CN101737130A - 用于内燃机的排气后处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的排气后处理的方法和设备。一种用于管理来自于以稀化学计量比操作的内燃机的排气供应流的方法和系统包括在NOX吸附器再生期间将排气转向绕过三效催化转换器的步骤和设备，藉此增加NOX吸附器中与所吸附的NOX反应的可用还原剂。

Description

用于内燃机的排气后处理的方法和设备
技术领域
本发明涉及可选择性地以稀化学计量比操作的内燃机的操作和控制以及相关排气后处理系统。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
在稀化学计量比状况下操作内燃机可以改进燃料效率，但是可能增加NOX排放物。在稀化学计量比下操作内燃机的已知后处理系统包括在稀NOX还原催化剂上游的三效催化转换器，也称为稀NOX捕获器(下文称为LNT装置)，其可与其它排气后处理装置协作。已知的三效催化转换器(TWC)用于氧化发动机输出的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，且在化学计量比发动机操作期间还原氮氧化物(NOX)排放物且在稀操作期间氧化HC和CO排放物。
LNT装置在稀的发动机操作期间吸附NOX排放物且优选在大约250℃至450℃温度范围内操作，高于和低于该温度范围时效率降低。已知LNT装置的效率可以由于暴露给燃料中存在的成分(包括硫)而降低。LNT装置需要周期性再生来解吸和还原所吸附的NOX成分。再生技术可包括在一定时间段内以浓化学计量空气/燃料比操作火花点火发动机。
在发动机操作期间，TWC中的氧存储容量(下文称为OSC)可能在稀的发动机操作期间变得氧饱和。在再生过程的初始部分期间，存储在TWC中的氧会氧化发动机排放的还原剂(例如，HC、CO、H2)和将处理过的混合物排放给LNT装置。该空气/燃料比使得LNT装置解吸所存储的NOX。由于还原剂在再生过程的初始部分期间在TWC中消耗，因而解吸的NOX排放物可逸出。
已知的再生方法包括在浓化学计量比下运行发动机以产生还原剂，所述还原剂与所存储的NOX反应以再生LNT。还原剂中的大部分由存储在TWC中的氧消耗。此外，中和存储在TWC中的氧所需要的浓空气/燃料比导致还原剂的延迟输送给LNT，进一步降低NOX还原效率。
发明内容
一种排气后处理系统流体连接到内燃机且信号连接到控制模块。所述系统包括：带有输出排气管的三效催化转换器；可操作地连接到发动机并在所述三效催化转换器上游流体连接的流转向阀；排气流管，所述排气流管具有流体连接到转向阀的第一端和流体连接到三效催化转换器的输出排气管的第二端；流体连接到三效催化转换器的输出管的催化NOX吸附器装置；和在所述催化NOX吸附器装置下游连接的NOX传感装置。
用于管理排气供应流的方法包括操作发动机并监测排气供应流。所述排气供应流基于所监测的排气供应流被选择性地引导通过三效催化转换器和催化NOX吸附器装置。而且，所述排气供应流基于所监测的排气供应流被选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述一个或更多实施例，在附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的示意图；
图2是示出了根据本发明在LNT再生期间的排气管理的流程图；和
图3以图表形式示出了根据本发明的对于TWC中的不同氧气水平的穿过TWC的CO和NOX还原效率。
具体实施方式
现在参考附图，其中所示的内容仅仅是为了说明某些示例性实施方式，而非为了限制本发明，图1示意性地示出了根据本发明的实施例制成的内燃机10、附随控制模块5和排气后处理系统70。发动机10可选择性地以多个燃烧模式操作，包括受控自动点火模式、均质火花点火燃烧模式和分层充气火花点火燃烧模式。发动机10选择性地以化学计量空气/燃料比和以主要是稀化学计量比的空气/燃料比操作。本发明可应用于各种内燃机系统和燃烧循环。
示例性发动机10包括具有往复活塞14的多缸直接喷射四冲程内燃机，活塞14可在气缸15中滑动移动，气缸限定可变容积燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，活塞的线性往复运动通过旋转曲轴12转换成旋转运动。空气进气系统提供进气空气给进气歧管29，进气歧管将空气引导并分配给进气流道中，到达每个燃烧室16。空气进气系统包括用于监测和控制空气流量的空气流管道和装置。空气进气装置优选包括用于监测空气质量流量和进气空气温度的空气质量流量传感器32。节气门阀34优选包括电子控制装置，电子控制装置响应于来自于控制模块5的控制信号(ETC)控制发动机10的空气流量。歧管中的压力传感器36适合于监测歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道将排气从发动机排气再循环到进气歧管，外部流动通道具有流量控制阀，称为排气再循环(EGR)阀38。控制模块5可操作通过控制EGR阀38的开度来控制至进气歧管29的排气的质量流量。
