Способ работы системы выпуска двигателя и система выпуска двигателя транспортного средства

Способ работы системы выпуска двигателя и система выпуска двигателя транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к улучшению выбросов транспортного средства. В одном из примеров углеводородные выбросы двигателя накапливают и/или направляют для обхода SCR для улучшения эффективности SCR. Подход может быть особенно полезным для улучшения выбросов NOx после запуска двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современные нормы снижения токсичности выхлопных газов делают необходимым использование каталитических нейтрализаторов в системах выпуска автомобильных транспортных средств, чтобы преобразовывать оксид углерода (CO), углеводороды (HC) и оксиды азота (NOx), вырабатываемые во время работы двигателя, в нерегламентированные выхлопные газы. Транспортные средства, оборудованные дизельными или другими работающими на обедненных смесях двигателями, предлагают преимущество повышенной экономии топлива, однако снижение токсичности выхлопных газов NOx в этих системах усложняется вследствие высокого содержания кислорода в выхлопных газах. В этом отношении известно, что каталитические нейтрализаторы избирательного каталитического восстановления (SCR), в которых NOx непрерывно удаляется благодаря активному впрыску восстановителя, такого как мочевина, в смесь выхлопных газов, поступающую в каталитический нейтрализатор, должны добиваться высокой эффективности переработки NOx. Типичная система последующей очистки обедненных выхлопных газов также может содержать окислительный каталитический нейтрализатор, присоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR. Окислительный каталитический нейтрализатор нейтрализует углеводороды (HC), оксид углерода (CO) и оксид азота (NO) в выхлопных газах двигателя. Окислительный каталитический нейтрализатор также может использоваться для подачи тепла для быстрого прогрева каталитического нейтрализатора SCR.

Авторы в материалах настоящего описания выявили несколько недостатков у такой конфигурации системы. А именно, так как окислительный каталитический нейтрализатор типично расположен внизу кузова далеко ниже по потоку от двигателя, занимает значительное время, чтобы достичь температур розжига (например, 200 градусов C). Это дает в результате задержанный прогрев для каталитического нейтрализатора SCR и, таким образом, оказывает отрицательное влияние на снижение токсичности выхлопных газов. К тому же, поскольку каталитический нейтрализатор выхлопных газов не нейтрализует поступающие углеводороды до достижения температур розжига, в некоторых условиях, таких как холодные запуски или продленные периоды работы с легкой нагрузкой, углеводороды могут ускользать из окислительного каталитического нейтрализатора и вызывать ухудшение работы каталитического нейтрализатора SCR, уменьшая эффективность и срок службы каталитического нейтрализатора SCR.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретатели в материалах настоящего описания разработали систему и способ улучшения работы каталитического нейтрализатора SCR в системе выпуска двигателя транспортного средства, включающий в себя этапы, на которых:

измеряют температуру нейтрализатора избирательного каталитического восстановления (SCR),

если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR не ниже пороговой температуры, то:

направляют углеводороды двигателя через каталитический нейтрализатор SCR посредством того, что закрывают перепускной клапан SCR в ответ на второе условие, и

если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR ниже пороговой температуры, то:

определяют концентрацию углеводородов ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR,

интегрируют концентрацию углеводородов по времени для определения общего количества углеводородов, подаваемых в каталитический нейтрализатор SCR,

направляют углеводороды двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR посредством того, что открывают перепускной клапан SCR в ответ на первое условие, при котором интегральная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень; и

направляют углеводороды двигателя через каталитический нейтрализатор SCR посредством того, что закрывают перепускной клапан SCR в ответ на второе условие, при котором интегральная концентрация углеводородов не больше, чем пороговый уровень,

при этом прекращают впрыск мочевины через форсунку

дозирования мочевины при направлении углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR.

В одном из вариантов предложен способ, в котором каталитический нейтрализатор SCR является каталитическим нейтрализатором SCR на мочевине, который превращает NOx в N2 и H2O.

