СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ВЫПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF ENGINE EXHAUST SYSTEM OPERATION AND ENGINE EXHAUST SYSTEM OF VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к улучшению выбросов транспортного средства. В одном из примеров углеводородные выбросы двигателя накапливают и/или направляют для обхода SCR для улучшения эффективности SCR. Подход может быть особенно полезным для улучшения выбросов NOx после запуска двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Современные нормы снижения токсичности выхлопных газов делают необходимым использование каталитических нейтрализаторов в системах выпуска автомобильных транспортных средств, чтобы преобразовывать оксид углерода (CO), углеводороды (HC) и оксиды азота (NOx), вырабатываемые во время работы двигателя, в нерегламентированные выхлопные газы. Транспортные средства, оборудованные дизельными или другими работающими на обедненных смесях двигателями, предлагают преимущество повышенной экономии топлива, однако снижение токсичности выхлопных газов NOx в этих системах усложняется вследствие высокого содержания кислорода в выхлопных газах. В этом отношении известно, что каталитические нейтрализаторы избирательного каталитического восстановления (SCR), в которых NOx непрерывно удаляется благодаря активному впрыску восстановителя, такого как мочевина, в смесь выхлопных газов, поступающую в каталитический нейтрализатор, должны добиваться высокой эффективности переработки NOx. Типичная система последующей очистки обедненных выхлопных газов также может содержать окислительный каталитический нейтрализатор, присоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR. Окислительный каталитический нейтрализатор нейтрализует углеводороды (HC), оксид углерода (CO) и оксид азота (NO) в выхлопных газах двигателя. Окислительный каталитический нейтрализатор также может использоваться для подачи тепла для быстрого прогрева каталитического нейтрализатора SCR.
Авторы в материалах настоящего описания выявили несколько недостатков у такой конфигурации системы. А именно, так как окислительный каталитический нейтрализатор типично расположен внизу кузова далеко ниже по потоку от двигателя, занимает значительное время, чтобы достичь температур розжига (например, 200 градусов C). Это дает в результате задержанный прогрев для каталитического нейтрализатора SCR и, таким образом, оказывает отрицательное влияние на снижение токсичности выхлопных газов. К тому же, поскольку каталитический нейтрализатор выхлопных газов не нейтрализует поступающие углеводороды до достижения температур розжига, в некоторых условиях, таких как холодные запуски или продленные периоды работы с легкой нагрузкой, углеводороды могут ускользать из окислительного каталитического нейтрализатора и вызывать ухудшение работы каталитического нейтрализатора SCR, уменьшая эффективность и срок службы каталитического нейтрализатора SCR.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, изобретатели в материалах настоящего описания разработали систему и способ улучшения работы каталитического нейтрализатора SCR в системе выпуска двигателя транспортного средства, включающий в себя этапы, на которых:
измеряют температуру нейтрализатора избирательного каталитического восстановления (SCR),
если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR не ниже пороговой температуры, то:
направляют углеводороды двигателя через каталитический нейтрализатор SCR посредством того, что закрывают перепускной клапан SCR в ответ на второе условие, и
если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR ниже пороговой температуры, то:
определяют концентрацию углеводородов ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR,
интегрируют концентрацию углеводородов по времени для определения общего количества углеводородов, подаваемых в каталитический нейтрализатор SCR,
направляют углеводороды двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR посредством того, что открывают перепускной клапан SCR в ответ на первое условие, при котором интегральная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень; и
направляют углеводороды двигателя через каталитический нейтрализатор SCR посредством того, что закрывают перепускной клапан SCR в ответ на второе условие, при котором интегральная концентрация углеводородов не больше, чем пороговый уровень,
при этом прекращают впрыск мочевины через форсунку
дозирования мочевины при направлении углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR.
В одном из вариантов предложен способ, в котором каталитический нейтрализатор SCR является каталитическим нейтрализатором SCR на мочевине, который превращает NOx в N2 и H2O.
В одном из вариантов предложен способ, в котором концентрацию углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR определяют посредством датчика углеводородов.
В одном из вариантов предложен способ, в котором пороговый уровень является пороговым значением интегральной концентрации углеводородов.
В одном из дополнительных аспектов изобретения была предложена система выпуска двигателя транспортного средства, содержащая:
устройство снижения токсичности выхлопных газов;
каталитический нейтрализатор SCR;
перепускной клапан SCR, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR;
форсунку дозирования мочевины, выполненную с возможностью впрыска мочевины в местоположение выше по потоку каталитического нейтрализатора SCR, и
контроллер, содержащий исполняемые команды для:
измерения температуры каталитического нейтрализатора SCR,
если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR не ниже пороговой температуры, то:
направления углеводородов двигателя через каталитический
нейтрализатор SCR посредством закрывания перепускного клапана SCR в ответ на второе условие, и
если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR ниже пороговой температуры, то:
определения концентрации углеводородов ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR,
интегрирования концентрации углеводородов по времени для определения общего количества углеводородов, подаваемых в каталитический нейтрализатор SCR,
направления углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR посредством открывания перепускного клапана SCR в ответ на первое условие, при котором при котором интегральная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень, и
направления углеводородов двигателя для прохождения через каталитический нейтрализатор SCR посредством закрывания перепускного клапана SCR в ответ на второе условие, при котором интегральная концентрация углеводородов не больше, чем пороговый уровень,
при этом контроллер дополнительно содержит исполняемые команды для прекращения впрыска мочевины через форсунку дозирования мочевины при направлении углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR.
В одном из вариантов предложена система, в которой каталитический нейтрализатор SCR является каталитическим нейтрализатором SCR на мочевине, который превращает NOx в N2 и  H2O.
В одном из вариантов предложена система, в которой концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR является определяемой посредством датчика углеводородов.
В одном из вариантов предложена система, в которой пороговый уровень является пороговым значением интегральной концентрации углеводородов.
Таким образом, ухудшение работы каталитического нейтрализатора SCR может уменьшаться, улучшая эффективность каталитического нейтрализатора SCR и уменьшая выбросы NOx транспортного средства.
Вышеприведенные преимущества, а также другие преимущества и признаки настоящего изобретения будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя, содержащего SCR и перепускной клапан SCR;
фиг.2A-2F показывают примерные системы выпуска двигателя транспортного средства;
фиг.3 показывает блок-схему последовательности операций примерного способа работы системы выпуска двигателя транспортного средства; и
фиг.4-5 показывают примерные моделированные графики интересующих сигналов при осуществлении мониторинга системы выпуска двигателя транспортного средства.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение имеет отношение к снижению токсичности выхлопных газов двигателя транспортного средства. В частности, выбросы NOx двигателя могут уменьшаться посредством систем и способов, описанных в материалах настоящего описания. Фиг.1 иллюстрирует один из примеров двигателя, хотя раскрытые системы и способ могут быть применимы к двигателям с воспламенением от сжатия, двигателям с воспламенением от сжатия и турбинам. Несколько примерных конфигураций систем выпуска двигателя транспортного средства, содержащих SCR, показаны на фиг.2A-2F. Фиг.3 показывает примерный способ работы систем выпуска двигателя транспортного средства на 2C-2F, содержащих каталитический нейтрализатор SCR и перепускной канал каталитического нейтрализатора SCR. В заключение фиг.4-5 иллюстрируют примерные рабочие последовательности согласно способу, показанному на фиг.3, для работы систем выпуска двигателя транспортного средства по фиг.2C-2F, содержащих каталитический нейтрализатор SCR и перепускной клапан каталитического нейтрализатора SCR.
