用于稀燃发动机的后处理系统和后处理方法
技术领域
本发明涉及用于稀燃发动机的后处理系统和后处理方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
车辆可设置有用于减少排气中含有的排放物(EM)的至少一个催化转换器。从发动机通过排气歧管(exhaust manifold)流出的排气被推动到安装在排气管上的催化转换器中并且在其中净化。之后，排气的噪音在流经消声器的同时减小，并且然后排气通过尾管排放到空气中。催化转换器净化排气中含有的EM。另外，用于捕集排气中的颗粒物质(PM)的颗粒过滤器安装在排气管中。
三效催化剂(三元催化剂，三元催化器，three-way catalyst，TWC)是一种催化转换器，并且与作为排气中有害成分的烃(HC)化合物、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)反应，以除去这些化合物。TWC主要安装在汽油车辆中，并且Pt/Rh、Pd/Rh或Pt/Pd/Rh系统用作TWC。
汽油发动机中的稀燃发动机通过燃烧稀空气/燃料混合物来提高燃料效率。稀燃发动机燃烧稀(贫，lean)空气/燃料混合物，因此排气的空气/燃料比(空燃比，air/fuelratio，AFR)也为稀。然而，当AFR为稀时，TWC会使NOx流过(滑移，逸出，逃逸，slip)而没有还原排气中含有的所有NOx。因此，配备有稀燃发动机的车辆可包括用于净化从TWC流过的NOx的选择性催化还原(SCR)催化剂。在配备有稀燃发动机的车辆中使用的SCR催化剂可以是被动型(passive type)SCR催化剂。
当AFR为浓(富，rich)时，TWC还原NOx以产生NH3，并且在TWC中生成的NH3存储在被动型SCR催化剂中。当AFR为稀时，被动型SCR催化剂使用所存储的NH3净化排气中含有的NOx。
配备有TWC和被动型SCR催化剂的稀燃发动机应当通过增加燃料达预定持续时间而将AFR调节为浓以将足够量的NH3存储在被动型SCR催化剂中。如果从稀燃发动机排出的NOx的量增加，则稀燃发动机在浓AFR下所运行的次数和持续时间也增加。因此，燃料经济性可以劣化。
我们已经发现，CO和HC在浓AFR下可以从TWC逸出。从TWC逸出的CO和HC可以没有被净化并且排放到车辆外部。因此，当将AFR控制为浓以产生NH3时，可以采用附加催化转化器或控制装置来降低逸出的CO和HC。
在本背景部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开的背景技术的理解，并且因此其可以包含不形成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开致力于提供一种用于稀燃发动机的后处理系统，该后处理系统具有在浓空气/燃料比下增加NH3产生的优点。
本公开的另一方面提供了一种用于稀燃发动机的后处理系统，该后处理系统具有减少排放到车辆外部的CO和HC的进一步优点。
本公开的又一方面提供了一种后处理方法，该后处理方法具有降低浓空气/燃料比维持的持续时间以降低CO和HC的逸出量，同时增加该持续时间的NH3产生的进一步优点。
根据本发明的一个方面的用于稀燃发动机的后处理系统可以包括：排气管，其连接至稀燃发动机并且稀燃发动机中生成的排气流过该排气管；安装在排气管上的氨产生催化剂模块，其能够净化排气中含有的排放物，并且以浓空气/燃料比(富空气/燃料比，richAFR)使用排气中含有的氮氧化物(NOx)或存储在其中的NOx生成氨(NH3)；选择性催化还原(SCR)催化剂，其安装在氨产生催化剂模块下游的排气管上，存储在氨产生催化剂模块中生成的NH3并且使用所存储的NH3还原排气中含有的NOx；CO净化催化剂(CUC)，其安装在SCR催化剂下游的排气管上并且净化排气中含有的CO；和控制器，其检测关于排气的AFR和温度的信息，并且基于关于排气的AFR和温度的信息控制排气的AFR，其中响应于检测到期望浓AFR，控制器配置为依次执行第一阶段浓控制、第二阶段浓控制和第三阶段浓控制，在该第一阶段浓控制中氨产生催化剂模块中的储氧容量(OSC)的消耗加速，在该第二阶段浓控制中OSC被完全消耗，在该第三阶段浓控制中在CO从CUC逸出之前产生NH3。
在第一阶段浓控制中AFR可以控制为第一AFR，在第二阶段浓控制中AFR可以控制为第二AFR，且在第三阶段浓控制中AFR可以控制为第三AFR。
基于安装在氨产生催化剂模块上游的氧传感器的检测值，第一AFR可以大于第二AFR，且第二AFR可以大于第三AFR。
控制器可以进一步执行第四阶段浓控制，其中进一步生成NH3至浓持续时间，在该浓持续时间累积在CUC下游的CO的逸出量达到预定量。
在第四阶段浓控制中，AFR可以控制为第四AFR，其中基于安装在氨产生催化剂模块上游的氧传感器的检测值，第四AFR大于第一AFR至第三AFR。
浓持续时间可以根据第四AFR和CUC的温度计算。
第一阶段浓控制可以执行预定持续时间。
预定持续时间可以根据OSC和第一AFR来计算。
氨产生催化剂模块可包括：净化包含在排气中的烃(HC)、CO和NOx的三效催化剂；和安装在TWC下游的排气管上的氨产生催化剂(APC)，其在稀AFR下存储NOx，并且在浓AFR下产生H2，释放所存储的NOx，并使用所释放的NOx和所产生的H2产生NH3。
后处理系统可进一步包括设置在TWC和APC之间或者APC和SCR催化剂之间的颗粒过滤器，其中颗粒过滤器捕集排气中的颗粒物质。
根据本公开的另一方面的后处理方法配置为控制后处理系统，该后处理系统在排气管上依次配备有氨产生催化剂模块、选择性催化还原(SCR)催化剂和CO净化催化剂(CUC)，排气流过该排气管并且该排气管连接到稀燃发动机。
