專利名稱：修正吸附器再生的觸發(fā)水平的方法
修正吸附器再生的觸發(fā)水平的方法 相關(guān)申請的交叉引用
本申請主張申請日為2004年6月8日題為METHOD FOR MODIFYING TRIGGER LEVEL FOR ADSORBER REGENERATION的美國臨時專牙'j申請 No. 60/578， 015的權(quán)益。該臨時專利申請通過參考在此引入。
有關(guān)聯(lián)邦政府贊助研究或開發(fā)的聲明
美國政府依據(jù)美國能源部授予的合同No. DE-FC05-97OR22533而 享有本發(fā)明的特定權(quán)利。
背景
本發(fā)明通常涉及氮氧化合物(N0X)吸附器催化劑的再生。更具 體地，本發(fā)明涉及通過基于內(nèi)燃機工作狀況而調(diào)整再生觸發(fā)變量，由 此控制NO,吸附器再生周期頻率的方法。
對于環(huán)境的關(guān)注導(dǎo)致政府部門對內(nèi)燃機排放進行越來越嚴格的 規(guī)定。為了滿足政府規(guī)定，減小內(nèi)燃機尾氣排放中的NO,變得越來越 重要。政府規(guī)定將變得更嚴格的趨勢將進一步繼續(xù)，這是大家廣泛的 共識。
傳統(tǒng)的氣缸內(nèi)排放降低技術(shù)例如廢氣再循環(huán)和噴油速率調(diào)節(jié) (injection rate shaping)本身無法獲得期望的低排放水平?？茖W 家和工程師意識到必須采用后處理技術(shù)，并必須進一步研發(fā)后處理技 術(shù)以滿足柴油機將來的低排放要求。使用催化技術(shù)可以消除機動車輛 中的N0X，其中該催化技術(shù)使用還原劑如下方程所示將NO,物質(zhì)轉(zhuǎn)換 為雙原子氮氣(N2):
+還原劑 ti'，IJ > tV2 + //20 + C(92
使用NOx吸附器催化劑除去NOx要求向催化劑提供碳氫化合物還 原劑以轉(zhuǎn)換NO"通常，使用車栽燃料(例如柴油燃料)作為還原劑。 將燃料注入廢氣流中，在催化劑上與NOx反應(yīng)。
因此需要用于內(nèi)燃機的排放控制系統(tǒng)的進一 步的技術(shù)改進。本發(fā) 明旨在滿足這一需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供了一種方法，包括操作包括后處理系統(tǒng)的內(nèi) 燃機，該后處理系統(tǒng)具有N0x吸附器催化劑，該內(nèi)燃機包括用于觸發(fā)該 NOx吸附器催化劑再生的內(nèi)燃機工作狀況閾值數(shù)值；確定該N0x吸附器催 化劑的變化；以及基于所述確定動作而調(diào)整該內(nèi)燃機工作狀況閾值數(shù)值， 以觸發(fā)該NOx吸附器催化劑的再生。
本發(fā)明另一方面提供了一種方法，包括操作包括后處理系統(tǒng)的 柴油機，該后處理系統(tǒng)具有N0,吸附器催化劑；基于燃料消耗閾值數(shù)值 觸發(fā)NO,吸附器催化劑再生周期；確定在經(jīng)過多個該NO,吸附器催化劑再 生周期之后該N0x吸附器催化劑效率的減??；以及響應(yīng)于所述確定動作 修正該燃料消耗閾值數(shù)值。
本發(fā)明又一方面提供了一種系統(tǒng)，包括消耗燃料并產(chǎn)生廢氣的 柴油機；N0x吸附器，與該廢氣流體連通，用于吸附至少部分該廢氣；第 一數(shù)值，用于觸發(fā)所述NOx吸附器的第一再生周期；控制系統(tǒng)，用于確 定所述N0X吸附器的吸附效率的降低并輸出第二數(shù)值，該第二數(shù)值與所 述N0X吸附器的吸附效率的降低相對應(yīng)；以及控制器，基于所述第一數(shù) 值和所述第二數(shù)值計算第三數(shù)值，所述第三數(shù)值觸發(fā)所述N0,吸附器的 第二再生周期，其中在每個所述再生周期內(nèi)，還原劑被傳送到所述NO, 吸附器。
本發(fā)明再一方面提供了一種方法，包括操作包括內(nèi)燃機的車輛， 該內(nèi)燃機包括具有吸附器催化劑的后處理系統(tǒng)；確定該內(nèi)燃機負載是否 大于第一閾值；確定該內(nèi)燃機是否參與攻擊性駕駛(aggressive driving)情形；以及只有當該內(nèi)燃機不參與攻擊性駕駛情形且負載不 大于所述第一閾值時，再生該吸附器催化劑。


圖1為揭示了本發(fā)明一個實施方案的算法的流程圖。
圖2為包括本發(fā)明另一個實施方案的系統(tǒng)的示意性圖示。
圖3為示出了控制圖2所示系統(tǒng)的算法的一個實施方案的流程圖。
