用于排氣催化劑差溫加熱的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于排氣催化劑差溫加熱的系統(tǒng)和方法。描述用于減少來自排氣后處理系統(tǒng)的排氣輸出的排氣后處理系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)例中，排氣后處理系統(tǒng)包括在第一催化劑通道中在分支點(diǎn)下游的第一催化劑、在第二催化劑通道中在分支點(diǎn)下游的第二催化劑、定位在分支點(diǎn)上游用于加熱排氣流的電加熱器、用于調(diào)整電加熱器的排氣加熱電流的控制單元、以及用于調(diào)整到第一催化劑和第二催化劑的排氣流分布的閥門，控制單元包括響應(yīng)在第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的襯底溫度來調(diào)整閥門的指令。這樣，在整個(gè)操作溫度范圍內(nèi)具有提高的效率的排氣系統(tǒng)就得以實(shí)現(xiàn)，該排氣系統(tǒng)在使用期間減少排放和消耗的能量。
【專利說明】
用于排氣催化劑差溫加熱的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本說明涉及用于電加熱具有多個(gè)催化劑的排氣后處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將電加熱器嵌入排氣催化劑增強(qiáng)了設(shè)備性能。具體地，增加加熱器的熱輸出允許催化劑溫度增加到增加排氣效率的點(diǎn)，特別是在低溫操作期間。將催化劑襯底(substrate)分成分區(qū)的區(qū)域進(jìn)一步提供在一個(gè)或多個(gè)區(qū)中的靶向加熱。然而，先前的分區(qū)加熱系統(tǒng)采用嵌入式加熱器，該加熱器依賴基于加熱器在催化劑內(nèi)的安置的輻射和傳導(dǎo)熱傳遞，其可對應(yīng)催化劑的分區(qū)區(qū)域。
[0003]例如，US7，886，529公開了具有串聯(lián)布置的多個(gè)磚的催化劑，其中加熱元件定位于其間。US 8，826，647可選地公開了分成兩個(gè)區(qū)段的微粒過濾器，其中電加熱器嵌入在過濾器內(nèi)。US 2014/0157982進(jìn)一步描述了具有五個(gè)區(qū)的微粒過濾器，這五個(gè)區(qū)能夠使用電加熱器選擇性加熱。在其中，四個(gè)區(qū)圍繞中心區(qū)域環(huán)狀布置，同時(shí)選擇性控制電流以調(diào)整在各個(gè)區(qū)內(nèi)的加熱器輸出。使用這種布置，在特定區(qū)域中的熱輸出可取決于基于使區(qū)域中的能量供應(yīng)平衡來管理分區(qū)的熱量輸出，以增加靶向區(qū)域的溫度，并且防止逸出到這些區(qū)域中的散發(fā)熱量也加熱毗連或臨近靶向區(qū)域的區(qū)域，這可影響在其中的熱效率。這樣，排氣加熱的控制可變得非常困難，特別是在尺寸較小的系統(tǒng)中，在尺寸較小的系統(tǒng)中，可用空間約束限制排氣催化劑的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到使用此類方法的以上識別的問題以及其他問題，并且在此描述了用于減少排放的排氣后處理系統(tǒng)和方法。具體地，所描述的實(shí)例排氣后處理系統(tǒng)包括在第一催化劑通道中的在分支點(diǎn)下游的第一催化劑，在第二催化劑通道中的在分支點(diǎn)下游的第二催化劑，定位在分支點(diǎn)上游用于加熱排氣流的電加熱器，用于調(diào)整電加熱器電流的控制單元，以及用于調(diào)整到第一催化劑和第二催化劑的排氣流分布的閥門，控制單元包括響應(yīng)在第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的襯底溫度來調(diào)整閥門的指令。這樣，排氣系統(tǒng)可在整個(gè)操作溫度范圍內(nèi)以更高的效率進(jìn)行操作同時(shí)減少排氣系統(tǒng)的排放輸出的技術(shù)效果就得以實(shí)現(xiàn)。
[0005]也公開了用于處理排氣的方法。例如，描述了一種方法，該方法包括電加熱排氣，分別確定兩個(gè)催化劑兩側(cè)的溫差，致動(dòng)第一閥門以控制經(jīng)由第一排氣通道到第一催化劑的排氣流，致動(dòng)第二閥門以控制經(jīng)由第二排氣通道到第二催化劑的排氣流，并且使用到兩個(gè)催化劑的排氣流區(qū)別加熱(differentialIy heating)第一催化劑和第二催化劑中的每個(gè)。使用這種布置，閥門調(diào)整和加熱器輸出的組合提供了基于排氣內(nèi)的主導(dǎo)條件對到每個(gè)催化劑的電加熱排氣流的差溫控制(differential control )，到每個(gè)催化劑的排氣流提供對每個(gè)催化劑內(nèi)的襯底溫度的差溫控制。包括單獨(dú)的催化劑有利地允許基于在其中的襯底成分(例如，銅對鐵)為每個(gè)催化劑選擇不同的目標(biāo)溫度，以提高排氣操作的總效率。另外，由于與在較高溫度下更有效地減少排放的第二催化劑相比，第一催化劑可在較低溫度下更有效地減少排放，所以該方法進(jìn)一步包括根據(jù)溫度調(diào)整到每個(gè)催化劑的排氣流的程度。例如，調(diào)整可響應(yīng)降低的溫度而增加到第一催化劑的排氣流并且減少到第二催化劑的排氣流，反之，調(diào)整可響應(yīng)增加的溫度而減少到第一催化劑的排氣流并且增加到第二催化劑的排氣流。因此，與上游電加熱器結(jié)合的排氣流的差溫控制允許進(jìn)行溫差控制以增強(qiáng)或提高操作期間的排氣系統(tǒng)性能。
[0006]當(dāng)單獨(dú)使用或結(jié)合附圖使用時(shí)，從以下【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明的以上優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征將顯而易見。應(yīng)該理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為以簡化形式引入所選概念，這些概念將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。這并非意味著確立所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，所要求保護(hù)的主題的保護(hù)范圍由隨附權(quán)利要求唯一限定。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決以上的或本公開的任何部分中指出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0007]當(dāng)單獨(dú)使用或參考附圖使用時(shí)，通過閱讀在此被稱為【具體實(shí)施方式】的實(shí)施例的實(shí)例，將更全面理解在此描述的優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0008]圖1示出包括根據(jù)本公開的排氣后處理系統(tǒng)的部分發(fā)動(dòng)機(jī)視圖；
[0009]圖2A至圖2C示出示例性配置，其中SCR設(shè)備平行布置并且存在于不同的流動(dòng)通道中；
[0010]圖3示出用于調(diào)整排氣流分布的實(shí)例流程圖，以差溫控制在每個(gè)SCR設(shè)備內(nèi)的襯底溫度；
[0011]圖4示出用于基于排放水平調(diào)整排氣流分布的可選實(shí)例流程圖；
[0012]圖5示出示例性后處理系統(tǒng)，其中平行布置的SCR設(shè)備被布置在單個(gè)管道內(nèi)；
[0013]圖6A至圖6B示意性說明了通過圖5的后處理系統(tǒng)的實(shí)例流動(dòng)分布；以及
[0014]圖7示出用于管理圖5的后處理系統(tǒng)中的流動(dòng)分布的實(shí)例流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下描述涉及排氣后處理系統(tǒng)和用于增強(qiáng)排氣處理的方法，以更有效地減少來自排氣后處理系統(tǒng)的排放。在一個(gè)實(shí)例中，排氣后處理系統(tǒng)包括，定位在第一排氣通道中的第一催化劑，其平行于定位在第二催化劑通道中的第二催化劑。圖1和圖2A至圖2C說明了一個(gè)此類布置。根據(jù)本公開，排氣系統(tǒng)配置有電加熱器，電加熱器定位在排氣分支點(diǎn)上游，用于加熱排氣流并且差溫控制在兩個(gè)催化劑內(nèi)的催化劑襯底溫度。由此，圖3和圖4說明用于調(diào)整電加熱器的熱輸出同時(shí)調(diào)整閥門位置的實(shí)例例程，以調(diào)整到催化劑中的每個(gè)的流動(dòng)分布，從而選擇性控制催化劑襯底溫度。在排氣后處理系統(tǒng)中包括單個(gè)閥門的實(shí)施例也是可能的。為此，圖5示出包括單個(gè)閥門的示例性系統(tǒng)，其中布置兩個(gè)催化劑用于平行的排氣流，這兩個(gè)催化劑存在于單個(gè)排氣管道內(nèi)。然而，圖6A至圖6B示出示例性排氣流，以說明在圖5的示例性排氣系統(tǒng)內(nèi)的不同排氣流分布。圖7進(jìn)一步示出在包括單個(gè)閥門用于調(diào)整排氣流分布時(shí)管理排氣流的實(shí)例例程。