该后处理方法可包括：在稀AFR下运行发动机；计算存储在SCR催化剂中的NH3的量；确定是否可以期望转换为浓AFR；当期望转换为浓AFR时，在第一AFR下运行发动机预定持续时间；并且在第二AFR下运行发动机直至氨产生催化剂模块中的储氧容量(OSC)被完全消耗。
基于安装在氨产生催化剂模块上游的氧传感器的检测值，第一AFR可以小于第二AFR。
预定持续时间可以根据OSC和第一AFR计算。
后处理方法可进一步包括在CO从CUC逸出之前在第三AFR下运行发动机。
基于安装在氨产生催化剂模块上游的氧传感器的检测值，第三AFR可以大于第二AFR。
该后处理方法可进一步包括在第四AFR下运行发动机至浓持续时间，在该浓持续时间累积在CUC下游的CO的逸出量达到预定量。
基于安装在氨产生催化剂模块上游的氧传感器的检测值，第四AFR可以大于第一AFR至第三AFR。
浓持续时间可以根据第四AFR和CUC的温度计算。
在一个方面，确定是否期望转换为浓AFR可包括计算将流入SCR催化剂的NOx的量。当存储在SCR催化剂中的NH3的量小于净化将流入SCR催化剂中的NOx的量所需的NH3的量时，可以确定期望转换为浓AFR。
在另一方面，确定是否期望转换为浓AFR可以包括将存储在SCR催化剂中的NH3的量与预定NH3下限阈值进行比较。当存储在SCR催化剂中的NH3的量小于预定NH3下限阈值时，可以确定期望转换为浓AFR。
根据本公开的各个方面，通过在TWC和SCR催化剂之间设置APC来增加在浓AFR下供应至SCR催化剂的NH3量。因此，可以减少发动机在浓AFR下运行的次数和持续时间，从而提高燃料经济性。
另外，CUC设置在ACR催化剂下游以净化从TWC和APC逸出的CO。
进一步地，减少浓AFR维持的持续时间以减少CO和HC的逸出，同时通过在至少两个阶段执行浓控制来增加该持续时间的NH3产生。因此，可以减少排放物同时提高燃料经济性。
另外，应当在本文提供的描述中直接或隐含地描述本发明的方面的其它效果。根据本发明的方面预测的各种效果将在本文提供的描述中公开。
根据本文提供的描述，进一步应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体实施例仅用于示例目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了能够很好地理解本发明，现在将描述其各种形式，作为实例给出，参考附图，其中：
通过结合附图参考以下描述可以更好地理解本文的各个方面，附图中相同的附图标记表示相同或功能相似的元件，其中：
图1是根据本公开的一个方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图；
图2是根据本公开的另一方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图；
图3是根据本公开的其它方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图；
图4是根据本公开的一个方面的稀燃发动机的后处理系统的框图；
图5是示出了当AFR为浓时，随时间在氨产生催化剂模块下游累积的NH3量、随时间在氨产生催化剂模块下游累积的CO量和随时间在CUC下游累积的CO量的图；
图6是根据本公开的一个方面的后处理方法的流程图；
图7是根据本公开的另一方面的后处理方法的流程图；
图8是根据一个方面的多阶段浓控制(rich control of multiple phases)的流程图；
图9是根据另一方面的多阶段浓控制的流程图；
图10是示出了根据第一阶段浓控制执行的预定持续时间从氨产生催化剂模块逸出的HC量和氨产生催化剂模块的OSC消耗时间的图；
图11是示出了根据第二AFR从氨产生催化剂模块逸出的HC量和氨产生催化剂模块的OSC消耗时间的图；
图12是示出了根据第三AFR在氨产生催化剂模块中产生的NH3量和第三阶段浓控制执行的持续时间的图；以及
图13是示出了根据第四AFR在氨产生催化剂模块中产生的NH3量和第四阶段浓控制执行的持续时间的图。
应当理解，上述附图不一定按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。
本文描述的附图仅用于示例目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”和/或“包括”指定所述特征、整数、步骤、运行、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、运行、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。术语“耦接(coupled)”表示两个组件之间的物理关系，其中组件或者彼此直接连接或者经由一个或多个中间组件间接连接。
应当理解，本文使用的术语“车辆”、“车辆的”、“汽车”或其它类似术语包括机动车辆，通常例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客机动车，包括各种艇和船舶的水运工具，飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。
另外，应当理解，以下方法或其方面中的一个或多个可以由至少一个控制器执行。术语“控制器”可以指代包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储程序指令，并且处理器被具体地编程为执行程序指令以执行下面进一步描述的一个或多个过程。而且，应该理解，如下面详细描述的，下面的方法可以由包含控制器的系统执行。
