评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器脱硫的方法
评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器脱硫的方法
【专利摘要】本发明的一个实施例提供一种在稀氮氧化物捕集器（281）脱硫过程期间，基于空间速度（10）、催化剂温度（11）、空气/燃料比（12）和脱硫富油持续时间（13），评估硫释放的方法，包括以下步骤：提供多个回归系数（2200），模拟线段（2300）和计算硫释放量百分比（2400）。
【专利说明】评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器脱硫的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器(LNT)脱硫的方法。特别地，所述方法评估位于内燃发动机的排气系统中的LNT的再生(脱硫(DeSOx))期间的硫释放。
【背景技术】
[0002]已知柴油发动机的排气后处理系统可提供有稀氮氧化物捕集器(Lean Nox Trap,后文也称为LNT)等装置。
[0003]LNT提供用于捕集包含在排气中的氮氧化物NOx，并且位于排气管路中。
[0004]LNT是包括例如铑、钼和钯等催化剂和例如钡基成分等吸收剂的催化装置，所述催化剂和吸收剂提供适用于结合包含在排气中的氮氧化物(NOx)的活性部位，以将其捕集在装置自身内。
[0005]稀氮氧化物捕集器经受周期性的再生过程，其中该再生过程通常提供用于从LNT释放和降低捕集的氮氧化物(NOx )。
[0006]LNT例如通过将发动机从稀油燃烧操作切换到其中可用过量的燃料的操作来循环地操作，所述其中可用过量的燃料的操作也被称为富油操作或再生阶段。在发动机的正常操作期间，NOx被存储在催化表面上。当发动机被切换到富油操作时，存储在吸收部位上的NOx与排气中的还原剂反应，并且被脱附和转化为氮气和氨气，由此再生催化剂的吸收部位。
[0007]由于燃料中存在硫，因此LNT遭受硫中毒，这严重地降低催化剂的NOx的存储能力。为了重新实现后处理系统的能力，需要脱硫(也称为脱硫再生或简称为脱硫)。脱硫在于高温下发动机工况过程中稀油和富油气氛的快速交替。
[0008]存储在LNT中的硫仅在富油情况期间被去除，但是问题是，脱硫再生期间，硫释放不仅受富油持续时间，而且甚至受工况的影响。
[0009]因此，存在对稀氮氧化物捕集器的再生过程期间的硫释放评估的需要，以根据持续时间和频率优化脱硫过程。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种方法，其考虑最有影响的参数，限定硫释放的物理模型。该模型可真实地预测并且因此优化脱硫过程，并且将是对于评估柴油颗粒过滤器(DPF)中的残余硫含量的有用信息。
[0011]另一个目的是提供一种控制器装置，其允许执行上述方法。
[0012]这些目的通过具有独立权利要求中叙述的特征的方法、控制器装置、发动机、计算机程序和计算机程序产品以及电磁信号实现。
[0013]从属权利要求描述了优选的和/或特别有利的方面。
[0014]本发明的一个实施例提供一种在稀氮氧化物捕集器脱硫过程期间，基于空间速度、催化剂温度、空气/燃料比和脱硫富油持续时间，评估硫释放的方法，包括以下步骤:提供多个回归系数，模拟线段(line segment)和计算硫释放量百分比。
[0015]因此，公开了一种用于在稀氮氧化物捕集器的脱硫过程期间，基于空间速度、催化剂温度、空气/燃料比和脱硫富油持续时间，评估硫释放的控制器装置，包括用于提供多个回归系数的区块，用于模拟线段的区块和用于计算硫释放量百分比的区块。
[0016]该实施例的优点是，其通过考虑影响最大的参数(例如催化剂温度、空气/燃料t匕、空间速度，当然还有富油持续时间)的物理模型，提供稀氮氧化物捕集器的再生过程期间，评估硫释放的方法。因此该方法在持续时间和频率方面优化脱硫过程。
[0017]根据本发明的一方面，根据回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度和空气/燃料比的函数，在一般时间点i处提供所述回归系数。
[0018]根据另一方面，所述线段通过时间点i处的硫释放模型和时间点i + Ι处的硫释放模型之间的线性插值获得。
[0019]这些方面的优点是，用于评估硫释放量的方法可通过使用实验结果和实验技术设计构建。
[0020]根据本发明的又一实施例，所述方法对于新的稀氮氧化物捕集器和老化的稀氮氧化物捕集器重复两次，其进一步包括通过校准的老化因子，将用于新的稀氮氧化物捕集器的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器的硫释放量百分比进行插值的步骤，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器的老化状态确定。
[0021]该实施例的优点是，其提供稀氮氧化物捕集器的硫释放百分比的评估，还考虑催化剂的老化状态。
[0022]根据又一实施例，所述硫释放量百分比被乘以硫存储量，因而获得硫释放量。
[0023]该实施例的优点是，在硫存储量可得的任何时侯，例如通过现有物理模型计算，可容易地获得硫释放量。
[0024]根据又一实施例，所述空间速度、催化剂温度和空气/燃料比被关于脱硫富油持续时间计算平均值，并且被标准化在范围(-1，O中。
[0025]该实施例的优点是，工况(空间速度、催化剂温度、空气/燃料比)，其代表用于本方法的输入变量，可被计算平均值，并且标准化在范围(-1，I)中，这更易于通过可用计算程序管理。
[0026]根据其方面之一的方法可在计算机程序的帮助下进行，所述计算机程序包括用于执行上面所述方法的全部步骤的程序编码，并且可被以包括计算机程序的计算机程序产品的形式实现。
[0027]计算机程序产品可被体现为用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元(ECU)、与ECU相关联的数据载体和存储在数据载体中的计算机程序，以使控制设备限定以与所述方法相同方式描述的实施例。在该情况下，当控制设备执行计算机程序时，上面所述的方法的全部步骤被执行。