圖4為包括本發(fā)明另一個實施方案的系統(tǒng)的示意性圖示。
圖5為示出了控制圖4所示系統(tǒng)的算法的一個實施方案的流程
4圖。
圖6為示出了當內(nèi)燃機工作狀況非期望時防止再生的算法的一 個實施方案流程圖。
發(fā)明詳述
為了促進對本發(fā)明原理的理解，將參考附圖所示實施方案并使用 具體語言描述這些實施方案。然而將會理解，本發(fā)明的范圍并不因此 受到限制，且本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員通常將會想到所示裝置的變更 和調(diào)整以及此處所述本發(fā)明原理的另外應(yīng)用。
本申請意識到通過周期性注入還原劑再生N 0 x吸附器催化劑的更 復(fù)雜問題之一為催化劑的吸附效率隨時間退化。當這種情況發(fā)生時，
每個再生周期之后，#:吸附的N0,的數(shù)量減少。注入計時和注入的還
原劑數(shù)量很快將不會恰當?shù)刈粉櫸皆诖呋瘎┥系腘0x的數(shù)量。無法 恰當追蹤NOx吸附器催化劑的再生需要，這導(dǎo)致了由于NO,吸附器無 法吸附而使NO,排放增加。此外，由于 當還原劑在不需要時被釋放， 因此浪費了還原劑。本申請?zhí)峁┝水敶呋瘎┩嘶瘯r維持系統(tǒng)性能的方 法。
參考圖1，示出了通常描述本發(fā)明一種方法的算法10。觸發(fā)修正 算法10開始于區(qū)塊11，該區(qū)塊確定內(nèi)燃機工作狀況。本發(fā)明優(yōu)選地 利用被消耗的燃料數(shù)量作為內(nèi)燃機工作狀況。然而，可以使用其他內(nèi) 燃機工作狀況，包括內(nèi)燃機周期數(shù)目或內(nèi)燃機空氣質(zhì)量流量。在區(qū)塊
滿足再生觸發(fā)數(shù)i，則該算^法返回到在區(qū)塊ll中確定內(nèi)燃機工作狀
況。如杲內(nèi)燃機工作狀況已經(jīng)達到再生觸發(fā)數(shù)值，則在區(qū)塊13指示 吸附器的再生。
在吸附器再生之后，在區(qū)塊14確定吸附器效率的退化。通過使 用包括存儲于控制器內(nèi)的退化方案的開環(huán)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表，或者使用一對 傳感器以提供對吸附器狀況的閉環(huán)評估，由此可以確定吸附器效率的 退化。在本發(fā)明的一種形式中，該對傳感器為氧氣傳感器，然而在另 一個形式中，該對傳感器為N0,傳感器。NOx傳感器著眼于直接測量 N0X。在區(qū)塊15,將該吸附器效率與最小閾值數(shù)值比較。如果滿足該 最小閾值數(shù)值，則該算法結(jié)束。如果不滿足，則該算法繼續(xù)進行到區(qū)說明書第4/8頁
括入口 31和出口 32。從還原劑供給源25施加還原劑， 并將還原劑通過注入器26注入到廢氣管24內(nèi)。在優(yōu)選形式中，還原 劑源為燃料源21,該還原劑源與注入器26流動連通。在本發(fā)明另一 個形式中，由內(nèi)燃機燃料注入系統(tǒng)將還原劑直接傳送到氣缸內(nèi)。另外， 本申請考慮使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法將還原劑提供到NOx吸附 器23的入口 31。
入口氧氣傳感器27測量入口 31廢氣的氧氣含量，出口氧氣傳感 器28測量出口 32廢氣的氧氣含量?？刂破?9從燃料源21接收與內(nèi) 燃機20所消耗的燃料數(shù)量相對應(yīng)的輸入。從燃料源21到控制器29 的信號被用于確定被消耗的燃料數(shù)量。在本申請的一個形式中，計算 所消耗的燃料數(shù)量。優(yōu)選地但是并不限制本申請，所消耗的燃料數(shù)量 為離散數(shù)值的總和。此外，第一氧氣傳感器27和第二氧氣傳感器28 的輸出被輸入到控制器29?？刂破?9隨后確定供給還原劑的時間以 及通過注入器26供給到NO,吸附器入口 31的還原劑數(shù)量?？刂破?9 隨后發(fā)送輸出信號到還原劑供給源25。盡管已經(jīng)參照兩個氧氣傳感 器描述了本申請，但是還可以考慮利用來自一對NOx傳感器的輸出。