此外，本发明的控制器可以体现为含有由处理器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在整个计算机网络中，使得程序指令以分布式方式存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的各个方面。
图1是根据本发明的一个方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图。
如图1所示，根据本发明的一个方面的后处理系统包括发动机10、排气管20、氨产生催化剂模块35、选择性催化还原(SCR)催化剂50和CO净化催化剂(CUC)60。
发动机10燃烧空气/燃料混合物以将化学能转换为机械能。发动机10连接至进气歧管16以使空气流入燃烧室12。在燃烧过程中生成的排气被收集在排气歧管18中，然后从发动机10流出。燃烧室12配备有火花塞14，以点燃燃烧室12内的空气/燃料混合物。发动机10可以是汽油发动机。取决于汽油发动机的类型，燃料可以直接喷射到燃烧室12中，或者空气/燃料混合物可以经由进气歧管16供应至燃烧室12。另外，发动机10可以是稀燃发动机。因此，除了特定的驱动条件之外，发动机10以稀空气/燃料比(AFR)运行。
排气管20连接至排气歧管18以将排气排放到车辆的外部。排气管20配备有氨产生催化剂模块35、SCR催化剂50和CUC 60，以净化或去除排气中含有的排放物。
氨产生催化剂模块35包括三效催化剂(TWC)30和氨产生催化剂(APC)40。TWC 30和APC 40可以设置在一个壳体中，但不限于此。氨产生催化剂模块35可以在浓AFR下使用包含在排气中或存储在氨产生催化剂模块35中的NOx生成NH3。氨产生催化剂模块35含有具有氧存储能力(OSC)的氧存储材料。
TWC 30设置在排气管20上，从发动机10排出的排气流动经过排气管20，并且包含排气中含有的CO、HC和NOx的有害材料通过氧化反应在TWC 30中转换为无害成分。特别地，TWC 30可以将在浓AFR下将排气中含有的NOx还原成NH3。此时，TWC 30可以不充分净化排气中的CO和HC，并且CO和HC可以从其逸出。另外，TWC 30在稀AFR下氧化排气中含有的CO和HC。由于TWC 30对于本领域普通技术人员来说是公知的，因此将省略其详细描述。
APC 40设置在TWC 30下游的排气管20上。APC 40在稀AFR下存储包含在排气中的NOx，并产生H2以释放所存储的NOx，并且在浓AFR下使用所释放的NOx和产生的H2产生NH3。
在一个方面，APC 40包括基于APC 40的总重量的0.4-0.9wt％的Pt、0.057-0.3wt％的Pd、0.03-0.1wt％的Rh、5.0-15.0wt％的Ba、10-30wt％的CeO2、48.7-84.513wt％的MgO-Al2O3复合物，以及0-5wt％的添加剂。
在另一个方面，APC 40包括基于APC的总重量的0.4-0.9wt％的Pt、0.057-0.3wt％的Pd、0.03-0.1wt％的Rh、5.0-15.0wt％的Ba、10-25wt％的CeO2、48.7-79.513wt％的MgO-Al2O3复合物和0-10wt％的添加剂。
添加剂被添加用于CeO2和Al2O3的性能改善，并且包括La、Zr、Mg和Pr中的至少一种。
包含在APC 40中的Pt用于氧化APC 40的NOx以存储NOx。另外，Pt增加在APC 40中产生的H2的量。
包含在APC 40中的Pd提高APC 40的耐热性。由于APC 40设置成靠近发动机10，因此APC 40的温度可上升至950℃。因此，在APC 40中添加Pd以提高耐热性。
为了增加NH3产生和H2产生，APC 40中的Pt与Pd的重量比可以是3:1-7:1。在一个方面，APC 40中的Pt与Pd的重量比可以是3:1-5:1。
在化学计量AFR下，包含在APC 40中的Rh净化包含在排气中的NOx。
包含在APC 40中的Ba和CeO2配置为以硝酸盐形式存储NOx。CeO2包含储氧材料。
另外，CeO2增加H2产生。然而，如果APC 40包含大量的CeO2，则所产生的NH3可以被再氧化。因此，基于APC 40的总重量，APC 40可包括10-30wt％的CeO2。
包含在APC 40中的MgO-Al2O3复合物用作基底。基于MgO-Al2O3复合物的总重量，MgO-Al2O3复合物可以包括15-25wt％的MgO。MgO增强Ba的热稳定性。
SCR催化剂50安装在APC 40下游的排气管20上。SCR催化剂50在浓AFR下存储在氨产生催化剂模块35(即，TWC 30和APC 40)中产生的NH3，并且在稀AFR下使用所存储NH3还原排气中含有的NOx。这种类型的SCR催化剂50可以称为被动型SCR催化剂50。
SCR催化剂50可以由负载在多孔Al2O3中的沸石催化剂和金属催化剂中的一种或其组合构成。Cu、Pt、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cs和Ga中的至少一种可以在沸石催化剂中进行离子交换。在负载在多孔Al2O3中的金属催化剂中，Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、W、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn和Ag中的至少一种金属可以负载在多孔Al2O3中。
CUC 60安装在SCR催化剂50下游的排气管20上。CUC 60净化排气中含有的CO。特别地，CO可以在浓AFR下从氨产生催化剂模块35(即，TWC 30和APC 40)逸出。因此，通过将CUC60设置在后处理系统的最下游，可以预防或抑制CO向车辆外部的排放。CUC 60包括负载在CeO2和Al2O3中的Pt、Pd、Rh和Ba。
