CN102312705A - 碳氢化合物吸附器的再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳氢化合物吸附器的再生系统。具体地,提供了一种再生系统,其包括第一模块、模式选择模块和吸附器再生控制ARC模块。第一模块监测i)和ii)中的至少一项:i)发动机排气系统中的催化剂组件的第一催化剂的温度;和ii)第一催化剂的活性催化剂体积。模式选择模块构造成基于温度和活性催化剂体积中的至少一个选择吸附器再生模式并产生模式信号。ARC模块基于模式信号在发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转发动机中的至少一项,以使催化剂组件的吸附器再生。

Description

碳氢化合物吸附器的再生系统
技术领域
本发明涉及排气系统的碳氢化合物吸附器。
背景技术
在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。当前署名的发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述,这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面,既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
催化转化器用于内燃发动机(ICE)的排气系统中以降低排放。例如,三元催化转换器(TWC)减少了排气系统内的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物。三元催化剂转换器的功效在于:将氮氧化物转换成氮和氧;将一氧化碳转换成二氧化碳;并氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)以产生二氧化碳和水。
催化转化器通常开始起作用的平均催化剂起燃温度近似为200-350 ℃。结果,催化转化器在发动机冷起动时发生的暖机时间段期间不起作用或提供最低限度的减排。排气系统温度在发动机冷起动期间低于催化剂起燃温度。在暖机时间段期间,HC排放可能没有由催化转化器有效地处理。
碳氢化合物吸附器可用于在暖机时间段期间捕获HC。碳氢化合物通常在大约低于200 ℃的温度时捕获HC,并在高于或等于大约200 ℃的温度时释放所捕获的碳氢化合物。
在诸如起动/停止应用(短的发动机操作时间段)和短行程之类的某些驾驶循环期间,碳氢化合物吸附器的再生时间可能受到限制。由于该原因,碳氢化合物吸附器的再生可能没有完成,这可引起碳氢化合物吸附器的低温积垢。这例如在发动机冷起动期间使排放性能降低。
发明内容
提供了一种再生系统,该再生系统包括第一模块、模式选择模块和吸附器再生控制(ARC)模块。第一模块监测(i)和(ii)中的至少一项:(i)发动机排气系统中的催化剂组件的第一催化剂的温度;和(ii)第一催化剂的活性催化剂体积。模式选择模块构造成基于温度和活性催化剂体积中的至少一个选择吸附器再生模式并产生模式信号。ARC模块基于模式信号在发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转发动机中的至少一项,以使催化剂组件中的吸附器再生。
在其他特征中,提供了操作再生系统的方法,包括监测(i)和(ii)中的至少一项:(i)发动机排气系统中的催化剂组件的催化剂温度;和(ii)催化剂的活性催化剂体积。基于温度和活性催化剂体积中的至少一个选择吸附器再生模式并产生模式信号。基于模式信号,在发动机被停用时进行启动气泵和/或曲柄摇转(或者发动)发动机,以使催化剂组件的吸附器再生。
在还有的其他特征中,上述系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实现。计算机程序能驻留在有形的计算机可读介质上,诸如但不限于存储器、非易失性数据存储器和/或其他合适的有形存储介质。
本发明还包括以下方案:
方案1. 一种再生系统,包括:
第一模块,所述第一模块监测i)和ii)中的至少一项:i)发动机排气系统中的催化剂组件的第一催化剂的温度;和ii)所述第一催化剂的活性催化剂体积;
模式选择模块,所述模式选择模块构造成基于所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一个来选择吸附器再生模式并产生模式信号;以及
