[发明专利]三元催化剂氧储存模型

说明书

本文描述的技术方法包括用于处理机动车辆内燃机废气的排放控制系统。排放控制系统包括三反应氧储存模型。所述系统进一步包括三元催化剂和控制三元催化剂的氧储存水平的控制器。所述控制器确定表示氧气对铈进行氧化的净速率的第一反应速率、表示一氧化碳对铈进行还原的净速率的第二反应速率和表示氢气对铈进行还原的净速率的第三反应速率。所述控制器进一步基于所述第一反应速率、所述第二反应速率和所述第三反应速率确定所述氧储存水平。

引言

本公开涉及用于内燃机的废气排放控制系统，并且更具体地，涉及改进的三元催化剂(TWC)氧储存模型的开发和实施。

从内燃机排放的废气是非均匀混合物，其含有气态的排放物，诸如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)。这些排放物成分中有许多是受高度管制的。通常设置在催化剂载体或基底上的催化剂成分作为后处理系统的一部分被提供在发动机排气系统中，以将这些废气成分中的某些或全部转化为不受管制的化合物。

废气处理系统通常包括一个或多个基于催化剂的处理设备，诸如三元催化剂(TWC)。三元催化剂的目标是将发动机中的主要污染物转化为二氧化碳、水和氮气。对于三元催化剂，当通过所述三元催化剂的气体的空气燃料比(AFR)尽可能接近化学计量平衡时(即，在氧化剂的量等于还原剂的量的条件下)，实现最高的转化效率。换句话说，控制空气燃料比以保持化学计量允许三元催化剂最有效地将排气污染物转化为无害的化合物。

三元催化剂含有一种或多种可以储存和释放氧的材料。通过氧储存系统分别在贫(过量的氧)和富(过量的燃料)条件下储存和释放氧的能力，使用其来补偿空气燃料比偏离化学计量的任何偏差。可还原的氧化物，诸如氧化铈-氧化锆，经常用作氧储存成分。

发明内容

本文描述的技术方法包括用于处理机动车辆内燃机废气的排放控制系统。所述排放控制系统包括三反应氧储存模型。所述系统进一步包括三元催化剂和控制三元催化剂的氧储存水平的控制器。所述控制器确定与氧气对铈进行氧化的净速率相关联的第一反应速率、与一氧化碳对铈进行还原的净速率相关联的第二反应速率和与氢气对铈进行还原的净速率相关联的第三反应速率。所述控制器进一步基于所述第一反应速率、所述第二反应速率和所述第三反应速率确定所述氧储存水平。

除了上述一个或多个特征之外，在一些实施例中，所述控制器进一步被配置为响应于所确定的氧储存水平(OSL)来调节所述内燃机的运行。在一些实施例中，调节所述内燃机的所述运行包括调节燃料喷射正时、空气燃料混合物的喷射量、发动机转速或进气量。在一些实施例中，空气燃料(A/F)比传感器位于所述三元催化剂的上游并且所述控制器进一步被配置为从所述传感器接收所测量的空气燃料比。在一些实施例中，所述三反应氧储存模型包括根据以下方程式的第一反应：

在一些实施例中，所述三反应氧储存模型包括根据以下方程式的第二反应：

在一些实施例中，所述三反应氧储存模型包括根据以下方程式的第三反应：

在一些实施例中，所述氧储存水平Φ根据以下方程式确定：

在一些实施例中，所述排放控制系统进一步包括可操作地耦合到所述控制器的宽范围空气/燃料(WRAF)传感器。所述控制器可以进一步被配置为从所述宽范围空气/燃料传感器接收所测量的空气燃料比。在一些实施例中，所述控制器进一步被配置为基于氢气浓度调节所述所测量的空气燃料比。