CN114728236B - 在排气后处理系统中操作被动式氮氧化物吸附器的系统和方法 - Google Patents

在排气后处理系统中操作被动式氮氧化物吸附器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种系统，包括用于接收和处理由发动机产生的排气的催化器、位于催化器上游的被动式NOx吸附器(PNA)、位于催化器和PNA上游的旁通阀以及控制器。控制器被配置为确定催化器在冷启动条件下操作，控制旁通阀将排气引导到PNA，确定催化器不再在冷启动条件下操作，并继续控制旁通阀将排气引导到PNA持续预定持续时间，并且在经过预定持续时间之后，控制旁通阀将排气绕过PNA引导到催化器。控制器还配置成在向PNA提供排气的同时检测高瞬态扭矩需求，并在发动机和电动马达之间分配扭矩需求。

Description

在排气后处理系统中操作被动式氮氧化物吸附器的系统和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月21日提交的美国临时专利申请第62/938,499号的申请日的优先权和权益，该申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及基于内燃发动机的系统，特别涉及混合动力系统。
背景
对于内燃发动机，例如柴油发动机，氮氧化物(NOx)化合物可能在排气中排放。为了减少NOx排放物，可实施选择性催化还原(SCR)工艺，以在催化剂和还原剂的帮助下将NOx化合物转化为更中性的化合物，比如双原子氮、水或二氧化碳。催化剂可以包括在排气系统的催化剂室中，比如，例如交通工具或发电单元的排气系统的催化剂室。诸如无水氨、氨水、柴油机尾气处理液(DEF)或含水尿素的还原剂通常在SCR催化剂之前被引入排气流中。为了将还原剂引入排气流中以用于SCR过程，SCR系统可以通过配给模块配给或以其它方式引入还原剂，该配给模块将还原剂蒸发或喷射到催化剂室上游的排气系统的排气管中。SCR系统可以包括一个或更多个传感器来监测排气系统内的状况。
概述
在一个方面，一种系统包括用于接收和处理由发动机产生的排气的催化器、位于SCR催化器上游并与催化器流体联接的被动式NOx吸附器(PNA)、位于PNA上游的旁通阀和控制器。控制器被配置为确定催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，响应于确定催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值，控制旁通阀将排气引导到PNA。控制器还被配置为在控制旁通阀将排气引导到PNA之后，确定催化器的有效性不再低于阈值水平。控制器还被配置成响应于确定催化器的有效性不再低于阈值，继续控制旁通阀将排气引导到PNA，并且在满足PNA再生条件之后，控制旁通阀将排气绕过PNA引导到催化器。
在另一方面，一种系统，包括：
催化器，其用于接收和处理由发动机产生的排气；
被动式NOx吸附器(PNA)，其位于所述催化器的上游并与所述催化器流体联接；
旁通阀，其位于所述催化器和所述PNA的上游；和
控制器，其配置为：
确定所述催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，
响应于确定所述催化器在减少NOx方面的有效性低于所述阈值水平，控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA，
在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA之后，确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平，以及
响应于确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平：
继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA；和
在满足PNA再生条件之后，控制所述旁通阀将排气绕过所述PNA引导到所述催化器。
在一些实施例中，所述控制器还配置成在继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，增加所述发动机上的负载。
在一些实施例中，通过将发电机与所述发动机机械地接合来增加所述发动机上的所述负载，并利用由所述发电机产生的所得电能来为电池系统充电。
在一些实施例中，基于确定所述催化器的温度低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
在一些实施例中，基于确定所述催化器的输出端处的NOx低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
在一些实施例中，在确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平之后，在排气被引导经过所述PNA过去了预定持续时间时，满足所述PNA再生条件。
在一些实施例中，所述控制器还配置成调节所述旁通阀，使得在输入端口处接收的排气在PNA管道和旁通管道之间成比例地输出。
在一些实施例中，所述控制器还配置成调节所述旁通阀，使得在输入端口处接收的排气仅输出到PNA管道而不输出到旁通管道。
在一些实施例中，所述PNA包括NOx吸附元件，所述NOx吸附元件包括钯、铂、银、沸石、Al2O3和含CeO2的材料中的至少一种。
在另一方面，一种系统包括用于接收和处理由发动机产生的排气的催化器、位于催化器上游并与催化器流体联接的PNA、位于催化器和PNA上游的旁通阀以及控制器。控制器被配置成在控制旁通阀将排气引导到PNA的同时检测大于阈值的扭矩需求。控制器还被配置成响应于检测到扭矩需求大于阈值，将与电池系统联接的马达与系统的驱动轴接合，以满足扭矩需求的至少一部分。控制器还被配置成响应于马达与驱动轴的接合不满足所有扭矩需求，将发动机与驱动轴接合以满足扭矩需求的剩余部分。
在一些实施例中，响应于确定所述马达已达到其最大扭矩容量但未满足所有的所述扭矩需求，所述发动机与所述驱动轴接合。
在一些实施例中，所述控制器还被配置成基于所述发动机的当前速度和/或转速将油门位置的变化转化为扭矩需求的变化，并且其中，油门位置传感器向所述控制器提供指示所述油门位置的数据。