在一个方面，CUC 60包括基于CUC 60的总重量的0.2-1.5wt％的Pt、0-0.4wt％的Pd、0-0.4wt％的Rh、0-5.0wt％的Ba、40-90wt％的CeO2、9.8-59.8wt％的Al2O3和0-10wt％的添加剂。
在另一个方面，CUC 60包括基于CUC 60的总重量的0.2-1.5wt％的Pt、0-0.4wt％的Pd、0-0.4wt％的Rh、0-5.0wt％的Ba、40-90wt％的CeO2、9.8-59.8wt％的Al2O3和0-20wt％的添加剂。
添加剂被添加以改善CeO2和Al2O3的性能，并且包括La、Zr、Mg和Pr中的至少一种。
CUC 60主要由Pt-CeO2构成。在本文中，Pt用于氧化CO，并且CeO2含有具有储氧容量(OSC)的氧存储材料，以帮助在稀AFR下在低温下CO的氧化。Pd/Al2O3也起到与Pt/CeO2类似的作用，但是在一种形式中，Pt/CeO2的量可以大于Pd/Al2O3的量，这可以改善低温下的氧化能力。
当AFR为浓时，包含在CUC 60中的Ba用于去除没有从SCR催化剂50去除的少量NOx。
当AFR为浓时，包括在CUC 60中的Rh旨在促进NOx的还原。
排气管20可以配备有用于检测排气的AFR和催化剂30、40、50和60的运行的多个传感器32、34、36、62和64。
第一氧传感器32安装在TWC 30上游的排气管20上，检测TWC 30上游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。本文描述的排气的AFR(下文中将其称为‘λ’)可以指由第一氧传感器32检测的值。另外，本文描述的AFR控制可以指将排气的AFR控制为目标AFR。
第二氧传感器34安装在TWC 30下游的排气管20上，检测TWC 30下游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。
第三氧传感器36安装在APC 40下游的排气管20上，检测APC 40(即，氨产生催化剂模块35)下游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。由第三氧传感器36检测到的值用于确定氨产生催化剂模块35的OSC是否被完全消耗。
第一温度传感器62安装在SCR催化剂50上游的排气管20上，检测SCR催化剂50上游的排气的温度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。
第二温度传感器64安装在SCR催化剂50下游的排气管20上，检测SCR催化剂50下游的排气的温度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。
除了本文描述的传感器32、34、36、62和64之外，后处理系统可以进一步包括各种传感器。例如，附加的温度传感器可以安装在TWC 30上游和下游的排气管20上，以分别检测TWC 30上游和下游的排气的温度。另外，如图4所示，后处理系统可以进一步包括空气流量计66。此外，后处理系统可以进一步包括安装在排气管20上的NOx传感器、HC传感器或CO传感器，并且排气中含有的排放物的浓度可以经由这些传感器检测。
控制器90电连接至传感器32、34、36、62、64和66，从而通过传感器32、34、36、62、64和66接收与检测值对应的信号，并且基于信号确定车辆的驱动条件、AFR以及催化剂30、40、50和60的温度。控制器90可以通过基于确定结果来控制发动机10，从而控制点火时间、燃料喷射时间、燃料量等。控制器90可以用由预定程序执行的至少一个处理器来实施，并且预定程序可以被编程为执行根据本发明的一个方面的后处理方法的每个步骤。
图2是根据本公开的另一方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图。图2所示的后处理系统是图1所示的后处理系统的变型。
如图2所示，根据本公开的另一方面的后处理系统配备有依次设置在排气管20上的TWC 30、颗粒过滤器(汽油颗粒过滤器；GPF)70、APC 40、SCR催化剂50和CUC 60。由于在上文描述了TWC 30、APC 40、SCR催化剂50和CUC 60，因此将省略其详细描述。
颗粒过滤器70安装在TWC 30下游的排气管20上，捕集包含在排气中的颗粒物质，并燃烧所捕集的颗粒物质。颗粒过滤器70设置有交替地设置在壳体中的入口单元和出口单元，并且壁设置在入口单元和出口单元之间。入口单元具有打开的一端和阻塞的另一端，并且出口单元具有阻塞的一端和打开的另一端。排气通过入口单元的打开端流入颗粒过滤器70，通过壁流到出口单元，并且通过出口单元的打开端流出到颗粒过滤器70外部。当排气通过壁时，包含在排气中的颗粒不通过壁并且保留在入口单元中。
图3是根据本公开的其它方面的稀燃发动机的后处理系统的示意图。图3所示的后处理系统是图1所示的后处理系统的变型。
如图3所示，根据本公开的其它方面的后处理系统配备有依次设置在排气管20上的TWC 30、APC 40、颗粒过滤器70、SCR催化剂50和CUC 60。由于在上文描述了TWC 30、APC40、颗粒过滤器70、SCR催化剂50和CUC 60，因此将省略其详细描述。
图4是根据本公开的一个方面的稀燃发动机的后处理系统的框图。
图4示出了根据本公开的各个方面用以实施后处理系统的控制器90的输入和输出的简单示例。应当理解，根据本公开的各个方面的控制器90的输入和输出不限于图4所示的示例。
