用于排气后处理系统的方法和系统与流程

文档序号:14923763发布日期:2018-07-13 08:55

本申请要求2017年1月5日提交的德国专利申请No.102017200089.9和2017年1月30日提交的德国专利申请No.102017201399.0的优先权。上述申请的全部内容通过引用方式整体并入本文以用于所有目的。

技术领域

本发明整体涉及包括排气再循环(EGR)通道和氨存储装置的排气后处理系统。



背景技术:

内燃发动机在操作期间可产生大量的氮氧化物(NOx)。具体地,在机动车辆中使用的柴油发动机和奥托(Otto)发动机中,排气中的氮氧化物量通常高于可允许的极限值,因此要求排气再处理以减少NOx排放。在许多发动机中,使用三元催化转化器,通过排气中含有的非氧化组分,即通过一氧化碳(CO)和未燃烧的烃(HC)进行氮氧化物的还原。特别是对于柴油稀燃发动机和奥托(Otto)稀燃发动机,由于低量的非氧化排气组分,该方法是不可用的。因此,在稀燃发动机中,根据广泛使用的方法,使用吸附并存储包含在内燃发动机的排气中的氮氧化物的NOx存储催化转化器(以下简称LNT,稀NOx捕集器)。不时地进行LNT的再生,为此,例如在被引导通过LNT的排气中产生过量的燃料。

然而,本发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例,在瞬态操作期间激活HP-EGR以满足驾驶员需求,这可导致来自催化剂的氨泄漏。当氨从催化剂泄漏时,LP-EGR可不流动,这可导致增加的发动机NOx输出。



技术实现要素:

在一个示例中,上述问题可通过一种方法来解决,该方法包括响应于存在催化剂的氨泄漏风险,激活(activating)电动马达并且使低压排气再循环(LP-EGR)流流动达阈值持续时间;以及响应于在阈值持续时间之后存在氨泄漏风险,停用(deactivating)电动马达,关闭LP-EGR流,并且使HP-EGR流动。以这种方式,在氨泄漏风险的至少阈值持续时间内减少和/或防止来自催化剂的氨泄漏。

作为一个示例,氨泄漏风险基于驾驶员需求的增加,其中驾驶员需求的增加导致促进存储在催化剂上的氨的解吸的发动机状况。例如,驾驶员需求的增加可导致较高的排气温度,这可引起来自催化剂的氨的解吸。由于催化剂布置在LP-EGR通道的上游,因此当使LP-EGR流动时解吸的氨可被扫掠到发动机。因此,为防止来自催化剂的氨泄漏并且限制发动机NOx输出,响应于驾驶员需求的增加,发动机转速和扭矩可减小和/或保持在当前水平。由此,排气状况可保持基本上类似于在驾驶员需求增加之前的排气状况。

电动马达可在阈值持续时间内保持启用。在一个示例中,阈值持续时间基于当前的电池荷电状态(SOC)。因此,一旦阈值持续时间完成,电池可耗尽能量,并且不再能够给电动马达供电。响应于阈值持续时间的完成,电动马达被停用,并且发动机转速和扭矩增加。另外,HP-EGR流到发动机,并且LP-EGR关闭,以防止氨流到发动机。在一些实施例中,催化剂可以是第一选择性还原催化剂(SCR),其中可在LP-EGR通道下游布置第二SCR。当第二SCR的氨存储量小于阈值填充存储量(例如,氨的100%饱和度)时,第二SCR可从第一SCR中捕获解吸的氨中的一些。

应该理解,提供上述发明内容是为以简化形式引入所选概念,所选概念将在具体实施例中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征,所要求保护的主题的范围由随附权利要求唯一限定。此外,所要求保护的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出混合动力车辆的发动机的示例。。

图2示出描绘用于确定是否可发生氨泄漏的方法的高级流程图。

图3示出响应于氨泄漏而利用电动马达的方法。

图4示出响应于氨泄漏和电动马达的荷电状态(SOC)小于阈值SOC而调整一个或多个发动机操作参数的方法。

图5是描绘在亚化学计量操作的时间发展中的一氧化二氮还原的图表。

图6示出发动机的第一实施例。

图7示出发动机的第二实施例。

图8示出发动机的第三实施例。

具体实施方式

下面的描述涉及用于排气后处理系统的系统和方法。排气后处理系统可被包括在混合动力车辆(诸如图1的混合动力车辆)中。图1的发动机的第一实施例、第二实施例和第三实施例分别在图6、图7和图8中示出。可在可发生氨泄漏的一些瞬态状况下使用混合动力车辆的电动马达。图2示出用于确定是否存在足够的电池SOC来操作电动马达以限制氨泄漏的方法。如果存在足够的电池SOC,则在图3中示出用于在阈值持续时间内利用电动马达的方法。该方法进一步包括在阈值持续时间期间使LP-EGR流动,并且在阈值持续时间之后使HP-EGR流动。因此,在阈值持续时间之后可发生氨泄漏。

然而,如果电池SOC不足并且存在氨泄漏风险,则可执行包括将发动机空气/燃料比调整为更富的空气/燃料比并且保持LP-EGR的方法,如图4所示。除此之外或另选地,响应于来自布置在第一催化剂下游的催化剂的氨补充需求,可执行图4的方法。在这样的示例中,氨补充需求可超过足够的电池SOC,使得氨在存在足够的电池SOC的情况下从第一催化剂解吸。图5示出基于图4的方法描绘来自第一催化剂的氨解吸的曲线图。

图1和图6至图8示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果被示为彼此直接接触或直接耦接,那么此类元件至少在一个示例中可分别被称为直接接触或直接耦接。类似地,被视为彼此邻近或相邻的元件至少在一个示例中可以分别彼此相邻或邻近。作为示例,彼此共面接触放置的部件可被称为共面接触。作为另一示例,彼此分开定位在其间仅具有空间而不存在其他部件的元件在至少一个示例中可被如此称之。作为又一示例,被示为在彼此上方/下方,在彼此相对侧或者在彼此的左侧/右侧的元件可相对于彼此如此称之。进一步地,如图所示,元件的最顶部元件或最顶部的点可以被称为部件的“顶部”,并且元件的最底部元件或最底部的点在至少一个示例中可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的,顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以相对于附图的垂直轴线,并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。由此,在一个示例中,被示为在其他元件上方的元件在垂直方向上位于其他元件上方。作为另一示例,附图内描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如,诸如为圆形的、直的、平面的、弯曲的、圆角的、倒角的、倾斜的等)。进一步地,在至少一个示例中,被示为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步地,在一个示例中,被示为在另一元件内或被示为在另一元件外的元件可以如此称之。应当理解,根据制造公差(例如,在1%至5%的偏差内),被称为“基本上类似和/或相同的”的一个或多个部件彼此不同。

一氧化二氮存储催化剂(也被称为稀NOx捕集器,LNT)可用于来自内燃发动机的排气的一氧化二氮的暂时吸附。此外,它们还完成了一氧化碳(CO)和烃(HC)的氧化后处理任务。在内燃发动机的稀模式下出现的一氧化二氮能够存储在LNT中;为此,LNT将稀排气中所包含的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2),并且然后可以以硝酸盐的形式将其存储起来。在LNT的涂层中使用的吸附剂可以是例如氧化钡和/或其他氧化物。

除别的以外,LNT的存储容量可受到排气温度的限制。现代LNT能够在约250℃至550℃的温度范围内以不同程度的效率存储一氧化二氮。此外,存储容量可受到排气的空间速度的限制。如果内燃发动机在高负载下操作,例如,在加速事件中,则达到高的排气温度和质量流量,这可超过LNT的技术限制,使得LNT的一氧化二氮存储效率由于气体温度和空间速度而大大降低。在这些状况下,一氧化二氮不能被存储在LNT中。如果操作根据发动机负载、催化剂的填充水平和排气温度在不同的燃烧模式之间来回切换,则有可能在高负载下克服一氧化二氮的逸出。这些模式包括稀排气状态和富亚化学计量排气状态(216-0028和216-0029)。特别是在高负载和所引起的高排气温度的状况下,触发内燃发动机的富操作。在这些状况下,LNT不再起存储催化剂的作用,而是使用还存在于排气中的还原剂(一氧化碳和烃)立即将存在于排气中的一氧化二氮转化成氮。以这种方式,在高负载的状况下,有利地,能够从离开内燃发动机的排气去除一氧化二氮。另外,排气中的富比例可被设定成使得在这些状况下,由于氢与一氧化二氮的反应,一从LNT去除先前存储的氧,在LNT的催化活性成分中就会产生氨。在有利的实施例中,该氨可用于使用第二LNT或SCR催化剂进一步还原下游的一氧化二氮。