在一些实施例中，所述控制器还被配置成响应于当前扭矩和目标扭矩之间的差与将所述当前扭矩改变为所述目标扭矩的时间的比值超过阈值来确定高扭矩需求事件的存在。
在又一个方面，一种用于在排气后处理系统中操作被动式氮氧化物吸附器(PNA)的方法包括确定催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，该催化器用于接收和处理由发动机产生的排气。响应于确定催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，该方法还包括控制旁通阀将排气引导至PNA，PNA位于催化器的上游并与催化器和旁通阀流体联接，旁通阀位于催化器和PNA的上游。在控制旁通阀将排气引导到PNA之后，该方法还包括确定催化器的有效性不再低于阈值水平。响应于确定催化器的有效性不再低于阈值水平，该方法还包括继续控制旁通阀将排气引导到PNA，并且在满足PNA再生条件之后，控制旁通阀将排气绕过PNA引导到催化器。
在一些实施例中，所述方法还包括，在继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，增加所述发动机上的负载。
在一些实施例中，通过将发电机与所述发动机机械地接合来增加所述发动机上的所述负载，并且所述方法还包括利用由所述发电机产生的所得电能来为电池系统充电。
在一些实施例中，基于确定所述催化器的温度低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
在一些实施例中，在确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平之后，在排气被引导经过所述PNA过去了预定持续时间时，满足所述PNA再生条件。
在一些实施例中，所述方法还包括：在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，检测大于阈值的扭矩需求；响应于检测到所述扭矩需求大于所述阈值，将与电池系统联接的马达与驱动轴接合，以满足所述扭矩需求的至少一部分；和响应于所述马达与所述驱动轴的接合不满足所有的所述扭矩需求，将所述发动机与所述驱动轴接合以满足所述扭矩需求的剩余部分。
在一些实施例中，响应于确定所述马达已达到其最大扭矩容量但未满足所有的所述扭矩需求，所述发动机与所述驱动轴接合。
附图简述
本领域技术人员应理解，附图主要是为了解说性目的，且不意图限制本文所描述的主题的范围。图纸不一定是按比例绘制的；在一些情况下，本文公开的主题的各个方面可以在附图中被夸大或放大以促进对不同特征的理解。在附图中，类似的参考符号通常指类似的特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
图1示出了根据本公开的实施例的示例性交通工具系统的框图。
图2示出了示出根据本公开的实施例的内燃发动机和排气后处理系统的框图。
图3示出了用于控制图1所示的交通工具系统的示例性过程的流程图。
图4示出了图2所示的示例性内燃发动机和排气后处理系统的框图，包括冷启动条件下的排气路径的一部分。
图5示出了图2所示的示例性内燃发动机和排气后处理系统的框图，包括在不处于冷启动条件下时的排气路径的一部分。
图6示出了根据本公开的各种实施例的在仅利用发动机来满足高瞬态扭矩需求的情况下发动机的扭矩需求和λ(lambda)的曲线图。
图7示出了在高瞬态扭矩需求下交通工具系统的操作的示例性过程的流程图。
图8示出了交通工具在降低浓的空气-燃料混合物操作风险的功率分配(powersplit)模式下操作时的示例性扭矩和λ曲线图。
本文所公开的发明构思的特征和优点将从下面结合附图阐述的详细描述中变得更加明显。
详细说明
以下是与用于排气后处理的方法、设备和系统相关的各种构思和用于排气后处理的方法、设备和系统的实施例的更详细描述。应当理解，上面介绍的和下面更详细讨论的各种构思可以以多种方式中的任何一种来实施，因为所公开的构思不限于任何特定的实施方式。提供具体实施方式和应用的示例主要是为了说明目的。
内燃发动机(例如，柴油或汽油内燃发动机等)产生排气，该排气通常在后处理系统内被净化。后处理系统可以包括分解室，该分解室将还原剂(如尿素或DEF)转化为氨。氨与排气混合并提供给SCR催化器。SCR催化器被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的转化为双原子氮、水和/或二氧化碳的NOx还原过程来帮助减少排气中的NOx排放物。
SCR催化器的操作受多种因素的影响。例如，SCR催化器减少排气中的NOx的有效性可能受到操作温度的影响。如果SCR催化器的温度低于阈值，则SCR催化器减少NOx的有效性可能降低到低于阈值水平，从而增加向环境中排放高的NOx排放物的风险。在若干条件下，SCR催化器温度可低于阈值温度，比如，例如，在发动机启动期间和紧接在发动机起动之后，在寒冷的环境条件期间等。在使用内燃发动机为电池充电或与一个或更多个电动马达结合提供动力的混合动力系统中，内燃发动机可以在可变的时间启动和停止，这增加了SCR催化器温度低的风险。因此，当发动机启动时，SCR催化器的低温会导致排气中NOx排放水平高。虽然一旦发动机在起动后运行，SCR催化器温度就可能会逐渐增加，但在此之前，排气可能包括不希望的量的NOx。SCR催化器的有效性也可能受到SCR催化器中的故障的影响，例如缺乏还原剂或SCR催化器堵塞。
在一些情况下，当SCR催化器的有效性低于阈值水平时，PNA可以位于SCR催化器的上游以吸附NOx。例如，可以在使排气通过SCR催化器之前使排气通过PNA，直到SCR催化器温度处于期望的阈值。此后，可以绕过PNA，并且排气可以在不通过PNA的情况下被引导到SCR催化器。
PNA包括吸附NOx的活性吸附位点。例如，PNA可以包括吸附NOx的金属离子，诸如钯、铂或银离子。将PNA接合在排气路径中以吸附NOx可以导致NOx吸附的位点的数量随着时间的推移而减少。此后，当SCR催化器的有效性上升到高于阈值水平时，PNA脱离。然而，当PNA重新接合时，例如，当发动机在随后的场合重新启动时，用于NOx吸附的位点的数量的减少随着时间的推移降低了PNA的有效性。
在一些情况下，PNA吸附NOx的有效性在暴露于在浓的空气-燃料混合物条件下产生的排气时可能会劣化。在下一次冷启动时，暴露于浓的空气-燃料混合物可能会进一步劣化PNA吸附NOx的能力。
