СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F01N3/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к снижению токсичности выбросов из двигателей в конкретных гибридных дизельных силовых передачах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нормы по контролю HC, CO и NOx находились без изменений в течение некоторого времени. Только недавно была предложена техническая норма по так называемым парниковым газам, в частности, CO₂. CO₂ имеет непосредственное отношение к экономии топлива и коэффициенту полезного действия двигателя, и не требует никаких дополнительных устройств очистки выбросов. Техническая норма по N₂O, еще одному предполагаемому парниковому газу, которая была предложена недавно, представляет новые проблемы.

Авторы в материалах настоящего описания выявили, что N₂O наиболее вероятно должен создаваться в низкотемпературных системах доочистки выхлопных газов дизельных двигателей и, в частности, дизельных двигателей гибридного привода. В таких системах доочистки, окислительный каталитический нейтрализатор (или DOC) расположен в выпуске двигателя, чтобы окислять HC и CO на каталитической поверхности, типично содержащей в себе благородные металлы, такие как платина и палладий. Основанный на избирательном восстановлении металлический каталитический нейтрализатор (или SCR), расположен ниже по потоку от DOC и присоединен к системе впрыска аммиака, использует основанный на аммиаке восстановитель в качестве водного раствора мочевины, который впрыскивается в определенных условиях работы двигателя, чтобы химически восстанавливать NOx аммиаком.

В частности, авторы выявили, что HC от двигателя могут реагировать с NOx в DOC, чтобы вырабатывать N₂O, когда DOC является работающим в температурном интервале, достаточно высоком, чтобы происходила реакция, но достаточно низком, чтобы окислялся не весь HC. Если дизельное топливо используется для подогрева DOC, то даже больше N₂O вырабатывалось бы дополнительным HC. Еще одна реакция N₂O может происходить в SCR посредством реагирования аммиака с NOx.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для преодоления вышеуказанных проблем авторы предложили способ снижения токсичности выхлопных газов двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием или платиной, или с обоими;

определяют формирование N₂O из указанного каталитического нейтрализатора по одному или более из температуры каталитического нейтрализатора, отношения HC к NOx или отношения NO₂ к NOx в указанных выхлопных газах двигателя; и

уменьшают указанное формирование N₂O, когда указанный каталитический нейтрализатор работает в температурном диапазоне, связанном с формированием N₂O.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное уменьшение формирования N₂O включает в себя этап, на котором нагревают указанный каталитический нейтрализатор от внешнего источника для уменьшения указанного формирования N₂O.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное нагревание указанного каталитического нейтрализатора включает в себя этапы, на которых электрически нагревают указанный каталитический нейтрализатор и заканчивают указанное нагревание, когда указанная температура каталитического нейтрализатора поднимается выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанный окислительный каталитический нейтрализатор дополнительно содержит кордиеритовую подложку, металлическую подложку или цеолитовую подложку.

В одном из вариантов предложен способ, в котором двигатель представляет собой дизельный двигатель.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное уменьшение формирования N₂O включает в себя этап, на котором повышают действующую степень сжатия двигателя для уменьшения формирования HC двигателем, когда указанное определенное формирование N₂O превышает заданное значение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное повышение степени сжатия двигателя включает в себя по меньшей мере один из этапов, на которых изменяют установку фаз распределения впускных клапанов двигателя, повышают давление воздуха, нагнетаемого в двигатель, или уменьшают объем камер сгорания двигателя.

В одном из дополнительных аспектов предложен способ снижения токсичности выхлопных газов для дизельного двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием или платиной, или с обоими;

направляют выхлопные газы от указанного окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением;

добавляют аммиак в указанный каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx;

определяют формирование N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора по температуре указанного каталитического нейтрализатора, HC и NOx, а также NO₂ в указанных выхлопных газах двигателя;

определяют N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, указанному определенному формированию N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора и указанному аммиаку; и

нагревают указанный окислительный каталитический нейтрализатор от внешнего источника для понижения указанного N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и указанный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанный определенный N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора определяют по температуре указанного окислительного каталитического нейтрализатора и отношению HC к NOx, а также отношению NO₂ к NOx в указанных выхлопных газах.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанный внешний источник тепла содержит электронагреватель.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанный внешний источник тепла содержит тепловой насос.

В одном из вариантов предложен способ, в котором сгорание в двигателе модифицируют, когда указанное определенное формирование N₂O превышает заданное значение, для уменьшения формирования NOx.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная модификация двигателя включает в себя этап, на котором увеличивают рециркуляцию указанных выхлопных газов в камеры сгорания двигателя для понижения температур сгорания и уменьшения формирования NOx.

В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ снижения токсичности выхлопных газов для дизельного двигателя в транспортном средстве с гибридным приводом, приводимом в движение дизельным двигателем или электродвигателем, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием или платиной, или с обоими;

направляют выхлопные газы от указанного окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением;

добавляют аммиак в указанный каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx;

определяют формирование N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора по температуре указанного каталитического нейтрализатора, отношению HC к NOx и NO₂ в указанных выхлопных газах двигателя;

определяют N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, указанному определенному формированию N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора, NOx из дизельного двигателя и указанному аммиаку;

нагревают указанный окислительный каталитический нейтрализатор электронагревателем для уменьшения указанного формирования N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину; и

прекращают указанное электрическое нагревание, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора превышает указанный заданный диапазон.

В одном из вариантов предложен способ, в котором мощность на выходе дизельного двигателя снижается, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением находится выше заданного значения.

В одном из вариантов предложен способ, в котором электродвигатель управляется, чтобы по существу обеспечивать указанное снижение мощности от дизельного двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором часть дизельного топлива, подаваемого в двигатель, сокращают, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением находится выше заданного значения, и второе топливо, имеющее меньшее содержание углерода, чем дизельное топливо, добавляют в дизельный двигатель для компенсации потери мощности, которая происходила бы иначе у дизельного двигателя вследствие указанного сокращения дизельного топлива.

В одном из вариантов предложен способ, в котором сгорание в дизельном двигателе модифицируют, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданное значение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная модификация сгорания включает в себя этап, на котором усиливают рециркуляцию указанных выхлопных газов в камеры сгорания дизельного двигателя для понижения температур сгорания и уменьшения формирования NOx.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых оценивают CO₂, вырабатываемый из дизельного двигателя и прибавляют кратное число указанного определенного N₂O указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением к указанной оценке CO₂.

Таким образом, в одном из конкретных аспектов изобретения, авторы приняли меры в ответ на формирование N₂O способом, в котором выхлопные газы от двигателя направляют через окислительный каталитический нейтрализатор, который включает в себя покрытие с палладием или платиной, или с обоими. Формирование N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора определяется по одному или более из температуры каталитического нейтрализатора, отношения HC к NOx или отношения NO₂ к NOx в выхлопных газах двигателя; и уменьшение формирования N₂O, когда каталитический нейтрализатор является работающим в температурном интервале, связанном с формированием N₂O. В дополнительном аспекте, формирование N₂O уменьшается посредством нагревания каталитического нейтрализатора от внешнего источника. Таким образом, достигается технический результат, и каталитический нейтрализатор предпочтительно нагревается электронагревателем, и нагревание заканчивается, когда температура каталитического нейтрализатора поднимается выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O.

В кроме того дополнительном аспекте, уменьшение формирования N₂O содержит повышение действующей степени сжатия двигателя для уменьшения формирования HC двигателем, когда определенное формирование N₂O превышает заданное значение. Повышение степени сжатия двигателя содержит по меньшей мере одно из следующего: изменения установки фаз распределения впускных клапанов двигателя, повышения давления воздуха, нагнетаемого в двигатель, или уменьшения объема камер сгорания двигателя.

В еще одном аспекте изобретения, способ включает в себя направление выхлопных газов от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, который включает в себя покрытие с палладием или платиной, или с обоими; направление выхлопных газов из окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением; добавление аммиака в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx; логическое определение формирования N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора по температуре окислительного каталитического нейтрализатора, HC и NOx, а также NO₂ в выхлопных газах двигателя; логическое определение N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, определенному формированию N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора и аммиаку; и нагревание окислительного каталитического нейтрализатора от внешнего источника для понижения N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, когда температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину. Предпочтительно, определенный N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора определяется по температуре окислительного каталитического нейтрализатора и отношению HC к NOx, а также отношению NO₂ к NOx в выхлопных газах.

В кроме того еще одном аспекте, изобретение применяется к дизельному двигателю гибридного привода. В этом аспекте, осуществляемый на практике способ содержит: направление выхлопных газов от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, который включает в себя покрытие с палладием или платиной, или с обоими; направление выхлопных газов из окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением; добавление аммиака в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx; логическое определение формирования N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора по температуре каталитического нейтрализатора, отношению HC к NOx и NO₂ в выхлопных газах двигателя; логическое определение N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, определенному формированию N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора, NOx из дизельного двигателя и аммиаку; нагревание окислительного каталитического нейтрализатора электронагревателем для уменьшения формирования N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора, когда температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и определенный N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину; и прекращение электрического нагревания, когда температура окислительного каталитического нейтрализатора превышает заданный диапазон.

