用於改善氮氧化物淨化性能的控制方法與流程

2023-06-19 15:43:46 1

本公開內容涉及用於改善氮氧化物(NOx)淨化性能的控制方法。此控制方法能夠改善在車輛發動機運行時生成的氮氧化物(NOx)的淨化，以便防止氮氧化物(NOx)向外界排放。

背景技術：

稀燃發動機(lean-burn engine)已經廣泛用於改善車輛燃料經濟性。隨著廢氣排放法規已經變得更加嚴格，稀燃氮氧化物捕集器(稀燃氮氧化物捕集，lean nitrogen oxide trap)(LNT)一般安裝在排氣歧管的後端上，並且柴油機微粒過濾器(DPF)安裝在車輛中的LNT的後端上，在所述車輛中安裝稀燃發動機以便減少從發動機排放的毒性廢氣的量。

LNT用於捕集並存儲由於發動機中的稀燃生成的氮氧化物(NOx)，藉助於還原反應將NOx還原為氮氣(N2)，然後排放氮氣(N2)。這樣的LNT可以經受由於包括在燃料和發動機油中的硫組分而發生的硫中毒，從而可以劣化捕集NOx的能力。在這種情況下，必須通過脫硫恢復NOx淨化性能。

用於解決以上問題的備選系統包括LNT和被動選擇性催化還原(pSCR)系統。LNT和pSCR系統用於在其中氧氣是充足的一般駕駛模式(general driving mode)中在LNT中儲存NOx。當NOx以大於預定量的量存在時，駕駛模式轉換為富集模式(enriched mode)，其中將發動機中的燃料富集並將LNT中儲存的NOx轉化為無害的N2，然後將其去除。在 這種情況下，一些儲存在LNT中的NOx在LNT轉化為NH3，並且NH3儲存在位於LNT下遊的SCR單元中。然後，一旦駕駛模式從富集模式轉回到其中氧氣是充足的一般駕駛模式，NH3與漏過(滑過，slip through)LNT的NOx反應以生成N2，然後將其去除。

從LNT中去除NOx按照如下發生：NO+CO→CO2+1/2N2，其中去除一個分子的NOx。從pSCR單元去除NOx按照如下發生：NO+5/2H2→NH3+H2O以及NH3+NO+1/4O2→N2+3/2H2O，其中去除兩個分子的NOx。

在現有技術中，當安裝在LNT前段/後端的λ傳感器(氧傳感器，lambda sensor)測量的值彼此相同時，終止用於淨化儲存的NOx的富集模式。由於存在於LNT中的氧氣和NOx脫離，在後部λ傳感器測量的λ值持續較高，但是當這些化學物質在LNT中完全耗盡時，變為與在前部λ傳感器測量的λ值相同。在這種情況下，判斷LNT中NOx的再生完成。

然而，由於λ傳感器高度受O2脫離的影響，當將λ傳感器應用於常規控制系統時，即使在富集模式終止之後，NOx可以殘留在LNT中。這些殘餘的NOx可以轉化為NH3，並且因為在隨後的富集模式中不存在氧氣，所以可以激活NH3的生成。因此，為了改善LNT和pSCR單元的性能，必需最小化殘餘的NOx。因此，對於用於改善NOx淨化性能的控制方法存在需要，該控制方法能夠在不安裝另外的設備的情況下增加排出的O2的量，並且能夠通過延遲在前部/後部λ傳感器測量的λ值被發現是相同的時間點，最小化殘餘的NOx並增加NH3的生成，以便延遲NOx在富集模式中再生的時間。

僅為幫助理解本公開內容的背景技術而示出現有技術中描述的內容，因而應當理解，不應認為該內容落在本領域技術人員已經已知的現有技術的範圍內。

技術實現要素：

因此，已經鑑於以上問題完成本公開內容，並且本公開內容的目的是提供用於改善NOx淨化性能的控制方法，該控制方法能夠在不安裝另外的設備的情況下增加排出的O2的量，並且能夠通過延遲在前部/後部λ傳感器測量的λ值被發現是相同的時間點以便延遲NOx在富集模式中再生的時間點，最小化殘餘的NOx並增加NH3的生成。