本文所讨论的系统和方法提供了对NOx吸附的活性位点的数量减少和由于暴露于浓的空气-燃料混合物条件下产生的排气而导致的PNA吸附NOx的有效性劣化的问题的解决方案。在一些实施方案中，在SCR催化器已经达到SCR可以有效地减少NOx的温度之后，可以使用排气再生PNA。特别地，处于特定温度或高于特定温度的排气可以通过PNA，以从活性位点解吸已经吸附的NOx，从而当PNA在随后的场合重新接合时，使那些活性位点重新暴露以吸附NOx。在一些实施例中，可以控制混合动力系统的发动机和电动发电机的组合操作，以降低在高瞬态扭矩需求期间出现浓的空气-燃料混合物条件的风险，从而降低PNA劣化的风险。下面的讨论提供了对以上讨论的与后处理系统中使用的PNA有关的问题的解决方案。
图1示出了示例性混合动力交通工具系统100的一部分的框图。系统100包括内燃发动机102、电动马达104、发电机106、电池系统108、排气后处理系统110、联接到驱动轮114的驱动轴112、轴120和传动系116。发动机102可以是将燃料(诸如例如汽油、柴油、乙醇等)的燃烧产生的能量转化为机械能的任何内燃发动机。例如，发动机102可以是重型内燃发动机。马达104可以是例如串联电动马达。发电机106将机械能转化成电能，电能可用于对电池系统108进行再充电或向马达104提供电力。电池系统108可包括可充电电池或电容性电荷储存器以存储电力。电池系统108可包括附加电路，该附加电路可将由发电机106或马达104提供的电能转化成合适的电压和电流以对电池或电容性储存器充电。例如，电池系统108可以包括逆变器，该逆变器将由发电机106产生的交流电压和电流转化成适当大小的直流电压和电流，以对电池或电容性电荷储存器进行再充电。
发动机102可以经由传动系116与发电机106和电动马达104机械地联接。例如，发动机102、马达104和发电机106中的每一个的曲轴或输出轴可以与传动系116联接。在一些示例中，传动系116可以是串联传动系，其中驱动轴112仅由从马达104传递的动力驱动。在这些情况下，发动机102可以与发电机106(其也可以作为起动马达操作)联接，以产生电能来对电池系统108充电和/或提供电能来驱动马达104。在一些示例中，传动系116可以是并联传动系，其中由发动机102和马达104两者产生的机械动力可以选择性地提供给驱动轴112。单独由发动机102产生的机械动力、单独由马达104产生的机械动力、或者由发动机102和马达104产生的机械动力的组合可以选择性地提供给驱动轴112。在一些这样的示例中，马达104还可以用作发电机，以在再生制动期间通过转化从发动机102或从驱动轴112接收的机械动力来为电池系统108充电。传动系116可包括变速器和一个或更多个离合器机构，以允许发动机102、马达104和发电机106彼此的接合和脱离以及与驱动轴112(和轴120)接合和脱离。传动系116可由控制器118控制。
排气后处理系统110从发动机102的排气歧管接收排气，并处理排气，以去除颗粒物质并减少向环境中排放的NOx排放物的量。系统100还包括控制器118，该控制器控制系统100的至少上述部件的操作。控制器118可包括可编程微控制器或微处理器、逻辑电路、数字/模拟电路、可编程逻辑电路、现场可编程逻辑门阵列、存储器等中的一个或更多个。控制器118从系统100中的一个或更多个部件接收输入，并提供控制信号以致动系统100内的一个或更多个致动器或电路。控制器118可通信地联接到存储器(易失性或非易失性)，该存储器可存储可由控制器118执行的数据和指令。在一些情况下，数据和指令可以存储在一个或更多个非易失性计算机可读存储介质中，比如，例如闪存驱动器、光盘、只读存储器(ROM)、磁带驱动器、云存储等。
图2示出了发动机102下游的示例排气后处理系统200的框图。排气后处理系统200可用于实现上面关于图1讨论的排气后处理系统110。排气后处理系统200包括至少PNA202、SCR催化器204和旁通阀206。其它部件，比如柴油机氧化催化器(DOC)、微粒过滤器(特别是柴油机微粒过滤器(DPF)、氨逃逸催化器(ASC)、DEF剂量器、混合器、传感器(温度和NOx)和/或其它件也可以包括在不同位置。来自发动机102的排气歧管的排气被提供给后处理系统200的输入管道208。旁通阀206位于发动机102的排气歧管和后处理系统200的输入管道208的下游。旁通阀206是多通阀，比如，例如，三通阀，其具有至少一个输入端口和至少两个输出端口。例如，旁通阀206的一个输入端口与输入管道208联接，旁通阀206的一个输出端口与旁通管道210联接，旁通阀206的另一个输出端口与PNA管道212联接。旁通阀206可以被控制以选择性地将在其输入端口处接收的排气引导到旁通管道210或PNA管道212。例如，在第一位置，旁通阀206将来自发动机102的排气经由PNA管道212引导到PNA202，并且在第二位置，旁通阀206经由旁通管道210将排气引导成绕过PNA 202。旁通阀206可以包括除第一位置和第二位置之外的位置，其中在其输入端口处接收的排气在PNA管道212和旁通管道210之间成比例地输出。旁通阀206可以通过从控制器(比如图1所示的控制器118)接收的旁通阀信号进行电子控制。
PNA 202位于旁通阀206和PNA管道212的下游和SCR催化器管道214的上游，该SCR催化器管道214将PNA 202与SCR催化器204流体联接。PNA 202可以包括NOx吸附元素，比如，例如钯、铂、银、沸石、Al2O3、含CeO2的材料等，其可吸附排气中的NOx。PNA 202可以接收由发动机102产生并由旁通阀206引导到PNA管道212的排气，吸附排气中的NOx。
SCR催化器204被配置成通过加速还原剂(比如氨或尿素)和排气中的NOx之间的转化为双原子氮、水和/或二氧化碳的NOx还原过程来帮助减少排气中的NOx排放物。SCR催化器204联接在发动机102和PNA 202的下游。SCR催化器204可以接收来自PNA 202的排气或经由旁通管道210接收来自PNA 202上游的排气。SCR催化器204的输出被提供给输出管道216，该输出管道216可以连接到后处理系统的其它部件，比如，例如ASC、消声器或尾管。