吸附器再生控制ARC模块,所述吸附器再生控制ARC模块基于所述模式信号在所述发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转所述发动机中的至少一项,以使所述催化剂组件的吸附器再生。
方案2. 根据方案1所述的再生系统,其中,所述第一模块基于发动机转速、流率和发动机运行时间来估计所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一项。
方案3. 根据方案1所述的再生系统,还包括空气泵送模块,所述空气泵送模块在空气泵送模式期间启用至少一个泵送作用,以将空气泵入所述催化剂组件的入口中;
其中,所述至少一个泵送作用包括:i)在所述发动机被停用时使所述发动机的曲轴旋转;和ii)启动气泵。
方案4. 根据方案3所述的再生系统,其中,在所述发动机被停用时,禁止所述发动机的火花和燃料。
方案5. 根据方案3所述的催化剂加热系统,其中,所述ARC模块控制电动机的操作,以便:
在发动机转速维持模式期间防止所述发动机的曲轴旋转;以及
在空气泵送模式期间允许所述曲轴旋转。
方案6. 根据方案1所述的催化剂加热系统,其中,所述第一模块将所述温度与催化剂起燃温度比较,并产生比较信号;
其中,当所述比较信号指示所述第一催化剂的温度高于或等于所述催化剂起燃温度时,所述模式选择模块选择空气泵送模式。
方案7. 根据方案1所述的再生系统,其中:
所述第一模块将所述活性催化剂体积与预定体积比较,并产生比较信号;以及
当所述比较信号指示所述活性催化剂体积大于或等于所述预定体积时,所述模式选择模块选择空气泵送模式。
方案8. 根据方案1所述的再生系统,其中,旁通阀控制模块用于:
控制所述催化剂组件的旁通阀的位置;以及
在所述吸附器的再生期间关闭所述旁通阀。
方案9. 根据方案1所述的再生系统,其中,所述旁通阀控制模块基于所述模式信号将所述旁通阀维持在关闭位置。
方案10. 根据方案1所述的再生系统,还包括再生监测模块,所述再生监测模块用于:
基于所述吸附器和所述第一催化剂中至少一个的热模型来确定所述吸附器的再生是否完成;以及
产生再生完成信号。
方案11. 根据方案10所述的再生系统,其中,所述再生监测模块基于对由所述吸附器接收的能量的估计和所述吸附器的再生时间段来确定所述吸附器的再生是否完成。
方案12. 根据方案10所述的再生系统,还包括:
空气泵送模块,所述空气泵送模块基于所述模式信号停止以空气泵送模式操作;以及
旁通阀控制模块,所述旁通阀控制模块基于所述模式信号将所述催化剂组件的旁通阀的位置调节至停机位置;
其中,所述模式选择模块基于所述再生完成信号来产生所述模式信号。
方案13. 根据方案1所述的再生系统,还包括所述催化剂组件,其中所述催化剂组件包括:
所述第一催化剂;
位于所述第一催化剂上游的所述吸附器;以及
旁通阀;
其中,所述排气通过所述吸附器的流动是基于所述旁通阀的位置。
方案14. 根据方案13所述的再生系统,还包括位于所述发动机下游并且位于所述催化剂组件上游的第二催化剂;
其中,所述ARC模块以空气泵送模式操作,以便从所述发动机和所述第二催化剂汲取热能,从而通过以空气泵送模式操作来将所述吸附器加热到至少再生温度。
方案15. 根据方案14所述的催化剂加热系统,其中,所述ARC模块在所述空气泵送模式期间启动所述气泵,以将环境空气泵入所述催化剂组件上游的所述排气系统中。
方案16. 一种操作再生系统的方法,包括:
监测i)和ii)中的至少一项:i)发动机排气系统中的催化剂组件的催化剂的温度;和ii)所述催化剂的活性催化剂体积;
基于所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一个来选择吸附器再生模式并产生模式信号;以及
基于所述模式信号,在所述发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转所述发动机中的至少一项,以使所述催化剂组件的吸附器再生。
方案17. 根据方案16所述的方法,包括:
将所述催化剂的温度与催化剂起燃温度比较,并产生第一比较信号;
将所述活性催化剂体积与预定体积比较,并产生第二比较信号;以及
当处于以下各项中的至少一个中时,选择所述空气泵送模式:
所述第一比较信号指示所述催化剂的温度高于或等于所述催化剂起燃温度;以及
所述第二比较信号指示所述活性催化剂体积大于或等于所述预定体积。
方案18. 根据方案16所述的方法,还包括:
在所述吸附器再生期间关闭所述催化剂组件的旁通阀;以及