В одном из вариантов предложен способ, в котором концентрацию углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR определяют посредством датчика углеводородов.

В одном из вариантов предложен способ, в котором пороговый уровень является пороговым значением интегральной концентрации углеводородов.

В одном из дополнительных аспектов изобретения была предложена система выпуска двигателя транспортного средства, содержащая:

устройство снижения токсичности выхлопных газов;

каталитический нейтрализатор SCR;

перепускной клапан SCR, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR;

форсунку дозирования мочевины, выполненную с возможностью впрыска мочевины в местоположение выше по потоку каталитического нейтрализатора SCR, и

контроллер, содержащий исполняемые команды для:

измерения температуры каталитического нейтрализатора SCR,

если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR не ниже пороговой температуры, то:

направления углеводородов двигателя через каталитический

нейтрализатор SCR посредством закрывания перепускного клапана SCR в ответ на второе условие, и

если измеренная температура каталитического нейтрализатора SCR ниже пороговой температуры, то:

определения концентрации углеводородов ниже по потоку от последнего устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR,

интегрирования концентрации углеводородов по времени для определения общего количества углеводородов, подаваемых в каталитический нейтрализатор SCR,

направления углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR посредством открывания перепускного клапана SCR в ответ на первое условие, при котором при котором интегральная концентрация углеводородов больше, чем пороговый уровень, и

направления углеводородов двигателя для прохождения через каталитический нейтрализатор SCR посредством закрывания перепускного клапана SCR в ответ на второе условие, при котором интегральная концентрация углеводородов не больше, чем пороговый уровень,

при этом контроллер дополнительно содержит исполняемые команды для прекращения впрыска мочевины через форсунку дозирования мочевины при направлении углеводородов двигателя для обхода каталитического нейтрализатора SCR.

В одном из вариантов предложена система, в которой каталитический нейтрализатор SCR является каталитическим нейтрализатором SCR на мочевине, который превращает NOx в N2 и H2O.

В одном из вариантов предложена система, в которой концентрация углеводородов выше по потоку от перепускного клапана SCR является определяемой посредством датчика углеводородов.

В одном из вариантов предложена система, в которой пороговый уровень является пороговым значением интегральной концентрации углеводородов.

Таким образом, ухудшение работы каталитического нейтрализатора SCR может уменьшаться, улучшая эффективность каталитического нейтрализатора SCR и уменьшая выбросы NOx транспортного средства.

Вышеприведенные преимущества, а также другие преимущества и признаки настоящего изобретения будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено 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

Фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя, содержащего SCR и перепускной клапан SCR;

фиг.2A-2F показывают примерные системы выпуска двигателя транспортного средства;

фиг.3 показывает блок-схему последовательности операций примерного способа работы системы выпуска двигателя транспортного средства; и

фиг.4-5 показывают примерные моделированные графики интересующих сигналов при осуществлении мониторинга системы выпуска двигателя транспортного средства.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение имеет отношение к снижению токсичности выхлопных газов двигателя транспортного средства. В частности, выбросы NOx двигателя могут уменьшаться посредством систем и способов, описанных в материалах настоящего описания. Фиг.1 иллюстрирует один из примеров двигателя, хотя раскрытые системы и способ могут быть применимы к двигателям с воспламенением от сжатия, двигателям с воспламенением от сжатия и турбинам. Несколько примерных конфигураций систем выпуска двигателя транспортного средства, содержащих SCR, показаны на фиг.2A-2F. Фиг.3 показывает примерный способ работы систем выпуска двигателя транспортного средства на 2C-2F, содержащих каталитический нейтрализатор SCR и перепускной канал каталитического нейтрализатора SCR. В заключение фиг.4-5 иллюстрируют примерные рабочие последовательности согласно способу, показанному на фиг.3, для работы систем выпуска двигателя транспортного средства по фиг.2C-2F, содержащих каталитический нейтрализатор SCR и перепускной клапан каталитического нейтрализатора SCR.

