专利名称：低温排放控制的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种控制在排气中具有稀N0x捕集器的发动机的方法及用于 发动机的系统。
背景技术：
催化转化器，如稀N0x捕集器(LNT)可以用来减少N0x排放，如来自可以以比 化学计量比稀的空燃比操作的发动机的NOx排放。储存、释放、及还原NOx的LNT的 性能可以受包括温度的各种工况影响。具体地，在较低温范围内，LNT可以表现出劣 化的储存、释放、和/或还原。因此，已经使用各种方法沿着排气路径将LNT定位在 最佳位置以例如平衡用于从冷起动操作的快速起燃的需要，以及在高负载期间减少超 温操作。
然而，在一些工况中，LNT放置离发动机的下游太远(导致较慢的起燃)或LNT 放置离发动机太近(导致加速的劣化)。此外，即使在这些极端情况之间可以实现平 衡，其中尽可能利用LNT的最佳效率区域(例如温度维持在大约300。C和500。C之间)， 但是还可能具有低温区域，其中可以使用LNT,但在释放和还原期间具有劣化的反应 效率。
发明内容
本发明人在此认识到有可能保持LNT的高效的布置，同时还解决低温搡作。具体 地，本发明人在此已认识到在整体浓空燃比吹扫操作期间，即使稳态操作温度处于较 低温度区域，还有可能利用局部产生的放热反应(如可以在LNT上局部产生的放热反 应)。在吹扫期间临时温度升高允许储存的NOx的更高效的释放(因此在随后的稀空 燃比搡作期间使LNT更能够储存NOx),以及释放的NOx的更髙效的还原。此外，LNT
的温度在接下来的稀空燃比时期的一部分中保持升高，这能够改进在该段时间内的 NOx储存效率。以此方式，有可能在不同的局部温度上执行NOx储存和释放/反应以 实现在NOx排放控制中的改进的性能。在实施例的一个示例中，使用分离的发动机汽 缸操作可以产生放热反应，其中一些汽缸以浓空燃比操作而其他的汽缸以稀空燃比操 作，同时整体空燃比还为浓空燃比。以此方式，不仅有可能在较低温度工况下产生放 热反应，而且发动机能够以提高的燃料节省操作，因为一些汽缸能够通过以稀空燃比 操作来以提高的效率操作。在另一个示例中，基于催化剂的老化可以调节在低温吹扫 搡作期间产生的放热的量以允许改进的性能。在又一个示例中，通过调节在吹扫期间的稀空燃比操作的持续期和/或程度可以在分离的汽缸操作中控制放热的量。在一个 非限制性的示例中，较低的温度范围可以在200°C到300。C(或200。C到350°C)之 间，其中在该范围以上和/以下的温度期间，使用分离的汽缸搡作执行吹扫(purge) 而不产生放热反应。
图1示出示例的发动机和排气系统配置； 图2-图3示出操作的高级流程图4示出描述在较低温度的储存和吹扫期间的第一组汽缸和第二组汽缸的空燃 比的图表；
图5示出描述在未使用过的(fresh) 0.25"钾/铂/氧化铝LNT上储存的NOx的量 对温度的试验数据(1)在储存温度吹扫之后的进气中具有500 ppm NO, (2)在450°C 吹扫之后的进气中具有500 ppm NO, (3)在450。C吹扫之后的进气中具有500 ppmNO2;
图6对应于图5示出在200。C下的储存效率对NOx的储存量(1)在储存温度吹 扫之后的进气中具有500 ppm NO, (2)在450°C吹扫之后的进气中具有500 ppm NO， (3)在450°C吹扫之后的进气中具有500 ppm N02;
图7示出对于未使用过的Ba/Pt/Al2(b LNT在250°C下的3分钟储存时期内的排 气管NOx、排气管CO、及床层温度，其中使用5%C0 + 1.7%H2,使用或不使用1M2吹 扫样本30秒。在30秒吹扫之后，在下一个循环之前NO关闭60秒。
图8示出对于未使用过的Ba/Pt/Al2(hLNT在250。C下的180秒储存时期内的NOx 储存效率对NOx储存量，其中使用5%C0 + 1.7%H2,使用或不使用1%02吹扫样本30 秒。在30秒吹扫之后，在下一个循环之前NO关闭60秒。
