操作内燃机的后处理系统的方法与流程

本发明涉及一种操作内燃机的后处理系统的方法，特别地是在还原剂存储装置的上游设置有稀薄氮氧化物捕集器(lnt)的后处理系统，该还原剂存储装置诸如是选择性催化还原(scr)装置以及电加热催化器(ehc)。

背景技术：

已知的是，来自压燃发动机(诸如，柴油发动机)的排气，典型地包含nox，其主要包括一氧化氮(no)以及约5％到20％的no2。当以稀薄的化学计量操作时，nox的产生是特别有问题的，这是由于在排气流中的相对高含量的氧气导致的。为了解决该问题，排气后处理系统可以包括稀薄氮氧化物捕集器(lnt)，在该稀薄氮氧化物捕集器处，设置有nox吸收材料，诸如沸石(zeolite)。

一旦lnt中的nox吸收材料已经饱和，则lnt的有效性实质性降低，并且nox可能滑过(slippast)lnt。因此，对于lnt来说具有足够可用的吸收能力是特别重要的。lnt的有效性可通过更换部件或者通过周期性地清理或再生来保持，但是为了避免作用中断，再生、特别是脱氮(denox)事件通常是优选的。

denox再生事件可通过将发动机从常规稀薄燃烧模式转换为富燃模式而进行。当发动机转换到富燃模式时，存储在lnt中的吸附剂上的nox与包含在排气中的还原剂(诸如，未燃烧的碳氢化物(hc))反应，并且被解除吸附且转换为氮气(n2)和氨(nh3)。

为了确保安全(denox)再生事件，内燃机的电子控制单元(ecu)配置为，仅当内燃机根据限制在内燃机的发动机转速-发动机转矩图的预标定区域(即，所谓的富燃模式区域)的发动机工作点运行时，激活再生事件。

由于富燃清洁策略对燃料消耗不利，因此需要这样一种方法，其最小化燃料增长，并同时最优化lnt转换效率和排放收益。

从上文来看，本公开的一个目的在于提供满足上述需求的解决方案。

这些目的及其他目的由具有独立权利要求中所陈述特征的本发明的实施例来实现。从属权利要求界定了优选的和/或特别有利的方面。

技术实现要素：

本公开了实施例提供了一种操作内燃机的后处理系统的方法，其中该后处理系统包括稀薄氮氧化物捕集器和位于该稀薄氮氧化物捕集器上游的电加热催化器，该方法包括以下步骤：

-确定稀薄氮氧化物捕集器存储效率的值；

-测量在稀薄氮氧化物捕集器上游的排气温度值；

-如果所测量的稀薄氮氧化物捕集器的存储效率的值小于其第一预定阈值，并且在稀薄氮氧化物捕集器的上游的排气温度值大于其第一预定阈值且小于其第二预定阈值，则识别为满足电加热催化器使能条件(electricheatedcatalystenablingcondition)，

-如果满足电加热催化器使能条件，则激活该电加热催化器，

-如果存储效率的值小于第二预定阈值，则识别为满足禁止使能条件，

-如果满足禁止使能条件，则去激活(de-activating)该电加热催化器，并且开始稀薄氮氧化物捕集器的脱氮。

由于该解决方案，可以最优化再生事件，诸如脱氮，并且在冷启动条件下，预热稀薄氮氧化物捕集器以达到最优温度以允许更有效的nox减少和在再生事件期间的更低的燃料消耗。

根据本发明的另一方面，该方法还包括以下步骤：

-测量发动机冷却剂的温度值，

-倘若发动机冷却剂的测量的温度值大于预定的阈值，则识别为满足电加热催化器使能条件。

以这种方式，如果富燃清洁在低温下被请求，则可以防止nox在富燃清洁期间滑过。

根据本发明的另一实施例，该方法包括以下步骤：

-确定实际发动机工作点，

-倘若实际发动机工作点未包括在预定的禁止区域内，则识别为满足禁止使能条件(inhibitionenablingcondition)。

以这种方式，可以相比于标准预热情况获得更低的燃料消耗恶化。

根据本发明的又一方面，该方法还包括以下步骤：

-测量存储在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物的量，

-当测量的存储在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物的量为零(null)时，则停止脱氮、并且激活计时器以对锁定时间进行计数。

