排气净化装置及计算稀燃NOx捕集器中NOx质量方法
【专利摘要】本发明公开了排气净化装置及计算稀燃NOx捕集器中NOx质量方法。该方法包括：计算存储在LNT中的NOx质量流量；计算从LNT热释放的NOx质量流量；计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量；计算在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量；并且对通过从存储在LNT中的NOx质量流量减去从LNT热释放的NOx质量流量、在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量、以及在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量获得的值进行积分。
【专利说明】
排气净化装置及计算稀燃NOx捕集器中NOx质量方法[0001]相关申请的交叉引证[0002]本申请要求于2015年3月30日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2015-0044459号的优先权的权益，将该申请的全部内容通过引证结合于此。
技术领域
[0003]本公开涉及计算吸附在排气净化装置的稀燃NOx捕集器中的NOx质量的方法，以及排气净化装置。更具体地，本公开涉及计算吸附在LNT中的NOx质量的方法以及排气净化装置，其通过精确计算吸附在LNT中的NOx质量来改善NOx的净化效率和燃料效率。【背景技术】
[0004]通常，通过排气歧管从发动机流出的排气被驱赶至安装在排气管处的催化转化器中，并且在其中被净化。之后，在穿过消声器时排气的噪声被降低然后排气通过尾管排出至空气中。催化转化器净化包含于排气中的污染物。此外，用于捕集包含于排气中的微粒物质 (PM)的微粒过滤器安装在排气管中。
[0005]脱氮催化剂(DeNOx催化剂)是这种催化转化器中的一种并且净化包含于排气中的氮氧化物(NOx)。如果诸如尿素，氨，一氧化碳和碳氢化合物(HC)的还原剂被提供至排气，则通过与还原剂的氧化还原反应在DeNOx催化剂中减少了包含于排气中的NOx。
[0006]最近，稀燃NOx捕集器(LNT)催化剂已用作这样的DeNOx催化剂。在空气/燃料比稀薄时，LNT催化剂吸附包含于排气中的N0x，并且在空气/燃料比富燃时释放吸附的NOx并降低包含于排气中的氮氧化物和释放的氮氧化物。
[0007]因为柴油发动机在稀燃空气/燃料比下操作，然而，其需要人为地将空气/燃料比调整至富燃空气/燃料比，以从LNT释放吸附的NOx。为了该目的，应当确定释放吸附在LNT中 NOx的精确时间。具体地，吸附在LNT中的NOx质量应当被精确确定以改善LNT的NOx净化效率和燃料经济性，并且防止LNT劣化。
[0008]本部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开【背景技术】的理解，并且因此本公开可能包括在该国家中未构成为本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0009]本公开已在致力于提供计算吸附在LNT中的NOx质量的方法以及排气净化装置，其具有以下优点:通过精确计算吸附在LNT中的NOx质量，改善NOx净化效率和燃料经济性并且防止LNT的劣化。
[0010]根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置可以包括稀燃NOx捕集器(LNT)。 LNT可以安装在排气管处，并且可被配置为在稀燃空气/燃料比下吸附包含于排气中的NOx， 在富燃空气/燃料比下释放所吸附的N0x，并且使用包括碳的还原剂或者包含于排气中的氢减少包含于排气中的NOx或释放的NOx。[〇〇11]计算吸附在LNT中的NOx质量的方法可以包括:计算存储在LNT中的NOx质量流量；计算从LNT热释放的NOx质量流量;计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量;计算在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量;并且对通过从存储在LNT中的NOx质量流量减去从LNT热释放的NOx质量流量、在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量、以及在 LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量获得的值进行积分。[〇〇12] 计算存储在LNT中的NOx质量流量可以包括:计算流至LNT中的NOx质量流量;计算 LNT的NOx存储效率;并且通过将流至LNT中的NOx质量流量与LNT的NOx存储效率相乘计算吸附在LNT中的NOx质量流量，其中在计算LNT的NOx存储效率时分别计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率以及在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[0〇13]在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率可以根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量计算。