图9示出对于未使用过的Ba/Pt/Al2(h LNT在250。C下的180秒储存时期内的NOx储 存效率对NOx储存量，其中使用5。/。C0 + 1.7°/。H2,使用或不使用1%02 ,或使用ACO + 2. 3%H2，使用或不使用2%02吹扫样本30秒。在30秒吹扫之后，在下一个循环之前NO关 闭60秒。
图10示出对于未使用过的Ba/Pt/Al203 LNT在250。C下的180秒储存时期内的NOx储 存效率对NOx储存量，其中使用7。/。C0 + 2.3%H2,使用或不使用2%02吹扫样本30秒。在 30秒吹扫之后,N0x关闭60秒，然后喷射500 ppm N0或500 ppmNO2l80秒；
图11示出类似于图5的试验数据，还示出在储存温度吹扫之后的进气中具有500 ppmN02的在未使用过的0. 25"钾/铂/氧化铝LNT上储存的NOx的量对温度；及
图12示出类似于图1的示例配置，具有替代的上游、紧密耦合(close-coupled) 的催化剂配置。
具体实施方式
稀N0x捕集器用于在大约300。C以上的温度下处理来自稀燃汽油或柴油发动机的 NOx排放是有效的。然而，由于不完全的吹扫、在浓空燃比吹扫期间NOx转化效率的降 低、及在稀空燃比储存期间的N0到N02的低转化率，捕集器的效率在300。C以下的温度 下会降低。在一个实施例中，提出了通过在浓空燃比吹扫期间在LNT上局部产生放热 使捕集器能够更完全地在300。C以下的温度下吹扫。这能够以多种方式实现，如通过 在吹扫期间提供还原剂(例如，CO、 H,或HC)和一些氧气(02)的混合物实现。在一个 示例中，提供的02的水平少于氧化所有的还原剂所要求的水平，所以整体混合物为净 浓空燃比(例如在7%和30%之间)。然而，在LNT上的02和一些还原剂之间的反应产生 热量以临时和局部升高LNT温度并改进吹扫的效率。通过改进捕集器的NOx还原活性， 温度上升还可以降低在低温下吹扫NOx释放的量。例如通过在位于LNT的上游的起燃 (lightoff)催化剂上将一些N0预氧化成N02能够进一步改进在低温下的性能。改进 的吹扫、改进的NOx还原活性、及改进的储存效率结合NOz的使用可以改进在低温下的 LNT的NOx性能。
图I示出内燃发动机IO，包括连接到进气歧管11的多个汽缸。发动机汽缸能够 在从稀空燃比极限到浓空燃比极限的空燃比范围内搡作。图1示出汽缸组50中的两 个汽缸(在该示例中以稀空燃比操作)和汽缸组52中的两个汽缸(在该示例中以浓 空燃比搡作)。发动机10的汽缸在节流板14的控制下接收来自进气歧管11的空气。 汽缸组52的汽缸接收来自喷射器20和喷射器22的燃料，汽缸组50的汽缸接收来自 喷射器24和喷射器26的燃料。两个催化剂32和36如图所示可以定位成紧密耦合的 位置。在一个示例中催化剂32、 36可以是三元催化剂。
捕集器40可以包括稀NOx捕集器，稀NOx捕集器可以包括具有在涂层中的相对 高浓度的碱土金属(例如钡)和/或碱金属(例如钾)的各种组成以在稀空燃比的工 况下提高储存NOx的能力。在稀空燃比操作期间，在排气中的NO在捕集器中的贵金 属(即钼)上氧化以产生N02。然后卵2与NOx储存材料及附加的氧气反应以形成吸附 的NOx类，如亚硝酸盐或硝酸盐。取决于流率和进气NOx浓度，稀空燃比时期通常持 续20到60秒，虽然稀空燃比时期可以更长或更短。
虽然所描述的实施例利用两个汽缸以浓空燃比搡作而相等数目的汽缸以稀空燃 比操作，但各种替代的实施例是可能的。例如，可以使用更多或更少的汽缸，其中稀 空燃比汽缸和浓空燃比汽缸的数目也是可变的。例如，8汽缸发动机可以具有5个以 稀空燃比操作的汽缸和3个以浓空燃比搡作的汽缸。在等分或不等分的系统中，可以 调节、协调、和/或控制稀空燃比和浓空燃比，这具体参考在下文描述的图2_图4。
