CN101787918B - 在被动选择性催化还原系统的三效催化剂中生成氨的技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在被动选择性催化还原系统的三效催化剂中生成氨的技术。一种用于控制动力系的方法，包括：选择性地启动氨生成循环，包括：基于燃烧室内的NO_X生成量，在主燃烧事件之前将燃料喷射到发动机的燃烧室中至稀于化学计量比的范围内的标定空气燃料比；基于浓于化学计量比的范围内的总体空气燃料比，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中并引起氢分子的生成；以及在发动机和选择性催化还原装置之间使用催化剂装置来生成氨。

Description

在被动选择性催化还原系统的三效催化剂中生成氨的技术

技术领域

本发明涉及内燃机中NO_X排放物的后处理的控制。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

排放物控制是发动机设计和发动机控制中的一种重要因素。氮的氧化物NO_X是已知的燃烧副产物。NO_X通过发动机进气空气中存在的氮和氧分子在高的燃烧温度下分裂而生成，NO_X生成速率与燃烧过程具有已知的关系，例如，较高的NO_X生成速率与较高的燃烧温度和空气分子较长时间暴露于较高温度相关联。在燃烧过程中生成的NO_X的还原和排气后处理系统中的NO_X管理在车辆设计中是优先考虑的。

一旦在燃烧室中生成，NO_X分子能够在后处理装置的广泛范畴内的本领域已知的示例性装置中转化回到氮和氧分子。然而，本领域技术人员将理解，后处理装置很大程度上取决于操作状况，例如由排气流温度决定的装置操作温度和发动机空气/燃料比。此外，后处理装置包括由于随着时间的使用和暴露于高温而易于损坏或降级的材料，例如催化剂床。

现代发动机控制方法采用各种各样的操作方案来优化燃烧。在燃料效率方面优化燃烧的一些操作方案包括在燃烧室内的稀的、局部或分层燃烧，以减小实现气缸所需的功输出而需要的燃料装料并例如通过以未节流状况操作来增加发动机效率，从而减少空气进气泵送损失。虽然燃烧室内的温度能够在燃烧包内变得足够高，以生成大量的NO_X，但是燃烧室的总体能量输出，尤其是通过排气流从发动机排出的热能，可能从正常值极大地减小。这种状况对于排气后处理方案是有挑战的，因为前述后处理装置通常需要由排气流温度决定的升高的操作温度，以恰当地操作来处理NO_X排放物。

例如，已知后处理装置使用化学反应来处理排气流。一种示例性装置包括选择性催化还原装置(SCR)。SCR装置的已知使用采用从尿素注入获得的氨来处理NO_X。存储在SCR内的催化剂床上的氨与NO_X(优选以NO和NO₂的期望比例)反应，并产生有利的反应来处理NO_X。一个示例性实施例包括优选1比1的NO和NO₂比，且称为快速SCR反应。已知在柴油应用中操作SCR上游的柴油氧化催化剂(DOC)将NO转化为NO₂，用于SCR中的优选处理。排气后处理的持续改进需要关于排气流中NO_X排放的准确信息，以实现有效NO_X还原，例如基于监测的NO_X排放计量合适的尿素量。

还已知用于处理排气流的其它后处理装置。具体地，在汽油应用中使用三效催化剂(TWC)。稀NO_X捕获器(NO_X捕获器)使用能够存储一定量NO_X的催化剂，且已经开发发动机控制技术将这些NO_X捕获器或NO_X吸附器与燃料有效的发动机控制方案组合以改进燃料效率且同时仍实现可接受水平的NO_X排放。一种示例性方案包括使用稀NO_X捕获器来存储燃料稀操作期间的NO_X排放且然后在燃料浓的高温发动机操作状况期间用常规三效催化剂将所存储的NO_X净化为氮气和水。柴油颗粒过滤器(DPF)捕获柴油应用中的碳烟和颗粒物质，且所捕获的材料在高温再生事件中被周期性地净化。

动力系中的尿素注入可能是有问题的。尿素存储和补充可能难以保持。在通常区域中的正常变化气候状况下，尿素易于冻结。

发明内容

动力系包括具有燃烧室的内燃机和具有选择性催化还原装置的后处理系统，所述选择性催化还原装置使用氨作为还原剂。一种用于控制动力系的方法，包括：选择性地启动氨生成循环，包括：基于燃烧室内的NO_X生成量，在主燃烧事件之前将燃料喷射到发动机的燃烧室中至稀于化学计量比的范围内的标定空气燃料比；基于浓于化学计量比的范围内的总体空气燃料比，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中并引起氢分子的生成；以及在发动机和选择性催化还原装置之间使用催化剂装置来生成氨。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述一个或更多实施例，在附图中：

图1是示出了根据本发明的内燃机、控制模块和排气后处理系统的示意图；

图2示意性地示出了根据本发明的包括尿素定量构造的示例性后处理系统；

图3以图表形式示出了根据本发明的发动机的示例性操作和在各种空气燃料比内得到的排气流内的多种化学化合物(包括氨)的生成；

图4以图表形式示出了根据本发明的发动机操作和在各种空气燃料比内得到的排气流内的多种化学化合物(包括氨)的生成的附加示例；

图5示出了根据本发明的引入第一化学反应器的样品反应混合物的表；

图6以图表形式示出了根据本发明的在空气燃料比和反应温度范围内的氨生成水平；

图7以图表形式示出了根据本发明的由第一化学反应器使用标准反应混合物和修改反应混合物生成的氨水平与温度的关系；

图8以图表形式示出了根据本发明的由第一化学反应器使用标准反应混合物和修改反应混合物生成的氨水平与温度的关系；

图9以图表形式示出了根据本发明的四种不同示例性发动机控制方案和在一组固定操作状况下得到的发动机排放；

图10以图表形式示出了根据本发明的后处理系统中催化剂的示例性布置，以完成供SCR装置使用的氨的生成；

图11以图表形式示出了根据本发明的示例性试验结果，包括在第二次喷射内的氢分子生成量；

图12和13以图表形式示出了根据本发明的改变EOI2的关于氢生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的示例性结果；

图12示出了在两种不同测量总体AFR值下的氢和NO生成量；

图13示出了在两种不同AFR值下的每单位燃料累计增加的氢生成量；

图14以图表形式示出了根据本发明的对于固定总体AFR在不同第二次喷射量内的氢生成量、NO生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的示例性结果；

图15和16以图表形式示出了根据本发明的在两种发动机负载下改变单次喷射燃烧中的AFR的示例性效果，描述了发动机负载对氢生成量、NO_X生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的影响；

图15示出了根据发动机负载变化的氢和NO_X生成量；

图16示出了根据发动机负载的氢生成量和变化；

图17-21以图表形式示出了根据本发明的不同的示例性实施例，其中，本文所述的催化剂可以设置在后处理系统中；

图17示出了4级催化剂的布置，包括具有分别在过滤器的入口和出口通道上涂层的级1和级2催化剂的颗粒过滤器装置；

图18示出了4级催化剂的布置，级1和级2催化剂涂层在单个装置内的单个元件上；

图19示出了4级催化剂的布置，其中，级1催化剂布置在颗粒过滤器直接后面且在单个装置内；

图20示出了类似于图19的布置，除了级1催化剂位于颗粒过滤器内(例如，作为装置内的表面涂层)之外；

图21示出了4级催化剂的布置，其中，执行SCR作用的级3催化剂位于颗粒过滤器内；

图22示意性地示出了根据本发明的用于发动机控制模块中且确定NO_X生成估计值的示例性NO_X模型模块；

图23以图表形式示出了根据本发明的示例性燃烧质量分数曲线；

图24以图表形式示出了根据本发明的相对于在燃烧过程中的曲轴角绘出的示例性气缸压力；

图25示出了根据本发明的能够在燃烧室内估计的对于描述燃烧过程重要的多个不同温度；

图26是根据本发明描述在一组给定状况下多个输入对NO_X排放物的标准化影响的示例性建模结果的图表显示；和

图27以图表形式示出了根据本发明的产生NO_X生成估计值、使用神经网络内的模型来产生NO_X生成估计值且包括动态模型模块以补偿动态发动机和车辆状况对NO_X生成估计值的影响的示例性系统。

具体实施方式

现在参考附图，其中所示的内容仅仅是为了说明某些示例性实施例，而非为了限制所述实施例。图1是示出了根据本发明的内燃机10和控制模块5以及排气后处理系统15的示意图。示例性发动机包括多缸直接喷射内燃机，具有往复活塞22，活塞22附接到曲轴24且可在气缸20中移动，气缸20限定可变容积燃烧室34。已知发动机在压缩点火或火花点火下操作。此外，已知使用单个发动机中的任一点火方案的方法，基于例如发动机速度和负载的因素来调节方案。此外，已知发动机以混合动力方案操作，例如火花辅助的压缩点火方案。本发明意在包括发动机操作的这些示例性实施例，但不意在限制于此。曲轴24可操作地附接到车辆变速器和传动系，以响应于操作者扭矩请求(T_{O_REQ})将牵引扭矩传输给传动系。发动机优选采用四冲程操作，其中，每个发动机燃烧循环包括720度的曲轴24旋转角，分成四个180度阶段：进气-压缩-膨胀-排气，描述活塞22在发动机气缸20中的往复运动。多齿目标轮26附接到曲轴并随其旋转。发动机包括监测发动机操作的传感装置和控制发动机操作的致动器。传感装置和致动器信号地或可操作地连接到控制模块5。

发动机优选包括直接喷射四冲程内燃机，包括由活塞限定的可变容积燃烧室和气缸盖，活塞在气缸内在上止点和下止点之间往复运动，气缸盖包括进气阀和排气阀。在每个循环中，包括进气、压缩、膨胀和排气冲程，活塞以重复的循环往复运动。