В еще одном аспекте, мощность на выходе дизельного двигателя снижается, когда определенный N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением находится выше заданного значения. Кроме того, электродвигатель управляется, чтобы выдавать мощность, зависящую от понижения мощности от дизельного двигателя.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами. Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Преимущества, описанные в материалах настоящего описания, будут полнее понятны по прочтению примера варианта осуществления, указанного в материалах настоящего описания как описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, когда воспринимаются по отдельности или со ссылкой на чертежи, где:

фиг. 1 иллюстрирует примерную гибридную силовую установку транспортного средства;

фиг. 2 показывает схематичное изображение системы двигателя;

фиг. 3 показывает примерную систему снижения токсичности выхлопных газов согласно настоящему раскрытию;

фиг. 4 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа независимого контроля N₂O за окислительным каталитическим нейтрализатором и уменьшения формирования N₂O из него;

фиг. 5 - примерная блок-схема последовательности операций способа нагрева окислительного каталитического нейтрализатора, чтобы уменьшать формирование N₂O в нем;

фиг. 6 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа регулировки одного или более режимов работы двигателя для снижения формирования N₂O в системе выпуска;

фиг. 7 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерную модификацию режимов работы двигателя в ответ на состояние двигателя;

фиг. 8 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа снижения выбросов N₂O на основании формирования N₂O относительно регулируемого верхнего предела;

фиг. 9 дополнительно показывает примерный график, иллюстрирующий заданный диапазон, в котором одна или более модификаций двигателя производятся для снижения формирования N₂O относительно регулируемого верхнего предела; и

фиг. 10 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа управления ухудшением по углероду во время работы транспортного средства на основании определенных выбросов N₂O из него.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы выявили, что N₂O наиболее вероятно должен создаваться в низкотемпературных системах доочистки выхлопных газов дизельных двигателей и, в частности, дизельных двигателей гибридного привода. По существу, для простоты, в материалах настоящего описания описаны способы сдерживания формирования N₂O в примерном дизельном двигателе гибридного привода. В частности, фиг. 1 и 2 соответственно иллюстрируют примерную гибридную силовую установку транспортного средства и схематичное изображение двигателя. Затем, фиг. 3 показывает примерную систему снижения токсичности выхлопных газов согласно настоящему раскрытию. Со ссылкой на управление системой очистки выбросов, фиг. 4 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа независимого контроля N₂O за окислительным каталитическим нейтрализатором и снижения формирования N₂O из него наряду с тем, что примерные блок-схемы последовательности операций способа по фиг. 5-7 иллюстрируют различные способы регулировки одного или более режимов работы двигателя, чтобы снижать выбросы N₂O в системе выпуска. Так как N₂O является регулируемым парниковым газом, фиг. 8-10 включены в состав для иллюстрации примерных способов снижения выбросов N₂O на основании регулируемого верхнего предела, чтобы предотвращать ухудшение по углероду.

С обращением к дизельному двигателю гибридного привода, фиг. 1 иллюстрирует примерную силовую установку 100 транспортного средства. Силовая установка 100 транспортного средства включает в себя сжигающий топливо двигатель 110 и электродвигатель 120. В качестве неограничивающего примера, двигатель 110 содержит двигатель внутреннего сгорания, а электродвигатель 120 содержит электрический двигатель. Электродвигатель 120 может быть выполнен с возможностью использовать или потреблять иные источники энергии, чем двигатель 110. Например, двигатель 110 может потреблять дизельное топливо (например, изооктан), чтобы вырабатывать выходную мощность двигателя, наряду с тем, что электродвигатель 120 может потреблять электрическую энергию, чтобы вырабатывать выходную мощность электродвигателя. По существу, транспортное средство с силовой установкой 100 может указываться ссылкой как транспортное средство с гибридным электрическим приводом (HEV).

Силовая установка 100 транспортного средства может использовать многообразие разных рабочих режимов в зависимости от условий работы, встречаемых силовой установкой транспортного средства. Некоторые из этих режимов могут давать двигателю 110 возможность поддерживаться в отключенном состоянии (например, устанавливаться в выведенное из работы состояние), где прекращается сгорание топлива в двигателе. Например, в выбранных условиях работы, электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство посредством ведущего колеса 122, как указано стрелкой 124, в то время как двигатель 110 выведен из работы.

Во время других условий работы, двигатель 110 может устанавливаться в выведенное из работы состояние (как описано выше) наряду с тем, что электродвигатель 120 может приводиться в действие для зарядки устройства 150 накопления энергии, такого как аккумуляторная батарея. Например, электродвигатель 120 может принимать крутящий момент на колесе с ведущего колеса 122, как указано стрелкой 124, где электродвигатель может преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства в электрическую энергию для накопления в устройстве 150 аккумулирования энергии, как указано стрелкой 126. Эта операция может указываться ссылкой как рекуперативное торможение транспортного средства. Таким образом, электродвигатель 120 может обеспечивать функцию генератора в некоторых вариантах осуществления. Однако, в других вариантах осуществления, генератор 160, взамен, может принимать крутящий момент на колесе с ведущего колеса 122, где генератор может преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства в электрическую энергию для накопления в устройстве 150 накопления энергии, как указано стрелкой 162.

Во время кроме того других условий, двигатель 110 может приводиться в действие посредством сжигания топлива, принимаемого из топливной системы 140, как указано стрелкой 142. Например, двигатель 110 может приводиться в действие, чтобы приводить в движение транспортное средство посредством ведущего колеса 122, как указано стрелкой 112, в то время как электродвигатель 120 выведен из работы. Во время других условий работы, как двигатель 110, так и электродвигатель 120, каждый может эксплуатироваться для приведения в движение транспортного средства посредством ведущего колеса 122, как указано стрелками 112 и 124, соответственно. Конфигурация, где оба, двигатель и электродвигатель, могут избирательно приводить в движение транспортное средство, может указываться ссылкой как силовая установка транспортного средства параллельного типа. Отметим, что, в некоторых вариантах осуществления, электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство через первый набор ведущих колес, а двигатель 110 может приводить в движение транспортное средство через второй набор ведущих колес.

В других вариантах осуществления, силовая установка 100 транспортного средства может быть выполнена в виде силовой установки транспортного средства последовательного типа, в силу чего, двигатель не приводит в движение ведущие колеса непосредственно. Скорее, двигатель 110 может эксплуатироваться для питания электродвигателя 120, который, в свою очередь, может приводить в движение транспортное средство через ведущее колесо 122, как указано стрелкой 124. Например, во время выбранных условий работы, двигатель 110 может приводить в действие генератор 160, который, в свою очередь, подает электрическую энергию на одно или более от электродвигателя 120, как указано стрелкой 114, или устройство 150 накопления энергии, как указано стрелкой 162. В качестве еще одного примера, двигатель 110 может эксплуатироваться для приведения в движение электродвигателя 120, который, в свою очередь, обеспечивает функцию генератора, чтобы преобразовывать выходную мощность двигателя в электрическую энергию, где электрическая энергия может накапливаться в устройстве 150 накопления энергии для более позднего использования электродвигателем.

Как будет описано со ссылкой на поток обработки по фиг. 6 и 7, силовая установка транспортного средства может быть выполнена с возможностью переключаться между двумя или более рабочими режимами, описанными выше, в зависимости от условий работы.

Топливная система 140 может включать в себя один или более баков 144 хранения топлива для хранения топлива на борту транспортного средства. Например, топливный бак 144 может хранить одно или более жидких видов топлива, в том числе, но не в качестве ограничения: бензин, дизельное топливо и спиртовое топливо. В некоторых вариантах осуществления, топливо может храниться на борту транспортного средства в качестве смеси двух или более разных видов топлива. Например, топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью хранить смесь бензина и этилового спирта (например, E10, E85, и т.д.) или смесь бензина и метилового спирта (например, M10, M85, и т.д.), в силу чего, эти виды топлива или топливные смеси могут подаваться в двигатель 110, как указано стрелкой 142. Кроме того, другие пригодные виды топлива и топливные смеси могут подаваться в двигатель 110, где они могут сжигаться в двигателе для выработки выходной мощности двигателя. Выходная мощность двигателя может использоваться для приведения в движение транспортного средства, как указано стрелкой 112, или для подзарядки устройства 150 накопления энергии через электродвигатель 120 или генератор 160.

В некоторых вариантах осуществления, устройство 150 накопления энергии может быть выполнено с возможностью накапливать электрическую энергию, которая может подаваться на другие электрические нагрузки, находящиеся на борту транспортного средства (иные, чем электродвигатель), в том числе, системы отопления и кондиционирования воздуха в кабине, запуска двигателя, фары, аудио и видеосистемы кабины. В качестве неограничивающего примера, устройство 150 накопления энергии может включать в себя одну или более аккумуляторных батарей и/или конденсаторов.

Система 180 управления может поддерживать связь с одним или более от двигателя 110, электродвигателя 120, топливной системы 140, устройства 150 накопления энергии и генератора 160. Как описано в материалах настоящего описания, система 180 управления может принимать сенсорную информацию обратной связи с одного или более от двигателя 110, электродвигателя 120, топливной системы 140, устройства 150 накопления энергии и генератора 160. Кроме того, система 180 управления может отправлять сигналы управления в одно или более от двигателя 110, электродвигателя 120, топливной системы 140, устройства 150 накопления энергии и генератора 160 в ответ на эту сенсорную обратную связь. Система 180 управления может принимать запрошенную водителем выходную мощность силовой установки транспортного средства от водителя 132 транспортного средства. Например, система 180 управления может принимать сенсорную обратную связь с датчика 134 положения педали, который поддерживает связь с устройством 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Педаль 130 может схематично указывать ссылкой на педаль акселератора и/или тормозную педаль.

Устройство 150 накопления энергии может периодически принимать электрическую энергию из источника 152 электропитания, находящегося вне транспортного средства (например, не части транспортного средства), как указано стрелкой 156. В качестве неограничивающего примера, силовая установка 100 транспортного средства может быть выполнена в виде подключаемого к бытовой сети транспортного средства с гибридным электрическим приводом (HEV), в силу чего, электрическая энергия может подаваться в устройство 150 накопления энергии из источника 152 электропитания через электрический кабель 154 передачи энергии. Во время операции подзарядки устройства 150 накопления энергии из источника 152 электропитания, электрический кабель 154 передачи может электрически соединять устройство 150 накопления энергии и источник 152 электропитания. В то время как силовая установка транспортного средства приводится в действие, чтобы приводить в движение транспортное средство, электрический кабель 154 передачи может быть разъединен между источником 152 электропитания и устройством 150 накопления энергии. Система 180 управления может идентифицировать и/или управлять количеством электрической энергии, накопленной в устройстве накопления энергии, которое может указываться ссылкой как состояние заряда.

В других вариантах осуществления, электрический кабель 154 передачи может быть опущен, где электрическая энергия может приниматься беспроводным образом в устройстве 150 накопления энергии из источника 152 электропитания. Например, устройство 150 накопления энергии может принимать электрическую энергию из источника 152 электропитания посредством одного или более из электромагнитной индукции, радиоволн и электромагнитного резонанса. По существу, следует принимать во внимание, что любой пригодный подход может использоваться для подзарядки устройства 150 накопления энергии от источника электропитания, который не составляет часть транспортного средства. Таким образом, электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство посредством использования источника энергии, иного чем топливо, используемое двигателем 110.