在所述吸附器的所述再生之后并基于所述模式信号将所述旁通阀的位置调节至停机位置。
方案19. 根据方案16所述的方法,还包括:
在所述吸附器再生模式期间以空气泵送模式操作;
基于所述吸附器的再生时间段以及所述吸附器和所述催化剂中至少一个的热能模型来确定所述吸附器的再生是否完成;
产生再生完成信号;
基于所述模式信号,停止以所述空气泵送模式操作;以及
基于所述模式信号,将所述催化剂组件的旁通阀的位置调节至停机位置;
其中基于所述再生完成信号产生所述模式信号。
方案20. 根据方案16所述的方法,还包括基于所述吸附器和所述催化剂中至少一个的热模型来确定所述吸附器的再生是否完成;
其中,所述热模型包括发动机转速、流率、发动机运行时间和所述吸附器的再生时间段。
本发明适用性的其它领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是,详细说明和具体的示例仅用于例证的目的,而不用于限制本发明的范围。
附图说明
本发明通过详细说明和附图将得到更充分的理解,其中:
图1是结合有根据本发明的吸附器再生系统的示例性发动机系统的功能框图;
图2是根据本发明的另一发动机系统和对应的吸附器再生系统的功能框图;
图3是根据本发明的催化剂组件的透视剖视图;
图4是根据本发明的催化剂组件的另一透视剖视图;
图5是根据本发明的催化剂组件的又一透视剖视图;
图6是结合有根据本发明的吸附器再生控制模块的发动机控制模块的功能框图;以及
图7图示了操作根据本发明的吸附器再生系统的方法。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的,并且决不用于限制本发明、其应用或使用。为清楚起见,附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如在此所使用地,短语“A、B、和C中的至少一个”应解释为表示利用了非排它性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是,在不改变本发明原理的情况下,可以不同的顺序执行方法内的步骤。
如在此所使用地,术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的(共用、专用、或分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它合适部件。
在图1中,示出了包括吸附器再生系统12的示例性发动机系统10。发动机系统10包括具有排气系统16的发动机14。排气系统16包括紧密联接的催化剂或催化转化器(CC)18、吸附器(例如HC吸附器)和催化剂(车辆底板下)组件19。吸附器再生系统12使车辆底板下组件19的吸附器再生。在图2-5中示出了示例的吸附器。尽管发动机系统10示出为火花点火式发动机,但发动机系统10仅仅提供为示例。吸附器再生系统12可在诸如汽油发动机系统和柴油发动机系统之类的各种其他发动机系统上实现。汽油发动机系统可以是基于酒精的发动机系统,例如基于甲醇、乙醇、和E85的发动机系统。
发动机系统10包括燃烧空气燃料混合物以产生驱动转矩的发动机14。空气通过穿过空气滤清器20进入发动机14。空气穿过空气滤清器20并被吸入涡轮增压器22。涡轮增压器22在被包括时,将压缩新鲜空气。压缩越强,则发动机14的输出越大。压缩空气在进入进气歧管26之前穿过空气冷却器24(当被包括时)。
进气歧管26内的空气被分配到气缸28中。燃料被燃料喷射器30喷射到气缸28中。火花塞32点燃气缸28中的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生排气。该排气离开气缸28进入排气系统16。
吸附器再生系统12包括排气系统16和发动机控制模块(ECM)40。排气系统16包括CC 18、车辆底板下(underfloor)组件19、ECM 40、排气歧管42,并且可包括气泵46。作为示例,CC 18可包括三元催化剂(TWC)。CC 18可还原氮氧化物NOx,氧化一氧化碳(CO),并氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)和挥发性有机化合物。CC 18基于燃烧后空气/燃料比来氧化排气。氧化的量提高了排气的温度。ECM 40包括对吸附器的再生进行控制的吸附器再生控制(ARC)模块48。