发动机优选具有基本上稀于化学计量比的空气/燃料操作区域。本领域技术人员将理解，本发明的各个方面可应用于基本上稀于化学计量比操作的其它发动机配置，例如，稀燃火花点火发动机。在压缩点火发动机的正常操作期间，当燃料装料喷射到燃烧室中与进气空气形成气缸装料时，在每个发动机循环期间发生燃烧事件。装料随后在压缩冲程期间通过其压缩作用或者用来自于火花塞的火花启动而燃烧。

发动机适合于在大范围的温度、气缸装料(空气、燃料和EGR)和喷射事件内操作。本文公开的方法特别适合于用稀于化学计量比操作的直接喷射发动机运行，以确定与在持续进行的操作期间每个燃烧室中的热释放相关的参数。本文限定的方法可应用于多种发动机配置，包括火花点火发动机、压缩点火发动机(包括适合于使用均质充气压缩点火(HCCI)方案的发动机)。所述方法可应用于使用每个发动机循环每个气缸多次燃料喷射事件的系统，例如，采用用于燃料重整的预喷射、用于发动机做功的主喷射事件和(在可用时)燃烧后燃料喷射、用于后处理管理的燃烧后期燃料喷射事件的系统，每个事件均影响气缸压力。

传感装置安装在发动机上或附近，以监测物理特性并产生可与发动机和环境参数相关联的信号。传感装置包括曲轴旋转传感器，包括用于通过感测多齿目标轮26的齿上的边缘来监测曲轴速度(RPM)的曲轴传感器44。曲轴传感器是已知的且可包括例如霍尔效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。从曲轴传感器44输出的信号(RPM)输入给控制模块5。有燃烧压力传感器30，包括适合于监测缸内压力(COMB_PR)的压力传感装置。燃烧压力传感器30优选包括非侵入式装置，包括适合于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖中的具有环状截面的力传感器。燃烧压力传感器30与电热塞28结合安装，燃烧压力通过电热塞机械地传输给传感器30。传感器30的传感元件的输出信号COMB_PR与气缸压力成比例。传感器30的传感元件包括压电陶瓷或适合于此的其它装置。其它传感装置优选包括用于监测歧管压力(MAP)和环境大气压力(BARO)的歧管压力传感器、用于监测进气空气质量流量(MAF)和进气空气温度(T_IN)的空气质量流量传感器、以及冷却剂传感器35(COOLANT)。该系统可包括用于监测一个或多个排气参数(例如，温度、空气/燃料比和成分)的状态的排气传感器(未示出)。本领域技术人员将理解，可以有用于控制和诊断目的的其它传感装置和方法。除了其它装置之外，操作者扭矩请求T_{O_REQ}形式的操作者输入通常通过节气门踏板和制动踏板获得。发动机优选配备有用于监测操作和用于系统控制的其它传感器(未示出)。每个传感装置信号连接到控制模块5，以提供信号信息，所述信号信息由控制模块转换为表示相应监测参数的信息。应当理解的是，该配置是说明性的，非限制性的，各种传感装置可用功能等价装置和算法取代且仍落入本发明的范围内。

致动器安装在发动机上且由控制模块5响应于操作者输入控制以实现各种性能目标。致动器包括电子控制节气门装置和多个燃料喷射器12，电子控制节气门装置控制节气门开度至指令输入(ETC)，燃料喷射器12用于响应于指令输入(INJ_PW)将燃料直接喷射到每个燃烧室中，其全部都响应于操作者扭矩请求(T_{O_REQ})被控制。存在排气再循环阀32和冷却器(未示出)，响应于来自于控制模块的控制信号(EGR)控制外部再循环排气至发动机进气的流量。电热塞28包括安装在每个燃烧室中的已知装置，适合于与燃烧压力传感器30一起使用。

燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器装置，每个高压燃料喷射器装置适合于响应于来自于控制模块的指令信号INJ_PW将燃料装料(包括一定质量的燃料)直接喷射到一个燃烧室中。每个燃料喷射器12从燃料分配系统(未示出)提供增压燃料且具有操作特性，包括最小脉宽和相关最小可控燃料流率以及最大燃料流率。

发动机可配备有可操作调节每个气缸的进气和排气阀的开启和关闭的可控阀系，包括阀定时、定相(即，相对于曲轴角和活塞位置的定时)以及阀开启升程幅值中的任一个或多个。一个示例性系统包括可变凸轮定相，其可应用于压缩点火发动机、火花点火发动机和均质充气压缩点火发动机。

控制模块5优选地是通用数字计算机，通用数字计算机通常包括微处理器或中央处理单元、存储介质(包括非易失性存储器和随机存取存储器(RAM)，非易失性存储器包括只读存储器(ROM)和电可编程只读存储器(EPROM))、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A)电路、输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在非易失性存储器中并被执行以提供期望功能的常驻程序指令和标定值。所述算法通常在预定循环期间被执行，使得每个算法在每个循环被执行至少一次。算法由中央处理单元执行，且可操作监测来自前述传感装置的输入并且执行控制和诊断程序从而用预定标定值控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间，循环通常以固定间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件的发生而被执行。

控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器来控制发动机操作，包括节气门位置、燃料喷射质量和定时、控制再循环排气流量的EGR阀位置、电热塞操作、和进气和/或排气阀定时、定相和升程的控制(在如此配备的系统上)。控制模块适于接收来自操作者的输入信号(例如，节气门踏板位置和制动踏板位置)从而确定操作者扭矩请求T_{O_REQ}，且适于接收来自传感器的输入信号(表示发动机速度(RPM)、进气空气温度(T_IN)、冷却剂温度和其他环境条件)。

图1描述了示例性汽油发动机。然而，应当理解的是，NO_X处理和后处理系统可在包括柴油发动机的其它发动机配置中使用，且本发明不打算限于本文所述的具体示例性发动机实施例。

图2示意性地示出了根据本发明的包括尿素定量构造的示例性后处理系统。后处理系统200包括控制模块205、DOC210、SCR220、上游NO_X传感器230、下游NO_X传感器240、温度传感器250和尿素定量模块260。如本领域已知的，DOC210执行排气流的后处理所需要的多个催化剂功能。DOC210的功能之一是将NO(在SCR中不容易被处理的NO_X形式)转化为NO₂(在SCR中容易被处理的NO_X形式)。SCR220采用尿素作为反应物，以将NO_X还原成其它分子。上游NO_X传感器230检测和量化进入后处理系统200的排气流中的NO_X。虽然上游NO_X传感器230显示为量化进入后处理系统的NO_X的示例性装置，但是应当注意的是，用于评估SCR中的转化效率的进入系统的NO_X可以通过其它装置量化，例如通过位于DOC210和SCR220之间的NO_X传感器或者通过虚拟NO_X传感器，所述虚拟NO_X传感器对发动机输出和排气流中的状况进行建模以估计进入后处理系统的NO_X的存在量。本发明总体上讨论根据示例性实施例的描述进入后处理系统的NO_X的传感器输入，但是应当理解的是，取决于上游传感器位置，输入可以实际上描述进入后处理系统的一部分的NO_X含量。SCR220采用例如从注入的尿素获得的氨来通过本领域已知的方法将NO_X转化成其它分子。温度传感器250示出为位于采集后处理系统200内的排气流温度的区域。尿素定量模块260显示在SCR220上游的位置。尿素可以直接喷射到进入SCR的排气流中。然而，示出了采用混合器装置270的优选方法。尿素定量模块260将尿素注射到混合器装置270上，且尿素然后由排气流以大致均匀的分布运送到SCR220内部的催化剂表面上。下游NO_X传感器240检测和量化离开后处理系统200的排气流中的NO_X。控制模块205包括处理与后处理系统有关的输入所需的程序且可包括采用本文所述方法的程序。

作为还原剂的氨可以如上文所述通过尿素注入引入后处理系统。然而，在运动式或消费者拥有的动力系中存储和保持合适水平的氨可能是有问题的。本领域技术人员将理解，氨是燃烧和后处理过程的已知副产物。已知方法优化燃烧过程并使用后处理装置来减少氨的存在从而不招致必须转化的其它物质。公开了一种方法，来替代地选择性地削弱燃烧循环的操作并使用利于在氨生成循环中定期生成氨并将该氨存储的后处理装置，以便用于随后的NO_X转化。

氨可以在催化剂装置中生成，例如TWC装置。氨(NH₃)的这种生成由于以下关系式描述的示例性转化过程。

NO-CO+1.5H₂→NH₃+CO₂    (1)

本领域技术人员将理解，该转化在NO与氢分子反应之前需要氧分子从催化剂耗尽。当内燃机以稀操作模式操作时，通常存在过多的氧，其中，空气/燃料比(AFR)操作于稀于化学计量比或者具有过量空气。因而，使用选择性氨生成循环需要控制AFR为耗尽排气流中的氧气所确定的值。此外，在化学计量比和浓操作范围内AFR的选择还例如通过以合适的量生成NO和H₂而利于氨的生成。在上述示例性关系式中，显然，理想比为1.5比1。然而，基于催化剂提供的环境和后处理装置内发生的其它反应，不同的实际比可能产生最佳的氨生成量。使用具体示例性催化剂的示例性试验值确定在三和五个之间的氢分子和一个NO分子的比下最佳地操作。优选选择允许氢和NO的较低比的催化剂，因为氢需求与必须消耗以启动氨生成的燃料量直接相关。可以使用根据试验结果来标定或根据足以准确估计燃烧循环和后处理过程以及转化的操作的方法来建模，以选择对控制氨生成循环有用的AFR。本领域技术人员将理解，CO存在量也必须考虑，以利于上述反应。