[0016]圖1為示出多缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)氣缸20的示意圖，氣缸20可被包括在汽車的推進(jìn)系統(tǒng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以為可變排量內(nèi)燃機(jī)和/或可經(jīng)配置響應(yīng)怠速-停止條件被選擇性停用。發(fā)動(dòng)機(jī)10可至少部分通過包括控制器12的控制系統(tǒng)控制并且通過經(jīng)由輸入設(shè)備來自交通工具操作者132的輸入控制。在一個(gè)實(shí)例中，輸入設(shè)備包括加速器踏板130和踏板位置傳感器134用于生成成比例的踏板位置信號PP。
[0017]發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室30可包括其中放置有活塞36的氣缸壁32?；钊?6可聯(lián)接到曲軸40使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸40可經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)聯(lián)接到交通工具的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。進(jìn)一步地，起動(dòng)機(jī)可經(jīng)由飛輪聯(lián)接到曲軸40，以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。
[0018]燃燒室30可經(jīng)由進(jìn)氣通路142接收來自進(jìn)氣歧管144的進(jìn)氣空氣，并且可經(jīng)由排氣通路148排出燃燒氣體。進(jìn)氣歧管144和排氣通路148能夠經(jīng)由各自的進(jìn)氣門52和排氣門54與燃燒室30選擇性連通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可包括兩個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或更多個(gè)排氣門。排氣凸輪軸53根據(jù)沿著排氣凸輪軸長度的定位的凸輪輪廓操作排氣門54。進(jìn)氣凸輪軸51根據(jù)沿著凸輪軸長度定位的凸輪輪廓操作進(jìn)氣門52。排氣凸輪位置傳感器57和進(jìn)氣凸輪位置傳感器55將各自的凸輪軸位置傳輸?shù)娇刂破?2。
[0019]所示燃料噴射器66直接聯(lián)接到燃燒室30，用于將燃料直接噴射到燃燒室30中，其中燃料噴射與經(jīng)由電子驅(qū)動(dòng)器68從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例。以這種方式，燃料噴射器66提供進(jìn)入燃燒室30中的所謂的燃料的直接噴射。例如，燃料噴射器可被安裝在燃燒室的側(cè)面或燃燒室的頂部。燃料可通過包括燃料箱、燃料栗和燃料軌的燃料系統(tǒng)(未示出)輸送至燃料噴射器66。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可選地或另外地包括以以下配置布置在進(jìn)氣歧管144中的燃料噴射器，即該配置提供在燃燒室30上游進(jìn)入進(jìn)氣口中的所謂的燃料的進(jìn)氣道噴射。
[0020]進(jìn)氣通路142可包括具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在該特定實(shí)例中，節(jié)流板64的位置可通過控制器12經(jīng)由提供給電動(dòng)馬達(dá)或被包括在節(jié)氣門62中的致動(dòng)器的信號改變，這是通常被稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)的配置。以這種方式，可操作節(jié)氣門62以改變提供到燃燒室30等其他發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣空氣。節(jié)流板64的位置可通過節(jié)氣門位置信號TP提供給控制器
12。進(jìn)氣通路142可包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122，用于提供各自的信號MAF和MAP到控制器12。
[0021 ]在選擇的操作模式下，響應(yīng)來自控制器12的火花提前信號SA，點(diǎn)火系統(tǒng)88能夠經(jīng)由火花塞92提供點(diǎn)火火花到燃燒室30。盡管示出了火花點(diǎn)火部件，但在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室30或者一個(gè)或多個(gè)其他燃燒室可在有點(diǎn)火火花的情況下或者無點(diǎn)火火花的情況下以壓縮點(diǎn)火模式進(jìn)行操作。
[0022]所示排氣傳感器126聯(lián)接到在示例性排放控制裝置200下游的排氣通路148。傳感器126可以為用于提供排氣空燃比指示的任何合適的傳感器，諸如線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、雙態(tài)氧傳感器或EG0、HEG0(加熱型EGO)、NOX、HC或CO傳感器。所示排放控制裝置200在排氣傳感器126的下游沿著排氣通路148布置。盡管未示出，但排氣通路148可進(jìn)一步包括三元催化劑(TWC)、Ν0χ捕集器、SCR催化劑，和/或各種其他排放控制裝置或它們的組合。例如，在一些實(shí)施例中，汽油微粒過濾器(GPF)可被包括在排放控制裝置200內(nèi)，并且位于分支通路中的一個(gè)中的排氣催化劑的上游或下游。
[0023]排放控制裝置200包括在第一排氣通道中的在分支點(diǎn)下游的第一催化劑202，在第二排氣通道中的在分支點(diǎn)下游的第二催化劑204，以及位于分支點(diǎn)上游用于加熱排氣流的電加熱器206。因此，來自電加熱器的熱能輸出從例如氣缸20轉(zhuǎn)移到行進(jìn)通過排氣通路148的排氣。根據(jù)本公開，轉(zhuǎn)移到排氣的熱量可與到每個(gè)催化劑的排氣流結(jié)合使用，以增加在所存在的一個(gè)或多個(gè)催化劑中的溫度，以進(jìn)一步提高操作期間的效率或催化性能。換言之，可通過進(jìn)一步添加熱能來增加排氣溫度，熱能用于將催化劑襯底區(qū)別加熱到期望溫度，在此被稱為目標(biāo)溫度。催化劑襯底被加熱到的特定目標(biāo)溫度可基于特定的催化劑襯底成分及其性質(zhì)進(jìn)行選擇，目標(biāo)溫度為催化劑更有效地處理排氣以減少從交通工具發(fā)出的排放的溫度。
[0024]如以下詳細(xì)所述，也可包括控制單元，控制單元經(jīng)配置單獨(dú)確定催化劑兩側(cè)的溫差，以基于溫差確定或估計(jì)要升高到目標(biāo)溫度的催化劑襯底的程度或份數(shù)，從而增進(jìn)關(guān)于減少排放的附加性能。例如，在上游進(jìn)入催化劑的排氣可比催化劑磚的背面更大程度地加熱催化劑磚的前面。因此，作為一個(gè)實(shí)例，可經(jīng)由從排氣到催化劑磚的熱傳遞確定要升高到目標(biāo)溫度的催化劑的份數(shù)(fract1n)，份數(shù)可基于從催化劑的前面延伸到背面的溫差或溫度梯度。由此，控制器可選擇性控制供應(yīng)給電加熱器的電流量和到每個(gè)催化劑的排氣流率，以便基于升高到目標(biāo)溫度的催化劑的確定程度或份數(shù)將催化劑區(qū)別加熱到提高排氣性能的目標(biāo)溫度。
[0025]如圖所示，在一些情況下，排放控制裝置200的每個(gè)催化劑可位于電加熱器206下游的不同通路中。為控制排氣的流動(dòng)，排氣系統(tǒng)可進(jìn)一步包括定位在第一流動(dòng)通道中的第一閥門220和定位在第二流動(dòng)通道中的第二閥門222。盡管圖1示出具有用于控制溫度和排氣流分布的兩個(gè)閥門的配置，但在一些實(shí)施例中，排放控制裝置200可包括單個(gè)閥門(例如，閥門222)，以控制排氣流，并且因此，控制在兩個(gè)催化劑中的襯底加熱的程度。即，根據(jù)本公開，排放控制裝置用于通過第一排氣通道和第二排氣通道二者控制排氣流的分布，以控制催化劑襯底溫度，以便將每個(gè)催化劑選擇性放置于更優(yōu)化地處理排氣的一組工況中?？刂茊卧闪硗獾卣{(diào)整供應(yīng)給電加熱器206的電流，以增加用于增加分支點(diǎn)上游的排氣溫度的熱量輸出。然后，調(diào)整一個(gè)或多個(gè)閥門允許調(diào)整到第一催化劑和第二催化劑的流動(dòng)分布，用于將每個(gè)襯底選擇性加熱到目標(biāo)溫度。