可任选地,EGR阀(未示出)将排气的一部分再循环回到进气歧管26中。排气的剩余部分被引导到涡轮增压器22中,以驱动涡轮。涡轮有助于对从空气滤清器20接收的新鲜空气进行压缩。排气从涡轮增压器22流向CC 18。
吸附器再生系统12能够以主动吸附器再生模式、被动吸附器再生模式、或非吸附器再生模式操作。主动吸附器再生模式指的是当发动机14停用或关停时的吸附器的再生。在主动吸附器再生模式期间,吸附器的温度提高至高于或等于再生温度(例如200 ℃)。这允许从吸附器释放捕获的HC。例如,当发动机转速等于0米/秒(m/s),到发动机的燃料被禁止,和/或火花被禁止时,发动机可以是关停的。在主动吸附器再生模式期间,可通过以空气泵送模式操作来使吸附器再生。空气泵送模式可包括气泵46的启动和/或发动机14的曲柄摇转。发动机14可用作气泵,以便例如当发动机14的燃料和火花被禁止时将空气注入排气系统16中。
被动吸附器再生模式指的是当发动机14被启动或运转时的吸附器的再生。被动吸附器再生模式可以例如在冷起动时间段之后执行。吸附器再生系统12在冷起动时间段期间以非吸附器再生模式(即,不使吸附器再生)操作。冷起动时间段指的是在发动机14的温度低于预定温度的情况下在发动机14启动时的时间段。在冷起动时间段期间,排气系统16的催化剂的温度(诸如CC 18和/或车辆底板下组件19的催化剂的温度)至少提高至起燃温度。在冷起动时间段期间,吸附器捕获HC。在被动吸附器再生模式期间,吸附器的温度高于或等于再生温度。
发动机系统10可以是混合动力电动车辆系统,并且包括混合动力控制模块(HCM)60和一台或多台电动机62。如所示,HCM 60可以是ECM 40的一部分,或者可以是独立的控制模块,如所示出的那样。HCM 60控制电动机62的操作。电动机62可补充和/或替代发动机14的功率输出。电动机62可用于调节发动机14的转速(即发动机14的曲轴66的旋转速度)。
ECM 40和/或HCM 60可控制电动机62的操作,以在发动机转速维持模式期间维持当前的发动机转速,或者在空气泵送模式期间提高发动机14的转速。电动机62可经由带/带轮系统、经由变速器、一个或多个离合器、和/或经由其他机械连接装置连接至发动机14。在一个实施例中,ECM 40和/或HCM 60启动电机62(给电动机62提供电力),以在发动机转速维持模式期间防止曲轴66旋转(将发动机转速维持在0转/分(RPM))。这可在车速高于0米/秒时发生。ECM 40和/或HCM 60可控制电动机62和/或起动器64的操作,以在空气泵送模式期间使曲轴66旋转。ECM 40和/或HCM 60可停用电动机62或调节电动机62的操作,以便当车速高于0 m/s时允许曲轴66旋转。
在空气泵送模式期间,空气被泵入排气系统16中,以便加热吸附器。气泵46和/或发动机14可用于将空气泵入排气系统16中。发动机14被停用,但可允许发动机14的进气阀和排气阀打开和关闭。这允许空气被吸入气缸28和从气缸28被泵出。气泵46在CC 18上游将空气泵入排气系统16中。气泵46可将环境空气泵入排气系统16。环境空气可被引导至发动机14的排气歧管42和/或排气阀。车辆底板下组件19上游的经加热的空气被引导通过该车辆底板下组件。这被执行,以将吸附器的温度维持在高于再生温度的温度,和/或将吸附器的温度提高至高于或等于再生温度。
ECM 40和/或HCM 60基于传感器信息来控制发动机14、吸附器再生系统12、气泵46、电动机62和起动器64。传感器信息可经由传感器直接获得,和/或经由存储在存储器70中的算法和表格间接获得。示出了用于确定排气流量水平、排气温度水平、排气压力水平、催化剂温度、氧水平、进气流率、进气压力、进气温度、车速、发动机转速、EGR等等的一些示例传感器80。示出了排气流量传感器82、排气温度传感器83、排气压力传感器85、催化剂温度传感器86、氧传感器88、EGR传感器90、进气流量传感器92、进气压力传感器94、进气温度传感器96、车速传感器98和发动机转速传感器99。ARC模块48可基于来自传感器80的信息控制吸附器再生系统12、发动机14、气泵46、电动机62和起动器64的操作。
氧传感器88可包括转化器前O2传感器100和转化器后O2传感器102。转化器前O2传感器100可连接至第一排气导管103并位于CC 18上游。转化器后O2传感器102可连接至第二排气导管105并位于CC 18下游。转化器前O2传感器100与ECM 40通讯,并测量进入CC 18的排气流的O2含量。转化器后O2传感器102与ECM 40通讯,并测量离开CC 18的排气流的O2含量。初次(primary)O2信号和二次(secondary)O2信号指示了在CC 18之前和之后的排气系统16中的O2水平。O2传感器100、102产生相应的初次和二次O2信号,所述初次和二次O2信号反馈到ECM 40,用于空气/燃料比的闭环控制。
