本发明专利技术涉及用于在内燃机中控制ＮＯｘ的被动氨选择性催化还原。运行内燃机的方法包括将发动机控制在优选空气／燃料比以生成包括优选浓度的一氧化氮、一氧化碳和氢气的发动机排气供应流；通过第一催化设备将一氧化氮、一氧化碳和氢气转换成氨；和将氨存储在流体串联地连接在第一催化设备下游的氨选择性催化还原设备上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内燃机中NOx排放后处理的控制。
技术介绍
在此部分中的描述仅仅提供与本专利技术相关的背景信息，但可能不构成现有技术。内燃机的制造商不断地发展新的控制策略，以满足消费者需要和各种规定。一种 这样的发动机控制策略包括在稀化学计量空气/燃料比(AFR)下运行发动机，以提高燃料 经济性并减少排放。该种发动机包括压缩点火和稀燃火花点火发动机。当存在于发动机进气中的氮和氧分子在燃烧的高温下分解时，稀发动机运行可以 生成氮氧化物(NOx)，一种公知的燃烧副产物。NOx生成速率遵循与燃烧过程的已知相关 性，例如，较高的NOx生成速率与较高的燃烧温度以及空气分子较长时间暴露于较高温度 有关。NOx分子，一旦在燃烧室中生成，能在后处理设备中被还原成氮和氧分子。公知的 后处理设备的效率较大的依赖于运行条件，例如由排气流温度和发动机AFR驱动的设备运 行温度。此外，因为暴露于高温以及排气供应流中的污染物，后处理设备包括使用中易于损 坏或者降级的材料。公知的控制燃烧以增加燃料效率的发动机运行策略包括以稀AFR运行，当在非节 流条件下运行时，使用燃烧室内的局部的或者分层充气燃烧。然而燃烧室内的温度在燃烧 包内会变得足够高以生成大量的NOx，燃烧室的全部能量输出，特别的，通过排气流从发动 机排出的热能可以从正常值显著降低。这种条件对排气处理策略是有挑战性的，因为后处 理设备经常要求升高的运行温度，由排气流温度驱动，充分地运行以处理NOx排放。后处理系统包括产生化学反应以处理排气成分的催化设备。特别地，在汽油应用 中利用三效催化设备(TWC)以处理排气成分。稀NOx吸附器(NOx收集器)利用能够储存 一些量的NOx的催化剂，已经发展发动机控制技术来将这些NOx吸附器与燃料高效的发动 机控制策略结合以提高燃料效率，并且仍然获得可接受的NOx排放水平。一种公知的策略 包括使用稀NOx吸附器在储存稀运行期间的NOx排放，然后在浓发动机运行情况期间使用 TWC净化和还原存储的NOx为氮和水。微粒过滤器(DPF)捕捉柴油应用中的烟煤和颗粒物 质，并且捕捉的物质在高温再生事件中被周期地净化。一种公知的后处理设备包括选择性催化还原设备(SCR)。SCR设备包括促进NOx 与还原剂反应的催化材料，该还原剂诸如氨或者尿素，以生成氮和水。还原剂可以被喷射到SCR设备的上游排气供应流，需要喷射系统、罐和控制方案。该罐可能需要周期的再次填充， 并且可能在寒冷气候下结冰，从而需要附加的加热器和绝缘。在SCR设备中使用的催化材料已经包括在钛(Ti)和基体金属(包括铁(Fe)或者 铜(Cu)，具有沸石涂层)上的钒(V)和钨(W)。包括铜的催化材料可以在低温下有效地运 行，但是已被示出高温下具有差的耐热性。包括铁的催化材料可以在高温下很好地运行，但 是在低温下具有降低的还原剂储存效率。对于汽车应用，SCR设备通常具有在150°C到600°C的运行温度范围。温度范围可 以依赖于催化剂而变化。在高负荷运行期间或者之后，运行温度范围能降低。大于600°C的 温度可以引起还原剂渗漏和并使SCR催化剂降级，然而在低于150°C的温度时NOx处理效率 降低。
技术实现思路
运行内燃机的方法包括将发动机控制在优选空气/燃料比以生成包括优选浓度 的一氧化氮、一氧化碳和氢气的发动机排气供应流，通过第一催化设备将一氧化氮、一氧化 碳和氢气转换成氨；和将氨存储在流体串联地连接在第一催化设备下游的氨选择性催化还 原设备中。附图简要说明现在将参考附图通过例子描述一个或更多的实施例，在附图中附图说明图1是依据本专利技术典型发动机系统和后处理系统的示意图；图2依据本专利技术通过图表显示了来自NOx传感器和氨传感器作为AFR的函数的典 型实验数据；图3是依据本专利技术管理来自发动机的排气供应流的控制方案；图4依据本专利技术通过图表描绘了描述氨生成量和车辆速度关系的典型实验数据；图5依据本专利技术通过图表描绘了描述累积NOx排放和车辆速度关系的典型实验数 据；图6-10依据本专利技术通过示意图显示了排气后处理系统的典型配置；图11是依据本专利技术管理来自发动机的排气供应流的控制方案；图12-16依据本专利技术通过图表描绘了典型的实验数据；图17是依据本专利技术管理来自发动机的排气供应流的控制方案流程图；图18-19依据本专利技术通过图表描绘了典型的实验数据；图20依据本专利技术显示了引入到第一化学反应器中样本反应混合物的表；和图21依据本专利技术通过图表描绘了典型的实验数据。具体实施例方式现在参考附图，其中描绘的目的只是为了显示说明某种典型的实施例并不是为了 限制所述实施例，图1示意地显示了根据本专利技术实施例构造的内燃机10、后处理系统70和 附属控制模块5。发动机10可以选择地运行在浓AFR、化学计量比AFR和根本上稀于化学 计量比的AFR。本专利技术可以应用在不同的内燃机系统和燃烧循环。在一个实施例中后处理系统70可以连接到发动机10，该发动机与机电混合动力 系统相连。该机电混合动力系统可以包括配置成向车辆传动系传递牵引力的非燃料扭矩机 械。