[0026]基于經(jīng)由來自電加熱器的熱量輸出與排氣流控制結(jié)合來差溫加熱兩個(gè)或更多個(gè)催化劑的排氣系統(tǒng)有利地允許基于襯底成分控制每個(gè)催化劑。例如，與包括鐵(Fe)的襯底相比，包括銅(Cu)的襯底可在低溫下更有效地處理氣體以減少排氣排放。因此，在排氣溫度降到例如350°C以下的情況下，可將較高比例的電加熱排氣導(dǎo)向具有Cu成分的催化劑?？蛇x地，在超過3500C的較高溫度的情況下，可做出調(diào)整以將一些流動(dòng)轉(zhuǎn)移通過Fe-CSR，從而增加到具有Fe成分的催化劑的加熱排氣的比例。這樣，所述方法可基于例如要加熱到目標(biāo)溫度的每個(gè)催化劑襯底的確定份數(shù)來控制閥門位置和加熱器輸出，每個(gè)催化劑的目標(biāo)溫度不同并且基于催化劑成分，這提供了差溫加熱。該方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)由于Cu-SCR可更有效地在較低溫度下進(jìn)行操作而降低的排氣溫度，增加導(dǎo)向Cu-SCR(在此被稱為第一催化劑)的排氣流的程度，并且響應(yīng)增加的排氣溫度，增加導(dǎo)向Fe-SCR(或第二催化劑)的排氣流的程度。
[0027]在排氣系統(tǒng)中還可包括上游傳感器和下游傳感器(例如分別為傳感器230和傳感器232)用于確定排氣溫度和/或NOx排放水平中的一個(gè)或多個(gè)。例如，上游傳感器230可以為確定排氣通路148中的排氣溫度的溫度傳感器。然后，基于確定的溫度，控制單元可確定排氣的電加熱是否發(fā)生，例如，通過增加供應(yīng)給電加熱器206的電流量。在一種實(shí)施方式中，下游傳感器232可以為溫度傳感器，或者在另一個(gè)實(shí)施方式中可選地或另外地為監(jiān)測來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣輸出的NOx傳感器。來自這些傳感器中的一個(gè)或多個(gè)的反饋提供關(guān)于調(diào)整的指示，調(diào)整根據(jù)本公開提供更優(yōu)化的加熱、排氣流分布，并且因此提供減少的排放。
[0028]控制器12在圖1中被示為微型計(jì)算機(jī)，其包括微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出端口(1/0)104、在該特定實(shí)例中被示為只讀存儲(chǔ)器106(R0M)的用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)108、?；畲鎯?chǔ)器(KAM)IlO和數(shù)據(jù)總線。控制器12可接收來自聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號，除先前討論的那些信號外還包括:來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量;來自聯(lián)接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(ECT);交通工具制動(dòng)器;來自聯(lián)接到曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118(或其他類型)的表面點(diǎn)火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);以及來自歧管壓力傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP?？赏ㄟ^控制器12從信號PIP中生成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號RPM。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用于提供在進(jìn)氣歧管中的真空或壓力的指示。注意，可使用以上傳感器的各種組合，諸如無MAP的MAF傳感器，或反之亦然。在一個(gè)實(shí)例中，也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的傳感器118每次曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)可產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的等距脈沖。
[0029]存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器106能夠使用計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)編程，計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)表示由微處理器單元102可實(shí)行的指令，用于執(zhí)行以下所述方法以及被設(shè)想但為具體列出的其他變型。
[0030]控制器12還可接收來自變速器(未示出)的信號并且提供控制信號到變速器。變速器信號可包括但不限于變速器輸入和輸出速度，用于調(diào)節(jié)變速器管線壓力(例如，供應(yīng)給變速器離合器的流體壓力)的信號，和用于控制供應(yīng)給離合器的壓力的信號以致動(dòng)變速器齒輪。
[0031 ]如上所述，圖1僅示出多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸，并且每個(gè)氣缸可類似地包括它自己的一組進(jìn)氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
[0032]轉(zhuǎn)向排放控制系統(tǒng)200的更詳細(xì)描述，圖2A至圖2C示出平行流動(dòng)布置的示例性配置，其中SCR設(shè)備存在于不同的排氣通道中。然后圖3示出用于調(diào)整排氣分布同時(shí)基于排氣溫度差溫控制SCR襯底溫度的實(shí)例流程圖。圖4進(jìn)一步示出用于基于排放水平調(diào)整排氣流分布的實(shí)例流程圖。
[0033]圖2A示出包括兩個(gè)閥門的排放控制系統(tǒng)200，用于控制排氣通路內(nèi)的流動(dòng)分布。如圖所示，排氣經(jīng)由排氣通路例如排氣通路148在電加熱器206上游進(jìn)入排氣系統(tǒng)。因此，在分支點(diǎn)212上游，可存在由電加熱器206加熱的共用排氣流。然后，在電加熱器206下游，排氣流可通過分支點(diǎn)212分為多個(gè)排氣流，分支的排氣流基于閥門位置使排氣的一部分選擇性轉(zhuǎn)移到第一催化劑202和第二催化劑204中的任一個(gè)或兩者。為此，排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括在第一排氣通道214中的在分支點(diǎn)212下游的第一催化劑202，以及在第二排氣通道216中的在分支點(diǎn)212下游的第二催化劑204。電加熱器206定位在分支點(diǎn)212的上游，并且加熱排氣流，排氣系統(tǒng)配置有控制單元12，用于調(diào)整供應(yīng)給電加熱器的電流以加熱排氣。為控制排氣流的分布，排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括在第一排氣通道214中的第一閥門220和在第二排氣通道216中的第二閥門222。包括兩個(gè)閥門有利地允許調(diào)整到第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道的排氣流分布，以控制在第一催化劑和第二催化劑的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的襯底溫度?；陂y門的閉合位置，兩個(gè)閥門進(jìn)一步允許到兩個(gè)排氣催化劑中的任一個(gè)的排氣流完全關(guān)閉。
[0034]盡管圖2A的排氣系統(tǒng)示出了具有兩個(gè)閥門的配置，但具有一個(gè)閥門的配置也是可能的。例如，在另一種表示中，排氣系統(tǒng)可包括單個(gè)閥門222，閥門222僅布置在分支點(diǎn)212下游的第二排氣通道216中，以控制導(dǎo)向第二催化劑204的排氣流的程度。這樣，響應(yīng)溫度的增加，當(dāng)流動(dòng)轉(zhuǎn)移到被描述為Fe-SCR的第二催化劑時(shí)，在此描述為Cu-SCR的第一催化劑可在基本上所有條件下被暴露到排氣中。因此，根據(jù)本說明書，第二催化劑可包括襯底，該襯底的成分在較高溫度下提供更有效的操作。因此，排氣系統(tǒng)和方法允許在交通工具操作期間控制導(dǎo)向每個(gè)催化劑的排氣流的比例。作為一個(gè)實(shí)例，響應(yīng)超過閾值(例如，針對Fe-SCR，升高高于350°C的溫度)的增加溫度，到第二催化劑的排氣流可增加，閾值指示一個(gè)點(diǎn)，高于該點(diǎn)第二催化劑可更有效地處理排氣。這樣，高于閾值的排氣溫度的程度可與排氣效率相關(guān)聯(lián)。由此，基于排氣溫度與閾值之間的差異程度，控制轉(zhuǎn)移到存在于交通工具上的每個(gè)催化劑的一個(gè)或另一個(gè)的流動(dòng)的程度的方法也是可能的。