以这种方式，可以最小化燃料惩罚(fuelpenalty)，并且最优化脱氮过程的数量和频率。

在替代方式中，该方法还包括以下步骤：

-测量自从电加热催化器的最后一次激活起的该电加热催化器所使用的能量的量，以及

-倘若由电加热催化器所使用的能量的量小于预定的阈值，则识别为满足禁止使能条件。

以这种方式，还可以最小化燃料消耗，并且避免在后处理装置温度过高时进行脱氮。

根据本发明的又一方面，该方法还包括以下步骤：

-倘若由电加热催化器所使用的能量的量大于预定的阈值，则识别为不满足禁止使能条件。

-如果由电加热催化器所使用的能量的量大于预定的阈值，则测量实际发动机工作点，

-如果实际发动机工作点未包括在严格禁止区域内、并且稀薄氮氧化物捕集器的存储效率的值小于预定的阈值，则识别满足严格禁止使能条件，并且

-去激活该电加热催化器，并且开始稀薄氮氧化物捕集器的脱氮。

以这种方式，可以最小化由于富燃清洁导致的燃料惩罚。

根据本发明的又一方面，该方法还包括以下步骤：

-停止稀薄氮氧化物捕集器的脱氮，以及

-如果不满足严格禁止使能条件，则激活计时器，以对锁定时间进行计数。

以这种方式，能够以最有效的方式实现本发明的多个实施例。

基本上实现上述方法相同效果的所提出的解决方案可以借助于包括计算机程序代码的计算机程序来进行，所述计算机程序代码当在计算机上运行时用于进行上文描述的方法的所有步骤，并且是包括计算机程序的计算机程序产品的形式。该方法还可以被实施为电磁信号，所述信号被调制以运送代表进行该方法的所有步骤的计算机程序的数据位序列。

本公开了又一实施例提供了一种操作内燃机的后处理系统的设备，其中该后处理系统包括稀薄氮氧化物捕集器和位于该稀薄氮氧化物捕集器上游的电加热催化器，该设备还包括：

-用于确定稀薄氮氧化物捕集器存储效率的值的装置；

-用于测量在稀薄氮氧化物捕集器上游的排气温度值的装置；

-如果所测量的稀薄氮氧化物捕集器的存储效率的值小于其第一预定阈值，并且在稀薄氮氧化物捕集器的上游的排气温度值大于其第一预定阈值且小于其第二预定阈值，则识别为满足电加热催化器使能条件的装置，

-如果满足电加热催化器使能条件，则激活该电加热催化器的装置，

-如果存储效率的值小于第二预定阈值时，则识别为满足禁止使能条件的装置，

-如果满足禁止使能条件，则去激活该电加热催化器并且开始稀薄氮氧化物捕集器的脱氮的装置。

由于该解决方案，可以最优化再生事件，诸如脱氮，并且在冷启动条件下，预热稀薄氮氧化物捕集器以达到最优温度以允许更有效的nox减少和在再生事件期间的更低的燃料消耗。

根据本发明的另一方面，该设备还包括：

-用于测量发动机冷却剂的温度值的装置，

-倘若发动机冷却剂的测量的温度值大于预定的阈值，则识别为满足电加热催化器使能条件的装置。

以这种方式，如果富燃清洁在低温下被请求，则可以防止nox在富燃清洁期间滑过。

根据本发明的另一实施例，该设备还包括：

-用于确定实际发动机工作点的装置，

-倘若实际发动机工作点未包括在预定的禁止区域内，则识别为满足禁止使能条件的装置。

以这种方式，可以相比于标准预热情况获得更低的燃料消耗恶化。

根据本发明的又一方面，该设备还包括：

-用于测量存储在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物的量的装置，

-当测量的存储在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物的量为零时，则停止脱氮并激活计时器的装置。