如图4所示，控制器90电连接到第一、第二和第三氧传感器32、34和36、第一和第二温度传感器62和64，以及空气流量计66，并且接收与由传感器32、34、36、62、64和66检测到的值相对应的信号。
第一氧传感器32检测包含在TWC 30上游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。第二氧传感器34检测包含在TWC 30下游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。控制器90可基于第一和第二氧传感器32和34的信号确定TWC 30是否正常运行以及执行发动机10的AFR控制。
另外，第三氧传感器36检测包含在氨产生催化剂模块35下游的排气中的O2浓度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。控制器90基于第三氧传感器36的信号确定氨产生催化剂模块35的OSC是否被完全消耗。例如，如果第三氧传感器36的信号指示氨产生催化剂模块35下游的AFR为浓，则控制器90确定氨产生催化剂模块35的OSC被完全消耗。
第一温度传感器62检测SCR催化剂50上游的排气温度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。第二温度传感器64检测SCR催化剂50下游的排气温度，并且将与其对应的信号传输至控制器90。控制器90可以基于第一温度传感器62和第二温度传感器64的信号计算TWC 30、APC 40、SCR催化剂50和CUC 60的温度。
空气流量计66安装在进气管或进气导管上，以检测流入进气系统的空气量，并且将与其对应的信号传输至控制器90。
控制器90基于传感器32、34、36、62、64和66检测到的值控制发动机10的运行。也就是说，控制器90可以调节燃料喷射量以调节目标AFR，并且可以延迟用于温热催化剂30、40、50和60的点火时间。进一步地，控制器90可以响应于检测到期望浓AFR而以多个阶段控制浓AFR。
参照图5，将描述根据本公开的另一方面的后处理方法的控制策略。
图5是示出了当AFR为浓时，随时间在氨产生催化剂模块下游累积的NH3量、随时间在氨产生催化剂模块下游累积的CO量和随时间在CUC下游累积的CO量的图。图5中所示的图是通过将TWC 30、颗粒过滤器70、APC 40、SCR催化剂50和CUC 60依次设置在排气管20上并且在浓AFR下运行发动机10获得的。
在图5中，粗实线表示随时间在氨产生催化剂模块35下游累积的NH3量，虚线表示随时间在氨产生催化剂模块35下游累积的CO量，并且细实线表示随时间在CUC 60下游累积的CO量。
如图5所示，氨产生催化剂模块35的OSC从发动机10在浓AFR下运行的时间至OSC消耗时间t2被消耗。在这种情况下，虽然排气的AFR为浓，但是由于O2存储在氨产生催化剂模块35中，因而氨产生催化剂模块35中的AFR维持为稀。因此，直到氨产生催化剂模块35的OSC被完全消耗，NH3才在氨产生催化剂模块35中产生。另外，直到氨产生催化剂模块35的OSC被完全消耗，CO才从氨产生催化剂模块35逸出。这里，OSC消耗时间t2是指直到氨产生催化剂模块35的OSC被完全消耗的时间段。
同时，OSC消耗时间与AFR的浓程度(degree of richness)有关。例如，如果AFR很浓(例如，λ＜0.90)，则可以缩短OSC消耗时间，而HC可以从氨产生催化剂模块35逸出。相反，如果AFR略浓(例如，λ大于0.97)，则HC不从氨产生催化剂模块35逸出，而OSC消耗时间延长。进一步地，即使AFR很浓，HC在预定持续时间t1期间也不从氨产生催化剂模块35逸出。这里，预定持续时间t1是指在很浓的AFR下HC不从氨产生催化剂模块35逸出的时间段。
如果经过OSC消耗时间t2，则氨产生催化剂模块35开始产生NH3。在氨产生催化剂模块35中产生的NH3存储在SCR催化剂50中。进一步地，如果经过OSC消耗时间t2，则CO开始从氨产生催化剂模块35逸出。从氨产生催化剂模块35逸出的CO被CUC 60净化，直到经过延迟时间t3。因此，CO几乎不从CUC 60逸出，直到经过延迟时间t3。这里，延迟时间t3是指直到CO开始从CUC 60逸出的时间段。
如果经过延迟时间t3，则CO开始从CUC 60逸出。从CUC 60逸出的CO的累积量与经过的时间成比例地增加。同样，在氨产生催化剂模块35中产生的NH3的累积量也与经过的时间成比例地增加。因此，如果直到在CUC 60下游累积的CO的逸出量变为预定量的浓持续时间t4，AFR一直保持为浓，则氨产生催化剂模块35中产生的NH3量可进一步增加。这里，浓持续时间t4是指直到从CUC 60逸出的CO的累积量变为预定量的时间段。
因此，为了增加NH3产生的量，同时在给定时间内降低CO和HC的逸出量，可以以多个阶段控制浓AFR。
例如，可以以三个阶段控制浓AFR。第一阶段是从发动机10在浓AFR下运行的时间至预定持续时间t1的时间段，并且氨产生催化剂模块35中的OSC的消耗在第一阶段加速。第二阶段是从预定持续时间t1到OSC消耗时间t2的时间段，并且OSC在第二阶段被完全消耗。第三阶段是从OSC消耗时间t2到延迟时间t3的时间段。在第三阶段，氨产生催化剂模块35产生NH3并且将所产生的NH3存储在SCR催化剂50中。
可替代地，可以执行第四阶段浓控制以进一步增加NH3产生。第四阶段是从延迟时间t3到浓持续时间t4的时间段，并且在第四阶段进一步产生NH3。
参照图6至图9，将在下文中描述根据本公开的一个方面的后处理方法。
图6是根据本公开的示例性方面的后处理方法的流程图；并且图7是根据本公开的另一方面的后处理方法的流程图。