当LNT的存储容量耗尽时,LNT可再生。在再生事件(净化)时,可期望富亚化学计量的排气状况,例如,通过用对应的燃料-空气混合物来操作内燃发动机;在此,使用富排气中的成分(CO、HC),存储的一氧化二氮再次被解吸并在LNT的催化活性组分上还原成氮。除了用于再生的净化之外,当排气变成亚化学计量时,例如由于来自内燃发动机的性能要求,LNT也自然地再生。

LNT可包括温度窗口,在该温度窗口中能够实现适当程度的NOx转化效率,然而,温度窗口可相对较窄。在最大LNT操作温度以上,NOx转化效率的程度不高,或者催化转化器甚至经受催化转化器性能的意外的老化和损害。

为了甚至在比最大LNT操作温度更高的排气温度下还原氮氧化物,可利用SCR排气再处理操作,也就是说,选择性催化还原(选择性催化还原即SCR)。SCR排气再处理装置是例如SCR催化转化器和涂覆SCR的柴油微粒过滤器,或者简称为SDPF。

对于SCR装置,氨(NH3)可在机动车辆内燃发动机的排气中以尿素水溶液的形式添加到排气中,尿素水溶液被称为AdBlue,并且可在喷射后蒸发并分解成氨和其他物质。氨存储在SCR排气再处理装置中,并将排气中所包含的氮氧化物理想地转化为氮。

计量的尿素添加可对应于内燃发动机当前的氮氧化物排放,并且可因此根据发动机的当前工况来进行计量的尿素添加。如果计量太低,则为了符合污染物限值,减少不足量的氮氧化物。如果计量太高,则过量的氨到达排气,这被称为NH3泄漏。

如果在排气温度高的情况下,LNT不再足够有效地操作,则通过SCR催化转化器中的尿素喷射来转化过量的NOx。

本公开可能够利用LP-EGR操作具有排气涡轮增压器和SCR排气再处理的内燃发动机尽可能长的一段时间,而无需承担由LP-EGR引起的增加的氨泄漏。

根据本公开,通用机动车辆可以是混合动力电动车辆,并且第二SCR排气再处理装置可布置在到排气管路中的LP-EGR通道的分支的下游,其中在到低压排气回路的分支的上游供应或产生用于SCR排气再处理的氨。

根据本公开,在行驶操作期间,连续地建立第一SCR排气再处理装置的至少当前氨负载,并且进一步验证车辆的当前推进需求是否对应于排气管路中的温度和体积流量的组合,该组合如预期的那样导致第一SCR排气再处理装置中的氨解吸。只要是这种情况,就使用混合动力驱动装置来改变内燃发动机的当前扭矩和转速的组合,以便以如下方式保持当前的推进需求,使得第一SCR排气再处理装置的工况保持在解吸极限以下,或者第一SCR排气再处理装置以加速方式解吸氨,其中同时进行从低压排气回路到高压排气回路的切换。

用于SCR排气再处理的这种混合动力驱动支持的策略可使得时间增加,其中内燃发动机利用LP-EGR操作,使得在到内燃发动机的最小的氨回流的情况下保持LP-EGR的益处。

在本公开的实施例中,如果确定当前的驾驶员需求对应于其中温度和体积流量的组合可导致第一SCR排气再处理装置中的不期望的氨解吸的驾驶员需求,则LP-EGR可保持阈值持续时间,在阈值持续时间期间调整内燃发动机的扭矩和转速的组合,使得第一SCR催化转化器或SDPF的工况保持低于其解吸极限。

在阈值持续时间之后,如果仍然确定当前驾驶员需求对应于在第一SCR排气再处理装置中可导致不期望的氨解吸的温度和体积流量的组合,则在本公开的优选实施例中,调整内燃发动机的扭矩和转速的当前组合,使得存储在第一SCR排气再处理装置中的氨可比之前更快或尽可能快地解吸。这可包括调整EGR操作,其中停用LP-EGR并且激活HP-EGR。

如果确定第一SCR排气再处理装置的当前氨负载降低到取决于温度和体积流量的下阈值以下,则可调整内燃发动机的扭矩和转速的当前组合,并且EGR可被调整成使得停用HP-EGR并且重新启用LP-EGR。

第一SCR排气再处理装置可以是SCR催化转化器和/或SDPF等。

在第一SCR排气再处理装置的上游可布置尿素喷射器或用于供应或产生氨的另一装置。

第一SCR排气再处理装置可以是LNT等。在一些示例中,第一SCR装置是LNT和SCR的组合。

第二SCR排气再处理装置优选为活性SCR催化转化器或者包含这样的单元。

在一些实施例中,除此之外或另选地,本公开的第一方面可包括具有排气管路的内燃发动机的装置,低压排气再循环系统(LP-EGR)的至少一个排气再循环管线从所述排气管路分支出来,并且排气后处理系统布置在所述排气管路中,其中排气后处理系统包括至少一个第一一氧化二氮存储催化剂、布置在第一一氧化二氮存储催化剂下游的至少一个第二催化装置、布置在第一一氧化二氮存储催化剂下游的至少一个微粒过滤器,并且其中排气再循环管线在第一一氧化二氮存储催化剂的下游和第二催化装置的上游分支出来,并且包括用于调节再循环排气的质量的至少一个阀,并且包括在第一一氧化二氮存储催化剂的区域中的至少一个温度传感器。

在一些实施例中,除此之外或另选地,根据本公开的装置可允许在内燃发动机的所有工况下控制一氧化二氮的排放。在高负载下发生的高排气温度能够通过可被布置在LNT区域中的温度传感器来检测并且被传送到控制装置,或者由存储的温度模型来确定。此外,以本领域普通技术人员已知的方式,能够检测到强的扭矩请求并将其传送到控制装置。另外,通过排气的再循环,LP-EGR允许根据当前工况有利地控制一氧化二氮的排放。

在一些实施例中,除此之外或另选地,根据本公开的装置的第二催化装置被配置为第二一氧化二氮存储催化剂。通过在分支排气再循环管线的下游布置第二LNT,更有效地利用了第二LNT的存储容量,因为与第一LNT相比,在该位置处排气体积流量和空间速度降低。另外,在净化期间所需的还原剂的量可减少。

在一些实施例中,除此之外或另选地,第一一氧化二氮存储催化剂可布置在内燃发动机的物理附近,使得在冷起动之后,将其快速加热到其操作温度(例如,紧密耦接的(close-coupled)装置),并且第二一氧化二氮存储催化剂可被布置成物理上远离内燃发动机,使得即使在高负载下发生的排气温度也允许一氧化二氮的有效存储。因此,使用根据本公开的装置,充分利用了将第一LNT布置成靠近发动机与将第二LNT布置成远离LP-EGR回路下游的发动机的差异。

在一些实施例中,除此之外或另选地,第二一氧化二氮存储催化剂具有与第一一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层不同的催化活性涂层。特别优选地,相对于第一一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层,第二一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层可被配置用于高温下的一氧化二氮转化。

在一些实施例中,除此之外或另选地,在另一个实施例中,第二催化装置是用于选择性催化还原的催化剂(SCR催化剂)。

在一些实施例中,除此之外或另选地,第二LNT和SCR催化剂二者可布置在分支低压排气再循环管线下游的排气管路中。通过SCR催化剂,在净化期间在某些情况下在LNT中可产生的氨能够用于还原一氧化二氮,由此可更有效地调整一氧化二氮还原。

