本说明书总体涉及排气通道，该排气通道包括配置为接收贫氧排气流的催化剂。
背景技术：
一种用于发动机排气的后处理的技术利用三元催化剂(twc)装置，该三元催化剂装置有利于发生在该排气中的nox和氨气(nh3)之间的某些化学反应。twc有利于在nh3和nox之间的反应以用于将nox转变为氮气(n2)和水(h2o)。然而，如本文发明人所认识到的，当twc处的氧气浓度过高时，出现反应性问题。例如，nh3可以与氧气反应以产生一氧化二氮而不是降低nox组分。这可以强迫发动机运转参数以避免在稀燃空燃比下运转，从而降低燃料效率。在一些示例中，额外地或可替换地，nox可以在存在催化剂的情况下熵分解以形成n2和o2。然而，这种分解也可能由催化剂处存在的过量o2来阻碍。以这种方式，期望一种用于减小催化剂处的o2浓度的方法。
解决nox还原的其他尝试包括使含氧气体流入氧气分离器和/或氧气过滤器。由jankowiak等人在美国8,852,409示出一种示例性方法。其中，电动氧气分离器接收含氧气体并从该气体剩余物中分离氧气。分离器进一步适以将氧气排出至环境大气或排出至存储氧气的接收槽。分离器包括一个或多个止回阀和歧管，以引导氧气流通过系统。
技术实现要素：
然而，本文发明人已经认识到这类系统的潜在问题。作为一个示例，氧气分离器利用电将氧气从含氧气体分离。这降低了从扩展发动机的稀燃运转实现的燃料效率收益。此外，包括一个或多个阀门和歧管增加了制造成本并引进对劣化敏感的额外组件。此外，阀门和歧管增加了排气通道的封装限制，从而降低了燃料经济性。
在一个示例中，上述问题可以通过下述方法解决：使具有氧气过滤器的第二排气通道中的排气束中的氧气富集，使贫氧排气流至包括催化剂的第一排气通道，以及在氧气过滤器和催化剂下游的交叉点处融合富氧排气束和贫氧排气束。以这种方式，第一排气通道中的twc接收贫氧排气以增加nox还原效率并扩展稀燃发动机运转。
作为一个示例，主排气通道包括主排气通道的分叉点上游的第一催化剂。在一个示例中，第一催化剂不间断地(uninterruptedly)接收从发动机排出的排气。在流过第一催化剂后，排气流至分叉点，在该分叉点处该排气可以流到第一排气通道中或流到第二排气通道中。流至第二通道的排气流过氧气过滤器，导致通过第二通道的富集的氧气(富氧)排气流。这样，不足的氧气(贫氧)排气流保持在氧气过滤器上游。以这种方式，流到第一通道中的排气与贫氧排气流融合，其中混合物流至第二催化剂。通过做这些，混合物包括比从发动机流至第一催化剂的排气的更低浓度的氧气。这样，第二催化剂中的nox还原效率大于第一催化剂中的nox还原效率。以这种方式，稀燃发动机运转可以被扩展。在一个示例中，由于第一排气通道和第二排气通道的配置，稀燃发动机运转不响应于nox还原效率降到低于阈值效率(例如，小于排放标准)而终止。
应理解的是，提供上述发明内容以便以简化形式介绍在具体实施方式中进一步被描述的所选概念。这不意味着确认所要求保护的主题的关键特征或基本特征，所述主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出具有多个汽缸的发动机。
图2示出包括分叉点上游的第一催化剂的排气通道的示例性实施例，该分叉点具有第一通道和第二通道，该第一通道具有第二催化剂，该第二通道具有氧气过滤器。
图3示出包括分叉点上游的第一催化剂的排气通道的示例性实施例，该分叉点具有第一通道和第二通道，该第一通道具有第二催化剂并且该二通道具有氧气过滤器上游的阀门。
图2-图3近似按比例示出。
图4示出用于响应于发动机运转参数来操作阀门的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于包括分叉点上游的第一催化剂的主排气通道的系统和方法，该分叉点包括在各自的通道中的第二催化剂和氧气过滤器。图1中示出包括多个汽缸的发动机。主排气通道不间断地从发动机接收排气并且使排气直接流入第一催化剂。在一个示例中，没有介入组件位于发动机和第一催化剂之间。以这种方式，第一催化剂接收未过滤的、未处理的排气流。排气随后流至分叉点，在分叉点处排气流被分开。一部分排气流入第二通道，其中允许氧气流过氧气过滤器，导致通过第二通道的富氧排气流。因此，贫氧排气保持在氧气过滤器上游，并且被迫向上流至第一通道并与排气流的剩余部分混合。这导致贫氧排气(相对于第一催化剂处的排气和第二通道中的排气)流至第二催化剂。图2中示出主排气通道与第一通道和第二通道的第一实施例。图3中示出主排气通道与第一通道和第二通道的第二实施例，其中第二实施例不同于第一实施例的地方在于第二实施例包括氧气过滤器上游的阀门。在图4中示出用于操作阀门的方法。