如图6所示，当在步骤S110启动发动机10时，控制器90计算催化剂30、40、50和60的温度。为了实施根据本发明的方面的后处理方法，可以活化催化剂30、40、50和60。因此，如果催化剂30、40、50和60未被活化，则在步骤S120控制器90温热催化剂30、40、50和60。也就是说，点火时间被延迟或燃料喷射量增加以增加排气的温度。
当完成催化剂30、40、50和60的温热时，在步骤S130控制器90在稀AFR下运行发动机10。因此，TWC 30净化包含在排气中的CO和HC，并且颗粒过滤器70收集包含在排气中的颗粒物质。
在步骤S140控制器90计算存储在SCR催化剂50中的NH3的量。也就是说，基于发动机10的运行历史、SCR催化剂50的温度历史等计算存储在SCR催化剂50中的NH3的量。
之后，控制器90基于存储在SCR催化剂50中的NH3的量来确定是否期望浓AFR，即是否期望转换为浓AFR。
在一个方面，为了确定是否期望转换为浓AFR，在步骤S150控制器90计算待流入SCR催化剂50的NOx的量。在发动机10中产生的NOx的量是基于发动机10的燃烧状态(例如，燃烧温度、燃烧压力、空气量、燃料量等)计算的，并且从氨产生催化剂模块35逸出的NOx的量是基于排气的AFR、TWC 30的温度、APC 40的温度等计算的。
此后，在步骤S160控制器90确定SCR催化剂50是否能够净化NOx。即，确定存储在SCR催化剂50中的NH3的量是否足以净化流入SCR催化剂50中的NOx。例如，如果存储在SCR催化剂50中的NH3的量大于或等于净化待流入SCR催化剂50中的NOx所需的NH3的量，则控制器90确定SCR催化剂50可净化NOx。
如果SCR催化剂50在步骤S160可净化NOx，则控制器90完成根据本公开的一个方面的后处理方法。在这种情况下，发动机10在稀AFR下运行。
如果在步骤S160SCR催化剂50不能净化NOx(即，存储在SCR催化剂50中的NH3的量不足以净化待流入SCR催化剂50的NOx)，则控制器90确定期望转换为浓AFR。之后，在步骤S170控制器90以多个阶段控制浓AFR。
在另一方面，如图7所示，为了确定是否期望转换为浓AFR，在步骤S165控制器90确定存储在SCR催化剂50中的NH3的量是否大于或等于NH3的下限阈值。
如果在步骤S165存储在SCR催化剂50中的NH3的量大于或等于NH3的下限阈值，则控制器90完成根据本公开的一个方面的后处理方法，并且在稀AFR下运行发动机10。
如果在步骤S165存储在SCR催化剂50中的NH3的量小于NH3的下限阈值，则控制器90确定期望转换为浓AFR。之后，在步骤S170控制器90以多个阶段控制浓AFR。
参考图8至图9，将在下文中详细描述步骤S170。
图8是根据一个方面的多阶段浓控制的流程图。
如图8所示，多阶段浓控制在步骤S170开始，在步骤S210控制器90执行第一阶段浓控制预定持续时间t1。因此，氨产生催化剂模块35中的OSC的消耗加快。通过将排气的AFR控制为第一AFR来执行第一阶段浓控制，并且第一AFR为很浓的AFR。在一个方面，基于第一氧传感器32的检测值，第一AFR可以小于0.90。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第一AFR可以大于或等于0.87且小于0.9。预定持续时间t1是即使发动机10在第一AFR下运行，在该时间段期间HC也不从氨产生催化剂模块35逸出的时间段，并且其可以提前设置。在一个方面，预定持续时间t1可以在一秒内。在另一方面，预定持续时间t1可以是0.3秒至0.7秒的值。在其它方面，预定持续时间t1可以是0.5秒。预定持续时间t1可以根据第一AFR和氨产生催化剂模块35的OSC来计算。
在第一阶段浓控制执行预定持续时间t1之后，在步骤S220控制器90执行第二阶段浓控制至OSC消耗时间t2。因此，氨产生催化剂模块35的OSC被完全消耗。通过将排气的AFR控制为第二AFR来执行第二阶段浓控制，并且基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以大于第一AFR。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.945或更大且小于0.97。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.945或更大且0.95或更小。在其它方面，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.95。如果第二AFR小于0.94，则HC可以从氨产生催化剂模块35逸出。另一方面，如果第二AFR为0.97或更大，则OSC消耗时间t2变得更长。
在执行第二阶段浓控制期间，在步骤S230控制器90确定在氨产生催化剂模块35下游的排气的AFR是否为浓。即，控制器90确定是否已经经过OSC消耗时间t2。如果氨产生催化剂模块35的OSC通过执行第一阶段浓控制和第二阶段浓控制被完全消耗，则在氨产生催化剂模块35下游的排气的AFR变为浓。由此，第三氧传感器36的检测值变成小于1。因此，控制器90基于第三氧传感器36的检测值确定在氨产生催化剂模块35下游的排气的AFR是否为浓。
如果在步骤S230在氨产生催化剂模块35下游的排气的AFR不为浓，则控制器90返回到步骤S220并且继续执行第二阶段浓控制。