图1中示出的控制器12为微计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口 l(M、 只读存储器106、随机存取存储器108、及常规数据总线。控制器12如图所示接收来 自连接到发动机10的传感器120的各种信号。此外，控制器H接收来自温度传感器 42的捕集器40的温度(T)的指示。或者，可以使用各种方法评估温度(T)。控制
7器l2还发送燃料脉冲宽度信号fpwr到燃料喷射器20和燃料喷射器22,并发送信号 fpwl到燃料喷射器24和燃料喷射器26。
如本文所述，发动机可以以稀空燃比搡作并周期性地切换提供浓空燃比以吹扫在 稀空燃比搡作期间储存的N0x。或者，可以向排气中增加还原剂以控制排气空燃比。 在稀空燃比搡作期间，当捕集器开始充满NOx时，NOx储存效率随着可用储存位置减 少而倾向于降低。在吹扫期间，储存的N0x还原成N2以使N0x储存能力再生。如上所 述，这可以例如通过将LNT暴露在浓空燃比工况下持续2到5秒的持续期实现，虽然 持续期可以更长或更短。在排气中的氢可以促进吸附的NOx类的分解，释放储存的 NOx,然后NOx与在浓空燃比排气中的附加的还原剂在贵金属上反应以形成氮(N!)。
这吹扫了捕集器并清空了储存位置，然后该储存位置能够在下一个稀空燃比期间再次 储存NOx。
稀NOx捕集器的操作性能可以随着工作温度的改变而改变，且一般在300。C和 500。C之间的范围内实现提高的性能，虽然该范围随着组成等的改变而改变。基于现 有方法的教授，当在低温窗口中搡作时，要求升髙稳态温度(例如用于储存和吹扫两 者的温度)以提髙整体性能以便可以产生NOx的髙效的储存、释放、及还原。然而， 不是总能高效地和/有效率地提高稳态温度。此外，当在较低温度下搡作时，在吹扫 期间有可能使用放热以临时升高温度以改进吹扫和NOx还原的程度以及改进在较低 温度下的储存。例如， 一个选择可以是升高排气的稳态温度，而另一个选择是在吹扫 期间使用放热临时升高在捕集器的附近的温度，而不升髙整体稳态温度。
如本文所述，在LNT吹扫期间在较低温度下产生放热的一种方法可以使用分离的 汽缸、或分离的汽缸排的方法。在一个示例中，第一排汽缸或第一组汽缸以浓空燃比 搡作，第二排汽缸或第二组汽缸使用过量氧气(例如稀空燃比)操作。来自分离的汽 缸组或汽缸排的排气在LNT中或LNT的上游相遇和混合并产生热量，其中流量、稀空 燃比、浓空燃比等可以选择和调节以实现选择的温度、温度升高、和/或温度分布。 当提供了充足的放热时，可以将稀空燃比汽缸组调节到化学计量空燃比操作和/或浓 空燃比搡作以减少吹扫的放热。
具体地，浓空燃比汽缸(例如汽缸组52)可以用来产生具有未燃的碳氢化合物 和一氧化碳的排气，同时稀空燃比汽缸产生具有过量氧气的排气流。浓空燃比排气通 过歧管30离开浓空燃比汽缸并通过第一三元催化剂32。稀空燃比排气通过歧管34 离开汽缸组50并通过第二三元催化剂36。然后在进入稀NOx捕集器之前浓空燃比排 气和稀空燃比排气聚集到一起以形成整体浓空燃比排气混合物。在低温NOx吹扫的至 少一部分期间，捕集器40的催化活性促进稀空燃比气体和浓空燃比气体两者形成的 排气混合物的放热化学反应，导致催化的燃烧、热量产生、及捕集器40的临时温度 升高。吹扫搡作然后可以包括例如两个汽缸组都以浓空燃比搡作、或一个汽缸排以浓 空燃比操作而另一个汽缸排以化学计量空燃比搡作。产生放热的另一个方法可以是所有汽缸都以稀空燃比和/或略微稀空燃比操作， 并直接供应还原剂到排气中，如在LNT的上游。此外，另一个替代的实施例还可以使
用过量的空气输入到发动机排气的浓空燃比汽缸搡作。
下文的图2-图3是在低温N0x捕集器吹扫期间可以启用放热的有利的使用的各种 操作的高级流程图。本文流程图中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的 一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤或 功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理的顺序 不是实现本文中所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为便于演示和说明而 提供。虽然没有明确说明，但是取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤或 功能中的一个或多个。此外，这些附图可以在图形上表示编程到控制器中的计算机可 读存储媒体中的代码。