在一些实施例中,除此之外或另选地,阻流阀可布置在第二催化装置的下游。阻流阀可有利地用于控制排气流,特别是相对于LP-EGR。

在一些实施例中,除此之外或另选地,本公开可进一步包括高压排气再循环系统(HP-EGR)的排气再循环管线,该管线从第一一氧化二氮存储催化剂上游的排气管路分支出来。在某些工况下,HP-EGR可适当地用作LP-EGR的替代形式或附加。

在一些实施例中,除此之外或另选地,在亚化学计量操作期间或在净化时,在LNT中能够出现氨。如果这是不期望的,例如用于选择性催化还原的催化剂中,则返回到燃烧室将导致氨的氧化,并且因此导致产生不期望的附加的一氧化二氮。在这种情况下,能够终止LP-EGR操作并且使用HP-EGR。理想地,供应的还原剂的量不管怎样仍被设定成使得没有不期望的氨产生。

在一些实施例中,除此之外或另选地,微粒过滤器可包括催化活性涂层。催化活性涂层被配置用于选择性催化还原。

在一些实施例中,除此之外或另选地,本公开可进一步包括用于操作根据具有排气管路的内燃发动机的本公开的布置的方法,低压排气再循环系统的至少一个排气再循环管线从所述排气管路分支出来,并且其中至少一个第一一氧化二氮存储催化剂和微粒过滤器布置在分支排气再循环管线的上游,至少一个温度传感器布置在第一一氧化二氮存储催化剂的物理附近,并且至少一个第二催化装置布置在分支排气再循环管线的下游,所述方法具有以下步骤:以低负载或中等负载操作内燃发动机,切换到内燃发动机的高负载操作状态,开始内燃发动机的富燃模式,排气返回通过低压排气再循环系统的排气再循环管线,以及结束富操作模式,并且切换到内燃发动机的低负载或中等负载操作状态。

在一些实施例中,除此之外或另选地,根据本公开的方法可在内燃发动机的多个工况下调整NOx的排放。在高负载下发生的高排气温度通过有利地布置在LNT区域中的温度传感器来检测并且被传送到控制装置,或者由存储的温度模型确定。此外,以本领域技术人员已知的方式,还可检测到强的扭矩请求并且将其传送到控制装置。然后控制装置可触发内燃发动机的亚化学计量操作(如果还没有发生的话),并且产生具有λ<1的轻微亚化学计量的“富”排气混合物。

此外,排气的再循环可允许根据当前的工况来控制一氧化二氮的排放。因此,特别优选地,在根据本公开的方法的一个实施例中,调节再循环排气的量,以便控制第一一氧化二氮存储催化剂的再生。因此,特别优选地,使用根据本公开的方法的实施例,其中调节再循环排气的量,以便控制第一一氧化二氮存储催化剂的再生。

图1描绘了车辆5的发动机系统7包括的内燃发动机10的汽缸的示例。通过包括控制器12的控制系统和来自车辆操作者130经由输入装置132的输入,可至少部分地控制发动机10。在该示例中,输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸14(其可在本文中被称为燃烧室)可包括燃烧室壁136,其中活塞138位于燃烧室壁136中。活塞138可耦接到曲轴140,使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可通过传动系统耦接到客运车辆的至少一个驱动轮。进一步地,起动马达(未示出)可经由飞轮耦接到曲轴140,从而启用发动机10的起动操作。

汽缸14能够通过一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸14之外,进气通道146还能够与发动机10的其他汽缸连通。图1示出了被配置具有涡轮增压器175的发动机10,涡轮增压器175包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174以及沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可经由轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力。包括节流板164的节气门162可沿发动机的进气通道设置,用于改变提供到发动机汽缸的进气的流率和/或压力。例如,节气门162可如图1所示定位在压缩机174的下游,或者另选地可设置在压缩机174的上游。

除了汽缸14之外,排气通道148还可接收来自发动机10的其他汽缸的排气。所示排气传感器128耦接到第一催化剂184上游的排气通道148。传感器128可选自用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器,例如,诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如图所示)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。

在一个示例中,第一催化剂布置在紧密耦接位置中。相比而言,该位置可在远的车辆底座(underbody)位置的上游,诸如第二催化剂182的位置。以这种方式,第一催化剂184被布置在第二催化剂的上游。在一个示例中,第一催化剂184可以是TWC、微粒过滤器(PF)、NOx柴油氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)、稀NOx捕集器(LNT)、微粒过滤器(PF)等或其组合。

紧密耦接位置与远的车辆底座位置之间的差异可包括与发动机的距离,其中紧密耦接位置比远的车辆底座位置更靠近发动机。也就是说,紧密耦接位置中的部件位于远的车辆底座位置中的部件的上游。除此之外或另选地,紧密耦接位置中的部件经历的排气温度可高于远的车辆底座位置中的部件经历的温度。此外,由于在远离发动机10的排气系统位置中存在较少的封装约束,所以远的车辆底座中的部件可较大。

第二催化剂182可布置在第一催化剂184和LP-EGR通道190的下游。第二催化剂182可布置在远的车辆底座中。第二催化器182可以是TWC、微粒过滤器(PF)、NOx柴油氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)、稀NOx捕集器(LNT)、微粒过滤器(PF)等或其组合。

排气传感器186可布置在第一催化剂184和第二催化剂182之间。排气传感器186可向控制器12提供关于排气流中的氨和/或NOx的量的反馈。在一些示例中,来自控制装置的反馈可用于调整来自布置在第一催化剂184上游的喷射器178的还原剂喷射。在一个示例中,喷射器178是流体地耦接到容纳尿素的贮存器的尿素喷射器,并且是排气通道148的唯一的尿素喷射器。附加示例可包括响应于来自排气传感器186的反馈来调整发动机操作参数。例如,如果在存在氨泄漏风险时,排气传感器186估计排气流中的氨和/或NOx的量小于阈值并且/或者相对接近零,则控制器12可调整发动机操作参数以停用电动马达52,并且通过打开LP-EGR通道的阀使低压排气再循环(LP-EGR)流过LP-EGR通道190。另选地,电动马达52可保持启用,并且高压(HP)EGR可经由HP-EGR通道192流到发动机10。如图所示,第一催化剂184布置在HP-EGR通道192和LP-EGR通道190之间。

发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如,所示汽缸14包括位于汽缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中,包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可包括位于汽缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

进气门150可由控制器12经由致动器152控制。类似地,排气门156可由控制器12经由致动器154控制。在一些状况期间,控制器12可改变提供到致动器152和154的信号,以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。通过相应的气门位置传感器(未示出)可确定进气门150和排气门156的位置。气门致动器可以是电动气门致动型或凸轮致动型或其组合。可同时控制进气门正时和排气门正时,或者可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双可变凸轮正时或固定凸轮正时中可能的任一种。每个凸轮致动系统可包括一个或多个凸轮,并且可利用可由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。例如,汽缸14可另选地包括经由电动气门致动控制的进气门,以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在其他示例中,可通过公共的气门致动器或致动系统,或可变气门正时致动器或致动系统控制进气门和排气门。

汽缸14能够具有压缩比,该压缩比是当活塞138在下止点到上止点时的体积比。在一个示例中,压缩比在9:1到10:1的范围中。然而,在使用不同的燃料的一些示例中,压缩比可增加。例如,当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时,这可发生。如果使用直接喷射,由于其对发动机爆震的影响,则压缩比也可增加。

在一些示例中,发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下,响应于来自控制器12的火花提前信号SA,点火系统190能够经由火花塞192将点火火花提供到汽缸14。然而,在一些实施例中,可省略火花塞192,诸如在发动机10可通过自点火或通过燃料的喷射发起燃烧的情况下,如同一些柴油发动机的情况。

在一些示例中,发动机10的每个汽缸可配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例,所示汽缸14包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可被配置成递送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。所示燃料喷射器166直接地耦接到汽缸14,用于与经由通电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接地喷射到汽缸14中。以这种方式,燃料喷射器166向燃烧汽缸14提供燃料的所谓的直接喷射(下文称为“DI”)。虽然图1示出位于汽缸14的一侧的喷射器166,但是喷射器166也可另选地位于活塞的顶部,诸如靠近火花塞192的位置。当借助醇基燃料操作发动机时,由于一些醇基燃料的较低挥发性,这个位置可改善混合和燃烧。另选地,喷射器可位于进气门的顶部并且靠近进气门,从而改善混合。燃料可经由高压燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱递送到燃料喷射器166。进一步地,燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。