Далее, со ссылкой на фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.
Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыскивания топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой, как показано на фиг.2. Давление топлива, подаваемое топливной системой, может регулироваться изменением впускного дозирующего клапана, регулирующего расход в топливный насос (не показан), и клапана регулировки давления направляющей-распределителя для топлива.
Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления расходом воздуха из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания камеры 46 наддува. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 через вал 161. В некоторых примерах может быть предусмотрен охладитель наддувочного воздуха. Скорость вращения компрессора может регулироваться посредством регулирования положения элемента 72 управления регулируемыми лопастями или перепускного клапана 158 компрессора. В альтернативных примерах регулятор 74 давления наддува может заменять или использоваться в дополнение к элементу 72 управления регулируемыми лопастями. Элемент 72 управления регулируемыми лопастями регулирует положение лопастей турбины с изменяемой геометрией. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164, подводя незначительную энергию для вращения турбины 164, когда лопасти находятся в открытом положении. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164 и передавать повышенную силу на турбину 164, когда лопасти находятся в закрытом положении. В качестве альтернативы регулятор 74 давления наддува предоставляет выхлопным газам возможность обтекать турбину 164, чтобы уменьшать количество энергии, подаваемой на турбину. Перепускной клапан 158 компрессора предоставляет сжатому воздуху на выпуске компрессора 162 возможность возвращаться на вход компрессора 162. Таким образом, отдача компрессора 162 может уменьшаться, чтобы оказывать влияние на расход компрессора 162 и снижать вероятность всплеска колебаний компрессора.
Сгорание инициируется в камере 30 сгорания, когда топливо воспламеняется без выделенного искрового источника, такого как свеча зажигания, в то время как поршень 36 приближается к верхней мертвой точке такта сжатия, и давление в цилиндре возрастает. В некоторых примерах универсальный датчик 126 кислорода в выхлопных газах (UEGO) может быть присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от устройства 70 очистки выбросов. В других примерах датчик UEGO может быть расположен ниже по потоку от одного или более устройств последующей очистки выхлопных газов. Кроме того, в некоторых примерах датчик UEGO может быть заменен датчиком NOx, который имеет элементы считывания как NOx, так и кислорода.
При более низких температурах свеча 68 накаливания может преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию, чтобы поднимать температуру в камере 30 сгорания. Посредством подъема температуры камеры 30 сгорания может быть легче воспламенять топливно-воздушную смесь в цилиндре посредством сжатия.
Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов в одном из примеров может содержать сажевый фильтр и брикеты каталитического нейтрализатора. В еще одном примере могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов в одном из примеров может содержать окислительный каталитический нейтрализатор. В других примерах устройство снижения токсичности выхлопных газов может содержать уловитель обедненных NOx, ловушку для углеводородов, уловитель CO, каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления (SCR) и/или дизельный сажевый фильтр (DPF). Хотя не показано явно на фиг.1, в дополнительных примерах другие устройства снижения токсичности выхлопных газов могут быть расположены выше по потоку или ниже по потоку от SCR 71. Например, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может содержать окислительный каталитический нейтрализатор и ловушку для углеводородов выше по потоку от SCR 71, тогда как DPF может быть расположен ниже по потоку от SCR 71. Перепускной клапан 80 SCR может располагаться выше по потоку от SCR 71. Перепускной клапан 80 SCR может быть расположен, так чтобы поток выхлопных газов обходил SCR 71 либо протекал через SCR 71. В некоторых примерах SCR 71 может быть SCR на мочевине (U-SCR). В одном из примеров система впрыска мочевины может быть предусмотрена для впрыска жидкой мочевины в каталитический нейтрализатор 71 SCR. Однако могут использоваться различные альтернативные подходы, такие как твердая гранулированная мочевина, которая вырабатывает пары аммиака, которые затем нагнетаются или дозируются в каталитическом нейтрализаторе 71 SCR. Кроме того, еще в одном примере уловитель обедненных NOx может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, чтобы вырабатывать аммиак для каталитического нейтрализатора SCR, в зависимости от обогащения топливно-воздушного соотношения, подаваемого в уловитель обедненных NOx. Аммиак также может вырабатываться в углеводородном SCR (HC-SCR), расположенном выше по потоку от каталитического нейтрализатора 71 SCR.
2
Датчик 125 может быть расположен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, но выше по потоку от перепускного клапана 80 SCR. Датчик 125 может быть датчиком углеводородов, который поддерживает связь с контроллером 12. В некоторых примерах контроллер 12 может интегрировать сигнал, введенный из датчика 125, получая интегральный уровень углеводородов со временем. В других примерах датчик 125 также может быть датчиком кислорода (O), и выходной сигнал датчика кислорода может быть основой для логического вывода об углеводородах. Датчик 127 выявляет температуру устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и поддерживает связь с контроллером 12. В зависимости от сигналов с датчика 125 и/или датчика 127 контроллер 12 может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR, чтобы направлять поток выхлопных газов, чтобы обходил или проходил через SCR 71. В других примерах датчик 127 может быть не включен в состав, и температура SCR может логически выводиться. Контроллер 12 также может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил или протекал через SCR 71, на основании сигналов, введенных с датчика 126 выхлопных газов в дополнение к датчику 125 и датчику 127. Как изложено выше, датчик 126 может быть датчиком UEGO или датчиком NOx, который имеет чувствительные элементы как для NOx, так и для кислорода. Например, если датчик 125 указывает, что концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR выше порогового уровня, или датчик 127 указывает температуру устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры (например, ниже температур розжига DOC), или датчик 126 указывает низкие уровни NOx в выхлопных газах, контроллер 12 может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил SCR 71.