图1-图3示出具有各种组件的相对定位的示例性配置。至少在一个示例中，如果被示出为彼此直接接触或直接耦接，则这类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此接近或邻近的元件可以分别是彼此接近的或邻近的。作为一个示例，彼此共面接触放置的组件可以被称为以共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被定位为仅在其间具有间隔而没有其他组件的彼此分离的元件可以被这样称呼。作为又一示例，被示出为在彼此上方/下方、在彼此相对侧或在彼此左边/右边的元件可以相对于彼此被如此称呼。进一步地，如附图所示，在至少一个示例中，最顶端元件或元件的点可以被称作组件的“顶部”，而最底端元件或元件的点可以被称作组件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部和上方/下方可以是相对附图的竖直轴线而言，并且用于描述附图中的元件相对彼此的定位。这样，在一个示例中，示出为在其他元件上方的元件被竖直地定位在其他元件上方。作为又一示例，附图内描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，圆形的、直线的、平面的、曲线的、圆角的、倒角的、有角度的或等等)。进一步地，在至少一个示例中，示出为彼此交叉的元件可以被称为交叉元件或彼此交叉。更进一步地，在一个示例中，示出为在另一个元件内或示出为在另一个元件外的元件也可以被这样称呼。应认识到，被称为“基本相似的和/或相同的”的一个或多个组件根据制造公差(例如，在1％-5％偏差内)彼此不同。
以下附图描绘具有第一催化剂和第二催化剂的排气系统，连同用于使具有氧气过滤器的第二排气通道中排气流中的氧气富集、使贫氧排气流至包括催化器的第一排气通道以及在陶瓷膜和催化剂下游的交叉点处融合富氧排气流和贫氧排气流的方法。第一排气通道中的贫氧排气包括小于第二排气通道中的富氧排气流中的氧气浓度的氧气浓度。第一排气通道和第二排气通道彼此间隔开，并且彼此流体地密封，除了催化剂和氧气过滤器上游的分叉点处以及催化剂和氧气过滤器下游的交叉点处之外。催化剂是位于排气通道的分叉点上游的排气通道中的第一催化剂下游的第二催化剂。在一个示例中，第一催化剂和第二催化剂是一元催化剂、二元催化剂、三元催化剂、选择性催化还原装置、nox捕集器和微粒过滤器中的一种或多种。排气不间断地从发动机流至第一催化剂。第一催化剂接收排气流，该排气流包括高于贫氧排气流中的氧气浓度的氧气浓度。
图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可以包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括发动机进气装置23和发动机排气装置25。发动机进气装置23包括经由进气通道42流体地耦接至发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气装置25包括排气歧管48，其最终通向将排气输送到大气的排气通道35。节气门62可以位于增压装置(诸如涡轮增压器(未示出))下游以及后冷却器(未示出)上游的进气通道42中。当包括后冷却器时，该后冷却器可以被配置为降低由增压装置所压缩的进气的温度。
发动机排气装置25可以包括一个或多个排放控制装置70，该一个或多个排放控制装置70可以安装在排气装置中的紧密耦接位置。一个或多个排放控制装置可以包括三元催化剂、稀nox过滤器、scr催化剂等等。在本文中，排放控制装置70是第一催化剂，其可以被配置为氧化并还原由燃烧所产生的副产品。排放控制系统72位于第一催化剂70下游。在一个示例中，排放控制系统72包括第二催化剂和氧气过滤器。具体地，如下文将描述的，排气副产品的氧化可以发生在第一催化剂处并且副产品的还原可以发生在第二催化剂处。以下参考图2描述第一催化剂70和排放控制系统72。