现参考图2，描述了用于控制整体发动机操作的例程。首先，在210,例程确定 是否启用稀空燃比操作，如基于发动机转速、负载、发动机冷却剂温度等。若为否， 则例程继续到212以化学计量空燃比操作，例如在化学计量比周围摆动，或以浓空燃 比操作。否则，例程继续到214以稀燃模式操作发动机。
继续参考图2，在216，例程确定是否存在要求NOx吹扫，如基于排气管NOx的 量、储存的NOx的量、NOx储存效率等。若为是，则例程继续到218以基于工况，如 发动机转速、NOx储存、发动机放出NOx水平等确定用于执行低温吹扫的上下温度极 限(L1、 L2)。在一个示例中，温度极限分别是200。C和300°C。然而，该值可以随 着工况、催化剂组成、和/或催化剂劣化的改变而改变。例如，当NOx捕集器劣化和/ 或老化时，低温吹扫的温度窗口可以扩大。换言之，当NOx捕集器劣化和/或老化时， 低温吹扫可以在更大温度范围内执行。
继续参考图2,当稳态排气温度或催化剂温度在温度极限内时，如在220中确定， 例程继续到222以执行低温吹扫，如本文在图3-图4,及其他图中描述。否则，例程 继续到224以执行浓空燃比吹扫，如其中排气空燃比在特定的持续期从稀空燃比变化 到浓空燃比。注意可以基于工况调节浓空燃比的水平和/或浓空燃比的持续期以提供 期望的NOx吹扫性能。在一个实施例中，所有的汽缸可以以共同的浓空燃比搡作，或 一些汽缸可以提供较高和/或较低的空燃比。例如， 一些汽缸可以以浓空燃比操作而 其他的汽缸以化学计量空燃比搡作以减少使用的燃料从而减少上游氧气储存，例如在 催化剂32和催化剂36中的一个中。
现参考图3，描述了来自222的低温NOx吹扫的附加的细节。如本文所述，在一 种方法中，通过使用过量氧气搡作一些汽缸和使用过量还原剂搡作其他汽缸可以提供 放热。在图3示出的实施例中，在NOx吹扫的至少部分期间两个汽缸可以以稀空燃比 操作而两个汽缸可以以浓空燃比操作，以提供整体浓空燃比排气到LNT 40。具体地， 在31Q,例程基于催化剂温度确定期望的放热量。例如，例程可以确定在250。C下，期望比在300。C下更大的放热。此外，基于储存的NOx的量和/或各种其他的因素可 以调节放热量。接下来，在312,基于期望的放热量，例程调节稀空燃比汽缸组中的 过量氧气的量(例如通过调节空燃比和/或气流)，及稀空燃比搡作的持续期。然后， 在314，若期望的话，在提供期望的放热之后，例程将稀空燃比汽缸组切换到化学计 量空燃比操作和/或浓空燃比搡作，且继续整体浓空燃比吹扫操作。
在图4中进一步描述了该搡作，图4示出示例NOx循环期间两个汽缸组的空燃比。 具体地，图4在上面的图表中示出图1的汽缸组52,及在下面的图表中示出图1的 汽缸组50。在tl开始低温NOx吹扫，及从稀空燃比的两个汽缸的切换。具体地，在 汽缸组52中的汽缸从稀空燃比切换到浓空燃比(其中使用本文所述的工况可以调节 浓空燃比)，而在汽缸组50中的汽缸从稀空燃比切换到更稀空燃比，例如1%过量氧 气。注意1°/。仅是可以提供的过量氧气的量的一个示例，且该过量氧气的量可以少于 2%、 3%、 4%、或其他，且提供的过量氧气的量可以随工况如催化剂温度的改变而改变。 此外，虽然该示例示出两个汽缸组的空燃比在不同点之间保持相对恒定，但是这仅是 示例，且可以根据不同的工况调节空燃比、空燃比可以上升(ramp)到期望的值、可 以围绕期望的值摆动等。在持续期410期间，在过量的还原剂和过量的氧气之间的 LNT中产生放热。取决于工况，如在开始吹扫之前的温度可以调节持续期410的长短 以产生更多或更少的热量。替代地或可选择地，还可以调节过量氧气的量以调节产生 的热量、或何时/何地产生放热、和/或放热的分布。例如，由于过量氧气可以是在放 热反应中的限制因素和在tl到t3的持续期内，整体空燃比可以维持在浓空燃比，所