Как описано выше, приведение в действие перепускного клапана 80 SCR контроллером 12 может зависеть от информации, принятой в контроллере с датчиков 125, 126 и 127. Обход U-SCR 71 в определенных условиях выхлопных газов может продлевать срок службы U-SCR и эффективную работу U-SCR, например, посредством предотвращения накопления углеводородов в U-SCR. Например, если уровни NOx выхлопных газов низки, как указано датчиком 126 NOx, перепускной канал SCR может позиционироваться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящего из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. В качестве дополнительного примера, если температура устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, в качестве указываемой датчиком 127 температуры, находится ниже температуры розжига DOC (например, <200°C), перепускной клапан 80 SCR может располагаться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящих из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. При низких температурах устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов, содержащее окислительный каталитический нейтрализатор, может не полностью окислять углеводороды в потоке выхлопных газов. Углеводороды, в силу этого, могут ускользать мимо устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и угнетать U-SCR 71, снижая его эффективность работы для восстановления NOx. Углеводороды могут присутствовать в выхлопных газах благодаря неполному сгоранию в двигателе транспортного средства. Дополнительные углеводороды (например, топливо) также могут впрыскиваться в цилиндре или после цилиндра. В качестве дополнительного примера, если концентрация углеводородов выхлопных газов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR 71 находится выше порогового уровня, как указывается датчиком 125 углеводородов, перепускной клапан 80 SCR может располагаться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящих из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. Как описано ранее, углеводороды в выхлопных газах могут угнетать U-SCR 71, снижая его эффективность работы для восстановления NOx. Таким образом, перенаправление потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR, может продлевать эффективность и срок службы U-SCR. В дополнительном примере перепускной клапан 80 SCR может регулироваться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71, если существует любое одно из следующих условий: низкая концентрация NOx выхлопных газов выше по потоку от SCR 71, указанная датчиком 126 NOx (например, концентрация NOx ниже порогового уровня); низкая температура устройства снижения токсичности выхлопных газов, указанная датчиком 127 температуры (например, температура ниже пороговой температуры); и высокая концентрация углеводородов выхлопных газов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR 71, указанная датчиком 125 углеводородов (например, концентрация углеводородов выше порогового уровня).
Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; давление наддува с датчика 122 давления; концентрацию кислорода в выхлопных газах с кислородного датчика 126; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно расположенных на расстоянии импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В некоторых примерах топливо может впрыскиваться в цилиндр множество раз в течение одиночного цикла цилиндра. В последовательности операций, в дальнейшем указываемой ссылкой как зажигание, впрыскиваемое топливо подвергается зажиганию посредством воспламенения от сжатия, имеющего следствием сгорание. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры. Кроме того, в некоторых примерах может использоваться скорее двухтактный цикл, нежели четырехтактный цикл.
2
2
Далее со ссылкой на фиг.2A-2F показаны несколько примерных конфигураций систем выпуска двигателя транспортного средства для улучшения работы SCR. На фиг.2A показана первая примерная конфигурация 200 для системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы текут последовательно из двигателя 10 через дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 204 (DOC), углеводородный каталитический нейтрализатор SCR 206 (HC-SCR), каталитический нейтрализатор 208 SCR на мочевине (U-SCR) 208 и DPF 210. DOC 204, например, может содержать пористый цеолит или другие материалы на керамической основе, чья поверхность покрыта каталитически активным количеством Pt или Pd, либо комбинацией обоих металлов. Металлы, иные чем Pt или Pd, либо их комбинации, также могут использоваться. DOC 204 нейтрализует несгоревшие углеводороды в выхлопных газах двигателя, окисляя углеводороды до углекислого газа и воды. Дополнительно оксид углерода (CO) в выхлопных газах двигателя может окисляться до углекислого газа (CO) в DOC 204. Другие свободные радикалы, присутствующие в выхлопных газах, такие как оксид азота, серные соединения и полиароматические углеводороды, также могут окисляться по мере того, как они проходят через DOC 204. DOC 204 может быть расположен выше по потоку от U-SCR 208, поскольку окислительные реакции поддерживаются при обедненных условиях (например, условиях, в которых существуют концентрации O сверх стехиометрических условий выхлопных газов). DOC 204 наиболее эффективен, когда его температура выше, чем пороговая температура (например, приблизительно 200°C, температура розжига для реакции окисления углеводородов). На температурах ниже пороговой температуры углеводороды могут ускользать или проходить через DOC 204 непрореагировавшими. Температура DOC 204 может измеряться и сообщаться в контроллер 12 датчиком 127 температуры.
2
2
2
Затем составляющие NOx в выхлопных газах восстанавливаются в HC-SCR 206, углеводороды в выхлопных газах служат в качестве восстановителей, тем самым, превращая NOx и углеводороды в газообразный азот (N), углекислый (CO) и воду (HO). В обедненных условиях углеводороды могут впрыскиваться выше по потоку (например, в цилиндре и/или после цилиндра) от HC-SCR 206 (например, в цилиндре или после цилиндра), чтобы подавать дополнительный восстановитель для реакции HC-SCR 206. Датчики кислорода на 126 и/или на 127 могут использоваться для измерения и сообщения уровней кислорода (например, указывающих обедненные или обогащенные условия) в выхлопных газах в контроллер 12. HC-SCR 206, таким образом, может удалять непрореагировавшие углеводороды, которые ускользают необработанными через DOC 204, например, когда температуры ниже, чем пороговая температура, углеводороды потребляются в реакциях восстановления NOx и, тем самым, предохраняются от прохождения через U-SCR 208 ниже по потоку. Соответственно, HC-SCR 206 может поглощать и накапливать углеводороды выхлопных газов во время холодных запусков (например, до того, как температура достигла пороговой температуры), или когда концентрация углеводородов выхлопных газов выше порогового уровня, оба примера условий, в которых окисление углеводородов выхлопных газов выше по потоку от U-SCR может быть неполным. HC-SCR 206 может содержать любой пригодный катализаторный материал, способный к обеспечению избирательного к углеводородам каталитического восстановления NOx, в том числе медный цеолит, металлы группы платины (PGM), серебро на глиноземной подложке, серебро на алюминиевой подложке и другие катализаторы на основе переходных металлов, такие как медь, хром, железо, кобальт и т.д., и их смеси, поддерживаемые на тугоплавких оксидах (например, глиноземе, двуокиси циркония, алюмосиликате, двуокиси титана). HC-SCR 206 также может содержать керамическую матрицу, содержащую цеолит. Другие примеры катализаторных материалов, известных в данной области техники для обеспечения избирательного к углеводородам каталитического восстановления NOx, или их комбинации также могут использоваться.