[0028]根据又一方面的方法还体现为电磁信号，所述信号被调制为承载一系列数据字节，所述数据字节代表用于进行所述方法的全部步骤的计算机。
[0029]本发明的又一方面提供一种内燃发动机，其布置用于执行要求保护的方法。
【专利附图】
【附图说明】[0030]现在将仅以举例的方式参照附图描述多个实施例，附图中:
[0031]图1显示了汽车系统。
[0032]图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的一部分。
[0033]图3是根据本发明的后处理系统的示意性视图。
[0034]图4是脱硫再生阶段的方案。
[0035]图5是图示出怎样计算硫释放量的曲线图。
[0036]图6是根据本发明的用于评估硫释放量的整体方法的流程图。
[0037]图7是用于根据图6的方法评估硫释放量的控制器装置的框图。
[0038]图8是用于根据图6的方法评估硫释放量的控制器装置的框图，所述控制器装置还考虑了催化剂的老化状态。
[0039]附图标记
[0040]I, 2 线段曲线(line segment curve)
[0041]3,4,5硫释放计算点
[0042]10 区块
[0043]11 区块
[0044]12 区块
[0045]13 区块
[0046]14 区块
[0047]15 区块
[0048]21 区块
[0049]22，22，区块
[0050]23，23，区块
[0051]24,24’ 区块
[0052]25 区块
[0053]26 区块
[0054]40 数据载体
[0055]100 汽车系统
[0056]110 内燃发动机
[0057]120 发动机体
[0058]125 汽缸
[0059]130 汽缸盖
[0060]135 凸轮轴
[0061]140 活塞
[0062]145 曲轴
[0063]150 燃烧室
[0064]155 凸轮相位器
[0065]160 燃料喷嘴
[0066]170 燃料轨
[0067]180 燃料泵[0068]190燃料源
[0069]200进气岐管
[0070]205进气管
[0071]210进气端口
[0072]215阀
[0073]220端口
[0074]225排气岐管
[0075]230涡轮增压器
[0076]240压缩机
[0077]245涡轮增压器轴
[0078]250涡轮机
[0079]260中间冷却器
[0080]270排气 系统
[0081]275排气管
[0082]280后处理装置
[0083]281稀氮氧化物捕集器(LNT)
[0084]282柴油颗粒过滤器(DPF)
[0085]283LNT上游空气/燃料比传感器
[0086]284LNT下游空气/燃料比传感器
[0087]285LNT上游温度传感器
[0088]286LNT下游温度传感器
[0089]290VGT 致动器
[0090]300排气调节系统
[0091]310EGR 冷却器
[0092]320EGR 阀
[0093]330节流体
[0094]340空气流量和温度传感器
[0095]350岐管压力和温度传感器
[0096]360燃烧压力传感器
[0097]380冷却剂温度和液面高度传感器
[0098]385润滑油温度和液面高度传感器
[0099]390金属温度传感器
[0100]400燃料轨压力传感器
[0101]410凸轮位置传感器
[0102]420曲轴位置传感器
[0103]430排气压力和温度传感器
[0104]440EGR温度传感器
[0105]445加速器位置传感器
[0106]446加速器踏板[0107]450ECU
[0108]500排气温度
[0109]510燃烧模式，稀油阶段
[0110]520燃烧模式，富油阶段
[0111]2000区块
[0112]2100区块
[0113]2200区块
[0114]2300区块
[0115]2400区块
[0116]2500区块
[0117]Tem催化剂温度
[0118]LamLNT上游的空气/燃料比
[0119]FR排气流动速率
[0120]SV排气空间速度
`[0121]Srls硫释放量
[0122]Srls%硫释放百分比
[0123]Ssto硫存储量
【具体实施方式】
[0124]一些实施例可包括汽车系统100，如图1和2中所示，汽车系统100包括内燃发动机(ICE)110，内燃发动机110具有发动机机体120，发动机机体120限定至少一个汽缸125，汽缸125具有活塞140，活塞140被连接用于使曲轴145旋转。汽缸盖130与活塞140配合，以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)布置在燃烧室150中并且点燃，导致造成活塞140往复运动的热膨胀排气。燃料由至少一个燃料喷嘴160提供，并且空气经由至少一个进气端口 210提供。燃料被在高压力下从燃料轨170提供给燃料喷嘴160，燃料轨170与高压燃料泵180流体连通，高压燃料泵180提高从燃料源190接收的燃料的压力。汽缸125中的每一个具有至少两个阀215，所述至少两个阀215由凸轮轴135致动，所述凸轮轴135以一定正时随曲轴145旋转。阀215选择地允许空气从端口 210进入燃烧室150中，并且交替地允许排气通过端口 220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
[0125]空气可被通过进气歧管200分配到进气端口(一个或多个)210。进气管205可将空气从周围环境提供给进气歧管200。在其他实施例中，可提供节气门330来调节进入歧管200中的空气流动。在又一些其他实施例中，可提供强制进气系统，例如涡轮增压器230，其具有旋转地连接到涡轮机250的压缩机240。压缩机240的旋转提高管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过从排气歧管225接收排气而旋转，排气歧管225将排气从排气端口 220引导，并且在通过涡轮机250膨胀之前，经过一系列叶片。排气离开涡轮机250，并且被引导到排气系统270中。该示例显示了可变几何涡轮(VGT)，其具有VGT致动器290，布置用于使叶片运动，以改变通过涡轮机250的排气流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何形状的和/或包括废气门。