Топливная система 140 может периодически принимать топливо из источника топлива, находящегося вне транспортного средства. В качестве неограничивающего примера, силовая установка 100 транспортного средства может дозаправляться посредством приема топлива через устройство 170 налива топлива, как указано стрелкой 172. В некоторых вариантах осуществления, топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью хранить топливо, принятое из устройства 170 налива топлива, до тех пор, пока оно не подается в двигатель 110 для сгорания.

Это подключаемое к бытовой сети транспортное средство с гибридным электрическим приводом, как описано со ссылкой на силовую установку 100 транспортного средства, может быть выполнено с возможностью использовать вспомогательную форму энергии (например, электрическую энергию), которая периодически принимается из источника энергии, который, в в других отношениях, не является частью транспортного средства.

Силовая установка 100 транспортного средства также может включать в себя дисплей 190 сообщений системы диагностики, датчик 192 температуры/влажности окружающей среды и датчика контроля поперечной устойчивости, такого как датчик(и) 194 поперечной и/или продольной скорости, и/или скорости рыскания. Дисплей сообщений системы диагностики может включать в себя световой индикатор(ы) и/или текстовое устройство отображения, на котором сообщения отображаются для водителя, такие как сообщения, запрашивающие ввод оператора для запуска двигателя. Дисплей сообщений системы диагностики также может включать в себя различные части ввода для приема водительского ввода, такие как кнопки, сенсорные экраны, устройство речевого ввода/распознавания речи. В альтернативном варианте осуществления, дисплей сообщений системы диагностики может передавать звуковые сообщения водителю без отображения.

Фиг. 2 - схематичное изображение, показывающее один цилиндр многоцилиндрового двигателя 110, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 110 может по меньшей мере частично управляться системой 180 управления (также указываемой ссылкой как контроллер) и входным сигналом от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. Камера 230 (например, цилиндр) сгорания двигателя 110 может включать в себя стенки 232 камеры сгорания с поршнем 236, расположенными в них. В некоторых вариантах осуществления, поверхность поршня 236 внутри цилиндра 230 может иметь выемку. Поршень 236 может быть присоединен к коленчатому валу 240, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 240 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 240 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 110.

Камера 230 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 244 через впускной канал 242 и может выпускать газообразные продукты сгорания выхлопных газов через выпускной канал 248. Впускной коллектор 244 и выпускной канал 248 могут избирательно сообщаться с камерой 230 сгорания через соответствующие впускной клапан 252 и выпускной клапан 254. В некоторых вариантах осуществления, камера 230 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

Впускной клапан 252 может управляться контроллером 180 посредством электрического привода 251 клапана (EVA). Подобным образом, выпускной клапан 254 может управляться контроллером 180 посредством EVA 253. Во время некоторых условий, контроллер 180 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 251 и 253, для управления открыванием и закрыванием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 252 и выпускного клапана 254 может определяться датчиками 255 и 257 положения клапана, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие одним или более кулачков и могут использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемых фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемых фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL) для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 230, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 266 показана присоединенной непосредственно к камере 230 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее. Впрыск топлива может происходить посредством системы с общей направляющей-распределителем для топлива. Топливо может подаваться в топливную форсунку 266 топливной системой высокого давления (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 230 по выбору может включать в себя свечу зажигания, которая может приводиться в действие системой зажигания. Топливная форсунка 266 может быть предусмотрена в цилиндре для подачи топлива непосредственно в него. Однако, в других вариантах осуществления, топливная форсунка может быть расположена в пределах впускного коллектора 244 выше по потоку от впускного клапана 252. Топливная форсунка 266 может приводиться в действие формирователем 268.

Впускной канал 242 может включать в себя дроссель 290, имеющий дроссельную заслонку 292. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 292 может регулироваться контроллером 180 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 290, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронное управление дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 290 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 230 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 292 может выдаваться в контроллер 180 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 242 может включать в себя датчик 220 массового расхода воздуха и датчик 222 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответствующих сигналов MAF и MAP в контроллер 180.

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять требуемую порцию выхлопных газов из выпускного канала 248 во впускной канал 244 через канал 260 EGR. Величина EGR, выдаваемой во впускной канал 244, может регулироваться контроллером 180 посредством клапана 261 EGR. Кроме того, датчик 263 EGR может быть расположен внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации выхлопных газов. В качестве альтернативы, EGR может управляться посредством расчетного значения, основанного на сигналах с датчика MAF (выше по потоку), MAP (впускного коллектора), MAT (температуры газа в коллекторе) и датчика скорости вращения коленчатого вала. Кроме того, EGR может управляться на основании датчика O₂ выхлопных газов и/или кислородного датчика на впуске (впускного коллектора). В некоторых условиях, система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры сгорания. Несмотря на то, что фиг. 2 показывает систему EGR высокого давления, в качестве альтернативы, система EGR низкого давления может использоваться в тех случаях, когда EGR направляется из ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.

По существу, двигатель 110 дополнительно может содержать компрессорное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 262, расположенный вдоль впускного коллектора. Что касается турбонагнетателя, компрессор 262 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 264, (например, через вал), расположенной на протяжении выпускного канала 248. Что касается нагнетателя, компрессор 262 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина сжатия, обеспечиваемого для одного или более цилиндров двигателя посредством турбонагнетателя или нагнетателя, может регулироваться контроллером 180.

Датчик 226 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 248 выше по потоку от системы 270 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 226 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик NO_x, HC и/или CO.

Система 270 снижения токсичности выхлопных газов показано расположенным вдоль выпускного канала 248 ниже по потоку от датчика 226 выхлопных газов. Система 270 может включать в себя дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 272 (DOC), систему избирательного каталитического восстановления (SCR), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. Например, как подробнее писано ниже, система 270 очистки выбросов может быть системой DOC, которая включает в себя каталитический нейтрализатор 274 SCR и дизельный сажевый фильтр 276 (DPF). В некоторых вариантах осуществления, DPF 276 может быть расположен ниже по потоку от каталитических нейтрализаторов (как показано на фиг. 2 и 3) наряду с тем, что, в других вариантах осуществления, DPF 276 может быть расположен выше по потоку от одного или более из DOC и каталитического нейтрализатора SCR (не показан). Система 270 снижения токсичности выхлопных газов дополнительно может включать в себя датчик 280 выхлопных газов. Датчик 280 может быть любым пригодным датчиком для выдачи указания концентрации составляющих выхлопных газов, например, таким как датчик NO_x, NH₃ или EGO. В дополнение, датчик 280 может быть датчиком температуры или давления в некоторых случаях. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 110, устройство 270 снижения токсичности выхлопных газов может периодически восстанавливаться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливно-воздушного соотношения.

Контроллер 180 показан на фиг. 2 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 202, порты 204 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 208, энергонезависимую память 210 и шину данных. Контроллер 180 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 110, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 220 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 212 температуры, присоединенного к патрубку 214 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 218 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 240; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 222. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 180 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленной скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 218, который также используется в качестве датчика скорости вращения двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Постоянное запоминающее устройство 206 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 202 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.

Как описано выше, фиг. 2 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т.д.

Далее, с обращением к системе выпуска согласно настоящему раскрытию, фиг. 3 показывает систему 270 снижения токсичности выхлопных газов подробнее. Как описано выше, система 270 снижения токсичности выхлопных газов расположена вдоль выпускного канала 248 ниже по потоку от датчика 226 выхлопных газов. Кроме того, система 270 снижения токсичности выхлопных газов включает в себя DOC 272, SCR 274, и DPF 276 в дополнение к датчику 280 выхлопных газов. Для простоты, одна из компоновок компонентов системы выпуска показана в материалах настоящего описания; однако, возможны другие компоновки. Например, в еще одном варианте осуществления, DPF 276 может быть расположен выше по потоку от SCR 274 вместо ниже по потоку, как показано. В кроме того еще одном варианте осуществления, SCR 274 может быть расположен выше по потоку от DOC 272, который может быть расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, но выше по потоку от DPF 276, и т.д.

Стрелки, показанные вдоль выпускного канала 248, указывают направление потока воздуха через систему 270 снижения токсичности выхлопных газов. Вкратце, поток воздуха изначально поступает в DOC 272, который включает в себя нагреватель 302 DOC для электрического нагрева каталитического нейтрализатора DOC. Как подробнее описано ниже, система 180 управления может регулировать ток, подаваемый в нагреватель 302 DOC, чтобы регулировать количество тепла, подаваемого в DOC 272, а потому, температуру каталитического нейтрализатора DOC. Например, это может делаться для того, чтобы повышать температуру окислительного каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с выработкой N₂O. Один из потенциальных источников N₂O в системе выпуска является результатом реакции углеводородов (HC) и NOx внутри DOC 272 во время розжига HC. Поэтому, в ответ на обнаружение высокого уровня HC и/или NOx выше по потоку от DOC 272, система 180 управления может повышать ток, подаваемый в нагреватель 302 DOC, в определенных условиях работы, чтобы повышать температуру каталитического нейтрализатора из температурного диапазона, связанного с формированием N₂O, который также указывается ссылкой как интервал формирования N₂O. Эти принудительные действия могут предприниматься, чтобы уменьшать количество N₂O, вырабатываемого в системе выпуска, поскольку N₂O крайне устойчив в атмосфере, как только сформирован. Например, N₂O, который является парниковым газом, имеет оцененное время жизни в атмосфере 114 лет. Потенциал N₂O в глобальном потеплении также был оценен в качестве приблизительно в 298 раз большего, чем у CO₂ на основе массы. Поэтому, уменьшение количества N₂O выпускаемых а атмосферу вызывает особый интерес.