Далее, со ссылкой на фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыскивания топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой, как показано на фиг.2. Давление топлива, подаваемое топливной системой, может регулироваться изменением впускного дозирующего клапана, регулирующего расход в топливный насос (не показан), и клапана регулировки давления направляющей-распределителя для топлива.

Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления расходом воздуха из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания камеры 46 наддува. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 через вал 161. В некоторых примерах может быть предусмотрен охладитель наддувочного воздуха. Скорость вращения компрессора может регулироваться посредством регулирования положения элемента 72 управления регулируемыми лопастями или перепускного клапана 158 компрессора. В альтернативных примерах регулятор 74 давления наддува может заменять или использоваться в дополнение к элементу 72 управления регулируемыми лопастями. Элемент 72 управления регулируемыми лопастями регулирует положение лопастей турбины с изменяемой геометрией. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164, подводя незначительную энергию для вращения турбины 164, когда лопасти находятся в открытом положении. Выхлопные газы могут проходить через турбину 164 и передавать повышенную силу на турбину 164, когда лопасти находятся в закрытом положении. В качестве альтернативы регулятор 74 давления наддува предоставляет выхлопным газам возможность обтекать турбину 164, чтобы уменьшать количество энергии, подаваемой на турбину. Перепускной клапан 158 компрессора предоставляет сжатому воздуху на выпуске компрессора 162 возможность возвращаться на вход компрессора 162. Таким образом, отдача компрессора 162 может уменьшаться, чтобы оказывать влияние на расход компрессора 162 и снижать вероятность всплеска колебаний компрессора.

Сгорание инициируется в камере 30 сгорания, когда топливо воспламеняется без выделенного искрового источника, такого как свеча зажигания, в то время как поршень 36 приближается к верхней мертвой точке такта сжатия, и давление в цилиндре возрастает. В некоторых примерах универсальный датчик 126 кислорода в выхлопных газах (UEGO) может быть присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от устройства 70 очистки выбросов. В других примерах датчик UEGO может быть расположен ниже по потоку от одного или более устройств последующей очистки выхлопных газов. Кроме того, в некоторых примерах датчик UEGO может быть заменен датчиком NOx, который имеет элементы считывания как NOx, так и кислорода.

При более низких температурах свеча 68 накаливания может преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию, чтобы поднимать температуру в камере 30 сгорания. Посредством подъема температуры камеры 30 сгорания может быть легче воспламенять топливно-воздушную смесь в цилиндре посредством сжатия.

Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов в одном из примеров может содержать сажевый фильтр и брикеты каталитического нейтрализатора. В еще одном примере могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов в одном из примеров может содержать окислительный каталитический нейтрализатор. В других примерах устройство снижения токсичности выхлопных газов может содержать уловитель обедненных NOx, ловушку для углеводородов, уловитель CO, каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления (SCR) и/или дизельный сажевый фильтр (DPF). Хотя не показано явно на фиг.1, в дополнительных примерах другие устройства снижения токсичности выхлопных газов могут быть расположены выше по потоку или ниже по потоку от SCR 71. Например, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может содержать окислительный каталитический нейтрализатор и ловушку для углеводородов выше по потоку от SCR 71, тогда как DPF может быть расположен ниже по потоку от SCR 71. Перепускной клапан 80 SCR может располагаться выше по потоку от SCR 71. Перепускной клапан 80 SCR может быть расположен, так чтобы поток выхлопных газов обходил SCR 71 либо протекал через SCR 71. В некоторых примерах SCR 71 может быть SCR на мочевине (U-SCR). В одном из примеров система впрыска мочевины может быть предусмотрена для впрыска жидкой мочевины в каталитический нейтрализатор 71 SCR. Однако могут использоваться различные альтернативные подходы, такие как твердая гранулированная мочевина, которая вырабатывает пары аммиака, которые затем нагнетаются или дозируются в каталитическом нейтрализаторе 71 SCR. Кроме того, еще в одном примере уловитель обедненных NOx может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, чтобы вырабатывать аммиак для каталитического нейтрализатора SCR, в зависимости от обогащения топливно-воздушного соотношения, подаваемого в уловитель обедненных NOx. Аммиак также может вырабатываться в углеводородном SCR (HC-SCR), расположенном выше по потоку от каталитического нейтрализатора 71 SCR.