从进气歧管29进入每个燃烧室16的空气流由一个或多个进气阀20控制。从每个燃烧室16到排气歧管39的燃烧气体的流量由一个或多个排气阀18控制。进气阀20和排气阀18的开启和关闭优选用双凸轮轴(如图所示)控制，双凸轮轴的旋转由曲轴12的旋转来关联和标引。发动机10配备有用于控制进气阀和排气阀的阀升程的装置，称为可变升程控制(下文称为VLC)装置。可变升程控制装置可操作将阀升程或开度控制为两个不同级(例如，用于低速、低负载操作的低升程阀开度(约4-6mm)和用于高速、高负载操作的高升程阀开度(约8-10mm))之一。发动机还配备有用于控制进气阀20和排气阀18的开启和关闭的定相(即，相对定时)的装置，称为可变凸轮定相(下文称为VCP)，以控制超过由两级VLC升程所影响的定相。有用于发动机进气阀20的VCP/VLC系统22和用于发动机排气阀18的VCP/VLC系统24。VCP/VLC系统22和24由控制模块5控制，且例如通过进气凸轮轴(未示出)和排气凸轮轴(未示出)的凸轮轴旋转位置传感器来提供信号反馈给控制模块5。
进气和排气VCP/VLC系统22和24具有有限的权限范围，在此权限范围上进气和排气阀18和20的开启和关闭能得到控制。VCP系统具有约60°-90°的凸轮轴旋转的定相权限的范围，因此允许控制模块5提前或延迟开启和关闭进气和排气阀18和20之一。定相权限的范围受到VCP的硬件和致动VCP的控制系统的限定和限制。进气和排气VCP/VLC系统22和24使用由控制模块5控制的电动-液压、液压和电控力中的一种来致动。
发动机10包括燃料喷射系统，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个燃料喷射器28适合于响应于来自于控制模块5的信号将一定质量的燃料直接喷射进燃烧室16中的一个内。燃料喷射器28由燃料分配系统(未示出)供给增压燃料。
发动机10包括火花点火系统，火花能量通过火花点火系统响应于来自于控制模块5的信号(IGN)提供给火花塞26，以点火或者辅助点火每个燃烧室16中的气缸充气。
发动机10配备有各种传感装置以监测发动机操作，传感装置包括具有输出(RPM)且可操作监测曲轴旋转位置(即曲轴角度和速度)的曲轴传感器42、适合于监测燃烧的燃烧传感器30、和适用于监测排气的排气传感器40(通常是空气/燃料比传感器)。燃烧传感器30包括可操作监测燃烧参数状态的传感器装置，且示出为可操作监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲轴传感器42的输出由控制模块5监测，控制模块5确定燃烧定相，即在每个燃烧循环下每个气缸15的燃烧压力相对于曲轴12的曲轴角的定时。燃烧传感器30也可以由控制模块5监测以确定在每个燃烧循环下每个气缸15的平均有效压力(下文称为IMEP)。优选地，发动机10和控制模块5被设计成在每个气缸点火事件期间监测和确定每个发动机气缸15的IMEP的状态。替代性地，在本发明的范围内可以使用其它传感系统来监测其它燃烧参数的状态，例如离子传感点火系统和非侵入式气缸压力传感器。
控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器来控制发动机操作，包括节气门位置、火花定时、燃料喷射质量和定时、进气和/或排气阀定时和定相、和控制再循环排气流量的EGR阀位置。阀定时和定相包括排气阀再次开启的NVO和升程(在排气再换气策略中)。控制模块5适于接收来自操作者的输入信号(例如，节气门踏板位置和制动踏板位置)从而确定操作者扭矩请求，且适于接收来自传感器的输入信号(表示发动机速度、进气空气温度、冷却剂温度和其他环境条件)。
控制模块5优选地是通用数字计算机，通用数字计算机包括微处理器或中央处理单元、存储介质(包括非易失性存储器和随机存取存储器，非易失性存储器包括只读存储器和电可编程只读存储器)、高速时钟、模数和数模电路、输入/输出电路和装置以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在非易失性存储器中并被执行以提供每个计算机的各自功能的常驻程序指令和标定值。所述算法优选在预定循环期间被执行。算法由中央处理单元执行，且可操作监测来自前述传感装置的输入并且执行控制和诊断程序从而用预定标定值控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间，循环通常以固定间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件的发生而被执行。
操作中，控制模块5监测来自于前述传感器的输入以确定发动机参数的状态。控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器来形成气缸充气，包括控制节气门位置、火花点火定时、燃料喷射质量和定时、控制再循环排气流量的EGR阀位置、和进气和/或排气阀定时和定相(在如此配备的发动机上)。在正在进行的车辆操作期间，控制模块5可以操作打开和关闭发动机，且可以操作以通过控制燃料和火花以及阀停用来选择性地停用燃烧室的一部分或者阀的一部分。
在该实施例中，排气后处理系统70包括三效催化转换器80(下文称为TWC)、催化NOX吸附器60(下文称为LNT装置)、流转向阀72和旁通管74。后处理系统70流体连接到内燃机10且可操作地信号连接到控制模块5。转向阀72流体连接到发动机10、三效催化转换器80和旁通管74，且可操作地连接到控制模块5。流转向阀72可以控制直接通过三效催化转换器80到达LNT装置60的排气供应流的流量，且可以将排气供应流转向绕过三效催化转换器80直接从发动机10进入催化LNT装置60。