還原劑供給源25可進一步包括泵，從而向注入器26提供壓縮數(shù) 量的還原劑。在一個形式中，該系統(tǒng)包括輔助的泵以壓縮還原劑。如 前在本發(fā)明另一個形式中所述，通過內(nèi)燃機燃料注入系統(tǒng)將還原劑傳 送到氣缸內(nèi)。該還原劑供給源可以是燃料源21，該燃料源21置成與 注入器26流體連通。另外，此處可考慮使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的 其他方法將還原劑供給到NO,吸附器。如果來自第一氧氣傳感器27 和第二氧氣傳感器28的輸入表明吸附器的效率已經(jīng)降低到最小水平以下，則將輸出信號發(fā)送到顯示器30以表明催化劑已經(jīng)失靈。失靈 會導(dǎo)致進一步的活動，例如脫硫事件或者替換催化劑。
參考圖3，示出了用于控制圖2所示系統(tǒng)的觸發(fā)器修正算法34 的一個實施方案。算法34開始于區(qū)塊35，確定內(nèi)燃機目前的燃料消 耗。在圖3中使用符號F。表示內(nèi)燃機目前的燃料消耗數(shù)值。區(qū)塊36 隨后確定是否已經(jīng)執(zhí)行了至少一個再生周期。在圖3中使用符號b表 示再生周期的數(shù)目。如果未執(zhí)行至少一個再生周期，則該算法進行到 區(qū)塊37。在區(qū)塊37,將目前的燃料消耗數(shù)值與再生觸發(fā)燃料消耗數(shù) 值比較。在圖3中使用符號Ft表示再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值。如果燃料 消耗數(shù)值大于或者等于再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值，則在區(qū)塊38表明吸 附器再生。如果目前的燃料消耗數(shù)值小于再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值，則 控制系統(tǒng)返回確定新的目前燃料消耗數(shù)值。
在區(qū)塊38再生N0,吸附器23之后，來自第一氧氣傳感器27和 第二氧氣傳感器28的輸入允許控制器確定傳感器上的第一特性。在 本發(fā)明的一個形式中，第一特性為延遲時間，然而此處還可以考慮其 他特性。這在區(qū)塊39中使用符號Dn表示。算法隨后進行到區(qū)塊40， 決定是否實際延遲時間小于或者等于使用符號D。表示的最小延遲時 間闊值數(shù)值。如果實際延遲時間小于或者等于該最小延遲時間閾值數(shù) 值，則如區(qū)塊41所示開始脫硫事件。在區(qū)塊41脫辟u事件之后，該算 法隨后進行到區(qū)塊42,并再次確定氧氣傳感器上的實際延遲時間。 在區(qū)塊43，該算法確定氧氣傳感器上的實際延遲時間是否仍然小于 或者等于最小延遲時間閾值數(shù)值。如果上述判斷結(jié)果為真，則在區(qū)塊 44表明催化劑失靈/失效信號。在產(chǎn)生失效信號之后，該算法結(jié)束。
相反，如果在區(qū)塊40或43確定傳感器上的延遲大于最小延遲時 間闊值數(shù)值DO,則該算法進行到區(qū)塊45以計算百分比差值。通過先 將預(yù)定基數(shù)的延遲時間減去實際延遲時間，隨后將該差值除以該預(yù)定 基數(shù)的延遲時間，由此計算該百分比差值。隨后將該數(shù)值乘以100以 確定該百分比差值。該預(yù)定基數(shù)的延遲時間對應(yīng)于新鮮NOx吸附器上 的延遲時間。在區(qū)塊46，該算法隨后計算修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值。 使用符號Fide"表示該修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值。Fw"為比例常數(shù)ai、 再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值Ft和該百分比差值的函數(shù)。通過經(jīng)驗推導(dǎo)各類 型內(nèi)燃機和各種具體吸附器的比例常數(shù)alD
7在區(qū)塊46計算Fids"之后，算法返回到區(qū)塊35，并再次確定目 前的燃料消耗。因為已經(jīng)發(fā)生了一個再生周期，因此現(xiàn)在再生周期數(shù) 目至少為l。因此，該算法進行到區(qū)塊47，其中立即與目前的燃料消 耗比較以確定是否大于或者等于修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值。這在區(qū)塊 47描述成Fn大于或者等于Fideal。如果該比較結(jié)果為真，則表明吸附 器再生，且該算法進行到區(qū)塊38。如果該比較結(jié)果不是真，則該算 法返回且在區(qū)塊35再次確定燃料消耗數(shù)值。