如所示出的，第一催化剂70不间断地从发动机接收排气。这样，没有组件位于第一催化剂70和排气歧管48之间。额外地或可替换地，涡轮增压器的涡轮机和/或高压排气再循环通道可以位于第一催化剂70和排气歧管48之间。
车辆系统6可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(本文描述了其各种示例)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器81(本文描述了其各种示例)。作为一个示例，传感器16可以包括配置为测量通过排气通道35的排气的流速的排气流速传感器126、排气传感器(位于排气歧管48中)、温度传感器128和压力传感器129(位于排放控制装置70下游)。诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器、排气流速传感器和成分传感器的其他传感器可以被耦接至车辆系统6中的各种方位。作为另一示例，致动器可以包括燃料喷射器66、节气门62、控制过滤器再生的dpf阀(未示出)、电路的开关等等。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以被配置具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令。控制器12从图1中的各种传感器接收信号，处理信号并使用图1中的各种致动器来基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机运转。
现在转到图2，其示出包括排放控制装置70和排放控制系统72的排气通道35的实施例200。这样，之前介绍的组件与随后的附图被类似地编号。排气以基本平行于箭头298的方向从附图的左侧流入其右侧。排气从发动机(例如，图1的发动机10)进入排气通道35并离开排气通道35至环境大气。
排气通道35包括排放控制系统72上游的排放控制装置70。在本文中，排放控制装置70被称为第一催化剂70。在一个示例中，第一催化剂70包括基板，该基板包含具有蜂窝结构的陶瓷整体料。可替换地，第一催化剂70基板可以包含堇青石陶瓷基板。第一催化剂70基板可以包含其他组成部分(element)，而不偏离本公开的范围。
第一催化剂70的涂层(washcoat)包括催化剂组成部分，该催化剂组成部分包括氧化铝、氧化钛、二氧化硅及其混合物中的一种或多种。涂层增大第一催化剂70的表面积，其可以改善催化反应性。涂层进一步包括催化组成部分，其可以是过渡(例如，贵重)金属的混合，其包括铂、钯、铑、锇及其混合物中的一种或多种。涂层可以进一步包括诸如二氧化铈和/或二氧化铈/氧化锆的储氧组成部分。以这种方式，第一催化剂70可以在富发动机运转参数(例如，空燃比小于1.0)期间释放氧气以持续氧化co和碳氢化合物。
排气通道35在第一催化剂70下游的分叉点242处分开，通向第一通道244和第二通道246。排气通道35被流体地耦接至第一通道224和第二通道246两者，第一通道224和第二通道246的长度和直径基本相同。第一通道244和第二通道246被间隔开并在分叉点242下游直到交叉点248被流体地分开。第一通道244被配置为容纳第二催化剂210。第二通道246被配置为容纳氧气过滤器220。
氧气过滤器220位于邻近分叉点242的第二通道246的一部分中。氧气过滤器220被压在第二通道246的内表面上。因此，气体在流过第二通道246的剩余部分(remainder)之前流过氧气过滤器220。在一个示例中，氧气过滤器220使用包括氧敏性带电元件的陶瓷材料的整体式蜂窝主体。应认识到，氧气过滤器220可以使用用于从排气流分离氧气的其它元件，而不偏离本公开的范围。例如，氧气过滤器200可以包括位于多个纤维上的钙钛矿(abo3)和ba0.5sr0.5co0.8fe0.2o3-8(bscf)，该多个纤维用陶瓷粉末稀薄地涂覆。通过做这些，第二通道246中的氧气过滤器220下游的排气中的氧气浓度高于排气通道35、第一通道244、分叉点242和交叉点248中别处排气中的氧气浓度。