以过量氧气的分布可以控制热量产生的分布。
在t2,产生足够的热量以增加NOx释放和随后的NOx还原，且空燃比再次改变 到化学计量空燃比(或虛线指示的浓空燃比)。然后在t3，结東吹扫并开始另一个 稀空燃比循环(或两个汽缸组的空燃比都返回到化学计量空燃比)。
为示出本文描述的选择的特征的优点，下列附图示出示例测试数据。数据示出包 含5.7% (为涂层重量的百分比)钾和100gpcf (克每立方英尺)铂的0.""长的LNT 在不同的温度下暴露在交替的IO分钟稀空燃比时期和3分钟浓空燃比时期的测试。 注意这些时期选择用于实验室测试目的，并不表示在发动机中实际的操作时间。
图5示出作为床层温度的函数的IO分钟稀空燃比时期内储存的NOx的量。
实线示出在400°C以上的温度下，由于硝酸盐降低的稳定性，随着温度升高储存 的NOx的量降低。在350°C以下的温度下，LNT将NO氧化成卯2的能力是限制储存多 少量的NOx的一个因素。然而，限制在低温下的NOx储存能力的另一个因素涉及吹扫 的有效性。捕集器在低温下可以不完全吹扫，因此一些储存位置保留储存的NOx,因 此在下一个稀空燃比时期不能有助于NOx储存性能。
具有三角形的虛线示出在吹扫操作期间临时加热如何能够改进在较低平均温度 下的NOx储存性能，如在NOx储存和吹扫搡作上的循环平均温度在阔值以下时。具体地，测试LNT加热到450。C且用浓空燃比排气吹扫3分钟。然后捕集器冷却到较低温 度，并评估NOx储存。该过程可以在几个低温下重复。实线和具有三角形的虛线的比 较示出相对于在低温吹扫之后获得的NOx储存性能，在450°C的吹扫之后获得的NOx 储存性能中的改进。
如图所示，LNT更完全的吹扫即使在低温下也允许改进的储存能力和NOx储存效 率。此外，如具有实心圆圈的虛线所示，相对于供应NO时，当供应N02时这些改进的 储存能力和NOx储存效率甚至更高。相对于进气包含500 ppmNO时，当进气包含500 ppmN02时可以实现提高的能力。图6还示出在2()0。C下的NOx储存效率，作为在200°C 吹扫之后在进气中具有NO、在450°C吹扫之后在进气中具有NO、及在450。C吹扫之 后在进气中具有N02的储存的N0x的量的函数。对于确定的储存的NOx的量，相对于 使用NO时，当使用N02时储存效率更高。N02的使用可以改进整体储存能力以及N0x 储存效率。因此，在LNT的上游的起燃催化剂上将在排气中的NO中的一些预氧化成 N02对低温储存性能是有利的。
如本文所述，可以使用各种方法以在LNT上或在LNT的上游产生放热以改进捕集 器在低温下的吹扫。 一种方法包括提供一些氧气和还原剂(H,和CO)。在一个示例中， 供应的02的量少于氧化整体还原剂所耍求的量，以便在吹扫期间整体空燃比保持浓空 燃比。然而，来自氧气和还原剂中的一些的反应的放热可以快速加热LNT表面。如上 所示，因为吹扫的完全性随着温度的上升而上升，在下一个稀空燃比时期，LNT能够 更好地储存NOx。为进一步证明上述内容，评估未使用过的钡/铂/氧化铝LNT在使 用5°化0+1.7%^吹扫之后在大约250。C下的NOx储存能力。在一个测试中，在吹扫期 间排气包括1%02，而同时在另一个测试中在吹扫期间没有02。图7比较在吹扫期间使 用和不使用lM2的排气管N0x、排气管CO、及测量的床层温度。在使用1%02的吹扫 期间用热电偶测量的气体温度上升了大约65°C,而在不使用1%02的吹扫期间的气体 温度仅上升了大约15°C。在吹扫期间CO最大值不会上升与使用1%02时一样髙，因为 CO的一些被02氧化。