氨生成循环的操作可以根据影响SCR装置内的氨使用的多个因素来控制或选择，包括催化剂上的估计氨存储量、估计或检测的氨逸出量、估计或检测的穿过SCR装置的NO_X渗漏、有益于以氨生成循环操作的发动机操作。这些因素的监测可以通过监测多个输入来完成，包括发动机操作、排气属性和SCR装置内的NO_X转化效率。发动机加速周期已经显示为包括通常较高水平的NO_X和氢生成量以及更接近于化学计量比的AFR。有益于氨生成的这种周期可以用于最小化在较不利的发动机操作下的氨生成循环的强加操作。氨生成循环的操作长度将根据所需氨生成量、所采用的系统具体特性和发动机的具体操作而变化。

生成氨所需的氢分子生成可以在发动机中通过燃烧过程产生。在缺乏氧分子的AFR浓环境中的燃烧往往生成提高水平的氢分子。氢生成可由于单次喷射燃烧循环而产生，其中，氢生成由于提供功输出给发动机的主燃烧事件引起。

图3以图表形式示出了根据本发明的发动机的示例性操作和在各种空气燃料比内通过单次喷射燃烧循环得到的排气流内的多种化学化合物(包括氨)的生成。示例性试验结果示出了测力计上发动机的操作，其使用以2000RPM速度和2bar负载操作的稀燃火花点火直接喷射燃烧。如上所述，改变AFR使得排气流的化学成分变化。已知在约14.7比1的AFR下在汽油发动机中发生化学计量比操作。大于14.7的AFR值描述稀操作或具有过量空气的操作。小于14.7的AFR值描述浓操作或具有过量燃料的操作。在图3的示例性数据组中，离开发动机的NO_X显示为随着AFR减小而减小，且离开发动机的H₂显示为随着AFR减小而增加。随着AFR减小，得到的离开TWC的NH₃的存在量显示为起初增加，在约14.2的示例性值处达到峰值，随后减小。因而，在包括用于产生图3所示的数据组的具体催化剂的示例性配置中，氨生成循环可以最佳地在等于14.2的AFR下操作。然而，如上所述，不同的配置和具体的不同催化剂可以改变氢和NO_X的比，以最有利于氨生成。因而，选择的AFR可以与在上述示例中给定的14.2值不同。

图4以图表形式示出了根据本发明的发动机操作和在各种空气燃料比内通过单次喷射燃烧循环得到的排气流内的多种化学化合物(包括氨)的生成的附加示例。示例性试验结果示出了测力计上发动机的操作，其使用以1500RPM速度和1bar负载操作的稀燃火花点火直接喷射燃烧。如上文结合图3所述，图4示出了在AFR值的范围内的氨生成量。氨生成量同样在一定AFR值处达到峰值且通过氢和NO_X分子的存在被部分地控制。在图4的示例性试验结果中，氨生成量的峰值在约14.2的AFR值处发生。如上所述，该值取决于所使用的催化剂的属性。

图5-8以图表形式示出了使用单次喷射以形成氨的试验结果并示出了引入第一化学反应器的反应物，所述第一化学反应器包括配置成模拟车辆排气流中的TWC装置的第一TWC块体和第二TWC块体。图5示出了根据本发明的引入第一化学反应器的样品反应混合物的表。每个样品反应混合物包括基于发动机模型确定的成分气体的水平，所述发动机模型模拟在选择发动机空气燃料比下的排气成分。理想平均空气燃料比(理想平均A/F)是基于发动机模型产生与样品反应混合物相关的排气成分的目标发动机空气燃料比。计算平均空气燃料比(计算平均A/F)是基于实际反应物测量值实现的建模空气燃料比。计算平均λ(计算平均Lambda)是计算平均空气燃料比的λ值。测量在每个样品反应混合物中包括的氧气(％O2)、一氧化碳(％CO)、氢气(％H2)、二氧化碳(％CO2)、水(％H2O)、碳氢化合物(ppm HC)和一氧化氮(％NO)的量。此外，每个样品反应混合物包括2.7ppm的二氧化硫(SO2)水平。

图6以图表形式示出了根据本发明的在空气燃料比和反应温度范围内的氨生成水平。图表示出了在目标空气燃料比(A/F比(+/-0.25A/F))时和300C、400C、500C和600C的反应温度下由第一化学反应器产生的氨水平(NH3(ppm))。对于每个反应温度，在14.2的目标空气燃料比时产生最高氨水平，且通常在空气燃料比增加时下降。此外，在14.2的目标空气燃料比时氨水平随着反应温度从300C向600C增加而降低。

图7以图表形式示出了根据本发明的由第一化学反应器使用标准反应混合物(STD＝w/H₂O，w/H₂，w/HC，w/CO，w/O₂)和修改反应混合物产生的氨水平(NH3(ppm))与温度(温度C)的关系。标准反应混合物包括在图5的表中针对具有14.2的目标空气燃料比的样品反应混合物列举的量的水、氢气、碳氢化合物、一氧化碳和氧气。修改反应混合物包括含有标准反应混合物的组分量但没有水的样品反应混合物(w/o H₂O)、含有标准反应混合物的组分量但一氧化碳水平增加取代氢气的样品反应混合物(w/o H₂(调节CO))、和含有标准反应混合物的组分量但氧气水平增加取代氢气的样品反应混合物(w/o H₂(调节O₂))。

图8以图表形式示出了根据本发明的由第一化学反应器使用标准反应混合物(STD＝w/H₂O，w/H₂，w/HC，w/CO，w/O₂)和修改反应混合物产生的氨水平(NH3(ppm))与温度(温度C)的关系。标准反应混合物包括在图5的表中针对具有14.2的目标空气燃料比的样品反应混合物列举的量的水、氢气、碳氢化合物、一氧化碳和氧气。修改反应混合物包括含有标准反应混合物的组分量但氧气取代一半量碳氢化合物的样品反应混合物(w/1/2HC(调节O₂))。图8还示出了使用标准反应混合物由第二化学反应器生成的氨(仅1^st块体)，其中，第二反应器仅包括第一TWC块体，而没有附加的TWC块体。

在单次喷射燃烧循环中氢生成量和NO_X生成量都可以多种方式调节。图9以图表形式示出了根据本发明的四种不同示例性发动机控制方案和在一组固定操作状况下得到的发动机排放。所有试验都在1000RPM和3bar的发动机负载下操作的单个发动机配置中进行。称为基准数据组的第一发动机控制方案包括用标准阀方案(95/-95(IMOP/EMOP))、31％EGR和22∶1的AFR操作。称为高阀重叠(HVO)数据组的第二发动机控制方案包括用修改阀方案(95/-80(IMOP/EMOP))(包括进气阀和排气阀均开启的周期)、在本领域称为内部EGR的状况下和14∶1的AFR操作。示例性高阀重叠方案包括关于上止点曲轴角大致对称的进气和排气阀开启和关闭。称为延迟进气阀关闭(LIVC)数据组的第三发动机控制方案包括用修改阀方案(140/-80(IMOP/EMOP))(包括比标准阀方案保持进气阀开启更长的时间段)和14∶1的AFR操作。称为14∶1w/EGR的第四发动机控制方案包括用标准阀方案(95/-95(IMOP/EMOP))、24％EGR和14∶1的AFR操作。从数据中可以看出，AFR和其它操作状况的调节可以将氢分子增加至多于基准数据组中可用水平的高水平。此外，阀方案和EGR率的调节包括对NO_X水平的影响。然而，从数据组和图3和4的检验可以看出，在较低AFR值下通过单次喷射增加氢生成量包括对NO_X生成量的限制，且NO水平不能以支持关系式1中所述的反应所需的水平存在。

使用直接喷射的发动机已知包括以燃烧循环的选择定时通过直喷式燃料喷射系统喷射精确量的燃料到燃烧室中的方法。在控制发动机排放的另一个示例性方法中，可以使用分离喷射，其中，第一次喷射根据化学计量比或者优选根据与NO_X生成量增加一致的稀操作来进行，第二次喷射在燃烧循环中稍后进行，优选在主燃烧事件之后，其中，燃料在燃烧室内重整，使得总体AFR变为生成氢分子所需的化学计量比或浓范围。此外，已经发现，第一次喷射的AFR比往往控制燃烧循环中的NO_X生成量，且在生成NO_X之后的燃料的随后重整(例如通过第二次喷射)往往控制氢分子生成量。该示例性方法可以称为燃烧后期碳氢化合物重整。在附加或替代方案中，在燃烧基本上完成之后，可以在发动机中使用第二次喷射，或者可以直接喷射到排气流中。该燃烧后喷射于是可以在催化剂上重整以形成氢气。类似于燃烧后期碳氢化合物重整，在从第一次喷射的早期燃烧生成NO_X之后喷射且在催化剂上重整的燃料，可以用于生成氢分子。该示例性方法可以称为燃烧后碳氢化合物重整。试验确认了在任一方法中，从第一次喷射得到的AFR与从导致NO_X和氢生成的两次喷射总和得到的总体AFR无关。燃烧后期碳氢化合物重整或燃烧后碳氢化合物重整可以用作分离的方法，例如通过第二次喷射的定时和燃烧室的状态(称为排气阀的状态)来控制。此外，可以使用两种方法相结合，其中，在燃烧室中可以发生碳氢化合物的部分重整，且通过排气阀离开的碳氢化合物浓的排气还可以在燃烧之后在催化剂上重整。在任一方案中，具体碳氢化合物装料的氢生成效率很大程度上取决于发动机操作状况、排气属性、催化剂温度和其它因素。通过这些方法，在主燃烧事件中可以使用标定AFR，以控制离开发动机的NO_X排放，可以使用包括主燃烧后喷射的总体AFR来控制氢生成。虽然在上述方法中描述了两次喷射，但是应当理解的是，在燃烧喷射早期和后期或在燃烧后喷射可以使用多次喷射，且多次喷射的定时将控制具体喷射是否有助于NO_X生成或氢生成。