SCR催化器温度传感器218感测SCR催化器204的温度。如上所述，SCR催化器204的有效性在低温下会降低。SCR催化器温度传感器218测量SCR催化器204的操作温度并将温度读数提供给控制器，控制器可以使用测量的温度来识别冷启动。例如，当发动机102在长间隔之后启动时，SCR催化器204的温度可能低于阈值。控制器可以将测量的温度与阈值进行比较，并且如果温度低于阈值，控制器可以确定冷启动。发动机冷却剂温度传感器220感测发动机102的冷却剂的温度，并将感测到的温度提供给控制器。控制器还可以考虑发动机冷却剂温度，以确定冷启动正在发生。例如，如果由发动机冷却剂温度传感器220提供的发动机冷却剂温度低于阈值，则控制器可以确定冷启动。在一些示例中，控制器可以单独地或组合地使用SCR催化器温度传感器218提供的温度读数和发动机冷却剂温度传感器220提供的温度读数来确定冷启动。阈值温度(控制器可以将接收到的温度读数与其比较)可以随着所使用的特定SCR催化器或SCR催化器的老化状态改变而改变，因为不同的SCR催化器或老化状态可以具有关于温度的不同的有效性分布。
在一些实施例中，NOx传感器可以感测SCR催化器204的输出端处(比如，例如，在输出管道216处)的NOx，以直接测量SCR催化器204的有效性。NOx传感器可以在SCR催化器204的输出端处提供排气中NOx浓度的测量值(例如，百万分比(ppm)浓度)。控制器可以将从NOx传感器接收的测量值与阈值进行比较，并且如果低于阈值，则确定SCR催化器204减少NOx的有效性低于阈值水平。控制器可以考虑温度传感器218和220以及NOx传感器的组合以确定SCR催化器204的有效性。在一些实施例中，诸如还原剂传感器的附加传感器可以确定供应到SCR催化器204的还原剂是否已经用完，从而降低SCR催化器204在减少NOx方面的有效性。即，控制器可以将从还原剂传感器接收的测量值与阈值进行比较，并且如果低于阈值，则确定SCR催化器204减少NOx的有效性低于阈值水平。
图3示出了用于控制交通工具系统的示例性过程300的流程图。例如，图1所示的控制器118可以执行过程300以控制图1所示的排气后处理系统110(或图2所示的排气后处理系统200)和交通工具系统100的各种部件。控制器118可执行过程300以确定SCR催化器204的有效性是否低于阈值水平，并基于该确定来控制排气后处理系统110。例如，控制器118可以确定SCR催化器204是否在冷启动条件下操作，在冷启动条件期间SCR催化器204减少NOx的有效性降低。虽然过程300关注于SCR催化器204的冷启动条件，但过程300可以容易地适于基于诸如例如NOx传感器或还原剂传感器的其它测量来确定SCR催化器204的有效性。过程300包括从温度传感器接收温度测量值(302)。控制器118从交通工具系统100的一个或更多个温度传感器接收温度测量值。例如，控制器118可以从SCR催化器温度传感器218和/或发动机冷却剂温度传感器220接收温度测量值。
过程300还包括确定测量的温度是否小于阈值(304)。例如，控制器118将从SCR催化器温度传感器218接收的温度测量值(T)与阈值(Tth)进行比较。如果测量的温度小于阈值，则控制器118可以识别冷启动条件。当发动机102启动时，来自发动机的排气由SCR催化器204处理，以减少排气中的NOx。然而，如果SCR催化器204在低温下操作，则SCR催化器204减少排气中NOx的量的有效性可能会降低。冷启动条件可表示可降低SCR催化器204在发动机起动时和起动后将排气中的NOx减少到期望水平以下的有效性的条件。例如，当SCR催化器204的温度低于某一值时，可以发生冷启动条件。该温度值可以特定于SCR催化器204的类型。例如，温度值可以是大约200摄氏度。也就是说，如果SCR催化器204的温度低于200摄氏度，则SCR催化器的有效性会降低到所需水平以下。控制器118可以通过确定从SCR催化器温度传感器218接收的温度测量值低于预定阈值来检测冷启动条件。
控制器118还可以考虑来自替代的或额外的位置的温度测量值，以确定交通工具系统100或SCR催化器204是否处于冷启动条件。例如，控制器118可以考虑从发动机冷却剂温度传感器220接收的发动机102冷却剂温度。考虑额外的温度测量值可以降低错误检测冷启动的风险。控制器118可以将从多于一个的温度传感器接收的温度测量值与其各自的阈值进行比较，并基于结果确定是否发生了冷启动条件。
控制器118可以在发动机已经启动之后立即确定冷启动条件的发生。控制器118还可以在发动机启动之前确定冷启动条件的发生，比如，例如，当起动马达被激活时或当提供给交通工具的电力被接通时。在启动发动机之前确定冷启动条件可以允许控制器118甚至在发动机启动之前配置系统，以补偿SCR催化器204捕获的NOx的不足。
在确定交通工具系统100在冷启动条件下操作时，控制器118控制旁通阀206，使得从发动机102接收的排气被引导到PNA 202(306)。图4示出了图2所示的示例性排气后处理系统200的框图，包括在冷启动条件下排气路径的一部分。特别地，图4示出了从发动机102经过旁通阀206和PNA 202并到达SCR催化器204的排气的路径402。控制器118在确定冷启动条件时控制旁通阀206，使得经由输入管道208由旁通阀206接收的排气被引导到PNA管道212。在一些实施方式中，控制器118可以控制旁通阀206，使得没有排气被引导到旁通管道210。在其它实施方式中，控制器118可以控制旁通阀206，使得在输入管道208处接收的大部分(但不是全部)排气(例如，至少90％的排气)被引导到PNA管道212。
PNA 202补偿在冷启动条件下SCR催化器204减少排气中的NOx的有效性的损失。PNA 202吸附在冷启动条件下原本会由SCR催化器204释放到环境中的NOx。控制器118监测SCR催化器的温度以确定温度是否已经升高到阈值以上(308)。只要温度低于阈值，控制器118就识别交通工具系统100仍处于冷启动条件下。因此，控制器118继续控制旁通阀206以引导排气在被提供给SCR催化器204之前经过PNA 202。阈值(控制器118将SCR催化器204的温度与其进行比较)可以与步骤304中使用的阈值相同。随着时间的推移，由于暴露于高温排气，SCR催化器204的温度会上升。