[0014]在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率可以根据LNT的温度和LNT的相对NOx吸附计算。[0〇15]可以根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量第一次校正在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率，并且可以根据LNT中的NOx吸附和通过LNT的排气的质量流量进行第二次校正。
[0016]可以通过将LNT的老化因数纳入考虑来计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率以及在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[0〇17]计算从LNT热释放的NOx质量流量可以包括:计算超过LNT中的最大NOx吸附的过量 NOx吸附；通过将过量NOx吸附除以取样时间来计算过量NOx吸附的质量流量;并且将根据 LNT的温度的热释放特征与过量NOx吸附的质量流量相乘。
[0018]计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量可以包括:根据在脱氮 (DeNOx)模式下的NOx吸附计算基本NOx释放的质量流量;根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量第一次校正基本NOx释放的质量流量;并且根据LNT的老化因数第二次校正第一次校正的基本NOx释放的质量流量。
[0019]在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量可以通过使用C3H6作为还原剂的模型计算。
[0020]根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置可以包括:发动机，包括用于将燃料喷射至其中的喷油器，发动机通过燃烧空气和燃料的混合物产生动力，并且将燃烧过程产生的排气通过排气管排出至其外部;稀燃NOx捕集器(LNT)安装在排气管上，并且被配置为在稀燃空气/燃料比下吸附包含于排气中的氮氧化物(NOx)，在富燃空气/燃料比下释放吸附的氮氧化物，并且使用包括碳的还原剂或包含于排气中的氢减少包含于排气中的氮氧化物或释放的氮氧化物；以及控制器，被配置为通过根据吸附在LNT中的NOx和排气的温度控制空气/燃料比来控制NOx的吸附和释放，其中控制器通过对通过从存储在LNT中的NOx质量流量减去从LNT热释放的NOx质量流量、在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量、 以及在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量得到的值进行积分从而计算吸附在LNT中的 NOx质量。
[0021]控制器可以通过将流至LNT中的NOx质量流量与LNT的NOx存储效率相乘来计算存储在LNT中的NOx质量流量。
[0022]控制器可以分别计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率以及在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[〇〇23]控制器可以根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[〇〇24]控制器可以根据LNT的温度和LNT的相对NOx吸附计算在稀燃空气/燃料比下的NOx 存储效率。[〇〇25]控制器可以根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量第一次校正在稀燃空气/ 燃料比下的NOx存储效率，并且可以根据LNT中的NOx吸附和通过LNT的排气的质量流量第二次校正在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[〇〇26]控制器可以通过考虑LNT的老化因数计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率和在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。[〇〇27]控制器可以通过将超过LNT的最大NOx吸附的过量NOx吸附除以取样时间来计算过量NOx吸附的质量流量，并且可以通过将根据LNT的温度的热释放特征与过量NOx吸附的质量流量相乘来计算从LNT热释放的NOx质量流量。[〇〇28] 控制器可以通过根据LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量第一次校正根据脱氮(DeNOx)模式下NOx吸附的基本NOx释放的质量流量，并且根据LNT的老化因数第二次校正基本NOx释放的质量流量来计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的NOx质量流量。[〇〇29]控制器可以通过使用C3H6作为还原剂的模型计算在LNT处与还原剂化学反应的NOx质量流量。[0〇3〇]如上所述，可以通过根据本公开精确计算吸附在LNT中的NOx质量来合适地控制从 LNT释放NOx的时间。因此，可以改善NOx净化效率并且可以防止LNT的劣化。[〇〇31]此外，燃料经济性可以通过防止NOx的不必要的释放来改善。【附图说明】