燃烧后期碳氢化合物重整需要燃料喷射到燃烧室中。燃烧后碳氢化合物重整可以通过将燃料喷射到燃烧室中完成。附加地或替代地，燃烧后碳氢化合物重整可以通过将燃料直接喷射到后处理系统中(例如，喷射到燃烧室和氢生成催化剂之间的排气流中或者直接喷射到氢生成催化剂上)完成。在燃料直接喷射到后处理系统的情况下，燃烧室内的AFR不受燃料喷射到后处理系统影响，但是描述在氢生成催化剂上生成氢气的能力的总体AFR仍是所喷射(喷射到燃烧室中和直接喷射到排气流中)的总体燃料的函数。

碳氢化合物在催化剂上的重整是放热的且可以产生显著的热量。催化剂的温度优选被监测或估计以保护催化剂防止过温状况。一种示例性方法可以基于相关参数(优选包括催化剂温度)在喷射到燃烧循环中和燃烧循环后喷射之间切换。形成氢的该催化剂在用于形成氨的催化剂的上游，但是可以作为独立装置或者作为相同一体式后处理装置内的催化剂存在。此外，已知甚至在存在氧分子的情况下也的生成氢气的催化剂设计，从而通过减少喷射额外燃料以完全耗尽氧气的需要来增加氢生成效率。

图10以图表形式示出了根据本发明的后处理系统中催化剂的示例性布置，以完成供SCR装置使用的氨的生成。动力系300包括发动机310、级1催化剂320、级2催化剂330、级3催化剂340和级4催化剂350。排气流源于发动机310且行进通过四个催化剂。所示动力系300被优化用于燃烧后期碳氢化合物重整，如上所述。每个催化剂利于根据本领域已知的方法进行不同的反应。在图10的示例性配置中，选择级1催化剂320以利于根据关系式1的氨生成，选择级2催化剂330以利于根据TWC的正常操作进行操作，级3催化剂340是存储和使用氨与NO_X反应的SCR装置，级4催化剂350用于清除逸出SCR装置的过量氨。级1催化剂可靠近发动机使用，例如，在流体连接到排气歧管的装置中。各个级的催化剂的示例性选择在表1中归纳：

表1

由此，催化剂通过后处理系统中的燃烧后期碳氢化合物重整可以用于生成和利用氨。

图10中所使用的上述催化剂包括用于利于关系式1所述的反应以生成氨的级1催化剂。应当理解的是，在燃烧后期碳氢化合物重整中，级1催化剂还可以包括利于离开发动机的未燃烧碳氢化合物的重整并导致形成氢分子的催化材料。替代地，这种催化剂可以利于严格的燃烧后碳氢化合物重整作为使用燃烧后期碳氢化合物重整的后处理系统内的替代氢生成方案。可用燃烧后期碳氢化合物重整或燃烧后碳氢化合物重整操作的这种配置可导致表2所述的催化剂配置：

表2

以这种方式使用，后处理系统可以在燃烧后期碳氢化合物重整或燃烧后碳氢化合物重整之间交替或者包括同时的燃烧后期碳氢化合物重整和燃烧后碳氢化合物重整以生成氢分子支持氨的生成。

如上所述，可以使用第二次喷射来彼此独立地生成NO_X和氢。如图3和4所述，单次喷射燃烧中的AFR同时影响NO_X和氢生成水平。然而，试验显示，根据已知方法的燃烧室内燃烧和第一次喷射的定时大致与在发生燃烧时的时间下的AFR相关地生成NO_X。再次参考图3和4，作为在该燃烧期间可以存在的示例性状况，较高的AFR导致较大的NO_X生成量。一旦生成，该NO_X保持在排气流中，直到在后处理系统中反应。图11以图表形式示出了根据本发明的示例性试验结果，包括在第二次喷射内的氢分子生成量。根据图11的试验设备在基准条件下操作，包括单次喷射事件、1000RPM、3.0bar和22∶1的AFR，其中，系统导致包括约65ppm的NO和约550ppm的氢分子的发动机排放。图11中示出了用分离喷射操作的同一试验设备，其中，分离喷射的组合产生总体AFR(测量)。分离喷射试验的试验条件包括基准条件，附加燃料喷射以形成测量总体AFR。示出了两个喷射定时，且可以与在约140°aTDC时的示例性排气开启值比较。由EOI2测量的喷射定时控制将如何发生碳氢化合物的重整，例如通过使得多少的重整作为燃烧后期重整发生，使得多少的重整作为燃烧后重整发生。在图11的示例性数据中，NO_X排放保持与基准基本上不变，而氢气排放取决于总体AFR极大地变化。如图3和4所示，图11示出了在总体AFR减小时生成的氢分子的大的增加。取决于根据所生成的氨所需的氢量和可用的其它反应成分(例如，根据关系式1的示例性反应的NO_X和CO)，图11所示的试验结果可以用作基于氢生成量来选择期望总体AFR的因素。

如图11的数据组之间所示，第二次喷射的喷射定时(表示为喷射结束(EOI2)值)对氢生成量具有影响。图12和13以图表形式示出了根据本发明的改变EOI2的关于氢生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的示例性结果。图12和13的试验结果在与图11的试验结果相同或类似的试验设备上产生。图12示出了在两种不同测量总体AFR值下的氢和NO生成量。如上所述，通过示例性描述的第二次喷射的定时和燃烧室的状态显著地控制燃烧后期碳氢化合物重整或燃烧后碳氢化合物重整的发生。示例性状况包括在某一点(例如，在一种发动机配置中140°aTDC)排气阀的开启。在排气阀开启时或者之后发生的燃料喷射可能增加地流出发动机作为排气中的HC含量。图12的数据示出了缸内重整生成的氢分子，并反映了在EOI2在燃烧循环中延迟时缸内重整的减少。在图12中未示出要作为燃烧后碳氢化合物重整来重整的排气流的HC含量。图13示出了在两种不同总体AFR值下的单位燃料累计增加的氢生成量。试验结果的分析(如示例性的图12和13)与在不同操作点的氢生成效率相关的其它数据结合可用作选择第二次喷射的定时的因素。

如上所述，在第一次喷射事件之后燃烧期间的AFR主要影响NO_X生成，由于第一次和第二次喷射事件引起的总体AFR主要影响氢生成。图14以图表形式示出了根据本发明的对于固定总体AFR在不同第二次喷射量内的氢生成量、NO生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的示例性结果。试验条件包括14∶1的固定总体AFR、9.3mg/cycle的固定第一次喷射、210°bTDC的第一次喷射结束(EOI1)值和80°aTDC的EOI2值。在试验中的第二次喷射量的调节包括改变在试验样品点中的燃料和空气量，从而保持固定总体AFR。根据上述分离喷射方法的氢生成量很大程度上取决于在没有氧气时重整的燃料量。从图14的数据可以看出，当更多燃料在第二次喷射事件中喷射时，在第一次喷射之后燃烧中得到的AFR与必须喷射以保持固定总体AFR的附加空气量相对应地变化，得到NO_X生成的少量增加。此外，当更多燃料在第二次喷射事件中重整时，氢生成量和单位燃料累计增加的氢生成量减少。试验结果(例如示例性图14)的分析可以用作选择第二次喷射的喷射量的因素。

在允许在稀条件下或者用高AFR值运行的动力系轻载下的发动机操作可导致单次喷射燃烧循环的较高AFR值。用第二次喷射修改这种操作以在较低AFR值下生成氢在这种条件下可能是抑制性的，其中，实现较低总体AFR所需的燃料量将不希望地高。图15和16以图表形式示出了根据本发明的在两种发动机负载下改变单次喷射燃烧中的AFR的示例性效果，描述了发动机负载对氢生成量、NO_X生成量和每单位燃料累计增加的氢生成量的影响。图15和16的试验结果在包括2000RPM、在燃烧爆震限制时的火花和210°bTDC的喷射结束(EOI)值的条件下产生。如图15的示例性数据所示，氢和NO_X生成量取决于发动机负载变化。图16示出了根据发动机负载的氢生成量和变化。类似的图表可以针对本文所述的分离喷射方法的发动机负载对氢、NO_X生成量、和单位燃料累计增加的氢生成量的影响产生，且这种图表的分析可以用作估计发动机负载对氨生成循环的操作和分离喷射事件的操作的影响的因子。此外，描述动力系的预期操作的预测数据(包括外部信息，例如3D地图信息、交通信息、驾驶员习惯和从远程系统和例如道路传感、交通传感或其它系统的车载诊断装置中可用的其它细节)可用于预测发动机操作并在发动机负载最可能有效生成用于生成氨的反应的所需成分时操作氨生成循环。例如，在预期行驶路程中的长上坡可以用作生成氨的时机，而不是在平地或下坡低负载条件下生成氨。此外，预期发动机操作可以用于在燃烧后期碳氢化合物重整和燃烧后碳氢化合物重整之间作出选择。例如，对于特定动力系来说，以高速行驶可能证实以燃烧后重整更有效，而对于同一动力系来说停驶和堵塞行驶(go traffic)可能以燃烧后期重整更有效。这种模式可以在控制模块中预编程识别，或者替代地或附加地，特定动力系的操作可以通过使用神经网络、机器学习算法或本领域已知的其它适应性技术来随着时间适应性地开发。

应当注意的是，虽然图10的示例性配置示出了各个级作为独立催化剂，但是不同催化剂可以在单个装置中不同地聚集在一起。图17-21以图表形式示出了根据本发明的不同的示例性实施例，其中，本文所述的催化剂可以设置在后处理系统中。图17示出了4级催化剂的布置，包括具有分别在过滤器的入口和出口通道上涂层的级1和级2催化剂的颗粒过滤器装置。图18示出了4级催化剂的布置，级1和级2催化剂涂层在单个装置内的单个元件上。图19示出了4级催化剂的布置，其中，级1催化剂布置在颗粒过滤器直接后面且在单个装置内。图20示出了类似于图19的布置，除了级1催化剂位于颗粒过滤器内(例如，作为装置内的表面涂层)之外。图21示出了4级催化剂的布置，其中，执行SCR作用的级3催化剂位于颗粒过滤器内。除了所示实施例之外，使用级3催化剂的装置通常可以一体地包括级4催化剂以便清除逸出的氨。公开图17-21所示的示例性实施例是为了图示可以使用级1-级4催化剂的可能布置。然而，本领域技术人员应当理解，这些实施例不是可以使用这些催化剂的唯一布置，且本发明并不意在限于本文所述的具体实施例。