Что касается интервала формирования N₂O, оптимальная температура для нейтрализации N₂O внутри окислительного каталитического нейтрализатора зависит от количества платины и палладия, присутствующих в каталитическом нейтрализаторе. Например, окислительный каталитический нейтрализатор может включать в себя покрытие палладия или платины, либо обоих. Специальный состав, в таком случае, предоставляет возможность для регулируемого окна формирования N₂O, основанного на составе каталитического нейтрализатора. В качестве одного из примеров, когда количество платины в окислительном каталитическом нейтрализаторе уменьшено относительно количества присутствующего палладия, интервал формирования N₂O смещается в более высокий температурный диапазон. По существу, когда большее количество палладия присутствует в каталитическом нейтрализаторе, каталитический нейтрализатор может нагреваться до более высоких температур, чтобы перемещать окислительный каталитический нейтрализатор из температурного диапазона, связанного с формированием N₂O. Наоборот, если присутствует меньшее количество палладия относительно количества платины в окислительном каталитическом нейтрализаторе, интервал формирования N₂O может находиться в более низком температурном диапазоне. Таким образом, способы, описанные в материалах настоящего описания, могут включать в себя регулировку интервала формирования N₂O на основании состава каталитического нейтрализатора. В дополнение, окислительный каталитический нейтрализатор, в качестве альтернативы, может быть снабжен покрытием на кордиеритовой подложке наряду с металлической или цеолитовой подложкой. Металлическая подложка предоставляет возможность, чтобы каталитический нейтрализатор нагревался электрически, поскольку металлы являются хорошими проводниками тепла. Цеолитовые подложки могут быть добавлены, чтобы помогать снижению токсичности выбросов HC при холодном запуске посредством поглощения HC на низких температурах, а затем, освобождения HC после достижения интервала активности для окисления.

В качестве одного из примеров, авторы изучили действие типа благородного металла и нагрузки в DOC. В одной из серий экспериментов, температура пиковой выработки N₂O падала до сжатой полосы в диапазоне около 200-225°C, который соответствовал температурному интервалу сгорания HC. В таком случае, высоко нагруженный образец Pt имел наивысшую выработку N₂O на пике 20% совокупных подаваемых газов NOx. Комбинации Pt и Pd имели диапазон N₂O от 7% до 15% наряду с тем, что образец только с Pd имел низший уровень с пиком на этапе 5% совокупных подаваемых газов NOx. Наблюдаемая тенденция приблизительно придерживалась порядка активности окисления NO каждого катализатора, так как известно, что Pt должна создавать NO₂, в то время как Pd не настолько же способен по сравнению с Pt. В дополнение, температурный интервал для формирования N₂O посредством HC + NOx находился между 150 и 350°C, типичном диапазоне для начала каталитического окисления HC и диапазоне, испытываемом во время циклов вождения, используемых для сертификации выбросов транспортных средств по ходовой части. Что касается каталитических нейтрализаторов на Pt, заметная одинаковость наблюдалась, когда пропен использовался в качестве восстановителя. Как только пропен достигал полного окисления, восстановление NOx и формирование N₂O уменьшались вследствие недостатка восстановителя до тех пор, пока единственной реакцией NOx не являлось окисление NO. В то время как пропен частично окислялся во время розжига, было полезно уменьшать часть Pt и содействовать поглощению NO, который затем мог бы диссоциировать на N₂ и O₂. N₂O затем формировался, когда N₂ взаимодействовал с еще одной молекулой поглощенного NO, что было отмечено в качестве потенциальной проблемы в каталитических нейтрализаторах на Pt.

В качестве еще одного примера, авторы изучили формирование N₂O на основании изменений отношения HC/NOx в пульсирующих подаваемых газов с использованием низко загруженного, богатого Pd (1 часть Pt к 4 частям Pd) образца DOC. В транспортном средстве, отношения HC/NOx могут повышаться в определенные моменты времени, такие как во время стратегий активного нагревания для быстрого прогрева системы каталитического нейтрализатора в течение холодного запуска и регенерации фильтра. В экспериментах, отношение HC/NOx на входе снижалось до 2:1, что давало в результате падение пикового N₂O до значения около 6%, и повышалось в три раза до 18:1 для пика N₂O в 9%. Отношение 18:1 приблизительно представляло собой отношения HC/NOx при холодном запуске, когда применялись стратегии быстрого нагревания каталитического нейтрализатора или регенерации фильтра, использующие избыточный впрыск топлива. Наблюдалось, что температура пикового значения N₂O смещалась с 225°C вниз до 200°C от низшего до высшего отношения HC/NOx.

В качестве еще одного примера, авторы изучили действие цеолита в составе DOC на формирование N₂O. Цеолиты добавляются, чтобы помогать снижению токсичности HC при холодном запуске посредством поглощения HC на низких температурах, а затем освобождения HC после достижения интервала активности для окисления. Три содержащих цеолит образца испытывались с меняющимися уровнями благородных металлов, например, только с Pt (1 часть Pt к 0 частей Pd), богатого Pt (2 части Pt к 1 части Pd), и богатого Pd (1 часть Pt к 4 частям Pd). В одной из серий экспериментов, температура линейно повышалась от низкого уровня до высокого уровня, чтобы обеспечивать насыщение HC внутри окислительного каталитического нейтрализатора, как могло бы происходить при зажигании у транспортного средства. Результаты показали, что образец только с Pt вырабатывал самое высокое количество N₂O, сопровождаемый богатым Pt образцом, и самый низкий N₂O вырабатывался из богатого Pd образца. Более того, наблюдалось смещение пика с более высокой температуры на более низкую температуру, как описано выше в отношении исследований отношения подаваемых газов HC/NOx, однако, добавление цеолита давало смещение на еще более низкие температуры 150°C с пиковым значением N₂O в 25% подаваемых газов NOx.

Химические реакции, происходящие внутри системы дизельного каталитического нейтрализатора, главным образом, являются окислительными и восстановительными реакциями. По этой причине, когда один или более каталитических нейтрализаторов присутствуют в дизельной системе выпуска, функции каждого каталитического нейтрализатора каскадируются, чтобы улучшать общие рабочие характеристики системы. В силу этого, дизельная система выпуска предназначена для работы в среде высокого содержания кислорода, где не работают трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. Например, DOC 272 может окислять HC и оксид углерода (CO) согласно реакциям 1 и 2, приведенным ниже. DOC 272 также может обеспечивать экзотерму для регенерации фильтра, когда повышаются уровни HC на выходе двигателя. Кроме того, окисление оксида азота (NO) в двуокись азота (NO₂) также может происходить в DOC 272 посредством реакции 3. По этой причине, каталитический нейтрализатор 274 SCR включен в состав ниже по потоку от DOC 272 для избирательного восстановления NO и NO₂ аммиаком согласно реакциям 5-7. DPF 276 включен в состав для окисления углеродистой сажи, а также пропущенных HC из каталитических нейтрализаторов, расположенных выше по потоку, посредством реакции 11. В общем и целом, система снижения токсичности выхлопных газов может предотвращать попадание HC, CO, NOx и сажи в атмосферу при согласующихся обедненных режимах работы двигателя. Хотя система в материалах настоящего описания включает в себя три каталитических нейтрализатора, в некоторых вариантах осуществления, различные комбинации каталитических нейтрализаторов могут присутствовать в комбинации с электрически нагреваемым дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором. Система, описанная в материалах настоящего описания, включает в себя все три каталитических нейтрализатора для простоты.

Потенциальными источниками N₂O в пределах системы выпуска являются: реакция HC и NOx внутри DOC 272 во время розжига HC (реакция 4), побочные реакции аммиака, NOx и кислорода в SCR 274 (реакции 8-10), и окисление пропущенного аммиака в DPF 276 (реакция 12). Поэтому, описанные система и способы могут дополнительно уменьшать количество N₂O, сформированных внутри системы выпуска, посредством регулировки одного или более режимов работы двигателя на основании определенного формирования N₂O в нем. Например, в ответ на высокое формирование N₂O внутри DOC 272, каталитический нейтрализатор может электрически нагреваться, чтобы смещать каталитический нейтрализатор из интервала формирования N₂O. В качестве альтернативы или дополнительно, один или более режимов работы двигателя могут выполняться (например, посредством повышения степени сжатия двигателя) для уменьшения количества N₂O, сформированного в системе выпуска.

Реакции внутри DOC:

[1] HC+O₂->CO₂, H₂O

[2] 2CO+O₂->2CO₂

[3] 2NO+O₂->2NO₂

[4] HC+NOx->N₂O, H₂O, CO₂

Реакции внутри системы SCR:

[5] 4NH₃+4NO+O₂->4N₂, 6H₂O

[6] 8NH₃+6NO₂->7N₂, 12H₂O

[7] 2NH₃+NO+NO₂->2N₂, 3H₂O

[8] NH₄NO₃->N₂O, 2H₂O

[9] 2NH₃+2NO₂->N₂O, N₂, 3H₂O

[10] 2NH₃+2O₂->N₂O, 3H₂O

Реакции внутри катализированного фильтра:

[11] C (сажа), HC+O₂->CO₂, H₂O

[12] 2NH₃+2O₂->N₂O, 3H₂O

Возвращаясь к системе 270 снижения токсичности выхлопных газов, показанной на фиг. 3, как только поток воздуха с выхлопными газами выходит из DOC 272, поток воздуха продолжается в направлении SCR 274. Как показано, дополнительно предусмотрена система впрыска восстановителя для впрыска жидкого восстановителя в каталитический нейтрализатор 274 SCR. Например, впрыскиваемым восстановителем может быть мочевина или аммиак. Система впрыска восстановителя включает в себя форсунку 310 для восстановителя, которая выполнена с возможностью впрыскивать жидкий восстановитель, такой как раствор мочевины, в проток выхлопных газов внутри выпускного канала 248. В настоящем варианте осуществления, форсунка 310 установлена под углом относительно выпускного канала 248. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, форсунка может быть параллельна или перпендикулярна выпускному каналу. Кроме того, форсунка может включать в себя оборудование впрыска посредством воздуха или гидравлического впрыска (не показано). Мочевина, впрыскиваемая в выпускной канал 248, может преобразовываться в аммиак в определенных условиях (например, в присутствии достаточного тепла), который может использоваться для восстановления NOx и/или накапливаться в каталитическом нейтрализаторе SCR.

