CN107524534A - 用于处理车辆排放物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理车辆排放物的方法和系统。提供了一种用于在具有至少一种氮氧化物储存催化剂和用于选择性催化还原的至少一种催化剂的排气后处理系统中控制排气后处理的方法，其中，在高负载阶段，内燃发动机用亚化学计量比的燃料空气混合物操作，并且排气中的氮氧化物在氮氧化物储存催化剂中被还原成氨，其储存在用于选择性催化还原的催化剂中，并且当超过用于选择性催化还原的催化剂的储存能力时，内燃发动机用超化学计量比的燃料空气混合物操作，因此允许通过储存的氨还原用于选择性催化还原的催化剂中的氮氧化物。

Description

用于处理车辆排放物的方法和系统
相关申请
本申请要求于2016年6月17日提交的德国专利申请No.102016210899.9以及2016年6月17日提交的德国专利申请No.102016210897.2的优先权。上述引用申请的全部内容通过引用整体并入本文用于所有目的。
技术领域
本说明书整体涉及基于紧密耦接的(close-coupled)后处理装置来调整发动机操作参数。
背景技术
本公开涉及一种用于在具有至少一种氮氧化物储存催化剂和用于选择性催化还原的至少一种催化剂的排气后处理系统中控制排气后处理的方法。
氮氧化物储存催化剂(也称为稀NOx捕集器、LNT)可用于从内燃发动机的排气暂时吸附氮氧化物(NOx)。另外，它们执行它们的氧化后处理一氧化碳(CO)和烃(HC)的功能。在内燃发动机的稀混合操作中形成的氮氧化物能够被储存在LNT中；为此，LNT将被包含在稀排气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，然后将其以硝酸盐的形式储存。氧化钡和/或其他氧化物例如用作结合到LNT的涂层中的吸附剂。
一旦LNT的储存容量耗尽，则需要进行LNT再生。在再生事件(净化)期间，可提供富的排气条件几秒钟，例如，通过用富的，即亚化学计量比(substoichiometric)的燃料/空气混合物操作内燃发动机；在该过程期间，储存的氮氧化物再次解吸附，并且借助于富排气组分(CO、HC)在LNT的催化活性组分上被还原成氮。除了纯粹用于再生而进行的净化之外，如果因为例如由于功率需求而引起的内燃发动机的富混合操作而排气变得较富，则LNT也再生。
在LNT中，储存的硝酸盐还与由于燃料不完全燃烧以及由于在LNT中的反应而在富排气条件下形成的分子氢发生反应，其结果是在再生期间也产生氨。通过将氨储存在用于选择性催化还原(SCR)的被动催化剂的下游，有可能利用这种氨。在SCR中，储存的氨用于在稀排气条件下将氮氧化物还原成氮。为了使SCR催化剂具有高储存容量，其有利地安装在下游足够远，以确保获得最佳操作温度。对应的温度范围是特定SCR涂层的函数，并且是本领域技术人员已知的。在本文，可以相对于来自发动机的排气流描述上游和下游，其中上游是指比下游更靠近发动机的部件。因此，排气在接触下游部件之前接触上游部件。
限制LNT的储存容量的因素是排气的温度等。现代LNT能够在250-550℃的温度范围内以不同程度的效率储存氮氧化物。储存容量还能够由排气的空间速度限制。当内燃发动机在高负载下操作时，例如，在加速事件期间，引起高排气温度和速度，并且这些超过了LNT的技术限制。在这种情况下，由于氮氧化物不能被储存并从LNT逸出，所以能够存在“氮氧化物穿透”。这可导致NOx泄漏，该NOx泄漏包括将NOx从车辆排放到车辆外部的环境大气。
先前的解决方案包括在高温发动机操作参数期间将还原剂喷射到排气系统中。然而，本发明人已经发现了这些应用的问题。作为一个示例，还原剂喷射系统依赖于复杂的控制方案和阀以实现期望的喷射体积、喷射正时等。它们经常需要常规填满还原剂贮存器，这对于车辆操作者来说可为麻烦的。此外，这些还原剂系统制造昂贵，并且呈现包装限制。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过一种方法解决，该方法包括调整内燃发动机的空气/燃料比，所述发动机包括流体地连接到所述内燃发动机的排气道，布置在排气道中的两个或更多个排气后处理装置，其包括至少一种氮氧化物储存催化剂、布置在第一氮氧化物储存催化剂下游的用于选择性催化还原的至少一种催化剂、至少一个λ探针、至少一个温度传感器和控制单元；在扭矩请求小于阈值扭矩请求的第一条件期间，以低负载操作内燃发动机；在扭矩请求大于阈值扭矩请求的第二条件期间，变成在高负载下的操作状态；响应于储存在选择性催化还原中的氨负载达到上限阈值氨负载，在第二条件期间将空气/燃料比从较富(more rich)调整到较不富(less rich)；响应于储存在选择性催化还原中的氨负载达到下限阈值氨负载，在第二条件期间将空气/燃料比从较不富调整到较富；以及响应于扭矩请求小于阈值请求，当从第二条件切换到第一条件时，将空气/燃料比从富调整到稀。以这种方式，燃料经济性可提高，并且可越来越多地利用NOx转化成NH3。
在一个示例中，能够在内燃发动机的所有操作条件下控制氮氧化物的排放。通过温度传感器检测在高负载下发生的高排气温度并将其传输到控制单元，温度传感器有利地布置在第一LNT的区域中。此外检测大的扭矩需求，并且以本领域技术人员已知的方式将其传输到控制单元。如果控制单元尚未生效，则其触发内燃发动机的富混合物操作。在这些条件下，一从LNT中除去先前储存的氧气，就通过氢与氮氧化物在LNT的催化活性成分上的反应形成氨。在下游，气态氨与来自LNT的排气流一起进入SCR，其在那里被储存。当SCR的储存容量耗尽(例如，充满氨)时，内燃发动机在稀条件下暂时操作。在这种情况下，不储存在LNT中的氮氧化物被转移到具有排气流的SCR中，并且在那里通过使用所储存的氨的选择性催化还原将氮氧化物还原成氮。一旦储存的氨已经被消耗掉，内燃发动机再次在富模式下操作。一旦高负载阶段过去，内燃发动机在稀条件下再次以常规模式操作，其中氮氧化物储存在通过短暂净化再生的LNT中。在这里，如何定义内燃发动机的高负载和低负载对于本领域技术人员来说是清楚的。在本文，高负载是指大于阈值扭矩需求的扭矩需求。当发动机负载高并且NOx可从LNT渗漏时，排气温度高于阈值温度(例如550℃)。因此，低于阈值扭矩需求的扭矩需求可对应于排气温度和其中LNT可在不调整燃烧空气/燃料比的情况下捕获和储存NOx的条件。
在一个实施例中，如果达到储存在SCR中的氨储备的上限阈值，则内燃发动机从富燃烧模式重复地变为稀燃烧模式，并且如果达到储存在SCR中的氨储备的下限阈值，则内燃发动机从稀燃烧模式重复地变为富燃烧模式。氨储备的上限阈值可通过经由适当的传感器测量通过SCR的氨泄漏来确定。以这种方式，只要高负载阶段持续，就能够有利地控制氮氧化物排放。
除此之外或另选地，一些实施例包括第一LNT和第二LNT。作为特定优选，第二LNT在排气的流动方向上布置在第一LNT的下游。第二LNT的布置是有利的，因为它比第一LNT受到更低的温度的影响，这是因为它比第一LNT更远离内燃发动机的事实。因此，它能够储存未被储存在第一LNT中或者已经从其逸出的氮氧化物。此外，第二LNT的再生能够通过亚化学计量比的条件以有效的方式发生，通过这些条件，提供用于第一LNT的还原的富排气附加地被来自第一LNT的氨和氢富集，并且含有比直接从内燃发动机流出的富排气甚至更少的氧气。
基于模型确定达到储存在SCR中的氨储备的上限阈值。自燃式内燃发动机可用作内燃发动机。在不偏离本公开的范围的情况下，发动机可具有任何数量的汽缸和几何形状。因此，发动机可以是I-4发动机、V-6发动机、W-16发动机等。
本公开的第二方面涉及一种用于进行根据本公开的方法的布置，其包括内燃发动机、流体地连接到内燃发动机的排气道、排气后处理装置，该排气后处理装置布置在排气道中，并且包括至少一个第一LNT、布置在其下游的至少一个SCR、至少一个λ探针、至少一个温度传感器、至少一个氮氧化物传感器和控制单元。该布置包括布置在第一LNT下游的第二LNT。换句话说，第二LNT被布置在第一LNT和SCR之间。在一个示例中，第一LNT是紧密耦接的LNT，其中发动机的出口和第一LNT之间的距离被最小化。
在一些示例中，可存在第一LNT和第二LNT，而没有SCR定位在排气系统中。在LNT中，储存的硝酸盐还与由于燃料不完全燃烧以及由于在LNT中的反应而在富排气条件下形成的分子氢反应，其结果是在再生期间也能够产生氨。利用该氨以进一步降低布置在第一LNT下游的第二LNT中的排气中的氮氧化物浓度是有可能的。