[0126]排气系统270可包括排气管275，排气管275具有一个或多个后处理装置280。后处理装置可以是配置为改变排气组成的任何装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于，催化转换器(二元和三元)、氧化催化剂、稀氮氧化物捕集器281、烃吸收剂、选择催化还原(SCR)系统282、颗粒过滤器(DPF)或最后两个装置的组合(即包括颗粒过滤器的选择催化还原系统(SCRF) 283)。其他实施例可包括排气再循环(EGR)系统300，其连接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括EGR冷却器310，用于降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气的流动。
[0127]汽车系统100可进一步包括电子控制单元(E⑶)450，其与和ICEllO相关联的一个或多个传感器和/或装置通讯，并且配备有数据载体40。ECU450可接收来自各个传感器的输入信号，所述传感器配置为产生与ICEllO相关联的各个物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷气机和油温度与液面高度传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440以及加速器踏板位置传感器445。而且，E⑶450可产生输出信号到各个控制装置，所述控制装置布置为控制ICEllO的操作，ICEllO包括但不限于燃料喷嘴160、节气门330、EGR阀320、VGT致动器290和凸轮相位器155。应注意，虚线被用于表示E⑶450和各个传感器与装置之间的通讯，但是一些为了清楚被省略。
[0128]现在转到E⑶450，该设备可包括与存储系统和接口总线通讯的数字中央处理器单元(CPU)。CPU配置为执行作为程序存储在存储系统中的指令，并且向接口总线发送信号和/或从接口总线接收信号。存储系统可包括各种存储类型，包括光学存储、磁存储、固态存储和其他非易失性存储器。接口总线可配置为向各个传感器和控制装置发送、从各个传感器和控制装置接收以及调制模拟和/或数字信号。程序可体现本文公开的方法，允许CPU执行这样的方法的步骤，并且控制ICE110。
[0129]返回到排气系统270，提出的发明依赖用于稀氮氧化物捕集器281的脱硫稀油最小持续时间的优化。图3显示了后处理系统280的方案，其在柴油发动机的情况下，还可有利地包括颗粒过滤器(DPF)282，用于捕集排出的颗粒。空气/燃料比率传感器283，284和温度传感器285，286可设置在LNT的上游和下游。
[0130]优选地，LNT催化剂可尽可能靠近涡轮增压器的出口设置，以利用对于其有利的高温状况。
[0131]在稀油操作状况期间，LNT以高效率降低发动机排出的排气组成(CO和HC)，并且存储氮氧化物。在富油操作状况期间，氮氧化物被释放和转化。在柴油发动机稀油操作期间，由于催化剂中存在限定其氮氧化物的存储能力的钡和铝，LNT正常工作。
[0132]但是，由于中燃料中存在硫，因此LNT遭受硫中毒，这严重地降低催化剂的NOx的存储能力。包含在燃料中的硫在稀油气氛中易于被氧化:其被以锁和招硫化物存储，锁和铝硫化物为比相应的氮化物更稳定的化合物。该过程在氮氧化物存储方面降低捕集器的效率:该效率可被通过脱硫过程恢复，所述脱硫过程需要高温和富油气氛。特别地，其在于高温下发动机工况过程中稀油和富油气氛的快速交替。
[0133]脱硫再生限定为导致稀氮氧化物捕集器脱硫的过程。从捕集器的由于高的所需温度造成的热劣化角度看，这是不受欢迎的。在燃料消耗方面也是惩罚性的，因为需要附加喷射的燃料来在捕集器入口处提供富油气氛。脱硫再生基于图4中所示的“摆动”概念，也就是说，在高温500下稀油510和富油520阶段的交替。脱硫富油阶段需要破坏硫和钡和/或铝之间的化学键的稳定性，使钡/铝部位对于氮氧化物空闲，并且恢复LNT的氮氧化物捕集能力。脱硫稀油阶段被用于保持稳定的并且高的温度，以恢复捕集器中的氧气含量，并且在富油阶段期间，燃烧积聚在捕集器中的HC。
[0134]有效的硫去除发生在富油阶段中，并且释放的量为已经存在于捕集器中的硫的函数。如可容易理解的，脱硫期间，富油气氛中耗费的时间越长，再生的效率越高。问题是，脱硫再生期间，硫释放不仅受富油持续时间的影响，而且受发动机工况的影响。因此，本发明考虑最有影响的参数，限定硫释放的物理模型。该模型可与现有硫存储模型结合，以真实地预测并且因此在持续时间和频率方面优化脱硫过程。
[0135]为了根据本发明构建模型，已经针对影响硫释放的参数的识别进行了最初的分析。富油燃烧模式中的持续时间、LNT上游的空气/燃料比率、催化剂温度和排气流动速率已经被考虑为影响参数。已经通过已知的实验设计技术(DOE)建立了构造的测试计划。已经在十五个不同的点中进行了测试。当然，这些点的选择是任意的，因为DOE技术不受采用的级别数和特定数值显著影响。在这样的点中，独立的参数已经选择如下:
[0136]3个催化剂温度级别(温度):620°C - 650°C - 680°C
[0137]2个LNT上游空气/流动比率级别(Lam):0.9-0.95
[0138]3 个排气流动速率级别(FR):50Kg/h - 80Kg/h - 120Kg/h
[0139]已经选择的参考点(重复三次):Tem=650°C，Lam=0.925，FR=80Kg/h.[0140]已经作为富油事件的数量的函数进行了测量。更具体地，富油事件的数量通过固定单次富油持续时间(例如15s)、总再生持续时间(例如600s)和单次稀油持续时间(例如12s)计算。考虑摆动的稀油/富油，富油事件的数量可容易地建立。