燃料喷射器170被示为布置在进气通道146中而不是汽缸14中,燃料喷射器170处于向汽缸14上游的进气道提供所谓的进气道燃料喷射(下文称为“PFI”)的配置中。燃料喷射器170可与经由电子驱动器171从控制器12接收到的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。需注意,单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统,或者如图所示,可使用多个驱动器,例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。

在另选的示例中,燃料喷射器166和170中的每个可被配置为用于将燃料直接喷射到汽缸14中的直接燃料喷射器。在另一个示例中,燃料喷射器166和170中的每个可被配置为用于将燃料喷射到进气门150的上游的进气道燃料喷射器。在另外一些示例中,汽缸14可包括仅单个燃料喷射器,该燃料喷射器被配置成以不同的相对量接收来自燃料系统的不同燃料作为燃料混合物,并且进一步被配置成作为直接燃料喷射器将该燃料混合物直接喷射到汽缸中,或者作为进气道燃料喷射器将该燃料混合物喷射到进气门的上游。

在汽缸的单个循环期间,燃料可通过两个喷射器被递送到汽缸。例如,每个喷射器可递送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。进一步地,从每个喷射器递送的燃料的分配和/或相对量可随着诸如发动机负载、爆震和排气温度的工况(诸如下文所述)而变化。可在打开进气门事件、关闭进气门事件期间(例如,基本上在进气冲程之前)以及在打开进气门操作和关闭进气门操作两者期间,递送进气道喷射的燃料。类似地,例如,可在进气冲程期间,以及部分地在先前的排气冲程期间,在进气冲程期间,以及部分地在压缩冲程期间,递送直接喷射的燃料。由此,即使对于单个燃烧事件,喷射的燃料也可以以不同的正时从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外,对于单个燃烧事件,可在每个循环执行递送的燃料的多次喷射。可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。

在本文,可更详细地描述进气门150的操作。例如,进气门150可从完全打开位置移动到完全关闭位置,或者移动到两者之间的任何位置。对于所有相同的状况(例如,节气门位置、车辆速度、压力等),完全打开位置允许更多来自进气通道146的空气进入汽缸14,而不是进入进气门150的任何其他位置。相反地,完全关闭位置可阻止和/或允许最少量的来自进气通道146的空气进入汽缸14,而不是进入进气门150的任何其他位置。因此,完全打开位置和完全关闭位置之间的位置可允许不同量的空气在进气通道146与汽缸14之间流动。在一个示例中,将进气门150移动到更打开的位置允许更多的空气从进气通道146流到处于其初始位置的汽缸14。

燃料喷射器166和170可具有不同的特性。这些不同的特性包括尺寸上的差异,例如,一个喷射器可具有比另一个喷射器大的喷射孔。其他差异包括但不限于不同的喷射角度、不同的操作温度、不同的定向目标、不同的喷射正时、不同的喷射特性、不同的位置等。此外,根据喷射器170和166之间喷射的燃料的分配比例,可达到不同的效果。

燃料系统8中的燃料箱可容有不同燃料类型的燃料,诸如具有不同燃料质量和不同燃料成分的燃料。差异可包括不同的醇含量、不同的含水量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料共混物和/或其组合等。具有不同汽化热的燃料的一个示例可包括具有较低的汽化热的作为第一燃料类型的汽油,以及具有较大的汽化热的作为第二燃料类型的乙醇。在另一个示例中,发动机可使用汽油作为第一燃料类型,以及包含诸如E85(其为约85%乙醇和15%汽油)或M85(其为约85%甲醇和15%汽油)的燃料共混物的醇作为第二燃料类型。其他可行的物质包括水、甲醇、醇和水的混合物、水和甲醇的混合物、醇的混合物等。

在图1中,控制器12被示为微型计算机,其包括微处理器单元(CPU)106,输入/输出端口(I/O)108,在该特定示例中被示为用于存储可执行指令的非暂时性只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质,随机存取存储器(RAM)112,保活存储器(KAM)114,以及数据总线。控制器12可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号,除先前讨论的那些信号外,还包括:来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量值;来自耦接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT);来自耦接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可由控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度。

如上所述,图1示出了多汽缸发动机的仅一个汽缸。由此,每个汽缸可类似地包括其自己的一组进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。应当理解,发动机10可包括任何合适数量的汽缸,包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个汽缸。进一步地,这些汽缸中的每个能够包括参考汽缸14通过图1描述和描绘的各种部件中的一些或全部。

在一些示例中,车辆5可以是具有可用于一个或多个车辆车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中,车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在所示的示例中,车辆5包括发动机10和电动机器52。电动机器52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时,发动机10的曲轴140和电动机器52经由变速器54连接到车辆车轮55。在所描绘的示例中,第一离合器56设置在曲轴140和电动机器52之间,而第二离合器56设置在电动机器52和变速器54之间。控制器12可向每个离合器56的致动器发送信号以接合或使离合器脱离,以便将曲轴140与电动机器52和连接到其的部件连接或断开,以及/或者将电动机器52与变速器54和连接到其的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或其他类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式被配置,包括被配置为并联、串联或串并联混合动力车辆。

电动机器52从牵引电池58接收电力以向车辆车轮55提供扭矩。电动机器52也可作为发电机操作,以便例如在制动操作期间向充电电池58提供电力。

现在转到图2,其示出了用于确定进入包括氨泄漏风险的发动机操作参数的状况的方法200。基于存储在控制器的存储器上的指令,并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所述的传感器)接收的信号,可通过控制器执行用于进行方法200和包括在本文的其余方法的指令。根据下面描述的方法,控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

方法200在202处开始,其中方法200可包括确定、估计和/或测量当前的发动机操作参数。当前的发动机操作参数可包括但不限于节气门位置、发动机温度、发动机转速、歧管压力、车辆速度、排气再循环流率和空气/燃料比中的一个或多个。

在一些实施例中,除此之外或另选地,方法200可进一步包括估计第一催化剂的NOx和/或氨负载。排气传感器可提供关于到第一催化剂的NOx和/或NH3流的反馈。例如,排气传感器可估计排气NOx浓度,其中排气NOx浓度可与其他发动机操作参数(例如排气温度、当前NOx负载等)结合以确定被添加到第一催化剂的NOx的量。除此之外或另选地,排气传感器可定位在第一催化剂的下游,其中从第一催化剂流出的NH3可与存储在其上的当前的NOx和NH3有关。例如,如果在富发动机操作参数期间NH3正从第一催化剂泄漏,则可假定第一催化剂的NOx存储量正在减少。然而,如果在稀发动机操作参数期间NH3正从第一催化剂泄漏,则第一催化剂的NH3存储量可减少。由此,排气传感器(具体为NOx传感器)可不被配置成区分NOx和NH3。

在204处,方法200可包括确定是否存在氨泄漏风险。如果驾驶员需求增加,则可存在氨泄漏风险。例如,如果驾驶员需求由于踩加速器踏板(例如,加速)而增加,则排气温度可增加到阈值排气温度,其中第一催化剂可解吸存储在其上的NH3。由此,第一催化剂下游的排气中的NH3的浓度可增加。

除此之外或另选地,如果空气/燃料比是富空气/燃料比(例如,λ小于1.0),则可存在氨泄漏风险。排气中的过量燃料可与存储在第一催化剂的表面上的NOx反应,其中NOx被还原成N2和NH3。如上所述,由于气味产生和排放指南,NH3泄漏可以是不期望的。