以这种方式，可以最小化燃料惩罚，并且最优化脱氮过程的数量和频率。

在替代方式，该设备可进一步包括：

-测量自从电加热催化器的最后一次激活起的该电加热催化器所使用的能量的量的装置，以及

-倘若由电加热催化器所使用的所述能量的量小于预定的阈值，则识别为满足禁止使能条件的装置。

以这种方式，还可以最小化燃料消耗，并且避免在后处理装置温度过高时进行脱氮。

根据本发明的又一方面，该设备还包括：

-倘若由电加热催化器所使用的能量的量大于预定的阈值，则识别为不满足禁止使能条件的装置，

-如果由电加热催化器所使用的能量的量大于预定的阈值，则测量实际发动机工作点的装置，

-如果实际发动机工作点未包括在严格禁止区域内、并且稀薄氮氧化物捕集器的存储效率的值小于预定的阈值，则识别满足严格禁止使能条件的装置，并且

-去激活该电加热催化器并且开始稀薄氮氧化物捕集器的脱氮的装置。

以这种方式，可以将发动机工作点与后处理系统的功能解耦(decouple)。

根据本发明的又一方面，该设备还包括：

-停止稀薄氮氧化物捕集器的脱氮的装置，以及

-如果不满足严格禁止使能条件，则激活计时器以对锁定时间进行计数的装置。

以这种方式，能够以最有效的方式实现本发明的多个实施例。

附图说明

下面将通过示例的方式，参考以下附图描述各种实施例，其中所述附图是：

图1示出了汽车系统；

图2为属于图1所示汽车系统的内燃发动机的剖面图；

图3是根据本发明的实施例的、用于操作图3的后处理系统的方法的流程图；

图4是根据本发明的另一实施例的、用于操作图3的后处理系统的方法的一些步骤的流程图；以及

图5是根据本发明的实施例的排气后处理设备的示意图。

具体实施方式

一些实施例可包括图1和图2所示的汽车系统100，其具有缸体120的内燃机(ice)110，缸体限定至少一个汽缸125，汽缸具有联接以旋转曲轴145的活塞140。汽缸盖130与活塞140协同合作以限定燃烧室150。

燃料和空气混合物(未示出)置于燃烧室170中并被点燃，导致引起活塞140的往复运动的热膨胀排气气体。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，并且空气通过至少一个进气口210。在高压下将燃料从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨道170提供至燃料喷射器160，该高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料的压力。

汽缸125的每个具有至少两个阀230，它们由与曲轴145同时旋转的凸轮轴135致动。阀215选择性地允许空气从进气口210进入燃烧室150内，并且交替地允许排气通过排气口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择性地改变在凸轮轴135和曲轴145之间的正时。

空气可通过进气歧管200分配到(多个)进气口210。空气进气管道205可从周围环境向进气歧管200提供空气。在其它实施例中，可提供节气门体330以调节进入进气歧管200的空气质量流量。仍在其它实施例中，可设置有一种强制空气系统，如具有旋转地联接至涡轮机250的压缩机240的涡轮增压器230。压缩机240的旋转增加了在管道205和歧管200中的空气的压力和温度。置于管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过接收来自排气歧管225的排气气体而旋转，该排气歧管引导排气气体从排气口220，并且通过一系列叶片，在膨胀之前通过涡轮机250。排气气体排出涡轮机250并且被引入排气气体系统270中。该示例示出了一种可变几何涡轮机(vgt)，该涡轮机带有布置为移动叶片来改变通过涡轮机250的排气气体流量的vgt致动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何的和/或包括废气门。

排气系统270可包括具有一个或多个排气后处理装置280的排气管275。后处理装置可为任何被配置为改变排气气体组成的装置。后处理装置280的一些示例包括，但不限于，催化转化器(两元或三元)、氧化催化器、氮氧化物捕集器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(scr)装置、和微粒过滤器。其它实施例可包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的排气再循环(egr)系统300。egr系统300可包括以降低egr系统300中的排气气体的温度的egr冷却器310。egr阀320调节在egr系统300中排气气体流量。

汽车系统100还可包括与排气管275连通的电加热催化器(ehc)，以及特别地，设置在一个或多个排气后处理装置280上游的ehc500。ehc500通常包括常规的催化器基板和由绝缘销支撑的额外的加热催化器盘或薄膜堆叠件。