在这种示例中，一种方法可减少在内燃发动机的所有操作条件下氮氧化物的排放。在高负载期间产生的高排气温度由温度传感器检测，该温度传感器有利地布置在第一LNT的区域中，并且所述温度被传输到控制单元，或者由储存的温度模型确定。此外，高扭矩需求还以本领域技术人员已知的方式检测，并且被传输到控制单元。这可通过曲轴传感器、踏板位置传感器、节气门位置传感器等确定。然后，控制单元启动内燃发动机的富混合物操作，除非它已经在发生。在这些条件下，第一LNT不再充当储存催化剂，而是借助于同样存在于排气中的还原剂(一氧化碳和烃)立即将存在于排气中的氮氧化物转化为氮。这样，氮氧化物在高负载条件下有利地从自内燃发动机出来的排气中除去，同时由于气体温度和空间速度，LNT的氮氧化物储存效率大大降低。
排气中的富混合物组分能够此外以这种方式被设定成使得一经从第一LNT已经除去先前储存的氧，通过氢与氮氧化物的反应，在第一LNT的催化活性成分上在这些条件下形成氨。该氨能够在下游使用，以借助于第二LNT进一步还原氮氧化物。
一旦高负载阶段过去，内燃发动机在稀条件下再次以常规模式操作，其中氮氧化物储存在通过短暂净化再生的第一LNT中。
如果这是保护部件免受例如过高温度所必需的，则还能够此外结束富混合物操作的阶段。
如果达到第一LNT中的温度的预定阈值，则优选地进行根据本公开的方法的步骤S3。该阈值有利地大约处于一个温度，在高于该温度的温度下，LNT不能再有效地储存氮氧化物。该值可以大于550℃。
期望第二LNT的布置，因为由于其比第一LNT更远离内燃发动机，所以其暴露于比第一LNT更低的温度。在超化学计量比(superstoichiometric)的排气条件下，因此其能够储存未被储存在第一LNT中或者已经从第一LNT逸出的氮氧化物。此外，第二LNT的再生能够通过亚化学计量比的条件以有效的方式发生，通过这些条件，提供用于第一LNT的还原的富排气附加地被来自第一LNT的氨和氢富集，并且含有比直接从内燃发动机流出的富排气甚至更少的氧气。因此，特定优选的是，在根据本公开的方法中，如果第一氮氧化物储存催化剂以使得其产生氨的方式操作，其能够用在第二氮氧化物储存催化剂中，用于进一步还原氮氧化物。
本公开的第二方面涉及一种设计用于执行根据本公开的方法的布置，其包括内燃发动机、流体地连接到内燃发动机的排气道、至少一种第一氮氧化物储存催化剂、至少一个λ探针、至少一个温度传感器和控制单元。
存在用于该布置的实施例的特定优选，其中第一氮氧化物储存催化剂以空间接近内燃发动机布置，使得在高负载下发生的排气温度防止氮氧化物的有效储存，并且第二氮氧化物储存催化剂被布置在距内燃发动机这样空间距离处，使得即使在高负载下发生的排气温度下，有效地储存氮氧化物也是可能的。
应当理解，提供上面的发明内容从而以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方案。
附图说明
图1示出了包括SCR上游的LNT的第一实施例。
图2示出了包括第一LNT、第二LNT和SCR的第二实施例。
图3示出了对应于第一实施例的方法。
图4示出了对应于第二实施例的方法。
图5示出了在富混合物操作模式下的时间期间在排气道中的各个点处的温度分布图。
图6示出了说明在富混合物操作模式下的时间期间的氮氧化物还原的图。
图7示出了说明在富混合物操作模式下的时间期间的氨含量的图。
图8示出了至少具有单个汽缸的发动机的实施例。
图9A、图9B和图9C示出了用于基于一个或多个条件调整发动机的空气/燃料比的方法。
图10示出了不实现图9A至图9C的方法的发动机的操作序列。
图11-图12示出了实现图9A至图9C的方法的发动机的操作序列。
图13示出了从第一条件切换到第二条件的发动机的操作序列。
具体实施方式
以下描述涉及用于响应于后处理装置温度来调整发动机的空气/燃料比的系统和方法。发动机包括具有至少一个稀NOx捕集器(LNT)和至少一个选择性催化还原(SCR)装置的排气道。LNT和SCR可在空间上彼此分离，使得LNT紧密耦接(CC)到发动机，并且SCR与发动机间隔开。以这种方式，CC LNT可比SCR更热。图1示出了具有上述布置的排气通道。图3中示出了一种方法，该方法用于基于在LNT和/或SCR处估计和/或测量的条件来调整一个或多个发动机操作参数。
除此之外或另选地，第二LNT可布置在CC LNT和SCR之间。第二LNT可经历CC LNT和SCR之间的温度。因此，第二LNT不像CC LNT那么热，但是比SCR更热。在一个示例中，CC LNT和第二LNT的尺寸和催化剂组分基本上相同。图2示出了该布置。图4中示出了一种方法，其用于基于在LNT和/或SCR处估计和/或测量的条件调整一个或多个发动机操作参数。
图5中示出了CC LNT、第二LNT和SCR中的每个的温度分布图。图6中示出了与CCLNT、第二LNT和SCR中的每个相邻的NOx的浓度。图7中示出了与CC LNT、第二LNT和SCR中的每个相邻的NOx和/或氨(NH3)的浓度。
发动机可被安装在具有上述LNT和SCR的混合动力车辆中，如图8所示。图9A、图9B和图9C示出了一种用于响应于CC LNT和SCR的一个或多个条件而操作发动机的AFR的方法。图10至图13示出了发动机的各种操作序列。
根据图1的图示，根据本公开的布置1的一个实施例具有内燃发动机2，该内燃发动机2流体地连接到用于供应燃烧空气的进气道3和用于排放排气的排气道4。内燃发动机2是自燃式内燃发动机，但是作为替代方案，也能够是应用点火内燃发动机。在图示中，内燃发动机2具有三个汽缸2a，但是也能够具有不同数量的汽缸。第一氮氧化物储存催化剂(LNT)5布置在排气道中用于排气的后处理，并且用于选择性催化还原的催化剂(SCR)6布置在第一LNT 5下游的排气道中。λ探针7和温度传感器8布置在第一LNT 5上游的排气道中。附加的λ探针7和温度传感器8位于第一LNT5的下游。另一个温度传感器8和氮氧化物传感器9布置在SCR 6的下游。附加的λ探针、温度传感器和氮氧化物传感器以及其他传感器(例如氨传感器或压力传感器)能够布置在排气道4中的各个点处。在一些情况下，由传感器确定的测量值也能够通过模型获得。传感器连接到控制单元10，测量值被传输到所述控制单元10。此外，控制单元10连接到内燃发动机2，以便基于测量值的评估发出与富模式或稀模式相关的控制命令。例如通过借助布置在进气道3中的节流阀减少进气空气供给，或者通过将来自排气道4的排气再循环到进气道3中，通过延迟喷射(afterinjection)燃料或通过这种或其他措施的组合，能够实现富混合物操作。
在根据图2的图示的另一个实施例中，布置1具有第二LNT 11，第二LNT11布置在第一LNT 5的下游和SCR 6的上游的排气道4中。柴油机微粒过滤器12还布置在SCR 6的下游。微粒过滤器12能够具有催化活性涂层，并且也能够位于排气系统中的某个其他点处。在该实施例中，另一个温度传感器8布置在SCR 6的下游，并且另一个温度传感器8布置在柴油机微粒过滤器12的下游。除了已经提及的图2所示的实施例的特殊特征部之外，其对应于图1所示的实施例。
在图3所示的方法的一个实施例中，内燃发动机2在第一步骤S1中以低负载操作。在这种情况下，设定稀燃模式，其结果是也产生稀排气。在这里，在该过程期间形成的氮氧化物被储存在第一LNT 5中，并且通过LNT 5与富排气一起在短期内被再吸收和还原。在第二步骤S2中，变为高负载操作状态。例如，这在加速需求的背景下发生，其中油门踏板被完全地压下或压至比在均匀驾驶中显著更大的程度。在这种情况下，排气在某一温度下产生，该温度提高到与正常操作相比使得第一LNT 5能够不再有效地储存氮氧化物的程度。因此，在第三步骤S3中，开始富燃烧模式。在这种情况下，包含在排气中的氮氧化物在第一LNT 5中被部分还原成氨，其与排气流一起从第一LNT 5逸出。氨进入布置在下游的SCR 6，其储存在SCR 6中。继续步骤S3，直到储存在SCR 6中的氨的量达到预定的上限阈值。这例如通过借助氨传感器或氮氧化物传感器9检测从SCR 6逸出的一定量的氨而确定。本领域技术人员知道如何借助氮氧化物传感器能够检测和计算氨浓度。当达到储存在SCR 6中的氨的上限阈值时，变为内燃发动机2的稀燃烧模式。然后，将储存的氨空气用于SCR 6中以还原氮氧化物。
在第四步骤S4中，内燃发动机2在稀燃烧模式下操作，直到储存在SCR6中的氨储备达到预定的下限阈值。这例如通过借助氮氧化物传感器9检测从SCR 6逸出的一定的氮氧化物量而确定。然后氨已被消耗。在第五步骤S5中，内燃发动机2然后再次在具有低负载或正常负载的操作状态下操作。
如果在步骤S4之后内燃发动机2的高负载持续，如果达到上限阈值，则方法将从富燃烧模式重复地切换到稀燃烧模式，并且如果达到下限阈值，则方法将从稀燃烧模式重复地切换到富燃烧模式。换句话说，如果高负载持续，则该方法从步骤S4重复地循环回到S3(图4)。