Температуры выхлопных газов могут измеряться посредством одного или более датчиков температуры, расположенных в выпускном канале 248, таких как датчик 320 температуры выхлопных газов. В качестве альтернативы, температура выхлопных газов может определяться на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, топливно-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д. Хотя датчик 320 температуры выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 248, в некоторых вариантах осуществления, датчик температуры может быть присоединен непосредственно к одному или более из DOC 272 и SCR 274 для прямого измерения температуры каталитического нейтрализатора. Дополнительно показан выпускной канал 248, включающий в себя смесительное устройство 322 для усиления смешивания потока ниже по потоку от форсунки 310 для восстановителя. Однако, это не является ограничивающим, и система 270 снижения токсичности выхлопных газов также может быть сконфигурирована без смесительного устройства 322 в некоторых вариантах осуществления. Когда присутствует, смесительное устройство 322 может быть выполнено в виде круглого диска из пластинчатых секций в одном из неограничивающих примеров. Кроме того, конфигурация факела распыла, обеспечиваемая форсункой 310, может включать в себя любую пригодную конфигурацию для улучшения скорости испарения и смешивания восстановителя с выхлопными газами. Например, форсунка может выдавать факелы распыла, которые формируют слои, заполненные конусы, полые конусы, многочисленные конусы, и т.д. Смесительное устройство 322, форсунка 310 для восстановителя и датчик 320 температуры выхлопных газов могут поддерживать связь с системой 180 управления, которая дополнительно может управлять скорость, с которой вращается смесительное устройство 322, и/или подачу восстановителя посредством форсунки 310 (например, посредством регулировки временных характеристик и/или количества впрыскиваемого восстановителя).

Каталитический нейтрализатор 274 SCR, расположенный ниже по потоку от DOC 272, включен в состав, чтобы избирательно восстанавливать NO и NO₂ аммиаком согласно реакциям 5-7. Например, NOx, не удаленный посредством DOC 272, может реагировать с аммиаком в SCR 274. Кроме того, инертные химические продукты N₂ и H₂O могут быть результатом, которые выпускаются в атмосферу. Однако, как показано в материалах настоящего описания, химические реакции, происходящие в SCR 274, могут вырабатывать N₂O согласно реакциям 9 и 10. Поэтому, SCR 274 также может включать в себя интервал формирования N₂O таким же образом, как описано выше для DOC 272. По этой причине, SCR 274 может включать в себя нагреватель 304 SCR для электрического нагревания восстановительного каталитического нейтрализатора во время ездового цикла двигателя. DPF 276 расположен ниже по потоку от SCR 274 для окисления углеродистой сажи, а также пропущенных HC из расположенных выше по потоку каталитических нейтрализаторов. Датчик 280 выхлопных газов, расположенный на выходе системы выпуска (или в любой точке ниже по потоку от DPF 276) может быть любым пригодным датчиком для выдачи указания концентрации составляющих выхлопных газов, например, таким как датчик NO_x, NH₃ или EGO. В дополнение, датчик 280 может быть датчиком температуры и/или давления в некоторых случаях. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 110, система 270 снижения токсичности выхлопных газов может периодически восстанавливаться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливно-воздушного соотношения.

Если NO₂ поступает в систему SCR в нормальных условиях работы транспортного средства, выбросы N₂O могут формироваться посредством реакций 8 и 9. Авторы дополнительно исследовали эти реакции с использованием каталитического нейтрализатора на Cu/цеолите. В исследованиях, отношение NO₂/NOx на входе менялось от единицы до нуля ступенями по 0,25, и измерялось исчезновение NOx. Авторы обнаружили, что оптимальная нейтрализация NOx происходила при отношении 0,5, а наихудшая нейтрализация происходила, когда NOx по существу полностью являлись NO₂. Вообще, формирование N₂O реакциями SCR уменьшалось с уменьшением NO₂ в магистрали подаваемых газов. Кроме того, некоторое количество N₂O выявлялось даже только с NO в подаче, что указывало, что какое-то окисление NO происходило в самом каталитическом нейтрализаторе SCR.

Авторы дополнительно обнаружили, что формирование N₂O минимизировалось благодаря использованию низко нагруженных, богатых Pd DOC и каталитических нейтрализаторов SCR на Cu/хабазите. Температурный интервал выхлопных газов был низким (200-300°C) во время движения по городу/автомагистрали или высоким (600°C) во время регенерации фильтра. Однако, эти температурные диапазоны находятся на противоположных концах рабочего интервала SCR, что предоставляло возможность минимизироваться выбросам N₂O из каталитических нейтрализаторов SCR. Несмотря на то, что низкий диапазон 200-300°C попадает в пределы интервала формирования N₂O посредством DOC, применение низко нагруженных, богатых Pd составов и тщательного регулирования HC на выходе двигателя, как описано в материалах настоящего описания, может использоваться для уменьшения формирования N₂O.

Обращаясь к управлению системой снижения токсичности выхлопных газов во время работы транспортного средства, фиг. 4-10 показывают примерные блок-схемы последовательности операций способа, иллюстрирующие, каким образом одна или более рабочих регулировок могут производиться для уменьшения выбросов N₂O из системы выпуска двигателя.

Фиг. 4 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 400 независимого контроля каждого каталитического нейтрализатора и уменьшения формирования N₂O из него. Например, система, описанная выше, может направлять выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор (например, DOC 272), который включает в себя покрытие с палладием или платиной, или с обоими, затем, из окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением (например, SCR 274), при этом аммиак может добавляться в заданных условиях для восстановления NOx. Однако, так как в распоряжении нет датчика для специального измерения формирования N₂O, описанные способы включают в себя логическое определение формирования N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора по одному или более из температуры каталитического нейтрализатора и/или количества HC и NOx, а также NO₂ в выхлопных газах двигателя; и логическое определение N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по одному или более из температуры каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, определенного формирования N₂O из окислительного каталитического нейтрализатора и количества впрыскиваемого аммиака. Затем, для уменьшения количества вырабатываемого N₂O, в качестве одного из примеров, способ 400 включает в себя нагревание окислительного каталитического нейтрализатора с использованием внешнего источника для понижения N₂O вне каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, когда температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину.

На этапе 402, способ 400 включает в себя контроль одного или более условий работы двигателя, чтобы определять, может ли условие высокого формирования N₂O присутствовать внутри системы выпуска. На этапе 410, способ 400 дополнительно включает в себя оценивание и/или логическое определение формирования N₂O из каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, например, SCR 274, и сравнение формирования N₂O с заданной величиной для определения, порождается ли формирование N₂O внутри SCR 274 в избыточных количествах. Если формирование N₂O в SCR 274 превышает заданную величину, способ 400 переходит на этап 412 и уменьшает впрыск аммиака или мочевины, чтобы уменьшать количество N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением. Например, реакции 9 и 10 показывают, что аммиак может реагировать с NO₂ и O₂, чтобы формировать N₂O в SCR 274. Поэтому, уменьшение впрыска аммиака может уменьшать количество N₂O, вырабатываемого в каталитическом нейтрализаторе с избирательным восстановлением. Однако, указанное уменьшение аммиака также может вызывать временное повышение уровней NOx. Поэтому, хотя и не показано на фиг.4, величина, на которую NOx может временно повышаться, может определяться пороговым значением бортовой диагностики (или пороговым значением OBD), которое засвечивает индикаторную лампу неисправности внутри транспортного средства по обнаружению превышающих норму количеств NOx. Например, уровни NO₂/NOx, превышающие приблизительно 0,25, могут представлять собой проблемы в отношении формирования N₂O, так как каталитические нейтрализаторы SCR вырабатывают повышенный N₂O, когда повышенные уровни NO₂ присутствуют в подаче выхлопных газов ниже по потоку от DOC. В качестве альтернативы, если формирование N₂O внутри SCR 274 не превышает заданную величину, способ 400 переходит на этап 414, который включает в себя впрыск аммиака на основании уровней NOx, присутствующих в системе выпуска.

После этого, независимо от определенного N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением относительно заданной величины, на этапе 420, способ 400 также оценивает и/или определяет уровень N₂O в окислительном каталитическом нейтрализаторе, например, DOC 272, чтобы определять, находится ли формирование N₂O в DOC в пределах заданного диапазона. Если определенный уровень N₂O в DOC 272 не подпадает под заданный диапазон, способ 400 действует, чтобы осуществлять одну или более рабочих регулировок для уменьшения количества вырабатываемого N₂O. Для простоты, на этапе 422, способ 400 включает в себя регулирование тока у нагревателя 302 DOC на основании определенного формирования N₂O вне заданного диапазона. В качестве одного из примеров, если электрически нагреваемый каталитический нейтрализатор используется в транспортном средстве с гибридным приводом с бортовой электрической сетью 300 В, температура каталитического нейтрализатора, в качестве альтернативы, могла бы повышаться, когда транспортное средство эксплуатируется на низкой мощности (например, выходная мощность падает ниже порогового значения мощности), чтобы выходить из интервала формирования N₂O. В качестве альтернативы, если формирование N₂O находится в пределах заданного диапазона, транспортное средство может продолжать работать на основании требуемой выходной мощности или нагрузки двигателя до тех пор, пока определенные уровни N₂O остаются низкими.

С обращением к управлению дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором с электроподогревом, фиг.5 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 500 для нагревания окислительного каталитического нейтрализатора, чтобы уменьшать формирование N₂O в нем. Как уже описано, DOC 272 может включать в себя нагреватель 302 DOC для нагревания каталитического нейтрализатора с использованием внешнего источника, чтобы уменьшать формирование N₂O. Поэтому, система 180 управления может быть запрограммирована, чтобы регулировать нагревание окислительного каталитического нейтрализатора, когда формирование N₂O превышает заданное значение (например, превышает пороговое значение). Способ 500 дополнительно включает в себя окончание нагрева, когда температура каталитического нейтрализатора поднимается выше температурного диапазона, связанного с выработкой N₂O.