在示例中，排气后处理装置280包括稀薄氮氧化物捕集器(lnt)510和设置在lnt510上游(例如紧密联接到lnt510)的ehc500。

排气后处理装置280还可包括设置在lnt510下游的选择性催化还原(scr)装置520。

汽车系统100还可包括电子控制单元(ecu)450，该电子控制单元与一个或多个与ice110相关联的传感器和/或装置通信。ecu450可接收来自各种传感器的输入信号，所述传感器被配置用于产生与ice110相关联的各种物理参数成比例的信号。传感器包括，但不限于，空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温度和水平传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、egr温度传感器440、以及加速踏板位置传感器445。此外，ecu450可产生输出信号至被布置为控制ice110操作的各种控制装置，包括但不限于，燃料喷射器160、节气门体330、egr阀320、vgt致动器290、以及凸轮相位器155。注意的是，虚线用于指出ecu450与各种传感器与和设备之间的通信，但为了清楚起见省略了一些。现在转到ecu450，该设备可包括数字中央处理单元(cpu)，它与存储系统和接口总线通信。cpu被配置用来执行作为程序存储在存储系统460中的指令，以及发送和接收信号至/自接口总线。该存储系统460可包括各种存储类型，存储类型包括光学存储、磁性存储、固态存储，以及其它非易失性(non-volatile)记忆。接口总线可被配置为发送、接收和调制模拟和/或数字信号至/自各种传感器和控制装置。该程序可实施在本文中公开的方法，允许cpu进行该方法的步骤并控制ice110。

存储在存储系统460中的程序是从外部经由电缆或以无线方式被传输的。在汽车系统100的外部，其作为计算机程序产品通常是可见的，该计算机程序产品在本领域又被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且应被理解为存储在载体中的计算机程序代码，该载体本质上是暂时的或非暂时的，结果便是计算机程序产品本质上也可以被认为是暂时或非暂时的。

暂时的计算机程序产品的示例是信号，例如电磁信号，如光学信号，该信号是用于计算机程序代码的暂时载体。承载这样的计算机程序代码可通过调制信号由用于数字数据的传统调制技术(诸如，qpsk)来达到，使得代表该计算机程序代码的二进制数据被施加到暂时电磁信号。这种信号例如当以无线方式经由wifi连接，将计算机程序代码传送至笔记本电脑时被使用。

在非暂时计算机程序产品的情况下，该计算机程序代码被实施在有形存储介质中。继而，存储介质是上面提到的非暂时载体，使得计算机程序代码被永久地或非永久地以可检索的方式存储在此存储介质内或上。所述存储介质可为在计算机技术中已知的传统类型，如闪存、asic(专用集成电路)、cd等。

代替ecu450，汽车系统100可具有不同类型的处理器以提供电子逻辑电路，例如，嵌入式控制器、机载计算机、或任何可以被配置在车辆中处理模块。

ecu450可被配置为执行lnt510的再生事件，诸如denox再生事件。lnt510的再生事件可通过进行产生的富燃阶段而执行，例如通过进入汽缸125且在ice110的发动机ecu450的管理下由燃料喷射器160执行的多次燃料后喷来执行。

特别地，由于后喷是设计为一种延迟喷射的类型，即在活塞的上止点(tdc)之后由燃料喷射器160执行的进入ice110的燃烧室150中的燃料喷射，其部分地参与到燃烧室内的燃烧。

根据本发明的实施例，在执行lnt510的再生事件和激活燃烧策略的变化以预热后处理系统之前，ecu450可以被配置为执行在lnt510上的优化方法(方框s1)，其中发动机工作点可从后处理系统功能解耦，优化lnt510的转换效率并最小化燃料惩罚。

ecu450可被配置为确定lnt510的存储效率(stor_eff)的值(方框s2)。存储效率的至可以基于下列参数而确定，包括在scr520下游的nox的量(noxtailpipe)以及在lnt510的上游的nox的量(noxeng_out)。