作为示例,初次和二次O2信号被加权,并且例如80%地基于初次O2信号和20%地基于二次O2信号来产生指令的空气/燃料比。在另一实施例中,二次O2信号用于调节基于初次O2信号产生的指令的空气/燃料比。初次O2信号可用于空气/燃料比的粗调,而二次O2信号可用于空气/燃料比的微调。ECM 40基于初次和二次O2信号来调节燃料流量、节气门定位和火花正时,以调整发动机14的气缸中的空气/燃料比。
ARC模块48可监测来自氧传感器88的信号。ARC模块48例如可在空气泵送模式期间基于来自氧传感器88的信号来调节气泵46、电动机62和/或起动器64的操作。
现在还参考图2,其示出了另一发动机系统10'的功能框图。发动机系统10'可以是发动机系统10的一部分。发动机系统10'包括发动机14、吸附器再生系统12'、排气系统16'和ECM 40'。在示出的示例中,排气系统16'按以下顺序包括:排气歧管42'、第一排气导管126、CC 18、第二排气导管128和车辆底板下组件130。
吸附器再生系统12'包括发动机14、CC 18、车辆底板下组件19'、气泵46、ARC模块48和/或起动器64。催化剂加热系统12'还可包括排气流量、压力和/或温度的传感器104、106、108、110。第一排气流量、压力和/或温度传感器104可连接至第一排气导管126,并位于CC 18上游。第二排气流量、压力和/或温度传感器108可连接至CC 18。第三排气流量、压力和/或温度传感器106可连接至CC 18下游的第二排气导管128。第四排气流量、压力和/或温度传感器110可连接至车辆底板下组件19'下游的第三排气导管130。
车辆底板下组件19'可包括吸附器132、诸如三元催化剂之类的催化剂134和旁通阀136。吸附器132可以是HC吸附器,并且例如包括沸石材料。催化剂134氧化残留在从CC 18和吸附器132接收的排气中的CO,以产生CO2。催化剂134还可还原氮氧化物NOx,并氧化未燃烧的HC和挥发性有机化合物。
ECM 40'和/或ARC模块48基于操作模式来控制旁通阀136的位置。例如,旁通阀136在被动吸附器再生模式期间可处于部分或完全打开的位置。作为另一示例,旁通阀136在主动吸附器再生模式期间可处于完全关闭或几乎完全关闭的位置(例如95%关闭)。旁通阀136还可以在冷起动时间段期间处于完全关闭或几乎完全关闭的位置(例如95%关闭)。
ECM 40'可包括ARC模块48。ARC模块48基于来自传感器104-110和/或传感器80的信息来控制吸附器再生系统12'的操作。
现在还参考图3-5,其示出了车辆底板下组件19(发动机废气处理装置)的示例。车辆底板下组件19可包括外壳144、吸附器146(例如HC吸附器)、吸附器旁通导管148、催化剂构件150和旁通阀组件152。外壳144可限定废气入口154和废气出口156,并且可包括位于废气入口154处的喷嘴158。吸附器146可在外壳144内位于废气入口154与废气出口156之间,从而在废气入口154与废气出口156之间形成第一流动通道。作为示例,吸附器146可由沸石材料形成。沸石材料可用于对基于酒精的燃料的排放的处理,诸如甲醇排放、乙醇排放、E85排放等。催化剂构件150可包括三元催化剂。
吸附器旁通导管148可贯穿吸附器146延伸,并限定吸附器旁通通路160。吸附器旁通通路160在废气入口154与废气出口156之间限定了第二流动通道,所述第二流动通道与通过吸附器146限定的第一流动通道平行。
催化剂构件150可位于碳氢化合物吸附器146和吸附器旁通导管148与废气出口156之间。如以下所讨论地,催化剂构件150可取决于旁通阀组件152的位置来接收离开吸附器146和/或离开吸附器旁通导管148的废气。
旁通阀组件152可包括:旁通阀162,其位于吸附器旁通通路160中;和电致动机构164,其与旁通阀162接合,以使旁通阀162在关闭位置(在图2中示出)与打开位置(在图3中示出)之间移位。旁通阀162使得能够在废气入口154与废气出口156之间具有通过吸附器旁通通路160的排气通路。旁通阀162在处于打开位置时使能该通路,而在处于关闭位置时禁止(或阻止)废气入口154与废气出口156之间的连通。旁通阀组件152还可包括检测旁通阀162的位置的旁通阀传感器。该信息可以反馈到ECM 40和/或ARC模块48,用于对旁通阀162的位置控制。