在一个示例中，第二催化剂210的尺寸、形状和成分与第一催化剂70基本相同。可替换地，第二催化剂不同于第一催化剂70。例如，相较于第一催化剂70，第二催化剂210包括更低的钯浓度、更高的铑浓度以及没有二氧化铈。这可以归因于更高的氧气浓度下的高效氧化的碳氢化合物和co，以及在更低的氧气浓度下的高效还原的nox。这样，相较于第二催化剂210，更多钯和二氧化铈可以位于第一催化剂70中，以增加可用的氧气以用于促进第一催化剂70处碳氢化合物和co的氧化。另一方面，第一通道244和第二通道246的关系促进第二催化剂210处的nox还原。这样，相较于第一催化剂70，更多铑可以位于第二催化剂210中，以促进nox的还原，而二氧化铈从第二催化剂210中省略，以进一步降低在第二催化剂210处的氧气浓度。额外地或可替换地，第二催化剂210可以不是三元催化剂，但是可以包括多于或小于三元种催化剂。在一个示例中，第二催化剂210仅包括铑。
在一些实施例中，额外地或可替换地，第一催化剂70和第二催化剂210可以是完全不同的催化剂。作为一个示例，第一催化剂70是三元催化剂并且第二催化剂210包括单一贵金属(例如，催化剂)，该单一贵金属可以或可以不与第一催化剂70共用。可替换地，第一催化剂70和第二催化剂210可以是nox捕集器、选择性催化还原装置、微粒过滤器或其组合中的一种或多种，而不偏离本公开的范围。第一催化剂70和第二催化剂210可以彼此互补，使得第一催化剂70被配置为有利于氧化反应并且第二催化剂210被配置为有利于还原反应，或反之亦然。
额外地或可替换地，第二催化剂210可以大于第一催化剂70。在一个示例中，第一催化剂70可以比第二催化剂210处理更少量的排气副产品。具体地，第一催化剂70处理含碳元素和对氧化敏感的其他组分，然而第二催化剂210处理含氮元素和/或对还原敏感的其他组分。由于在进气中普遍存在氮气，燃烧可以产生比co及化合的未燃碳氢化合物更大量的nox。以这种方式，根据正在第一催化剂70和第二催化剂210中被处理的副产品，可以通过最优化催化剂的尺寸和成分来降低第一催化剂70和第二催化剂210的生产成本。
描述主排气通道35、第一通道244和第二通道246中的排气流。对于类似形状的箭头，排气氧气浓度是类似的。例如，实线箭头包括彼此基本相同的氧气浓度。此外，类似尺寸的虚线箭头包括彼此基本相同的氧气浓度。虚线被以不同尺寸示出，其中大虚线大于中等虚线，该中等虚线大于小虚线。发动机排气包括初始氧气浓度(c0)。实线箭头包括第一氧气浓度(c1)。大虚线箭头包括第二氧气浓度(c2)。中等虚线箭头包括第三氧气浓度(c3)。小虚线箭头包括第四氧气浓度(c4)。在一个示例中，浓度的关系是c2>c0>c1>c3>c4。排气流被描述如下。在一个示例中，富氧流指的是氧气浓度等于c2并且贫氧指的是氧气浓度等于c3。
来自发动机的排气包括未燃碳氢化合物、co、o2和nox。在一个示例中，发动机排气不间断地从发动机流至第一催化剂70。这样，发动机排气未被过滤并未被处理。当排气流过第一催化剂70时，多数(如果不是所有的话)碳氢化合物和co被氧化为co2，从而减少成为h2o的一些o2。此外，将少量nox还原成n2，然而，高o2浓度抑制催化剂处的nox的还原。这样，在稀发动机工况期间，第一催化剂70可能未充分还原nox排放物。
这样，排气流至包括nox、co2、h2o和o2的分叉点242(箭头274)，其中氧气浓度小于c0，这是由于循环的碳氢化合物和碳氢化合物链消耗了至少一些o2。排气流分流，其中一部分流至第一通道244并且剩余部分流至第二通道246。到第二通道246的排气流(箭头276)被氧气过滤器220过滤，导致包括第二通道246中基本所有氧气的排气束(箭头278)具有等于c2的氧气浓度。在一个示例中，箭头278是纯o2并且c2基本等于100％o2。以这种方式，被防止流过第二通道246的排气流(箭头280)流到第一通道244中，该第一通道244具有等于c4的氧气浓度。通过做这些，排气流280与排气流284混合，导致排气混合物(箭头286)具有等于c3的氧气浓度。