Ниже по потоку от HC-SCR 206 находится каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления, U-SCR 208. U-SCR 208 может функционировать подобно SCR 71, изображенному на фиг.1. U-SCR 208, кроме того, может восстанавливать составляющие NOx в выхлопных газах с использованием аммиака в качестве восстановителя. Аммиак формируется в выхлопных газах от разложения мочевины, которая впрыскивается в поток выхлопных газов через форсунку 205 дозирования мочевины. Форсунка 205 дозирования мочевины подает мочевину из бачка 203 хранения мочевины и расположена выше по потоку от U-SCR 208. В определенных условиях аммиак также может вырабатываться во время восстановления NOx углеводородами в HC-SCR 206. При впрыскивании в выхлопные газы мочевина разлагается, образуя аммиак и углекислый газ. Мочевина может впрыскиваться в местоположении в выхлопных газах, достаточно отдаленном выше по потоку от U-SCR 208, чтобы предоставлять разложению мочевины возможность происходить до поступления в U-SCR 208. Дозировка впрыска мочевины может регулироваться в зависимости от уровня NOx в выхлопных газах непосредственно выше по потоку от U-SCR 208. Соответственно, впрыскиваемое количество мочевины может регулироваться алгоритмом управления дозированием мочевины, выполняемым бортовым контроллером 12. Система выпуска двигателя транспортного средства дополнительно может содержать датчики NOx, мочевины и/или аммиака прямо выше по потоку от U-SCR 208. Система управления дозированием мочевины может принимать входные сигналы с датчиков мочевины или аммиака, чтобы количественно определять дозировку мочевины или аммиака, подаваемую в систему выпуска. Величина впрыска мочевины, которая слишком низка, может давать в результате эффективность нейтрализации NOx, которая слишком низка, чтобы удовлетворять нормирующим стандартам. С другой стороны, величина впрыска мочевины, которая слишком высока, может давать в результате отложения мочевины в системе, которые также могут уменьшать эффективность по NOx и увеличивать ускользание мочевины, а также формировать увеличенный белый дым в выхлопных газах при высоких температурах, когда отложения разлагаются и выделяются. Кроме того, впрыск слишком большого количества мочевины может повышать потребление мочевины, тем самым, снижая экономию мочевины. Бачок 203 с мочевиной может дозаправляться во время периодического технического обслуживания транспортного средства. После выхода из U-SCR 208 выхлопные газы проходят через DPF 210. DPF 210 удаляет твердые частицы или сажу из выхлопных газов. DPF 210 может быть кордиеритом, керамическим волокном, карбидом кремния, металлическим волокном или другим типом дизельного сажевого фильтра.
Таким образом, в первой конфигурации 200 системы выпуска двигателя транспортного средства HC-SCR 206, расположенный выше по потоку от U-SCR 208, потребляет непрореагировавшие углеводороды посредством восстановления NOx до того, как они достигают U-SCR 208. Таким образом, в ответ на первое условие, при котором температура выхлопных газов низка (например, во время холодных запусков до того, как температура выхлопных газов достигла пороговой температуры), и/или при которых концентрация углеводородов в выхлопных газах выше порогового уровня, углеводороды выхлопных газов могут потребляться посредством окисления в DOC 204 и/или восстановления в HC-SCR 206, с предохранением их от прохождения ниже по потоку через U-SCR 208. В дополнительном примере первое условие также может содержать условия, при которых уровни NOx ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемых предельных значений выбросов NOx). Пороговый уровень NOx также может указывать ссылкой на интегральный пороговый уровень NOx, а датчик 202 NOx может измерять интегральную концентрацию NOx в выхлопных газах.
Далее со ссылкой на фиг.2B проиллюстрирована вторая конфигурация 220 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы текут последовательно из двигателя 10 через DOC 204, ловушку 222 для углеводородов (HC), U-SCR 208 и DPF 210. Вторая конфигурация 220 отличается от первой конфигурации 200 по той причине, что уловитель 222 HC вместо HC-SCR 206 расположен ниже по потоку от DOC 204 и выше по потоку U-SCR 208. Уловитель 222 HC может содержать цеолит, который действует в качестве молекулярного сита, улавливая молекулы углеводородов в порах цеолита. Соответственно, во время холодных запусков или других условий работы транспортного средства, когда температуры выхлопных газов и DOC 204 низки, углеводороды, ускользающие мимо DOC 204, будут становиться захваченными в уловителе 222 HC. Уловитель 222 HC, в силу этого, предохраняет углеводороды выхлопных газов от достижения U-SCR в ответ на первое условие, при котором температура ниже пороговой температуры, и/или при котором концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от U-SCR 208 выше порогового уровня, или, кроме того еще, когда концентрация NOx выше по потоку от U-SCR 208 ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемого уровня выбросов NOx).
3
2
Далее со ссылкой на фиг.2C показана третья конфигурация 230 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы последовательно текут из двигателя 10 через дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 204 (DOC), уловитель 232 оксида углерода (CO) и уловитель 222 HC. Затем перепускной клапан 280 SCR направляет поток выхлопных газов, чтобы обходил или тек через U-SCR 208, после чего выхлопные газы текут через DPF 210. Как в конфигурации 200, мочевина хранится в бачке 203 хранения мочевины и подается в систему через форсунку 205 дозирования мочевины. Мочевина может разлагаться в потоке выхлопных газов, образуя аммиак и углекислый газ. Аммиак также может образовываться выше по потоку в обогащенных условиях во время десорбции и восстановления NOx в уловителе 232 CO. В третьей конфигурации 230 оксид углерода в выхлопных газах, выходящих из DOC 204, может удерживаться, в числе других составляющих, внутри уловителя 232 CO. Примеры уловителя 232 CO включают в себя цеолитовое молекулярное сито или каталитический нейтрализатор обедненных NOx (LNT). LNT могут содержать адсорбентные щелочноземельные соединения (например, BaCO) и катализаторы из драгоценных металлов (например, Pt, Rh, и тому подобного). В дополнение к улавливанию CO LNT может адсорбировать составляющие NOx в обедненных условиях. Наоборот, во время обогащенных условий LNT может десорбировать и восстанавливать NOx, при этом NOx восстанавливается углеводородами в выхлопных газах, превращая их в азот, углекислый газ и воду. Аммиак может вырабатываться в LNT в обогащенных условиях во время восстановления и десорбции NOx. Уловитель 222 HC может быть расположен ниже по потоку от уловителя 232 CO. Во время первого условия, при котором температура устройства снижения токсичности выхлопных газов меньше, чем пороговая температура (например, ниже температур розжига DOC), и/или при котором концентрация углеводородов выше порогового уровня, углеводороды и другие составляющие в выхлопных газах могут ускользать мимо DOC 204. Эти ускользнувшие углеводороды могут улавливаться уловителем 222 HC наряду с тем, что ускользнувший CO может улавливаться уловителем 232 CO. Уловитель 232 CO также может поглощать составляющие NOx из выхлопных газов. Датчик 202 может быть выполнен с возможностью измерения температуры и/или уровня NOx в выхлопных газах и поддерживать связь с контроллером 12. Датчик 202 может быть расположен выше по потоку от DOC 204, как показано на фиг.2C-2F, или в DOC 204, где он может измерять температуру DOC 204. Датчик 202 также может быть расположен в U-SCR 208, где он может измерять температуру U-SCR 208. Датчик 207 может быть датчиком углеводородов, расположенным ниже по потоку от уловителя 222 HC и/или уловителя 232 CO, но выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR. Соответственно, датчик 207 может быть расположен ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора 208 U-SCR. Датчик 207 может измерять концентрацию углеводородов в выхлопных газах и поддерживать связь с контроллером 12. В некоторых примерах контроллер 12 может интегрировать сигнал, введенный из датчика 207, получая интегральный уровень углеводородов со временем, или датчик 207 может выполнять интегрирование и передавать интегральное значение в контроллер 12. Пороговый уровень может содержать пороговый уровень интегральной концентрации углеводородов. В других примерах контроллер 12 может определять, когда концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень углеводородов. Кроме того еще в других примерах датчик 207 также может быть датчиком кислорода (O), а пороговый уровень может содержать пороговый уровень концентрации кислорода или пороговый уровень интегральной концентрации кислорода. Кроме того еще, первое условие может соответствовать условиям, при которых концентрация NOx выхлопных газов ниже порогового уровня NOx или интегрального порогового уровня NOx. Например, пороговый уровень NOx может соответствовать нормируемому уровню выбросов NOx. Концентрация NOx может измеряться датчиком 202 ниже по потоку от двигателя, но выше по потоку от DOC 204, имеющим функцию, подобную датчику 126 на фиг.1.