如果控制器118确定SCR催化器204的温度高于阈值，则控制器118识别冷启动条件已经结束。即，SCR催化器204的温度已经达到SCR催化器204可以有效地减少排气中的NOx的水平。SCR催化器204此时有效地操作的事实可以证明从排气路径中移除PNA 202是合理的。然而，控制器118可以通过影响NOx从PNA 202的解吸来继续引导排气经过PNA202以再生PNA202(310)。在NOx释放再生过程期间，PNA 202暴露于高温下达规定的持续时间，以释放或解吸吸附在其中的NOx，从而增加活性吸附位点的密度。然而，与利用单独的加热器和泵将PNA202暴露于更高温度的传统方法不同，这里讨论的方法改为利用排气本身来提供热以再生PNA 202。例如，控制器118在检测到交通工具系统100不再处于冷启动条件之后，继续将旁通阀206保持在将从发动机102接收的排气导向PNA 202的位置。高温排气可以提供热能以通过释放存储的NOx来再生PNA 202。
控制器118保持旁通阀206的位置，从而继续向PNA 202提供排气，直到满足NOx释放再生条件(312)。当PNA 202暴露于高温排气的持续时间超过预定阈值时，可以满足再生条件。例如，控制器118可以在确定冷启动条件结束之后启动计时器，并且当计时器达到阈值时认为满足再生条件。阈值可以取决于所使用的PNA的类型，并且可以随着PNA的各种实施方式而变化。在一个示例中，阈值可以是约一到五分钟。即，控制器可以在冷启动条件结束后将PNA 202暴露在高温排气中约一分钟到五分钟。
在一些情况下，当满足排气温度和持续时间的组合时，可以满足再生条件。PNA202的再生可以根据排气的温度和PNA 202暴露于排气的持续时间两者。如果温度升高，则再生过程的持续时间可以缩短，反之亦然。控制器118通过接收来自沿排气的路径定位(比如，例如，位于PNA 202的上游)的一个或更多个温度传感器的测量值或者甚至来自SCR催化器温度传感器218的测量值来监控排气的温度。控制器118然后基于测量的温度计算再生过程的持续时间。例如，控制器118基于公式或查找表来确定持续时间，该公式或查找表可以提供基于测量的温度值的持续时间值。
在一些情况下，控制器118操作发动机102，使得排气的温度在再生过程期间增加。在一个示例中，控制器118通过使发电机(发电机106，图1，或如果将马达用作发电机，则是马达104)与发动机102接合来增加发动机102上的负载。发电机106可以将发动机102提供的机械动力转化为电能，以对电池系统108充电。发动机102上的增加的负载导致排气的温度的增加，这可以提高PNA 202的再生过程的速率。此外，控制器118可以同时再生PNA 202并对电池系统108充电。即使发动机102上增加的负载可能导致更高的燃料消耗，但由发动机102产生的机械能的至少一部分被转化为电能并存储在电池系统108中。该存储的电能又可用于为马达104供电，从而提高系统的总燃料效率。通过在冷启动条件结束后立即再生PNA202，提高了PNA 202在随后的冷启动条件下吸附NOx的有效性。
一旦控制器118确定满足再生条件，则控制器118就控制旁通阀206将排气导向旁通管道210，从而绕过PNA 202(314)。图5示出了图2所示的示例性排气后处理系统200的框图，包括当不在冷启动条件下时排气路径502的一部分。控制器118控制旁通阀206，使得经由输入管道208接收的排气被引导到旁通管道210并流向SCR催化器204，从而绕过PNA202。由于SCR催化器204处于其可有效地减少排气中NOx的量的温度，因此不需要PNA 202。因此，通过将PNA 202从排气路径移除，保持PNA202的存储容量，并且PNA 202可以待机以便在下一冷启动条件下如果需要则再次吸附排气中的NOx。
控制器118除了控制旁通阀206之外，还可以减少发动机102上的负载。如上文所论述的，在PNA 202的再生过程期间，控制器118可以增加发动机102上的负载以增加排气的温度。一旦再生过程结束，控制器118可以从发动机102移除负载，比如发电机106或马达104。在一些情况下，如果不需要发动机102向驱动轴112提供机械能或向电池系统108提供电能，则控制器118可以关闭发动机。
在关闭发动机102之后，控制器118还可以将旁通阀206控制到将输入管道208与PNA管道212流体连接的位置。以此方式，可以避免在下一冷启动条件下接合PNA 202时的任何延迟。在下一次发动机起动时，控制器118仍然可以基于来自SCR催化器温度传感器218和/或发动机冷却剂温度传感器220的温度测量值来检测冷启动条件是否存在，并且如果不存在冷启动条件，则控制旁通阀206以引导排气经过旁通管道210。
PNA 202的存储容量也可能由于暴露于由浓的空气-燃料混合物产生的排气而劣化。完全避免暴露于浓的空气-燃料混合物排气中可能是有益的。浓的空气-燃料混合物可由施加在发动机102上的突然的高瞬态扭矩需求等原因导致。例如，用户可以转动交通工具系统100的油门(或踩下加速踏板)以指示希望增加交通工具的速度或速率。这种速度的增加可以看作是扭矩需求的增加。例如，控制器118可以基于发动机的当前速度和/或转速将油门位置的变化或加速器踏板位置的变化转换为扭矩需求的变化。基于随时间确定的扭矩需求，控制器118可以确定扭矩需求是否高。
图6示出了仅利用发动机来满足高瞬态扭矩需求的情况下发动机的扭矩需求和λ的曲线图。特别地，图6示出了与发动机(比如,例如，图1所示的发动机102)相关联的扭矩需求曲线图602和λ曲线图604。图6中的曲线图示出了高瞬态扭矩需求可如何导致发动机102中的浓的空气-燃料混合物状态。扭矩需求曲线图602示出从时刻t1到时刻t2提供给驱动轴112的从扭矩值T1到扭矩值T2的扭矩需求。λ曲线图604示出当发动机102满足整个扭矩需求时，与扭矩需求曲线图602相对应的随时间变化的λ值。也就是说，发动机102的扭矩必须遵循扭矩需求曲线图602。λ曲线图604中的λ值是指空气-燃料当量比，该当量比又是给定混合物的实际的空气-燃料比与化学计量比的比值。λ的值＝1表示实际空气-燃料比处于化学计量比。λ的值>1表示稀的空气-燃料混合物，而λ的值<1表示浓的空气-燃料混合物。如上所述，在发动机102上的高瞬态扭矩需求下可导致浓的空气-燃料混合物。