因此，第二催化剂210接收包括总体降低的氧气浓度(c3)的排气流(箭头286)，该总体降低的氧气浓度(c3)可以促进催化剂与第二催化剂210所利于的nox的反应。这样，第一通道244和第二通道246之间的关系可以促进稀燃工况的扩展，从而增加燃料经济性。以这种方式，第二通道246包括富氧排气流并且第一通道244包括贫氧排气流。第一通道244中的第二催化剂210下游的排气(箭头290)包括在与排气流(箭头288)混合之前的大部分h2o、co2和n2，该排气流(箭头288)来自交叉点248中的第二通道246。在一个示例中，来自第一通道244和第二通道246的排气流的混合物(箭头292)流至环境大气。可替换地，在一些示例中，排气流292可以流至不同于twc的后处理装置(例如，微粒过滤器)。额外地或可替换地，来自第一通道244和第二通道246的排气流在流到交叉点248中之前可以不混合。第二通道246中浓缩的氧气流可以在流过交叉点248和/或流至环境大气之前转向。在一个示例中，浓缩的氧气流可以在再生期间被传送至微粒过滤器。以这种方式，氧气可以辅助微粒过滤器温度充分增加，以燃烧存储在微粒过滤器上的微粒物质。
如上所述，第一通道244可以接收o2，但是相较于第一催化剂70与分叉点242之间的排气流，第一通道244中的o2浓度降低。在一个示例中，浓度减小了幅值(mgnitude)2。应理解的是，浓度可以改变多于或少于幅值2，而不偏离本公开的范围。来自交叉点248中的第一通道244和第二通道246的气体混合物被引导朝向环境大气。
在一些实施例中，额外地或可替换地，第二催化剂210是选择性催化还原(scr)装置，并且尿素喷射器可以位于第二催化剂210上游的第一通道244中。因此，尿素不被喷射到第一催化剂70上游的排气束中。相较于放置在第一催化剂70上游的尿素喷射器，这防止第一催化剂70接收还原剂，同时促进第二催化剂210的更大覆盖。可替换地，尿素喷射器位于第一催化剂70上游，以便尿素可以被递送至第一催化剂70和第二催化剂210两者。这可以允许这两种催化剂均接收还原剂。额外地或可替换地，第一尿素喷射器位于第一催化剂70的直接上游并且第二尿素喷射器位于第二催化剂210的直接上游的第一通道244中。这样，喷射器可以基于催化剂的尿素需求而被分别操作，从而保存尿素储液器(reservoir)的尿素负荷。
因此，一种系统，其包括：包括分叉点上游的第一催化剂的排气通道以及从分叉点延伸的第一通道和第二通道，其中第一通道包括第二催化剂并且第二通道包括氧气过滤器，并且其中第一通道和第二通道在分叉点和位于第二催化剂和氧气过滤器下游的交叉点之间彼此流体地分离并且彼此间隔开。第一通道包括贫氧排气并且第二通道包括富氧排气，并且其中贫氧排气和富氧排气在交叉点处融合。第一催化剂在发动机下游，没有位于其间的介入组件。在一个示例中，第一催化剂和第二催化剂相同。然而，第一催化剂和第二催化剂可以不同，而不偏离本公开的范围。在一个示例中，第一催化剂和/或第二催化剂是一元催化剂、二元催化剂、三元催化剂、选择性催化还原装置、nox捕集器、微粒过滤器及其组合中的一种或多种。额外地或可替换地，第一催化剂和/或第二催化剂包括大于三种催化剂。相比于第二催化剂，第一催化剂包括配置用于氧化和存储氧气的更大量的催化剂，并且其中相比于第一催化剂，第二催化剂包括配置用于还原nox的更大量的催化剂。第二催化剂可以大于第一催化剂。第一催化剂接收具有比第二催化剂更高氧气浓度的排气。氧气过滤器被可以被压在第二通道的表面，并且其中流过第二通道的排气在到达交叉点之前流过氧气过滤器。来自第一通道和第二通道的气体从交叉点排出至环境大气。额外地或可替换地，可选排气后处理装置和/或排气传感器可以位于交叉点下游。
现在转到图3，其示出示例性实施例300，该示例性实施例300基本类似于图2的实施例200。这两个实施例都包括第一催化剂70、位于第一通道244中的第二催化剂210以及位于第二通道246中的氧气过滤器220。然而，实施例300不同于实施例200的地方在于，实施例300包括位于氧气过滤器220上游的阀门306。
阀门306位于分叉点242和氧气过滤器220之间。阀门306可以包括完全打开位置和完全闭合位置。完全打开位置容许排气流至氧气过滤器220，以能够从排气分离氧气，从而减少流至第二催化剂210的氧气的量。完全闭合位置防止排气流至氧气过滤器220，从而允许未过滤的排气流至第二催化剂210。当第二催化剂210被起燃并且发动机运转为稀燃(例如，空燃比大于1.0)时，阀门306可以完全打开。可替换地，当第二催化剂210未激活(例如，未起燃)时和/或当发动机运转为富燃(例如，空燃比小于1.0)时，阀门306可以完全关闭。以这种方式，到氧气过滤器220的排气流可以经由阀门306来调节。