Перепускной клапан 280 SCR может быть расположен ниже по потоку от датчика 207 и может открываться и закрываться контроллером 12. Контроллер может управлять перепускным клапаном 280 SCR, так что поток выхлопных газов обходит U-SCR 208 в ответ на первое условие, при котором температура (например, датчик 202 температуры) меньше, чем пороговая температура. Наоборот, контроллер 12 может управлять перепускным клапаном 280 SCR, так что выхлопные газы проходят через U-SCR 208 в ответ на второе условие, при котором температура (например, датчик 202 температуры) достигает или превышает пороговую температуру. По существу, во время холодных запусков двигателя, при которых температура устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры (например, температура DOC 204 и/или температура U-SCR 208 ниже пороговой температуры), поток выхлопных газов может направляться для обхода U-SCR 208. Когда двигатель прогревается спустя период работы транспортного средства, например, температуры DOC 204 и/или U-SCR 208 достигают пороговых температур, контроллер 12 может направлять поток выхлопных газов, чтобы проходил через U-SCR 208, посредством перепускного клапана 280 SCR. В качестве альтернативы первое условие может соответствовать условию, при котором концентрация углеводородов выхлопных газов ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов и выше по потоку от SCR может быть выше порогового уровня, а второе условие может соответствовать условию, при котором концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов и выше по потоку SCR может быть ниже порогового уровня. Таким образом, в ответ на первое условие ускользнувшие углеводороды могут предохраняться от поступления в U-SCR 208, где они могут снижать эффективность и укорачивать срок службы U-SCR 208. Кроме того еще, первое условие может соответствовать условиям, при которых концентрация NOx в выхлопных газах выше по потоку от SCR ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемого уровня выбросов NOx). В этих условиях перепускной клапан 280 SCR также может направлять поток, чтобы обходил U-SCR.
В конфигурации 230 U-SCR 208, форсунка 205 дозирования мочевины, бачок 203 хранения мочевины и DPF 210 могут работать, как описано ранее в конфигурации 200. NOx могут восстанавливаться в U-SCR 208, реагируя с аммиачным восстановителем, вырабатываемым в уловителе 232 CO и/или образованным от разложения мочевины, впрыснутой выше по потоку от U-SCR 208 на форсунке 205 дозирования мочевины. Эффективность и технический ресурс U-SCR 208 продлеваются посредством обхода U-SCR в ответ на первое условие, при котором температура ниже пороговой температуры, и/или концентрация углеводородов превышает пороговый уровень. В течение периодов работы транспортного средства, при которых поток выхлопных газов обходит U-SCR 208, форсунка дозирования мочевины может прекращать впрыск мочевины.
Далее со ссылкой на фиг.2D показана четвертая конфигурация 240 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы последовательно текут из двигателя 10 через дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 204 (DOC), уловитель 222 HC и уловитель 232 оксида углерода (CO). Четвертая конфигурация 240 идентична третьей конфигурации 230 за исключением того, что очередность уловителя 222 HC и уловителя 232 CO изменена, так что уловитель 222 HC находится выше по потоку от уловителя 232 CO. По существу, углеводороды, которые десорбированы из уловителя 222 HC во время восстановления уловителя 222 HC, могут улавливаться или нейтрализовываться (например, посредством реакций восстановления NOx) в уловителе 232 CO. В четвертой конфигурации 240 датчики 202, 205 и 207 и DOC 204, U-SCR 208, форсунка 205 дозирования мочевины, бачок 203 хранения мочевины и DPF 210 могут работать, как описано ранее в третьей конфигурации 230. NOx могут восстанавливаться в U-SCR 208, реагируя с аммиачным восстановителем, вырабатываемым в уловителе 232 CO и/или образованным от разложения мочевины, впрыснутой выше по потоку от U-SCR 208 на форсунке 205 дозирования мочевины. Эффективность и технический ресурс U-SCR 208 могут продлеваться посредством обхода U-SCR в ответ на первое условие, при котором температура устройства снижения токсичности выхлопных газов (например, DOC 204 и/или U-SCR 208) ниже пороговой температуры, и/или концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов, но выше по потоку от SCR (например, U-SCR 208) превышает пороговый уровень или интегральную величину. Кроме того еще, первое условие может соответствовать условиям, при которых концентрация NOx в выхлопных газах ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемого уровня выбросов NOx). В этих условиях, перепускной клапан 280 SCR также может направлять поток, чтобы обходил U-SCR.
Далее со ссылкой на фиг.2E показана пятая конфигурация 250 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы последовательно текут из двигателя 10 через DOC 204, улавливающий HC или цеолитный материал 252 и уловитель 232 оксида углерода (CO) выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR. Конфигурация 250 подобна конфигурации 240 за исключением того, что уловитель 222 HC заменен улавливающим HC или цеолитным материалом 252. Датчик 202 температуры и датчик 207 углеводородов расположены выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR, датчик 207 углеводородов расположен ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов (например, уловителя 232 CO) выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR. Датчик 202 температуры также может быть расположен в устройстве, например, DOC 204, в силу чего измеряя температуру на таком устройстве. Датчики 202 и 207 поддерживают связь с контроллером 12, который выводит сигналы для приведения в действие перепускного клапана 280 SCR. В ответ на первое условие перепускной клапан 280 SCR управляется контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR. Первое условие может соответствовать тому, когда температура, указываемая датчиком 202, меньше, чем пороговая температура, и/или когда концентрация углеводородов выхлопных газов, указываемая датчиком 207 углеводородов, больше, чем пороговый уровень. Пороговый уровень также может быть интегральной концентрацией углеводородов или пороговой концентрацией углеводородов. Кроме того еще, первое условие может указывать ссылкой на условие, при котором концентрация NOx в выхлопных газах ниже порогового уровня NOx. В некоторых примерах датчик 202, кроме того, может содержать датчик NOx. Улавливающий HC или цеолитный материал 252 работает подобно уловителю 222 HC, описанному ранее, где углеводороды, протекающие через улавливающий HC или цеолитный материал 252, удерживаются и улавливаются. Улавливающий HC или цеолитный материал 252, таким образом, может улавливать ускользнувшие углеводороды ниже по потоку от DOC 204 (например, во время холодных запусков двигателя или концентрации углеводородов выше порогового уровня).