[0032]图1是根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置的示意图。
[0033]图2是示出用于计算可适用于根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置的吸附在LNT中的NOx质量的方法的控制器的输入和输出的关系的框图。[〇〇34]图3是根据本公开的示例性实施方式的计算吸附在LNT中的NOx质量的方法的流程图。
[0035]图4是根据本公开的示例性实施方式的计算存储在LNT中的NOx质量流量的流程图。
[0036]图5是根据本公开的示例性实施方式的计算从LNT热释放的NOx质量流量的流程图。
[0037]图6是根据本公开的示例性实施方式的计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的 NOx质量流量的流程图。【具体实施方式】
[0038]下文中将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。
[0039]图1是根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置的示意图。
[0040]如图1所示，用于内燃机的排气系统可以包括发动机10、排气管20、排气再循环(EGR)装置30、稀燃NOx捕集器(LNT)40、剂量模块(dosing module，定量模块)50、微粒过滤器60以及控制器70。
[0041]发动机10燃烧燃料和空气混合在其中的空气/燃料混合物从而将化学能转变成机械能。发动机10被连接至进气歧管16从而接收燃烧室12中的空气，并且被连接至排气歧管 18使得燃烧过程中产生的排气收集在排气歧管18中并排出至外部。喷油器14安装在燃烧室 12中从而将燃料喷射至燃烧室12中。
[0042]在此将柴油发动机作为例子，但是可以使用稀燃汽油发动机。在使用汽油发动机的情况下，空气/燃料混合物通过进气歧管16流至燃烧室12中，并且火花塞(未示出)安装在燃烧室12的上部。此外，如果使用汽油直接喷射(GDI)发动机，则喷油器14安装在燃烧室12 的上部。[〇〇43]排气管20被连接至排气歧管18从而将排气排出至车辆的外部。LNT40、剂量模块50 和微粒过滤器60安装在排气管20上从而除去包含于排气中的碳化氢、一氧化碳、微粒物质以及氮氧化物(NOx)。[〇〇44]排气再循环装置30安装在排气管20上，并且从发动机10排出的排气的一部分通过排气再循环装置30供回到发动机10。此外，排气再循环装置30被连接至进气歧管16从而通过将排气的一部分与空气混合来控制燃烧温度。这样的燃烧温度的控制通过由控制器70的控制来控制供回到进气歧管16的排气的量来进行。因此，由控制器70控制的再循环阀(未示出)可以安装在连接排气再循环装置30和进气歧管16的管线上。
[0045]第一氧气传感器72安装在排气再循环装置30的下游的排气管20上。第一氧气传感器72检测通过排气再循环装置30的排气的氧气量并且将与其对应的信号传输至控制器70 从而有助于由控制器70进行的排气的稀燃/富燃控制。在这个说明书中，由第一氧气传感器 72检测的值称为LNT的上游的空气/燃料比(lambda，氧气)。[〇〇46]此外，第一温度传感器74安装在排气再循环装置30的下游的排气管20上并且检测通过排气再循环装置30的排气的温度。[〇〇47] LNT 40安装在排气再循环装置30的下游的排气管20上。LNT 40在稀燃空气/燃料比下吸附包含于排气中的氮氧化物(NOx)，并且在富燃空气/燃料比下释放吸附的氮氧化物并且降低包含于排气中包含的氮氧化物或释放的氮氧化物。此外，LNT 40可以氧化包含于排气中的一氧化碳(C0)和碳化氢(HC)。
[0048]在此，碳化氢表示由包含于排气和燃料中的碳和氢组成的所有化合物。[〇〇49] 第二氧气传感器76、第二温度传感器78和第一NOx传感器80可以安装在LNT 40下游的排气管20上。