На этапе 502, способ 500 включает в себя контроль условий двигателя. Затем, в ответ на одно или более условий двигателя, связанных с формированием N₂O, система 180 управления может нагревать DOC 272 с использованием внешнего источника, чтобы уменьшать количество N₂O, сформированного в нем. Например, когда нагрузка транспортного средства высока, чтобы повышенные уровни HC формировались в ответ на повышенный впрыск топлива, система 180 управления может регулировать ток, подаваемый на нагреватель 302 DOC, чтобы повышать температуру каталитического нейтрализатора за пределы диапазона, связанного с формированием N₂O.

На этапе 504, способ 500 дополнительно включает в себя оценивание и/или логическое определение количества N₂O, формируемого внутри каталитического нейтрализатора. Хотя система 270 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя один или более датчиков выхлопных газов (например, датчик 280) для выдачи указания концентрации составляющих выхлопных газов, таких как NO_x, в системе выпуска, эти датчики могут быть перекрестно чувствительны к сходным химическим соединениям, подобным NO и NO₂. По существу, эти датчики могут не давать точное указание N₂O, присутствующего в системе выпуска. По этой причине, количество N₂O, формируемого из указанного каталитического нейтрализатора, может оцениваться и/или определяться с использованием одного или более из температуры 510 каталитического нейтрализатора, отношения HC к NOx (например, отношения 512 HC/NOx) и отношения NO₂ к NOx (например, отношения 514 NO₂/NOx). Таким образом, контроллер 180 может быть запрограммирован, чтобы определять уровень формирования N₂O внутри каталитического нейтрализатора на основании одного или более датчиков в системе выпуска. Затем, на этапе 520, система 180 управления может быть запрограммирована, чтобы сравнивать определенное формирование N₂O в DOC 272 с пороговым значением, чтобы производить рабочие регулировки для уменьшения количества N₂O, вырабатываемого в нем. Хотя различные рабочие регулировки возможны и подробнее описаны ниже, ради простоты, фиг. 5 включает в себя нагревание DOC 272, чтобы повышать температуру каталитического нейтрализатора за пределы диапазона, связанного с формированием N₂O.

Когда определенное формирование N₂O в окислительном каталитическом нейтрализаторе превышает пороговое значение, например, так как определенное количество N₂O находится вне заданного диапазона, способ 500 переходит на этап 522 и нагревает окислительный каталитический нейтрализатор с использованием внешнего источника, чтобы уменьшать формирование N₂O в нем. В приведенных примерах, внешний источник тепла содержит электронагреватель (например, нагреватель 302 DOC), однако, это не является ограничивающим и, в альтернативном варианте осуществления, внешний источник тепла может содержать тепловой насос в дополнение к или вместо электронагревателя. Внешний источник тепла используется для повышения температуры каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с выработкой N₂O. Поэтому, когда формирование N₂O падает ниже порогового значения N₂O, формирование N₂O попадает в пределы заданного диапазона, и способ 500 переходит на вершину 524 блок-схемы, продолжая работу транспортного средства на основании нагрузки двигателя без осуществления дополнительных регулировок. В некоторых вариантах осуществления, пороговое значение N₂O может соответствовать диапазону, регулируемому Управлением по охране окружающей среды США (U.S. E.P.A.).

Так как тепло, подаваемое в окислительный каталитический нейтрализатор, находится под управлением системы 180 управления, на этапе 530, способ 500 дополнительно включает в себя контроль температуры каталитического нейтрализатора относительно порогового значения температуры, связанного с интервалом формирования N₂O. Затем, как только температура каталитического нейтрализатора превышает пороговое значение температуры, система 180 управления может заканчивать нагревание из внешнего источника, как указано на этапе 532. В качестве альтернативы, в то время как температура находится ниже порогового значения, на этапе 534, система 180 управления может регулировать количество тепла, подаваемого из внешнего источника тепла, на основании определенного формирования N₂O. Например, в температурном диапазоне ниже порогового значения, если величина формирования N₂O возрастает, ток, подаваемый в электронагреватель 302, может повышаться, чтобы быстрее нагревать каталитический нейтрализатор. Наоборот, если величина формирования N₂O убывает, например, так как снижается нагрузка на двигатель 110, ток, подаваемый в электронагреватель 302, может понижаться на основании определенного уменьшенного формирования N₂O. Как описано в материалах настоящего описания, как только высокое формирование N₂O было определено для каталитического нейтрализатора, тепло может подаваться, чтобы поднимать температуру выше температурного диапазона, связанного с выработкой N₂O, в какой момент нагревание может заканчиваться, как указано на этапе 532.

Фиг. 6 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 600 для регулировки одного или более режимов работы двигателя, чтобы уменьшать формирование N₂O. Хотя фиг. 5 описывала уменьшение формирования N₂O посредством нагревания каталитического нейтрализатора с использованием внешнего источника, другие рабочие регулировки также возможны. Поэтому, способ 600 включен в состав для иллюстрации, каким образом другие меры могут дополнительно или в качестве альтернативы предприниматься для уменьшения формирования N₂O в системе выпуска. Для простоты, способ 600 в целом включает в себя модификацию одного или более режимов работы двигателя, чтобы уменьшать формирование N₂O, когда формирование N₂O превышает пороговое значение. Затем, как только уровень формирования N₂O приводится в пределы заданного диапазона, способ 600 дополнительно включает в себя работу транспортного средства в модифицированных условиях работы. В качестве альтернативы, способ 600 дополнительно может включать в себя осуществление дополнительных регулировок наряду с контролем количества N₂O, вырабатываемого внутри системы выпуска во время ездового цикла двигателя. Хотя и не показано, описанные регулировки двигателя могут производиться в дополнение к или вместо электрического нагревания каталитического нейтрализатора, описанного со ссылкой на фиг. 5. Более того, одна или более описанных регулировок может производиться системой 180 управления для уменьшения формирования N₂O до заданного диапазона.

На этапе 602, способ 600 включает в себя сравнение определенного формирования N₂O с пороговым значением N₂O. Затем, в ответ на формирование N₂O выше порогового значения N₂O, на этапе 604, способ включает в себя модифицирование условий работы двигателя для уменьшения формирования N₂O.

В качестве одного из примеров, способ 600 включает в себя регулировку выходной мощности двигателя гибридного привода на этапе 610 для уменьшения формирования N₂O в пределах системы выпуска. Например, в ответ на высокое формирование N₂O, система 180 управления может понижать выходную мощность от двигателя 110 наряду с повышением выходной мощности от электродвигателя 120. В дополнение, как описано в материалах настоящего описания, электродвигатель 120 может управляться, чтобы по существу обеспечивать снижение мощности от двигателя 110. После этого, выходная мощность двигателя гибридного привода может регулироваться на основании величины формирования N₂O до тех пор, пока формирование N₂O не попадает в заданный диапазон.

В качестве еще одного примера, способ 600 включает в себя регулировку впрыска 612 топлива. Поэтому, впрыск или сгорание топлива в системе двигателя могут модифицироваться на основании повышенного уровня N₂O. Например, как описано выше, формирование N₂O в DOC 272 может происходить в результате реакции HC с NOx согласно реакции 4. Поэтому, уменьшенный впрыск топлива может уменьшать количество HC, присутствующих в выхлопных газах, что дополнительно уменьшает количество N₂O, поскольку меньшее количество HC присутствует в выхлопных газах для вступления в реакцию с NOx согласно реакции 4.

В качестве еще одного другого примера, рециркуляция выхлопных газов (EGR) может уменьшаться для уменьшения величины формирования N₂O. Поэтому, на этапе 614, модификация двигателя включает в себя повышение рециркуляции выхлопных газов в камеры сгорания двигателя, чтобы понижать температуру сгорания и, в силу этого, уменьшая формирование NOx из него.

В качестве еще одного другого примера, где это необходимо, способ 600 включает в себя переключение подачи топлива (например, дизельного топлива) на второе топливо (например, метан или CNG), имеющее меньшее содержание углерода, на этапе 616. Поэтому, когда часть первого топлива, подаваемого в двигатель, уменьшается, второе топливо, имеющее меньшее содержание углерода, чем первое топливо, может добавляться в двигатель для компенсации потери мощности, тем временем, к тому же, понижая содержание углеводородов системы выпуска, что дает в результате уменьшение формирования N₂O посредством реакции 4.

Кроме того еще, на этапе 618, способ 600 включает в себя повышение действующей степени сжатия двигателя для уменьшения формирования HC и N₂O в нем. Например, повышение степени сжатия двигателя может содержать осуществление по меньшей мере одной из следующих регулировок: изменения установки фаз распределения впускных клапанов двигателя, повышения давления воздуха, нагнетаемого в двигатель, или уменьшения объема камер сгорания двигателя. По существу, контроллер 180 может быть выполнен с возможностью осуществлять одну или более этих регулировок, чтобы повышать степень сжатия в двигателе. Способ 600 дополнительно включает в себя осуществление одной или более регулировок, описанных выше, для модификации работы двигателя и уменьшения количества N₂O, вырабатываемого в двигателе. Кроме того, одна или более этих регулировок могут производиться, когда DOC 272 находится в интервале формирования N₂O (например, ~175-350°C), чтобы уменьшать количество вырабатываемого N₂O.

Чтобы проиллюстрировать модификацию операций двигателя согласно способу 600, фиг. 7 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 700 для модифицирования операций двигателя в ответ на примерное высокое отношение HC/NOx. На этапе 702, способ 700 включает в себя контроль условий выхлопных газов для определения, когда условия благоприятных для формирования N₂O. Например, как описано выше, датчик 226 может использоваться для контроля состава выхлопных газов в выпускном канале 248 выше по потоку системы 270 снижения токсичности выхлопных газов.

На этапе 704, способ 700 включает в себя сравнение отношения HC/NOx с пороговым значением отношения, используемым для указания высокого формирования N₂O. Затем, если отношение превышает пороговое значение отношения, например, так как впрыск топлива и содержание углеводородов выхлопных газов является высоким, на этапе 710, способ 700 включает в себя контроль температуры каталитического нейтрализатора, например, DOC 272, для определения, находится ли каталитический нейтрализатор в интервале формирования N₂O, что указывает, может ли N₂O вырабатываться в нем. В качестве альтернативы, если отношение HC/NOx падает ниже порогового значения отношения, на этапе 706, система 180 управления может быть запрограммирована, чтобы определять, что формирование N₂O в системе выпуска попадает в заданный диапазон, а потому продолжает работу транспортного средства без осуществления существенных модификаций.