[0035]返回圖2的具有兩個(gè)閥門的配置，排放控制裝置200進(jìn)一步包括附加閥門(例如，閥門220)，附加閥門布置在分支點(diǎn)212下游的第一排氣通道214中，用于選擇性控制到第一催化劑和第二催化劑二者的排氣流。如已經(jīng)注意到的，選擇控制提供了調(diào)整到每個(gè)催化劑的排氣流的量，用于差溫控制第一催化劑和第二催化劑內(nèi)的襯底溫度。
[0036]例如，控制器12可包括用于基于催化劑內(nèi)的襯底的排氣效率確定產(chǎn)生期望排氣性能的排氣加熱程度的方法。例如，加熱程度可使用催化劑局部體積模型確定，該模型計(jì)算每個(gè)SCR設(shè)備兩側(cè)的溫差或AT。然后，基于基于排氣條件(例如，排氣溫度)確定的溫差，控制器12可基于每個(gè)設(shè)備兩側(cè)的AT進(jìn)一步確定或預(yù)測處理效率。作為一個(gè)實(shí)例，催化劑局部體積模型為預(yù)測從前面確定的要升高到目標(biāo)溫度的催化劑份數(shù)的模型，以實(shí)現(xiàn)或增進(jìn)附加性能。然后，該方法允許基于來自排氣的熱通量增加催化劑磚或襯底的溫度，排氣可通過橫越通過聯(lián)接到排氣通道的電加熱器在上游被加熱。因此，通過控制添加到一個(gè)或多個(gè)催化劑襯底的熱量，排氣管理系統(tǒng)可增進(jìn)附加性能，用于增加排氣處理效率，熱量基于要加熱到目標(biāo)溫度的襯底的份數(shù)以實(shí)現(xiàn)附加期望性能。排氣系統(tǒng)還可以或可選地預(yù)測SCR催化劑之間的溫差，例如，通過使用基于在其中的襯底成分的每個(gè)設(shè)備的不同目標(biāo)溫度，從而通過增加供應(yīng)到電加熱器以給電加熱器通電的電流將排氣加熱到預(yù)定溫度。如在此所述，還可在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間基于差溫加熱做出維持降低的排放水平的調(diào)整。排氣加熱與Cu-SCR和Fe-SCR的流動(dòng)分布管理結(jié)合選擇性調(diào)整傳遞到每個(gè)設(shè)備的熱通量，作為調(diào)整每個(gè)設(shè)備溫度的手段。
[0037]作為一個(gè)實(shí)例，排氣通路148內(nèi)的排氣流可具有接近350°C的溫度。然而，第一催化劑202 (例如，Cu-SCR)可包括銅襯底，銅襯底相對于Fe襯底在低于350 V的溫度下具有更高的效率?？蛇x地，第二催化劑204(例如，F(xiàn)e-SCR)可包括鐵襯底，鐵襯底相對于Cu襯底在高于350°C的溫度下具有更高的效率。因此，控制器12可經(jīng)配置確定優(yōu)化加熱和到催化劑中的每個(gè)的優(yōu)化流動(dòng)分布，以提高排氣系統(tǒng)的總排氣效率。因此，控制器12可增加供應(yīng)到電加熱器206的電流，以使溫度增加高于3500C。然后，可經(jīng)由例如第一閥門220和第二閥門222做出以下閥門調(diào)整，即，將較大部分的流動(dòng)轉(zhuǎn)移到Fe-SCR催化劑，以增加傳遞到鐵催化劑的熱量，同時(shí)提供要加熱到Fe-SCR目標(biāo)溫度的催化劑襯底的份數(shù)。同樣，可將較少部分的排氣流導(dǎo)向Cu-SCR，使得傳遞到銅催化劑的熱量傳遞足夠的熱量以將催化劑襯底的份數(shù)加熱到Cu-SCR目標(biāo)溫度，其可不同于Fe-SCR設(shè)備的目標(biāo)溫度。這樣，可調(diào)整每個(gè)催化劑襯底的即將發(fā)生的熱通量條件，以在操作期間提高總排氣催化劑性能。
[0038]包括上游傳感器230用于檢測排氣流中的排氣溫度和排放水平中的一個(gè)或多個(gè)，傳感器在電加熱器206的下游。在一些情況下，來自排氣傳感器126的反饋可以可選地或另外地用于根據(jù)本公開確定要做出的調(diào)整。因此，在其中不存在上游傳感器230的實(shí)施例是可能的，并且排氣傳感器126代替地提供用于做出所述調(diào)整的反饋。進(jìn)一步包括在第一催化劑和第二催化劑下游位置處的下游傳感器232，其可基于在排氣流內(nèi)的安置來檢測排氣溫度和排氣流中的排放水平中的一個(gè)或多個(gè)。因此，傳感器位置可包括分支點(diǎn)212的上游、分支點(diǎn)212的下游和在第一排氣通道與第二排氣通道中的一個(gè)或多個(gè)中的催化劑的上游、以及在第一催化劑和第二催化劑的下游中的一個(gè)或多個(gè)。例如，圖2A示出在分支點(diǎn)212上游位置處的上游傳感器230，和在分支排氣通路已經(jīng)匯聚成僅單個(gè)排氣流位置處的下游傳感器232，其中單個(gè)排氣流仍進(jìn)一步向下游離開交通工具?？蛇x地，圖2B示出上游傳感器230可被定位在分支點(diǎn)212的下游但仍在第一排氣通道和第二排氣通道中的一個(gè)或多個(gè)中的催化劑的上游。為此，所示配置包括在第一排氣通道214中的第一通道傳感器234，反之，第二通道傳感器236被定位在第二排氣通道216中。盡管示出了單個(gè)下游傳感器232，但在一些實(shí)施例中，還可提供各個(gè)下游傳感器，并且各個(gè)下游傳感器位于分支排氣通路中的催化劑下游的每個(gè)排氣通道中。
[0039]圖2A和圖2B說明了其中第一排氣通道214和第二排氣通道216在第一催化劑202和第二催化劑204下游匯聚成單個(gè)排氣流的實(shí)施例。然而，其中每個(gè)催化劑通道分別離開排氣系統(tǒng)的實(shí)施例也是可能的。為此，圖2C說明了其中第一排氣通道214和第二排氣通道216分別通向雙排氣管的實(shí)施例，雙排氣管進(jìn)一步通向大氣(未示出)。這樣，所述排氣系統(tǒng)可處理來自位于排氣系統(tǒng)上游的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，氣缸20)的排氣，排氣進(jìn)一步向下游導(dǎo)向在圖2C中示意性指示的環(huán)境空氣。盡管未明確示出，但上游和下游指的是相對于分支點(diǎn)和/或催化劑的位置，并且不包括由周圍環(huán)境形成的回路。其中，所示上游傳感器230在分支點(diǎn)212的上游，而所示各個(gè)下游傳感器238和240分別在第一催化劑202和第二催化劑204的下游。
[0040]為控制通過每個(gè)排氣催化劑的溫度和排氣流，控制單元12可包括響應(yīng)排氣溫度調(diào)整供應(yīng)給電加熱器的電流和閥門位置中的一個(gè)或多個(gè)的指令，用于控制襯底溫度。即，控制器可經(jīng)配置調(diào)整供應(yīng)給電加熱器的電流、閥門(例如第二閥門222)的位置、以及附加閥門(例如第一閥門220)的位置中的一個(gè)或多個(gè)，以調(diào)整排氣溫度和到第一催化劑和第二催化劑的排氣流的分布，用于控制襯底溫度，襯底溫度基于響應(yīng)調(diào)整被加熱到目標(biāo)溫度的襯底的份數(shù)(例如，使用催化劑局部體積模型)。
[0041]這樣，根據(jù)本說明書，排氣系統(tǒng)包括在第一排氣通道中的在分支點(diǎn)下游的第一催化劑，在第二排氣通道中的在分支點(diǎn)下游的第二催化劑，定位在分支點(diǎn)上游用于加熱排氣流的電加熱器，用于調(diào)整電加熱器的排氣加熱電流的控制單元，以及用于調(diào)整到第一催化劑和第二催化劑的排氣流分布的閥門，控制單元包括響應(yīng)第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的襯底溫度調(diào)整閥門的指令。當(dāng)存在一個(gè)閥門時(shí)，排氣系統(tǒng)包括，將閥門布置在分支點(diǎn)下游的第二排氣通道中并且定位在僅進(jìn)入第二催化劑的排氣流中。然后，響應(yīng)增加的溫度高于閾值，布置在第二排氣通道中的閥門可經(jīng)由儲(chǔ)存在控制單元中的指令而打開，打開增加了到第二催化劑的排氣流并且減少了到第一催化劑的排氣流。
[0042]當(dāng)排氣系統(tǒng)包括附加閥門時(shí)，附加閥門可布置在分支點(diǎn)下游的第一排氣通道中并且定位在僅進(jìn)入第一催化劑的排氣流中，經(jīng)由儲(chǔ)存在控制單元中的指令，附加閥門與布置在第二排氣通道中的閥門協(xié)作致動(dòng)，協(xié)作致動(dòng)選擇性控制到第一催化劑和第二催化劑的排氣流，以差溫控制第一催化劑和第二催化劑的襯底溫度。