本發明的技術目的不限於如上所述，並且未在本文中描述的其他技術目的將根據以下詳細描述被本領域技術人員清楚地理解。

根據本公開內容的一個方面，可以通過提供用於改善氮氧化物淨化性能的控制方法，完成以上和其他目的，所述控制方法包括：在控制單元將NOx引入再生過程(regeneration process)以再生NOx，從一般駕駛模式(general driving mode)轉換為其中發動機中燃料的相對量增加的富集模式(富燃模式，enriched mode)，並且檢查富集模式維持的在轉換為富集模式之後測量的時間是否大於最小保持時間(NOx再生開始步驟)，在NOx再生開始步驟中在轉換為富集模式之後，當觀察到富集模式維持的時間大於最小保持時間時，比較控制單元中在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值(λ值比較步驟)，當在λ值比較步驟中在第一λ傳感器測量的λ值大於或等於在第二λ傳感器測量的λ值(LNT溫度檢查步驟)時，檢查稀燃NOx捕集器(LMT)的溫度是否大於或等於預先輸入控制單元的預定溫度值，並且發現在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值相同，測量在發現λ值相同之後經過的時間，並且當觀察到LNT的溫度大於或等於LNT溫度檢查步驟中預定溫度值時，檢查測量的時間是否大於或等於預先存儲在控制單元中的最佳時間(λ值均等化步驟(λ值均衡步驟，lambda value equalization step))。

此處，NOx再生開始步驟可以進一步包括，確定發動機是否已經啟動，以及LNT中儲存的NOx的量是否大於或等於預先儲存在控制單元中的參考值(NOx儲存確定步驟)。

NOx再生開始步驟可以進一步包括，判斷NOx再生是否應當基於預先輸入控制單元中的預定參考開始(NOx再生開始判斷步驟)。

NOx再生開始判斷步驟可以包括，檢查發動機RMP(轉數)是否落在預先輸入控制單元中的預定參考範圍內。

NOx再生開始判斷步驟可以包括，檢查燃料的量是否落在預先輸入控制單元中的預定參考範圍內。

NOx再生開始判斷步驟可以包括，檢查LNT的溫度是否大於或等於預先輸入控制單元中的預定參考值。

NOx再生開始步驟可以包括，當觀察到富集模式維持的轉換為富集模式之後在控制單元測量的時間小於預先輸入控制單元的最小保持時間時，重複測量從轉換為富集模式以後的時間。

λ值比較步驟可以包括，當在第一λ傳感器測量的λ值小於在第二λ傳感器測量的λ值時，重複檢查富集模式維持的在轉換為富集模式之後測量的時間是否大於最小保持時間。

LNT溫度檢查步驟可以包括，當觀察到LNT的溫度小於預定溫度值時，終止其中NOx再生的富集模式(終止步驟)。

λ值均等化步驟可以包括，測量在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被發現相同之後的時間，並且當測量的時間大於或等於預先儲存在控制單元中的最佳時間時，終止其中NOx再生的富集模式(終止步驟)。

終止步驟可以進一步包括，在控制單元終止其中再生NOx的富集模式，並且將存儲在LNT中的NOx的量設定為0(重置步驟)，此後可以再次重複進行NOx再生開始步驟。

λ值均等化步驟可以包括，測量從在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被發現為相同以後的時間，並且當測量的時間小於預先存儲在控制單元中的最佳時間時，重複測量從在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被發現為相同以後的時間。

λ值均等化步驟可以包括，檢查在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被發現相同之後經過的時間是否大於或等於預先儲存在控制單元中的最佳時間。此處，可以基於廢氣流速數據計算該最佳時間。