在一个示例中，阀门306是耦接至控制器12的电子阀。致动器基于来自控制器12的指令调节阀门306的位置。在一些示例中，阀门306可以包括在完全打开位置和完全闭合位置之间的位置。因此，控制器12可以向致动器发信号，以将阀门306移动至更打开位置或更闭合位置，其中该更打开位置与更闭合位置相比容许到氧气过滤器220的更多排气流。这样，更打开位置比更闭合位置更靠近完全打开位置。以下参考图4描述了一种用于基于不同工况调节阀门306的方法。
在一个示例中，方法包括氧化第一三元催化剂中的排气副产品以及使氧化的排气通过主排气通道的分叉点流至第一通道和第二通道，该第一三元催化剂位于具有第一氧气浓度的主排气通道中，并且其中第一通道包括第二三元催化剂并且第二通道包括氧气过滤器，其中第二通道包括具有第二氧气浓度的排气并且第一通道包括具有第三氧气浓度的排气，并且其中第二浓度大于第一浓度，该第一浓度大于第三浓度。第二三元催化剂被配置为减少氧化的排气流。第一通道和第二通道的直径和长度相同。氧气过滤器是陶瓷过滤器，该陶瓷过滤器没有位于其中的电气组件或机械组件。
现在转到图4，示出了一种用于操作氧气过滤器220上游的第二通道246中的阀门306的方法400。用于执行方法400的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如参考图1的上述传感器)接收的信号来执行。根据如下所述的方法，控制器可以使用发动机系统的发动机致动器来调节发动机运转。
方法400在402处开始，其中方法400确定、估计和/或测量当前发动机运转参数。当前发动机运转参数可以包括但不限于发动机温度、环境温度、车辆速度、质量进气流量、nox浓度、排气质量流动速率、第一催化剂温度、第二催化剂温度、节气门位置以及空燃比中的一个或多个。
在404处，方法包括确定nox是否大于阈值nox量。阈值nox量可以基于能够充分减少存在于第一催化剂中氧气的nox的量。nox的浓度和/或nox的量可以通过发动机和第一催化剂之间的排气传感器(例如，图1的传感器126)来测量。如果nox不大于阈值nox，那么方法行进到维持当前发动机运转参数并完全关闭阀门，以防止排气流至氧气过滤器。以这种方式，富氧排气流至第二催化剂，其中该富氧排气是当阀门处于更打开位置时相对于到第二催化剂的排气流的富氧排气。
如果该nox大于阈值nox，那么方法400行进至确定空燃比是否大于1(例如，发动机运转是否为稀燃)。空燃比可以经由来自节气门位置、排气传感器和其他适当的装置中的一个或多个的反馈来确定。如上所述，如果空燃比等于或小于1，那么发动机运转可以处于化学计量或富燃(例如，增加了加注燃料)并且方法400行进至406。在一个示例中，尽管nox大于该阈值nox，但是由于在没有氧气过滤器的情况下，在排气中的氧气的量已经充分低，因而阀门被移动至更闭合位置。也就是说，在化学计量和没有利用氧气过滤器的富燃加注燃料情况期间，nox可以在第二催化剂中高效地反应，从而延长氧化过滤器的寿命。
如果空燃比大于1，那么发动机运转为稀燃(即，相较于富燃增加了进气浓度)并且方法400行进至410，以确定第二催化剂是否被起燃。第二催化剂的起燃温度可以基于第二催化剂能够激活一种或多种催化剂以高效地利于nox还原的温度。方法400可以通过监测排气的温度来估计第二催化剂的温度，该排气经由位于发动机和第一催化剂之间的排气传感器流至第一通道。可替换地，第二催化剂可以包括集成在其中的温度传感器，该温度传感器可以直接提供关于第二催化剂的当前温度的反馈。如上所述，如果第二催化剂没有被起燃(例如，温度小于起燃温度)，那么方法400行进至406。以这种方式，富氧排气继续流至第二催化剂，其可以加速第二催化剂达到起燃温度。
在一些实施例中，额外地或可替换地，通过第二催化剂的氧气流可以基于第一催化剂和/或第二催化剂的温度来调节。调节可以基于来自一个或多个温度传感器的反馈，该温度传感器位于第一催化剂、第二催化剂以及氧气过滤器中的一个或多个中或在第一催化剂、第二催化剂和氧气过滤器中的一个或多个下游。本领域技术人员应认识到，传感器可以不位于每个以上提到的区域处并且温度可以被估计。作为一个示例，位于第一催化剂上游的单一温度传感器可以被用于计算第一催化剂的内侧、第二催化剂的内侧或氧气过滤器的内侧的近似温度。因此，邻近第一催化剂、第二催化剂和/或氧气过滤器，或者在第一催化剂、第二催化剂和/或氧气过滤器的内侧的各种区域的温度可以经由来自位于排气通道中的温度传感器的反馈来估计。在一个示例中，到第二催化剂的氧气流可以响应于第二催化剂的温度小于阈值温度(例如，起燃温度)，通过将阀门移动至更闭合位置而增加。此外，到第二催化剂的氧气流可以响应于氧气过滤器的温度大于阈值过滤器温度而增加，其中该阈值过滤器温度是基于过滤器过热的温度，从而增加氧气过滤器劣化的可能性。在一些示例中，温度传感器可以被省略并且第一催化剂、第二催化剂以及氧气过滤器的温度值可以基于发动机运转参数来估计，该发动机运转参数包括发动机负荷、车辆速度、发动机转速、歧管压力、排气背压、环境温度、湿度、空燃比以及燃料等级(例如，柴油、生物柴油、e85、93辛烷值以及87辛烷值)中的一种或多种。