[0043]關(guān)于操作，排氣系統(tǒng)可包括上游傳感器，上游傳感器用于檢測排氣流中的排氣溫度和排放水平中的一個(gè)或多個(gè)，該傳感器在分支點(diǎn)的上游、分支點(diǎn)的下游和在第一流動(dòng)通道與第二流動(dòng)通道中的一個(gè)或多個(gè)中的催化劑的上游、以及在第一催化劑和第二催化劑的下游中的一個(gè)或多個(gè)處定位在電加熱器下游。在一些實(shí)施例中，第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道在第一催化劑和第二催化劑下游匯聚成僅單個(gè)排氣流。然而，其中第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道分別通向雙排氣管的實(shí)施例是可能的，雙排氣管進(jìn)一步通向大氣?？刂茊卧憫?yīng)排氣溫度調(diào)整供應(yīng)給電加熱器的電流和閥門位置中的一個(gè)或多個(gè)的指令，用于控制襯底溫度。其中控制通過每個(gè)排氣通道的流動(dòng)的單個(gè)閥門定位在下游的示例性系統(tǒng)也是可能的。例如，當(dāng)閥門為布置在第二排氣通道中的第二催化劑下游的流動(dòng)板時(shí)，流動(dòng)板提供到第一催化劑和第二催化劑的排氣流的調(diào)整。
[0044]圖3示出用于調(diào)整排氣流分布同時(shí)基于排氣溫度差溫控制SCR襯底溫度的實(shí)例流程圖300。圖3描述了用于處理排氣的方法，該方法包括電加熱排氣、分別確定兩個(gè)催化劑兩側(cè)的溫差、致動(dòng)第一閥門以控制經(jīng)由第一排氣通道到兩個(gè)催化劑中的第一催化劑的排氣流、致動(dòng)第二閥門以控制經(jīng)由第二排氣通道到兩個(gè)催化劑中的第二催化劑的排氣流、并且使用到兩個(gè)催化劑的排氣流區(qū)別加熱第一催化劑和第二催化劑中的每個(gè)。如上所述，該方法進(jìn)一步包括基于要加熱到目標(biāo)溫度的每個(gè)催化劑的份數(shù)與第一閥門和第二閥門中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合調(diào)整排氣的電加熱，其中將每個(gè)催化劑區(qū)別加熱到目標(biāo)溫度降低了排氣內(nèi)的排放水平。所述配置的優(yōu)點(diǎn)在于，該方法允許在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間基于差溫加熱維持降低的排放水平。換言之，可做出調(diào)整從而根據(jù)溫度在整個(gè)交通工具的操作范圍內(nèi)繼續(xù)以較高的效率操作排氣系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，根據(jù)操作期間識別的條件，可響應(yīng)降低的溫度做出增加到第一催化劑的排氣流并且減少到第二催化劑的排氣流的調(diào)整；以及響應(yīng)增加的溫度做出減少到第一催化劑的排氣流并且增加到第二催化劑的排氣流的調(diào)整。如在此所述，第一催化劑為Cu-SCR，而第二催化劑為Fe-SCR。
[0045]根據(jù)方法300，在方框302，控制器可經(jīng)配置監(jiān)測一個(gè)或多個(gè)排氣條件。在此，所監(jiān)測的排氣條件包括溫度和/或排放水平。然而，系統(tǒng)也可經(jīng)配置監(jiān)測其他變量，諸如催化劑襯底溫度、催化劑中的一個(gè)或多個(gè)的兩側(cè)的溫差、催化劑內(nèi)的溫度梯度、排氣壓力等。
[0046]例如，在方框310，可通過例如圖2A的上游傳感器230確定在SCR之前的溫度，并且將其與預(yù)定溫度閾值進(jìn)行比較，預(yù)定溫度閾值經(jīng)選擇指示一個(gè)溫度，低于該溫度，處于熱量形式的附加能量提供更有效的排氣處理。在方框320，在SCR之后的NOx水平還可用于確定與閾值相比的排放水平，閾值經(jīng)選定指示一個(gè)溫度，低于該溫度，進(jìn)入排氣的附加熱量可基于識別的條件產(chǎn)生更優(yōu)化的處理，從而進(jìn)一步減少排放。為此，實(shí)例例程可提供低的SCR之前的溫度確定和/或高的SCR之后的NOx水平測量，它們被理解為要做出調(diào)整來加熱一個(gè)或多個(gè)催化劑襯底的指示。其后，方法300可繼續(xù)進(jìn)行到在其中確定是否做出調(diào)整的方框322。
[0047]可選地，在方框312，方法300包括確定在SCR之后的溫度，例如，通過圖2A的下游傳感器232，并且將下游溫度與預(yù)定的溫度閾值進(jìn)行比較，預(yù)定溫度閾值經(jīng)選擇指示一個(gè)溫度，低于該溫度處于熱量形式的附加能量可提供更有效的排氣操作。同樣，在方框320，在SCR之后的NOx水平還可用于確定與閾值比較的排放水平，閾值經(jīng)選擇指示一個(gè)溫度，低于該溫度，進(jìn)入排氣的附加熱量可基于識別的條件產(chǎn)生更優(yōu)化的處理，從而進(jìn)一步減少排放。為此，實(shí)例例程可提供低的SCR之后的溫度確定和/或高的SCR之后的NOx水平測量，它們被理解為要做出調(diào)整的指示，其后，方法300可繼續(xù)進(jìn)行到在其中確定是否做出調(diào)整的方框322。
[0048]如果在SCR之前的溫度或在SCR之后的溫度中的任一個(gè)分別超過第一溫度閾值和第二溫度閾值，則通過確定SCR催化劑設(shè)備中的每個(gè)兩側(cè)的△ T，排放控制裝置200可繼續(xù)進(jìn)行到方框322，以進(jìn)一步確定排氣效率?？蛇x地，如果在SCR之前的溫度或在SCR之后的溫度中的任一個(gè)降到它們各自的溫度閾值以下，而在SCR之后的NOx水平超過排放閾值，則方法300也可繼續(xù)進(jìn)行到方框322，以進(jìn)一步確定是否做出加熱一個(gè)或多個(gè)催化劑襯底的調(diào)整，以提高操作效率，由此，這可用于增強(qiáng)關(guān)于排放減少的排氣性能。這樣，排氣系統(tǒng)可經(jīng)配置基于所存在的催化劑設(shè)備的預(yù)期熱性質(zhì)管理供應(yīng)給排氣和分支排氣流的熱量。優(yōu)點(diǎn)為用于控制每個(gè)設(shè)備溫度的可區(qū)別操作的系統(tǒng)，使每個(gè)設(shè)備安放在一組條件下的調(diào)整由此實(shí)現(xiàn)增加的排氣性能。
[0049]在方框324，控制器12可經(jīng)配置基于設(shè)備兩側(cè)的ΔT預(yù)測每個(gè)SCR設(shè)備的效率。盡管所預(yù)測的效率按照每個(gè)單獨(dú)SCR設(shè)備進(jìn)行描述，但控制器12還可基于所存在的各個(gè)催化劑設(shè)備(在一些情況下，包括催化劑成分)來確定總排氣效率。使用這種布置，排氣系統(tǒng)可做出調(diào)整以管理所供應(yīng)的熱量和排氣流/分布，從而除增加總排氣效率以外還增加一個(gè)或多個(gè)催化劑設(shè)備的效率。在一些情況下，對所供應(yīng)的熱量或排氣流的調(diào)整可導(dǎo)致在一個(gè)設(shè)備內(nèi)的效率降低而另一個(gè)設(shè)備的效率提高。因此，控制器12可經(jīng)配置考慮到這種效率折衷，同時(shí)確保所做的調(diào)整提高總排氣效率。
[0050]在方框326，基于將催化劑襯底區(qū)別加熱到它們各自的目標(biāo)溫度，控制器12可進(jìn)一步預(yù)測實(shí)現(xiàn)期望性能的在第一催化劑202和第二催化劑204之間的溫差。根據(jù)本公開，可做出一種或多種調(diào)整來加熱和/或重新分布排氣流以輸送熱通量到每個(gè)襯底，從而將襯底溫度調(diào)整到目標(biāo)溫度，每個(gè)目標(biāo)溫度基于所采用的條件協(xié)作提供提高的催化劑性能。
[0051 ]關(guān)于調(diào)整，在方框328，方法300包括致動(dòng)供應(yīng)給電加熱器206的電流量以給加熱器通電。作為一個(gè)實(shí)例，當(dāng)?shù)偷腟CR之前的溫度降到溫度閾值以下使得測量到超過閾值的增加的NOx量時(shí)，控制器12可基于包括在其中的指令做出操作調(diào)整以增加供應(yīng)給加熱器的電流量從而增加來自加熱器的熱量輸出，當(dāng)排氣流過排氣系統(tǒng)時(shí)，熱量被進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到排氣，然后，熱量被向下游轉(zhuǎn)移到催化劑襯底以調(diào)整提高操作效率的襯底溫度。
[0052]在方框330，方法300包括通過調(diào)整導(dǎo)向每個(gè)催化劑的排氣的程度管理流量，以通過例如增加導(dǎo)向襯底的排氣量來進(jìn)一步調(diào)整襯底溫度，從而將至少一份襯底的溫度增加到經(jīng)選擇指示最優(yōu)效率的目標(biāo)溫度。其后，控制器12可響應(yīng)增加的加熱器輸出致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)排氣流閥門以控制流動(dòng)，從而調(diào)整到催化劑襯底的熱通量。例如，響應(yīng)增加的排氣溫度，導(dǎo)向?yàn)镕e-SCR的第二催化劑204的加熱排氣的程度可增加，而到為Cu-SCR的第一催化劑202的排氣流減少。如上所注意到的，此類調(diào)整可允許鐵襯底的溫度增加同時(shí)還接收較高比例的排氣，這允許更大地減少排氣排放。