[0050]第二氧气传感器76检测包含于流至微粒过滤器60中的排气的氧气量并且将与其对应的信号传输至控制器70。控制器70可以基于由第一氧气传感器72和第二氧气传感器76 检测的值进行排气的稀燃/富燃控制。在这个说明书中，由第二氧气传感器62检测的值称为过滤器的上游的空气/燃料比(lambda，氧气)。[〇〇511第二温度传感器78检测流至微粒过滤器60中的排气的温度并且将与其对应的信号传输至控制器70。[〇〇52] 第一 NOx传感器80检测包含于流至微粒过滤器60中的排气中的NOx浓度并且将与其对应的信号传输至控制器70。由第一NOx传感器80检测的NOx浓度可以用于确定由剂量模块50喷射的还原剂的量。[〇〇53]剂量模块50安装在微粒过滤器60上游的排气管20上并且由控制器70控制将还原剂喷射至排气中。通常，剂量模块50喷射尿素并且喷射的尿素水解并且转变为氨。然而，还原剂不限于氨。[〇〇54]混合器55安装在剂量模块50下游的排气管20上并且将还原剂和排气均匀混合。 [〇〇55]微粒过滤器60安装在混合器55的下游的排气管上，捕集包含于排气中的微粒物质，并且使用由剂量模块50喷射的还原剂降低包含于排气中的氮氧化物。为了这些目的，微粒过滤器60包括选择性催化还原催化剂柴油微粒过滤器(SDPF，selective catalytic reduct1n catalyst on a diesel particulate filter)62以及额外的选择性催化还原 (SCR)催化剂64,但不限于此。[〇〇56]应理解这个说明书和这些权利要求中的SCR催化剂包括SCR催化剂本身或者SDPF。 [〇〇57] 通过将SCR涂在限定DPF的通道的壁上而形成SDPF 62。通常，DPF包括多个入口通道和出口通道。每个入口通道包括敞开的末端和阻断的另一个末端，并且接收来自DPF的前端的排气。此外，每个出口通道包括阻断的末端和敞开的另一个末端，并且排出来自DPF的排气。通过入口通道流至DPF中的排气通过将入口通道和出口通道分开的多孔壁进入出口通道。然后，排气通过出口通道从DPF排出。在排气通过量孔壁时，包含于排气中的微粒物质被捕集。此外，涂在SDPF 62上的SCR催化剂使用由剂量模块50喷射的还原剂降低包含于排气中的氮氧化物。[〇〇58]额外的SCR催化剂64安装在SDPF 62的尾部。如果SDPF 62完全净化氮氧化物，则额外的SCR催化剂64进一步降低氮氧化物。额外的SCR催化剂64可以与SDPF 62在物理上分离地安装。[0〇59]同时，压力差传感器66安装在排气管20上。压力差传感器66检测微粒过滤器60的前端部分和后端部分之间的压力差，并且将与其对应的信号传输至控制器70。如果由压力差传感器66检测的压力差大于预定压力，则控制器70可以控制微粒过滤器60进行再生(to be regenerated)。在这种情况下，喷油器14后喷射(post-1n ject)燃料从而燃烧捕集在微粒过滤器60中的微粒物质。
[0060]此外，第二NOx传感器82安装在微粒过滤器60的下游的排气管20上。第二NOx传感器82检测包含于从微粒过滤器60排出的排气中的氮氧化物的浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器70。控制器70可以基于由第二NOx传感器82检测的值检查包含于排气中的氮氧化物在微粒过滤器60中是否正常移除。就是说，第二NOx传感器82可以用于评估微粒过滤器60的性能。控制器70基于从每个传感器传输的信号确定发动机的驱动条件，并且基于发动机的驱动条件进行稀燃/富燃控制并且控制通过剂量模块50喷射的还原剂的量。例如，控制器70可以通过将空气/燃料比控制为富燃气氛从LNT 40除去氮氧化物(在这个说明书中， 将称为“LNT的释放”)，并且可以通过喷射还原剂从SDPF 60除去氮氧化物。稀燃/富燃控制可以通过控制由喷油器14喷射的燃料量来进行。[〇〇611控制器70被提供有多个图表(map，映射)、LNT的特性以及存储在其中的校正系数 (或因数)，并且可以基于多个图表、LNT的特性以及校正系数(或因数)计算吸附在LNT中的 NOx质量。多个图表、LNT的特性以及校正系数可以通过大量实验设置。[〇〇62]此外，控制器70控制微粒过滤器60的再生和LNT 40的脱硫。
[0063]出于这些目的，控制器70可以通过由预定程序激活的一个或多个处理器实现，并且预定程序可以被编程以根据本公开的示例性实施方式执行计算吸附在LNT中的NOx质量的方法的每个步骤。
[0064]图2是示出可适用于根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置的用于计算吸附在LNT中的NOx质量的方法的控制器的输入和输出的关系的框图。
[0065]如图2所示，第一氧气传感器72、第一温度传感器74、第二氧气传感器76、第二温度传感器78、第一 NOx传感器80、第二NOx传感器82、压力差传感器66和进气流量计11电连接至控制器70,并且将检测值传输至控制器70。
[0066]第一氧气传感器72检测通过排气再循环装置30的排气的氧气量并且将与其对应的信号传输至控制器70。控制器70可以基于由第一氧气传感器72检测的排气中的氧气量进行排气的稀燃/富燃控制。由第一氧气传感器72检测的值可以表示为氧气(A，lambda)。入意味着实际的空气/燃料比与化学当量空气/燃料比的比例。如果A大于1，则空气/燃料比稀燃。相反，如果A小于1，则空气/燃料比富燃。[〇〇67]第一温度传感器74检测通过排气再循环装置30的排气的温度并且将与其对应的信号传输至控制器70。[〇〇68]第二氧气传感器76检测流至微粒过滤器60中的排气的氧气量并且将与其对应的信号传输至控制器70。[〇〇69]第二温度传感器78检测流至微粒过滤器60中的排气的温度并且将与其对应的信号传输至控制器70。