喷嘴158可形成为会聚喷嘴,其包括限定第一内径(D1)的喷嘴出口166。喷嘴出口166可定位成邻近在吸附器旁通导管148的端部170处限定的吸附器旁通通路160的入口168。喷嘴出口166可与吸附器旁通通路160的入口168同心对准。
吸附器旁通通路160的入口168可限定第二内径(D2)。第一内径(D1)可小于第二内径(D2)。作为示例,第一内径(D1)可为第二内径(D2)的百分之八十至百分之九十九。喷嘴出口166还可与吸附器旁通通路160的入口168轴向隔开一定距离(L)。在示出的示例中,喷嘴出口166与吸附器旁通通路60的入口168轴向隔开小于10毫米。第一与第二内径(D1、D2)之间的差和/或距离(L)可限定喷嘴出口166与吸附器旁通通路160的入口168之间的间隔。
吸附器旁通导管148的限定了入口168的端部170从吸附器146沿从废气出口156朝废气入口154的方向轴向向外延伸。外壳144可在轴向位于吸附器旁通通路160的入口168与碳氢化合物吸附器146之间的位置处限定围绕吸附器旁通导管148的环形室172。环形室172可通过限定在喷嘴出口166与吸附器旁通通路160的入口168之间的间隔与废气入口154连通。
当旁通阀62处于关闭位置时,来自发动机14的废气可沿着从废气入口154到废气出口156的第一方向(A1)流过吸附器146。废气可以从废气入口154流动通过吸附器146,流向催化剂构件150,并流出废气出口156。外壳144可在碳氢化合物吸附器146与催化剂构件150之间包括扩散器174,并限定开口176。开口176可用于控制通过吸附器146的排气流率。
废气在吸附器旁通通路160打开时可旁路通过吸附器146,并行进至催化剂构件150。仅用于示例,当吸附器旁通通路160打开时(即旁通阀162处于打开位置),排气的大约5-10%流过吸附器。当吸附器旁通通路160打开时,由发动机14提供的废气的一部分可沿反向方向(以下讨论)流过吸附器146,以清洗储存在吸附器146内的HC。
当旁通阀162处于打开位置时,废气可沿与第一方向(A1)相反的第二方向(A2)从废气出口156到废气入口154地流过吸附器146。废气通过吸附器旁通通路160沿第一方向(A1)流向催化剂构件150并流出废气出口156。通过喷嘴出口166与吸附器旁通导管148的入口168之间的布置可以使得废气沿第二方向(A2)流过吸附器146。更具体地,喷嘴出口166与吸附器旁通导管148的入口168之间的间隔可在环形室172内形成局部的低压区域。
结果,废气的一部分可沿第二方向(A2)从外壳144的位于吸附器146与催化剂构件150之间的高压区域流过吸附器146。废气可通过限定在喷嘴出口166与吸附器旁通导管148的入口168之间的间隔流向吸附器旁通导管148。
再次参考图1和图2并参考图6,其中示出了ECM 40''。ECM 40''可用于图1和图2的吸附器再生系统12、12'中。ECM 40''包括ARC模块48,并且还可包括车速模块180和发动机转速模块182。车速模块180基于例如来自车速传感器98的信息确定车辆的速度。发动机转速模块182基于例如来自发动机转速传感器99的信息确定发动机14的转速。
ARC模块48包括发动机监测模块184、车辆底板下催化剂监测模块186、第一比较模块188、第二比较模块190、模式选择模块192、旁通阀控制模块194、空气泵送模块196和再生监测模块198。ARC模块48以吸附器再生模式和非吸附器再生模式操作。ARC模块48在相同的时间段期间能够以所述模式中多于一种的模式来操作。
现在还参考图7,其示出了操作吸附器再生系统的方法。尽管相对于图1-6的实施例描述了该方法,但该方法可适用于本发明的其他实施例。该方法可开始于200。以下描述的任务202-216被反复地执行,并可由图1、图2和图6的ECM 40、40'、40''中的一个执行。
在202处,产生传感器信号。传感器信号可包括能够由图1和图2的上述传感器80和104-110产生的排气流量信号、排气温度信号、排气压力信号、催化剂温度信号、氧信号、进气流量信号、进气压力信号、进气温度信号、车速信号、发动机转速信号、EGR信号等。
在204处,ARC模块48和/或发动机监测模块184确定发动机14是否关停(OFF)。发动机监测模块可基于发动机转速信号SENG、燃料供应信号FUEL和/或点火使能信号SPARK来产生发动机监测信号Engine。发动机监测信号Engine指示了发动机的状态。当发动机关停时,ARC模块48行进至206,否则,ARC模块返回至202。