[0053]圖4示出用于基于排放水平調(diào)整排放控制裝置內(nèi)的排氣流分布的實(shí)例流程圖400。盡管圖3靈活地考慮到溫度和排放水平中的一個(gè)或多個(gè)來管理排氣流，但在一些情況下，可基于預(yù)期排放或測量排放來調(diào)整流動(dòng)。方法400示出一種這樣的方法。
[0054]在所提供的流程圖中，方法400經(jīng)配置以與關(guān)于上述圖3的方法300類似的方式做出調(diào)整。然而，方法400示出其中可基于測量排放或預(yù)測排放做出操作調(diào)整的配置。作為一個(gè)實(shí)例，在SCR之前的傳感器可指示高的NOx水平。然而，基于例如來自輸入設(shè)備(諸如，加速器踏板130)的踏板位置的大變化的強(qiáng)烈瞬態(tài)信號可用于預(yù)測排氣通路148內(nèi)的排氣排放中的喘振。這樣，經(jīng)由相對于排放閾值的測量的或預(yù)測的SCR之前的NOx水平中的一個(gè)或多個(gè)，方法400就可確定做出操作調(diào)整。為此，在方框410，方法400包括確定在SCR之前的NOx水平。然后，在方框420，方法400包括確定與閾值相比的在SCR之后的NOx水平，以確定催化劑中的一個(gè)或多個(gè)是否以降低的效率進(jìn)行操作。
[0055]如圖4所指示，在一些情況下與SCR之前的位置和SCR之后的位置的NOx水平不同的高于閾值的NOx水平可用于指示催化劑中的一個(gè)或多個(gè)未有效進(jìn)行操作。其后，以與上述相同的方式，方法400可確定每個(gè)催化劑襯底兩側(cè)的溫差，并且使用該溫差預(yù)測催化劑效率。方法400可進(jìn)一步確定每個(gè)設(shè)備之間的溫差，以做出提高操作期間排氣效率的調(diào)整。然后，增加電加熱器輸出和/或調(diào)整流量分布的操作調(diào)整提供用于提高排氣系統(tǒng)內(nèi)的排氣效率的手段，以減少來自排氣系統(tǒng)的排氣排放。
[0056]如以上所注意到的，在一些情況下，圖2A至圖2C的配置可以可選地僅使用一個(gè)閥門來實(shí)施。然而，當(dāng)存在單個(gè)閥門時(shí)，閥門安置可確定通過排氣系統(tǒng)的流動(dòng)控制。為簡單起見，所述單個(gè)閥門僅定位在第二排氣通道中，以響應(yīng)增加的溫度調(diào)節(jié)并且控制通過第二設(shè)備的排氣流。使用這種布置，排氣流的一部分可連續(xù)流動(dòng)通過第一催化劑，而流動(dòng)的比例或程度能夠響應(yīng)閥門位置進(jìn)行控制。例如，當(dāng)定位在第二排氣通道中的閥門閉合時(shí)，所有排氣流均導(dǎo)向第一催化劑。然而，當(dāng)閥門例如基于排氣溫度超過閾值而打開時(shí)，排氣流的一部分可導(dǎo)向第二催化劑，這減少了到第一催化劑的排氣流的量。這樣，可調(diào)整排氣系統(tǒng)內(nèi)的排氣流的分布，從而以與以上更詳細(xì)描述的相同的方式加熱催化劑。
[0057]在另一種表示中，排放控制裝置500具有帶中央芯的環(huán)形布置，中央芯為例如第二催化劑504。因此，如上所述，第二催化劑504還可以為由第一催化劑502圍繞的Fe-SCR芯，第一催化劑502為Cu-SCR。盡管該系統(tǒng)根據(jù)Cu催化劑和Fe催化劑進(jìn)行了描述，但在一些情況下，第一設(shè)備和第二設(shè)備可包括例如基于銅的襯底，但具有不同的成分。為簡單起見，圖5示出其中閥門為流動(dòng)板520的環(huán)形布置，流動(dòng)板520(例如，可調(diào)節(jié)孔板)用于調(diào)整通過第一排氣通道和第一催化劑502以及第二排氣通道和第二催化劑504的流動(dòng)的分布。如圖所示，在一些情況下，流動(dòng)板520可在第二流動(dòng)通道中布置在第二催化劑504的下游。然而，其他閥門類型和閥門安置是可能的。
[0058]圖6A和圖6B示出流動(dòng)板的位置可用于調(diào)整通過每個(gè)排氣設(shè)備的排氣流。例如，在圖6A，流動(dòng)板520的閉合將通過第一排氣通道的排氣流導(dǎo)向例如第一催化劑(例如，502)。由此，所示停止的流動(dòng)550被阻止，然而增加的流動(dòng)552被導(dǎo)向環(huán)形系統(tǒng)的外圍邊緣并且流過第一催化劑，例如，Cu-SCRο可選地，圖6B示出打開流動(dòng)板520的效果，其使排氣的一部分重新引導(dǎo)通過第二排氣通道并且通過第二催化劑。因此，響應(yīng)通過第二催化劑的增加的流動(dòng)，較深地示出增加的中心流動(dòng)560以指示增加的流動(dòng)，而較淺的示出通過第一催化劑的減少的流動(dòng)562，以說明減少的流動(dòng)。圖6A和圖6B進(jìn)一步示意性示出分支點(diǎn)512，分支點(diǎn)512為其中每個(gè)流動(dòng)分別朝向每個(gè)催化劑設(shè)備匯聚的點(diǎn)。這樣，即使在有單個(gè)排氣通路的情況下，仍可存在單獨(dú)的流動(dòng)通道。
[0059]返回圖5，所示上游傳感器530在電加熱器的下游并且在分支點(diǎn)512的上游，如圖所示。所示下游傳感器532在每個(gè)單獨(dú)排氣流已經(jīng)匯聚的點(diǎn)的下游的排氣通道中。在一些實(shí)施例中，通過將電加熱器嵌入第一催化劑502與第二催化劑504之間的環(huán)形系統(tǒng)，可獲得更直接的加熱。為此，為簡單起見，圖5示出也具有環(huán)形形狀的嵌入式加熱器508。
[0060]除定位在排氣通路中的電加熱器以外還包括嵌入式加熱器508允許除經(jīng)由來自所述排氣通路的熱傳遞的電排氣加熱以外更精確地控制排氣催化劑加熱。在一些情況下，嵌入式加熱器可允許例如對第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)或另一個(gè)的定向加熱控制。然而，在其他情況下，加熱器可向排放控制裝置均勻地施加熱量，以增加熱輸出并且因此更快地升高設(shè)備溫度。例如，在寒冷環(huán)境(例如，零度以下)中進(jìn)行操作的交通工具可包括嵌入式加熱器以在冷起動(dòng)時(shí)更快地增加設(shè)備溫度，其后在操作期間，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到操作溫度，交通工具可經(jīng)由排氣熱傳遞進(jìn)行操作。
[0061]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向用于控制單個(gè)閥門的方法，圖7示出用于管理圖5的后處理系統(tǒng)中的流動(dòng)分布的實(shí)例流程圖700，當(dāng)包括單個(gè)閥門(例如僅布置在第二排氣通道中的單個(gè)閥門)時(shí)，流程圖700也可應(yīng)用到如圖1至圖2C所示進(jìn)行配置的后處理系統(tǒng)。
[0062]在一個(gè)實(shí)例中，排氣后處理方法包括，電加熱流向兩個(gè)催化劑的排氣;確定在分別通向兩個(gè)催化劑的分支點(diǎn)上游的排氣溫度，并且響應(yīng)兩個(gè)催化劑中的每個(gè)的電加熱和溫度來致動(dòng)閥門以控制到每個(gè)催化劑的排氣流。然而，根據(jù)本公開，也可在上游包括電加熱器，并且電加熱器提供對排氣溫度的進(jìn)一步控制，以差溫控制催化劑襯底溫度，作為用于提高排氣系統(tǒng)效率的手段。由此，該方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)降低的溫度而增加到第一催化劑的排氣流并且減少到第二催化劑的排氣流；以及響應(yīng)增加的溫度而減少到第一催化劑的排氣流并且增加到第二催化劑的排氣流。另外，該方法包括控制到第一催化劑和第二催化劑的排氣流的程度，以將第一催化劑和第二催化劑區(qū)別加熱到第一目標(biāo)溫度和第二目標(biāo)溫度，到第一催化劑和第二催化劑的排氣流的程度基于要加熱到目標(biāo)溫度的催化劑的份數(shù)被進(jìn)一步控制。當(dāng)包括單個(gè)閥門時(shí)，可響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)溫度閾值做出調(diào)整。為此，操作流程圖400的溫度閾值，使得閥門響應(yīng)排氣溫度低于溫度閾值而閉合，閉合的閥門將排氣流導(dǎo)向布置在分支點(diǎn)下游的第一排氣通道中的第一催化劑，并且其中排氣流將第一催化劑襯底加熱到第一目標(biāo)溫度。然后，閥門可響應(yīng)排氣溫度超過溫度閾值而打開，打開的閥門將排氣流同時(shí)導(dǎo)向布置在第一排氣通道中的第一催化劑和布置在第二排氣通道中的第二催化劑，導(dǎo)向第二催化劑的排氣的程度基于要加熱到第二目標(biāo)溫度的第二催化劑襯底的份數(shù)。如在此所述，在一些情況下，到第二催化劑的排氣流的增加可減少到第一催化劑的排氣流，并且反之亦然。