为了隔离1%02对吹扫完全性的影响，催化剂温度调节到相对接近于储存期间的温 度。因此，在图6中的30秒吹扫之后在NO打开之前紧跟60秒不使用NO的时期，以 使吹扫期间在LNT中产生的放热散发到排气中。图8示出NOx储存效率作为对于这两 种情况下的稀空燃比储存时期储存的NOx的量的函数。在吹扫期间1°/。02改进储存效率 (y轴)和储存能力(x轴)。因为允许放出的热量散发60秒，改进的储存性能表明 1%02改进吹扫的完全性。在不使用1%02的吹扫之后稀空燃比搡作的第一 60秒期间的 平均NOx储存效率大约为70%,而在使用1°/。02的吹扫之后大约为79%,或储存效率中 的9%的改进。
除了在稀空燃比期间改进储存效率之外，图7表明在吹扫期间使用1%02还可以降 低在吹扫期间从捕集器中释放的NOx的量。这还是因为在吹扫期间产生的高温，这提
11高了贵金属的转化活性。虽然该测试在吹扫期间使用但这仅是示例，如上所述， 基于工况，如温度、发动机转速、负载等可以使用不同的过量氧气的量。
在吹扫期间使用7y。C0+Hz和使用2%02及不使用2%02执行附加的测试，以提高在吹 扫期间的放热。此外，在NO喷射180秒之前在吹扫之后紧跟不使用NO的60秒的等 待时期，以允许在放热吹扫之后具有使LNT冷却的时间。在此使用和不使用2%02的最 大气体放热分别为93。C和15。C。图9将NOx储存效率对NOx储存的量曲线的这些测 试与图7中的测试相比较。在两种情况下都改进了效率对能力曲线。因此，在吹扫的 至少一部分期间通过改变提供的过量的氧气的水平和/或持续期改变产生的放热的量 是有利的。
最后使用500 ppni卯2替换500 ppm NO,重复使用7%C0+H2，使用或不使用2%02 的测试。图IO将使用N02的效率对能力曲线的测试与对应的使用NO的测试相比较。 在两种情况下N02的使用改进了的N0x储存性能。在储存期间，在放热吹扫之后并使 用仰2可以获得最佳的NOx储存性能。
因此，为进一步增强LNT的低温性能，LNT上游的催化剂可以用来将在排气中的 NO中的一些预氧化成NO:,因为储存N(^的效率可以高于储存NO的效率。图5示出在 450。C的完全吹扫之后紧跟捕集器冷却到较低温度，使用NOz比使用NO在200。C和 350。C之间的储存效率更高。如上所述，这是因为在NOx的储存过程中的第一步骤为 将N0氧化成N02。然后仰2与NOx储存材料(例如钡)及附加的氧气反应以形成吸附 的NOx类，如硝酸盐。在较低温度下，LNT的NO氧化能力更有限，特别是在热老化 之后，所以NOx储存效率同样是有限的。因此，通过在上游催化剂将N0氧化成N02, 这在比LNT更高的温度下操作且因此更能够将NO氧化成N02,然后可以改进在捕集器 上的NOx储存效率。
然而，在较低温度下，只有在捕集器已充足吹扫的情况下，N0到N02的预氧化才 能改进整体性能。图ll示出，在较低温度的吹扫之后，由于在这些低温下的不完全 的吹扫，在进气中具有N(M诸存的NOx的量略高于在进气中具有NO储存的NOx的量。 因此，本发明人在此认识到当LNT温度较低时会发生协作效应，其中由在吹扫期间在
捕集器上的放热的产生而产生的改进的吹扫允许捕集器能够更好地使用由在上游催 化剂上的NO到冊2的预氧化产生的N02。
因此，在一个示例中，使用接近于排气歧管安装的紧密耦合的三元催化剂，如在 图l的配置中所述，通过启用一些预氧化可以用来改进低温性能。例如，在稀空燃比 操作期间，上游的、紧密耦合的TWC可以提供HC和CO氧化能力。通过包括至少一些 铂，可以加强在紧密耦合的TWC中的NO氧化成N(h的功能。TWC还可以包括钯和铑以 加强在化学计量空燃比时的HC活性及NOx转化率。NO氧化倾向于随着铂浓度的上升 而上升，因此铂负载可以选择为至少每立方英尺10克(gpcf) 。 TWC还可以包含贱 金属如锰，这些材料可以有助于NO氧化。图12示出替代实施例发动机系统，该发动机系统可以用来利用在低温N0x吹扫 期间使用N02与放热反应获得的协作效应。