[0141 ] 获得的结果已经被用于通过回归模型研究独立变量(Tem，Lam, FR)和响应变量(硫释放，Srl)之间的关系。更具体地，已经进行了以下分析:在固定温度值和排气流动速率下的空气/燃料比率变化，以捕获空气/燃料比率中的降低/增大的定性影响；固定温度值和空气/燃料比率值下的排气流动变化，以捕获排气流动中的减小/增大的定性影响；固定的空气/燃料比率值和排气流动速率下的温度变化，以捕获温度中的降低/升高的定性影响。考虑获得的结果，得出以下结论:
[0142]空气/燃料比率值越低,硫释放越高
[0143]排气流动速率值越高，硫释放越高
[0144]温度值越高，硫释放越高，高温下没有强影响
[0145]由于硫释放相对于独立变量的特性不是线性的，因此本发明后面的想法是通过线段曲线模拟释放的硫化物百分比，所述线段曲线为富油持续时间、LNT上游的空气/燃料比率、催化剂温度和排气流动速率的函数。硫释放百分比(Srls%)与LNT中的硫存储量相关，LNT中的硫存储量被假定为通过已知模型可得。排气流动速率已经被以空间速度(SV)表达。LNT内部的空间速度(维度[s-1])被计算为LNT上游的排气质量流动、密度和LNT体积之间的比率。密度被计算为LNT压力(LNT上游压力和LNT下游压力)和LNT主温度(LNT上游温度和LNT下游温度之间的平均温度)与理想气体常数的积之间的比率。[0146]参照图5，线段曲线通过开始于富油时间的硫释放线图，并且将其分割为多个时间点(时间点0，时间点1，时间点2...,时间点η)获得，如图5中所示。然后，在一般的时间点i处，根据以下回归函数，以LNT上游的空气燃料比率(Lam)、催化剂温度(Tem)和空间速度(SV)的函数确定硫释放模型:
[0147]
【权利要求】
1.一种在稀氮氧化物捕集器(281)的脱硫过程期间，基于空间速度(10)、催化剂温度(11)、空气/燃料比(12)和脱硫富油持续时间(13)，评估硫释放的方法，包括以下步骤:提供(2200)多个回归系数，模拟(2300)线段和计算(2400)硫释放量百分比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回归系数根据以下回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度和空气/燃料比的函数提供在一般时间点i处:
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述线段通过时间点i处的硫释放模型和时间点i+Ι处的硫释放模型之间的线性插值获得。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法对于新的稀氮氧化物捕集器(281)和老化的稀氮氧化物捕集器(281’)重复两次，其进一步包括通过校准的老化因子(15)，将用于新的稀氮氧化物捕集器(281)的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器(281’ )的硫释放量百分比进行插值的步骤(2500)，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器老化状态确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硫释放量百分比被乘以(2600)硫存储量(14)，因而获得硫释放量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空间速度、催化剂温度和空气/燃料比被关于脱硫富油持续时间计算平均值，并且被标准化在范围(-1，O中。
7.一种用于在稀氮氧化物捕集器(281)的脱硫过程期间，基于空间速度(10)、催化剂温度(11 )、空气/燃料比(12)和脱硫富油持续时间(13)，评估硫释放的控制器装置，包括用于提供多个回归系数的区块(22)，用于模拟线段的区块(23)和用于计算硫释放量百分比的区块(24)。
8.根据权利要求7所述的控制器装置，其中，区块(22)根据以下回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度及空气/燃料比的函数提供在一般时间点i处的所述回归系数:
9.根据权利要求7或8所述的控制器装置，其中，区块(23)通过时间点i处的硫释放模型和时间点i+Ι处的硫释放模型之间的线性插值，模拟所述线段。
10.根据前述权利要求7-9中任一项所述的控制器装置，其中，所述装置进一步包括区块(25)，用于通过校准的老化因子(15)，将用于新稀氮氧化物捕集器(281)的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器(281’)的硫释放量百分比进行插值，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器老化状态确定。
11.一种配备有排气系统(270)的汽车系统(100)的内燃发动机(110)，包括至少后处理装置(280)，所述后处理装置为稀氮氧化物捕集器(281)，所述排气系统还包括至少空气/燃料比传感器(283，284)和至少温度传感器(285，286)，所述汽车系统(100)包括电子控制单元(450)，其配置用于执行根据权利要求1-6所述的方法。
12.—种计算机程序，包括适用于执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法的计算机编码。
13.一种计算机程序产品，其上存储根据权利要求12所述的计算机程序。
14.一种用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元(450)、与电子控制单元(450)相关联的数据载体(40)和根据权利要求12的存储在数据载体(40)中的计算机程序。
15.一种电磁信号，调制为用于代表根据权利要求12的计算机程序的一系列数据字节的载体。
【文档编号】F01N11/00GK103775181SQ201310533118