λ值均等化步驟可以包括，檢查在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被發現相同之後經過的時間是否大於或等於預先儲存在控制單元中的最佳時間。此處，可以基於LNT的溫度數據計算該最佳時間。

附圖說明

根據結合附圖進行的以下詳細描述，將更明確地理解本發明構思的以上和其他目標、特徵和其他優點，在附圖中：

圖1是示出了根據本公開內容中的一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法的方框圖；

圖2是示出了根據本公開內容中的一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法的流程圖；以及

圖3和4是示出了通過根據本公開內容中的一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法獲得的效果的圖。圖3示出了柴油(2.2L)車輛 中根據富集模式中的時間的NH3生成。圖4示出了柴油(2.2L)車輛中根據富集模式的時間的溫度變化。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細描述本發明構思的實施方式。在描述之前，應當理解用於說明書和所附權利要求中的術語不應解釋為限於一般和詞典意義，而是應當基於對應本發明構思的技術方面的意義和概念在發明人允許為了更好的解釋而適當限定術語的原則基礎上進行解釋。因此，本文中給出的描述僅是為了說明目的的優選實施例，並且不旨在限制本發明構思的範圍，所以應當理解，在提交本申請時，可以在其中做出替換那些的各種其他等價物和修改，而不偏離本發明構思的精神和範圍。

現將詳細參考本發明構思的實施方式，在附圖中示出了實施方式的實例。在可能的情況下，在整個附圖中，相同參考標號將用來指代相同或類似的部分(部件)。

在下文中，將參考附圖詳細描述根據本公開內容中實施方式的用於改善氮氧化物淨化性能的控制方法。

圖1是示出了根據本公開內容中的一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法的方框圖，圖2是示出了用於改善NOx淨化性能的控制方法的流程圖，並且圖3和4是示出了通過用於改善NOx淨化性能的控制方法獲得的效果的圖。根據本公開內容中的一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法用於改善通常在柴油發動機的運作時生成的NOx的淨化。在此說明書中，將通過實例的方式描述柴油發動機，並且除非另外具體規定，否則如將在下文描述的每一個預先儲存在控制單元400中的參考值可以根據設計或情況改變至任何程度。

如圖1中所示，從發動機100排出的廢氣順序地通過LNT 300、柴油機微粒過濾器(DPF)500和選擇性催化還原(SCR)單元700。此處，第一λ傳感器200設置在LNT 300的前端，並且第二λ傳感器800設置在SCR單元700的後端。

根據本公開內容中一個實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法包括在控制單元400將NOx引入再生過程以再生NOx。其還包括，將駕駛模式轉換為其中發動機100中燃料的相對值增加的富集模式，並檢查富集模式已經維持的在轉換為富集模式之後測量的時間t1，t1是否比最小保持時間C5更長(NOx再生開始步驟(S100))。在NOx再生開始步驟(S100)中，當觀察到富集模式已經在轉換為富集模式之後維持大於最小保持時間C5的時間時，比較在控制單元400中在第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值(λ值比較步驟(S300))。當在λ值比較步驟(S300)中在第一λ傳感器200測量的λ值大於或等於在第二傳感器800測量的λ值時，檢查稀燃NOx捕集器(LNT)300的溫度是否大於或等於預先輸入控制單元400中的預定溫度值(LNT溫度檢查步驟(S500))。如果第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值被發現是相同的，則當在LNT溫度檢查步驟(S500)中觀察到LNT 300的溫度大於或等於預定溫度值時，測量時間t2，並且檢查測量的時間t2是否大於或等於預先儲存在控制單元400中的最佳時間S6(λ值均等化步驟(S700))。

當發動機100在一般運行模式下驅動時，進行在控制單元400將NOx引入再生過程以再生NOx的NOx再生開始步驟(S100)，將驅動模式轉換為其中發動機100中燃料的相對值增加的富集模式，並且檢查該富集模式是否已經維持足夠久，從而觀察到在轉換為富集模式之後經過的時間t1大於最小保持時間C5。