[0070]第一 NOx传感器80检测包含于流至微粒过滤器60中的排气中的NOx浓度并且将与其对应的信号传输至控制器70。
[0071]第二NOx传感器82检测包含于从微粒过滤器60排出的排气中的NOx浓度并且将与其对应的信号传输至控制器70。[〇〇72]压力差传感器66检测微粒过滤器60的前端部分和后端部分之间的压力差，并且将与其对应的信号传输至控制器70。
[0073]进气流量计11检测供至发动机10的进气系统的进气流量并且将与其对应的信号传输至控制器70。
[0074]控制器70基于传输的值确定发动机的驱动状况、燃料喷射量、燃料喷射时间、燃料喷射模式、还原剂的喷射量、微粒过滤器60的再生时间以及LNT 40的脱硫/再生时间，并且将控制喷油器14和剂量模块50的信号输出至喷油器14和剂量模块50。此外，控制器70基于传输值计算吸附在LNT 40中的NOx质量。
[0075]同时，除在图2中示出的传感器以外的多个传感器可以安装在根据本公开的示例性实施方式的排气净化装置中。然而，为了更好理解并且易于描述，将省去多个传感器的描述。
[0076]在下文中，参照图3至图6,将详细描述根据本公开的示例性实施方式的计算吸附在LNT中的NOx质量的方法。
[0077]图3至图6是根据本公开的示例性实施方式的计算吸附在LNT中的NOx质量的方法的流程图。[〇〇78]如在图3中示出的，在根据本公开的示例性实施方式的计算吸附在LNT中的NOx质量的方法中，吸附在LNT 40中的NOx质量通过对通过从存储在LNT 40中的NOx质量流量减去从LNT 40热释放的NOx质量流量、在富燃空气/燃料比下从LNT 40释放的NOx质量流量、以及在LNT 40处与还原剂化学反应的NOx质量流量得到的值进行积分来计算。为了该目的，该方法开始于检测各种数据。就是说，控制器70可以在步骤S200检测流至LNT 40中的NOx质量流量，在步骤S210通过进气流量计11检测进气，在步骤S220通过第一氧气传感器72检测LNT 40的上游处的氧气(A)，并且在步骤S230通过第一温度传感器74检测LNT 40的温度。在此， 质量流量意味着每单位时间的质量。质量通过在时间上积分质量流量计算。此外，流至LNT 40中的NOx质量流量可以依据发动机10的驱动条件(诸如进气流量、喷射至发动机10中的燃料量、燃烧温度、以及燃烧压力、排气的温度等)计算。[〇〇79]此外，控制器70可以在步骤S240计算吸附在LNT 40中的NOx质量(在下文中，将称为“LNT中的NOx吸附”)，在步骤S250计算通过LNT 40的排气的质量流量，在步骤S260检测发动机运行状态，并且在步骤S270计算LNT 40的老化因数。在此，LNT 40中的NOx吸附是使用本公开的示例性实施方式先前计算的值，并且可以从存储器(未示出)读取。此外，通过LNT 40的排气的质量流量通过使用通过LNT 40的进气流量(质量)和LNT 40的体积计算，并且 LNT 40的老化因数根据LNT 40的使用时间计算。
[0080] 此外，控制器70可以在步骤S280计算在LNT 40中产生的NH3质量流量，在步骤S290 计算通过在LNT 40处的NOx的还原反应产生的NH3的产生系数，并且在步骤S300计算除了流至LNT 40的NH3以外的还原剂(其在这个说明书和权利要求中意味着C3H6,但不限于此)的质量流量。在此，在LNT 40中产生的NH3质量流量可以依据发动机10的驱动状况、排气的温度和NH3产生系数来计算，流至LNT 40的C3H6质量流量可以依据发动机10的驱动状况和排气的温度来计算，并且NH3产生系数可以依据LNT 40的老化因数和温度来计算。[〇〇811 然后，控制器70可以通过将流至LNT 40的NOx质量流量、进气流量、在LNT 40的上游处的A、LNT 40的温度、吸附在LNT 40中的NOx质量、通过LNT 40的排气的质量流量以及 LNT 40的老化因数输入至NOx吸附模型110中，在步骤310和S320计算从LNT 40离开的NOx质量流量和存储在LNT 40中的NOx质量流量。[〇〇82] 此外，控制器70可以通过将LNT 40的温度和LNT 40中的NOx吸附输入至第一NOx释放模型120中，在步骤S330计算从LNT 40热释放的NOx质量流量，通过将LNT 40的温度、LNT 40中的NOx吸附、通过LNT 40的排气的质量流量、发动机10的驱动条件以及LNT 40的老化因数输入第二NOx释放模型130中，在步骤S340计算从LNT 40释放的NOx质量流量，并且通过将 LNT 40中产生的NH3质量流量、NH3产生系数以及流至LNT 40的C3H6质量流量输入至第三 NOx释放模型140,在步骤S350计算在LNT 40处与还原剂化学反应的NOx质量流量。[〇〇83] 此外，控制器70可以通过将从LNT 40离开的NOx质量流量、从LNT 40热释放的NOx 质量流量、流至LNT 40的NOx质量流量、LNT 40的上游处的A、LNT 40的温度以及通过LNT 40 的排气的质量流量输入至N02/N0X模型150,在步骤S360计算LNT 40的下游处的N02/N0X比。 [〇〇84] 在此，NOx吸附模型110、第一 NOx释放模型120、第二NOx释放模型130和第三NOx释放模型140以及N02/N0X模型150可以通过大量实验预先存储在控制器70或存储器(其连接至控制器70)中。[〇〇85]在下文中，将更详细地描述存储在LNT 40中的NOx质量流量、从LNT 40热释放的 NOx质量流量以及在富燃空气/燃料比下从LNT 40释放的NOx质量流量的计算。
