專利名稱：控制貧no的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及車輛排氣控制的系統(tǒng)和方法，具體而言涉及使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛排氣。
背景技術(shù)：
一直在開發(fā)貧NOx阱(LMT)催化劑，也稱為NOx吸收劑，以使貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足全球排放標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。盡管這些催化劑展現(xiàn)出希望，它們也存在許多工程上的難題。例如，LNT催化劑在目前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的典型低操作溫度下性能較劣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)LNT催化劑在低溫條件下對(duì)NOx的降低不足以提供這類車輛的嚴(yán)格排氣標(biāo)準(zhǔn)所需的排氣控制。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明致力于一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法。當(dāng)催化劑的溫度處于預(yù)定的低溫范圍內(nèi)時(shí)，使該催化劑存儲(chǔ)NOx直到該催化劑基本飽和。該基本飽和的催化劑被加熱到超過該低溫范圍的溫度。該方法也包括當(dāng)催化劑被加熱到最佳的溫度范圍時(shí)再生該催化劑。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明致力于一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法。測(cè)定催化劑的溫度是否位于預(yù)定的低溫范圍，以及測(cè)定催化劑是否在吸收NOx?；谠摐y(cè)定步驟，將該催化劑加熱到高于該溫度范圍以調(diào)整催化劑用于清潔。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛排氣的方法。測(cè)定催化劑的溫度是否位于預(yù)定的低溫范圍，以及測(cè)定催化劑是否在儲(chǔ)存NOx?；谏鲜鰷y(cè)定步驟，將該催化劑加熱到高于預(yù)定的低溫范圍的溫度以調(diào)整催化劑用于去除NOx。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，一個(gè)車輛排氣控制系統(tǒng)包括從車輛發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣流中吸收NOx的LNT催化劑。一個(gè)車輛控制模塊控制LNT催化劑的加熱。當(dāng)催化劑的溫度在預(yù)定的低溫范圍內(nèi)時(shí)，該控制模塊使催化劑儲(chǔ)存NOx直到催化劑基本飽和。該控制模塊加熱基本飽和的催化劑到超過該預(yù)定低溫范圍的溫度，并從加熱的催化劑中降低儲(chǔ)存的NOx。
本發(fā)明應(yīng)用的其它方面將從以下提供的詳細(xì)描述中變得明顯。應(yīng)當(dāng)被理解詳細(xì)描述和具體實(shí)施例盡管示出了本發(fā)明示例性的實(shí)施方式，但僅用于解釋說明的目的，而不想限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明從詳細(xì)的說明和附圖中得到更基本的理解，其中圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式包含排氣控制系統(tǒng)的車輛結(jié)構(gòu)圖；和圖2是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛排氣的方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明各種實(shí)施方式的以下描述其本質(zhì)上僅僅用于舉例，決不用于限定本發(fā)明、其應(yīng)用及其使用。為清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的元件。在此使用的術(shù)語“模塊”和/或“裝置”表示一種特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或群的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或其它提供所述功能的適當(dāng)組件。盡管在此參照一個(gè)或多個(gè)帶柴油機(jī)的車輛來描述本發(fā)明的實(shí)施方式，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還能與由汽油和/或其它類型燃料驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)連用。