如果在步骤S230在氨产生催化剂模块35下游的排气的AFR为浓，则在步骤S240控制器90执行第三阶段浓控制至延迟时间t3。因此，氨产生催化剂模块35产生NH3直到CO开始从CUC 60逸出。通过将排气的AFR控制为第三AFR来执行第三阶段浓控制，并且基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以大于第二AFR。在一个方面，基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以是0.965或更大且小于0.985。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以是0.97或更大且0.98或更小。在其它方面，基于第一氧传感器32的检测值，AFR可以是0.975。如果第三AFR小于0.965，则延迟时间t3缩短。因此，可以减少延迟时间t3期间在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量。如果第三AFR大于0.985，则在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量降低。
在执行第三阶段浓控制期间，在步骤S250控制器90确定CO是否开始从CUC 60逸出。在一个方面，CO传感器(未示出)安装在CUC 60的下游，并且控制器90基于CO传感器检测到的CO量确定CO是否开始从CUC 60逸出。在另一方面，根据第三AFR的延迟时间t3和CUC 60的温度存储在图表中，并且控制器90通过确定浓AFR维持的时间段是否等于存储在图表中的延迟时间t3来确定CO是否开始从CUC 60逸出。
如果在步骤S250确定CO未从CUC 60逸出，则控制器90返回到步骤S240并且继续执行第三阶段浓控制。
如果在步骤S250确定CO开始从CUC 60逸出，则控制器90在步骤S260完成多阶段浓控制，并且返回到步骤S130。因此，发动机10在稀AFR下运行。
图9是根据另一方面的多阶段浓控制的流程图。
如图9所示，除了根据一个方面的多阶段浓控制之外，根据另一方面的多阶段浓控制进一步包括步骤S252和步骤S254。即，控制器90执行步骤S210至S250，并且进一步执行步骤S252和S254。
如果在步骤S250确定CO开始从CUC 60逸出，则在步骤S252控制器90执行第四阶段浓控制至浓持续时间t4。因此，一直到从CUC 60逸出的CO的累积量变成预定量，氨产生催化剂模块35进一步产生NH3。通过将排气的AFR控制为第四AFR来执行第四阶段浓控制，并且基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以大于第三AFR。即，基于第一氧传感器32的检测值，第一AFR、第二AFR、第三AFR和第四AFR以该顺序变得更大。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以是0.975或更大且0.99或更小。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以是0.985或更大且0.99或更小。在其它方面，基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以是0.985。如果第四AFR小于0.975，则浓持续时间t4缩短。这意味着从CUC 60逸出的CO量增加。另一方面，如果第四AFR大于0.99，则在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量降低。
在执行第四阶段浓控制期间，在步骤S254控制器90确定从CUC 60逸出的CO的累积量是否大于或等于预定量。例如，预定量可以是0.1g，但不限于此。在一个方面，CO传感器安装到CUC 60下游，并且控制器90基于CO传感器检测到的CO量确定从CUC 60逸出的CO的累积量是否大于或等于预定量。在另一方面，根据第四AFR的浓持续时间t4和CUC 60的温度存储在图表中，并且控制器90通过确定浓AFR维持的时间段是否等于存储在图表中的浓持续时间t4来确定从CUC 60逸出的CO的累积量是否大于或等于预定量。
如果在步骤S254从CUC 60逸出的CO的累积量小于预定量，则控制器90返回到步骤S252并且继续执行第四阶段浓控制。
如果在步骤S254从CUC 60逸出的CO的累积量大于或等于预定量，则控制器90在步骤S260完成多阶段浓控制，并且返回到步骤S130。因此，发动机10在稀AFR下运行。
(实施例)
在下文中，将通过各实施例和比较例描述根据本公开的各个方面的后处理方法的性能。[表1]中示出了各实施例和比较例的预定时间和AFR。
[表1]
在每个方格中，描述了基于第一氧传感器32的检测值的排气的AFR，并且在第二行的括号中描述了预定持续时间。在实施例1至2和比较例1至14中执行根据一方面的多阶段浓控制(参见图8)，并且在比较例15至18中执行根据另一方面的多阶段浓控制(参见图9)。比较例1用于比较第一阶段浓控制的效果，比较例2至5用于比较根据预定持续时间的效果，比较例6至9用于比较根据第二AFR的效果，比较例10至14用于比较根据第三AFR的效果，并且比较例15至18用于比较根据第四AFR的效果。
(测试方法)
将TWC 30、GPF 70、APC 40、SCR催化剂50和CUC 60依次设置在排气管20上。之后，将2.0L的4缸稀燃汽油发动机连接到排气管20，并且进行老化处理(aging treatment)。在TWC 30的基础上在1000℃下进行老化处理50小时。
稀AFR(λ＝1.8)在2000rpm的发动机速度下保持5分钟，以使整个后处理系统为稀气氛。此后，在2000rpm的发动机速度下执行多阶段浓控制。
图10是示出了根据第一阶段浓控制执行的预定持续时间从氨产生催化剂模块逸出的HC量和氨产生催化剂模块的OSC消耗时间的图。
在图10中，细实线表示OSC消耗时间t2，粗实线表示在根据一个方面执行多阶段浓控制期间从氨产生催化剂模块35逸出的HC量。