利用图2所示的布置的实施例，类似地进行该方法的步骤。在图5中，使用示例说明温度分布图在具有高负载(即高扭矩)的内燃发动机2的操作期间在布置的各个位置处如何表现。高负载的持续时间由垂直虚线指示。在第一LNT 5的区域中，具体是在第一LNT 5(实线)上游，温度在几秒钟内上升到约550℃，而在第二LNT 11的区域中，具体是在第二LNT 11上游的温度(虚线)上升到约450℃，并且在SCR 6的区域中，具体是在SCR 6(点划线)上游的温度上升到略低于450℃。因此，第二LNT 11中的温度低于第一LNT 11中的温度。因此，第二LNT 11能够储存(在稀排气中)或还原(在富排气中)从第一LNT 5逸出的氮氧化物。在高温下的富混合物操作期间，不仅是氨，而且是氢和一氧化碳从第一LNT 5逸出。氢和一氧化碳两者也能够还原第二LNT 11中的氮氧化物，其中氨具有支持效应。一旦第二LNT 11已经再生，氨从第二LNT 11释放出来，并且储存在SCR 6的下游，直到其在稀条件下被使用以还原氮氧化物。
图6以举例的方式示出了在布置中的各个位置处在步骤S3期间如何从排气流除去氮氧化物。高负载的持续时间由垂直虚线指示。在图6的图中，氮氧化物浓度相对于时间进行绘制。可看出，在富混合物操作期间，在第一LNT5(实线)上游，在第二LNT 11(虚线)上游，以及在SCR 6(点划线)的下游的氮氧化物浓度降低，其中在高负载下选择的内燃发动机2的富混合物操作期间，氮氧化物主要由第一LNT 5收集，而在富操作阶段之前和之后，氮氧化物主要由第二LNT 11和SCR 6收集。通过在亚化学计量比的条件下还原氮氧化物形成的氨确保了布置1中的氨浓度，氨浓度总体上连续地上升，这在图7的图中是可见的，其中第一LNT 5下游的氨浓度(带星号的虚线)通过举例的方式与NOx浓度和λ随时间一起进行绘制。如果SCR 6下游的氨浓度上升超过与SCR 6中的氨浓度的上限阈值相关的预定值，则切换到内燃发动机2的稀混合物操作模式，并且方法继续步骤S4。
继续参照图8，示出了可被包括在汽车的推进系统中的发动机系统100中的多汽缸发动机13的一个汽缸的示意图。发动机系统100可基本上类似于图1和图2的布置1使用。发动机13可至少部分地由包括控制器12的控制系统和通过输入装置130来自车辆操作者132的输入进行控制。在该示例中，输入装置130包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机13的燃烧室30可包括由汽缸壁32形成的汽缸，其中活塞36定位在汽缸壁中。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可通过中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动马达可通过飞轮耦接到曲轴40，从而允许发动机13的起动操作。
燃烧室30可通过进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，并且可通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够通过相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些示例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在该示例中，进气门52和排气门54可通过经由相应的凸轮致动系统51和53的凸轮致动进行控制。凸轮致动系统51和53可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，这些系统可由控制器12操作以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可由电动气门驱动进行控制。例如，汽缸30可另选地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69被显示直接地耦接到燃烧室30，用于将燃料与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地直接地喷射到燃烧室中。以这种方式，燃料喷射器69可将已知的燃料的直接喷射提供到燃烧室30中。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部中。通过包括燃料箱、燃料泵以及燃料轨的燃料系统(未示出)，燃料可被递送到燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可另选地或另外地包括布置在一种配置中的进气歧管44中的燃料喷射器，其将已知的燃料的进气道喷射提供到燃烧室30上游的进气道中。
火花通过火花塞66被提供到燃烧室30。点火系统可进一步包括用于提高供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在其他示例诸如柴油机中，可省略火花塞66。
进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可通过控制器12经由提供到被包括在节气门62中的电动马达或致动器的信号改变，这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，节气门62可操作以改变提供到其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。通过节气门位置信号可将节流板64的位置提供到控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机13的空气的量。
排气传感器126被示为根据排气流的方向在排放控制装置68的上游耦接到排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是UEGO，其被配置成提供与排气中存在的氧的量成比例的输出，诸如电压信号。控制器12通过氧传感器传递函数将氧传感器输出转换成排气空气/燃料比。
排气再循环(EGR)系统140可通过EGR通道152将排气的期望部分从排气通道48传送到进气歧管44。提供到进气歧管44的EGR的量可通过控制器12经由EGR阀144改变。在一些条件下，EGR系统140可用于调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，因此提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。
排放控制装置68被示为在排气传感器126和EGR通道152的下游沿着排气通道48进行布置。装置68可以是微粒过滤器、TWC、NOx捕集器、SCR等。在一个示例中，装置68是稀NOx捕集器(LNT)。在一些示例中，稀NOx捕集器68紧密耦接到发动机13，使得捕集器68的温度基本上等于发动机13直接下游的排气温度。
任选的排放控制装置70可布置在第一排放控制装置68的下游。在一个示例中，任选的排放控制装置70基本上与第一排放控制装置68相同。因此，排气通道48可包括紧密耦接到发动机13的第一LNT 68，以及布置在发动机13更下游的第二LNT 70。因此，第二LNT 70可比第一LNT更热，并且经历比第一LNT更少的温度波动。
第三排放控制装置72可布置在第一LNT 68和第二LNT 70的下游的排气通道48中。第三排放控制装置72可以是TWC、微粒过滤器、LNT、DOC和SCR。在一个示例中，第三排放控制装置72是SCR。SCR 72可被配置成吸附排气流中的还原剂，并且减少NOx排放。SCR 72可具有用于排气流动通过同时允许SCR的组分与排气流中的NOx反应的蜂窝结构。
排气通道48还可包括位于第一LNT 68、第二LNT 70和SCR 72中的每个的直接下游的一个或多个温度传感器和排气组分传感器。控制器从图8的各种传感器接收信号，并且采用图8的各种致动器，从而基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令，调整发动机操作。例如，如下所述，调整发动机的空气/燃料比可包括响应于第一LNT的温度高于阈值温度调整燃料喷射器66的喷射体积。响应于第一LNT 68、第二LNT 70和/或SCR 72的另外条件，可进一步调整喷射器66操作。