[0086]图4是根据本公开的示例性实施方式的计算存储在LNT中的NOx质量流量的流程图。[〇〇87]参照图4,在步骤S320,可以通过将流至LNT 40中的NOx质量流量与LNT 40的NOx存储效率(将在步骤S410计算)相乘来计算存储在LNT 40中的NOx质量流量。此外，可以在步骤 S310通过从流至LNT 40的NOx质量流量减去存储在LNT 40中的NOx质量流量来计算从LNT 40离开的NOx质量流量。[〇〇88]在此，控制器70可以分别计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率和在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率，并且在步骤S430根据发动机运行状态选择两个NOx存储效率中的一个。就是说，控制器70可以在步骤S390确定发动机运行状态是否是脱氮(DeNOx)模式。如果发动机运行状态不是DeNOx模式，则控制器在步骤S400确定是否满足切换条件。基于在步骤S400的确定结果，在步骤S410,控制器70在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率和稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率之间选择一个。[〇〇89]此外，根据LNT 40的温度和通过LNT 40的排气的质量流量计算富燃空气/燃料比下的NOx存储效率。就是说，控制器70将LNT 40的温度和通过LNT 40的排气的质量流量输入至第一 NOx存储效率图表160中以计算在富燃空气/燃料比下的NOx存储效率。这时，根据LNT 40的老化因数调整通过LNT 40的排气的质量流量。就是说，通过LNT 40的排气的质量流量是通过将LNT 40的老化因数或与其相关的值与通过LNT 40的排气的质量流量相乘来调整， 并且所调整的排气的质量流量被输入至第一 NOx存储效率图表160。
[0090]此外，在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率可以根据LNT 40的温度和LNT 40的相对NOx吸附计算。就是说，控制器70将LNT 40的温度和LNT 40的相对NOx吸附输入至第二NOx 存储效率图表165中以计算在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。在此，LNT 40的相对NOx 吸附被计算为LNT 40中的NOx吸附与能够吸附在LNT 40中的最大NOx质量(其将在步骤S420 计算并且将称为“LNT中的最大NOx吸附”)的比例。当计算LNT 40中的最大NOx吸附时，考虑 LNT 40的老化因数。就是说，在步骤S440使用LNT 40的体积和LNT 40的老化因数计算LNT 40的有效体积。此外，控制器70在步骤S370计算在LNT 40的上游处的NOx浓度，通过将LNT 40的上游处的NOx浓度和LNT 40的温度输入至正常的NOx吸附图表177中计算每单位体积的 NOx吸附，并且通过将LNT 40的温度和上游A输入至正常的NOx吸附校正图表178中计算校正系数。控制器70在步骤S450依据每单位体积的NOx吸附和校正系数计算每单位体积的最大 NOx吸附，并且在步骤S420使用每单位体积的最大NOx吸附和LNT 40的有效体积计算最大 NOx吸附。
[0091]根据LNT 40的温度和通过LNT 40的排气的质量流量第一次校正稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率，并且根据NOx吸附和通过LNT 40的排气的质量流量进行第二次校正。就是说，控制器70通过将LNT 40的温度和通过LNT 40的排气的质量流量输入至第一校正图表 170中计算第一校正系数，通过将NOx吸附和通过LNT 40的排气的质量流量输入至第二校正图表175中计算第二校正系数，并且通过以第一校正系数和第二校正系数校正稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率来最终计算在稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。在此，输入到第一校正图表170和第二校正图表175中的变量可以通过LNT 40的老化因数调整。[〇〇92]第一 NOx存储效率图表160和第二NOx存储效率图表165、正常的NOx吸附图表177、正常的NOx吸附校正图表178、以及第一校正图表170和第二校正图表175作为大量实验的结果预先存储在控制器70或者连接至控制器70的存储器中。