Датчик 125 может быть расположен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, но выше по потоку от перепускного клапана 80 SCR. Датчик 125 может быть датчиком углеводородов, который поддерживает связь с контроллером 12. В некоторых примерах контроллер 12 может интегрировать сигнал, введенный из датчика 125, получая интегральный уровень углеводородов со временем. В других примерах датчик 125 также может быть датчиком кислорода (O₂), и выходной сигнал датчика кислорода может быть основой для логического вывода об углеводородах. Датчик 127 выявляет температуру устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и поддерживает связь с контроллером 12. В зависимости от сигналов с датчика 125 и/или датчика 127 контроллер 12 может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR, чтобы направлять поток выхлопных газов, чтобы обходил или проходил через SCR 71. В других примерах датчик 127 может быть не включен в состав, и температура SCR может логически выводиться. Контроллер 12 также может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил или протекал через SCR 71, на основании сигналов, введенных с датчика 126 выхлопных газов в дополнение к датчику 125 и датчику 127. Как изложено выше, датчик 126 может быть датчиком UEGO или датчиком NOx, который имеет чувствительные элементы как для NOx, так и для кислорода. Например, если датчик 125 указывает, что концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR выше порогового уровня, или датчик 127 указывает температуру устройства снижения токсичности выхлопных газов ниже пороговой температуры (например, ниже температур розжига DOC), или датчик 126 указывает низкие уровни NOx в выхлопных газах, контроллер 12 может приводить в действие перепускной клапан 80 SCR для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил SCR 71.

Как описано выше, приведение в действие перепускного клапана 80 SCR контроллером 12 может зависеть от информации, принятой в контроллере с датчиков 125, 126 и 127. Обход U-SCR 71 в определенных условиях выхлопных газов может продлевать срок службы U-SCR и эффективную работу U-SCR, например, посредством предотвращения накопления углеводородов в U-SCR. Например, если уровни NOx выхлопных газов низки, как указано датчиком 126 NOx, перепускной канал SCR может позиционироваться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящего из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. В качестве дополнительного примера, если температура устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, в качестве указываемой датчиком 127 температуры, находится ниже температуры розжига DOC (например, <200°C), перепускной клапан 80 SCR может располагаться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящих из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. При низких температурах устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов, содержащее окислительный каталитический нейтрализатор, может не полностью окислять углеводороды в потоке выхлопных газов. Углеводороды, в силу этого, могут ускользать мимо устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов и угнетать U-SCR 71, снижая его эффективность работы для восстановления NOx. Углеводороды могут присутствовать в выхлопных газах благодаря неполному сгоранию в двигателе транспортного средства. Дополнительные углеводороды (например, топливо) также могут впрыскиваться в цилиндре или после цилиндра. В качестве дополнительного примера, если концентрация углеводородов выхлопных газов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR 71 находится выше порогового уровня, как указывается датчиком 125 углеводородов, перепускной клапан 80 SCR может располагаться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, выходящих из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71. Как описано ранее, углеводороды в выхлопных газах могут угнетать U-SCR 71, снижая его эффективность работы для восстановления NOx. Таким образом, перенаправление потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR, может продлевать эффективность и срок службы U-SCR. В дополнительном примере перепускной клапан 80 SCR может регулироваться контроллером 12 для направления потока выхлопных газов, чтобы обходил U-SCR 71, если существует любое одно из следующих условий: низкая концентрация NOx выхлопных газов выше по потоку от SCR 71, указанная датчиком 126 NOx (например, концентрация NOx ниже порогового уровня); низкая температура устройства снижения токсичности выхлопных газов, указанная датчиком 127 температуры (например, температура ниже пороговой температуры); и высокая концентрация углеводородов выхлопных газов ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от SCR 71, указанная датчиком 125 углеводородов (например, концентрация углеводородов выше порогового уровня).

Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; давление наддува с датчика 122 давления; концентрацию кислорода в выхлопных газах с кислородного датчика 126; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно расположенных на расстоянии импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В некоторых примерах топливо может впрыскиваться в цилиндр множество раз в течение одиночного цикла цилиндра. В последовательности операций, в дальнейшем указываемой ссылкой как зажигание, впрыскиваемое топливо подвергается зажиганию посредством воспламенения от сжатия, имеющего следствием сгорание. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры. Кроме того, в некоторых примерах может использоваться скорее двухтактный цикл, нежели четырехтактный цикл.

Далее со ссылкой на фиг.2A-2F показаны несколько примерных конфигураций систем выпуска двигателя транспортного средства для улучшения работы SCR. На фиг.2A показана первая примерная конфигурация 200 для системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы текут последовательно из двигателя 10 через дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 204 (DOC), углеводородный каталитический нейтрализатор SCR 206 (HC-SCR), каталитический нейтрализатор 208 SCR на мочевине (U-SCR) 208 и DPF 210. DOC 204, например, может содержать пористый цеолит или другие материалы на керамической основе, чья поверхность покрыта каталитически активным количеством Pt или Pd, либо комбинацией обоих металлов. Металлы, иные чем Pt или Pd, либо их комбинации, также могут использоваться. DOC 204 нейтрализует несгоревшие углеводороды в выхлопных газах двигателя, окисляя углеводороды до углекислого газа и воды. Дополнительно оксид углерода (CO) в выхлопных газах двигателя может окисляться до углекислого газа (CO₂) в DOC 204. Другие свободные радикалы, присутствующие в выхлопных газах, такие как оксид азота, серные соединения и полиароматические углеводороды, также могут окисляться по мере того, как они проходят через DOC 204. DOC 204 может быть расположен выше по потоку от U-SCR 208, поскольку окислительные реакции поддерживаются при обедненных условиях (например, условиях, в которых существуют концентрации O₂ сверх стехиометрических условий выхлопных газов). DOC 204 наиболее эффективен, когда его температура выше, чем пороговая температура (например, приблизительно 200°C, температура розжига для реакции окисления углеводородов). На температурах ниже пороговой температуры углеводороды могут ускользать или проходить через DOC 204 непрореагировавшими. Температура DOC 204 может измеряться и сообщаться в контроллер 12 датчиком 127 температуры.

Затем составляющие NOx в выхлопных газах восстанавливаются в HC-SCR 206, углеводороды в выхлопных газах служат в качестве восстановителей, тем самым, превращая NOx и углеводороды в газообразный азот (N₂), углекислый (CO₂) и воду (H₂O). В обедненных условиях углеводороды могут впрыскиваться выше по потоку (например, в цилиндре и/или после цилиндра) от HC-SCR 206 (например, в цилиндре или после цилиндра), чтобы подавать дополнительный восстановитель для реакции HC-SCR 206. Датчики кислорода на 126 и/или на 127 могут использоваться для измерения и сообщения уровней кислорода (например, указывающих обедненные или обогащенные условия) в выхлопных газах в контроллер 12. HC-SCR 206, таким образом, может удалять непрореагировавшие углеводороды, которые ускользают необработанными через DOC 204, например, когда температуры ниже, чем пороговая температура, углеводороды потребляются в реакциях восстановления NOx и, тем самым, предохраняются от прохождения через U-SCR 208 ниже по потоку. Соответственно, HC-SCR 206 может поглощать и накапливать углеводороды выхлопных газов во время холодных запусков (например, до того, как температура достигла пороговой температуры), или когда концентрация углеводородов выхлопных газов выше порогового уровня, оба примера условий, в которых окисление углеводородов выхлопных газов выше по потоку от U-SCR может быть неполным. HC-SCR 206 может содержать любой пригодный катализаторный материал, способный к обеспечению избирательного к углеводородам каталитического восстановления NOx, в том числе медный цеолит, металлы группы платины (PGM), серебро на глиноземной подложке, серебро на алюминиевой подложке и другие катализаторы на основе переходных металлов, такие как медь, хром, железо, кобальт и т.д., и их смеси, поддерживаемые на тугоплавких оксидах (например, глиноземе, двуокиси циркония, алюмосиликате, двуокиси титана). HC-SCR 206 также может содержать керамическую матрицу, содержащую цеолит. Другие примеры катализаторных материалов, известных в данной области техники для обеспечения избирательного к углеводородам каталитического восстановления NOx, или их комбинации также могут использоваться.