三效催化转换器80在转向阀72下游和LNT装置60上游流体连接。LNT装置60在三效催化转换器80和旁通管74下游流体连接。旁通管74在第一端82流体连接到转向阀72且在第二端84流体连接到LNT装置60的输入端。排气传感器50和52设置成监测供应流并信号连接到控制模块。排气传感器50和52可以是空气/燃料传感器、NOX传感器和氧气传感器中的任一种。
LNT装置60可操作吸附排气供应流中的氮氧化物，吸附量取决于排气供应流的温度、流率和空气/燃料比以及已经吸附在其上的氮氧化物量。
LNT装置60优选包括具有涂层的载体，所述涂层包括催化活性材料。所述载体优选包括由堇青石形成的单体元件，网孔密度优选为64-96网孔每平方厘米(400-600网孔每平方英寸)且壁厚优选为3-7毫米。载体的网孔包括流动通道，排气流经所述流动通道与涂层上的催化活性材料接触，以实现氮氧化物的吸附和解吸、氧存储、以及排气供应流的组分的氧化和还原。涂层优选包含可操作存储在稀化学计量比的发动机操作期间产生的氮氧化物NOX的碱元素(例如Li、Na和K)、碱土金属化合物(例如Ba、Mg、Ca和Sr)和/或镧系金属(例如，La和Ce)。涂层也可以包括催化活性材料，即镧系金属(下文称为PGM)(包括Pt、Pd和Rh)以及添加剂(例如，Ce、Zr、La)。当排气供应流为浓化学计量比时，有过多的还原剂且吸附的氮氧化物不稳定并分解以释放所存储的NOX。排气供应流中的还原剂优选包括在发动机以浓空气/燃料比操作时产生的HC分子、氢气分子和CO。涂层在稀的发动机操作期间吸附氮氧化物，并在产生浓排气供应流的发动机操作期间解吸和还原氮氧化物。所吸附的氮氧化物通过在PGM催化剂部位处的过多还原剂还原。LNT装置60能充满所吸附的氮氧化物，从而降低其效率。LNT装置60可借助于在存在前述还原剂时通过与还原剂反应以还原成氮和其他惰性元素来解吸所吸附的氮氧化物而再生。
如图1所示，后处理系统70优选包括在转向阀72上游的空气/燃料传感器40和优选包括位于LNT装置0上游和旁通管74的第二端84下游的空气/燃料比传感器的传感器52。后处理系统70也可包括传感器50，传感器50包括位于LNT装置60下游的NOX传感器，所述传感器优选能够测量排气供应流的空气/燃料比。可选地，传感器50可以包括位于LNT装置60下游的空气/燃料比传感器。在一个实施例中，一个NOX传感器和一个空气/燃料比传感器可都设置在LNT装置的下游。在替代性实施例中，单个传感器可适合于提供NOX传感器和空气/燃料比传感器两者的功能。传感器50和52每个都产生由控制模块5监测的输出信号，该输出信号可用于发动机10和后处理系统70的控制和诊断。
图2示出了用于在正在进行的动力系操作期间管理来自于发动机10的排气供应流的方法，优选地在控制模块5中作为一个或多个算法执行。当发动机10以稀化学计量比运行时，排气通过TWC80被引导给LNT装置60(200)。控制模块5监测传感器，包括NOX传感器50。NOX传感器50监测从LNT装置60排出的NOX排放物的量和空气/燃料比，并发送信号给控制模块5。当NOX传感器50指示从LNT装置60排出预定阈值的NOX排放物，那么控制模块5可指令LNT再生，优选在LNT饱和和NOX渗漏(breakthrough)之前(202)。本领域技术人员将理解，可以用数学模型取代NOX传感器50或者与NOX传感器50相结合来监测NOX渗漏。当模型指示NOX渗漏时，控制模块5可指令LNT再生(202)。
在LNT再生期间，控制模块5可指令开启转向阀72(204)。一旦开启转向阀72，排气供应流就可以转向绕过TWC80到达LNT60(206)。通过将排气供应流转向绕过TWC80，由发动机10产生的还原剂自由吸附存储在LNT装置60中的NOX排放物，从而减少实现LNT再生所需要的还原剂量并改进燃料效率。
在LNT再生开始时，发动机10可以被指令产生浓化学计量比的排气供应流以产生还原剂(208)。LNT再生可以包括在压缩冲程期间将第一燃料脉冲喷射到燃烧室16中。在第一燃料脉冲期间喷射的燃料质量基于足以操作发动机10以满足操作者扭矩请求的量来确定。随后的燃料脉冲可以在燃烧循环期间喷射到燃烧室16。在燃烧循环的其他冲程期间(例如，做功冲程或排气冲程)，可以喷射随后的燃料脉冲，以产生具有浓化学计量比的空气/燃料比的排气供应流，以用作再生LNT装置60的还原剂。
控制模块5确定LNT装置60已经被再生(210)。与再生和从稀化学计量比到浓化学计量比的发动机10过渡操作同时，控制模块5可以使用传感器50来监测LNT装置60下游的NOX和/或空气/燃料比，以监测空气/燃料比和/或NOX排放物。当传感器50指示预定空气/燃料比或预定NOX阈值时，控制模块5可确定再生完成。替代性地，控制模块5可以启动再生并以浓化学计量比操作发动机10预定时间间隔。一旦经过所述时间段，控制模块5就确定再生完成且中止以浓化学计量比操作发动机10。
一旦控制模块5确定再生完成，控制模块5就指令转向阀72关闭(212)。一旦转向阀72关闭，排气供应流就通过TWC80被引导到LNT装置60(214)。控制模块5也可以使得发动机操作返回至稀化学计量比(200)。控制模块5继续监测LNT装置60下游的NOX传感器50，以确定何时启动随后的LNT再生事件。
图3示出了后处理系统70的作为OSC的函数绘制的LNTNOX效率和离开TWC80的CO渗漏的数据曲线图。当OSC消耗的还原剂比发动机10产生的还原剂少时，离开TWC80的CO渗漏稍微增加。来自TWC80的CO渗漏与LNT装置60中吸附的NOX反应，从而增加LNT装置60的NOX效率并减少NOX排放物。