控制器12在图8中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102，输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例中被示为只读存储器芯片(ROM)106(例如，非暂时性存储器)的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可从耦接到发动机13的传感器接收各种信号，除了先前论述的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118(或其他类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可通过控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44中的真空或压力的指示。需注意，可使用上述传感器的各种组合，诸如没有MAP传感器的MAF传感器，或者反之亦然。在发动机操作期间，可根据MAP传感器122的输出和发动机转速推断发动机扭矩。此外，该传感器与检测到的发动机转速一起可以是用于估计引入汽缸的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可在曲轴的每个旋转产生预定数量的等间距脉冲。
存储介质只读存储器106能够用表示可由处理器102执行的非暂时性指令的计算机可读数据进行编程，所述指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其他变型。
如上所述，图8仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
如本领域技术人员将理解的，下面在流程图中描述的专用程序可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，示出的各种动作或功能可以以示出的程序执行、并行执行或以在一些情况下省略。同样地，处理的顺序不是实现特征和优点所必须的，而是为了便于说明和描述而提供。虽然未明确示出，但是根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作或功能中的一个或多个。进一步地，这些图以图形方式表示要编程到控制器12中的计算机可读存储介质中以由控制器结合发动机硬件执行的代码，如图8所示。
在一些示例中，车辆可以是具有可用于一个或多个车辆车轮25的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆是仅具有发动机的常规车辆或仅具有一个或多个电动机器的电动车辆。在所示的示例中，车辆包括发动机13和电动机器22。电动机器22可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器26被接合时，发动机13和电动机器22的曲轴40通过变速器24连接到车辆车轮25。在所示的示例中，第一离合器26设置在曲轴40和电动机器22之间，并且第二离合器26设置在电动机器22和变速器24之间。控制器12可向每个离合器26的致动器发送信号，以接合离合器或使离合器脱离接合，以便将曲轴40与电动机器22和连接到其的部件连接或断开，并且/或者将电动机器22与变速器和连接到其的部件连接或断开。变速器24可以是齿轮箱、行星齿轮系或另一类型的变速器。动力系可以以各种方式配置，其包括并联、串联或串联-并联混合动力车辆。
电动机器22从牵引电池28接收电力以向车辆车轮25提供扭矩。电动机器22也可作为发电机操作，以例如在制动操作期间向充电电池28提供电力。
现在转向图9A、图9B和图9C，它们示出了一种方法，该方法用于基于LNT的温度，响应于LNT上的NOx储存和/或通过SCR的NH3泄漏，调整AFR。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1、图2和图8所述的传感器)接收的信号，通过控制器可执行用于进行方法900的指令。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机操作。
方法900在902开始，其中方法包括确定、估计和/或测量当前发动机操作参数。当前发动机操作参数可包括但不限于发动机温度、发动机转速、歧管真空、节气门位置，EGR流速、踏板位置、排气温度和空气/燃料比(AFR)中的一个或多个。
在904处，方法可包括确定LNT温度。该温度可基于排气温度被估计。在一个示例中，由于LNT紧密耦接到发动机，两个温度可以是基本上类似的。除此之外或另选地，温度传感器可位于LNT的直接上游、下游，或集成到LNT中。可使用来自传感器的反馈确定LNT的温度。
在906处，该方法可包括将LNT温度与阈值温度进行比较。阈值温度可基于其中可发生NOx泄漏的LNT的温度。除此之外或另选地，高于阈值温度的LNT温度可对应于大于阈值扭矩请求的扭矩请求。阈值扭矩请求可对应于高负载和/或踩加速器踏板，其中排气温度超过阈值温度。在一个示例中，阈值温度高于550℃。如果温度不大于阈值温度，则该方法可进行到图9B的908。
图9B表示本公开的第一条件，其中LNT的温度低于阈值温度。因此，LNT可有效地捕获NOx，或者至少LNT不被动地释放先前捕获的NOx。扭矩需求小于阈值扭矩需求，并且因此，发动机负载是中负载、低负载或空载的。
例如，如果车辆在LNT温度低于阈值温度的第一条件下操作，则控制器可基于来自布置成接近SCR和LNT的传感器的反馈以确定与LNT和SCR相关的各种条件。例如，基于位于LNT直接下游的排气传感器可估计LNT中的NOx储存。如果NOx储存大于上限阈值NOx，则LNT可满载NOx(例如，100％容量的95％或更多)，并且不能储存更多。因此，可期望LNT的再生，其中再生包括富燃烧。
除此之外或另选地，响应于SCR NH3负载小于阈值NH3负载，可将燃烧调整到富燃烧。基于位于SCR的直接下游的排气传感器，可估计可指示SCR NH3负载的通过SCR的NH3泄漏。因此，如果NH3泄漏小于阈值泄漏，则SCR可包括小于阈值NH3负载的NH3的量。以这种方式，响应于SCR NH3需求和/或LNT再生请求，可将燃烧AFR从稀调整到富。
然而，如果通过SCR的NH3泄漏大于阈值泄漏，或者如果LNT不要求再生，则燃烧可从富改变为稀，或者保持稀。在一个示例中，如果LNT需求再生并且NH3泄漏小于阈值泄漏，则AFR可保持稀的。因此，NOx可通过LNT泄漏并流向SCR，在SCR其被还原，从而消耗NH3。一旦NH3泄漏减小到小于阈值泄漏，则可将AFR切换到富，以减少LNT中的NOx，同时还向SCR提供NH3。
在908处，方法900可以包括稀燃烧(例如，高于化学计量比(stoichiometric))。在一个示例中，燃烧略微稀或等于化学计量比(例如，等于15的AFR或等于1.0的λ值)。因此，与更稀的AFR相比，可产生相对少量的NOx，相对少量的NOx可被LNT捕获或在SCR上被还原。此外，通过在化学计量比下或高于化学计量比操作AFR，LNT不再生。因此，氨不流到LNT下游的SCR。
在910处，方法包括估计储存在LNT上的NOx的量。这可包括基于来自位于LNT的直接下游的排气传感器的反馈估计NOx储存。除此之外或另选地，基于多输入查询表中存储的值和跟踪NOx捕获的模型，可估计储存的NOx，并且基于表中的值，随着时间的推移从LNT除去储存的NOx。
在912处，方法可包括确定LNT是否期望再生。这可包括将储存在LNT上的NOx与上限阈值NOx进行比较。上限阈值NOx可基于满载的LNT(例如，LNT上大于NOx的95％负载)。如果储存在LNT上的NOx大于上限阈值NOx，则LNT可能不能进一步储存NOx并且可需求再生。如果储存在LNT上的NOx小于上限阈值NOx，则LNT可能够储存更多的NOx并且可不需要再生。如果方法900确定储存在LNT上的NOx大于上限阈值NOx，则方法可进行到914以富燃烧(例如，亚化学计量比的)并且再生LNT。以这种方式，对于相同量的进入气体(例如空气或空气和排气的混合物)，相比于在908处，该方法在914处可将更多的燃料喷射到发动机的一个或多个汽缸中。在一个示例中，富燃烧产生基本上等于0.4至0.6之间的值的λ值或6至10之间的AFR值。通过富燃烧，更多的氢、烃和碳氧化物流至LNT，这可有助于将储存在其上的NOx还原成NH3。这可协同地用NH3涂覆LNT下游的SCR的表面。因此，储存在LNT上的NOx被还原，并且LNT再生。
如果储存在LNT上的NOx小于上限阈值NOx，或者如果储存在LNT上的NOx已经减小到小于阈值NOx的NOx的量，则方法900可进行到916以估计通过SCR的NH3泄漏。基于来自位于SCR的直接下游的排气传感器的反馈，可估计通过SCR的NH3泄漏。NH3泄漏可与SCR的NH3负载成比例，其中当泄漏增加时，SCR的NH3负载也增加。