具体地，如图所示，在TWC 1200、 1202、 及LNT40之间的单独的块1210、 1212可以用来将NO氧化成N02。这将使TWC的起燃 和化学计量性能最优化，同时使NO氧化催化剂最优化以使NO氧化活性最大化。此外， 该NO氧化催化剂1210、 1212可以包含10gpcf或更多的铂，且可选择地包含用于NO 氧化的一些贱金属。此外，氧化催化剂1210、 1212接近于TWC定位能够允许更高温 度环境的有利的使用，这可以改进NO氧化性能。为在吹扫期间在LNT上产生放热， 同时减少NO氧化催化剂的产生，如图12所示，在排气系统的每个汽缸排或排气系统 的每段上可以使用单独的NO氧化催化剂。
应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应 被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。本发明的主题包括在本文中公开的 各种系统和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非易见的组合及子组 合。
本发明的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权 利要求可能引用"一个"元素或"第一"元素或其等价。这样的权利要求应被理解为 包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的 元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权 利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权 利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括 在本发明的主题之内。
权利要求
1. 一种控制在排气中具有稀NOx捕集器的发动机的方法，所述方法包括 在第一温度下的第一模式期间，在稀空燃比工况下储存NOx，然后在浓空燃比工况下从所述NOx捕集器吹扫储存的N0x,且在所述吹扫期间不同时供应氧气到所述捕 集器；及在第二、较低温度下的第二模式期间，在稀空燃比工况下储存NOx,然后从所述 NOx捕集器吹扫储存的N0x，其中在所述吹扫期间通过供应整体为浓的空燃比混合物 供应氧气和还原剂到所述捕集器产生放热反应以临时升高所述捕集器的温度。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述第二温度在200。C和300。C之间。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以稀空燃比搡作第一汽缸组及 以浓空燃比操作第二汽缸组产生所述放热反应。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调节所述稀空燃比汽缸组搡作 的持续期调节所述放热反应。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调节所述稀空燃比汽缸组操作 的稀空燃比调节所述放热反应。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一模式的所述吹扫期间所 述第一汽缸组和第二汽缸组以浓空燃比搡作。
7. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一模式的所述吹扫的至少 一部分期间所述第一汽缸组和第二汽缸组中的一个以化学计量空燃比搡作。