例如，存储效率的值可以通过以下公式计算：

nox的量noxtailpipe可以通过设置在scr520下游的nox传感器测量，并且nox的量noxeng_out可以通过设置在lnt510上游的nox传感器测量。

一旦ecu450已经确定存储效率的值stor_eff，则ecu450可被配置为确定该值stor_eff是否小于其第一预定阈值。存储效率的第一预定阈值可以是激活ehc500的最小值，或可以是在测试台上进行的实验活动期间预定且存储在存储系统中的其他任意值。

ecu450还可被配置为测量lnt510的上游的排气温度值(t_lnt_up)(方框s3)。在lnt510的上游的排气温度值可通过设置在lnt510的上游的温度传感器540测量。

ecu450可进一步地被配置为识别满足ehc使能条件(方框s4)。如果存储效率的值stor_eff小于其第一预定阈值，并且在lnt510的上游的排气温度值t_lnt_up大于其第一预定阈值且小于其第二预定阈值，则满足ehc使能条件。在lnt510上游的排气温度的第一和第二预定阈值可以分别是打开ehc500的最小和最大的排气温度值，并且可以是在测试台上进行的实验活动期间预先确定且存储在存储系统中的数值。

如果满足ehc使能条件，则ecu450可被进一步配置为激活ehc(方框s5)。ehc500的激活可以执行为通过电连接部提供功率至ehc500的一端，该电连接部导电至ehc500的薄膜堆叠件。薄膜堆叠件本身确定ehc500的电功率。

如果满足ehc使能条件，ecu450可被进一步地配置为重新确定lnt510的存储效率的值(stor_eff)(如方框s2示出的)，重新测量在lnt510下游的排气温度值t_lnt_up(如方框s3示出的)，直到满足ehc使能条件(如方框s4示出的)。

ecu450可被进一步配置为确定实际发动机工作点(方框s6)，即发动机转速和发动机转矩。ecu450配置为仅当ice110根据限定在ice110的发动机转速-发动机转矩图的预标定区域(即所谓的富燃模式区域)中的发动机工作点操作时，激活再生事件。特别地，富燃模式区域在下方通过下部曲线界定，以确保在发动机转矩的预定的低阈值(例如50nm)下时，再生事件可以被停止或避免，即禁止区域。

富燃模式区域和禁止区域是在测试台上进行的实验活动期间被预先确定，并且存储在存储系统中。

ecu450可进一步地被配置为识别满足禁止使能条件(方框s7)。如果实际发动机工作点在禁止区域之外且denox再生事件可能是必须的，即当存储效率的值stor_eff小于其预定阈值时，则满足禁止使能条件。存储效率的预定阈值可以是执行denox再生事件的最小值，或可以是在测试台上进行的实验活动期间预先确定且存储在存储系统中的其他任意值。

如果满足禁止使能条件，则ecu450可被进一步配置为去激活ehc500且开始denox再生事件(方框s8)。

如果不满足禁止条件，则ecu450可被进一步配置为重新确定实际发动机工作点(如上文所公开的且在方框s6中示出)直到满足禁止条件(如在方框s7中所示的)。

ecu450可被进一步配置为确定存储在lnt510中的nox的量(方框s9)。存储在lnt510中的nox的量可以基于在lnt510的上游和下游的排气中的nox含量的测量值来确定，该些测量值分别通过设置在lnt510的上游的第一nox传感器和设置在lnt510的下游的第二nox传感器来测量。

ecu450可被进一步配置为确定存储在lnt510中的nox的量何时为零(方框s10)。

如果所确定的存储在lnt510中的nox的量为零，则ecu450可被进一步配置为停止denox再生事件并且激活计时器(方框s11)以对锁定时间进行计数。锁定时间可以是ehc500的任意激活或任意的denox再生事件被禁止的预定的时间周期。该锁定时间可以是在测试台上进行的实验活动期间被预先确定、并且存储在存储系统中的值。

根据本发明的另一实施例，ecu450还可进一步配置为测量发动机冷却剂的温度值t_ect(方框s3)。发动机冷却剂的温度值t_ect可以通过设置在发动机冷却剂系统中的温度传感器测量。