如果不存在氨泄漏风险,则方法200可进行到206以响应于氨泄漏风险保持当前的发动机操作参数并且不调整发动机操作参数。

如果方法200确定存在氨泄漏风险,则方法200可进行到208以确定电池荷电状态(SOC)是否大于阈值SOC。电池SOC可基于图1的电池58的剩余电荷和/或能量存储。在一个示例中,阈值SOC可基于非零正整数。阈值SOC可基于能够执行图3的方法300的电池SOC,如将在下面描述的。在一个示例中,阈值SOC等于20%。如果电池SOC大于阈值SOC,则方法200可进行到图3的方法300的302。如果电池SOC小于阈值SOC,则方法200可进行到图4的方法400的402。

图3至图4的方法示出了通过响应于驾驶员需求的增加而存在的经由第一催化剂的氨泄漏风险而执行的各种方法。这些方法可基于电池SOC来区分,其中如果电池SOC足够高(例如,大于阈值SOC),则可实施方法300,方法300尝试在至少阈值持续时间内保存第一催化剂的氨存储量。在阈值持续时间之后,通过停用电动马达,增加发动机转速和扭矩,将LP-EGR流减小到零,保持至少略微稀的(例如,大于为1的λ)空气/燃料比,并且增加HP-EGR流,方法300可加速来自第一催化剂的氨泄漏。如果电池SOC小于阈值SOC,则可实施方法400,其中第一催化剂的氨存储量减少,同时保持到发动机的LP-EGR流。这可通过将空气/燃料比减小到小于1的λ值来实现。

除此之外或另选地,响应于布置在第一催化剂下游的一个或多个催化装置需要氨,可开始方法400。也就是说,如果第一催化剂下游的一个或多个装置的氨存储量小于阈值氨存储量,则一个或多个装置可需要补充氨。由此,这可在氨泄漏风险期间偶然发生,使得第一催化剂可补充下游装置的氨存储量。以这种方式,如果在第一催化剂下游的装置需要氨,则当电池SOC大于阈值SOC时,可开始方法400。

现在转到图3,其示出了用于在至少阈值持续时间内缓解来自第一催化剂的氨泄漏的方法300。如果驾驶员需求对应于在阈值持续时间后促进氨泄漏的发动机状况,则方法300可调整一个或多个操作参数以增加来自第一催化剂的氨泄漏,从而减少发动机在没有LP-EGR的情况下操作的时间量。

在302处,方法300可包括假设氨泄漏风险持续时间将小于阈值持续时间。阈值持续时间可以是固定阈值(例如,5秒)。除此之外或另选地,阈值持续时间可以是基于驾驶员行为、电池SOC、氨泄漏风险的程度等中的一个或多个的动态阈值。例如,如果驾驶员是积极型驾驶员,其中踩加速器踏板和其他类似的驾驶操纵相对较长,则阈值持续时间可增加。除此之外或另选地,如果电池SOC相对较高和/或增加,则阈值持续时间可相对较高和/或增加。作为示例,与100%的电池SOC相关联的阈值持续时间可大于与50%的电池SOC相关联的阈值持续时间。

在304处,该方法可包括激活电动马达以满足驾驶员需求的增加。也就是说,驾驶员需求的增加可导致存在氨泄漏风险的发动机状况,如上面在图2所描述的。方法300可限制扭矩和发动机转速,使得可在至少阈值持续时间期间避免这些状况。为了补充增加的驾驶员需求和当前的发动机输出之间的差异,可激活电动马达。由此,由于电动马达协助推进车辆,电池SOC可开始减小。

在306处,方法300可包括继续使LP-EGR流动。通过限制发动机转速和扭矩,可不请求HP-EGR,从而允许发动机在阈值持续时间期间通过氨泄漏风险接收LP-EGR。通过使LP-EGR流到发动机,可限制NOx输出。

在308处,方法300可包括确定在完成阈值持续时间之后氨泄漏风险是否仍然存在。如果图2的方法200的204处描述的状况中的一个或多个仍然存在,则氨风险仍然存在。例如,如果踩加速器踏板仍然发生,则氨泄漏风险可仍然存在。

如果氨泄漏风险不再存在,则方法300可进行到310以减少电动马达输出。减少电动马达输出可包括基于促进氨泄漏的发动机状况停用电动马达,使得不再消耗电池SOC来向电动马达提供动力以满足驾驶员需求。在方法300的一些示例中,电动马达输出可响应于不再存在的氨泄漏风险以及完成阈值持续时间而减少。

在312处,方法300可包括不激活HP-EGR。由此,LP-EGR可保持启用以限制NOx产生。

返回到308,如果在阈值持续时间之后仍然存在氨泄漏风险,则方法300可进行到314以减少LP-EGR并且停用电动马达。减少LP-EGR可包括将LP-EGR阀调整到更加关闭的位置。在一个示例中,将LP-EGR阀移动到完全关闭的位置,从而防止LP-EGR流到发动机。

在316处,方法300可包括使HP-EGR流动到发动机。以这种方式,无需电动马达的协助,发动机转速和扭矩就可增加以满足驾驶员需求。通过这样做,相对于LP-EGR正在流动的发动机状况,NOx输出可增加。此外,排气温度可增加。通过使HP-EGR流动并且停止LP-EGR的流动,方法300可从防止来自第一催化剂的氨泄漏转移到开始氨泄漏。氨泄漏可以是快速的氨泄漏。也就是说,可调整包括HP-EGR流率的发动机操作参数以进一步增加排气温度,使得氨泄漏可以以比确定存在氨泄漏风险时初始估计的速率快的速率发生。例如,调整发动机操作参数以增加氨泄漏风险的速率可包括:延迟火花,增加二次燃料喷射压力,增加主要的燃料喷射压力,增加HP-EGR流,以及增加空气/燃料比。二次燃料喷射压力可在燃烧之后发生而主要燃料喷射可在燃烧之前发生。通过调整上述发动机操作参数,排气温度可增加。

在318处,方法300可包括监测来自第一催化剂的氨泄漏。这可基于如上所述的经由布置在第一催化剂下游的排气传感器对排气的采样。

在320处,方法300可包括确定氨泄漏风险是否不存在。如果驾驶员需求仍然对应于可发生氨风险的发动机状况,以及/或者如果第一催化剂包含尚未解吸的NH3存储,则氨泄漏风险可仍然存在(例如,没有不存在)。如果氨泄漏风险仍然存在,则方法可进行到322以继续使HP-EGR流动,从而加速来自第一催化剂的氨泄漏。

响应于以下各项中的一个或多个,氨泄漏风险可不存在:驾驶员需求减少,以及来自第一催化剂的所有氨都被解吸。如果不存在氨泄漏风险,则方法300可从320进行到324以停用HP-EGR。

在326处,方法300可包括激活LP-EGR。由此,可将HP-EGR阀移动到完全关闭的位置,并且可将LP-EGR阀移动到更加打开的位置。

作为示例,方法200和300可在道路上的车辆中实施,其中驾驶员压下加速器踏板(例如,踩加速器踏板)。踩加速器踏板可导致对应于氨泄漏风险的增加的发动机转速和扭矩。如果情况如此,则在电池SOC大于阈值SOC的情况下,可执行方法300。响应于氨泄漏风险,在踩加速器踏板之前的状况下保持发动机转速和扭矩,其中通过电动马达满足驾驶员需求的增加。由此,可防止通过第一催化剂的氨泄漏,同时可保持到发动机的LP-EGR流。这可在阈值持续时间内继续,其中在阈值持续时间之后,如果氨泄漏风险仍然存在,则可调整发动机操作参数,使得可更快地发生通过第一催化剂的氨泄漏。也就是说,初始泄漏率可与基于踩加速器踏板的驾驶员需求相关联。然而,通过调整发动机操作参数,以将氨泄漏的速率增加到大于初始速率的速率。例如,如果初始速率在30秒内将氨存储量从80%降低到0%,则增加的速率可在20秒内将氨存储量从80%降低到0%。通过这样做,可减少使用HP-EGR代替LP-EGR的时间量。响应于以下各项中的一个或多个,LP-EGR可被重新激活并且流到发动机:第一催化剂解吸存储在其中的所有氨,以及驾驶员需求对应于不发生氨泄漏的发动机状况。