[0093]图5是根据本公开的示例性实施方式的计算从LNT热释放的NOx质量流量的流程图。[〇〇94]参照图5,仅在稀燃空气/燃料比下计算从LNT 40热释放的NOx质量流量。为了该目的，控制器70在步骤S460通过从LNT 40中的最大NOx吸附减法当前吸附在LNT 40中的NOx质量来计算过量NOx吸附，并且通过将过量的NOx吸附除以取样时间计算过量的NOx吸附的质量流量。此外，控制器70通过将LNT 40的温度输入至第一释放图表180中计算热释放特征。 然后，控制器70在步骤S330通过使用过量NOx吸附的质量流量和热释放特征计算从LNT 40 热释放的NOx质量流量。
[0095]图6是根据本公开的示例性实施方式的计算在富燃空气/燃料比下从LNT释放的 NOx质量流量的流程图。[〇〇96]参照图6,仅在脱氮(DeNOx)模式下计算在富燃空气/燃料比下从LNT 40释放的NOx 质量流量。为了该目的，控制器70在步骤S390确定发动机运行状态是否是DeNOx模式，并且如果发动机运行状态是DeNOx模式，则将富燃空气/燃料比下从LNT 40释放的NOx质量流量存储在存储器中。[〇〇97]在DeNOx模式下，控制器70通过将LNT 40中的NOx吸附输入至第二释放图表182中计算基本NOx释放的质量流量。然后，控制器根据LNT的温度和通过LNT 40的排气的质量流量第一次校正基本NOx释放的质量流量，并且根据LNT 40的老化因数第二次校正基本NOx释放的质量流量。就是说，控制器70通过将LNT的温度和通过LNT的排气的质量流量输入至第三校正图表184中计算第三校正系数，并且通过将LNT 40的老化因数输入至第四校正图表 186中计算第四校正系数。然后，控制器70在步骤S340通过使用基本NOx释放的质量流量以及第三校正系数和第四校正系数计算在富燃空气/燃料比下从LNT 40释放的NOx质量流量。 [〇〇98]控制器70使用将C3H6作为还原剂的模型计算在LNT 40处与还原剂化学反应的NOx 质量流量。就是说，可以使用以下化学反应等式。[〇〇99]〈由于与HC反应而减少的NOx质量〉[〇1〇〇] 4.5N02+C3H6^2.25N2+3C02+3H20 [〇1〇1]〈从HC产生的NH3质量〉
[0102]C3H6+2N02+02—3C02+2NH3[〇1〇3]从以上等式可知，流至LNT 40的C3H6质量流量的一部分被用于减少NOx并且流至 LNT 40的C3H6质量流量的另一部分被用于产生NH3。因此，控制器70通过使用流至LNT 40的 C3H6质量流量和NH3产生系数计算由于C3H6减少的NOx质量流量。此外，控制器70通过使用由C3H6产生的NH3质量流量计算由于NH3减少的NOx质量流量。然后，控制器70在步骤S350通过将由于C3H6减少的NOx质量流量与由于NH3减少的NOx质量流量相加来计算与还原剂反应的NOx质量流量。
[0104]尽管已经结合目前视为实际示例性实施方式的实施方式描述了本公开，然而，应当理解，本公开并不局限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变形及等同配置。
【主权项】
1.一种计算吸附在排气净化装置的稀燃NOx捕集器LNT中的氮氧化物NOx质量的方法， 其中，所述LNT安装在排气管处，并且所述LNT在稀燃空气/燃料比下吸附包含于排气中的 NOx，所述LNT在富燃空气/燃料比下释放所吸附的NOx，并且所述LNT使用包括碳的还原剂或 者包含于所述排气中的氢减少包含于所述排气中的NOx或所释放的NOx，所述方法包括以下 步骤:计算存储在所述LNT中的NOx质量流量；计算从所述LNT热释放的NOx质量流量；计算在富燃空气/燃料比下，从所述LNT释放的NOx质量流量；计算在所述LNT处与所述还原剂化学反应的NOx质量流量；以及 对于通过从存储在所述LNT中的NOx质量流量减去从所述LNT热释放的NOx质量流量、在 富燃空气/燃料比下从所述LNT释放的NOx质量流量、以及在所述LNT处与所述还原剂化学反 应的NOx质量流量所获得的值进行积分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算存储在所述LNT中的NOx质量流量的所述步骤 包括:计算流至所述LNT中的NOx质量流量；计算所述LNT的NOx存储效率;并且通过将流至所述LNT中的NOx质量流量与所述LNT的NOx存储效率相乘计算吸附在所述 LNT中的NOx质量流量，其中，在计算所述LNT的NOx存储效率的所述步骤中，分别计算富燃空气/燃料比下的 NOx存储效率以及稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述LNT的温度和通过所述LNT的排气的质量 流量计算富燃空气/燃料比下的NOx存储效率。4.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述LNT的温度和所述LNT的相对NOx吸附计 算稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据所述LNT的温度和通过所述LNT的排气的质量 流量第一次校正稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率，并且根据所述LNT中的NOx吸附和通过 所述LNT的排气的质量流量第二次校正稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。