[0063]如上所述，當(dāng)存在附加閥門使得第一閥門位于第一排氣通道中而第二閥門位于第二流動(dòng)通道中時(shí)，該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由附加閥門選擇性控制到第一催化劑和第二催化劑的排氣流，在控制到兩個(gè)催化劑的排氣流時(shí)，附加閥門與閥門協(xié)作起作用。兩個(gè)閥門的優(yōu)點(diǎn)在于在一些情況下可阻止到第一催化劑的排氣流。例如，F(xiàn)e-SCR在較高溫度下以較高的效率處理排氣，而Cu-SCR在較高的溫度下具有較低的效率(例如，在較低的溫度下更有效)。因此，在較高的溫度下，基本上所有排氣流均可導(dǎo)向以較高效率進(jìn)行操作的第二催化劑，以更有效地處理排氣。使用這種配置，附加閥門響應(yīng)溫度閾值而閉合以阻止到第一催化劑的排氣流。另外，該方法可進(jìn)一步包括與閥門和附加閥門中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合調(diào)整電加熱，以響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作和/或基于確定的排放水平與預(yù)測排放水平中的一個(gè)或多個(gè)來調(diào)整催化劑溫度，以降低排氣排放水平。
[0064]所述的操作調(diào)整允許基于交通工具工況調(diào)整來自要調(diào)整的電加熱器的熱量輸出和/或排氣流分布中的一個(gè)或多個(gè)。這樣，該方法進(jìn)一步包括，與分支點(diǎn)上游的電加熱器結(jié)合致動(dòng)閥門和附加閥門中的一個(gè)或多個(gè)(如，第一閥門和第二閥門)，以差溫控制到每個(gè)催化劑的排氣流率，到每個(gè)催化劑的流率基于經(jīng)由排氣輸送的熱通量加熱襯底前面，到每個(gè)催化劑的流率進(jìn)一步通過要加熱到目標(biāo)溫度的每個(gè)襯底的份數(shù)來確定。如以上所注意到的，該方法也允許基于排放水平或排氣輸出水平進(jìn)行操作調(diào)整。為此，該方法進(jìn)一步包括確定在第一催化劑和第二催化劑下游的出口通路處的排放水平并且調(diào)整排氣流分布，以降低在出口通路處的排放水平。
[0065]在702，方法700包括以與以上關(guān)于圖3所述類似的方式監(jiān)測一個(gè)或多個(gè)排氣條件。為簡單起見，方法700使用排氣溫度和NOx水平進(jìn)行描述。為此，在710，方法700包括例如使用上游傳感器530確定在SCR之前的溫度。然后，當(dāng)溫度超過預(yù)定閾值時(shí)，通過第一催化劑502和第二催化劑504的結(jié)合可以有效地處理排氣流，排氣流的分布允許提高處理效率?？蛇x地，當(dāng)排氣溫度降到溫度閾值以下時(shí)，可做出將排氣流導(dǎo)向第一催化劑502的操作調(diào)整，第一催化劑502的成分允許在較低溫度下的較高效率。因此，方法700繼續(xù)進(jìn)行到722，在722通過做出調(diào)整以將排氣流導(dǎo)向第一催化劑502(例如，第一SCR設(shè)備)，同時(shí)阻擋到第二催化劑504(例如，第二SCR設(shè)備)的排氣流。然后，在724，方法包括基于溫差和/或發(fā)動(dòng)機(jī)工況確定第一催化劑502兩側(cè)的Δ T并且預(yù)測后處理系統(tǒng)的效率。在726，方法700包括調(diào)整到排氣加熱器的電流以給加熱器通電，同時(shí)基于從電加熱器轉(zhuǎn)移到其中熱量調(diào)整排氣的溫度。如以上更詳細(xì)的所述，所增加的熱量可由供應(yīng)到電加熱器的電流控制，其基于所預(yù)測的效率增加進(jìn)一步允許調(diào)整第一催化劑襯底的溫度。換言之，供應(yīng)給電加熱器的能量可受到控制以控制轉(zhuǎn)移到排氣的熱量，通過例如將催化劑前面的溫度升高到目標(biāo)溫度，轉(zhuǎn)移到排氣的熱量進(jìn)一步用于選擇性加熱第一催化劑襯底。盡管未示出，但該方法進(jìn)一步包括使用諸如催化劑局部體積模型的模型基于熱傳遞預(yù)測目標(biāo)溫度，以預(yù)測要升高到目標(biāo)溫度的催化劑前面的份數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)附加性能的增進(jìn)。
[0066]返回710，當(dāng)排氣中存在足夠的熱量以允許在催化劑內(nèi)進(jìn)行有效處理時(shí)，諸如下游NOx水平的另一個(gè)排氣參數(shù)可提供排氣效率的指示。因此，在720，當(dāng)使用根據(jù)本公開的排氣排放控制裝置處理排氣時(shí)，方法700包括將SCR之后的NOx水平與閾值進(jìn)行比較。如上所述，當(dāng)SCR之后的NOx水平超過排放閾值同時(shí)SCR之前的溫度超過溫度閾值時(shí)，排放控制裝置可依賴于第一催化劑和第二催化劑兩者來處理排氣同時(shí)減少來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。然而，如果SCR之后的NOx水平降到排放閾值以下，則系統(tǒng)可以足夠的效率進(jìn)行操作，從而繼續(xù)操作而不做出進(jìn)一步的調(diào)整。然而，根據(jù)本公開的系統(tǒng)還可繼續(xù)做出調(diào)整，用于增加第一催化劑的處理效率，同時(shí)阻擋到第二催化劑的流動(dòng)。其后，系統(tǒng)可基于所檢測的發(fā)動(dòng)機(jī)條件來調(diào)節(jié)所添加的熱量，同時(shí)繼續(xù)以優(yōu)化效率進(jìn)行操作。
[0067]在720，提高排放的檢測可指示通過采用第二催化劑可增進(jìn)的較高性能水平。因此，在730，方法700包括確定要加熱到目標(biāo)溫度的第二催化劑504的份數(shù)，以將NOx水平降低到閾值以下。如上所述，控制器12可經(jīng)配置確定所添加的熱量以及到第一催化劑和第二催化劑中的每個(gè)的排氣流的優(yōu)化組合，以獲得提高的性能。在732，方法700可基于計(jì)算出的份數(shù)和/或到每個(gè)催化劑的單獨(dú)排氣流采取操作調(diào)整以增加供應(yīng)給定位在分支點(diǎn)上游的電加熱器的電流，以便使電加熱器通電。在734，方法700進(jìn)一步包括調(diào)整流動(dòng)板520的位置以增加通過第二催化劑504的排氣流同時(shí)將第二襯底加熱到目標(biāo)溫度。調(diào)整可進(jìn)一步包括減少到第一催化劑502的排氣流，以響應(yīng)所做出的調(diào)整進(jìn)一步調(diào)節(jié)在其中的溫度。
[0068]這樣，所述的排氣后處理系統(tǒng)可有利地允許使用電加熱器來加熱排氣，并且進(jìn)一步提供對轉(zhuǎn)移到以平行流動(dòng)配置布置的一個(gè)或多個(gè)催化劑襯底的熱量的控制。因此，根據(jù)本公開的系統(tǒng)和方法允許更優(yōu)化地使用排氣加熱器以差溫控制催化劑襯底溫度，這允許在使用期間操作效率提高并且來自其中的排放減少，以及節(jié)能增加。
[0069]注意，在此包括的示例性控制和估計(jì)例程能夠與各種發(fā)動(dòng)機(jī)和/或交通工具系統(tǒng)配置一起使用。在此公開的控制方法和例程可作為可執(zhí)行指令儲(chǔ)存在非暫時(shí)性存儲(chǔ)器中，并且可由包括控制器的控制系統(tǒng)與各種傳感器、致動(dòng)器和其他發(fā)動(dòng)機(jī)硬件結(jié)合執(zhí)行。在此所描述的特定例程可表示任何數(shù)目的處理策略中的一種或多種，諸如事件驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。因此，所說明的各種行為、操作或功能可按說明的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行、或在一些情況下省略。同樣，處理的順序不是實(shí)現(xiàn)在此所述的實(shí)例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必需的，而是為易于說明和描述提供。根據(jù)所使用的具體策略，可重復(fù)執(zhí)行所說明的行為、操作或功能中的一種或多種。進(jìn)一步地，所述行為、操作和/或功能可用圖形表示待編程到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的非暫時(shí)性存儲(chǔ)器中的代碼，其中所述行為通過執(zhí)行包括各種發(fā)動(dòng)機(jī)硬件部件與電子控制器結(jié)合的系統(tǒng)中的指令而實(shí)現(xiàn)。