Возвращаясь на этап 710, если температура каталитического нейтрализатора падает ниже порогового значения температуры, в то время как отношение HC/NOx находится выше порогового значения отношения, условия в DOC 272 могут быть благоприятны для формирования N₂O. В качестве первой меры, способ 700 может включать в себя нагревание DOC 272 для подъема температуры каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O. По существу, способ переходит на этап 712 и подает ток в нагреватель 302 DOC, чтобы повышать температуру каталитического нейтрализатора за пределы интервала формирования N₂O. Затем, на этапе 714, система 180 управления может регулировать количество тепла, подаваемого в электронагреватель, на основании выявленного отношения HC/NOx, которое указывает количество N₂O, вырабатываемого в DOC 272.

В качестве альтернативы, если температура каталитического нейтрализатора превышает пороговое значение температуры, в то время как отношение HC/NOx является высоким, N₂O по-прежнему может вырабатываться в системе выпуска, даже если каталитический нейтрализатор находится выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O. По существу, другие рабочие регулировки могут выполняться, как описано со ссылкой на фиг. 6. Фиг. 7 приводит пример способа транспортного средства с гибридным приводом по регулировке выходной мощности двигателя гибридного привода, чтобы предотвращать формирование N₂O в системе выпуска. На этапе 720, способ 700 включает в себя предотвращение подачи тока в DOC 272, например, так как температура каталитического нейтрализатора уже превышает пороговое значение температуры и, поэтому, находится вне интервала формирования N₂O. Хотя способ 700 предотвращает подачу тока в DOC 272, в других вариантах осуществления, величина тока, подаваемого в DOC 272, взамен может регулироваться, например, чтобы поддерживать температуру каталитического нейтрализатора на основании условий работы двигателя. Затем, на этапе 722, способ 700 дополнительно включает в себя понижение мощности от двигателя 110 и повышение мощности у электродвигателя 120 уже описанным образом. На этапе 724, способ 700 включает в себя регулировку выходной мощности двигателя гибридного привода на основании выявленного уровня HC/NOx. Хотя способ 700 включает в себя осуществление регулировок на основании уровня HC/NOx, в других вариантах осуществления, способ, в качестве альтернативы или дополнительно, взамен может производить регулировки для понижения уровня N₂O в ответ на уровень NO₂/NOx.

Описанные способы, кроме того, применимы на основании логического вывода общего количества выбросов N₂O, вырабатываемых в системе выпуска. Поэтому, способы могут производить одну или более регулировок, например, на основании оценки количества N₂O, выпускаемого в атмосферу на выходе системы выпуска, в дополнение к логическому выводу формирования N₂O в одном или более каталитических нейтрализаторов.

По существу, фиг. 8 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 800 уменьшения выбросов N₂O посредством осуществления одной или более регулировок в ответ на N₂O сверх заданной величины. По этой причине, на этапе 802, способ 800 включает в себя оценивание и/или логическое определение общей концентрации N₂O, присутствующей на выходе системы выпуска. В качестве альтернативы, в некоторых вариантах осуществления, количество N₂O за SCR 274 или в точке ниже по потоку от SCR 274 может использоваться взамен.

На этапе 810, способ 800 включает в себя сравнение определенного N₂O, выделяемого из системы выпуска, с пороговым значением. Затем, если выбросы N₂O превышают пороговое значение, способ 800 переходит на этап 812 и идентифицирует, что выбросы N₂O находятся вне заданного диапазона. В ответ на высокие выбросы N₂O, одна или более операций двигателя могут регулироваться для снижения выбросов N₂O ниже порогового значения и, в силу этого, для снижения N₂O, вырабатываемых в системе выпуска. В качестве альтернативы, если выбросы N₂O падают ниже порогового значения, способ 800 переходит на этап 814 посредством идентификации, что выбросы N₂O подпадают под заданный диапазон. Когда выбросы N₂O транспортного средства находятся в пределах заданного диапазона, операции транспортного средства могут продолжаться на основании нагрузки двигателя.

Кратко обращаясь к фиг. 9, которая показывает графическое представление заданного диапазона относительно регулируемого верхнего предела, заданный диапазон описан подробнее. Как показано, пороговое значение, указывающее верхний край заданного диапазона 902, может быть установлено, чтобы указывать высокий уровень выбросов N₂O, которые остаются ниже верхнего предела, регламентированного U.S. E.P.A. В частности, недавнее нормотворчество от U.S. E.P.A. установило верхний предел для выбросов N₂O, основанный на ходовой части транспортного средства. Например, сертифицированное по ходовой части легкое транспортное средство ограничено сверху на 10 мг/милю, тогда как средние транспортное средство ограничено сверху на 50 мг/милю. Что касается выбросов, происходящих выше верхнего предела, U.S. E.P.A., кроме того, наказывает, чтобы об ухудшении сообщалось. По существу, согласно настоящему раскрытию, когда выбросы N₂O выходят за пределы заданного диапазона 902, например, так как высокое формирование N₂O присутствует в транспортном средстве, принудительные действия могут предприниматься для снижения выбросов N₂O до превышения выбросами N₂O регулируемого верхнего предела. В качестве одного из примеров, в частности, в качестве первой меры, каталитический нейтрализатор может нагреваться для повышения температуры каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O. Затем, более решительные меры или модификации двигателя могут предприниматься для более агрессивного уменьшения количества N₂O, вырабатываемого, когда формирование N₂O превышает регулируемый верхний предел.

С обращением к фиг. 8, на этапе 820, способ 800 включает в себя сравнение определенных совокупных выбросов N₂O с регулируемым верхним пределом. Затем, если определенный совокупный уровень N₂O находится выше регулируемого верхнего предела, способ 800 включает в себя модификацию операций двигателя для уменьшения формирования N₂O на этапе 822. На фиг. 8, модификация двигателя включает в себя регулировку выходной мощности двигателя гибридного привода, хотя другие рабочие модификации также возможны (например, регулировка впрыска топлива, усиление EGR и/или переключение подачи топлива на второе топливо, имеющее меньшее содержание углерода). В ответ на выбросы N₂O, превышающие регулируемый верхний предел, на этапе 824, мощность на выходе двигателя может понижаться, в то время как электродвигатель управляется, чтобы по существу обеспечивать снижение мощности от двигателя. Затем, на этапе 826, способ 800 включает в себя регулировку выходной мощности двигателя гибридного привода на основании выявленных выбросов N₂O до тех пор, пока выбросы не приведены ниже регулируемого верхнего предела. Хотя не показано в прямой форме, способ к тому же или в качестве альтернативы может включать в себя одновременное нагревание одного или более каталитических нейтрализаторов, чтобы помогать снижению выбросов N₂O.

Если, на этапе 820, выбросы N₂O не превышают регулируемое пороговое значение, а потому, падают ниже регулируемого верхнего предела, также выходя за пределы заданного диапазона, формирование N₂O взамен может попадать в диапазон 904 нагревания каталитического нейтрализатора, указанный на фиг. 9. В силу этого, выбросы N₂O могут падать ниже регулируемого верхнего предела, тем временем, по-прежнему находясь вне заданного диапазона 902, и способ 800 может переходить на этап 830, нагревая один или более каталитических нейтрализаторов с использованием внешнего источника для уменьшения формирования N₂O, чтобы противодействовать повышенным уровням N₂O. Например, на этапе 830, система 180 управления может увеличивать ток, подаваемый в DOC 272 на основании определенного совокупного уровня N₂O. Затем, на этапе 832, способ 800 дополнительно может включать в себя регулирование величины подаваемого тока, а потому, управлять скоростью нагревания на основании формирования N₂O в системе выпуска. По существу, фиг. 9 дополнительно показывает примерную шкалу 920 нагревания каталитического нейтрализатора, чтобы графически проиллюстрировать, сколько тепла добавляется на основании определенного уровня выбросов N₂O по сравнению с регулируемым верхним пределом. То есть, если выбросы N₂O выходят за пределы заданного диапазона на по существу малую величину, как показано на графике 922, электрический нагрев может происходить медленнее в зависимости от потребления мощности, запрошенного водителем транспортного средства. В качестве альтернативы, если выбросы N₂O приближаются к уровню регулируемого верхнего предела, а потому, выходят за пределы заданного диапазона на по существу большую величину, как показано под 924, электрический нагрев может происходить быстрее посредством повышения величины тока, подаваемого в электронагреватель. Другими словами, величина электрического нагрева может регулироваться на основании определенного уровня выбросов N₂O, сравниваемого с заданным рабочим диапазоном и регулируемым верхним пределом.

Что касается ухудшения по углероду для выбросов, которое происходит выше регулируемого верхнего предела, фиг. 10 показывает примерную блок-схему последовательности операций способа 100 для контроля и/или уменьшения ухудшения по углероду во время работы транспортного средства. На этапе 1002, способ 1000 включает в себя оценивание и/или логическое определение совокупных выбросов на выходе системы выпуска. В противоположность выбросам транспортного средства, описанным выше, которые относятся к выработке N₂O внутри системы выпуска, углеродный след может оцениваться и/или рассчитываться на основании дополнительных составляющих выхлопных газов, присутствующих в системе выпуска. Например, парниковые газы, подобные HC, CO, NOx и CO₂, и т.д., могут использоваться для расчета углеродного следа, чтобы определять, должно ли быть сообщено об ухудшении. По существу, на этапе 1004, способ 1000 включает в себя расчет углеродного следа, например, посредством учета вклада каждой составляющей, выявленной в выхлопных газах, на общее воздействие на окружающую среду. Как указанно выше, N₂O вызывает озабоченность, так как чрезмерные количества N₂O могут иметь потенциал глобального потепления, который приблизительно в 298 раз больше, чем у CO₂ на основе массы. По этой причине, избыточный N₂O преобразовывается в эквивалент двуокиси углерода посредством добавления кратного числа избыточного N₂O к оцененному CO₂, выделяемому из системы выпуска. Например, количество избыточного N₂O умножается на коэффициент 300 для оценки его влияния на выбросы двуокиси углерода на основании потенциала глобального потепления от N₂O.