8. —种控制发动机操作的方法，所述发动机具有连接在发动机排气中的排放控 制装置，所述方法包括在当所述排放控制装置的温度大于阈值时的第一模式期间，通过以下方法的至少 一个吹扫储存的NOx:在所述吹扫的至少一部分期间以浓空燃比搡作第一汽缸组和第二汽缸组；及 在所述吹扫的至少一部分期间以化学计量空燃比操作所述第一汽缸组并以浓空燃比搡作所述第二汽缸组；及在当所述排放控制装置的温度小于阈值时的第二模式期间，以稀空燃比操作所述 汽缸组中的至少一个并以浓空燃比操作另一个汽缸组，其中在所述吹扫的至少一部分 期间，至少所述汽缸组的混合物为比化学计量空燃比浓。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述稀空燃比汽缸组以少于3%的过 量氧气操作，且基于NOx捕集器劣化所述温度阈值改变。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述温度为所述NOx捕集器的温度。
11. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述温度是在NOx储存和吹扫操 作两者上的循环平均温度。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，在所述第二模式期间，基于所述 温度调节所述稀空燃比操作以改变提供的过量氧气的持续期和水平。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述持续期之后，结東所述稀 空燃比搡作。
14. 一种用于发动机的系统，包括 所述发动机的第一排汽缸； 所述发动机的第二排汽缸；连接到所述第一排汽缸的第一催化剂； 连接到所述第二排汽缸的第二催化剂；连接到所述第一催化剂和第二催化剂下游的N0x捕集器；及 控制器配置为在所述NOx捕集器的第一温度下的第一模式期间从以比化学计量空燃比稀的空燃比操作所述第一排汽缸和第二排汽缸切换 到以浓空燃比操作所述第一排汽缸和第二排汽缸两者以吹扫储存的N0x;及 在所述NOx捕集器的比所述第一温度低的第二温度下的第二模式期间从以稀空燃比操作所述第一排汽缸和第二排汽缸两者切换到以比化学计量 空燃比浓的空燃比搡作所述第一排汽缸及以略微比化学计量空燃比稀的空燃比搡作 所述第二排汽缸持续第一持续期，其中整体空燃比为浓空燃比，然后在所述第一持续期之后以化学计量空燃比或浓空燃比操作所述第二排汽缸持续第二持续期，其中随着 所述N0x捕集器的温度调节所述第一持续期的长短。
15. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一催化剂和第二催化剂是 紧密耦合的三元催化剂。
16. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一催化剂和第二催化剂包 括氧化催化剂以在稀空燃比搡作期间使NO预氧化到N02。
17. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一温度在300°C以上。
18. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二温度在300°C以下。
19. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述整体浓空燃比在7%和30%浓 空燃比之间。
全文摘要
本发明涉及低温排放控制，描述了一种控制在排气中具有稀NOx捕集器的方法。该方法包括在第一温度下的第一模式期间，在稀空燃比工况下储存NOx，然后在浓空燃比工况下从NOx捕集器吹扫储存的NOx，且在吹扫期间不同时供应氧气到捕集器；及在第二较低温度下的第二模式期间，在稀空燃比工况下储存NOx，然后从NOx捕集器吹扫储存的NOx，其中在吹扫期间通过以整体浓空燃比混合物供应氧气和还原剂到捕集器产生放热反应以临时升高捕集器的温度。
文档编号F01N3/08GK101311503SQ20081010854
公开日2008年11月26日 申请日期2008年5月21日 优先权日2007年5月21日
发明者夏恩·埃尔沃特, 戈皮昌德拉·苏尼拉, 约瑟夫·罗伯特·泰斯, 詹森·亚伦·卢佩斯库 申请人:福特环球技术公司