在918处，方法可包括确定SCR是否期望NH3。如果NH3泄漏大于阈值泄漏，则可不期望NH3。阈值泄漏可基于对应于SCR装置的泄漏，所述SCR装置具有等于其储存容量的95％或更大的NH3负载。如果不期望NH3并且NH3泄漏小于阈值泄漏，则方法可继续到920以继续在高于化学计量比下燃烧。以这种方式，AFR可基于提高车辆效率而操作并且不基于LNT或SCR条件改变。
在一些示例中，NH3泄漏可大于阈值泄漏，而LNT需求再生。因此，LNT可需要富的AFR，而SCR可需要稀的AFR。在这样的示例中，AFR可以是稀的，从而产生至少一些NOx，其中NOx在SCR装置与NH3反应。这可减少通过SCR的NH3泄漏，并且因此，一旦NH3泄漏小于阈值泄漏，AFR就可切换为富的。这允许LNT再生，同时协同地向SCR装置提供NH3。此外，可降低燃料消耗，同时也增加NOx转化为NH3的利用。
本领域技术人员将理解，在其中当LNT需求再生时NH3泄漏可大于阈值泄漏的一些示例中，可将AFR调整到富的。作为一个示例，如果SCR没有启动并且不能处理NOx输出，则可将AFR调整到富以减轻NOx排放。
如果NH3泄漏小于阈值泄漏，则SCR可期望更多的NH3，并且方法可进行到922以进行富燃烧。通过这样做，来自SCR上游的LNT的NOx被还原成NH3并被引导到SCR，在那里NH3可吸附到SCR的表面上。
在924处，该方法包括继续监测LNT的NOx储存和通过SCR的NH3泄漏。基于感测到的LNT和/或SCR的条件，燃烧AFR可在上述化学计量比和亚化学计量比之间循环。例如，如果LNT上的NOx储存小于下限阈值NOx储存，以及/或者如果NH3泄漏大于阈值NH3泄漏，则可将AFR调整至化学计量比或略微稀的AFR。
返回到906，如果LNT温度高于阈值温度，则LNT可能不能有效地储存NOx。方法可进行到图9C的926。
图9C示出了用于在第二条件下操作的车辆的发动机的方法900的一部分。第二条件可包括其中扭矩请求大于阈值扭矩请求，其中阈值扭矩请求基于排气温度，所述排气温度足够高以将LNT加热到大于阈值温度。在第二条件期间，LNT可能不能储存NOx，并且因此，NOx可流动通过LNT，并且从LNT被动地释放。然而，在第二条件期间，响应于高于阈值扭矩请求的扭矩请求，发动机被调整到富燃烧，以将储存在LNT上的NOx中的至少一些还原成NH3。这允许从LNT流出的NOx和NH3在位于LNT下游的SCR处被还原。
例如，如果车辆在第二条件下操作，则控制器可接收来自与LNT和SCR相关联的一个或多个传感器的反馈，从而估计储存在LNT上的NOx和储存在SCR上的NH3。随着由于富燃烧还原LNT上的NOx，储存在SCR上的NH3增加，从而增加通过SCR的NH3泄漏。如果通过SCR的NH3泄漏增加超过阈值泄漏，则AFR可被调整到化学计量比或稀。这可提高燃料经济性，同时还保留储存在LNT上的NOx用于将来的还原剂吸附。响应于通过SCR的NH3泄漏减小为少于阈值泄漏的泄漏，可将AFR从稀调整回富，并且SCR能够储存更多的NH3。以这种方式，在第二条件期间，利用储存在LNT上的NOx用于使NH3流动，以便降低燃料消耗，并且减少由于NOx还原成NH3而引起的NH3泄漏。
在926处，方法可包括富燃烧。对于被进给到燃烧室中的给定量的进入气体，相比于化学计量比和稀的燃烧，富燃烧包括用于给定量的更多的燃料。因此，相比于稀燃烧，在富燃烧期间的排气可包含更大量的碳氧化物、烃和氢气。这些组分可促进将NOx在LNT表面上还原成NH3。因此，由于其温度高于阈值温度，LNT可被动地释放NOx，同时由于富燃烧还释放NH3。
在928处，该方法包括估计通过SCR的NH3泄漏。如上所述，SCR可用NH3饱和，并且NH3泄漏可超过阈值泄漏。
在930处，该方法包括确定SCR是否期望NH3。如果通过SCR的NH3泄漏小于阈值泄漏，则SCR可期望NH3，从而指示SCR可能够储存更多的NH3。如果不期望更多的NH3，并且SCR用NH3饱和，使得通过SCR的NH3泄漏量大于阈值泄漏，则该方法可进行到932以将燃烧AFR调整到稀。这可减少碳氧化物、烃和氢气的输出，同时增加NOx输出。通过这样做，一定量的NOx可从发动机释放与从LNT释放的NOx结合。因此，SCR上的NH3用来还原NOx，从而减少通过SCR的NH3泄漏。方法可继续监测通过SCR的NH3泄漏。
如果NH3泄漏小于阈值泄漏并且期望NH3，则该方法可进行到934以估计储存在LNT上的NOx。在936处，方法可包括确定剩余的NOx是否大于下限阈值NOx。下限阈值NOx可基于储存在LNT上的NOx的量等于LNT的完全储存容量的5％或更少。因此，即使在富燃烧条件下，LNT也可不再能够充分地产生NH3。如果剩余的NOx小于下限阈值NOx，那么该方法可进行到938以将燃烧调整到稀。这可提高燃料经济性。
如果剩余的NOx大于下限阈值NOx，则LNT包含足够量的NOx以转化成NH3以供应给SCR，并且方法可进行到940。燃烧可保持为富，直到以下各项中的一个或多个：LNT温度降低到低于阈值温度的温度，剩余在LNT上的NOx小于下限阈值NOx，并且通过SCR的NH3泄漏超过阈值泄漏。
在一个示例中，在其中储存在LNT上的NOx不降至下限阈值NOx以下的第二条件期间，基于SCR的NH3需求，AFR可在稀和富之间波动。因此，当NH3泄漏小于阈值泄漏时，AFR可以是富的。当NH3泄漏大于阈值泄漏时，AFR可以是稀的。在一些示例中，在其中不期望NH3的第二条件期间，可将AFR从富(在0.4至0.6之间的λ)调整到较不富(在0.7至0.9之间的λ)。除此之外或另选地，可将AFR从较富调整到稀(在1.1至1.3之间的λ)。例如，如果在926处的λ值等于0.5用于富燃烧，则较不富的燃烧的λ值可等于0.8。因此，较少的NOx可转化成NH3，同时也减轻了来自发动机的NOx的输出。除此之外或另选地，在不期望NH3的第二条件期间，可将AFR调整至化学计量比。这可降低燃料消耗，同时还可减轻发动机NOx排放。
本领域技术人员应该理解，尽管参照具有在SCR装置的上游紧密耦接到发动机的单个LNT的排气系统描述方法900，但是方法也可应用于在SCR装置的上游具有两个LNT的排气系统。如上所述，最靠近发动机的LNT(例如，第一LNT)可经历温度的最大波动，并且因此，基于第一LNT的温度可调整发动机的AFR。然而，第二LNT的条件可用来增强上述的益处。
例如，在第二条件期间，如果第一LNT不需求再生并且SCR不期望NH3，则方法可将AFR从较富(类似于0.5的λ)调整到较不富(类似于0.8的λ)。这可导致第一LNT将NOx渗漏到第二LNT，第二LNT可在第二条件期间处于低于阈值温度的温度。这可由于第二LNT和发动机之间的距离。因此，第二LNT可捕获通过第一LNT泄漏的NOx。除此之外或另选地，如果车辆已经在第二条件下操作足以将第一LNT和第二LNT两者都加热到大于阈值温度的温度的时间量，并且第一LNT和第二LNT都不期望再生，并且SCR不期望NH3，那么方法可将AFR从较富的调整到较不富的。由于两个LNT在该时间期间都渗漏NOx，所以SCR中的NH3被消耗，并且响应于通过SCR的NH3泄漏小于阈值泄漏，可将AFR调整回较富的AFR。在较富的和较不富的之间来回循环AFR可提高燃料经济性，同时提高到SCR的NH3流动效率。
现在转向图10，其示出了发动机操作序列1000，其以图形方式示出了发动机操作从第一条件切换到第二条件，用于发动机在增加的扭矩请求之后略微富的操作。因此，曲线1000示出了发动机的条件，该发动机包括具有不紧密耦接到发动机的LNT的排气系统，还包括不具有用于执行图9A的方法900的指令的控制器。曲线1010示出了扭矩请求，并且虚线1012示出了阈值扭矩，曲线1020示出了发动机负载，并且虚线1022示出了阈值负载，曲线1030示出了储存在LNT上的NOx，并且虚线1032示出了下限阈值NOx，曲线1040示出了储存在SCR上的NH3，并且虚线1042示出了阈值NH3负载，曲线1050表示排气温度，虚曲线1052表示LNT温度，并且虚线1054表示阈值温度，曲线1060表示空气/燃料比，并且虚线1062表示化学计量比的空气/燃料比，并且曲线1070表示到车辆外部的环境大气的NOx输出。对于虚曲线1052不可见的情况，可假定LNT的温度基本上等于排气温度。阈值扭矩请求和阈值发动机负载均基于发动机操作，发动机操作可将排气温度提高到高于阈值温度的温度，并且从而将LNT温度提高到高于阈值温度的温度。时间从图的左侧到右侧增加。