6.根据权利要求2所述的方法，其中，通过将所述LNT的老化因数纳入考虑来计算富燃 空气/燃料比下的NOx存储效率以及稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。7.根据权利要求1所述的方法，其中，计算从所述LNT热释放的NOx质量流量包括:计算超过所述LNT的最大NOx吸附的过量NOx吸附；通过将所述过量NOx吸附除以取样时间来计算所述过量NOx吸附的质量流量;并且 将根据所述LNT的温度的热释放特征与所述过量NOx吸附的质量流量相乘。8.根据权利要求1所述的方法，其中，计算在富燃空气/燃料比下从所述LNT释放的NOx 质量流量的所述步骤包括:根据在脱氮(DeNOx)模式下的NOx吸附计算基本NOx释放的质量流量；根据所述LNT的温度和通过所述LNT的排气的质量流量第一次校正所述基本NOx释放的 质量流量;并且根据所述LNT的老化因数第二次校正经所述第一次校正的所述基本NOx释放的质量流量。9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用C3H6作为所述还原剂的模型计算在所述 LNT处与所述还原剂化学反应的NOx质量流量。10.—种排气净化装置，包括:发动机，包括用于将燃料喷射至所述发动机的喷油器，所述发动机通过燃烧空气和所 述燃料的混合物产生动力，并且将燃烧过程产生的排气通过排气管排出至所述发动机外 部；稀燃NOx捕集器LNT，安装在所述排气管上，所述LNT用于在稀燃空气/燃料比下吸附包 含于所述排气中的氮氧化物NOx，所述LNT用于在富燃空气/燃料比下释放所吸附的氮氧化 物，并且所述LNT用于使用包含碳的还原剂或者包含于所述排气中的氢减少包含于所述排 气中的氮氧化物或所释放的氮氧化物；以及控制器，用于通过根据吸附在所述LNT中的NOx和所述排气的温度控制空气/燃料比来 控制NOx的吸附和释放，其中，所述控制器通过对于通过从存储在所述LNT中的NOx质量流量减去从所述LNT热 释放的NOx质量流量、在富燃空气/燃料比下从所述LNT释放的NOx质量流量、以及在所述LNT 处与还原剂化学反应的NOx质量流量所获得的值进行积分来计算吸附在所述LNT中的NOx质量。11.根据权利要求10所述的排气净化装置，其中，所述控制器通过将流至所述LNT中的 NOx质量流量与所述LNT的NOx存储效率相乘来计算存储在所述LNT中的NOx质量流量。12.根据权利要求11所述的排气净化装置，其中，所述控制器分别计算富燃空气/燃料 比下的NOx存储效率以及稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。13.根据权利要求12所述的排气净化装置，其中，所述控制器根据所述LNT的温度和通 过所述LNT的所述排气的质量流量计算富燃空气/燃料比下的NOx存储效率。14.根据权利要求12所述的排气净化装置，其中，所述控制器根据所述LNT的温度和所 述LNT的相对NOx吸附计算稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率。15.根据权利要求14所述的排气净化装置，其中，所述控制器根据所述LNT的温度和通 过所述LNT的所述排气的质量流量第一次校正稀燃空气/燃料比下的NOx存储效率，并且根 据所述LNT中的NOx吸附和通过所述LNT的所述排气的质量流量第二次校正稀燃空气/燃料 比下的NOx存储效率。16.根据权利要求12所述的排气净化装置，其中，所述控制器通过将所述LNT的老化因 数纳入考虑来计算富燃空气/燃料比下的NOx存储效率以及稀燃空气/燃料比下的NOx存储 效率。17.根据权利要求10所述的排气净化装置，其中，所述控制器通过将超过所述LNT的最 大NOx吸附的过量NOx吸附除以取样时间来计算过量NOx吸附的质量流量，并且通过将根据 所述LNT的温度的热释放特征与所述过量NOx吸附的质量流量相乘来计算从所述LNT热释放 的NOx质量流量。18.根据权利要求10所述的排气净化装置，其中，所述控制器通过根据所述LNT的温度 和通过所述LNT的所述排气的质量流量第一次校正根据脱氮(DeNOx)模式下NOx吸附的基本 NOx释放的质量流量，并且根据所述LNT的老化因数第二次校正所述基本NOx释放的质量流量来计算富燃空气/燃料比下从所述LNT释放的NOx质量流量。19.根据权利要求10所述的排气净化装置，其中，所述控制器通过使用C3H6作为所述还 原剂的模型计算在所述LNT处与所述还原剂化学反应的NOx质量流量。
【文档编号】F01N9/00GK106014565SQ201610046403
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】李津夏, 朴镇佑, 林塞拉, 约施卡·绍布, 托马斯·维特卡, 亚历山大·沃夫克
【申请人】现代自动车株式会社, Fev有限责任公司