通常地，本發(fā)明的各種實(shí)施方式致力于使用LNT催化劑進(jìn)行車輛排氣控制。典型的LNT催化劑提供多個(gè)車輛廢氣流過的通道。例如，這些通道的表面浸漬有鋇鹽和鉑或其它貴金屬。在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)貧操作期間，催化劑從車輛廢氣中吸收氮氧化物(NOx)。氮氧化物(通常是NO和NO2)儲(chǔ)存在催化劑的表面上。將催化劑周期性地暴露在富燃料環(huán)境中，在此期間催化劑得到再生，即儲(chǔ)存的NOx減少。特別地，在廢氣流中的熱量、一氧化碳和烴類存在下氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?、二氧化碳和水?br> LNT催化劑在低于它們能夠有效減少儲(chǔ)存的NOx的溫度下能夠有效地儲(chǔ)存NOx。在低溫下，例如低于約300℃的溫度下，LNT催化劑能夠儲(chǔ)存NOx有限的時(shí)間，也就是說直到充滿NOx。在背景技術(shù)的構(gòu)造中，在催化劑被NOx飽和之后，在低溫下催化劑的性能通常降低。
一般地，在本發(fā)明不同的實(shí)施方式中，將LNT催化劑加熱以升溫到適合促進(jìn)催化劑性能的催化劑溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)催化劑的溫度在一個(gè)預(yù)定的低溫范圍時(shí)，使催化劑儲(chǔ)存NOx直到催化劑飽和。將飽和的催化劑加熱到超過該低溫范圍的溫度，加熱的催化劑經(jīng)歷再生。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，附圖標(biāo)記20表示依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式包含排氣控制系統(tǒng)的車輛。燃料從燃料泵26通過多個(gè)燃料噴射器32傳送入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)22?？諝馔ㄟ^進(jìn)氣系統(tǒng)34傳送入發(fā)動(dòng)機(jī)22。
控制模塊42與感應(yīng)油門踏板40位置的油門踏板傳感器66相連接。傳感器66將表示踏板位置的信號(hào)傳遞給控制模塊42?？刂颇K42將該踏板位置信號(hào)用于燃料泵26和燃料噴射器32的控制操作中。
催化劑轉(zhuǎn)換器68通過排氣集管70接收發(fā)動(dòng)機(jī)22的排氣。排氣傳感器72感應(yīng)集管70內(nèi)的排氣，向控制模塊42發(fā)送指示例如排氣是貧或富的信號(hào)。催化劑轉(zhuǎn)換器68包括罐74，在第一段78內(nèi)具有柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)，在第二段82內(nèi)具有貧NOx阱(LNT)。第二罐86包括LNT催化劑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)22運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣從排氣集管70流過罐74和86。下面描述的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，罐74和86內(nèi)LNT催化劑的表面儲(chǔ)存，即吸收流過罐的廢氣中的氮氧化物(NOx)。溫度傳感器90感應(yīng)催化劑轉(zhuǎn)換器68內(nèi)的溫度，并向控制模塊42傳遞代表溫度的信號(hào)。NOx傳感器94感應(yīng)和傳遞代表罐86中NOx濃度的信號(hào)。
圖2是使用罐74和86控制車輛尾氣的方法的一種實(shí)施方式的流程圖，總體上用附圖標(biāo)記100表示。方法100可以通過控制模塊42來實(shí)施。在步驟108中，控制模塊42用溫度傳感器90的輸入來判斷罐74和/或86中LNT催化劑的溫度是否在預(yù)定的低溫范圍內(nèi)。在該實(shí)施方式中，該低溫范圍例如在175℃到300℃之間。該低溫范圍取決于很多因素，包括但不限于LNT催化劑的組成和濃度、罐74和86的尺寸和/或燃料的組成。需要注意催化劑的溫度可以用其它或額外的方法并且在其它或額外的位置來確定，例如使用溫度傳感器來代替?zhèn)鞲衅?0，或在傳感器90之外增加溫度傳感器。還應(yīng)當(dāng)注意盡管罐74和86內(nèi)的LNT催化劑此處作為單一催化劑，但是罐74中的LNT催化劑不同于罐86中的LNT催化劑也是可以預(yù)見的。
再次參照?qǐng)D2，如果在步驟108中確定LNT催化劑的溫度不在預(yù)定低溫范圍內(nèi)，那么在步驟116中方法100就結(jié)束。如果LNT催化劑在低溫范圍內(nèi)，那么在步驟120中，在控制模塊42的一個(gè)存儲(chǔ)器(未示出)中控制模塊42就會(huì)增加一個(gè)變量“儲(chǔ)存的NOx”用來表示當(dāng)前儲(chǔ)存在LNT催化劑中的NOx總量。在一個(gè)不包含NOx傳感器的車輛中，變量“儲(chǔ)存的NOx”可以用于監(jiān)控LNT催化劑中的NOx濃度。在這樣的一種構(gòu)造中，在步驟120中NOx的濃度水平可以基于流向發(fā)動(dòng)機(jī)22的空氣的立方流速、LNT催化劑被NOx飽和的估算時(shí)間、步驟120的迭代之間的時(shí)間來進(jìn)行估算。在車輛20中，排氣通過NOx傳感器94感應(yīng)?？刂颇K42利用NOx傳感器信號(hào)來確定NOx的當(dāng)前水平并儲(chǔ)存以變量“儲(chǔ)存的NOx”指示的當(dāng)前水平的數(shù)據(jù)。