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】R.阿戈里尼, A.达托, A.维蒂洛, S.瓦尔加尼拉 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
【专利摘要】本发明的一个实施例提供一种在稀氮氧化物捕集器（281）脱硫过程期间，基于空间速度（10）、催化剂温度（11）、空气/燃料比（12）和脱硫富油持续时间（13），评估硫释放的方法，包括以下步骤：提供多个回归系数（2200），模拟线段（2300）和计算硫释放量百分比（2400）。
【专利说明】评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器脱硫的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及评估从内燃发动机的稀氮氧化物捕集器(LNT)脱硫的方法。特别地，所述方法评估位于内燃发动机的排气系统中的LNT的再生(脱硫(DeSOx))期间的硫释放。
【背景技术】
[0002]已知柴油发动机的排气后处理系统可提供有稀氮氧化物捕集器(Lean Nox Trap,后文也称为LNT)等装置。
[0003]LNT提供用于捕集包含在排气中的氮氧化物NOx，并且位于排气管路中。
[0004]LNT是包括例如铑、钼和钯等催化剂和例如钡基成分等吸收剂的催化装置，所述催化剂和吸收剂提供适用于结合包含在排气中的氮氧化物(NOx)的活性部位，以将其捕集在装置自身内。
[0005]稀氮氧化物捕集器经受周期性的再生过程，其中该再生过程通常提供用于从LNT释放和降低捕集的氮氧化物(NOx )。
[0006]LNT例如通过将发动机从稀油燃烧操作切换到其中可用过量的燃料的操作来循环地操作，所述其中可用过量的燃料的操作也被称为富油操作或再生阶段。在发动机的正常操作期间，NOx被存储在催化表面上。当发动机被切换到富油操作时，存储在吸收部位上的NOx与排气中的还原剂反应，并且被脱附和转化为氮气和氨气，由此再生催化剂的吸收部位。
[0007]由于燃料中存在硫，因此LNT遭受硫中毒，这严重地降低催化剂的NOx的存储能力。为了重新实现后处理系统的能力，需要脱硫(也称为脱硫再生或简称为脱硫)。脱硫在于高温下发动机工况过程中稀油和富油气氛的快速交替。
[0008]存储在LNT中的硫仅在富油情况期间被去除，但是问题是，脱硫再生期间，硫释放不仅受富油持续时间，而且甚至受工况的影响。
[0009]因此，存在对稀氮氧化物捕集器的再生过程期间的硫释放评估的需要，以根据持续时间和频率优化脱硫过程。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种方法，其考虑最有影响的参数，限定硫释放的物理模型。该模型可真实地预测并且因此优化脱硫过程，并且将是对于评估柴油颗粒过滤器(DPF)中的残余硫含量的有用信息。
[0011]另一个目的是提供一种控制器装置，其允许执行上述方法。
[0012]这些目的通过具有独立权利要求中叙述的特征的方法、控制器装置、发动机、计算机程序和计算机程序产品以及电磁信号实现。
[0013]从属权利要求描述了优选的和/或特别有利的方面。
[0014]本发明的一个实施例提供一种在稀氮氧化物捕集器脱硫过程期间，基于空间速度、催化剂温度、空气/燃料比和脱硫富油持续时间，评估硫释放的方法，包括以下步骤:提供多个回归系数，模拟线段(line segment)和计算硫释放量百分比。
[0015]因此，公开了一种用于在稀氮氧化物捕集器的脱硫过程期间，基于空间速度、催化剂温度、空气/燃料比和脱硫富油持续时间，评估硫释放的控制器装置，包括用于提供多个回归系数的区块，用于模拟线段的区块和用于计算硫释放量百分比的区块。
[0016]该实施例的优点是，其通过考虑影响最大的参数(例如催化剂温度、空气/燃料t匕、空间速度，当然还有富油持续时间)的物理模型，提供稀氮氧化物捕集器的再生过程期间，评估硫释放的方法。因此该方法在持续时间和频率方面优化脱硫过程。
[0017]根据本发明的一方面，根据回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度和空气/燃料比的函数，在一般时间点i处提供所述回归系数。
[0018]根据另一方面，所述线段通过时间点i处的硫释放模型和时间点i + Ι处的硫释放模型之间的线性插值获得。
[0019]这些方面的优点是，用于评估硫释放量的方法可通过使用实验结果和实验技术设计构建。
[0020]根据本发明的又一实施例，所述方法对于新的稀氮氧化物捕集器和老化的稀氮氧化物捕集器重复两次，其进一步包括通过校准的老化因子，将用于新的稀氮氧化物捕集器的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器的硫释放量百分比进行插值的步骤，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器的老化状态确定。
[0021]该实施例的优点是，其提供稀氮氧化物捕集器的硫释放百分比的评估，还考虑催化剂的老化状态。
[0022]根据又一实施例，所述硫释放量百分比被乘以硫存储量，因而获得硫释放量。
[0023]该实施例的优点是，在硫存储量可得的任何时侯，例如通过现有物理模型计算，可容易地获得硫释放量。
[0024]根据又一实施例，所述空间速度、催化剂温度和空气/燃料比被关于脱硫富油持续时间计算平均值，并且被标准化在范围(-1，O中。
[0025]该实施例的优点是，工况(空间速度、催化剂温度、空气/燃料比)，其代表用于本方法的输入变量，可被计算平均值，并且标准化在范围(-1，I)中，这更易于通过可用计算程序管理。
[0026]根据其方面之一的方法可在计算机程序的帮助下进行，所述计算机程序包括用于执行上面所述方法的全部步骤的程序编码，并且可被以包括计算机程序的计算机程序产品的形式实现。
[0027]计算机程序产品可被体现为用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元(ECU)、与ECU相关联的数据载体和存储在数据载体中的计算机程序，以使控制设备限定以与所述方法相同方式描述的实施例。在该情况下，当控制设备执行计算机程序时，上面所述的方法的全部步骤被执行。