典型的发动机10包括带有可以在气缸15内滑动运动的往复活塞14的多气缸直 喷四冲程内燃机，气缸15限定可变容积的燃烧室16。活塞14连接转动曲轴12，借此将线 性往复运动转化成转动。空气进气系统提供进气空气给进气歧管29，进气歧管29引导并分 配空气进入燃烧室16的进气流道。空气进气系统包括用以监测和控制空气流的空气流管 道系统和设备。空气进气设备优选地包括用以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优选地包括用以响应来自控制模块5的控制信号(ETC)而 控制进入发动机10的空气流的电控设备。在进气歧管29中的压力传感器36配置成监测 歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道使排气从发动机排气再循环至进气歧管29，并且 具有称为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5运转通过控制EGR阀38的开 度来控制至进气歧管29的排气质量流量。通过一个或多个进气阀20控制从进气歧管29进入燃烧室16的空气流。通过一 个或多个排气阀18控制离开燃烧室16至排气歧管39的排气流。发动机10装备有控制和 调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18 的打开和关闭可以通过分别控制进气和排气的可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)设 备22和24进行控制和调节。进气VCP/VLC设备22和排气VCP/VLC设备24配置成分别控 制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的转动与曲轴 12的转动相关联和标引，因此进气阀20和排气阀18的打开和关闭与曲轴12和活塞14的 位置相关联。进气VCP/VLC设备22优选地包括一个装置，配置成响应来自控制模块5的控制信 号(INTAKE)针对每个气缸15切换和控制进气阀20的阀升程并且可变地调节和控制进气 凸轮轴21的相位。排气VCP/VLC设备24优选地包括一个可控制的装置，可操作响应来自 控制模块5的控制信号(EXHAUST)针对每个气缸15可变地切换和控制排气阀18的阀升程 并且可变地调节和控制排气凸轮轴23的相位。 进气和排气VCP/VLC设备22和24本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种运行内燃机的方法，包括： 将发动机控制在优选空气／燃料比，以生成包括优选浓度的一氧化氮、一氧化碳和氢气的发动机排气供应流； 通过第一催化设备将一氧化氮、一氧化碳和氢气转换成氨；和 将氨存储在流体串联地连接在第一催化设备下游的氨选择性催化还原设备上。
【技术特征摘要】
US 2008-11-24 61/117269;US 2009-10-9 12/576412一种运行内燃机的方法，包括将发动机控制在优选空气/燃料比，以生成包括优选浓度的一氧化氮、一氧化碳和氢气的发动机排气供应流；通过第一催化设备将一氧化氮、一氧化碳和氢气转换成氨；和将氨存储在流体串联地连接在第一催化设备下游的氨选择性催化还原设备上。2.如权利要求1所述的方法，其中用以生成包括优选浓度的一氧化氮、一氧化碳和氢 气的发动机排气供应流的优选空气/燃料比包含介于0. 95和1之间的λ值。3.如权利要求1所述的方法，其中氨选择性催化还原设备包括含有基体金属的催化材料。4.如权利要求1所述的方法，还包括当氨选择性催化还原设备的温度大于预定温度时，中止将发动机控制在优选空气/燃 料比。5.如权利要求1所述的方法，还包括当排气供应流的空间速度大于预定空间速度时，中止将发动机控制在优选空气/燃料比。6.如权利要求1所述的方法，其中发动机联接到包括非燃料扭矩生成设备的混合动力 系，所述非燃料扭矩生成设备可操作地连接到能量存储设备；和其中方法还包括通过使用非燃料扭矩生成设备来回收超过所需输出扭矩的多余发动 机扭矩，以转换多余发动机扭矩用于存储在能量存储设备中。7.如权利要求1所述的方法，其中发动机联接到包括非燃料扭矩生成设备的混合动力 系，所述非燃料扭矩生成设备可操作地连接到能量存储设备；和其中方法还包括当控制发动机在优选空气/燃料比时减少从非燃料扭矩生成设备输 出的扭矩。8.如权利要求1所述的方法，其中发动机联接到包括非燃料扭矩生成设备的混合动力 系，所述非燃料扭矩生成设备可操作地连接到能量存储设备；和其中方法还包括在高负荷运行下通过减少从发动机输出的扭矩和增加从非燃料扭矩 生成设备输出的扭矩来降低氨选择性催化还原设备的温度。9.如权利要求1所述的方法，其中一氧化氮和氢气的优选浓度包括氢气与一氧化氮的 比例介于3 1和5 1之间。10.如权利要求1所述的方法，其中一氧化碳和一氧化氮的优选浓度包括氧化碳与一 氧化氮的比例介于9 1和15 1之间。11.一种运行内燃机的方法，包括运行发动机生成包括一氧化氮、一氧化碳和氢气的排气供应流，氢气与一氧化氮的比 例介于3 1和5 1之间，一氧化碳与...
【专利技术属性】
技术研发人员：KL佩里，K拉马纳坦，A科皮纳思，SJ施米格，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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