5.如权利要求1的方法，其中所述的加热该基本饱和催化剂的步骤包括加热该催化剂到325℃与375℃之间。
6.如权利要求1的方法，其中使所述催化剂储存NOx直到该催化剂基本饱和的步骤包括确定催化剂内储存的NOx是否超过了预定的浓度。
7.如权利要求1的方法，其中所述的再生该加热催化剂的步骤包括确定催化剂内储存的NOx是否低于预定的浓度。
8.一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆发动机排气的方法，所述方法包括以下步骤确定催化剂的温度是否处于预定的低温范围内和催化剂是否在吸收NOx；和基于上述的确定步骤，加热该催化剂到高于所述温度范围以调整催化剂用于清洁。
9.如权利要求8的方法，其中重复所述的加热步骤直到该催化剂被基本清洁。
10.如权利要求8的方法，其中所述的加热该催化剂的步骤包括在富空气-燃料比的条件下操作发动机。
11.如权利要求8的方法，其中预定的低温范围包括在175℃到300℃之间。
12.如权利要求8的方法，其中所述的确定该催化剂是否在吸收NOx的步骤包括确定催化剂内储存的NOx是否超过了预定的浓度。
13.一种使用贫NOx阱(LNT)催化剂来控制车辆发动机排气的方法，所述方法包括以下步骤确定催化剂的温度是否处于预定的低温范围内和催化剂是否在储存NOx；基于上述的确定步骤，加热该催化剂到高于预定低温范围的温度以调整催化剂用于去除NOx。
14.如权利要求13的方法，其中预定的低温范围包括在175℃到300℃之间。
15.如权利要求13的方法进一步包括再生经调整的催化剂的步骤。
16.如权利要求15的方法，其中所述的再生经调整的催化剂的步骤包括在富空气-燃料比的条件下运行发动机。
17.如权利要求15的方法，其中所述的再生经调整的催化剂的步骤包括确定催化剂内储存的NOx是否低于预定的浓度。
18.一种车辆排气控制系统，包括从车辆发动机产生的废气流中吸收NOx的LNT催化剂；和控制加热LNT催化剂的车辆控制模块；其中所述控制模块当所述催化剂的温度在预定的低温范围内时，使所述催化剂储存NOx直到所述催化剂基本饱和；加热所述基本饱和的催化剂到超过该预定的低温范围的温度；和从加热的催化剂中减少储存的NOx。
19.如权利要求18所述的排气控制系统，其中所述的控制模块控制送入发动机的空气-燃料比，并且其中所述的控制模块改变该空气-燃料比，以实现加热该基本饱和的催化剂和减少储存的NOx中至少之一。
20.如权利要求18所述的排气控制系统，其中所述的控制模块去除储存的NOx直到所述的催化剂基本再生。
全文摘要
一种使用贫NO
文档编号B01D53/94GK1817414SQ20061000898
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年2月9日
发明者D·B·布朗, M·J·小帕拉托尔 申请人:通用汽车公司