Ниже по потоку от HC-SCR 206 находится каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления, U-SCR 208. U-SCR 208 может функционировать подобно SCR 71, изображенному на фиг.1. U-SCR 208, кроме того, может восстанавливать составляющие NOx в выхлопных газах с использованием аммиака в качестве восстановителя. Аммиак формируется в выхлопных газах от разложения мочевины, которая впрыскивается в поток выхлопных газов через форсунку 205 дозирования мочевины. Форсунка 205 дозирования мочевины подает мочевину из бачка 203 хранения мочевины и расположена выше по потоку от U-SCR 208. В определенных условиях аммиак также может вырабатываться во время восстановления NOx углеводородами в HC-SCR 206. При впрыскивании в выхлопные газы мочевина разлагается, образуя аммиак и углекислый газ. Мочевина может впрыскиваться в местоположении в выхлопных газах, достаточно отдаленном выше по потоку от U-SCR 208, чтобы предоставлять разложению мочевины возможность происходить до поступления в U-SCR 208. Дозировка впрыска мочевины может регулироваться в зависимости от уровня NOx в выхлопных газах непосредственно выше по потоку от U-SCR 208. Соответственно, впрыскиваемое количество мочевины может регулироваться алгоритмом управления дозированием мочевины, выполняемым бортовым контроллером 12. Система выпуска двигателя транспортного средства дополнительно может содержать датчики NOx, мочевины и/или аммиака прямо выше по потоку от U-SCR 208. Система управления дозированием мочевины может принимать входные сигналы с датчиков мочевины или аммиака, чтобы количественно определять дозировку мочевины или аммиака, подаваемую в систему выпуска. Величина впрыска мочевины, которая слишком низка, может давать в результате эффективность нейтрализации NOx, которая слишком низка, чтобы удовлетворять нормирующим стандартам. С другой стороны, величина впрыска мочевины, которая слишком высока, может давать в результате отложения мочевины в системе, которые также могут уменьшать эффективность по NOx и увеличивать ускользание мочевины, а также формировать увеличенный белый дым в выхлопных газах при высоких температурах, когда отложения разлагаются и выделяются. Кроме того, впрыск слишком большого количества мочевины может повышать потребление мочевины, тем самым, снижая экономию мочевины. Бачок 203 с мочевиной может дозаправляться во время периодического технического обслуживания транспортного средства. После выхода из U-SCR 208 выхлопные газы проходят через DPF 210. DPF 210 удаляет твердые частицы или сажу из выхлопных газов. DPF 210 может быть кордиеритом, керамическим волокном, карбидом кремния, металлическим волокном или другим типом дизельного сажевого фильтра.