在206处,ARC模块48确定车辆底板下催化剂组件的车辆底板下催化剂(诸如催化剂134、150中的一种)的温度TUFCAT和/或活性体积PVACTIVE是否高于预定值。车辆底板下催化剂监测模块186可利用第一热模型并基于发动机参数和/或排气温度来估计温度TUFCAT和/或活性体积PVACTIVE,所述发动机参数和/或排气温度中的一些在下面关于方程1和方程2来描述。车辆底板下催化剂监测模块186可经由车辆底板下催化剂的温度传感器来直接确定车辆底板下催化剂的温度。第一热模型可包括诸如方程1和方程2之类的方程。
Figure 553413DEST_PATH_IMAGE001
                   (1)
Figure 270833DEST_PATH_IMAGE002
                (2)
FRate是通过CC 18的排气流率,其可以是供应至气缸28的空气质量流量和燃料量的函数。空气质量流量可由诸如进气流量传感器92之类的空气质量流量传感器确定。SENG为发动机14的转速(即曲轴66的旋转速度)。DC为发动机的工作循环(duty cycle)。CMass为车辆底板下催化剂的质量。CIMP为车辆底板下催化剂的电阻或阻抗。ERunTime是发动机14被启动(运转)的时间。ELoad是发动机14当前的负载。TEXH可指的是排气系统的温度,并且基于温度传感器104-110中的一个或多个。Tamb为环境温度。CAM是发动机14的凸轮定相。SPK为火花正时。温度信号和活性催化剂体积信号PVACTIVE可基于在方程1和2中提供的发动机系统参数中的一个或多个和/或基于其他发动机系统参数(诸如车辆底板下催化剂的质量CMass)。
第一比较模块188可基于温度TUFCAT和催化剂起燃温度TCLO(例如250 ℃)产生第一比较信号COMP1。第二比较模块190可基于活性催化剂体积PVACTIVE和预定的活性催化剂体积PVOXID产生第二比较信号COMP2。预定的活性催化剂体积PVOXID例如可以是车辆底板下催化剂的体积的30-40%。模式选择模块192可基于第一比较信号COMP1和第二比较信号COMP2、发动机监测信号Engine、再生完成信号REGCOMP、车辆的速度SVEH和/或发动机转速SENG来生成模式信号MODE。
当比较信号COMP1、COMP2中的一个或两者例如为高(HIGH)时,ARC模块48和/或模式选择模块192行进至208。这表明车辆底板下催化剂的温度和/或活性体积对于从车辆底板下催化剂组件的吸附器释放的HC的氧化而言处于预定水平或高于预定水平。否则,ARC模块48可返回至202。
在208处,旁通阀控制模块194关闭吸附器旁通阀,诸如旁通阀136、162中的一个。这启动了空气泵送模式。旁通阀可完全关闭。旁通阀控制模块194基于模式信号MODE产生旁通控制信号BVCONT和气泵使能信号。
在210处,空气泵送模块196基于模式信号MODE和泵使能信号PUMPENABLE产生空气泵送信号AIRPUMP和/或发动机泵信号ENGPUMP。产生空气泵送信号AIRPUMP以便启动诸如气泵46之类的气泵,从而将环境空气注入排气系统中。产生发动机泵信号ENGPUMP,以便曲柄摇转发动机,从而将空气从发动机注入排气系统中。
进入排气系统中的空气泵送杠杆效应地作用(leverages)于发动机、紧密联接的催化剂和/或排气系统的其他部件中的热能,以使吸附器再生。注入的空气由发动机和排气系统部件加热,并穿过吸附器。这将吸附器的温度提高至高于再生温度的温度。然后,吸附器释放捕获的HC,该捕获的HC然后被车辆底板下催化剂氧化。吸附器的温度在再生期间维持在例如高于200 ℃(再生温度)。在吸附器再生期间,车辆底板下催化剂的温度由于先前的发动机操作而高于或等于起燃温度。可在执行任务210的同时执行任务208。
在212处,ARC模块48确定吸附器的再生是否完成。ARC模块48可例如利用方程3从而基于吸附器和/或车辆底板下催化剂的热能模型来确定再生是否完成。
          (3)
AMass为吸附器的质量。AIMP为吸附器的电阻或阻抗。Rtime为ARC模块48处于吸附器再生模式的时间量(当前再生时间段)。这可经由再生计时器199测量。热能模型涉及由吸附器和/或车辆底板下催化剂接收的热能。热能模型可包括其他发动机特性、紧密联接的催化剂和/或车辆底板下催化剂的特性,诸如发动机、紧密联接的催化剂、吸附器和车辆底板下催化剂的尺寸和体积。当热能Energy高于预定热能并持续达预定时间段和/或当再生计时器199超过预定时间段时,再生完成。