除此之外或另选地,方法300可进一步包括考虑第一催化剂的当前氨负载,当前氨负载能够通过监测氨泄漏或通过本领域普通技术人员已知的其他方法来确立,这能够验证驾驶员的当前推进需求(或者在自主机动车辆、计算机程序的情况下)是否对应于排气管路中的将导致第一催化剂中不期望的氨解吸(例如,可导致氨解吸)的温度和体积流量的组合。

该方法可进一步包括氨解吸的风险可仅在短的时间段内存在,并且因此可以以如下方式调整内燃发动机的扭矩和转速的组合(在这种情况下,这意味着内燃发动机的扭矩和转速的减少以及电动机器产生功率差):使得第一催化剂的工况保持低于其解吸极限,从而在没有氨解吸的风险的情况下能够保持LP-EGR。因此,燃料经济性得以保持,并且NOx输出可不增加。

如果氨解吸的风险在电动机器支撑内燃发动机的较长时间段内存在,则混合动力驱动可达到电池容量的极限(例如,电池SOC降到阈值电池SOC以下)。如果这种情况继续,则氨泄漏可不再被阻止,相反,其可被促进。

在另一方向上调整内燃发动机的扭矩和转速的组合(在这种情况下,这意味着内燃发动机的扭矩和转速的增加并且记录由电动机器造成的功率差)。由此氨非常快地例(如尽可能快地)从第一催化剂被解吸。该氨泄漏可被供应到布置在排气通道中的第一催化剂下游的第二催化剂。只要这持续,LP-EGR就关闭,并且内燃发动机以高HP-EGR操作。

在特定极限内改变混合动力电动车辆的内燃发动机的自由度、扭矩和转速使得所描述的解吸阶段能够缩短。在来自第一催化剂的氨解吸已经发生之后,也就是说,在当前的氨负载保持低于用于当前工况的解吸极限时,内燃发动机可再次以LP-EGR操作。

在一些示例中,除此之外或另选地,当确定第二催化剂的当前氨负载低于下阈值并且第二催化剂旨在再次负载有氨时,也可引起期望的氨解吸。为了解决这个问题,可开始来自第一催化剂的氨泄漏。

返回到方法200的208,如果电池SOC低于阈值SOC,则方法200可转换到方法400的402。以这种方式,电池SOC可太低而不能用电动马达满足驾驶员需求的增加。在一些示例中,除此之外或另选地,响应于布置在第一催化剂下游的第二催化剂的氨负载小于阈值负载,方法200可转换到方法400。响应于第二催化剂氨需求和氨泄漏风险存在,即使在电池SOC大于阈值SOC的情况下,方法200也可转换到方法400而不进行到方法300。由此,方法400可用于允许来自第一催化剂的氨泄漏,同时限制发动机NOx输出。

现在转到图4,其示出了用于从第一催化剂解吸氨并且基于解吸来调整LP-EGR流的方法400。

方法400可在402处开始,其中方法400包括降低空气/燃料比。通过降低空气/燃料比,燃烧可变得更富(例如,较不稀),其中燃料量相对于空气量增加。空气/燃料比可降低到在0.9λ和0.99λ之间的略微富的空气/燃料比。在一些示例中,空气/燃料比的降低可较高,从而导致在0.6λ至0.8λ之间的较富的空气/燃料比。在一些实施例中,空气/燃料比可降低至在0.65λ至0.75λ之间的空气/燃料比。在一个示例中,空气/燃料比正好是0.75。由此,空气/燃料比可从略微稀的空气/燃料比(例如,在1.01λ和1.1λ之间的)降低到小于1.0λ的富的空气/燃料比。

在404处,方法400可包括基于来自第一催化剂的氨解吸速率来调整LP-EGR流率。如上所述,LP-EGR通道布置在第一催化剂的下游。因此,从第一催化剂解吸的氨可流到LP-EGR通道,LP-EGR通道可将氨递送到发动机,由此增加发动机的NOx输出。例如,随着氨解吸速率的增加,LP-EGR流率可降低。另选地,随着氨解吸的速率增加,LP-EGR流率可增加。作为一个示例,如果存在布置在被配置成存储氨的LP-EGR通道中的装置,则可期望响应于氨解吸的速率增加而增加LP-EGR流率。该装置可以是第三催化剂或第二催化剂。在一个示例中,第三催化剂可以是具有SCR类材料的微粒过滤器。在一些实施例中,方法400可在类似于图1的车辆7的车辆中实施,其中第二催化剂布置在LP-EGR通道下游的排气通道的一部分中,并且其中第三催化剂布置在LP-EGR通道中。由此,从第一催化剂解吸的氨可被第二催化剂和第三催化剂中的每个捕获而不使氨流到发动机。因此,由于LP-EGR保持启用并且解吸的氨被捕获,所以发动机的NOx输出可保持相对较低。

在一些示例中,除此之外或另选地,第二催化剂的尺寸可被设定为使得其存储容量大于第一催化剂的存储容量。也就是说,如果第一催化剂以100%氨存储量开始方法400并且将其中的所有氨解吸,则第二催化剂可捕获从第一催化剂解吸的所有氨,而不会将氨泄漏到环境大气中。在此示例中,如果第二催化剂的氨存储量在开始方法400时是10%,则在从第一催化剂解吸所有氨后,其存储量可增加到85%。此外,如果在LP-EGR通道中布置有第三催化剂,则可调整LP-EGR流,使得到第二催化剂和第三催化剂中的每个的排气流可不均匀。例如,LP-EGR通道的尺寸约束可导致第三催化剂的存储容量小于第二催化剂的存储容量。因此,为使LP-EGR尽可能长时间地流动,可调整LP-EGR流,使得更多的排气流到第二催化剂而不是流到第三催化剂。在一个示例中,基于第一催化剂的氨解吸速率、第三催化剂的当前氨存储量、排气温度和排气流率的组合,调整LP-EGR流。

在406处,方法400可包括监测来自第一催化剂的氨泄漏。通过监测氨泄漏的速率,可估计第一催化剂氨存储量。

在408处,方法400包括确定氨泄漏风险是否不存在。如果氨泄漏风险没有不存在并且第一催化剂包括大于零的氨存储量,则方法可进行到410以继续使LP-EGR流动并且以小于1的空气/燃料比燃烧。如果不存在氨泄漏风险,则方法400可进行到412以将空气/燃料比增加到大于1的空气/燃料比,这可减少燃料消耗。

在一些实施例中,除此之外或另选地,方法400可进一步包括其中内燃发动机被操作成使得排气被引导通过排气管路。内燃发动机可用稀的空气-燃料混合物操作,使得响应于发动机负载为低到中等而产生稀排气。

方法400可在可发生氨泄漏的情况下切换到高负载的内燃发动机的操作状态。这可响应于加速请求而发生,在加速请求中加速器踏板被完全压下或压下到比在稳定行驶中大得多的程度。产生的排气温度比正常操作的高,并且在该温度下,第一LNT可不再有效地存储一氧化二氮。例如,在高负载下第一LNT区域中的温度能够迅速上升至550℃以上,这不允许进行有效的存储。

方法400可进一步包括开始内燃发动机的富燃模式。这优选地通过将燃料后喷射到内燃发动机中而发生,但是也可通过减少供应的空气量而通过空气路径中的措施来进行。

在高负载的暂时持续时间内保持富的操作。响应于发动机负载降低至中等负载或低负载,内燃发动机可返回到稀燃烧(例如,大于1的λ)。然而,如果在例如富操作期间产生多于能够存储的量的氨,也可中断富操作。在这种情况下,在特定的时间段内,实施稀模式,在稀模式中先前存储的氨用于一氧化二氮的还原。只要高温和空间速度需要,两种操作模式就可交替使用。

现在转到图5,其示出了曲线图500,曲线图500图示说明根据图4的方法400在高负载操作期间通过富化排气经由第一催化剂有效减少一氧化二氮排放。所示一氧化二氮浓度随着时间发展而变化。高负载和/或存在氨泄漏风险的时间段在竖直虚线502和504之间。如粗实线510所示,排气中的一氧化二氮浓度作为第一催化剂上游的浓度的量度增加。另外,富化组在λ曲线上被示为细实线520。