根据该实施例，当所测量的发动机冷却剂的温度值t_ect大于其预定的阈值t_ect_min时，也满足ehc使能条件(方框s7)。发动机冷却剂的预定阈值t_ect_min可以是打开ehc500的发动机冷却剂的温度的最小值，或可以是在测试台上进行的实验活动期间预先确定且存储在存储系统中的数值。

根据本发明的另一实施例(图4)，在ehc500的激活(方框s5)之后，ecu450可被进一步配置为测量从ehc500的最后一次激活起由ehc500所使用的能量的量(方框s6)。

ecu450进一步地配置为确定在何时从ehc500的最后一次激活起由ehc500所使用的能量的量小于其预定的阈值en_lim(方框s12)。该能量的量的预定的阈值en_lim可以是在测试台上进行的实验活动期间被预先确定、并且存储在存储系统中的值。

如果从ehc500的最后一次激活起由ehc500所使用的能量的量小于预定的阈值en_lim，则ecu450可被配置为识别满足禁止使能条件(如上文所讨论的且示于方框s7中)。

如果从ehc500的最后一次激活起由ehc500所使用的能量的量大于阈值en_lim，则ecu450可被配置为确定实际发动机工作点(方框s13)并且识别满足严格禁止使能条件(方框s14)。如果实际发动机工作点未包括在严格禁止区域中且denox再生事件是必须的，即如果值stor_eff小于预定阈值，则满足严格禁止使能条件。存储效率的预定阈值stor_eff可以是执行denox再生事件的最小值，或可以是在测试台上进行的实验活动期间预先确定且存储在存储系统中的其他任意值。

严格禁止区域是禁止区域的一部分并且在上方通过上部曲线界定，为了确保，在发动机转矩的预定的上阈值下、低于禁止区域的上阈值，denox再生事件可以被停止或避免。

严格禁止可以在测试台上进行的实验活动期间被预先确定，并且存储在存储系统中。

如果满足严格禁止使能条件，则ecu450可被进一步配置为去激活ehc500且开始denox再生事件(方框s8)。

如果不满足严格禁止使能条件，则ecu450可被进一步配置为停止denox再生事件并且激活计时器以对锁定时间进行计数(方框s11)。

由申请人进行的测试和模拟结果显示，在考虑相同的激活策略的情况下，ehc激活带来相比于标准预热过程的降低的燃料消耗恶化。

然而，如上文所述的对lnt最优化的方法，实现了为了增加在denox再生事件的第一部分过程中的lnt上游温度，就排气管的nox来说带来了不可忽略的(negligible)改进，并且其防止在富燃清洁事件期间的nox分离，特别是在富燃清洁事件是在低温下被请求时。

虽然前面概述和细节描述中展示出了至少一个示例性实施例，但是应当意识到的是有大量的变型存在。还应意识到的是，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且非意图为以任何方式限制范围、应用或配置。然而，前述的概述和细节描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的便捷路线图，应理解是在所描述的实施例中的功能和布置可具有各种变化而非背离附属权利要求及其法律等价物所陈述的范围。

附图标记

100汽车系统

110内燃机

120发动机缸体

125汽缸

130汽缸盖

135凸轮轴

140活塞

145曲轴

150燃烧室

155凸轮相位器

160燃料喷射器

170燃料轨道

180燃料泵

190燃料源

200进气歧管

205进气管道

210进气口

215阀

220排气口

225排气歧管

230涡轮增压器

240压缩机

250涡轮

260中间冷却器

270排气系统

275排气管

280后处理装置

290vgt致动器

300排气再循环系统

310egr冷却器

320egr阀

330节气门体

340空气质量流量和温度传感器

350歧管压力和温度传感器

360燃烧压力传感器

380冷却剂和油温度和水平传感器

400燃料轨道压力传感器

410凸轮位置传感器

420曲轴位置传感器

430排气压力和温度传感器

440egr温度传感器

445加速踏板位置传感器

450ecu

460存储系统

500ehc

510lnt

520scr

540上游lnt温度传感器

s1-s14方框