具體地，NOx再生開始步驟(S100)可以包括，確定發動機100是否已經啟動，以及LNT 300中儲存的NOx的量是否大於或等於預先儲存在控制單元400中的參考值C1(NOx儲存確定步驟(S110))。

當在NOx儲存確定步驟(S110)中，儲存在LNT 300中的NOx的量大於或等於預先儲存在控制單元400中的參考值C1時，進行基於預先輸入控制單元400的預定參考，判斷是否開始NOx再生的NOx再生開始判斷步驟(S130)。用於NOx再生開始判斷步驟(S130)中的參考可以包括發動機RPM、燃料量、和LNT 300的溫度。在本文中可以使用用於保證符合所有參考值的「與」操作符、以及用於保證已經符合至少一個參考值的「或」操作符。這可以根據設計改變。NOx再生開始判斷步驟(S130)可以包括，檢查發動機RPM是否在預先輸入控制單元400中的預定參考範圍內(C2<發動機RPM<C3)。NOx再生開始判斷步驟(S130)還可以包括，檢查燃料量是否小於預先輸入控制單元400中的預定參考範圍(C2'<燃料量<C3')。此外，NOx再生開始判斷步驟(S130)可以包括，檢查LNT 300的溫度值是否大於或等於預先輸入控制單元400中的預定參考值C4。

然而，當發現沒有符合上述條件中的一種或多種時，重複進行NOx存儲確定步驟(S110)，其中檢查LNT 300中儲存的NOx的量是否大於或等於預先儲存在控制單元400中的參考值C1。

因此，當符合上述條件時，做出確定以將NOx引入再生過程以再生NOx，並將駕駛模式從一般駕駛模式轉換為其中燃料的量相對給定量的空氣較高的富集模式。NOx再生開始步驟(S100)包括，檢查富集模式已經維持的在轉換為富集模式400之後在控制單元檢查的時間t1，是否小於或等於最小保持時間C5，並在觀察到富集模式已經維持的時間t1小於最小保持時間C5時，重複測量從轉換為富集模式以後的時間t1。

NOx再生開始步驟(S100)包括，檢查富集模式已經維持的在轉換為富集模式後在控制單元400檢查的時間t1，是否小於或等於最小保持時間C5，並在觀察到富集模式已經維持的時間t1大於或等於最小保持時間C5時，比較控制單元400中第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值(λ值比較步驟(S300))。

λ值比較步驟(S300)包括，當在第一λ傳感器200測量的λ值小於在第二λ傳感器800測量的λ值時，重複檢查富集模式是否已經維持足夠久，從而從轉換為富集模式以後的時間t1大於最小保持時間C5。

當在第一λ傳感器200測量的λ值大於或等於在第二λ傳感器800測量的λ值時，進行檢查LNT 300的溫度是否大於或等於預定溫度值的LNT溫度檢查步驟(S500)。例如，基於300℃的參考溫度，其中判斷LNT 300的溫度是否大於或等於300℃，在本說明書的圖2中示出。然而，該參考溫度可以根據設計或情況改變至任何程度。

因此，LNT溫度檢查步驟(S500)包括，當觀察到LNT 300的溫度低於預定溫度值時，終止其中NOx再生的富集模式(終止步驟(S900))。

然而，當在LNT溫度檢查步驟(S500)中觀察到LNT 300的溫度大於或等於預定溫度值(300℃)時，λ值均等化步驟(S700)為，檢查在第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值被發現為相同之後經過的時間t2，並檢查測量的時間t2是否大於或等於預先儲存在控制單元400中的最佳時間C6。