[0028]根据又一方面的方法还体现为电磁信号，所述信号被调制为承载一系列数据字节，所述数据字节代表用于进行所述方法的全部步骤的计算机。
[0029]本发明的又一方面提供一种内燃发动机，其布置用于执行要求保护的方法。
【专利附图】
【附图说明】[0030]现在将仅以举例的方式参照附图描述多个实施例，附图中:
[0031]图1显示了汽车系统。
[0032]图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的一部分。
[0033]图3是根据本发明的后处理系统的示意性视图。
[0034]图4是脱硫再生阶段的方案。
[0035]图5是图示出怎样计算硫释放量的曲线图。
[0036]图6是根据本发明的用于评估硫释放量的整体方法的流程图。
[0037]图7是用于根据图6的方法评估硫释放量的控制器装置的框图。
[0038]图8是用于根据图6的方法评估硫释放量的控制器装置的框图，所述控制器装置还考虑了催化剂的老化状态。
[0039]附图标记
[0040]I, 2 线段曲线(line segment curve)
[0041]3,4,5硫释放计算点
[0042]10 区块
[0043]11 区块
[0044]12 区块
[0045]13 区块
[0046]14 区块
[0047]15 区块
[0048]21 区块
[0049]22，22，区块
[0050]23，23，区块
[0051]24,24’ 区块
[0052]25 区块
[0053]26 区块
[0054]40 数据载体
[0055]100 汽车系统
[0056]110 内燃发动机
[0057]120 发动机体
[0058]125 汽缸
[0059]130 汽缸盖
[0060]135 凸轮轴
[0061]140 活塞
[0062]145 曲轴
[0063]150 燃烧室
[0064]155 凸轮相位器
[0065]160 燃料喷嘴
[0066]170 燃料轨
[0067]180 燃料泵[0068]190燃料源
[0069]200进气岐管
[0070]205进气管
[0071]210进气端口
[0072]215阀
[0073]220端口
[0074]225排气岐管
[0075]230涡轮增压器
[0076]240压缩机
[0077]245涡轮增压器轴
[0078]250涡轮机
[0079]260中间冷却器
[0080]270排气 系统
[0081]275排气管
[0082]280后处理装置
[0083]281稀氮氧化物捕集器(LNT)
[0084]282柴油颗粒过滤器(DPF)
[0085]283LNT上游空气/燃料比传感器
[0086]284LNT下游空气/燃料比传感器
[0087]285LNT上游温度传感器
[0088]286LNT下游温度传感器
[0089]290VGT 致动器
[0090]300排气调节系统
[0091]310EGR 冷却器
[0092]320EGR 阀
[0093]330节流体
[0094]340空气流量和温度传感器
[0095]350岐管压力和温度传感器
[0096]360燃烧压力传感器
[0097]380冷却剂温度和液面高度传感器
[0098]385润滑油温度和液面高度传感器
[0099]390金属温度传感器
[0100]400燃料轨压力传感器
[0101]410凸轮位置传感器
[0102]420曲轴位置传感器
[0103]430排气压力和温度传感器
[0104]440EGR温度传感器
[0105]445加速器位置传感器
[0106]446加速器踏板[0107]450ECU
[0108]500排气温度
[0109]510燃烧模式，稀油阶段
[0110]520燃烧模式，富油阶段
[0111]2000区块
[0112]2100区块
[0113]2200区块
[0114]2300区块
[0115]2400区块
[0116]2500区块
[0117]Tem催化剂温度
[0118]LamLNT上游的空气/燃料比
[0119]FR排气流动速率
[0120]SV排气空间速度
`[0121]Srls硫释放量
[0122]Srls%硫释放百分比
[0123]Ssto硫存储量
【具体实施方式】
[0124]一些实施例可包括汽车系统100，如图1和2中所示，汽车系统100包括内燃发动机(ICE)110，内燃发动机110具有发动机机体120，发动机机体120限定至少一个汽缸125，汽缸125具有活塞140，活塞140被连接用于使曲轴145旋转。汽缸盖130与活塞140配合，以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)布置在燃烧室150中并且点燃，导致造成活塞140往复运动的热膨胀排气。燃料由至少一个燃料喷嘴160提供，并且空气经由至少一个进气端口 210提供。燃料被在高压力下从燃料轨170提供给燃料喷嘴160，燃料轨170与高压燃料泵180流体连通，高压燃料泵180提高从燃料源190接收的燃料的压力。汽缸125中的每一个具有至少两个阀215，所述至少两个阀215由凸轮轴135致动，所述凸轮轴135以一定正时随曲轴145旋转。阀215选择地允许空气从端口 210进入燃烧室150中，并且交替地允许排气通过端口 220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
[0125]空气可被通过进气歧管200分配到进气端口(一个或多个)210。进气管205可将空气从周围环境提供给进气歧管200。在其他实施例中，可提供节气门330来调节进入歧管200中的空气流动。在又一些其他实施例中，可提供强制进气系统，例如涡轮增压器230，其具有旋转地连接到涡轮机250的压缩机240。压缩机240的旋转提高管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过从排气歧管225接收排气而旋转，排气歧管225将排气从排气端口 220引导，并且在通过涡轮机250膨胀之前，经过一系列叶片。排气离开涡轮机250，并且被引导到排气系统270中。该示例显示了可变几何涡轮(VGT)，其具有VGT致动器290，布置用于使叶片运动，以改变通过涡轮机250的排气流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何形状的和/或包括废气门。
