微粒物质保留系统技术方案

本发明专利技术提供了用于被动再生耦接至汽油发动机的微粒物质过滤器的方法和系统。在车辆减速状态期间，在两个连续的稀阶段中比化学计量更稀地运转发动机，所述稀阶段包括初始的更短和更稀的阶段，随后是更长和略稀的阶段。通过使用间歇性稀发动机运转而被动再生过滤器，能够改善发动机性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及内燃发动机的排气处理系统，并且尤其是涉及汽油发动机的微粒物质过滤器。
技术介绍
发动机可经配置具有将燃料直接喷射至燃烧汽缸(直接喷射)的直接燃料喷射器，和/或具有将燃料喷射至汽缸进气道(进气道燃料喷射)的进气道燃料喷射器。除了能够更好地使能被喷射的燃料的增压中冷效率之外，直接喷射允许实现更高的燃料效率和更高的功率输出。然而，由于火焰传播的扩散，其中燃料在燃烧之前可能未与空气充分混合，因此直接喷射的发动机还生成更多的微粒物质排放(或者碳烟)。因为自然情况下的直接喷射是相对晚期的燃料喷射，所以在汽缸内没有充足的时间混合被喷射的燃料和空气。类似地，被喷射的燃料在流经阀时将遇到较少的湍流。结果，存在一些可在局部产生碳烟的富燃袋(pockets of rich combustion),从而恶化了排气排放。另外,在汽油直接喷射的发动机中产生的微粒物质可比相对应的柴油发动机的微粒物质更微小。在一些发动机系统中，壁流式过滤器(或者封闭式过滤器)可被用于过滤来自排气的微粒物质。然而，这样的壁流式过滤器将需要周期性活性再生，这将不利地影响发动机运转。另外，这样的壁流式过滤器将受到非常高的背压，尤其是涂覆有催化剂时。通过降低涡轮增压器两端的压降，高过滤器背压可够衰减涡轮增压器的性能。这样，这将不利地影响减小尺寸的直接喷射发动机，其被涡轮增压从而提供可与较大排量的传统发动机相比较的功率。在Wei等人的US 2009/0193796中示出了微粒物质(PM)过滤器的另一个示例，该微粒物质(PM)过滤器被用于捕集由汽油发动机产生的碳烟。其中，开放式PM过滤器被包括在涂覆或未涂覆适当的催化剂(例如，TffC催化剂)的排放处理系统中，所述催化剂促进了过滤器的被动再生(passive regeneration)。然而，本文的专利技术人已认识到有关这些系统的潜在问题。举个示例，由于背压限制，过滤器上的催化剂负荷量可能被限制。有限的催化剂负荷可能不能使过滤器充分再生。这样，不完全的过滤器再生会降低过滤器性能，以及恶化排气排放。另外，有限的催化剂负荷将导致来自过滤器的增加的二次排放，例如来自不完全的碳烟燃烧的CO和碳氢化合物泄漏。如果催化剂位于过滤器上以促进例如NOx还原等其他反应，则在碳烟阻碍催化剂的情况下，活性能够被降低，或者由于相关背压，活性可能被较小量的可允许的催化剂负荷限制。
技术实现思路
因此，在一个示例中，上述问题中的一些可通过这样的方法解决，该方法包括:在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器。然后，在选择的状态期间，将发动机运转转变为比化学计量更稀，包括:第一更短和更稀阶段，然后是第二更长和略稀阶段，基于催化剂氧含量和过滤器微粒物质负荷调整稀运转(lean operation)。以这种方式，能够降低来自直接喷射发动机的微粒物质排放。在一个示例中，虽然按化学计量运转车辆发动机，但是发动机排气可流经开放式微粒物质过滤器，从而收集排气PM或碳烟。所述过滤器可以是分层过滤器，其至少包括在过滤器基片上分层堆积的储氧催化剂的第一催化剂涂层，以及可选地第二催化剂涂层(例如，三元催化剂)，该第二催化剂涂层在第一催化剂涂层的顶部分层堆积。可选地，催化剂涂层可包括具有非常高的储氧催化剂含量的单层三元催化剂。在选择的状态期间，例如在车辆减速时，可以借机执行稀发动机运转，从而被动再生过滤器。尤其是，发动机可以在第一稀阶段中比化学计量更稀地运转，紧随第一稀阶段之后的是第二稀阶段，其中第一稀阶段更短但却更稀，而第二稀阶段更长但是略稀。可基于催化剂的氧含量调整第一稀阶段，以便使用排气氧来氧化(或再次氧化)第一催化剂涂层的储氧催化剂。另外，可直接氧化存储在过滤器上的一些PM。然后，基于过滤器负荷以及第一稀阶段可调整第二稀阶段，从而使被氧化的储氧催化剂能完全强化燃烧存储在过滤器中的剩余PM。实现整个排放控制。这样，当过滤器负荷低于阈值时，可执行周期性的稀运转，从而被动再生过滤器，并且降低过滤器负荷超过阈值的可能性。然而，如果过滤器负荷超过了所述阈值，则可活性再生过滤器，其中被存储的PM经燃烧以降低由保留在过滤器上的碳烟导致的背压。例如，当过量燃料传输经过包含贵金属的上游催化剂时，通过化学方式能够发生活性过滤器再生，导致活性加热下游过滤器的升温。