λ值均等化步驟(S700)包括，檢查在第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值被發現為相同之後經過的時間t2的量，並且當測量的時間t2大於或等於預先儲存在控制單元400中的最佳時間C6時，終止其中再生NOx的富集模式(終止步驟(S900))。λ值均等化步驟(S700)包括，檢查λ值被發現為相同之後經過的時間t2的量，並且當測量的時間t2小於預先儲存在控制單元400中的最佳時間C6時，重複測量λ值被發現為相同之後經過的時間t2的量。

具體地，λ值均等化步驟(S700)包括，檢查在第一傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值被發現相同之後經過的時間t2的量是否大於或等於預先儲存在控制單元400中的最佳時間C6。該最佳時間可以使用儲 存在控制單元400中的映射(map)，基於廢氣流速(exhaust flow rate)和LNT 300的溫度的數據計算，並且可以使用算法應用。

終止步驟(S900)可以進一步包括，在控制單元400終止其中NOx再生的富集模式，並且將LNT 300中存儲的NOx的量設定為『0』(重置步驟(S910))，並且可以再次重複進行NOx再生開始步驟(S100)。

本公開內容提供能夠與常規控制算法相比，增加生成的NH3的量的控制算法，其中，在分別安裝在LNT 300的後端和前端的第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的λ值被發現是相同的時間點，終止其中再生NOx的富集模式。即，在轉換為富集模式之後，可以在λ值小於或等於0.98並且LNT 300的溫度大於或等於300℃時激活NH3的生成。

因此，本公開內容設計為，通過發現λ值是相同的，並且進一步延長富集模式的持續時間以將殘餘的NOx轉化為NH3，改善LNT 300和pSCR單元700中的NOx淨化性能，所述λ值是在轉換為富集模式時在第一λ傳感器200和第二λ傳感器800測量的，在所述富集模式中在300℃或更高再生NOx，在此溫度下激活NH3的生成。將富集模式延長的時間進一步設置為，通過根據發動機排氣流速和LNT 300的溫度初步評估選擇的最佳時間。

因此，由此配置的根據本公開內容中的實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法能夠使用圖3和圖4中示出的用於提高NH3生成的控制技術用於增加生成的NH3的量。因此，該控制方法具有的優勢在於，由於廢氣的溫度在轉換為富集模式之後隨時間升高，所以完全消耗從儲氧能力(OSC)材料放出的氧氣，導致NOx轉化為NH3的選擇性增加。

根據由此配置的用於改善NOx淨化性能的控制方法，提供了能夠與常規控制算法相比，提高生成的NH3的量的控制算法，其中，在分別安裝在LNT 300的後端和前端的第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的λ值被觀察 到是相同的時間點，終止其中再生NOx的富集模式。即，在轉換為富集模式之後，可在λ值小於或等於0.98並且LNT 300的溫度大於或等於300℃時激活NH3的生成。

因此，本公開內容設計為，通過發現λ值是相同的，並且進一步延長富集模式的持續時間以將殘餘的NOx轉化為NH3，改善LNT和pSCR單元中的NOx淨化性能，所述λ值是在轉換為富集模式時在第一λ傳感器和第二λ傳感器測量的，在所述富集模式中在300℃或更高再生NOx，在此溫度下激活NH3生成。此外，將富集模式延長的時間進一步設置為，通過根據發動機排氣流速和LNT 300的溫度初步評估選擇的最佳時間。

因此，由此配置的根據本公開內容中的實施方式的用於改善NOx淨化性能的控制方法能夠使用圖3和圖4中示出的用於提高NH3生成的控制技術用於增加生成的NH3的量。因此，該控制方法具有的優勢在於，由於廢氣的溫度在轉換為富集模式之後隨時間升高，所以完全消耗從OSC材料放出的氧氣，導致NOx轉化為NH3的選擇性增加。

雖然已經出於說明性的目的公開了在本文中提出的實施方式，然而，本領域技術人員將認識到，在不背離如在所附權利要求中所公開的本發明構思的範圍和精神的情況下，各種變形、添加以及替換是可能的。