再次参考图6，在时刻t1之前，扭矩需求处于值T1。控制器118控制发动机102以提供扭矩需求。此时，发动机102可以用稀的空气-燃料混合物运行，这导致λ的值大于1。在时刻t1，扭矩需求开始向T2增加。扭矩需求的增加可以通过向发动机提供更多的燃料来满足，这反过来可以导致发动机中相对于空气的燃料量的瞬态增加。结果，λ的值减少。对于高瞬态扭矩需求，例如，当扭矩需求的变化率(例如，(T2-T1)/(t2-t1))超过阈值时，发动机102可以在使λ的值减少到1以下的瞬态条件下操作。这表示发动机102用浓的空气-燃料混合物运行。这种瞬态条件可由高瞬态扭矩需求(比如当用户快速改变油门位置时)引起。
用浓的空气-燃料混合物运行发动机会劣化PNA 202的存储容量。PNA202可以包括分散的金属离子，例如钯离子，其形成用于吸附NOx的活性位点。但是，当暴露于由浓的空气-燃料混合物产生的排气时，金属离子形成相对较大的金属颗粒，导致NOx吸附的活性位点的密度降低，并由此降低PNA 202的存储容量。如下文所论述的，控制器118控制交通工具系统100的操作以降低在高瞬态扭矩需求期间浓空气-燃料混合物操作的风险。
图7示出了用于在高瞬态扭矩需求下交通工具系统的操作的示例性过程700的流程图。特别地，控制器118可执行过程700以降低在高瞬态扭矩需求期间发动机102的浓空气-燃料混合物操作的风险，并由此降低PNA202的NOx容量降低的风险。过程700包括启动发动机102(702)。控制器118可以例如在冷启动条件下(比如在上面关于图2-图5讨论的冷启动条件下)启动发动机102。即，控制器118可以启动发动机102并激活旁通阀206，使得排气经过PNA 202。控制器118还可以在不存在冷启动条件时启动发动机102，但仍然可以接合PNA 202以再生PNA 202。例如，如果在PNA 202的再生过程完成之前发动机被用户关闭，则可能发生这种情况。
过程700还包括确定高瞬态扭矩需求的存在(704)。控制器118基于发动机的当前扭矩输出与扭矩需求之间的差来确定高瞬态扭矩需求。如果差值大于阈值，则控制器118确定高瞬态扭矩需求事件。控制器118可以基于例如油门位置的变化来确定扭矩需求。油门位置传感器可以向控制器118提供指示瞬态油门位置的数据。控制器118可以使用该数据来确定扭矩需求。例如，控制器118可以参考存储在存储器中的查找表，该查找表可以包括当前速度、当前扭矩、功率需求和目标扭矩的值。控制器118可以使用当前速度、当前扭矩和功率需求的值来确定目标扭矩值。
控制器118可基于扭矩需求的变化率来确定高瞬态扭矩需求。例如，如果当前扭矩和目标扭矩之间的差与将当前扭矩改变为目标扭矩的时间的比值超过阈值，则控制器118可以确定高扭矩需求事件的存在。因此，如果用户快速改变油门位置，则该快速改变可能导致扭矩需求的变化率大于阈值，并由此被确定为高瞬态扭矩需求事件。扭矩需求的高变化率可导致发动机102运行浓的空气-燃料混合物。另一方面，扭矩需求的相同差的逐渐上升可能不会导致控制器118识别高瞬态扭矩需求，因为扭矩需求的逐渐上升可能不会导致发动机102运行浓的空气-燃料混合物，并且因此可能不会产生可使PNA 202劣化的排气。阈值可以被预先确定并存储在存储器中，控制器118可以利用该阈值确定扭矩需求的变化率构成高瞬态扭矩需求。控制器118然后可以将所确定的扭矩需求的变化率与阈值进行比较，并且如果扭矩需求的变化率大于阈值，则确定高瞬态扭矩需求条件或事件已经发生。
过程700还包括响应于确定存在高瞬态扭矩需求，利用马达104提供扭矩需求的至少一部分(706)。控制器118可利用马达104提供扭矩需求的至少一部分，以减轻发动机102的浓空气-燃料混合物操作的风险。图8示出了交通工具在降低浓空气-燃料混合物操作风险的功率分配模式下操作时的示例扭矩和λ曲线图。特别地，图8示出了与图6所示的扭矩需求曲线图602相似的扭矩需求曲线图802、描绘由马达104提供的扭矩的马达扭矩曲线图804、描绘由发动机102提供的扭矩的发动机扭矩曲线图806、与图6所示的λ曲线图604相似的第一λ曲线图808以及对应于发动机扭矩曲线图806的第二λ曲线图810。与其中控制器118仅利用发动机102来满足扭矩需求的图6相比，在图8中，控制器118利用马达104来满足扭矩需求的一部分。例如，控制器118在时刻t1增加马达104的扭矩输出，使得马达104满足从时刻t1开始的扭矩需求。特别地，控制器118可以增加通过电池系统108提供给马达104的电功率，以增加马达104的扭矩输出。另外，控制器118可以控制传动系116以将马达104与驱动轴112联接，使得由马达104产生的扭矩传输到驱动轴112。
过程700包括确定马达扭矩是否满足扭矩需求(716)。特别地，控制器118可以确定马达扭矩(Tm)的增加是否满足扭矩需求(T需求)。如果马达扭矩的增加满足扭矩需求，则控制器118可以继续使用马达104或发动机102向驱动轴112提供扭矩(714)。控制器118在确定扭矩需求已经由马达104满足之后，可以识别高瞬态扭矩需求已经消退，并且交通工具100不处于高瞬态扭矩需求状态。在一些实施方式中，控制器118可以切换回仅使用发动机102来向驱动轴112提供扭矩。由于不存在高的瞬态扭矩需求，因此仅使用发动机102来提供扭矩可能不会导致发动机102在浓的空气-燃料混合物状态下操作。如果控制器118确定马达104扭矩的先前增加已经满足扭矩需求，则控制器118可以确定马达104的扭矩是否已经达到预定扭矩值。
过程700包括利用马达104提供扭矩需求，直到马达104的扭矩达到预定扭矩值(708)。特别地，控制器118可以继续将动力从马达104传递到驱动轴112，直到马达扭矩(Tm)达到预定扭矩值(Tp)。在一些示例中，预定扭矩值可以是马达104的最大扭矩容量。预定值可以是马达104的最大扭矩容量的百分比(例如，50％-90％)。一旦控制器118确定马达扭矩已经达到预定扭矩值，马达就可以接合发动机102以满足扭矩需求。参照图8，如马达扭矩曲线图804所示，从时刻t1到时刻t3，马达扭矩增加以满足扭矩需求，在时刻t3控制器118确定马达扭矩已经达到预定扭矩值。
响应于马达扭矩达到预定扭矩值，但是扭矩需求没有得到满足，发动机102被用来满足扭矩需求的剩余部分(710)。控制器118在确定马达扭矩已经达到预定值时，可以利用发动机102来满足扭矩需求的剩余部分。例如，在时刻t3，控制器118可以控制传动系116将发动机102与驱动轴112联接，从而将发动机扭矩提供给驱动轴112。