參考圖4，示出了本發(fā)明另一個實施方案的示意圖。讀者將會注 意到，使用相同特征數(shù)字描述前述的特征。如前所述，還原劑也可以 直接傳送到氣缸內(nèi)。內(nèi)燃機20產(chǎn)生包含例如N0x污染物的廢氣，該 廢氣從內(nèi)燃機出口 22排出并穿過NO,吸附器23。還原劑供給源25提 供將被注入廢氣管24的還原劑，以幫助再生N0x吸附器23內(nèi)的N0x 吸附器催化劑。
控制器56包括根據(jù)經(jīng)驗確定的常數(shù)表以基于已經(jīng)執(zhí)行的再生周 期數(shù)目修正預(yù)定燃料觸發(fā)數(shù)值。 一旦控制器確定再生周期被指示，輸 出信號被發(fā)送到還原劑供給源25，從而通過使用注入器26將還原劑 注入到廢氣管路24。如前所述，還原劑供給源可以是燃料源21,該 燃料源21將置成與注入器26流體連通。如果控制器56確定所執(zhí)行 的再生周期的數(shù)目表明N0x吸附器23的效率可能已經(jīng)降低到小于預(yù) 定的最小閾值，則輸出信號被發(fā)送到顯示器30以指示N0x吸附器23 的失效。
參考圖5,示出了用于控制圖4所示系統(tǒng)的觸發(fā)器修正算法62 的一個實施方案。算法62開始于區(qū)塊63，確定內(nèi)燃機的當前燃料消 耗。使用Fn代表內(nèi)燃機的當前燃料消耗。算法接著進行到區(qū)塊64， 確定是否已經(jīng)執(zhí)行了至少一個再生周期。在圖5中使用b代表再生周 期的數(shù)目。如果尚未執(zhí)行至少一個再生周期，則算法進行到區(qū)塊65， 將目前燃料消耗數(shù)值與再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值比較。在圖5中使用 Ft代表再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值。如果目前燃料消耗數(shù)值滿足再生觸發(fā) 燃料消耗數(shù)值，則在區(qū)塊66指示吸附器再生。如杲該條件不滿足， 則算法返回到區(qū)塊63以確定目前燃料消耗數(shù)值。
在指示并執(zhí)行吸附器再生之后，該算法在區(qū)塊67確定根據(jù)經(jīng)驗 推導(dǎo)的修正常數(shù)。使用a2代表根據(jù)經(jīng)驗推導(dǎo)的修正常數(shù)。從包括修正常數(shù)表的控制器56提供該根據(jù)經(jīng)驗推導(dǎo)的修正常數(shù)。該算法隨后接 著進行到區(qū)塊68，確定修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值。在圖5使用Fideal 代表修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值。Fideal為根據(jù)經(jīng)驗推導(dǎo)的修正常數(shù)a2 和再生觸發(fā)燃料消耗數(shù)值Ft的函數(shù)。在計算該修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù) 值之后，該算法進行到區(qū)塊69，將修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值與最小 燃料觸發(fā)數(shù)值比較。使用Fa代表該最小燃料觸發(fā)數(shù)值。在一個形式中， 該最小燃料觸發(fā)數(shù)值為固定數(shù)值或者從查找表獲得的數(shù)值。在優(yōu)選形 式中，該最小燃料觸發(fā)數(shù)值是基于經(jīng)驗的數(shù)值并構(gòu)成表。
當修正的燃料消耗觸發(fā)數(shù)值小于或者等于最小燃料觸發(fā)數(shù)值F。 時，該算法進行到區(qū)塊70。區(qū)塊70指示開始除硫事件。在發(fā)生該除 硫事件之后，該算法進行到區(qū)塊72，再次執(zhí)行修正的燃料消耗觸發(fā) 數(shù)值與最小燃料觸發(fā)數(shù)值之間的比較。當區(qū)塊72確定修正的燃料消 耗觸發(fā)數(shù)值仍小于最小燃料觸發(fā)數(shù)值F。時，算法進行到區(qū)塊73,發(fā) 送催化劑失效信號至顯示器30。備選地，當區(qū)塊69或72指示Fideal 的數(shù)值大于最小燃料觸發(fā)數(shù)值F。時，該算法返回到區(qū)塊63以確定目
前燃料消耗數(shù)值。