可以看出,在富操作期间第一催化剂下游的一氧化二氮浓度降低(虚线530)。先前存储的一氧化二氮可从第一催化剂被解吸,如在时间5275和5280之间的虚线的峰值所示。然后,这些一氧化二氮可例如通过第二催化剂在下游被存储或转化。这些一氧化二氮中的一些在使用LP-EGR时返回到燃烧室,并且能够再次被第一催化剂处理。因此,LP-EGR增加了一氧化二氮还原的总能力,这也可用于将一氧化二氮存储部件配置得较小,并且因此对于相同的性能更便宜。

现在转到图6至图8,它们示出了可与图2、图3和图4的方法结合使用的发动机系统的各种实施例。

图6的实施例600示出了包括内燃发动机602的布置601。内燃发动机602可以是自动点火的或外部点火的内燃发动机。内燃发动机具有至少一个汽缸(未示出),但是也可具有不同数量的汽缸,例如两个、三个、四个或更多个汽缸。内燃发动机602可基本上类似于图1的发动机10。

内燃发动机602连接到进气管路603和排气管路604。涡轮增压器的涡轮605布置在排气管路604中。涡轮605经由轴连接到布置在进气管路603中的压缩机606。在压缩机的下游,冷却器装置606a布置在进气管路604中。然而,另选地,可不存在涡轮增压器,并且因此可不存在涡轮和压缩机。

在涡轮605的下游,第一一氧化二氮存储催化剂(LNT)607布置在排气管路604中。微粒过滤器608布置在第一LNT 607的下游。如果内燃发动机602是自动点火内燃发动机,则微粒过滤器608是柴油机微粒过滤器。理想地,微粒过滤器608至少部分地具有催化活性涂层。催化活性涂层被配置用于选择性催化还原。以这种方式,在亚化学计量模式期间在第一LNT 607中产生的氨存储在微粒过滤器608中,并且用于还原排气中的一氧化二氮。

在微粒过滤器608的下游,低压排气再循环系统(LP-EGR)的低压排气再循环管线609从排气管路604分支出来。该排气再循环管线609将排气管路604流体地连接到进气管路603。第一排气再循环阀609a布置在排气再循环管线609中,并且允许控制从排气管路604进入进气管路603的排气质量流量。此外,第一排气再循环冷却器609b布置在排气再循环管线609中。排气再循环冷却器609b可具有旁路。

第二LNT 610布置在分支排气再循环管线609的下游。第二LNT 610优选地具有与第一LNT 607不同的催化活性涂层。第一LNT 607的催化活性涂层是常规LNT的催化活性涂层。这意味着该涂层针对冷起动和中等温度时的一氧化二氮的吸附和转化进行了优化,其中对于根据现有技术的涂层,使用贵金属(通常为Pt、Pd或Rd)、储氧材料(诸如铈和钡化合物)。第二LNT 610的催化活性涂层优选地不同地优化。由于第一LNT607执行冷起动排放控制的任务,因此第二LNT610可以以专家已知的方式被优化以用于在高温下的NOx转化。这给出了减少储氧组分的量的可能性,这意味着在再生时,可首先减少存储的氧,这又意味着可使用更少的燃料。任选地,第二LNT610也可被设计有分区涂层,其中仅在一个端部处施加具有储氧能力的区域,以便防止还原剂的穿透。

在第二LNT 610的下游布置阻流阀611。阻流阀611用于调节排气流。在布置601的许多实施例中,也可不设置阻流阀。

在涡轮605的上游,高压排气再循环系统的排气再循环管线612从排气管路604分支出来,并且将排气管路604流体地连接到进气管路603。第二排气再循环阀612a和第二排气再循环冷却器612b布置在排气再循环管线612中。排气再循环冷却器612b可包括旁路。

此外,布置601包括传感器(未示出),例如,用于一氧化二氮、氨、λ和/或温度的传感器,这些传感器可布置在布置601中的任意点处。传感器连接到控制装置(未示出)。此外,布置601还可例如包括用于将还原剂具体是水尿素溶液引入到排气管路604中的至少一个装置。此外,阻流阀可布置在排气管路604的下游端部区域中。借助于控制装置,能够控制操作模式、量(例如引入到内燃发动机中的燃料和引入到排气管路中的水尿素溶液的量),以及阀和冷却器装置的设置。控制装置进一步连接到内燃发动机602,以便基于测量值的评估发出关于富或稀操作的控制命令。

在如图7所示的实施例中,布置701的实施例700具有用于选择性催化还原的催化剂(SCR催化剂)613,催化剂613布置在分支低压排气再循环管线609的上游的排气管路604中。在根据图8中的描述的实施例中,布置601的实施例800包括第二LNT 610和SCR催化剂613两者。

在一些实施例中,一种具有排气管路的内燃发动机的布置,低压排气再循环系统的至少一个排气再循环管线从其分支出来,并且排气后处理系统布置在其中,其中排气后处理系统包括至少一个第一一氧化二氮存储催化剂,布置在第一一氧化二氮存储催化剂下游的至少一个第二催化装置,布置在第一一氧化二氮存储催化剂的下游的至少一个微粒过滤器,其中排气再循环管线在第一一氧化二氮存储催化剂的下游和第二催化装置的上游分支出来,并且包括用于调节再循环排气的质量的至少一个阀,并且包括在第一一氧化二氮存储催化剂的区域中的至少一个温度传感器。该布置可进一步包括其中第二催化装置是第二一氧化二氮存储催化剂。除此之外或另选地,该布置可进一步包括:第一一氧化二氮存储催化剂布置在内燃发动机的物理附近,使得在高负载下发生的排气温度防止一氧化二氮的有效存储,并且第二一氧化二氮存储催化剂被布置成在物理上远离内燃发动机,使得即使在高负载下发生的排气温度也允许一氧化二氮的有效存储。

除此之外或另选地,该布置可进一步包括:其中第二一氧化二氮存储催化剂具有与第一一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层不同的催化活性涂层。除此之外或另选地,该布置可进一步包括:其中相对于第一一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层,第二一氧化二氮存储催化剂的催化活性涂层被优化用于高温下的一氧化二氮转化。除此之外或另选地,该布置可进一步包括其中第二催化装置是用于选择性催化还原的催化剂。除此之外或另选地,该布置可进一步包括其中第二一氧化二氮存储催化剂和用于选择性催化还原的催化剂都布置在分支低压排气再循环管线的下游的排气管路中。除此之外或另选地,该布置可进一步包括:其中阻流阀布置在第二催化装置的下游。除此之外或另选地,该布置可进一步包括:其中高压排气再循环系统的排气再循环管线从第一一氧化二氮存储催化剂上游的排气管路分支出来。

一种用于操作布置的方法,其包括:以低负载或中等负载操作内燃发动机,切换到内燃发动机的高负载操作状态,开始内燃发动机的亚化学计量燃烧模式,使排气返回通过低压排气再循环系统的排气再循环管线,以及结束亚化学计量操作模式,以及切换到内燃发动机的低负载或中等负载的操作状态。该方法还包括其中调节再循环排气的量以便控制第一一氧化二氮存储催化剂的再生。

除此之外或另选地,一种用于操作具有内燃发动机的机动车辆的方法,所述内燃发动机具有排气涡轮增压器和第一SCR排气再处理装置,所述第一SCR排气再处理装置在通向低压排气回路的分支的上游,其中所述机动车辆具有混合动力电驱动装置,在排气管路中在通向低压排气回路的分支的下游布置第二SCR排气再处理装置,在通向低压排气回路的分支上游供应或产生用于SCR排气再处理的氨,并且其中在行驶操作期间,连续地确立第一SCR排气再处理装置的至少当前氨负载,并且进一步验证车辆的当前推进需求是否对应于如预期的导致第一SCR排气再处理装置中的氨解吸的排气管路中的温度和体积流量的组合,其中,只要在这种情况下,就使用混合动力电驱动装置来改变内燃发动机的转速和扭矩的当前组合,以便保持当前的推进需求,使得第一SCR排气再处理装置的工况保持低于解吸极限,或者第一SCR排气再处理装置以加速的方式解吸氨,其中同时进行从低压排气回路到高压排气回路的切换。