此外，应当理解的是，后处理系统可以采用本领域已知的许多配置，且用于生成氨的化学反应可以采用需要不同催化剂和不同操作条件的多种形式。例如，不同的装置被用在汽油发动机(例如TWC装置)和柴油发动机(例如DOC装置)的排气流中。图10的示例性配置是在后处理系统内能够实现氨的生成的一种方式，然而，本发明并不意在限于本文公开的具体实施例。此外，已知可以用于生成氨的其它反应。例如，可以使用的另一个反应包括以下。

2.5H₂-NO→NH₃+H₂O    (2)

该反应具有与CO的存在无关的益处，但是需要较高量的氢分子。可以用于生成氨的另一个反应包括以下。

Ba(NO₃)₂-8H₂-2NH₃+BaO+5H₂O    (3)

使用该反应需要包括钡的装置。本领域技术人员应当理解，尚不知道在使用PGM催化剂的装置(例如TWC、DOC或某些LNT装置)中存在钡，但是已知钡用于大多数LNT装置中，其中，钡用于在稀操作期间存储NO_X。还应当理解，这些反应中的每个可能需要用于正常操作的不同催化剂和动力系操作条件。此外，每个反应的不同NO和氢分子比将改变有效操作氨生成循环所需的AFR。

催化剂设计包括本领域已知的方法和偏好。在用于由于关系式1所述的反应而生成氨的TWC设计中所用的示例性催化剂(如结合表1在上文所述)优选包括基于铂和钯的催化剂(PGM催化剂)，但是该方法可以在能够产生所需反应的某些非PGM催化剂的情况下使用。催化剂可以并入位于发动机排气歧管附近的紧密联接或小型催化剂装置，或者可以在分离的装置中使用。

氨生成循环可以在需要时使用以提供氨给SCR装置。一种方法包括定期氨生成循环。在替代方案中，

可以在需要时通过上文所述的方法被估计和用于排定氨生成循环。使用发动机的化学计量比或浓操作的氨生成循环可以被排定使用根据动力系输出需求已经需要这种操作的时间段。发动机的稀操作，尤其是利用诸如均质充气压缩点火或分层充气模式的燃烧方法的稀操作，通常在较低负载和较低发动机速度下发生。例如，稀操作通常用于高速公路行驶的情形，其中，发动机在稳态操作下使用以保持速度。在稀操作不可能或不优选时，使用浓操作。例如，在加速的情况下通常采用浓操作，其中，产生使车辆加速所需的力需要高发动机负载，且横穿变速器操作范围状态需要包括高发动机速度的发动机速度。监测发动机使用可以允许响应于切换到浓操作模式而启动氨生成循环。除此之外或者作为替代，发动机使用的预测可以统计地作出或者与3D地图装置协调作出，基于将已经需要高发动机速度或负载的预期发动机使用来预测地启动氨生成。

上述方法生成的氨可以存储在SCR装置内的催化剂上，SCR装置被选定具有存储氨的容量。如本领域已知的那样，催化剂上的氨存储量

取决于排气流的多种属性，例如T_BED和SV。在SCR装置内升高的催化剂床温或排气流的升高速度引起逸出。氨生成循环可以基于有益于保持存储的氨的预测T_BED和SV范围来预测性地排定。T_BED可以被测量或根据模型预测。T_BED的示例性表示可以通过以下函数关系给出。

T_BED＝f(T₁，T₂，M_{DOT_EXH}，T_AMB，SCRGeometry)    (4)

T₁描述在SCR装置上游测量的排气流温度，T₂描述在SCR装置下游测量的排气流温度。M_{DOT_EXH}描述通过SCR装置的排气质量流率，且可以基于发动机操作估计或建模。T_AMB描述排气系统的环境条件的温度，且可以直接测量或基于通常测量值(例如进气空气温度)来确定。SV可以根据M_{DOT_EXH}和SCR几何形状类似地预测。由此氨生成可以在过多的逸出将不会预见性地耗尽来自于SCR装置的氨时完成。

发动机速度和负载对于氨生成循环是重要的。此外，发动机操作可在排气流中形成高温和高质量流率。从发动机操作得到的排气流的状况可导致需要浪费地喷射额外燃料的操作条件或者在SCR中形成过多逸出的条件，从而使得氨耗尽。然而，包括发动机和其它扭矩生成装置的混合动力系可以将所需输出扭矩输送给传动系，同时调节动力系的各个装置之间的平衡。其它扭矩生成装置可包括能够以扭矩生成马达模式或能量回收发电机模式操作的电机或多个电机。这种电机操作性地连接到能够将电能输送给电机或者从电机接收和存储电能的能量存储装置。由此，发动机操作可从所需输出扭矩分离以增加后处理系统中氨生成和存储的效率。例如，发动机扭矩可以允许超过所需输出扭矩，使用有益于在高负载下氨生成的化学计量比或浓发动机操作，且超过所需输出扭矩的发动机扭矩可以通过电机回收到能量存储装置。由此，用于生成氢的额外燃料可以产生被存储的能量，而不是在后处理系统中作为热量完全散出。在另一个示例中，在高负载操作下，例如在车辆在宽开启节气门条件下牵引重物持续上坡时，在高负载下由发动机操作引起的排气温度可以在SCR装置中形成过多的逸出。可以使用电机或多个电机来提供一些所需输出扭矩，从而降低发动机所需负载，允许发动机在允许较低发动机负载的档位状态下操作，从而降低得到的排气温度。由此，混合动力系可以用来利于氨生成和存储。

本文所述的方法设想通过氨生成循环来生成氨，使用排气流的成分来支持SCR装置中的NO_X后处理。应当理解的是，这些方法可以与尿素注入孤立使用，所述方法供应所有所需氨。在替代方案中，本文所述的方法可以用于补充尿素注入系统，从而扩展尿素存储罐需要填充之间的系统范围，同时允许发动机和动力系操作的全范围，而不会由于在需要时可用的尿素注入而显著监测氨生成循环和当前存储容量。

NO_X传感器或氧气传感器增加了车辆的成本和重量，且这种传感器通常需要在一定暖机时间之后实现特定操作温度范围以起作用。如上所述，虚拟NO_X传感器可以用于估计后处理系统中的NO_X的存在量。图22示意性地示出了根据本发明的用于发动机控制模块中且确定NO_X生成估计值的示例性NO_X模型模块。示例性NO_X模型模块500在NO_X生成估计系统510中操作且包括模型模块520和NO_X估计模块530。发动机传感器输入x₁-x_n是NO_X模型模块的输入且能够包括多个因素，包括温度、压力、发动机控制设置(包括阀和火花定时)、和表示燃烧室内的燃烧状态的其它读数。模型模块520接收这些输入且应用已知关系来确定多个参数以描述燃烧室内的燃烧。这些描述性参数的示例包括EGR％，即改向回到燃烧室以控制燃烧过程的排气百分比；描述在燃烧室内存在的空气和燃料的混合物的空气-燃料装料比(AFR)；可测量的燃烧温度，包括例如燃烧气体温度或平均燃烧温度；在燃烧过程中跟踪燃烧进展的可测量的燃烧定时，例如CA50，即在燃烧室中最初存在的燃料的50％的质量被燃烧时曲轴角的测量；和燃料轨道压力，表示燃料喷射器可用的以被喷射到燃烧室中的燃料压力。这些描述性参数能够用于估计在燃烧过程中燃烧室内存在的状况。如上所述，燃烧室内存在的状况影响燃烧过程中NO_X的生成。这些描述性参数能够提供给NO_X估计模块530，其中，编程的计算采用所述描述性参数作为输入来产生由于燃烧过程引起的NO_X生成估计值。然而，如上所述，分析描述燃烧过程的变量的模型可能包括复杂的计算，这可能需要比产生实时结果所需要的时间更长的时间来计算，需要大的处理容量，且仅仅具有预编程算法所允许的准确性。由于这些困难和准确和及时的信息的需要，把在ECM内NO_X生成估计作为后处理控制方案的一部分不是优选的。

通过虚拟NO_X传感器来监测NO_X可能需要监测燃烧过程以准确地估计来自于发动机的NO_X生成量。此外，通过监测燃烧过程可以有助于多次喷射的准确控制，如上述方法所述。多个发动机传感器输入能够用于量化描述燃烧过程的参数。然而，在发动机内发生的燃烧难以直接监测。传感器可以检测和测量进入气缸的燃料流量和空气流量，传感器可以监测施加到火花塞的具体电压或者处理器可以采集预测产生自动点火所需要的状况的信息和，但是这些读数一起仅仅是燃烧的预测，而不是测量实际燃烧结果。测量实际燃烧结果的一种示例性方法使用在燃烧过程中燃烧室内获得的压力测量值。气缸压力读数提供描述燃烧室内的状况的真实读数。基于对燃烧过程的理解，气缸压力可以被分析以估计具体气缸内的燃烧过程的状态，从而在燃烧定相和燃烧强度两方面描述燃烧。在已知状况下已知装料在已知定时的燃烧在气缸内产生可预测压力。通过描述在一定曲轴角时燃烧的相位和强度，具体燃烧过程的启动和进展可以被描述为燃烧的估计状态。通过估计气缸的燃烧过程的状态，在燃烧过程中影响NO_X生成的因素能够被确定且可用在NO_X生成估计中。