额外地或可替换地，排气传感器可以位于氧气过滤器下游。如果来自排气传感器的反馈指示氧气过滤器劣化，那么阀门可以被移至完全闭合位置并且流过第一催化剂的整个排气被引导至第二催化剂而不流过氧气过滤器。如果排气传感器测量氧气浓度小于浓度极限(例如，小于98％氧气)，那么氧气过滤器可以被指示为劣化。此外，指示灯可以被激活以将劣化通知车辆驾驶员。
如果第二催化剂被起燃，那么空燃比大于1，并且nox大于阈值nox，随后方法412行进至将阀门移动至更打开位置，以将排气流至氧气过滤器。以这种方式，富氧排气流流过与第一通道分离的第二通道。此外，贫氧排气流保持在氧气过滤器的上游，并且流回至第一通道和第二通道上游的分叉点。
在414处，贫氧排气流至第二催化剂以便于在nox和催化剂之间的反应。排气随后流至在第一通道和第二通道之间的交叉点，其中贫氧排气束和富氧排气束在流至环境大气之前融合。
以这种方式，发动机的稀燃运转可以通过使第一催化剂下游的排气通道分叉来延伸到第一通道和第二通道中，该第一通道和第二通道分别包括第二催化剂和氧气过滤器。第一通道和第二通道被维持分离(例如，密封)直到位于第二催化剂和氧气过滤器下游的交叉点。将第二催化剂放置在第一通道中和将氧气过滤器放置在第二通道中的技术效果是，使贫氧排气流至第二催化剂，以增加nox的还原的效率。通过做这些，催化剂中存在更少氧气，从而改善nox的还原。此外，燃料效率通过延长稀燃发动机运转参数来增加。
一种方法，其包括使具有氧气过滤器的第二排气通道中的排气束中的氧气富集、使贫氧排气流至包括催化剂的第一排气通道，以及在氧气过滤器和催化剂下游的交叉点处融合富氧排气流和贫氧排气流。方法的第一示例进一步包括：其中第一排气通道中的贫氧排气包括氧气浓度小于第二排气通道中富氧排气流中的氧气浓度。方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括：其中第一排气通道和第二排气通道，除了在催化剂和氧气过滤器上游的分叉点处以及在催化剂和氧气过滤器下游的交叉点处之外，彼此间隔开且彼此流体地密封。方法的第三示例可选地包括第一示例和/或第二示例，并且进一步包括：其中催化剂是位于排气通道的分叉点上游的排气通道中的第一催化剂下游的第二催化剂。方法的第四示例可选地包括第一示例到第三示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第一催化剂和第二催化剂是一元催化剂、二元催化剂、三元催化剂、选择性还原装置、nox捕集器以及微粒过滤器中的一种或多种。方法的第五示例可选地包括第一示例到第四示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中排气不间断地从发动机流至第一催化剂。方法的第六示例可选地包括第一示例到第五示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第一催化剂接收排气流，该排气流包括氧气浓度高于贫氧排气流中的氧气浓度。
一种系统，其包括：包括分叉点上游的第一催化剂的排气通道以及从分叉点延伸的第一通道和第二通道，其中第一通道包括第二催化剂并且第二通道包括氧气过滤器，并且其中第一通道和第二通道在分叉点和位于第二催化剂和氧气过滤器下游的交叉点之间彼此流体地分离且彼此间隔开。系统的第一示例进一步包括，其中第一通道包括贫氧排气并且第二通道包括富氧排气，并且其中贫氧排气和富氧排气在交叉点处融合。系统的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括：其中第一催化剂在发动机下游，没有位于其间的介入组件。系统的第三示例可选地包括第一示例和/或第二示例，并且进一步包括：其中第一催化剂和第二催化剂相同。