该方法可进一步包括:其中如果确定当前推进需求对应于如预期的导致第一SCR排气再处理装置中的不期望的氨解吸的温度和体积流量的组合,则在一段时间内保持低压排气回路,在该段时间期间,以使得第一SCR催化转化器或SDPF的工况保持低于其解吸极限的方式调整内燃发动机的扭矩和转速的当前组合。该方法可进一步包括其中在预定的时间段过去之后适用的情况下,在当前的推进需求对应于如预期的导致第一SCR排气再处理装置中不期望的氨解吸的温度和体积流量的组合时,调整内燃发动机的转速和扭矩的当前组合,使得存储在第一SCR排气再处理装置中的氨比以前更快速地或尽可能快地解吸,同时内燃发动机在高压排气回路的情况下操作。该方法可进一步包括其中在行驶操作期间,第二SCR排气再处理装置的当前氨负载也被连续地确立并且与下阈值进行比较,其中,当第二SCR排气再处理装置的氨负载低于下阈值时,调整内燃发动机的扭矩和转速的当前组合,使得存储在第一SCR排气再处理装置中的氨比之前更快速地或尽可能快地解吸,同时内燃发动机在高压排气回路的情况下操作。

除此之外或另选地,该方法可进一步包括:其中如果确定第一SCR排气再处理装置的当前氨负载下降到下阈值以下,则内燃发动机的扭矩和转速的组合被重置,并且内燃发动机再次在低压排气回路的情况下操作。除此之外或另选地,该方法可进一步包括:其中机动车辆具有内燃发动机,该内燃发动机在通向低压排气回路的分支的上游具有排气涡轮增压器和第一SCR排气再处理装置,该机动车辆是混合动力电动车辆,在排气管路中在通向低压排气回路的分支的下游布置第二SCR排气再处理装置,并且在通向低压排气回路的分支上游布置供应或产生用于SCR排气再处理的氨的装置。除此之外或另选地,第一SCR排气再处理装置包括SCR催化转化器和/或SDPF。在第一SCR排气再处理装置的上游布置用于供应或产生氨的装置。第一活性SCR排气再处理装置包括LNT。第二SCR排气再处理装置包括活性SCR催化转化器。

以这种方式,响应由于驾驶员需求增加而存在的氨泄漏风险,可实施各种方法以防止氨泄漏或诱导氨泄漏。如果第一催化剂下游的第二催化剂和第三催化剂的氨存储水平相对较低并且期望氨补充,则可诱导和/或促进氨泄漏。另选地,如果第一催化剂下游的第二催化剂和第三催化剂的氨存储水平相对较高并且不期望氨补充并且电池SOC高于阈值SOC,则可在至少阈值持续时间内防止和/或减少氨泄漏。实施各种方法调整来自第一催化剂的氨泄漏的技术效果是减少到发动机的氨流量,从而降低发动机NOx输出,并且提高布置在排气通道中催化剂的氨存储效率。

方法的示例包括响应于催化剂的氨泄漏风险存在,激活电动马达并且使低压排气再循环(LP-EGR)流流动达阈值持续时间,以及响应于在阈值持续时间之后氨泄漏风险存在,停用电动马达,关闭LP-EGR流,并且使HP-EGR流动。方法的第一示例进一步包括其中氨泄漏风险基于驾驶员需求的增加,其中驾驶员需求的增加导致促进存储在催化剂上的氨的解吸的发动机状况。任选地包括第一示例的方法的第二示例进一步包括:其中催化剂布置在LP-EGR通道的上游和HP-EGR通道的下游。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例进一步包括:其中催化剂是第一选择性还原催化剂,进一步包括布置在所述第一选择性还原催化剂和LP-EGR通道下游的第二选择性还原催化剂。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例进一步包括:其中激活电动马达进一步包括降低发动机转速和扭矩。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的方法的第五示例进一步包括其中停用电动马达进一步包括增加发动机转速和扭矩,并且其中氨从催化剂泄漏。

一种系统的示例包括:耦接到排气通道的发动机,所述排气通道容纳相对于排气流的方向在第二催化剂上游的第一催化剂;在第一催化剂的上游位置处从排气通道分支的HP-EGR通道,以及在第一催化剂和第二催化剂之间的位置处从排气通道分支的LP-EGR通道,并且其中LP-EGR通道容纳第三催化剂;以及控制器,其具有存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令,所述计算机可读指令在被执行时使得控制器能够:响应于对应于允许从第一催化剂解吸氨的发动机状况的驾驶员需求的增加,当电池荷电状态(SOC)大于阈值SOC时,在阈值持续时间内,激活电动马达,使LP-EGR流流到发动机,并且减小发动机转速和扭矩,并且当电池SOC不大于阈值SOC时,使LP-EGR流动,并且进行富燃烧。系统的第一示例进一步包括:其中控制器进一步包括存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令,所述计算机可读指令在被执行时使得控制器能够响应于在阈值持续时间之后允许氨解吸的发动机状况,在阈值持续时间之后停用电动马达,使HP-EGR流到发动机,并且增加发动机转速和扭矩,其中阈值持续时间基于电池SOC。任选地包括第一示例的系统的第二示例进一步包括其中控制器进一步包括存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令,所述计算机可读指令在被执行时使得控制器能够响应于第二催化剂氨存储量和第三催化剂氨存储量中的一个或多个小于阈值氨存储量,使LP-EGR流动并且进行富燃烧。任选地包括第一示例和/或第二示例的系统的第三示例进一步包括其中电池SOC大于阈值SOC。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的系统的第四示例进一步包括其中第一催化剂是选择性还原装置、稀NOx捕集器或其组合。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的系统的第五示例进一步包括其中第二催化剂是选择性还原装置、稀NOx捕集器或其组合。任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个的系统的第六示例进一步包括其中第三催化剂是微粒过滤器和选择性催化还原装置的组合。任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个的系统的第七示例进一步包括其中第一催化剂紧密耦接到发动机,并且处于包括比第二催化剂的排气环境的温度高的温度的排气环境中。任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个的系统的第八示例进一步包括其中第二催化剂被配置成存储比第一催化剂和第三催化剂更大量的氨。

一种方法的示例包括当驾驶员需求增加并且氨从第一催化剂解吸时,使LP-EGR流动;以及响应于需要氨补充的第二催化剂和第三催化剂中的一个或多个进行富燃烧,其中第二催化剂和第三催化剂布置在第一催化剂的下游。方法的第一示例进一步包括:其中第一催化剂布置在排气通道的一部分中,在LP-EGR通道从排气通道分支的位置的上游,并且其中第二催化剂布置在所述部分的下游,并且其中第三催化剂布置在LP-EGR通道中。任选地包括第一示例的方法的第二示例进一步包括其中基于第一催化剂的氨解吸速率,第二催化剂的氨存储量以及第三催化剂的氨存储量中的一个或多个,调整LP-EGR流率。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例进一步包括其中LP-EGR流率随着第二催化剂的氨存储量的增加而增加。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例进一步包括其中LP-EGR流率随着第三催化剂的氨存储量的增加而降低。

注意,本文包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中,并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来实施。本文描述的具体程序可以表示任何数目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、多线程等。由此,所说明的各种动作、操作和/或功能可以按所说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样地,处理的次序并非是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点所必需的,而是为易于说明和描述提供。根据所使用的特定策略,可以重复执行所说明的动作、操作和/或功能中的一种或多种。进一步地,所描述的动作、操作和/或功能可以用图形表示将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在包括各种发动机硬件组件的系统中结合电子控制器执行指令来实施。

应该理解,因为可能有许多变化,所以在本文公开的配置和程序本质上是示例性的,并且这些特定实施例不应被视为具有限制意义。例如,上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他的发动机类型。本公开的主题包括在本文公开的不同系统和配置,以及其他特征、功能和/或特性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视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应被理解成包括一个或多个此类元件的结合,既不要求也不排除两个或更多此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。这些权利要求,无论是宽于、窄于、等于或不同于原始权利要求的范围,仍被视为包括在本公开的主题之内。

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