燃料能够作为发动机汽缸内的晚期喷射被添加或经由直接进入排气管中的第二喷射器而添加。如又一个选择，可经由外部手段例如电加热来加热过滤器。在一个示例中，在没有任何催化剂的情况下，在空气中，过滤器再生会需要大约550° C的温度来燃烧被存储的碳烟。以这种方式，周期性的稀发动机运转可被用于PM过滤器的充分的被动再生。通过使用第一稀阶段来氧化被涂覆在过滤器上的储氧成分，可触发催化剂涂层，同时燃烧至少一些PM。通过接在第一稀阶段后的使用触发的催化剂涂层来氧化保留的PM的第二稀阶段，可基本完全再生过滤器。通过降低对活性再生过滤器的需要，其中额外的燃料量被用于增加过滤器的温度和烧掉 被存储的碳烟，可降低与过温有关的组件衰退，同时也提高了车辆的燃料经济性。在另一个示例中，基于被喷射至发动机中的燃料的酒精含量而进一步调整稀运转。在另一个示例中，催化剂涂层包括均匀的单层三元催化剂，其具有在13至32mgΟ/in3之间的储氧催化剂含量。在另一个示例中，一种用于车辆的方法，包括:使排气流过过滤器，从而存储微粒物质；并且在减速状态期间，选择性地在第一和第二稀阶段中的每个阶段中比化学计量更稀地运转发动机，第一稀阶段更短并且比第二稀阶段更稀，第一稀阶段基于过滤器催化剂涂层的氧含量，第二稀阶段基于过滤器负荷。在另一个示例中，第一稀阶段先于第二稀阶段，并且其中第一和第二阶段是连续的。在另一个示例中，过滤器催化剂涂层包括在过滤器上分层堆积的第一储氧催化剂涂层以及在所述第一催化剂涂层上分层堆积的第二三元催化剂涂层。在另一个示例中，调整第一稀阶段的第一持续时间，从而将第一催化剂涂层的氧含量增加到高于阈值氧含量。在另一个示例中，调整第二稀阶段的第二持续时间，从而将过滤器负荷减少至低于阈值负荷，并且其中第二持续时间进一步基于第一稀阶段的第一持续时间。在另一个示例中，本方法还包括，在稀运转之后，比化学计量更富地运转发动机，富运转的持续时间和富程度是基于稀运转和过滤器负荷的。在另一个示例中，提供一种车辆系统。本系统包括:发动机；直接燃料喷射器，其经配置将燃料直接喷射至发动机汽缸；开放式微粒物质过滤器，其被耦接至发动机下游，所述过滤器包括第一和第二催化剂涂层；以及带有计算机可读指令的控制器，所述指令用于:在化学计量的发动机运转期间，使发动机排气流经过滤器；在减速状态期间，在过滤器负荷低于阈值时，在第一和第二稀阶段中的每个阶段比化学计量更稀地运转发动机，从而降低过滤器负荷，所述第一和第二阶段基于过滤器氧含量和过滤器负荷中的一个或更多个。在另一个示例中，相比第二稀阶段的第二更长的持续时间，第一稀阶段具有第一更短的持续时间，并且其中相比第二稀阶段的第二、略稀的空气燃料比，第一稀阶段具有第一更稀的空气燃料比，当第一催化剂涂层的氧含量减少时，所述第一持续时间增加，当过滤器负荷增加时，第二持续时间增加。在另一个示例中，本系统还包括，响应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器；以及在选择的状态期间，将发动机运转转变为比化学计量更稀的发动机运转，所述比化学计量更稀的发动机运转包括：第一更短和更稀阶段，随后的是第二更长和略稀阶段，基于催化剂的氧含量和过滤器微粒物质负荷调整稀运转。

【技术特征摘要】
2012.01.26 US 13/359,1431.一种方法，其包括: 在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器；以及 在选择的状态期间，将发动机运转转变为比化学计量更稀的发动机运转，所述比化学计量更稀的发动机运转包括:第一更短和更稀阶段，随后的是第二更长和略稀阶段，基于催化剂的氧含量和过滤器微粒物质负荷调整稀运转。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂涂层为分层堆积在所述过滤器的基片上的第一催化剂涂层，所述第一催化剂涂层包括储氧催化剂。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述过滤器还包括在所述第一催化剂涂层的顶部分层堆积的第二催化剂涂层，所述第二涂层包括三元催化剂。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述稀运转调整包括:基于所述储氧催化剂的所述氧含量调整所述第一稀阶段的第一持续时间，以及基于所述过滤器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·K·兰姆波特，M·V·特威格，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：