转向阀72和旁通阀74也可在发动机启动和初始发动机操作期间使用。在发动机启动和初始操作期间，发动机10可以化学计量比或浓化学计量比操作。排气供应流通过TWC80被引导到LNT装置60。当排气供应流通过后处理系统70时，其加热TWC80至排气供应流中的HC可以被氧化的温度。对于示例性LNT装置60而言，NOX吸附和还原在约250℃至450℃的温度范围之间最有效地进行。一旦LNT装置60达到200℃范围内的温度，控制模块5可指令发动机10开始以稀化学计量比操作。排气供应流于是可基于在LNT装置60下游指示的NOX来被转向绕过TWC80，以用于LNT再生。
替代性地，在发动机以化学计量比或浓化学计量比启动期间，排气供应流可被转向绕过TWC80，直到排气供应流将LNT装置60加热至预定操作温度为止。将排气供应流转向绕过TWC80可基于TWC80的温度、自发动机启动经过的时间和/或发动机循环来启动。一旦控制模块5确定已经实现预定温度、经过的时间和/或预定数量的发动机循环，排气供应流可被转向至LNT装置60。一旦LNT装置60达到所述操作温度，控制模块5可以指令发动机10开始以稀化学计量比操作，且指令转向阀72将排气供应流通过TWC80引导到LNT装置60，直到控制模块5启动LNT再生为止。该方法将LNT装置60加热至操作温度，从而允许发动机10开始以稀化学计量比操作。
与上文所述相同的方法可应用于多个更多的动力系统，所述动力系统包括具有压缩点火、火花点火、均质充气压缩点火和火花点火直接喷射发动机的动力系统。上文所述的方法也可应用于包括电机和内燃机的动力系统，在正在进行的动力学操作期间，所述电机和内燃机在发动机关闭和发动机开启状态之间转换。另一个示例性动力系统包括传动带交流发电机启动系统(BAS)。在BAS系统中，发动机可以在停止期间关闭且然后对于蓄电池再充电和多个加速情况下启动。电动马达可用于给蓄电池再充电或者在发动机加速期间通过发动机机械地提供扭矩。
本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。本领域技术人员在阅读和理解说明书以后可以想到其它变型和变化。因而，本发明并不限于作为用于实施本发明的最佳模式公开的具体实施例，本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种用于管理来自于内燃机的排气供应流的方法，所述内燃机选择性地以稀化学计量比操作，所述方法包括：
给发动机配备排气后处理系统，所述排气后处理系统包括流体连接到催化NOX吸附器装置的三效催化转换器；
操作发动机；
监测排气供应流；
基于所监测的排气供应流将所述排气供应流选择性地引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置；和
基于所监测的排气供应流将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
监测排气供应流包括监测在催化NOX吸附器装置下游的排气供应流中的NOX排放物；且
将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置包括当催化NOX吸附器下游的排气供应流中的NOX排放物超过预定阈值时将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
将所述排气供应流选择性地引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置包括当催化NOX吸附器下游的排气供应流中的NOX排放物低于预定阈值时将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置时，以浓化学计量比操作发动机。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流包括用NOX传感器监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流；且
当NOX传感器指示NOX排放物低于预定阈值时，所述方法还包括：
将以浓化学计量比操作发动机过渡至以稀化学计量比操作发动机；
中止将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；和
将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
6.根据权利要求4所述的方法，其中：
监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流包括用空气/燃料传感器监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流；且
当空气/燃料传感器指示预定空气/燃料比时，所述方法还包括：
将以浓化学计量比操作发动机过渡至以稀化学计量比操作发动机；
中止将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；和
将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
7.根据权利要求2所述的方法，其中：
将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置包括将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置持续预定时间间隔。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置时，以浓化学计量比操作发动机。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将以浓化学计量比操作发动机过渡至以稀化学计量比操作发动机；