Далее со ссылкой на фиг.2F показана шестая конфигурация 260 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы последовательно текут из двигателя 10 через уловитель 262 углеводородов и/или оксида углерода (HC/CO), сопровождаемый металлическим окислительным каталитическим нейтрализатором 264. Уловитель 262 HC/CO может работать подобно уловителю 222 HC и уловителю 232 CO последовательно, описанным ранее в конфигурации 230 и 240, удерживая углеводороды и оксид углерода из выхлопных газов, протекающих через уловитель 262 HC/CO. Соответственно, уловитель 262 HC/CO может содержать цеолитный материал, имеющий свойства молекулярного сита, и также может содержать уловитель LNT. По существу, NOx также может адсорбироваться в уловителе 262 HC/CO во время обедненных условий, и NOx могут десорбироваться и восстанавливаться во время обогащенных условий. Во время обогащенных условий, когда NOx может десорбироваться и восстанавливаться, уловитель 262 HC/CO также может формировать аммиак. Таким образом, уловитель 262 HC/CO может содержать комбинацию уловителя 222 HC и уловителя 232 CO в одиночном устройстве. Металлический окислительный каталитический нейтрализатор 264 может быть расположен ниже по потоку от уловителя 262 HC/CO. Металлический окислительный каталитический нейтрализатор 264 может содержать металл группы платины (PGM) или окислительный каталитический нейтрализатор из неблагородного металла. Примеры металлов группы платины включают в себя платину, рутений, родий, иридий, осмий и палладий. Примеры неблагородных металлов включают в себя ванадий, молибден, вольфрам, железо и медь. Металлический окислительный каталитический нейтрализатор 264 может окислять углеводороды в выхлопных газах, превращая углеводороды в углекислый газ и воду. Датчик 202 температуры и датчик 207 углеводородов расположены выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR, датчик 207 углеводородов расположен ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов (например, металлического окислительного каталитического нейтрализатора 264) выше по потоку от перепускного клапана 280 SCR. Датчик 202 температуры также может быть расположен в устройстве, например, DOC 204, в силу чего измеряя температуру на таком устройстве. Датчики 202 и 207 поддерживают связь с контроллером 12, который выводит сигналы для приведения в действие перепускного клапана 280 SCR. Во время первого условия перепускной клапан 280 SCR управляется контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR. Первое условие может соответствовать условию, когда температура, указываемая датчиком 202, меньше, чем пороговая температура, и/или когда концентрация углеводородов выхлопных газов, указываемая датчиком 207 углеводородов, больше, чем пороговый уровень. Пороговый уровень также может быть интегральной концентрацией углеводородов. Кроме того еще, первое условие может указывать ссылкой на условие, где концентрация NOx в выхлопных газах ниже порогового уровня NOx. В некоторых примерах датчик 202, кроме того, может содержать датчик NOx. Посредством отведения потока выхлопных газов, содержащего ускользнувшие углеводороды, чтобы обходил U-SCR 208, в ответ на первое условие могут продлеваться срок службы и эффективность U-SCR 208. В ответ на второе условие, при котором температура достигает или превышает пороговую температуру, или концентрация углеводородов уменьшается ниже порогового уровня, перепускной клапан SCR может регулироваться контроллером 12 для направления выхлопных газов, чтобы проходили через U-SCR 208.
Далее со ссылкой на фиг.3 она иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа примерного способа 300 работы системы выпуска двигателя транспортного средства, содержащей каталитический нейтрализатор SCR и перепускной клапан SCR. Способ 300 может храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти контроллера 12. Кроме того, способ 300 может исполняться контроллером 12. А именно по способу 300 оценивают, удовлетворяют ли текущие условия работы первому условию, и, если так, открывают перепускной клапан SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил каталитический нейтрализатор SCR, чтобы продлевать срок службы и эффективность каталитического нейтрализатора SCR. Например, первое условие может удовлетворяться, если измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры, и/или если измеренная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень. В этих условиях, поток выхлопных газов может направляться для обхода каталитического нейтрализатора SCR; если поток выхлопных газов направляется, чтобы течь через каталитический нейтрализатор SCR, углеводороды в выхлопных газах могут снижать эффективность и срок службы каталитического нейтрализатора SCR. Наоборот, если измеренная температура больше, чем пороговая температура, каталитический нейтрализатор SCR может не обходиться, так как углеводороды выхлопных газов могут окисляться в устройстве снижения токсичности выхлопных газов (например, DOC 204) или иным образом нейтрализовываться или потребляться выше по потоку от SCR в системе выпуска двигателя транспортного средства. Таким образом, поток выхлопных газов может направляться посредством перепускного клапана в ответ на температуру устройства снижения токсичности выхлопных газов. Примером каталитического нейтрализатора SCR является каталитический нейтрализатор U-SCR, такой как U-SCR 208, описанный ранее на фиг.2A-2F. Примером перепускного клапана SCR является перепускной клапан 280 SCR, описанный ранее на фиг.2C-2F.
Способ 300 начинается на этапе 302, на котором определяют условия работы двигателя. Этап 302 включает в себя этап, на котором определяют текущие условия системы выпуска двигателя транспортного средства, такие как температуры, концентрации NOx и углеводородов и тому подобное. Эти условия могут выдаваться комбинацией датчиков в системе выпуска транспортного средства, таких как датчики 125, 127, 202 и 207, описанные ранее на фиг.1 и 2A-2F.