在214处,ARC模块48和空气泵送模块停止在空气泵送模式中操作。模式选择模块192可产生模式信号MODE,以指示操作在停机(shutdown)模式中。气泵可被停用并且不再曲柄摇转发动机以将空气注入排气系统。在216处,旁通阀控制模块194将吸附器旁通阀的位置调节至停机位置。停机位置可以是部分或完全打开的位置。
例如当:发动机14被启动;车辆底板下催化剂的温度低于催化剂起燃温度TCLO;和/或车辆底板下催化剂的活性体积低于预定活性体积PVOXID时,上述方法可在任务202-216中的任何一个任务期间终止。发动机14的启动可包括启动发动机14的火花和燃料并且停用气泵46。气泵46例如当发动机14被启动时可用于发热辅助,以便利用最少相关联的燃料消耗来调节催化剂的温度。在202-216处执行的上述任务为说明性示例;所述任务可取决于应用从而顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时间段期间或以不同的顺序执行。
上述实施例提供了在发动机关停时的HC吸附器再生。这防止了HC吸附器的低温积垢或阻塞,并能改善排气系统的性能和延长吸附器的工作寿命。
本发明宽广的教导能以各种形式实现。因此,由于通过对附图、说明书、和所附权利要求书的研究,其它的改进将对熟练的从业者变得显而易见,所以尽管本发明包括特定的示例,但本发明的真实范围不应如此受限制。

Claims (10)

1.一种再生系统,包括:
第一模块,所述第一模块监测i)和ii)中的至少一项:i)发动机排气系统中的催化剂组件的第一催化剂的温度;和ii)所述第一催化剂的活性催化剂体积;
模式选择模块,所述模式选择模块构造成基于所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一个来选择吸附器再生模式并产生模式信号;以及
吸附器再生控制ARC模块,所述吸附器再生控制ARC模块基于所述模式信号在所述发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转所述发动机中的至少一项,以使所述催化剂组件的吸附器再生。
2.根据权利要求1所述的再生系统,其中,所述第一模块基于发动机转速、流率和发动机运行时间来估计所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的再生系统,还包括空气泵送模块,所述空气泵送模块在空气泵送模式期间启用至少一个泵送作用,以将空气泵入所述催化剂组件的入口中;
其中,所述至少一个泵送作用包括:i)在所述发动机被停用时使所述发动机的曲轴旋转;和ii)启动气泵。
4.根据权利要求3所述的再生系统,其中,在所述发动机被停用时,禁止所述发动机的火花和燃料。
5.根据权利要求3所述的催化剂加热系统,其中,所述ARC模块控制电动机的操作,以便:
在发动机转速维持模式期间防止所述发动机的曲轴旋转;以及
在空气泵送模式期间允许所述曲轴旋转。
6.根据权利要求1所述的催化剂加热系统,其中,所述第一模块将所述温度与催化剂起燃温度比较,并产生比较信号;
其中,当所述比较信号指示所述第一催化剂的温度高于或等于所述催化剂起燃温度时,所述模式选择模块选择空气泵送模式。
7.根据权利要求1所述的再生系统,其中:
所述第一模块将所述活性催化剂体积与预定体积比较,并产生比较信号;以及
当所述比较信号指示所述活性催化剂体积大于或等于所述预定体积时,所述模式选择模块选择空气泵送模式。
8.根据权利要求1所述的再生系统,其中,旁通阀控制模块用于:
控制所述催化剂组件的旁通阀的位置;以及
在所述吸附器的再生期间关闭所述旁通阀。
9.根据权利要求1所述的再生系统,其中,所述旁通阀控制模块基于所述模式信号将所述旁通阀维持在关闭位置。
10.一种操作再生系统的方法,包括:
监测i)和ii)中的至少一项:i)发动机排气系统中的催化剂组件的催化剂的温度;和ii)所述催化剂的活性催化剂体积;
基于所述温度和所述活性催化剂体积中的至少一个来选择吸附器再生模式并产生模式信号;以及
基于所述模式信号,在所述发动机被停用时进行启动气泵和曲柄摇转所述发动机中的至少一项,以使所述催化剂组件的吸附器再生。
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