在t1之前，扭矩请求(1010)和发动机负载(1020)低于它们各自的阈值(1012和1022)。因此，排气温度和LNT温度(分别为1050和1052)都低于阈值温度(1054)。AFR(1060)基本上是化学计量比和/或略微稀的。因此，储存在其上的LNT NOx(1030)朝相对高的NOx增加。储存在SCR(1040)上的NH3相对较高并且高于储存的阈值NH3(1042)。NOx输出相对较低或基本上为零。
在t1处，发动机负载和扭矩请求开始增加。在t1之后和t2之前，发动机负载和扭矩请求继续增加。排气温度和LNT温度开始增加。储存的LNT NOx继续增加。
在t2处，发动机负载和扭矩请求基本上等于或大于其对应的阈值。在一个示例中，加速器踏板被压下通过阈值位置对应于高于阈值扭矩请求的扭矩请求。将空气/燃料比调整到略微富。略微富可对应于12.5-13.5的AFR或0.8至0.9的λ值。在t2之后和t3之前，排气温度提高到大于阈值温度的温度。
在t3处，LNT温度超过阈值温度。因此，LNT NOx开始减少。这导致储存的SCR NH3对应地减少。然而，由于AFR仅略微富，只有少量的(如果有的话)储存在LNT上的NOx被转化为NH3。在t3和t4之间，所储存的SCR NH3迅速朝储存的阈值NH3减少。同样，LNT NOx减少。
在t4处，SCR NH3小于阈值NH3，并且不能处理由LNT释放的NOx。因此，NOx输出开始从相对零上升到相对较高的值和相对较低的值之间的值。在t4和t5之间，发动机负载和扭矩请求保持高于其相对阈值。排气温度和LNT温度保持大于阈值温度，并且AFR保持略微富的。LNT NOx继续减少，并且有助于NOx输出到环境大气。
在t5处，扭矩请求和发动机负载降至其各自的阈值之下。在t5和t6之间，排气温度降低并降至低于阈值温度的温度之下。然而，由于LNT和发动机之间的距离，LNT温度不会降至阈值温度之下，直到持续时间之后。因此，NOx继续由LNT释放，并且AFR保持略微富，以减轻向环境大气的NOx排放。这可降低车辆燃料经济性。
在t6处，LNT温度降至阈值温度之下，并且LNT不再释放NOx。因此，NOx输出开始减少。AFR朝化学计量比增加。因此，较少的燃料被递送到发动机。在t6之后，NOx输出减少到基本为零。AFR基本上等于化学计量比。SCR NH3储存保持在阈值NH3储存之下。LNT NOx增加。扭矩请求和发动机负载保持在其相应的阈值之下。
现在转向图11，其示出了操作序列1100，操作序列1100示出具有紧密耦接的LNT的发动机连同具有用于执行从第一条件切换到第二条件的图9A的方法900的指令的控制器。因此，除了这里描述的差异外，操作序列1100基本上类似于图10的操作序列1000。因此，先前引入的曲线类似地编号并且可不被重新介绍。虚线1032涉及如上面在图9A中所述的下限阈值NOx。
如在t1和t2之间所示，排气温度和LNT温度随着发动机负载和扭矩请求的增加而增加。操作序列1100的排气温度与LNT温度之间的差值小于操作序列1000的排气温度与LNT温度之间的差值。这可由于在系统中紧密耦接的LNT由操作序列1100以图形方式显示。
扭矩请求和发动机负载在t2处超过其各自的阈值，并且AFR为富。然而，本文描述的富操作比图10中描述的AFR更富。因此，对于相同量的空气，图11中的AFR具有比图10的AFR更多的燃料。
在t3处，LNT温度达到阈值温度，LNT NOx减少。然而，由于更富的AFR，到SCR的NOx流也包含NH3。因此，在其温度高于t3和t5之间的阈值温度的LNT的整个操作期间，储存的SCRNH3不会降至储存的阈值NH3之下。以这种方式，SCR可充分地处理来自LNT的NOx泄漏，如图11中的NOx输出低于图10中的NOx输出所示。
现在转向图12，其示出了基本上类似于操作序列1100的操作序列1200。然而，在大于图11中的时间的持续时间内，扭矩请求保持高于阈值扭矩请求。因此，与图11相比，更多的NOx从LNT渗漏。因此，LNT NOx降至下限阈值NOx之下，从而指示LNT NOx不包含能够还原成NH3的足够量的NOx。因此，为了保持SCR的NH3负载，在t5和t6之间将AFR调整到略微富的AFR。略微富的AFR可基本上类似于图10所示的在t4至t6之间的略微富的AFR。因此，减轻了通过发动机的NOx产生，同时也降低了SCR中的NH3消耗。
现在转向图13，其示出了说明从第一条件切换到第二条件的发动机的操作序列1300。在一个示例中，操作序列以图形方式显示进行方法900的图8的发动机13。曲线1310示出了节气门位置，并且虚线1312示出了对应于大于阈值负载的发动机负载的节气门位置，曲线1320示出了燃料喷射体积，曲线1330示出了LNT NOx负载，虚线1332示出了上限阈值NOx负载，并且虚线1334示出了下限阈值NOx负载，曲线1340示出了SCR NH3负载，虚线1342示出了阈值SCR NH3负载，曲线1350示出了LNT温度，并且虚线1352示出了阈值温度，并且曲线1360示出了AFR，并且虚线1362示出了化学计量比的AFR。如上所述，阈值发动机负载对应于扭矩请求大于阈值扭矩请求和LNT温度高于阈值温度中的一个或多个。因此，当节气门移动到超过阈值位置的更多打开的位置时，排气温度可升高到阈值温度以上。上限阈值NOx负载对应于LNT用NOx饱和并且不再能够吸附更多的NOx。较低的LNT NOx负载对应于LNT基本上为空的(例如，LNT的表面的5％或更少包含吸附在其上的NOx)。阈值NH3负载对应于SCR用NH3饱和，使得在SCR处不再期望NH3。换句话说，当SCR NH3负载基本上等于或大于阈值NH3负载时，通过SCR的NH3泄漏基本上等于阈值泄漏。化学计量比的AFR基本上等于为15的AFR和/或为1.0的λ。时间从图的左侧到右侧增加。
在t1之前，节气门位置(1310)比阈值位置(1312)更少打开。因此，LNT温度(1350)小于阈值LNT温度(1352)。因此，发动机可在第一条件下操作，其中LNT被配置成捕获NOx。AFR(1360)高于化学计量比(1362)且略微稀。因此，燃料喷射体积相对低。由于过量的氧气，NOx可由发动机产生并被LNT捕获。因此，LNT NOx负载(1330)朝向上限阈值NOx负载(1332)增加。SCR NH3负载(1340)保持基本上恒定，低于阈值NH3负载(1342)，因为LNT可捕获来自发动机的大部分NOx输出。
在t1，LNT NOx达到上限阈值NOx负载。因此，LNT可请求再生。然而，由于SCR NH3负载仍然低于阈值NH3负载，所以再生延迟。这允许在其中SCR也需求NH3的条件期间利用NOx转化成NH3。因此，燃料喷射不增加，并且AFR保持基本上稀的。
在t1和t2之间，节气门位置保持在比阈值位置更关闭的位置。燃料喷射体积保持相对较低。LNT NOx负载保持高于上限阈值NOx负载。SCR NH3负载减小到小于阈值NH3负载的负载，因为其处理由于稀AFR引起的发动机排放的NOx。LNT温度保持小于阈值温度。
在一些实施例中，即使当SCR不需求NH3时，LNT也可再生。如果SCR没有启动并且可不处理NOx排放，则可发生这种情况。除此之外或另选地，LNT可通过富AFR被动地再生，其中由于一个或多个发动机操作参数(例如，增加的发动机负载)，AFR被切换到富。
在t2处，节气门位置在比阈值位置更关闭的位置处保持基本上恒定。然而，燃料喷射体积增加以再生LNT。因此，AFR朝向略微富的AFR(例如，AFR 12.5)移动。由于排气流中氧气的减少，LNT温度可从t2之前的温度略微降低。LNT NOx负载减小，并且SCR NH3负载开始增加。在t2和t3之间，LNT NOx负载减小到低于上限阈值NOx负载的负载，并且SCR NH3负载朝向阈值NH3负载增加。虽然LNT不再需要再生，但是在一个示例中，基于LNT的饱和度小于50％，再生可继续阈值持续时间。
在t3处，节气门位置开始移动到更多打开的位置。燃料喷射体积开始增加，并且AFR变得更富。在t3和t4之间，节气门位置移动到比阈值位置更多打开的位置。因此，LNT温度继续增加。燃料喷射体积相对高，并且AFR继续降低，变得更富。以这种方式，发动机从第一条件转换到第二条件。由于在LNT处NOx转化为NH3，LNT NOx负载继续减小，并且SCR NH3负载继续增加。
在t4处，LNT温度高于阈值温度，并且开始第二条件。因此，LNT可被动地渗漏NOx，并且可不再捕获和/或吸附NOx。由于AFR比在第一条件期间更富(例如AFR 9对AFR 12.5)，LNT NOx负载继续减小，并且SCR NH3负载继续增加。因此，由于烃、碳氧化物和氢的存在增加，以及LNT温度高于阈值温度，LNT NOx负载以比t4之前的速率更快的速率减小。同样，SCRNH3负载以比t4之前的速率更大的速率增加。在t4和t5之间，LNT NOx负载继续朝向下限阈值NOx负载(1034)减小，并且SCR NH3负载朝向阈值NH3负载增加。AFR保持富的，并且节气门位置保持基本上恒定。燃料喷射体积保持相对较高。