监测燃烧定相的一种已知方法是基于已知参数来估计给定曲轴角的燃烧质量分数比。燃烧质量分数比描述燃烧室中多少百分比的装料已经燃烧且用作燃烧定相的良好估计。图23以图表形式示出了根据本发明的示例性燃烧质量分数曲线。对于给定曲轴角，所示曲线描述了对该燃烧过程已经燃烧的装料内的燃料空气混合物的估计百分比。为了用作燃烧定相的度量，已知的是识别有关的具体燃烧质量分数百分比或者有关的具体曲轴角。图23识别CA50％作为燃烧质量分数等于50％时的曲轴角。通过检查在该气缸中或者在多个气缸中的多个燃烧过程中的这种具体度量，可以描述具体燃烧过程的相对定相。

如上所述，燃烧定相能够用于估计具体燃烧过程的状态。公开了一种用于监测燃烧定相以诊断低效燃烧的示例性方法，藉此监测发动机中的燃烧，在每个气缸燃烧过程产生燃烧质量分数比，且比较多个气缸的燃烧定相。如果一个气缸在该第一气缸的具体曲轴角时的燃烧相位与另一气缸在该第二气缸的相同曲轴角时的燃烧相位相差阈值相位差以上，那么可以推断异常燃烧。通过本方法可以诊断异常燃烧的许多源。例如，如果一些状况引起燃烧室内的提前点火或者爆燃，那么气缸压力读数将展现不同于正常燃烧的值。此外，燃料系统喷射定时故障(使得装料在错误的定时喷射)将引起异常气缸压力读数。另外，如果气缸不点火或者从未实现燃烧，那么气缸压力读数将展现不同于正常燃烧的值。类似地，压力曲线可以用于诊断其它异常燃烧状况，例如空气燃料混合物中的变化、凸轮轴定相中的变化和相关部件的维护故障。燃烧兴旺状况的任何这种诊断与NO_X有牵连且能够用于估计NO_X生成。

已知许多方法来估计燃烧质量分数。一种方法检查燃烧室内的压力数据，包括分析燃烧室内可归因于燃烧的压力升高。存在多种方法来量化气缸内可归因于燃烧的压力升高。压力比管理(PRM)是基于Rassweiler近似法的方法，其阐述燃烧质量分数可以用由于燃烧引起的分数压力升高来近似。在已知状况下已知装料在已知时间的燃烧往往在气缸内产生可一致预测的压力升高。PRM从在给定曲轴角时燃烧下测量的气缸压力(P_CYL(θ))与通过估计在给定曲轴角时如果气缸中没有发生燃烧的压力值来计算的驱动压力(motored pressure)(P_MOT(θ))的比获得压力比(PR)，从而得到以下等式：

$\mathrm{PR}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(5\right)$

图24以图表形式示出了根据本发明的相对于在燃烧过程中的曲轴角绘出的示例性气缸压力。P_MOT(θ)展现了在没有任何燃烧的情况下由活塞压缩捕获的气体包而得到平滑倒抛物线峰值。在活塞处于BDC时，所有阀关闭，活塞升高，从而压缩气体，活塞在压力曲线的峰值处达到TDC，且压力随着活塞远离TDC下降而减小。高于P_MOT(θ)的压力升高由P_CYL(θ)示出。燃烧定时将根据应用而不同。在该具体示例性曲线中，P_CYL(θ)在TDC附近从P_MOT(θ)开始升高，从而描述在TDC之前一定时间的点火事件。当装料燃烧时，燃烧引起热和功，从而导致燃烧室内压力增加。PR是P_MOT与P_CYL的比，且P_MOT是P_CYL的分量。净燃烧压力(NCP(θ))是P_CYL(θ)和P_MOT(θ)之间的差，或者是在给定曲轴角时燃烧室内可归因于燃烧的压力升高。应当理解的是，通过从PR减去1，可以确定NCP与P_MOT的比。

$\mathrm{PR}\left(\mathrm{\θ}\right)-1=\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}-\frac{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}=\frac{\mathrm{NCP}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(6\right)$

因而，通过上述等式测量的PR可用于直接描述气缸内的燃烧强度。将曲轴角θ时的PR-1相对于预期或理论最大PR值减1标准化得到在曲轴角θ时由于燃烧引起的压力升高与在燃烧过程完成时由于燃烧引起的预期总压力升高的分数压力比。该标准化能够由以下等式表示：

通过使得可归因于燃烧的压力升高等同于燃烧的进展，该分数压力比描述了该具体燃烧过程的燃烧质量分数。通过使用PRM，来自于气缸的压力读数可以用于估计该气缸的燃烧质量分数。

采用PRM的上述方法可应用于大范围的与压缩点火发动机有关的温度、气缸装料和定时，具有不需要标定压力传感器的附加益处。由于PR是压力比，未标定线性压力传感器可以用于从每个气缸获得压力数据读数。

估计燃烧质量分数的另一方法直接使用Rassweiler近似法来通过计算给定曲轴角释放的总热量来确定燃烧质量分数。Rassweiler近似法使用气缸的压力读数来近似气缸中的累加放热。该近似法由以下等式给出：

$Q_{\mathrm{Released}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\mathrm{\Σ}{P}_{k+1}-P_{k-1}{\left(\frac{V_{k-1}}{V_k}\right)}^r---\left(8\right)$

燃烧质量分数(到某一曲轴角时已经燃烧多少装料的测量)可以通过确定在给定曲轴角时已经发生了燃烧过程的多少比例的放热来近似。由Rassweiler近似法确定的累加放热可以在曲轴角的范围内求和，与燃烧过程的总预期或理论放热进行比较，且用于估计燃烧质量分数。例如，如果对于给定曲轴角已经实现75％的总预期放热，那么我们能够估计在该曲轴角时已经发生该循环的75％的燃烧。

其它方法可以用于估计燃烧质量分数。一种方法通过基于在装料燃烧中释放的热和做的功的分析来分析经典放热测量而量化燃烧室内由于燃烧引起的能量变化速率。这种分析集中于热力学第一定律，其阐述在封闭系统中能量的净变化等于增加到系统的热和功的总和。应用于燃烧室，燃烧室内和封闭气体的能量增加等于传递给燃烧室的壁和气体的热加上燃烧所做的膨胀功。

使用这些经典放热测量来近似燃烧质量分数估计值的示例性方法分析了在燃烧过程中通过装料燃烧引起的放热速率。该放热速率dQ_ch/dθ可以在曲轴角范围内积分，以描述以热的形式释放的净能量。通过本领域熟知的推导方法，该放热可以通过以下等式表示：

$Q=\∫\frac{{\mathrm{dQ}}_{\mathrm{ch}}}{\mathrm{d\θ}}=\∫(\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{\mathrm{\γ}-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})---\left(9\right)$

γ包括比热的比，且根据在与用于计算信号偏差相对应的温度时和没有EGR的情况下空气的比热来标称地选择。因而，对于柴油发动机标称或初始γ＝1.365，对于常规汽油发动机标称γ＝1.30。然而，这些能够基于空气和化学计量产物的比热数据使用当量比φ的估计值和对于操作状况而言指定的EGR摩尔分数且使用关系[γ＝1+(R/c_v)](其中R是通用气体常数)以及空气和产物属性的加权平均值通过以下等式来进行调整：

c_v(T)＝(1.0-φ*EGR)*c_vair(T)+(φ*EGR)*c_vstoichprod(T)        (10)

所述等式在与为了计算信号偏差而取样的压力相对应的气体温度下估计。

不管是通过前述方法还是通过本领域已知的一些其它方法计算，对于给定曲轴角而言在燃烧过程中释放的能量的计算可以与该燃烧过程的预期或理论总能量释放进行比较。这种比较产生了用于描述燃烧定相的燃烧质量分数的估计值。

上述方法容易简化以编程到微控制器或者其它装置中，用于在内燃机进行操作期间执行，如下文所述。

一旦产生了具体燃烧过程的燃烧质量分数曲线，所述曲线可用于估计该具体燃烧过程的燃烧定相。再次参考图23，获得参考点，将不同燃烧过程的燃烧质量分数估计值与所述参考点进行比较。在该具体实施例中，选择CA50％，表示在燃烧50％的装料时的曲轴角。能够选择其它测量，只要对每一次比较使用相同的测量即可。

确定燃烧质量分数值是本领域熟知的实践。虽然示例性方法在上文描述用于确定燃烧质量分数，但是本文公开的使用燃烧质量分数值来诊断气缸燃烧问题的方法可以与确定燃烧质量分数的任何方法一起使用。可以使用产生燃烧质量分数的任何实践，且本发明并不打算限于本文所述的具体方法。

存在附加方法来分析气缸压力信号。已知用于处理复杂或噪音信号并将所述信号简化为有用信息的方法。一种这样的方法包括通过快速傅立叶变换(FFT)进行的频谱分析。FFT将周期性或重复信号简化为可用于将信号转化成其频谱的分量的谐波信号总和。一旦信号分量被识别，它们可以被分析且可以从该信号获取信息。

位于燃烧气缸中或者与燃烧气缸连通的压力传感器的压力读数含有与在燃烧室内发生的燃烧直接相关的信息。然而，发动机是非常复杂的机构，且除了P_CYL(θ)的测量值之外，这些压力读数能够包含来自于其它源的多种压力波动。快速傅立叶变换(FFT)是本领域熟知的数学方法。一种称为频谱分析的FFT方法分析复杂信号且将信号分成其分量部分，这些分量部分可以表示为谐波的总和。由f(θ)表示的压力传感器信号的频谱分析可以表示如下：

FFT(f(θ))＝A₀+(A₁ sin(ω₀θ+φ₁))+(A₂ sin(2ω₀θ+φ₂))+...+(A_N sin(Nω₀θ+φ_N))                                   (11)