[0070]應(yīng)該清楚，因?yàn)樵S多變化是可能的，所以在此公開的配置和例程實(shí)際上是示例性的，并且這些特定實(shí)施例不應(yīng)被視為具有限制意義。例如，上述技術(shù)可應(yīng)用于V-6、1-4、I_6、V-12、對置4缸和其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本公開的主題包括在此公開的各種系統(tǒng)和配置，以及其他特征、功能、和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0071]隨附權(quán)利要求特別指出被視為新穎的和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可指“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等價(jià)物。此類權(quán)利要求應(yīng)理解成包括一個(gè)或多個(gè)此類元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或更多個(gè)此類元件。所公開的特征、功能、元件、和/或性質(zhì)的其他組合和子組合可以通過本權(quán)利要求的修改或通過在本申請或相關(guān)申請中呈現(xiàn)的新權(quán)利要求加以要求。此類權(quán)利要求，無論比原始權(quán)利要求范圍更寬、更窄、相同、或不同，仍被視為包括在本公開的主題內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種排氣系統(tǒng)，其包括: 第一催化劑，其在第一排氣通道中在分支點(diǎn)的下游， 第二催化劑，其在第二排氣通道中在所述分支點(diǎn)的下游， 電加熱器，其定位在所述分支點(diǎn)的上游用于加熱排氣流， 控制單元，其用于調(diào)整所述電加熱器的排氣加熱電流，以及 閥門，其用于調(diào)整到所述第一催化劑和所述第二催化劑的排氣流分布，所述控制單元包括響應(yīng)在所述第一催化劑和所述第二催化劑中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的襯底溫度來調(diào)整所述閥門的指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中所述閥門布置在所述分支點(diǎn)下游的所述第二排氣通道中，并且定位在僅進(jìn)入所述第二催化劑的排氣流中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中響應(yīng)增加溫度高于閾值，經(jīng)由儲(chǔ)存在所述控制單元中的指令打開布置在所述第二排氣通道中的所述閥門，所述打開增加到所述第二催化劑的排氣流但減少到所述第一催化劑的排氣流。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括附加閥門，所述附加閥門布置在所述分支點(diǎn)下游的所述第一排氣通道中，并且定位在僅進(jìn)入所述第一催化劑的排氣流中，所述附加閥門經(jīng)由儲(chǔ)存在所述控制單元中的指令與布置在所述第二排氣通道中的所述閥門協(xié)作致動(dòng)，所述協(xié)作致動(dòng)選擇性控制到所述第一催化劑和所述第二催化劑的所述排氣流，以差溫控制所述第一催化劑和所述第二催化劑的所述襯底溫度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括上游傳感器，其用于檢測排氣溫度和所述排氣流中的排放水平中的一個(gè)或多個(gè)，所述傳感器在所述分支點(diǎn)的上游、所述分支點(diǎn)的下游、和在所述第一流動(dòng)通道與所述第二流動(dòng)通道中的一個(gè)或多個(gè)中的催化劑的上游、以及所述第一催化劑與所述第二催化劑的下游中的一個(gè)或多個(gè)處被定位在所述電加熱器下游。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中所述第一流動(dòng)通道和所述第二流動(dòng)通道在所述第一催化劑和所述第二催化劑的下游匯聚成僅單個(gè)排氣流。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中所述第一流動(dòng)通道和所述第二流動(dòng)通道分別通向雙排氣管，所述雙排氣管進(jìn)一步通向大氣。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其中所述控制單元包括響應(yīng)所述排氣溫度來調(diào)整供應(yīng)到所述電加熱器的所述電流和閥門位置中的一個(gè)或多個(gè)的指令，用于控制所述襯底溫度。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其中所述閥門為在所述第二排氣通道中布置在所述第二催化劑下游的流動(dòng)板，所述流動(dòng)板提供到所述第一催化劑和所述第二催化劑的所述排氣流的調(diào)整。10.一種排氣后處理方法，其包括: 電加熱流動(dòng)到兩個(gè)催化劑的排氣； 確定在分別通向所述兩個(gè)催化劑的分支點(diǎn)的上游的排氣溫度； 響應(yīng)所述電加熱和所述兩個(gè)催化劑中的每個(gè)的溫度，致動(dòng)閥門以控制到每個(gè)催化劑的排氣流。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)降低的溫度而增加到所述第一催化劑的排氣流并且減少到所述第二催化劑的排氣流；以及響應(yīng)增加的溫度減少到所述第一催化劑的排氣流并且增加到所述第二催化劑的排氣流。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括，控制到所述第一催化劑和所述第二催化劑的排氣流的程度，以將所述第一催化劑和所述第二催化劑區(qū)別加熱到第一目標(biāo)溫度和第二目標(biāo)溫度。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中基于要加熱到所述第一目標(biāo)溫度和所述第二目標(biāo)溫度的每個(gè)催化劑的份數(shù)，進(jìn)一步控制到所述第一催化劑和所述第二催化劑的排氣流的所述程度。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括，經(jīng)由附加閥門選擇性控制到所述第一催化劑和所述第二催化劑的所述排氣流，在控制到所述兩個(gè)催化劑的所述排氣流時(shí)，所述附加閥門與所述閥門協(xié)作起作用。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述附加閥門響應(yīng)溫度閾值而閉合以阻止到所述第一催化劑的排氣流。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作，與所述閥門和所述附加閥門中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合調(diào)整所述電加熱，以調(diào)整催化劑溫度。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括，基于確定的排放水平和預(yù)測的排放水平中的一個(gè)或多個(gè)來調(diào)整所述催化劑溫度，以降低排氣排放水平。18.一種用于處理排氣的方法，其包括: 電加熱所述排氣， 分別確定兩個(gè)催化劑兩側(cè)的溫差， 致動(dòng)第一閥門以控制經(jīng)由第一排氣通道到所述兩個(gè)催化劑中的第一催化劑的排氣流， 致動(dòng)第二閥門以控制經(jīng)由第二排氣通道到所述兩個(gè)催化劑中的第二催化劑的排氣流，以及 使用到所述兩個(gè)催化劑的所述排氣流區(qū)別加熱所述第一催化劑和所述第二催化劑中的每個(gè)。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括，基于要加熱到目標(biāo)溫度的每個(gè)催化劑的份數(shù)，與所述第一閥門和所述第二閥門中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合調(diào)整所述排氣的電加熱，其中將每個(gè)催化劑區(qū)別加熱到所述目標(biāo)溫度降低了所述排氣內(nèi)的排放水平。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括，在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，基于所述差溫加熱，維持降低的所述排放水平。
【文檔編號】F01N3/20GK105927338SQ201610107744
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】D·尤帕德雅
【申請人】福特環(huán)球技術(shù)公司