如图10所示，在不执行第一阶段浓控制的比较例1中，HC没有从氨产生催化剂模块35逸出，但是OSC消耗时间t2非常长(约9秒)。如果第一阶段浓控制执行0.5秒或更长，则OSC消耗时间t2变为6秒或更短(在实施例1和比较例2至5中)。然而，如果第一阶段浓控制执行0.7秒或更长，则HC从氨产生催化剂模块35逸出。特别地，可以看出，如果第一阶段浓控制执行1.1秒或更长，则从氨产生催化剂模块35逸出的HC急剧增加。第一阶段浓控制可以执行预定持续时间t1，以便缩短OSC消耗时间并减少从氨产生催化剂模块35逸出的HC量。在一个方面，预定持续时间t1可以在1秒内。在另一方面，预定持续时间t1可以是0.3秒至0.7秒的值。在其它方面，预定持续时间t1可以是0.5秒。
图11是示出了根据第二AFR从氨产生催化剂模块逸出的HC量和氨产生催化剂模块的OSC消耗时间的图；
在图11中，细实线表示OSC消耗时间t2，粗实线表示在根据一个方面执行多阶段浓控制期间从氨产生催化剂模块35逸出的HC量。
如图11所示，如果基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR增加，则OSC消耗时间t2逐渐增加，但是从氨产生催化剂模块35逸出的HC量降低。如果基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR为0.94或更小(在比较例6和7中)，则从氨产生催化剂模块35逸出的HC量相当大。如果基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR超过0.97，则OSC消耗时间t2变得相当长。因此，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.945或更大且小于0.97，以便缩短OSC消耗时间并减少从氨产生催化剂模块35逸出的HC量。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.945或更大且0.95或更小。在其它方面，基于第一氧传感器32的检测值，第二AFR可以是0.95。
图12是示出了根据第三AFR在氨产生催化剂模块中产生的NH3量和第三阶段浓控制执行的持续时间的图。
在图12中，细实线表示第三阶段浓控制执行的持续时间(即，t3-t2)，粗实线表示在执行根据一个方面的多阶段浓控制期间在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量。
如图12所示，当基于第一氧传感器32的检测值的第三AFR增加时，第三阶段浓控制执行的持续时间也增加。然而，如果基于第一氧传感器32的检测值的第三AFR增加，则氨产生催化剂模块35中产生的NH3量增加然后降低。基于第一氧传感器32的检测值，在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量在0.975的第三AFR下最大。特别地，当基于第一氧传感器32的检测值的第三AFR从0.975增加时，在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量降低。因此，为了增加在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量，基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以为0.965或更大且小于0.985。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以是0.97或更大且0.98或更小。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第三AFR可以是0.975。
图13是示出了根据第四AFR在氨产生催化剂模块中产生的NH3量和第四阶段浓控制执行的持续时间的图。
在图13中，细实线表示第四阶段浓控制执行的持续时间(即，t4-t3)，粗实线表示在执行根据另一方面的多阶段浓控制期间在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量。
如图13所示，当基于第一氧传感器32的检测值的第四AFR增加时，第四阶段浓控制执行的持续时间也增加。特别地，如果基于第一氧传感器32的检测值的第四AFR大于0.985，则第四阶段浓控制执行的持续时间较长。然而，如果基于第一氧传感器32的检测值的第四AFR增加时，则氨产生催化剂模块35中产生的NH3量增加然后降低。基于第一氧传感器32的检测值，在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量在0.990的第四AFR下为最大。特别地，当基于第一氧传感器32的检测值的第四AFR从0.990增加时，在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量急剧降低。因此，为了增加在氨产生催化剂模块35中产生的NH3量而不增加第四阶段浓控制执行的持续时间，可以基于第一氧传感器32的检测值将第四AFR设定为0.975或更大且0.99或更小的值。在另一方面，基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以是0.985或更大且0.99或更小。在其它方面，基于第一氧传感器32的检测值，第四AFR可以是0.985。
虽然已经结合目前认为是实践方面的内容描述了本公开内容，但应当理解，本公开不限于所公开的方面。相反，其旨在覆盖各种变型和等同布置。