在t5处，SCR NH3负载增加到阈值NH3负载以上。因此，通过SCR的NH3泄漏可大于阈值泄漏。因此，不再期望NH3。作为响应，燃料喷射体积减小，并且AFR移动到较不富的AFR。在t5和t6之间，AFR略微富，并且可基本上类似于t2和t3之间的AFR。因此，AFR现在可基本上等于12.5。LNT NOx负载由于其温度高于阈值温度而继续减小；然而，其减小速率小于在t4和t5之间的速率。这是由于在较不富的AFR期间氢、烃和碳氧化物的存在减少。SCR NH3负载开始减小。在t5和t6之间，SCR NH3负载和LNT NOx负载继续减小。AFR保持较不富，因此几乎没有NOx转化为NH3。SCR NH3负载降至阈值NH3负载之下。因此，SCR可处于被配置为储存更多NH3的条件下。通过以比在t4和t5之间的更富的AFR的较不富的AFR操作AFR，可增加燃料经济性，并且更有效地利用NOx转化成NH3。例如，不是消耗增加的燃料和将NH3泄漏到大气，而是燃料消耗减少并且NH3泄漏减少。
虚曲线1322和1354分别示出了替代燃料喷射体积和AFR。在一个示例中，燃料喷射体积可减小到对应于稀AFR的体积。因此，当在第二条件期间SCR用NH3饱和时，方法可替代地稀操作。这可进一步提高燃料经济性。
在t6，燃料喷射体积增加，并且相比于阈值位置，节气门位置保持更多打开。AFR开始降低到更富的AFR。在t6和t7之间，LNT NOx负载以类似于t4和t5之间的速率继续减小。SCR NH3负载朝向阈值NH3负载增加。LNT温度保持在阈值温度以上。
在t7，LNT NOx负载减小到小于下限阈值NOx负载的负载。因此，LNT几乎不包含NOx。因此，燃料喷射体积减小，并且AFR移动到较不富的AFR。SCR NH3负载保持基本上恒定。这可由于LNT不泄漏NOx，以及发动机略微富地燃烧，这可减轻或防止NOx形成。在t7之后，操作可在第二条件下继续。由于LNT太热而不能捕获NOx，所以在第二条件的持续时间内，AFR可保持较不富的，直到满足第一条件参数，其中LNT可吸附NOx。
以这种方式，基于LNT的温度、LNT的NOx负载和SCR上的NH3负载中的一个或多个可调整AFR。LNT和SCR在排气通道中处于不同的位置，使得LNT经历比SCR更高的排气温度。因此，在大于阈值扭矩请求的扭矩请求期间，LNT可达到其不再能够捕获或储存NOx的温度。基于LNT和SCR的条件调整AFR的技术效果是利用储存在LNT上的NOx来用NH3涂覆SCR并再生LNT。通过在较富的AFR、较不富的AFR和稀的AFR之间波动，燃料经济性可提高，NOx转化为NH3的利用也可增加。
方法的一个实施例包括调节内燃发动机的空气/燃料比。所述发动机包括流体地连接到内燃发动机的排气道，布置在排气道中的两个或更多个排气后处理装置，排气后处理装置包括至少一种氮氧化物储存催化剂、布置在氮氧化物储存催化剂下游的用于选择性催化还原的至少一种催化剂、至少一个λ探针，至少一个温度传感器和控制单元；在扭矩请求小于阈值扭矩请求的第一条件期间，以低负载操作内燃发动机；在扭矩请求大于阈值扭矩请求的第二条件期间，变成在高负载下的操作状态；响应于储存在选择性催化还原中的氨负载达到上限阈值氨负载，在第二条件期间将空气/燃料比从较富调整到较不富；响应于储存在所述选择性催化还原中的氨负载达到下限阈值氨负载，在第二条件期间将空气/燃料比从较不富调整到较富；以及响应于扭矩请求小于阈值请求，当从第二条件切换到第一条件时，将空气/燃料比从富调整到稀。
该方法的第一示例进一步包括其中基于氨负载达到上限阈值氨负载和下限阈值氨负载，内燃发动机在第二条件期间在较富的空气/燃料比和较不富的空气/燃料比之间波动，并且其中较富的空气/燃料比在6.0至9.0之间，并且其中较不富的空气/燃料比在12.0至13.0之间，并且其中通过检测从用于选择性催化还原的催化剂逸出的氨来确定达到上限阈值。该方法的第二示例任选地包括第一示例，进一步包括其中氮氧化物储存催化剂是第一氮氧化物储存催化剂，排气道还包括第二氮氧化物储存催化剂，第一氮氧化物储存催化剂和第二氮氧化物储存催化剂都布置在所述选择性催化还原的上游。该方法的第三示例任选地包括第一和/或第二示例，进一步包括其中第二氮氧化物储存催化剂在排气的流动方向上布置在第一氮氧化物储存催化剂的下游。该方法的第四示例任选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括其中第一条件和第二条件进一步基于第一氮氧化物储存催化剂的温度，其中当第一氮氧化物储存催化剂的温度低于阈值温度时满足第一条件。该方法的第五示例任选地包括第一至第四示例中的一个或多个，进一步包括其中第一氮氧化物催化剂被紧密耦接到发动机，并且直接位于排气歧管的下游。该方法的第六示例任选地包括第一至第五示例中的一个或多个，进一步包括其中响应于所述选择性催化还原达到较低的氨负载，通过将空气/燃料比调整到更富，并且将储存在氮氧化物储存催化剂中的氮氧化物转化为氨，从而产生氨。
方法的第二实施例包括在其中稀NOx捕集器的温度低于阈值温度的第一条件期间，响应于稀NOx捕集器要求再生以及通过选择性催化还原装置的氨泄漏小于阈值泄漏中，调整空气/燃料比，以及在其中稀NOx捕集器的温度高于阈值温度的第二条件期间，响应于稀NOx捕集器的NOx负载达到下限阈值NOx负载以及通过选择性催化还原装置的氨泄漏达到阈值泄漏中的一个或多个或每个，调整空气/燃料比。该方法的第一示例进一步包括其中阈值温度基于稀NOx捕集器的温度，其中稀NOx捕集器被动地泄漏储存在其上的NOx。该方法的第二示例任选地包括第一示例，进一步包括稀NOx捕集器被配置成当稀NOx捕集器的温度低于阈值温度并且稀NOx捕集器不要求再生时，在第一条件期间捕获由发动机产生的NOx。该方法的第三示例任选地包括第一和/或第二示例，进一步包括，其中响应于在第二条件期间选择性催化还原装置要求氨并且稀NOx捕集器的NOx负载大于下限阈值NOx负载，将空气/燃料比调整到富空气/燃料比，并且其中响应于在第二条件期间选择性催化还原装置不要求氨，在第二条件期间将空气/燃料比调整到较稀的空气/燃料比。该方法的第四示例任选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括，其中在第二条件期间，富空气/燃料比产生在0.4至0.6之间的λ值，并且稀空气/燃料比产生在1.1至1.3之间的λ值，其中通过布置在容纳稀NOx捕集器和选择性催化还原装置的排气通道中的排气传感器测量λ值。该方法的第五示例任选地包括第一至第四示例中的一个或多个，进一步包括，其中在第二条件期间，空气/燃料比基于通过选择性催化还原装置的氨泄漏而在富空气/燃料比与稀空气/燃料比之间波动。该方法的第六示例任选地包括第一至第五示例中的一个或多个，进一步包括，其中响应于在第一条件期间通过选择性催化还原装置的氨泄漏小于阈值泄漏并且稀NOx捕集器要求再生，将空气/燃料比调整到稀空气/燃料比。该方法的第七示例任选地包括第一至第六示例中的一个或多个，进一步包括，其中响应于在第一条件期间选择性催化还原装置要求氨以及稀NOx捕集器要求再生中的一个或多个，将空气/燃料比调整到富空气/燃料比。该方法的第八示例任选地包括第一至第七示例中的一个或多个，进一步包括，其中在第一条件期间稀空气/燃料比产生在1.1至1.3之间的λ值，并且富空气/燃料比产生在0.7至0.9之间的λ值，其中通过布置在容纳稀NOx捕集器和选择性催化还原装置的排气通道中的排气传感器测量λ值。
一种系统，其包括耦接到容纳稀NOx捕集器和选择性催化还原装置的排气通道的发动机，其中稀NOx捕集器紧密耦接到发动机并且相对于排气流的方向布置在所述选择性催化还原装置的上游；以及控制器，其具有存储在其上的计算机可读指令，所述指令被实现时使控制器能够：响应于稀NOx捕集器的NOx负载小于下限阈值NOx负载、NOx负载大于上限阈值NOx负载以及从选择性催化还原装置的氨泄漏小于阈值泄漏中的一个或多个，调整发动机的空气/燃料比。该系统的第一示例进一步包括其中响应于NOx捕集器的NOx负载小于下限阈值NOx负载，空气/燃料比是稀的，并且其中响应于NOx捕集器的NOx负载大于上限阈值NOx负载，空气/燃料比是富的。该系统的第二示例任选地包括第一示例，进一步包括其中紧密耦接稀NOx捕集器包括将稀NOx捕集器安装在发动机的排气歧管的直接下游。该系统的第三示例任选地包括第一和/或第二示例，进一步包括其中稀NOx捕集器是第一稀NOx捕集器，进一步包括布置在第一稀NOx捕集器和选择性催化还原装置之间的第二稀NOx捕集器。