Способ 300 продолжают на этапе 304, на котором оценивают, удовлетворено или нет первое условие. Например, на этапе 304 определяют, является ли измеренная температура в SCR или другом устройстве системы выпуска двигателя транспортного средства большей, чем пороговая температура. Измеренную температуру также можно определять выше по потоку от устройств снижения токсичности выхлопных газов двигателя транспортного средства, например, как показано расположением датчика 202 на фиг.2A-2F. В качестве альтернативы температура может измеряться в устройстве, таком как устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов, как показано на фиг.1, или в U-SCR 208. В качестве примера, пороговая температура может соответствовать температуре (например, 200°C) розжига или инициации окислительного каталитического нейтрализатора в устройстве 70 снижения токсичности выхлопных газов, например, DOC 204 или металлическом окислительном каталитическом нейтрализаторе 264. Если измеренная температура больше, чем пороговая температура, по способу 300 переходят на этап 314, на котором перепускной клапан SCR закрывают, направляя выхлопные газы, чтобы проходили через каталитический нейтрализатор SCR. После этапа 314 способ 300 заканчивают. Если измеренная температура меньше, чем пороговая температура, способ 300 продолжают на этапе 306, на котором дополнительно оценивают, должен ли поток выхлопных газов обходить каталитический нейтрализатор SCR.
На этапе 306 концентрацию углеводородов измеряют ниже по потоку от первого устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR. Затем на этапе 308 концентрацию углеводородов интегрируют со временем, чтобы определять общую сумму (интегральную величину) углеводородов, поданных в SCR. Продолжая на этапе 310 по способу 300 определяют, является ли интегральная концентрация углеводородов большей, чем пороговый уровень. Если интегральная концентрация углеводородов не больше, чем пороговый уровень, способ 300 переходит на этап 314, на котором перепускной клапан SCR закрывают, и выхлопные газы направляются через каталитический нейтрализатор SCR. После этапа 314 способ 300 заканчивают. Если интегральная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень, то способ 300 продолжают на этапе 312, на котором перепускной клапан SCR открывают, направляя выхлопные газы, чтобы обходили каталитический нейтрализатор SCR. На этапе 310 пороговый уровень также может быть мгновенной концентрацией углеводородов, в силу чего, пороговый уровень сравнивают с мгновенной концентрацией углеводородов, чтобы определять, следует или нет открывать перепускной клапан SCR.
Как показано на фиг.3, в ответ на первое условие, при котором как измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры, так и концентрация углеводородов превышает пороговый уровень, по способу 300 приводят в действие перепускной клапан SCR для направления выхлопных газов для обхода каталитического нейтрализатора SCR. В других примерах перепускной клапан SCR может направлять выхлопные газы, чтобы обходили каталитический нейтрализатор SCR, в ответ на первое условие, при котором измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры, либо концентрация углеводородов превышает пороговый уровень. Более того, в ответ на второе условие, при котором измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов превышает пороговую температуру, либо концентрация углеводородов ниже, чем пороговый уровень, перепускной клапан SCR направляет выхлопные газы, чтобы проходили через каталитический катализатор SCR.
2
2
По существу, представлен способ работы системы выпуска двигателя, включающий в себя этапы, на которых направляют углеводороды двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR через перепускной клапан SCR, в ответ на первое условие, и направляют углеводороды двигателя через каталитический нейтрализатор SCR в ответ на второе условие. В некоторых примерах первое условие существует до достижения устройством снижения токсичности выхлопных газов в системе выпуска двигателя пороговой температуры, при этом устройство снижения токсичности выхлопных газов является окислительным каталитическим нейтрализатором и к тому же может содержать ловушку для углеводородов и/или уловитель CO и/или дизельный сажевый фильтр. В дополнительных примерах второе условие существует после достижения устройством снижения токсичности выхлопных газов пороговой температуры или после уменьшения концентрации углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR ниже порогового уровня. В дополнительных примерах каталитический нейтрализатор SCR является каталитическим нейтрализатором SCR на мочевине, который превращает NOx в N и HO, и первое условие существует при превышении концентрацией углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR порогового уровня. Концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR может определяться ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, а, кроме того, концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR может определяться посредством датчика углеводородов. Концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR может быть интегральной концентрацией углеводородов, а пороговый уровень может быть пороговым значением интегральной концентрации углеводородов.
0
4
Далее со ссылкой на фиг.4 показан примерный моделированный график интересующих сигналов при осуществлении мониторинга системы выпуска двигателя транспортного средства. Последовательность по фиг.4 может обеспечиваться посредством контроллера 12, исполняющего команды по способу 300, показанному на фиг.3. Например, если измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов меньше, чем пороговая температура, а концентрация углеводородов выхлопных газов больше, чем пороговый уровень, первое условие удовлетворено, и в ответ перепускной клапан SCR регулируется, чтобы направлять поток выхлопных газов для обхода каталитического нейтрализатора SCR. В ответ на первое условие поток выхлопных газов направляется для обхода каталитического нейтрализатора SCR, так как концентрация углеводородов в выхлопных газах может быть губительной для эффективности и срока службы каталитического нейтрализатора SCR. В ответ на удовлетворение второго условия, при котором измеренная температура устройства снижения токсичности выхлопных газов больше, чем пороговая температура, либо концентрация углеводородов выхлопных газов меньше, чем пороговый уровень, перепускной клапан SCR регулируется для направления потока выхлопных газов, чтобы проходил через каталитический нейтрализатор SCR. Вертикальные метки T-T указывают особенно интересные моменты времени в последовательности. Фиг.4 содержит пять графиков примерных временных диаграмм, и каждый из пяти графиков содержит ось X, которая представляет время. Время увеличивается с левой стороны фиг.4 к правой стороне фиг.4 в направлении стрелок оси X.
0
1
1
Первый график сверху по фиг.4 представляет скорость 410 вращения двигателя. Как показано на фиг.4, в момент T времени двигатель запущен, скорость вращения двигателя возрастает из состояния холостого хода. Вскоре после в момент T времени скорость вращения двигателя резко возрастает, например, в то время как начинается движение транспортного средства. К тому же в T события раннего сгорания заставляют скорость вращения двигателя возрастать и обуславливают углеводородные выбросы двигателя, как указано сигналом 430 углеводородов. В этом примерном сценарии запуск двигателя может быть горячим запуском, как указано сигналом 450 температуры системы выпуска, где измеренная температура больше, чем пороговая температура 454. Температура системы выпуска может быть измеренной температурой выше по потоку или ниже по потоку от одного или более устройств снижения токсичности выхлопных газов в системе выпуска или измеренной температурой в одном или более устройств снижения токсичности выхлопных газов в системе выпуска. Кроме того, температура системы выпуска может измеряться датчиком, расположенным в системе выпуска, который поддерживает связь с контроллером 12, или может быть логически выведенной температурой, которая рассчитывается по сигналам других датчиков, или рассчитываться в контроллере 12. Например, температура системы выпуска может быть измеренной температурой в выхлопных газах выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов или может измерять температуру устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, такого как DOC 204, или каталитического нейтрализатора SCR. Так как температура системы выпуска больше, чем пороговая температура, углеводородные выбросы из двигателя могут окисляться выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, например, дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором 204. Следовательно, выходной сигнал 440 датчика HC (расположенного ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов каталитического нейтрализатора SCR) указывает концентрацию углеводородов, которая меньше, чем пороговый уровень 444. В некоторых примерах входной сигнал датчика HC может представлять сигнал интегральной концентрации углеводородов, а пороговый уровень 444 может представлять пороговое значение интегральной концентрации углеводородов. Выходной сигнал датчика HC также может представлять измеренную концентрацию углеводородов или логически выведенную концентрацию углеводородов в системе выпуска. Так как температура 450 системы выпуска больше, чем пороговое значение 454 температуры, и так как выходной сигнал 440 датчика HC меньше, чем пороговый уровень 444, второе условие может удовлетворяться, и положение 420 перепускного клапана SCR регулируется, чтобы направлять поток выхлопных газов, чтобы проходил через каталитический нейтрализатор SCR.