Таким образом, в первой конфигурации 200 системы выпуска двигателя транспортного средства HC-SCR 206, расположенный выше по потоку от U-SCR 208, потребляет непрореагировавшие углеводороды посредством восстановления NOx до того, как они достигают U-SCR 208. Таким образом, в ответ на первое условие, при котором температура выхлопных газов низка (например, во время холодных запусков до того, как температура выхлопных газов достигла пороговой температуры), и/или при которых концентрация углеводородов в выхлопных газах выше порогового уровня, углеводороды выхлопных газов могут потребляться посредством окисления в DOC 204 и/или восстановления в HC-SCR 206, с предохранением их от прохождения ниже по потоку через U-SCR 208. В дополнительном примере первое условие также может содержать условия, при которых уровни NOx ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемых предельных значений выбросов NOx). Пороговый уровень NOx также может указывать ссылкой на интегральный пороговый уровень NOx, а датчик 202 NOx может измерять интегральную концентрацию NOx в выхлопных газах.

Далее со ссылкой на фиг.2B проиллюстрирована вторая конфигурация 220 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы текут последовательно из двигателя 10 через DOC 204, ловушку 222 для углеводородов (HC), U-SCR 208 и DPF 210. Вторая конфигурация 220 отличается от первой конфигурации 200 по той причине, что уловитель 222 HC вместо HC-SCR 206 расположен ниже по потоку от DOC 204 и выше по потоку U-SCR 208. Уловитель 222 HC может содержать цеолит, который действует в качестве молекулярного сита, улавливая молекулы углеводородов в порах цеолита. Соответственно, во время холодных запусков или других условий работы транспортного средства, когда температуры выхлопных газов и DOC 204 низки, углеводороды, ускользающие мимо DOC 204, будут становиться захваченными в уловителе 222 HC. Уловитель 222 HC, в силу этого, предохраняет углеводороды выхлопных газов от достижения U-SCR в ответ на первое условие, при котором температура ниже пороговой температуры, и/или при котором концентрация углеводородов ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов выше по потоку от U-SCR 208 выше порогового уровня, или, кроме того еще, когда концентрация NOx выше по потоку от U-SCR 208 ниже порогового уровня NOx (например, ниже нормируемого уровня выбросов NOx).

Далее со ссылкой на фиг.2C показана третья конфигурация 230 системы выпуска двигателя транспортного средства, в которой выхлопные газы последовательно текут из двигателя 10 через дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 204 (DOC), уловитель 232 оксида углерода (CO) и уловитель 222 HC. Затем перепускной клапан 280 SCR направляет поток выхлопных газов, чтобы обходил или тек через U-SCR 208, после чего выхлопные газы текут через DPF 210. Как в конфигурации 200, мочевина хранится в бачке 203 хранения мочевины и подается в систему через форсунку 205 дозирования мочевины. Мочевина может разлагаться в потоке выхлопных газов, образуя аммиак и углекислый газ. Аммиак также может образовываться выше по потоку в обогащенных условиях во время десорбции и восстановления NOx в уловителе 232 CO. В третьей конфигурации 230 оксид углерода в выхлопных газах, выходящих из DOC 204, может удерживаться, в числе других составляющих, внутри уловителя 232 CO. Примеры уловителя 232 CO включают в себя цеолитовое молекулярное сито или каталитический нейтрализатор обедненных NOx (LNT). LNT могут содержать адсорбентные щелочноземельные соединения (например, BaCO₃) и катализаторы из драгоценных металлов (например, Pt, Rh, и тому подобного). В дополнение к улавливанию CO LNT может адсорбировать составляющие NOx в обедненных условиях. Наоборот, во время обогащенных условий LNT может десорбировать и восстанавливать NOx, при этом NOx восстанавливается углеводородами в выхлопных газах, превращая их в азот, углекислый газ и воду. Аммиак может вырабатываться в LNT в обогащенных условиях во время восстановления и десорбции NOx. Уловитель 222 HC может быть расположен ниже по потоку от уловителя 232 CO. Во время первого условия, при котором температура устройства снижения токсичности выхлопных газов меньше, чем пороговая температура (например, ниже температур розжига DOC), и/или при котором концентрация углеводородов выше порогового уровня, угл