需注意，包括在本文的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由控制系统进行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器。本文描述的专用程序可表示任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等中的一个或多个。这样，示出的各种动作、操作和/或功能可以以示出的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点所必需要求的，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。
应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为具有限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元素或“第一”元素或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或多个此类元素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元素。所公开的特征、功能、元素和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这些权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于初始权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：
调整内燃发动机的空气/燃料比，所述发动机包括流体地连接到所述内燃发动机的排气道，布置在所述排气道中的两个或更多个排气后处理装置，所述排气后处理装置包括至少一种氮氧化物储存催化剂、布置在所述氮氧化物储存催化剂下游的用于选择性催化还原的至少一种催化剂、至少一个λ探针，至少一个温度传感器和控制单元；
在扭矩请求小于阈值扭矩请求的第一条件期间，以低负载操作内燃发动机；
在所述扭矩请求大于所述阈值扭矩请求的第二条件期间，变成在高负载下的操作状态；
响应于储存在选择性催化还原中的氨负载达到上限阈值氨负载，在所述第二条件期间将所述空气/燃料比从较富调整到较不富；
响应于储存在所述选择性催化还原中的所述氨负载达到下限阈值氨负载，在所述第二条件期间将所述空气/燃料比从较不富调整到较富；以及
响应于所述扭矩请求小于所述阈值请求，当从所述第二条件切换到所述第一条件时，将所述空气/燃料比从富调整到稀。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述氨负载达到所述上限阈值氨负载和所述下限阈值氨负载，所述内燃发动机在所述第二条件期间在较富的空气/燃料比和较不富的空气/燃料比之间波动，并且其中所述较富的空气/燃料比在6.0至9.0之间，并且其中所述较不富的空气/燃料比在12.0至13.0之间，并且其中通过检测从用于选择性催化还原的所述催化剂逸出的氨确定达到所述上限阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述氮氧化物储存催化剂是第一氮氧化物储存催化剂，所述排气道还包括第二氮氧化物储存催化剂，所述第一氮氧化物储存催化剂和所述第二氮氧化物储存催化剂都布置在所述选择性催化还原的上游。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二氮氧化物储存催化剂在所述排气的所述流动方向上布置在所述第一氮氧化物储存催化剂的下游。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一条件和所述第二条件进一步基于所述第一氮氧化物储存催化剂的温度，其中当所述第一氮氧化物储存催化剂的所述温度低于阈值温度时满足所述第一条件。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一氮氧化物催化剂被紧密耦接到所述发动机，并且直接位于排气歧管的下游。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括响应于所述选择性催化还原达到所述较低的氨负载，通过将所述空气/燃料比调整到更富，并且将储存在所述氮氧化物储存催化剂中的氮氧化物转化为氨，从而产生氨。
8.一种方法，其包括：
在其中稀NOx捕集器的温度低于阈值温度的第一条件期间，响应于所述稀NOx捕集器要求再生以及通过选择性催化还原装置的氨泄漏小于阈值泄漏中的一个或多个或每个，调整空气/燃料比；以及
在其中所述稀NOx捕集器的所述温度高于所述阈值温度的第二条件期间，响应于所述稀NOx捕集器的NOx负载达到下限阈值NOx负载以及通过所述选择性催化还原装置的所述氨泄漏达到所述阈值泄漏中的一个或多个或每个，调整所述空气/燃料比。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述阈值温度基于所述稀NOx捕集器的温度，其中所述稀NOx捕集器被动地泄漏储存在其上的NOx。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述稀NOx捕集器被配置成当所述稀NOx捕集器的所述温度低于所述阈值温度并且所述稀NOx捕集器不要求再生时，在所述第一条件期间捕获由发动机产生的NOx。
11.根据权利要求8所述的方法，其中响应于在所述第二条件期间所述选择性催化还原装置要求氨并且所述稀NOx捕集器的所述NOx负载大于所述下限阈值NOx负载，将所述空气/燃料比调整到富空气/燃料比，并且其中响应于在所述第二条件期间所述选择性催化还原装置不要求氨，在所述第二条件期间将所述空气/燃料比调整到较稀的空气/燃料比。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第二条件期间，所述富空气/燃料比产生在0.4至0.6之间的λ值，并且所述稀空气/燃料比产生在1.1至1.3之间的λ值，其中通过布置在容纳所述稀NOx捕集器和所述选择性催化还原装置的排气通道中的排气传感器测量所述λ值。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第二条件期间，所述空气/燃料比基于通过所述选择性催化还原装置的氨泄漏在所述富空气/燃料比与所述稀空气/燃料比之间波动。
14.根据权利要求8所述的方法，其中响应于在所述第一条件期间通过所述选择性催化还原装置的所述氨泄漏小于所述阈值泄漏并且所述稀NOx捕集器要求再生，将所述空气/燃料比调整到稀空气/燃料比。
15.根据权利要求14所述的方法，其中响应于在所述第一条件期间所述选择性催化还原装置要求氨以及所述稀NOx捕集器要求再生中的一个或多个，将所述空气/燃料比调整到富空气/燃料比。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第一条件期间所述稀空气/燃料比产生在1.1至1.3之间的λ值，并且所述富空气/燃料比产生在0.7至0.9之间的λ值，其中通过布置在容纳所述稀NOx捕集器和所述选择性催化还原装置的排气通道中的排气传感器测量所述λ值。
17.一种系统，其包括：
发动机，其耦接到容纳稀NOx捕集器和选择性催化还原装置的排气通道，其中所述稀NOx捕集器紧密耦接到所述发动机并且相对于排气流的方向布置在所述选择性催化还原装置的上游；以及
控制器，其具有存储在其上的计算机可读指令，所述指令被实现时使所述控制器能够：
响应于所述稀NOx捕集器的NOx负载小于下限阈值NOx负载、所述NOx负载大于上限阈值NOx负载以及从选择性催化还原装置的氨泄漏小于阈值泄漏中的一个或多个，调整所述发动机的空气/燃料比。
18.根据权利要求17所述的系统，其中响应于所述NOx捕集器的所述NOx负载小于所述下限阈值NOx负载，所述空气/燃料比是稀的，并且其中响应于所述NOx捕集器的所述NOx负载大于所述上限阈值NOx负载，所述空气/燃料比是富的。
19.根据权利要求17所述的系统，其中紧密耦接所述稀NOx捕集器包括将所述稀NOx捕集器安装在所述发动机的排气歧管的直接下游。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述稀NOx捕集器是第一稀NOx捕集器，进一步包括布置在所述第一稀NOx捕集器和所述选择性催化还原装置之间的第二稀NOx捕集器。
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