2
2
В момент T времени скорость 410 вращения двигателя транспортного средства быстро увеличивается, например, в течение периода разгона транспортного средства, в какой момент времени происходит увеличение углеводородных выбросов 430 двигателя (например, вследствие нарушения топливно-воздушного баланса) и измеренной температуры 450. Более того, выходной сигнал 440 датчика HC возрастает выше порогового уровня 444. Соответственно, контроллер 12 может дросселировать положение 420 перепускного клапана SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил каталитический нейтрализатор SCR, в момент T времени.
3
Затем в момент T времени скорость вращения двигателя мгновенно уменьшается, в какой момент времени происходит падение выходного сигнала 440 датчика углеводородов, так что концентрация углеводородов ниже порогового уровня 444. По существу, перепускной клапан SCR регулируется, чтобы предоставить потоку выхлопных газов возможность проходить через каталитический нейтрализатор SCR.
4
В момент T времени скорость 410 вращения двигателя увеличивается еще раз, например, когда транспортное средство поднимается по склону на дороге. Так как выходной сигнал 440 датчика HC увеличивается выше порогового уровня 444, перепускной клапан SCR регулируется, чтобы направлять поток выхлопных газов, чтобы обходил каталитический нейтрализатор SCR. Таким образом, фиг.4 иллюстрирует различные сценарии, в которых перепускной клапан SCR может приводиться в действие, чтобы продлевать эффективность и срок службы каталитического нейтрализатора SCR.
Далее со ссылкой на фиг.5 показан дополнительный примерный моделированный график интересующих сигналов при контроле системы выпуска двигателя транспортного средства. Как на фиг.4, показана та же самая группа сигналов, представляющих скорость 410 вращения двигателя, положение 420 перепускного клапана SCR, углеводородные выбросы 430 двигателя, выходной сигнал 440 датчика HC и измеренную температуру 450. Как на фиг.4, сигналы, показанные на фиг.5, могут выдаваться посредством контроллера 12, исполняющего команды по способу, показанному на фиг.3. В дополнение пороговый уровень 444 и пороговая температура 454 показаны на графиках выходного сигнала 440 датчика HC и измеренной температуры соответственно.
5
9
9
5
9
5
9
5
9
9
Как показано, скорость 410 вращения двигателя имеет сходный профиль с возрастанием времени, как сигнал скорости вращения двигателя на фиг.4. Однако на фиг.5 транспортное средство запускается холодным, измеренная температура 450 постепенно возрастает со временем от момента T времени до момента T времени и не превышает пороговой температуры 454 вплоть до после момента T времени. По существу, углеводородные выбросы 430 двигателя могут не полностью окисляться выше по потоку от расположения датчика HC в системе выпуска двигателя транспортного средства, как указано выходным сигналом 440 датчика HC, который показывает концентрацию углеводородов, большую чем пороговый уровень 444, в течение периода между моментом T времени и моментом T времени. Таким образом, условия работы двигателя удовлетворяют первому условию в течение от момента T времени до момента T времени, при этом измеренная температура 450 находится ниже порогового значения 454 температуры, а концентрация 440 углеводородов выхлопных газов больше, чем пороговый уровень 444. По существу, положение перепускного клапана SCR регулируется для направления потока выхлопных газов для обхода каталитического нейтрализатора SCR, в течение периода от момента T времени до момента T времени. После момента T времени измеренная температура 450 становится большей, чем пороговая температура 454, а выходной сигнал 440 датчика HC указывает концентрацию 440 углеводородов выхлопных газов ниже порогового уровня 444. Соответственно, удовлетворяется второе условие, и контроллер 12 может регулировать положение перепускного клапана SCR для направления потока выхлопных газов для прохождения через каталитический нейтрализатор SCR. Таким образом, фиг.5 иллюстрирует различные дополнительные сценарии, в которых перепускной клапан SCR может приводиться в действие, чтобы продлевать эффективность и срок службы каталитического нейтрализатора SCR.
2
2
По существу, описана система выпуска двигателя транспортного средства, содержащая устройство снижения токсичности выхлопных газов, каталитический нейтрализатор SCR, перепускной клапан SCR, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, и контроллер, содержащий исполняемые команды для направления потока выхлопных газов для обхода каталитического нейтрализатора SCR, в ответ на первое состояние, и для направления потока выхлопных газов для прохождения через каталитический нейтрализатор SCR, в ответ на второе состояние. Устройство снижения токсичности выхлопных газов содержит окислительный каталитический нейтрализатор и/или ловушку для углеводородов, и/или уловитель CO выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, и/или дизельный сажевый фильтр ниже по потоку от каталитического нейтрализатора SCR. Кроме того, первое условие может существовать до достижения устройством снижения токсичности выхлопных газов в системе выпуска двигателя транспортного средства пороговой температуры, а второе условие может существовать после достижения устройством снижения токсичности выхлопных газов пороговой температуры. Каталитический нейтрализатор SCR системы выпуска двигателя транспортного средства может содержать каталитический нейтрализатор SCR на мочевине, который превращает NOx в N и HO, при этом первое условие может включать в себя те случаи, когда концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR превышает пороговый уровень.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что способ, описанный на фиг.3, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовому специалисту в данной области техники следует понимать, что одни или более из проиллюстрированных этапов, способов или функций могут исполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти конкретные примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может применяться к различным конфигурациям системы очистки выбросов двигателя транспортного средства, содержащим каталитический нейтрализатор SCR, и дополнительно может содержать устройства, такие как дизельные или другие типы окислительных каталитических нейтрализаторов, цеолиты, уловители обедненных NOx, ловушки для углеводородов, уловители оксида углерода, дизельные и другие типы сажевых фильтров и другие устройства, известные в данной области техники. Кроме того, оценивание условий, в которых поток выхлопных газов направляется для обхода каталитического нейтрализатора SCR, может содержать измерение различных параметров выхлопных газов, таких как температура и концентрации составляющих выхлопных газов, в том числе их интегрированные сигналы, их сигналы производных, суммы их сигналов и тому подобное, и может содержать комбинации параметров и сигналов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего описания.