[0126]排气系统270可包括排气管275，排气管275具有一个或多个后处理装置280。后处理装置可以是配置为改变排气组成的任何装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于，催化转换器(二元和三元)、氧化催化剂、稀氮氧化物捕集器281、烃吸收剂、选择催化还原(SCR)系统282、颗粒过滤器(DPF)或最后两个装置的组合(即包括颗粒过滤器的选择催化还原系统(SCRF) 283)。其他实施例可包括排气再循环(EGR)系统300，其连接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括EGR冷却器310，用于降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气的流动。
[0127]汽车系统100可进一步包括电子控制单元(E⑶)450，其与和ICEllO相关联的一个或多个传感器和/或装置通讯，并且配备有数据载体40。ECU450可接收来自各个传感器的输入信号，所述传感器配置为产生与ICEllO相关联的各个物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷气机和油温度与液面高度传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440以及加速器踏板位置传感器445。而且，E⑶450可产生输出信号到各个控制装置，所述控制装置布置为控制ICEllO的操作，ICEllO包括但不限于燃料喷嘴160、节气门330、EGR阀320、VGT致动器290和凸轮相位器155。应注意，虚线被用于表示E⑶450和各个传感器与装置之间的通讯，但是一些为了清楚被省略。
[0128]现在转到E⑶450，该设备可包括与存储系统和接口总线通讯的数字中央处理器单元(CPU)。CPU配置为执行作为程序存储在存储系统中的指令，并且向接口总线发送信号和/或从接口总线接收信号。存储系统可包括各种存储类型，包括光学存储、磁存储、固态存储和其他非易失性存储器。接口总线可配置为向各个传感器和控制装置发送、从各个传感器和控制装置接收以及调制模拟和/或数字信号。程序可体现本文公开的方法，允许CPU执行这样的方法的步骤，并且控制ICE110。
[0129]返回到排气系统270，提出的发明依赖用于稀氮氧化物捕集器281的脱硫稀油最小持续时间的优化。图3显示了后处理系统280的方案，其在柴油发动机的情况下，还可有利地包括颗粒过滤器(DPF)282，用于捕集排出的颗粒。空气/燃料比率传感器283，284和温度传感器285，286可设置在LNT的上游和下游。
[0130]优选地，LNT催化剂可尽可能靠近涡轮增压器的出口设置，以利用对于其有利的高温状况。
[0131]在稀油操作状况期间，LNT以高效率降低发动机排出的排气组成(CO和HC)，并且存储氮氧化物。在富油操作状况期间，氮氧化物被释放和转化。在柴油发动机稀油操作期间，由于催化剂中存在限定其氮氧化物的存储能力的钡和铝，LNT正常工作。
[0132]但是，由于中燃料中存在硫，因此LNT遭受硫中毒，这严重地降低催化剂的NOx的存储能力。包含在燃料中的硫在稀油气氛中易于被氧化:其被以锁和招硫化物存储，锁和铝硫化物为比相应的氮化物更稳定的化合物。该过程在氮氧化物存储方面降低捕集器的效率:该效率可被通过脱硫过程恢复，所述脱硫过程需要高温和富油气氛。特别地，其在于高温下发动机工况过程中稀油和富油气氛的快速交替。
[0133]脱硫再生限定为导致稀氮氧化物捕集器脱硫的过程。从捕集器的由于高的所需温度造成的热劣化角度看，这是不受欢迎的。在燃料消耗方面也是惩罚性的，因为需要附加喷射的燃料来在捕集器入口处提供富油气氛。脱硫再生基于图4中所示的“摆动”概念，也就是说，在高温500下稀油510和富油520阶段的交替。脱硫富油阶段需要破坏硫和钡和/或铝之间的化学键的稳定性，使钡/铝部位对于氮氧化物空闲，并且恢复LNT的氮氧化物捕集能力。脱硫稀油阶段被用于保持稳定的并且高的温度，以恢复捕集器中的氧气含量，并且在富油阶段期间，燃烧积聚在捕集器中的HC。
[0134]有效的硫去除发生在富油阶段中，并且释放的量为已经存在于捕集器中的硫的函数。如可容易理解的，脱硫期间，富油气氛中耗费的时间越长，再生的效率越高。问题是，脱硫再生期间，硫释放不仅受富油持续时间的影响，而且受发动机工况的影响。因此，本发明考虑最有影响的参数，限定硫释放的物理模型。该模型可与现有硫存储模型结合，以真实地预测并且因此在持续时间和频率方面优化脱硫过程。
[0135]为了根据本发明构建模型，已经针对影响硫释放的参数的识别进行了最初的分析。富油燃烧模式中的持续时间、LNT上游的空气/燃料比率、催化剂温度和排气流动速率已经被考虑为影响参数。已经通过已知的实验设计技术(DOE)建立了构造的测试计划。已经在十五个不同的点中进行了测试。当然，这些点的选择是任意的，因为DOE技术不受采用的级别数和特定数值显著影响。在这样的点中，独立的参数已经选择如下:
[0136]3个催化剂温度级别(温度):620°C - 650°C - 680°C
[0137]2个LNT上游空气/流动比率级别(Lam):0.9-0.95
[0138]3 个排气流动速率级别(FR):50Kg/h - 80Kg/h - 120Kg/h
[0139]已经选择的参考点(重复三次):Tem=650°C，Lam=0.925，FR=80Kg/h.[0140]已经作为富油事件的数量的函数进行了测量。更具体地，富油事件的数量通过固定单次富油持续时间(例如15s)、总再生持续时间(例如600s)和单次稀油持续时间(例如12s)计算。考虑摆动的稀油/富油，富油事件的数量可容易地建立。