信号f(θ)的每个分量N表示燃烧室内压力的周期性输入，N中的每个增加增量包括信号或较高频率。试验分析已经表明，由燃烧和在燃烧过程的各个阶段中移动的活塞引起的压力波动P_CYL(θ)往往是第一个最低频率的谐波。通过分离该第一谐波信号，能够测量和评估P_CYL(θ)。如本领域熟知的那样，FFT提供关于每个识别的谐波的振幅和相位的信息，作为在上述等式中的每个谐波中的φ项获得。因而，第一谐波角或φ₁是跟踪燃烧定相信息的主项。通过分析与P_CYL有关的FFT输出分量，该分量的定相信息能够被量化并与预期定相或其它气缸的定相进行比较。这种比较允许测量的定相值被评估且如果差大于阈值定相差，那么指示警报，从而指示该气缸的燃烧问题。

通过FFT分析的信息在输入信号处于稳态时被最有效地估计。变化的输入信号的瞬时影响可能在进行的估计中产生误差。虽然已知补偿瞬时输入信号的影响的方法，但是本文公开的方法最好在怠速或者稳态平均发动机速度状况下进行，其中排除了瞬时的影响。在可接受的稳态试验期间完成该试验的一种已知方法是获得样本并使用控制模块中的算法来验证或者取消在发动机操作的稳态期间获得的试验数据。

应当注意的是，虽然试验数据优选在怠速或稳态发动机操作时获得，但是从这些分析获得的信息能够由复杂编程的算法或发动机模型使用，以在发动机操作的各个范围内实现更准确的发动机控制。例如，如果在怠速时的试验和分析表明气缸编号4具有部分堵塞的喷射器，那么在不同操作范围内对该气缸的燃料喷射定时进行调整以补偿察觉到的问题。

一旦气缸压力信号已经通过FFT进行分析，来自于压力信号的信息能够以各种方式使用，以分析燃烧过程。例如，所分析的压力信号能够用于产生如上述方法讨论的分数压力比和用于描述燃烧质量分数百分比，以描述燃烧过程的进展。

一旦诸如压力读数的测量值是可用的，则能够计算与燃烧过程相关的其它描述性参数。能够使用描述燃烧过程的具体特性的子模型来利用本领域熟知的物理特性和关系将气缸压力和其它容易获得的发动机传感器项转换成描述燃烧过程的变量。例如，能够通过以下等式表示容积效率，即进入气缸的空气-燃料装料与气缸容量相比的比值：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{VE}}=f(\mathrm{RPM},P_{\mathrm{im}},{\stackrel{\·}{m}}_a)---\left(12\right)$

RPM(或发动机速度)通过曲轴速度传感器容易测量，如上所述。P_im(或进气歧管压力)通常测量为与发动机控制相关且是容易获得的项。

(或流入气缸的装料的新鲜空气质量流量部分)也是在发动机的空气进气系统中通常测量的项，或者能够替代地从P_im、环境大气压力和空气进气系统的已知特性容易地推导出。能够从气缸压力和其它容易获得的传感器读数推导出的描述燃烧过程的另一变量是进入气缸的装料流量

能够由以下等式确定：

${\stackrel{\·}{m}}_c=\frac{P_{\mathrm{im}}\·\mathrm{rpm}\·D\·\mathrm{\η}}{2{\mathrm{RT}}_{\mathrm{im}}}---\left(13\right)$

D等于发动机排量。R是本领域熟知的气体常数。T_im是来自于进气歧管的温度读数。能够从气缸压力和其它容易获得的传感器读数推导出的描述燃烧过程的另一变量是EGR％(或，改向到排气再循环回路的排气的百分比)。EGR％能够由以下等式确定：

$\mathrm{EGR}\%=1-\frac{{\stackrel{\·}{m}}_a}{{\stackrel{\·}{m}}_c}---\left(14\right)$

能够从气缸压力和其它容易获得的传感器读数推导出的描述燃烧过程的又一变量是CAx，其中x等于期望分数压力比。CAx能够由以下等式确定：

$Z=\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}-1---\left(15\right)$

代入期望分数压力比作为Z并求解θ得到CAx。例如，CA50能够由以下等式确定：

$\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}=1.5---\left(16\right)$

燃烧室内的各种温度也能够从气缸压力和其它容易获得的传感器读数估计。图25示出了根据本发明的能够在燃烧室内估计的对于描述燃烧过程重要的多个不同温度。燃烧室内的平均温度T_a能够由以下等式确定：

$T_a=\frac{P_{\max }\·V\left(\mathrm{PPL}\right)}{1.05*{\stackrel{\·}{m}}_{c}R}---\left(17\right)$

P_max是在燃烧过程中燃烧室内实现的最大压力。PPL是发生P_max时的曲轴角的测量。V(PPL)是在点P_max发生时气缸的容积。燃烧室内装料未燃烧或未燃部分的平均温度T_u能够由以下等式确定：

$T_u=\frac{1.05*{\stackrel{\·}{m}}_c}{1.05*{\stackrel{\·}{m}}_c-\mathrm{\α}\·{\stackrel{\·}{m}}_f{\mathrm{\λ}}_S}[0.05\mathrm{\β}{T}_{\mathrm{ex}}+0.95T_{\mathrm{im}}]{\left(\frac{P_{\max }-\mathrm{\ΔP}}{P_{\mathrm{im}}}\right)}^{\frac{r-1}{r}}---\left(18\right)$

是燃料质量流量，且能够从已知燃料轨道压力与已知属性和燃料喷射器的操作结合或者从

和

确定。α和β是基于发动机速度和负荷的标定值，且可以通过试验、根据经验、通过预测、通过建模或者通过足以准确地预测发动机操作的其它技术来产生，且对每个气缸和不同的发动机设置、状况或操作范围，相同发动机可以使用多个标定曲线。λ_S是具体燃料的化学计量空气-燃料比且包括本领域熟知的值。T_ex是测量的排气温度。T_im和P_im是在进气歧管处获得的温度和压力读数。P_max-ΔP描述了刚好在燃烧启动之前燃烧室内的压力。γ是上述比热常数。燃烧室内装料燃烧或已燃部分的平均温度T_b能够由以下等式确定：

$T_b=\frac{T_a-(1-x_b)T_u}{x_b},x_b=\frac{\mathrm{\α}\·{\stackrel{\·}{m}}_f(1+{\mathrm{\λ}}_S)}{1.05{\stackrel{\·}{m}}_c}---\left(19\right)$

注意到，上述等式通过忽略气缸壁的热损失而以本领域熟知的方法简化。补偿该简化的方法是本领域熟知的且在本文将不详细描述。通过使用前述关系和推导，气缸压力和其它容易获得的传感器读数能够用于确定描述被监测的燃烧过程的多个参数。

如上所述，气缸压力读数能够用于描述燃烧室内发生的燃烧的状态，以便用作估计NO_X生成的因素。也如上所述，多个其它因素对于准确地估计NO_X生成是重要的。图26是根据本发明描述在一组给定状况下多个输入对NO_X排放物的标准化影响的示例性建模结果的图表显示。如上所述，已知使用模型模块和NO_X估计模块而基于发动机的已知特性来模拟或估计NO_X生成的方法。在该具体示例性分析中，用于表征燃烧过程中NO_X生成的模型能够由以下等式表征：

NOx＝NNT(Pmax，CA50，CApmax，EGR％，AFR)            (20)

如图26的图形结果所示，多个因素对NO_X生成具有不同的影响。在该组具体状况下，对所建模的发动机来说，EGR％对NO_X生成具有最大的影响。在这种情况下，通过本领域熟知的方法，将具体量的排气通过EGR回路再循环回到燃烧室中降低了燃烧过程的绝热火焰温度，从而降低了氮和氧分子在燃烧期间所经受的温度，藉此降低了NO_X生成速率。通过研究在各种发动机操作状况下的这些模型，神经网络能够设置有最有用的输入，以提供对NO_X生成的准确估计。此外，研究这些模型提供了对于选择输入数据有用的信息，以最初训练神经网络，改变输入并提供与传感器输入相对应的输出和最可能影响NO_X生成的描述性参数。

通过上述方法，对于一组发动机传感器输入，能够产生NO_X生成估计值。本领域技术人员将理解，当发动机在稳态或者接近稳态操作时，发动机操作的关系式和模型预测通常最有效地起作用。然而，能够观察和预测关于瞬时或动态发动机操作对NO_X生成估计值或其准确性的影响。描述动态模型或动态滤波模块的示例性等式表示如下：

$\frac{\mathrm{dNOx}}{\mathrm{dt}}=f(\mathrm{NOx},y,\mathrm{EGR}\%,\mathrm{AFR},\mathrm{Ta},\mathrm{RPM})---\left(21\right)$

其中，同时的NO_X读数和来自于训练后的神经网络的输出y用于估计NO_X生成的变化。这种变化变量能够用于累加地估计NO_X生成或者能够用于检查或滤波NO_X生成估计值。图27示意性地示出了根据本发明的产生NO_X生成估计值、使用神经网络内的模型来产生NO_X生成估计值且包括动态模型模块以针对动态发动机和车辆状况的影响补偿NO_X生成估计值的示例性系统。NO_X生成估计系统400包括模型模块410、神经网络模块420和动态模型模块430。在动态或者变化状况下，在当前操作状况下最可能影响NO_X生成估计值的因素可以通过试验、根据经验、通过预测、通过建模或者通过足以准确地预测发动机操作的其它技术来确定。将关于这些因素的输入连同来自于神经网络模块420的输出一起提供给动态模型模块430，且来自于神经网络的原始输出能够基于动态模型模块430所确定的动态状况的预期影响来调整、滤波、取平均值、解除优先次序或者以其它方式修改。由此，在估计NO_X生成时能够考虑动态发动机或车辆操作状况的影响。