过程700包括继续将扭矩从发动机102提供到驱动轴，直到满足高瞬态扭矩需求(712)。参照图8，控制器118可以继续利用发动机102来满足扭矩需求，直到时刻t3。从时刻t2到t3的发动机扭矩的增加导致λ值的减小，如图8中的第二个λ曲线图810所示。λ值的减小可能是供应给发动机的燃料增加的结果，从而导致空气-燃料混合比的下降。然而，由于发动机102满足的扭矩需求的大小相对小于当单独利用发动机102满足整个扭矩需求时的大小，因此λ的值不会减小到1值以下。因此，发动机102在其提供扭矩以满足高瞬态扭矩需求的整个持续时间内用相对稀的空气-燃料混合物运行。结果，由发动机102产生的排气使PNA202的存储容量劣化的风险也降低了。通过利用马达104来满足高瞬态扭矩需求的至少一部分，降低了λ的值低于1的风险。在满足高瞬态扭矩需求之后，控制器118可以继续利用发动机102、马达104或两者来向驱动轴112提供动力(在714)。
在上面关于图7-图8论述的示例中，马达104首先被用来响应于高瞬态扭矩需求而提供扭矩。在一些其它示例中，马达104可以在高瞬态扭矩需求期间的任何地方使用。例如，控制器118可以利用发动机102首先在一段持续时间内满足高瞬态扭矩需求，并在该持续时间之后接合马达104以提供高瞬态扭矩需求的剩余部分。控制器118可以选择足够短的持续时间以确保λ的值不减小到1值以下。控制器118还可以在整个高瞬态扭矩需求的持续时间内在发动机102和马达104之间交替，以确保λ的值不减小到1值以下。
应当理解，上面讨论述的解决方案不限于交通工具系统，并且可以应用于包括发动机和后处理系统或另外包括马达-发电机的任何系统。
为了本公开的目的，术语“联接”是指两个构件直接或间接地彼此连结。这种连结在性质上可以是静止的或可移动的。这种连结可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。这种连结在本质上可以是永久性的，或者在本质上可以是可移除或可释放的。
应当注意，根据其它示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这些变化意欲由本公开内容涵盖。可以认识到，所公开的实施例的特征可以结合到其它公开的实施例中。
重要的是注意到，如各种示例性实施例中所示的设备或其部件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施例，但审阅本公开的本领域技术人员将容易理解很多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等的变化)，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其它方式改变，并且离散元件或位置的性质或数量可以变化或改变。根据替代实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。也可在各种示例性实施例的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本公开的范围。
虽然在本文描述和示出了各种发明实施例，但本领域的普通技术人员将容易地设想用于执行功能和/或获得在此描述的结果和/或一个或更多个优点的各种其它机构和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每一个都被认为在这里描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，除非另有说明，否则在此描述的任何参数、尺寸、材料和构造都意味着是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明教导的特定应用。本领域的技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文描述的特定发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，上述实施例仅作为示例而呈现，并且，在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式实施本发明实施例。本公开的发明实施例针对本文描述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互不一致，则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。
此外，本文描述的技术可以体现为一种方法，其中至少提供了一个示例。除非另有特别说明,否则作为该方法的一部分执行的动作可以以任何适当的方式被排序。因此，可以构造其中以不同于所示的顺序执行动作的实施例，其可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中示出为顺序动作。
权利要求不应理解为仅限于所描述的顺序或要素，除非针对该效果进行了说明。应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上进行各种改变。在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的所有实施例都被要求保护。

Claims (16)

1.一种系统，包括：
催化器，其用于接收和处理由发动机产生的排气；
被动式NOx吸附器(PNA)，其位于所述催化器的上游并与所述催化器流体联接；
旁通阀，其位于所述催化器和所述PNA的上游；和
控制器，其配置为：
确定所述催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，
响应于确定所述催化器在减少NOx方面的有效性低于所述阈值水平，控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA，
在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA之后，确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平，以及
响应于确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平：
继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA；