在返回到區(qū)塊64時，再生周期的數(shù)目現(xiàn)在至少為一，該算法進 行到區(qū)塊74。在區(qū)塊74，將目前燃料消耗數(shù)值與修正的燃料消耗觸 發(fā)數(shù)值Fideal比較。如果目前燃料消耗數(shù)值大于或者等于修正的燃料 消耗觸發(fā)數(shù)值，則在區(qū)塊66指示吸附器再生。如果不滿足該條件， 則該算法返回到區(qū)塊63。
盡管上述描述給出了本發(fā)明的一些實施方案，但是這些實施方案 并不被認為是說明本發(fā)明的所有可能實施方案。例如，NO,吸附器催 化劑可包含各種堿金屬和貴金屬，并可包含某些氧氣存儲化學品例如 二氧化鈰。氧氣傳感器可以是化學配比附近的開關(guān)類型、大范圍加熱 氧氣傳感器(HEGO、 WEGO)或者具有氧氣檢測信號的NO,傳感器。可
以構(gòu)想可以檢測空氣燃料比率變化的任何傳感器。
參考圖6，示出了一個算法的一個實施方案，該算法將吸附器再 生延遲直到不期望的工作狀況已經(jīng)過去。不期望的工作狀況可以是例 如內(nèi)燃機負載或攻擊性駕駛動作。在區(qū)塊77，累計監(jiān)測器基于與相 關(guān)物質(zhì)成比例的信號持續(xù)地對質(zhì)量求和，該相關(guān)物質(zhì)優(yōu)選地為燃料消 耗。在一些實施方案中，根據(jù)催化劑退化水平修正該累計數(shù)值。當累計監(jiān)測器到達閾值時，i殳定標記以確定再生是否清除(clearance) 了不期望的內(nèi)燃機工作狀況。為了保證在攻擊性駕駛情形中使燃料效 率最大化，監(jiān)測該內(nèi)燃機負載。只有當內(nèi)燃機負載低于預(yù)定數(shù)值時， 區(qū)塊78發(fā)送清除信號進行再生。此外，在區(qū)塊79，算法核查攻擊性 駕駛情形，且只有當該攻擊性駕駛情形受到抑制時才發(fā)送清除信號進 行再生。區(qū)塊78和79將無限返回，直到其各個條件得到滿足。只有 當區(qū)塊78或79提供清除信號時，區(qū)塊80將隨后開始吸附器再生。
盡管已經(jīng)在圖示和前述描述中詳細示出和描述了本發(fā)明，但是這 些圖示和描述被認為是闡述性質(zhì)而非限制性質(zhì)，應(yīng)當理解，僅僅示出 和描述了優(yōu)選實施方案，且落在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)的所有改變和調(diào) 整都期望得到保護。應(yīng)該理解，上述描述中使用的優(yōu)選的、優(yōu)選地詞 語表示所描述的特征是更為期望的，但是所描述的特征并非必須的， 而且沒有所述特征的實施方案也應(yīng)落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，當使 用"至少一部分"和/或"一部分"的語言時，該項可包括一部分和/
或整項，除非具體地作出相反意思的陳述。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括操作包括內(nèi)燃機的車輛，該內(nèi)燃機包括具有吸附器催化劑的后處理系統(tǒng)；確定該內(nèi)燃機負載是否大于第一閾值；確定該內(nèi)燃機是否參與攻擊性駕駛情形；以及只有當該內(nèi)燃機不參與攻擊性駕駛情形且負載不大于所述第一閾值時，再生該吸附器催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括確定內(nèi)燃機工作狀況是否超過第二閾值；以及其中只有在超過所述第二閾值之后才發(fā)生所述再生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括基于該吸附器內(nèi)催化劑退化的水平而修正該第二閾值。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種方法，包括操作包括內(nèi)燃機的車輛，該內(nèi)燃機包括具有吸附器催化劑的后處理系統(tǒng)；確定該內(nèi)燃機負載是否大于第一閾值；確定該內(nèi)燃機是否參與攻擊性駕駛情形；以及只有當該內(nèi)燃機不參與攻擊性駕駛情形且負載不大于所述第一閾值時，再生該吸附器催化劑。
文檔編號F01N3/20GK101598051SQ20091015984
公開日2009年12月9日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月8日
發(fā)明者M·J·卡寧哈姆, M·J·拉思 申請人:卡明斯公司