系统的第四示例可选地包括第一示例到第三示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中相比于第二催化剂，第一催化剂包括配置用于氧化和存储氧气的更大量的催化剂，并且相比于第一三元催化剂，其中第二催化剂包括配置用于还原的更大量的催化剂。系统的第五示例可选地包括第一示例到第四示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第二催化剂大于第一催化剂。系统的第六示例可选地包括第一示例到第五示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第一催化剂接收具有比第二催化剂更高的氧气浓度的排气。系统的第七示例可选地包括第一示例到第六示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中氧气过滤器被压在第二通道的表面上，并且其中流过第二通道的排气在到达交叉点之前流过氧气过滤器。系统的第八示例可选地包括第一示例到第七示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中来自第一通道和第二通道的气体从交叉点排出至环境大气。
一种方法，其包括氧化第一三元催化剂中的排气副产品以及使氧化的排气通过主排气通道的分叉点流至第一通道和第二通道，该第一三元催化剂位于具有第一氧气浓度的主排气通道中，并且其中第一通道包括第二三元催化剂并且第二通道包括氧气过滤器，其中第二通道包括具有第二氧气浓度的排气并且第一通道包括具有第三氧气浓度的排气，并且其中第二浓度大于第一浓度，该第一浓度大于第三浓度。方法的第一示例进一步包括：其中第二三元催化剂被配置为减少氧化的排气流。方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括：其中第一通道和第二通道的直径和长度相同。方法的第三示例可选地包括第一示例和/或第二示例，并且进一步包括：其中氧气过滤器是陶瓷过滤器，该陶瓷过滤器没有位于其中的电气组件或机械组件。
请注意，本文包括的示例性控制和估计程序可以被用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令被储存在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合在一起的控制器的控制系统来实施。本文描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及诸如此类。这样，图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以图示说明的顺序被执行。并行地执行或在一些情况下被省略。同样地，处理的顺序不一定要求实现本文描述的示例性实施例的特征和优点，而是为了便于图示和说明而被提供。根据被使用的特定策略，图示说明的动作、操作和/或功能中的一个或更多可以被反复执行。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以以图表形式表示为被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器结合在一起的各种发动机硬件组件的系统中的指令来实施。
应认识到，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，以上技术能够被应用到v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文中所公开的各种系统和配置以及其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这类权利要求应当被理解为包括一个或更多个这类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修正现有权利要求或通过在这个申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这类权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。