在经过预定时间间隔后，中止将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；和
将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
10.一种用于管理来自于内燃机的排气供应流的方法，所述内燃机选择性地以稀化学计量比操作，所述方法包括：
给发动机配备排气后处理系统，所述排气后处理系统包括流体连接到催化NOX吸附器装置的三效催化转换器；
操作发动机；
在以浓化学计量比操作发动机时，将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；和
在以稀化学计量比操作发动机时，将所述排气供应流选择性地引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置包括：
在经过预定时间段后，中止将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；
将以浓化学计量比操作发动机过渡至以稀化学计量比操作发动机；和
将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：将所述排气供应流选择性地转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置包括：
用空气/燃料传感器监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流；
当空气/燃料传感器指示预定空气/燃料比时，中止将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置；
将以浓化学计量比操作发动机过渡至以稀化学计量比操作发动机；和
将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置。
13.根据权利要求10所述的方法，其中：将所述排气供应流选择性地引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置包括：
用NOX传感器监测催化NOX吸附器装置下游的排气供应流；
当NOX传感器指示预定NOX阈值时，中止将所述排气供应流引导通过三效催化转换器和通过催化NOX吸附器装置；
将以稀化学计量比操作发动机过渡至以浓化学计量比操作发动机；和
将所述排气供应流转向绕过三效催化转换器流向催化NOX吸附器装置。
14.一种排气后处理系统，其流体连接到内燃机且信号连接到控制模块，所述系统包括：
带有输出排气管的三效催化转换器；
可操作地连接到发动机并在所述三效催化转换器上游流体连接的流转向阀；
排气流管，所述排气流管具有流体连接到所述转向阀的第一端和流体连接到三效催化转换器的输出排气管的第二端；
流体连接到三效催化转换器的输出管的催化NOX吸附器装置；和
在所述催化NOX吸附器装置下游连接的NOX传感装置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：所述NOX传感装置信号连接到控制模块。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：所述NOX传感装置适合于监测排气的空气/燃料比。
17.根据权利要求14所述的系统，还包括：所述控制模块配置成以浓化学计量空气/燃料比选择性地控制内燃机持续大致再生所述催化NOX吸附器装置所确定的时间段。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括：所述控制模块配置成当从NOX传感装置输出的信号指示预定NOX排放水平时选择性地控制流转向阀。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括：所述控制模块可操作当从NOX传感装置输出的信号指示预定空气/燃料比时选择性地控制流转向阀。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102889108A (zh) * 2011-07-19 2013-01-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 压燃点火发动机的废气后处理系统
CN105089747A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 温特图尔汽柴油公司 往复活塞式内燃发动机、废气调节装置和操作方法
CN112031902A (zh) * 2020-09-07 2020-12-04 潍柴动力股份有限公司 车辆的排气控制方法、装置及设备

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8857159B2 (en) * 2009-11-25 2014-10-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Systems and methods for reducing NOx breakthrough