如上所述，在将实际转化效率与失效转化效率进行比较时，积分能够用作低通滤波器。产生的数据经常随多个尖峰信号波动。各种信号(尤其是在任何给定时间的各个预测NO_X值的比较)的解译易于遭受错误判断或者错误识别。通过积分产生的数据曲线的比较极大地简化，且极大地减小了比较时的错误判断或者错误识别的可能性。

如上所述，确定转化效率可有助于操作氨生成循环。转化效率描述为后处理装置能够将NO_X转化成其它分子的效率。上述示例性后处理系统描述在被分析的后处理装置的上游测量的排气流的测量或估计的NO_X含量。在任何时间t进入后处理系统的NO_X的该测量值能够描述为x(t)。上述示例性后处理系统描述在被分析的后处理装置的下游测量的排气流的测量或估计的NO_X含量。在任何时间离开后处理系统的NO_X的该测量值能够描述为y(t)。在任何给定时间，转化效率由以下等式表示：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{ACTUAL}}\left(t\right)=1-\frac{y\left(t\right)}{x\left(t\right)}---\left(22\right)$

应当理解的是，该等式提供任何瞬时的转化效率。这种瞬时测量或计算易于受到基于信号噪音的误差的影响。本领域已知应用低通滤波器的方法。x(t)或y(t)在一定时间段内积分分别得到进入或离开后处理系统的实际NO_X量的描述。确定积分转化效率(对x(t)和y(t)中的异常测量值进行滤波)的示例性等式能够描述如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{ACTUAL}}=1-\frac{\∫y\left(t\right)*\mathrm{dt}}{\∫x\left(t\right)*\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

由此进入和离开后处理系统的NO_X测量或估计值能够用于确定后处理系统的估计或计算的实际转化效率。

恰当工作的或干净的后处理装置对于一组给定条件以一定最大可实现转化效率工作。然而，应当理解的是，后处理装置(尤其是采用催化剂的装置)随着时间和尤其是由于暴露给高温而易于遭受性能降级。识别失效催化剂对于保持低NO_X排放和持续允许燃料有效的发动机操作模式来说是重要的。

在干净装置中的转化效率受到多个环境或操作因素的影响。示例性SCR的转化效率能够通过由以下函数表示的模型来确定：

$\mathrm{\η}=f(T_{\mathrm{BED}},\mathrm{SV},{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{NH}}_3},x\left(t\right),V_{\mathrm{UREA}},{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{CELL}})---\left(24\right)$

T_BED描述SCR内的催化剂床的温度。该温度能够直接测量或者能够基于温度、流率和排气流的其它属性来估计。SV描述流经SCR装置的排气的表面速度，且能够作为包括温度和流率在内的排气流的属性的函数来确定。

描述在催化剂床上的氨存储量，且在SCR上需要足够的氨存在量来实现期望的NO_X转化反应。能够例如通过分析氨的吸附和解吸速率、NO_X的转化速率、和吸附的氨的氧化速率来估计。如上文所述，x(t)描述进入后处理系统的排气流中NO_X的存在量。低水平的NO_X在恰当地起作用的SCR中容易反应，而高于一定阈值的水平的NO_X更难反应且对应于较低转化效率。限制高于一定量的NO_X的处理的因素的示例包括SCR中存在的有限的氨。V_UREA描述注入的尿素的体积。虽然V_UREA类似于

描述了氨的存在量，但是V_UREA包括注入的尿素的当前测量，且能够更好地描述预期在近期存在的氨的瞬时指示。ρ_CELL描述在SCR内的催化剂材料的密度，因而描述SCR催化预期反应的容量。

描述转化效率的上述模型包括在SCR正常操作中能够假设或确认的因素。因而，模型能够简化，从而减小通过所述模型分析转化效率所需要的处理负荷。例如，V_UREA能够通过操作尿素定量模块来监测，且在具体预期范围内给定V_UREA值，得到的转化效率计算应当不受影响。在一些实施例中，V_UREA被控制成大致与x(t)直接成比例。此外，在一些实施例中，能够基于V_UREA、监测的排气流和SCR的特性(例如温度)、和x(t)来估计。在正常范围内给定

值，

能够简化为取决于T_BED的函数模型的一部分。如上所述，x(t)的值能够通过上游NO_X传感器或虚拟NO_X传感器来监测。ρ_CELL是SCR装置的特性且是已知值。由于这些已知或可估计的因素，示例性SCR的转化效率能够通过由以下函数表示的模型来确定：

$\mathrm{\η}=f(T_{\mathrm{BED}},\mathrm{SV},{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{NH}}_3})---\left(25\right)$

由此，SCR的转化效率能够通过将其它因素保持在已知或者标定范围内而作为车载诊断功能准确地确定。

本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。本领域技术人员在阅读和理解说明书以后可以想到其它变型和变化。因而，本发明并不打算限于作为用于实施本发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (28)

1.一种用于控制动力系的方法，所述动力系包括具有燃烧室的内燃发动机和具有选择性催化还原装置的后处理系统，所述选择性催化还原装置使用氨作为还原剂，所述方法包括：

选择性地启动氨生成循环，包括：

基于燃烧室内的NO_X生成量，在主燃烧事件之前将燃料喷射到燃烧室中至稀于化学计量比的范围内的标定空气燃料比；和

基于浓于化学计量比的范围内的总体空气燃料比，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中并引起氢分子的生成；以及在发动机和选择性催化还原装置之间使用催化剂装置来生成氨。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中引起燃烧室内所喷射的燃料的重整。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，燃烧室内所喷射的燃料的重整是不完全的；且

所述方法还包括重整在发动机和催化剂装置之间的氢生成催化剂上所喷射的燃料的一部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，燃烧室内所喷射的燃料的重整和氢生成催化剂上所喷射的燃料的该部分的重整通过调节在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中的定时来控制。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中引起燃烧室内所喷射的燃料的重整被选择性地执行；

所述方法还包括选择性地重整在氢生成催化剂上所喷射的燃料；以及

其中，选择性地重整在燃烧室内所喷射的燃料和选择性地重整在氢生成催化剂上所喷射的燃料被选择性地交替地实施。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择性地重整在氢生成催化剂上所喷射的燃料包括将燃料喷射到燃烧室中。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，选择性地重整在氢生成催化剂上所喷射的燃料包括将燃料喷射到后处理系统中。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浓于化学计量比的范围内的总体空气燃料比基于产生氢分子与NO分子的期望比。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述氢分子与NO分子的期望比在3∶1和5∶1之间。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地启动氨生成循环基于选择性催化还原装置内的估计氨存储量。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地启动氨生成循环基于发动机负载。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，基于发动机负载来选择性地启动氨生成循环基于描述动力系的预期操作的预测数据来预测性地排定。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动力系还包括混合动力系，所述混合动力系包括电动扭矩生成装置；且

所述方法还包括在氨生成循环期间将发动机负载调节为利于氨生成和存储。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动力系还包括混合动力系，所述混合动力系包括电动扭矩生成装置；且

所述方法还包括基于避免选择性催化还原装置中的氨逸出而将发动机负载调节为利于氨生成和存储。

15.一种用于控制动力系的方法，所述动力系包括具有燃烧室的内燃发动机和具有选择性催化还原装置的后处理系统，所述选择性催化还原装置使用氨作为还原剂，所述方法包括：

选择性地启动氨生成循环，包括：

基于燃烧室内的NO_X生成量，在主燃烧事件之前将燃料喷射

到燃烧室中至标定空气燃料比；和

基于燃烧室内的总体空气燃料比，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中并引起燃烧室内的氢分子的生成，其中，所述总体空气燃料比被设定为以相对于NO_X生成量的期望比生成氢分子；以及

其中，选择性地启动氨生成循环是基于选择性催化还原装置内的氨使用量。

16.一种用于控制动力系的设备，所述动力系包括具有燃烧室并排出排气流的内燃发动机和具有选择性催化还原装置的后处理系统，所述选择性催化还原装置使用氨作为还原剂，所述设备包括：

氨生成催化剂，所述氨生成催化剂处于后处理系统内，在发动机和选择性催化还原装置之间，从而利于从排气流中存在的氢分子和NO生成氨；和

控制模块，所述控制模块配置成选择性地启动氨生成循环，包括：

基于燃烧室内的NO_X生成量，在主燃烧事件之前将燃料喷射到燃烧室中至标定空气燃料比；和

基于燃烧室内的总体空气燃料比，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中并从重整所喷射的燃料引起氢分子的生成。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，在主燃烧事件之后将燃料喷射到燃烧室中包括利于燃烧室内的重整的喷射定时。

18.根据权利要求16所述的设备，还包括直喷式燃料喷射系统。

19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制模块还配置成：

监测选择性催化还原装置内的氨使用量；且

其中，选择性地启动氨生成循环基于监测选择性催化还原装置内的氨使用量。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，监测选择性催化还原装置内的氨使用量包括估计选择性催化还原装置内的氨存储量。

21.根据权利要求19所述的设备，其中，监测选择性催化还原装置内的氨使用量包括估计选择性催化还原装置内的氨逸出量。

22.根据权利要求19所述的设备，其中，监测选择性催化还原装置内的氨使用量包括监测经过选择性催化还原装置的NO_X渗漏。

23.根据权利要求16所述的设备，还包括在后处理系统内的氢生成催化剂。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，氨生成催化剂和氢生成催化剂位于一体式装置内。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述一体式装置是颗粒过滤器。

26.根据权利要求23所述的设备，其中，氢生成催化剂位于颗粒过滤器附近。

27.根据权利要求16所述的设备，其中，选择性催化还原装置位于颗粒过滤器附近。

28.根据权利要求16所述的设备，还包括尿素注入系统；且所述控制模块还配置成协调所述尿素注入系统和氨生成循环。

Images