在步驟128中，控制模塊42確定儲(chǔ)存在LNT催化劑中的NOx的當(dāng)前水平是否超出了表示LNT催化劑已經(jīng)被NOx基本飽和的預(yù)定范圍。這樣的范圍可以用各種方法指示，例如取決于NOx傳感器相對(duì)于催化劑轉(zhuǎn)換器68的的位置。在示例性的車輛20中，當(dāng)感應(yīng)到0.1g/L的NOx濃度時(shí)，罐68中的LNT催化劑接近或處于飽和狀態(tài)。術(shù)語“基本飽和”因此用來表示與完全飽和可能的偏差程度，不會(huì)對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的基本操作帶來變化。
如果在步驟128中確定LNT催化劑還沒有達(dá)到飽和，控制返回步驟108。如果在步驟128中確定LNT催化劑已經(jīng)達(dá)到飽和，那么在步驟136中將LNT催化劑加熱達(dá)到促進(jìn)催化劑再生的預(yù)定溫度范圍，例如在300℃到350℃之間、在325℃到375℃之間或使用其它適當(dāng)?shù)姆秶?。加熱催化劑時(shí)，控制模塊42控制通過燃料泵26和噴射器32送入發(fā)動(dòng)機(jī)22的空氣/燃料比。特別地，控制模塊42造成燃料濃度增大，由此增加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和LNT催化劑中的熱量。在其它車輛構(gòu)造中可以用其它方式進(jìn)行加熱，例如采用從外部施加于催化劑轉(zhuǎn)換器68或車輛燃料系統(tǒng)的其它部分的能量源。另外或可選擇地，燃料可以在另外的位置噴入，例如噴入排氣集管70中以在罐74和86的一個(gè)或兩個(gè)中燃燒。
在步驟140，控制模塊42確定LNT催化劑的溫度是否達(dá)到前述的再生溫度范圍，例如超過300℃。如果LNT催化劑沒有達(dá)到300℃，控制返回步驟136。如果催化劑達(dá)到了300℃，在步驟144中控制模塊開始LNT催化劑的再生(也被稱作清洗)。控制模塊42使送入發(fā)動(dòng)機(jī)22中的燃料濃度增大，并脈沖噴入以降低儲(chǔ)存在罐74和86中的NOx。
在步驟148中，控制模塊42用表示從LNT催化劑中去除的NOx的量來消減變量“儲(chǔ)存的NOx”。在車輛20中，控制模塊42利用來自NOx傳感器94的信號(hào)來確定LNT催化劑中NOx的當(dāng)前水平。在另一個(gè)構(gòu)造中，在步驟148中基于流向發(fā)動(dòng)機(jī)22的空氣的立方流速、LNT催化劑再生周期的估算時(shí)間、步驟148的迭代之間的時(shí)間來估算NOx的減少水平。
在步驟152中，控制模塊42確定在LNT催化劑中儲(chǔ)存的NOx的量是否減少到或低于指示LNT催化劑基本再生的范圍，例如0.01g/L。術(shù)語“基本再生”用來表示與完全再生可能的偏差程度，不會(huì)對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的基本操作帶來變化。如果在步驟152中確定LNT催化劑中的NOx濃度還沒有達(dá)到該范圍，控制返回步驟136。如果在步驟152中確定LNT催化劑已經(jīng)得到清潔，那么在步驟156中就不再加熱LNT催化劑。方法100在步驟160結(jié)束。
使用前述方法和系統(tǒng)能夠在促進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)的同時(shí)提高LNT催化劑在低溫下的性能。前述方法和系統(tǒng)能夠使得催化劑只在需要確保適當(dāng)催化劑性能的時(shí)候被加熱。由于催化劑的過度加熱會(huì)導(dǎo)致車輛燃料經(jīng)濟(jì)的大量損失，選擇性加熱對(duì)于維持有利的燃料消耗特征會(huì)很重要。在提高LNT催化劑的排氣控制潛能的同時(shí)，能夠保持汽車燃料效率，特別是對(duì)于低溫操作下的車輛，例如帶有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。
現(xiàn)在本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠從前述描述中理解本發(fā)明的主要教導(dǎo)能夠以多種形式實(shí)施。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合其具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的實(shí)際范圍應(yīng)當(dāng)不局限于此，因?yàn)槠渌母淖儗?duì)于技術(shù)人員在對(duì)附圖、說明書和權(quán)利要求書研究的基礎(chǔ)上將變得顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法，包括以下步驟當(dāng)催化劑的溫度在一個(gè)預(yù)定的低溫范圍內(nèi)時(shí)，使該催化劑儲(chǔ)存NOx直到該催化劑基本飽和；加熱該基本飽和的催化劑到超過該低溫范圍的溫度；再生該加熱的催化劑。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其中所述再生該加熱的催化劑的步驟包括維持催化劑的溫度在低溫范圍之上直到催化劑基本再生。