На этапе 1010, способ 1000, таким образом, включает в себя логическое определение количества N₂O, выделяемого из выпуска, для определения, превышает ли оно регулируемый верхние предел. Затем, если N₂O, вырабатываемый в системе выпуска, превышает регулируемый верхний предел, на этапе 1012, ухудшение N₂O, обусловленное избыточным N₂O, может рассчитываться на основании разности между определенным уровнем N₂O и регулируемым верхним пределом. Указанная разность может преобразовываться в эквивалент CO₂ на этапе 1014, при этом эквивалент CO₂ рассчитывается посредством умножения ухудшения N₂O на коэффициент умножения, который имеет значение 300 для N₂O. На этапе 1016, способ 1000, по выбору, включает в себя повторный расчет углеродного следа, включающего в себя ухудшение N₂O, и сравнение повторно рассчитанного следа с рассчитанным ранее следом для определения, может ли потенциальное ухудшение CO₂ от выбросов N₂O быть достаточно серьезным, чтобы служить основанием для принятия принудительных действий для уменьшения количества вырабатываемого N₂O. В таком случае, способ 1000 дополнительно включает в себя снижение выбросов N₂O, например, осуществляя одну или более рабочих регулировок, как описано выше со ссылкой на фиг. 4-9. Если выбросы N₂O должны быть уменьшены, на этапе 1022, система 180 управления может уменьшать вырабатываемое количество N₂O посредством осуществления одной или более рабочих регулировок (например, нагревания каталитического нейтрализатора) и расчета углеродного следа для определения, произошло ли уменьшение углеродного следа и выбросов N₂O в ответ на принудительное действие. Если, на этапе 1020, принудительные действия не предпринимаются для уменьшения выбросов N₂O, способ 1000 переходит на этап 1032 и рассчитывает общее ухудшение CO₂ на основании ухудшения N₂O и уровней других выхлопных газов, присутствующих в системе выпуска на этапе 1034, способ 1000 дополнительно включает в себя сообщение об общем ухудшении CO₂ в регулятивный орган, как предписано U.S. E.P.A.

Возвращаясь на этапе 1010, если концентрация N₂O падает ниже регулируемого верхнего предела, способ 1000 может переходить на этапе 1030, чтобы определять, находится ли углеродный след выше регулируемого верхнего предела по углероду. Если углеродный след превышает верхний предел по углероду, способ 1000 переходит непосредственно к расчету ухудшения CO₂ на этапе 1032. Хотя простая форма способа 1000 показана на фиг. 10 для краткости, следует понимать, что одна или более рабочих регулировок также могут производиться для уменьшения количества выбросов от других газообразных химикатов, присутствующих в системе выпуска, иных чем N₂O, чтобы понижать углеродный след ниже регулируемого верхнего предела. По существу, выходная мощность электродвигателя гибридного привода также может регулироваться описанным выше образом, чтобы понижать один или более выбросов из системы выпуска транспортного средства в дополнение к N₂O. Таким образом, способ дополнительно включает в себя принудительные действия для уменьшения выделения одного или более выбросов из транспортного средства. Если принято ухудшение CO₂, так как углеродный след превышает верхний предел по углероду, на этапе 1034, способ дополнительно может включать в себя сообщение об ухудшении CO₂ в один или более регулятивных органов, как предписано U.S. E.P.A. В качестве альтернативы, если, на этапе 1030, углеродный след падает ниже верхнего предела по углероду наряду с тем, что уровень N₂O также падает ниже регулируемого верхнего предела, работа транспортного средства может продолжаться, в то время как система выпуска контролируется одним или более описанных способов.

Таким образом, окислительный каталитический нейтрализатор может нагреваться с использованием внешнего источника, такого как электронагреватель, для уменьшения количества N₂O, вырабатываемого внутри системы выпуска. Точнее, количество тепла, подаваемого в DOC, может увеличиваться для повышения температуры каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с выработкой N₂O. В дополнение, другие регулировки двигателя могут производиться в комбинации с нагреванием каталитического нейтрализатора с использованием внешнего источника или вместо электрического нагревания, чтобы дополнительно уменьшать количество N₂O, сформированного в системе выпуска.

Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.

Изобретение относится к области очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Описаны системы и способы снижения токсичности выхлопных газов закиси азота. Закись азота, сформированная в системе выпуска транспортного средства с дизельным гибридным приводом, направляется через окислительный каталитический нейтрализатор, подогреваемый внешним источником, таким как электронагреватель. В таком случае каталитический нейтрализатор нагревается от внешнего источника для уменьшения формирования закиси азота в системе выпуска посредством повышения температуры каталитического нейтрализатора выше температурного диапазона, связанного с формированием закиси азота. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ снижения токсичности выхлопных газов двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием, или платиной, или с обоими;

определяют формирование N₂O из указанного каталитического нейтрализатора по одному или более из температуры каталитического нейтрализатора, отношения НС к NOx или отношения NO₂ к NOx в указанных выхлопных газах двигателя и

уменьшают указанное формирование N₂O, когда указанный каталитический нейтрализатор работает в температурном диапазоне, связанном с формированием N₂O.

2. Способ по п. 1, в котором указанное уменьшение формирования N₂O включает в себя этап, на котором нагревают указанный каталитический нейтрализатор от внешнего источника для уменьшения указанного формирования N₂O.

3. Способ по п. 2, в котором указанное нагревание указанного каталитического нейтрализатора включает в себя этапы, на которых электрически нагревают указанный каталитический нейтрализатор и заканчивают указанное нагревание, когда указанная температура каталитического нейтрализатора поднимается выше температурного диапазона, связанного с формированием N₂O.

4. Способ по п. 1, в котором указанный окислительный каталитический нейтрализатор дополнительно содержит кордиеритовую подложку, металлическую подложку или цеолитовую подложку.

5. Способ по п. 1, в котором двигатель представляет собой дизельный двигатель.

6. Способ по п. 1, в котором указанное уменьшение формирования N₂O включает в себя этап, на котором повышают действующую степень сжатия двигателя для уменьшения формирования НС двигателем, когда указанное определенное формирование N₂O превышает заданное значение.

7. Способ по п. 6, в котором указанное повышение степени сжатия двигателя включает в себя по меньшей мере один из этапов, на которых изменяют установку фаз распределения впускных клапанов двигателя, повышают давление воздуха, нагнетаемого в двигатель, или уменьшают объем камер сгорания двигателя.

8. Способ снижения токсичности выхлопных газов для дизельного двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием, или платиной, или с обоими;

направляют выхлопные газы от указанного окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением;

добавляют аммиак в указанный каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx;

определяют формирование N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора по температуре указанного каталитического нейтрализатора, НС и NOx, а также NO₂ в указанных выхлопных газах двигателя;

определяют N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, указанному определенному формированию N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора и указанному аммиаку; и

нагревают указанный окислительный каталитический нейтрализатор от внешнего источника для понижения указанного N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона, и указанный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину.

9. Способ по п. 8, в котором указанный определенный N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора определяют по температуре указанного окислительного каталитического нейтрализатора и отношению НС к NOx, а также отношению NO₂ к NOx в указанных выхлопных газах.

10. Способ по п. 8, в котором указанный внешний источник тепла содержит электронагреватель.

11. Способ по п. 8, в котором указанный внешний источник тепла содержит тепловой насос.

12. Способ по п. 8, в котором сгорание в двигателе модифицируют, когда указанное определенное формирование N₂O превышает заданное значение, для уменьшения формирования NOx.

13. Способ по п. 12, в котором указанная модификация двигателя включает в себя этап, на котором увеличивают рециркуляцию указанных выхлопных газов в камеры сгорания двигателя для понижения температур сгорания и уменьшения формирования NOx.

14. Способ снижения токсичности выхлопных газов для дизельного двигателя в транспортном средстве с гибридным приводом, приводимом в движение дизельным двигателем или электродвигателем, включающий в себя этапы, на которых:

направляют выхлопные газы от двигателя через окислительный каталитический нейтрализатор, содержащий покрытие с палладием, или платиной, или с обоими;

направляют выхлопные газы от указанного окислительного каталитического нейтрализатора в каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением;

добавляют аммиак в указанный каталитический нейтрализатор с избирательным восстановлением в заданных условиях для снижения NOx;

определяют формирование N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора по температуре указанного каталитического нейтрализатора, отношению НС к NOx и NO₂ в указанных выхлопных газах двигателя;

определяют N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением по температуре указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением, указанному определенному формированию N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора, NOx из дизельного двигателя и указанному аммиаку;

нагревают указанный окислительный каталитический нейтрализатор электронагревателем для уменьшения указанного формирования N₂O из указанного окислительного каталитического нейтрализатора, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора находится ниже заданного диапазона и указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданную величину; и

прекращают указанное электрическое нагревание, когда указанная температура окислительного каталитического нейтрализатора превышает указанный заданный диапазон.

15. Способ по п. 14, в котором мощность на выходе дизельного двигателя снижается, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением находится выше заданного значения.

16. Способ по п. 15, в котором электродвигатель управляется, чтобы, по существу, обеспечивать указанное снижение мощности от дизельного двигателя.

17. Способ по п. 14, в котором часть дизельного топлива, подаваемого в двигатель, сокращают, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением находится выше заданного значения, и второе топливо, имеющее меньшее содержание углерода, чем дизельное топливо, добавляют в дизельный двигатель для компенсации потери мощности, которая происходила бы иначе у дизельного двигателя вследствие указанного сокращения дизельного топлива.

18. Способ по п. 14, в котором сгорание в дизельном двигателе модифицируют, когда указанный определенный N₂O вне указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением превышает заданное значение.

19. Способ по п. 14, в котором указанная модификация сгорания включает в себя этап, на котором усиливают рециркуляцию указанных выхлопных газов в камеры сгорания дизельного двигателя для понижения температур сгорания и уменьшения формирования NOx.

20. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя этапы, на которых оценивают CO₂, вырабатываемый из дизельного двигателя, и прибавляют кратное число указанного определенного N₂O указанного каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением к указанной оценке CO₂.