在继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，增加所述发动机上的负载，其中，通过将发电机与所述发动机机械地接合来增加所述发动机上的所述负载，并利用由所述发电机产生的所得电能来为电池系统充电；和
在满足PNA再生条件之后，控制所述旁通阀将排气绕过所述PNA引导到所述催化器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，基于确定所述催化器的温度低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，基于确定所述催化器的输出端处的NOx低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，在确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平之后，在排气被引导经过所述PNA过去了预定持续时间时，满足所述PNA再生条件。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述控制器还配置成调节所述旁通阀，使得在输入端口处接收的排气在PNA管道和旁通管道之间成比例地输出。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述控制器还配置成调节所述旁通阀，使得在输入端口处接收的排气仅输出到PNA管道而不输出到旁通管道。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述PNA包括NOx吸附元件，所述NOx吸附元件包括钯、铂、银、沸石、Al2O3和含CeO2的材料中的至少一种。
8.一种系统，包括：
催化器，其用于接收和处理由发动机产生的排气；
被动式NOx吸附器(PNA)，其位于所述催化器的上游并与所述催化器流体联接；
旁通阀，其位于所述催化器和所述PNA的上游；和
控制器，其配置为：
响应于接收到所述催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平的指示，控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA；
在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，检测大于阈值的扭矩需求；
响应于检测到所述扭矩需求大于所述阈值，将与电池系统联接的马达与所述系统的驱动轴接合，以满足所述扭矩需求的至少一部分；和
响应于所述马达与所述驱动轴的接合不满足所有的所述扭矩需求，将所述发动机与所述驱动轴接合以满足所述扭矩需求的剩余部分。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，响应于确定所述马达已达到其最大扭矩容量但未满足所有的所述扭矩需求，所述发动机与所述驱动轴接
合。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述控制器还被配置成基于所述发动机的当前速度和/或转速将油门位置的变化转化为扭矩需求的变化，并且其中，油门位置传感器向所述控制器提供指示所述油门位置的数据。
11.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述控制器还被配置成响应于当前扭矩和目标扭矩之间的差与将所述当前扭矩改变为所述目标扭矩的时间的比值超过阈值来确定高扭矩需求事件的存在。
12.一种用于在排气后处理系统中操作被动式氮氧化物吸附器(PNA)的方法，所述方法包括：
确定催化器在降低NOx方面的有效性低于阈值水平，所述催化器用于接收和处理由发动机产生的排气；
响应于确定所述催化器在减少NOx方面的有效性低于阈值水平，控制旁通阀将排气引导到所述PNA，所述PNA位于所述催化器的上游并与所述催化器和所述旁通阀流体联接，所述旁通阀位于所述催化器和所述PNA的上游；
在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA之后，确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平；和
响应于确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平：
继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA；
在继续控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，增加所述发动机上的负载，其中，通过将发电机与所述发动机机械地接合来增加所述发动机上的所述负载，并且利用由所述发电机产生的所得电能来为电池系统充电；和
在满足PNA再生条件之后，控制所述旁通阀将排气绕过所述PNA引导到所述催化器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，基于确定所述催化器的温度
低于第一阈值，所述催化器的有效性被确定为低于所述阈值水平。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其中，在确定所述催化器的有效性不再低于所述阈值水平之后，在排气被引导经过所述PNA过去了预定持续时间时，满足所述PNA再生条件。
15.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，还包括：
在控制所述旁通阀将排气引导到所述PNA的同时，检测大于阈值的扭矩需求；
响应于检测到所述扭矩需求大于所述阈值，将与电池系统联接的马达与驱动轴接合，以满足所述扭矩需求的至少一部分；和
响应于所述马达与所述驱动轴的接合不满足所有的所述扭矩需求，将所述发动机与所述驱动轴接合以满足所述扭矩需求的剩余部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，响应于确定所述马达已达到其最大扭矩容量但未满足所有的所述扭矩需求，所述发动机与所述驱动轴接合。
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