US20120042633A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Silvestri Chester J System and Methods for Skip Fire Engine with a Lean NOx Trap
WO2012103368A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Wayne State University Autonomous operation of electronically controlled internal combustion engines on a variety of fuels and/or other variabilities using ion current and/or other combustion sensors
US8733500B1 (en) 2012-11-12 2014-05-27 Hexcel Corporation Acoustic structure with internal thermal regulators
EP2935813B1 (en) * 2012-12-23 2017-10-25 Mack Trucks, Inc. Method of operating a diesel engine and diesel engine arrangement having plural operating modes
US8942899B1 (en) * 2013-08-22 2015-01-27 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for engine torque cancellation in a powertrain system
DE102019133498B4 (de) * 2019-12-09 2022-02-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Reaktivierung einer Abgasnachbehandlungskomponente und Antriebsvorrichtung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2830464B2 (ja) * 1989-12-06 1998-12-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
EP0556854B1 (en) * 1992-02-20 1996-09-11 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust emission control system
JPH06272542A (ja) * 1993-03-17 1994-09-27 Hitachi Ltd 内燃機関の排気浄化制御装置及び制御方法
DE4418117C1 (de) * 1994-05-24 1995-06-29 Daimler Benz Ag Ottomotor mit Katalysator
JP3264226B2 (ja) * 1997-08-25 2002-03-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3997599B2 (ja) 1998-04-27 2007-10-24 株式会社デンソー 内燃機関の空燃比制御装置
JP3546294B2 (ja) * 1998-04-28 2004-07-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4462100B2 (ja) * 2005-04-21 2010-05-12 日産自動車株式会社 内燃機関の排気装置および内燃機関の制御方法
JP4894523B2 (ja) * 2007-01-12 2012-03-14 日産自動車株式会社 空燃比制御装置
JP4404098B2 (ja) * 2007-02-07 2010-01-27 日産自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4710865B2 (ja) * 2007-04-13 2011-06-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102889108A (zh) * 2011-07-19 2013-01-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 压燃点火发动机的废气后处理系统
CN105089747A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 温特图尔汽柴油公司 往复活塞式内燃发动机、废气调节装置和操作方法
CN112031902A (zh) * 2020-09-07 2020-12-04 潍柴动力股份有限公司 车辆的排气控制方法、装置及设备
CN112031902B (zh) * 2020-09-07 2021-12-17 潍柴动力股份有限公司 车辆的排气控制方法、装置及设备

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