[0141 ] 获得的结果已经被用于通过回归模型研究独立变量(Tem，Lam, FR)和响应变量(硫释放，Srl)之间的关系。更具体地，已经进行了以下分析:在固定温度值和排气流动速率下的空气/燃料比率变化，以捕获空气/燃料比率中的降低/增大的定性影响；固定温度值和空气/燃料比率值下的排气流动变化，以捕获排气流动中的减小/增大的定性影响；固定的空气/燃料比率值和排气流动速率下的温度变化，以捕获温度中的降低/升高的定性影响。考虑获得的结果，得出以下结论:
[0142]空气/燃料比率值越低,硫释放越高
[0143]排气流动速率值越高，硫释放越高
[0144]温度值越高，硫释放越高，高温下没有强影响
[0145]由于硫释放相对于独立变量的特性不是线性的，因此本发明后面的想法是通过线段曲线模拟释放的硫化物百分比，所述线段曲线为富油持续时间、LNT上游的空气/燃料比率、催化剂温度和排气流动速率的函数。硫释放百分比(Srls%)与LNT中的硫存储量相关，LNT中的硫存储量被假定为通过已知模型可得。排气流动速率已经被以空间速度(SV)表达。LNT内部的空间速度(维度[s-1])被计算为LNT上游的排气质量流动、密度和LNT体积之间的比率。密度被计算为LNT压力(LNT上游压力和LNT下游压力)和LNT主温度(LNT上游温度和LNT下游温度之间的平均温度)与理想气体常数的积之间的比率。[0146]参照图5，线段曲线通过开始于富油时间的硫释放线图，并且将其分割为多个时间点(时间点0，时间点1，时间点2...,时间点η)获得，如图5中所示。然后，在一般的时间点i处，根据以下回归函数，以LNT上游的空气燃料比率(Lam)、催化剂温度(Tem)和空间速度(SV)的函数确定硫释放模型:
[0147]
【权利要求】
1.一种在稀氮氧化物捕集器(281)的脱硫过程期间，基于空间速度(10)、催化剂温度(11)、空气/燃料比(12)和脱硫富油持续时间(13)，评估硫释放的方法，包括以下步骤:提供(2200)多个回归系数，模拟(2300)线段和计算(2400)硫释放量百分比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回归系数根据以下回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度和空气/燃料比的函数提供在一般时间点i处:
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述线段通过时间点i处的硫释放模型和时间点i+Ι处的硫释放模型之间的线性插值获得。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法对于新的稀氮氧化物捕集器(281)和老化的稀氮氧化物捕集器(281’)重复两次，其进一步包括通过校准的老化因子(15)，将用于新的稀氮氧化物捕集器(281)的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器(281’ )的硫释放量百分比进行插值的步骤(2500)，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器老化状态确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硫释放量百分比被乘以(2600)硫存储量(14)，因而获得硫释放量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空间速度、催化剂温度和空气/燃料比被关于脱硫富油持续时间计算平均值，并且被标准化在范围(-1，O中。
7.一种用于在稀氮氧化物捕集器(281)的脱硫过程期间，基于空间速度(10)、催化剂温度(11 )、空气/燃料比(12)和脱硫富油持续时间(13)，评估硫释放的控制器装置，包括用于提供多个回归系数的区块(22)，用于模拟线段的区块(23)和用于计算硫释放量百分比的区块(24)。
8.根据权利要求7所述的控制器装置，其中，区块(22)根据以下回归函数，以预定硫释放量百分比和相应空间速度、催化剂温度及空气/燃料比的函数提供在一般时间点i处的所述回归系数:
9.根据权利要求7或8所述的控制器装置，其中，区块(23)通过时间点i处的硫释放模型和时间点i+Ι处的硫释放模型之间的线性插值，模拟所述线段。
10.根据前述权利要求7-9中任一项所述的控制器装置，其中，所述装置进一步包括区块(25)，用于通过校准的老化因子(15)，将用于新稀氮氧化物捕集器(281)的硫释放量百分比和用于老化的稀氮氧化物捕集器(281’)的硫释放量百分比进行插值，因而提供硫释放量百分比，其也由稀氮氧化物捕集器老化状态确定。
11.一种配备有排气系统(270)的汽车系统(100)的内燃发动机(110)，包括至少后处理装置(280)，所述后处理装置为稀氮氧化物捕集器(281)，所述排气系统还包括至少空气/燃料比传感器(283，284)和至少温度传感器(285，286)，所述汽车系统(100)包括电子控制单元(450)，其配置用于执行根据权利要求1-6所述的方法。
12.—种计算机程序，包括适用于执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法的计算机编码。
13.一种计算机程序产品，其上存储根据权利要求12所述的计算机程序。
14.一种用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元(450)、与电子控制单元(450)相关联的数据载体(40)和根据权利要求12的存储在数据载体(40)中的计算机程序。
15.一种电磁信号，调制为用于代表根据权利要求12的计算机程序的一系列数据字节的载体。
【文档编号】F01N11/00GK103775181SQ201310533118
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】R.阿戈里尼, A.达托, A.维蒂洛, S.瓦尔加尼拉 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
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