3.依照權(quán)利要求1的方法，其中所述加熱和再生步驟包括在富空氣-燃料比的條件下操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)定的低溫范圍包括在175℃到300℃之間。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的加熱該基本飽和催化劑的步驟包括加熱該催化劑到325℃與375℃之間。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中使所述催化劑儲(chǔ)存NOx直到該催化劑基本飽和的步驟包括確定催化劑內(nèi)儲(chǔ)存的NOx是否超過了預(yù)定的濃度。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的再生該加熱催化劑的步驟包括確定催化劑內(nèi)儲(chǔ)存的NOx是否低于預(yù)定的濃度。
8.一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法，所述方法包括以下步驟確定催化劑的溫度是否處于預(yù)定的低溫范圍內(nèi)和催化劑是否在吸收NOx；和基于上述的確定步驟，加熱該催化劑到高于所述溫度范圍以調(diào)整催化劑用于清潔。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中重復(fù)所述的加熱步驟直到該催化劑被基本清潔。
10.如權(quán)利要求8的方法，其中所述的加熱該催化劑的步驟包括在富空氣-燃料比的條件下操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
11.如權(quán)利要求8的方法，其中預(yù)定的低溫范圍包括在175℃到300℃之間。
12.如權(quán)利要求8的方法，其中所述的確定該催化劑是否在吸收NOx的步驟包括確定催化劑內(nèi)儲(chǔ)存的NOx是否超過了預(yù)定的濃度。
13.一種使用貧NOx阱(LNT)催化劑來控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法，所述方法包括以下步驟確定催化劑的溫度是否處于預(yù)定的低溫范圍內(nèi)和催化劑是否在儲(chǔ)存NOx；基于上述的確定步驟，加熱該催化劑到高于預(yù)定低溫范圍的溫度以調(diào)整催化劑用于去除NOx。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中預(yù)定的低溫范圍包括在175℃到300℃之間。
15.如權(quán)利要求13的方法進(jìn)一步包括再生經(jīng)調(diào)整的催化劑的步驟。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述的再生經(jīng)調(diào)整的催化劑的步驟包括在富空氣-燃料比的條件下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。
17.如權(quán)利要求15的方法，其中所述的再生經(jīng)調(diào)整的催化劑的步驟包括確定催化劑內(nèi)儲(chǔ)存的NOx是否低于預(yù)定的濃度。
18.一種車輛排氣控制系統(tǒng)，包括從車輛發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣流中吸收NOx的LNT催化劑；和控制加熱LNT催化劑的車輛控制模塊；其中所述控制模塊當(dāng)所述催化劑的溫度在預(yù)定的低溫范圍內(nèi)時(shí)，使所述催化劑儲(chǔ)存NOx直到所述催化劑基本飽和；加熱所述基本飽和的催化劑到超過該預(yù)定的低溫范圍的溫度；和從加熱的催化劑中減少儲(chǔ)存的NOx。
19.如權(quán)利要求18所述的排氣控制系統(tǒng)，其中所述的控制模塊控制送入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣-燃料比，并且其中所述的控制模塊改變?cè)摽諝?燃料比，以實(shí)現(xiàn)加熱該基本飽和的催化劑和減少儲(chǔ)存的NOx中至少之一。
20.如權(quán)利要求18所述的排氣控制系統(tǒng)，其中所述的控制模塊去除儲(chǔ)存的NOx直到所述的催化劑基本再生。
全文摘要
一種使用貧NO
文檔編號(hào)B01D53/94GK1817414SQ20061000898
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月9日
發(fā)明者D·B·布朗, M·J·小帕拉托爾 申請(qǐng)人:通用汽車公司