CN102084097B - 用于内燃发动机中NOx控制的被动氨选择性催化还原 - Google Patents

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Abstract

发动机排气供应流NOx排放后处理包括催化设备以及第一和第二氨选择性催化还原设备。第一和第二氨选择性催化还原设备均包括基体金属。发动机运行能够被调节以产生排出发动机的排气供应流，其转化为氨。氨被存储在第一和第二氨选择性催化还原设备上并用于对排气供应流中的NOx排放进行还原。

Description

用于内燃发动机中NOx控制的被动氨选择性催化还原
技术领域
本发明涉及内燃发动机中NOx排放后处理的控制。
背景技术
在此部分中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，且可能不构成现有技术。
内燃发动机的制造商不断地开发新的发动机控制策略，以满足消费者需求并符合各种规定。一种这样的发动机控制策略包括在化学计量比稀侧的空气/燃料比下运行发动机，以改善燃料经济性并减少排放。这种发动机包括压缩点火发动机和稀燃的火花点火发动机。
当存在于发动机进气中的氮分子和氧分子在燃烧的高温下分解时，稀侧的发动机运行可以生成氮氧化物(NOx)，一种已知的燃烧副产物。NOx生成速率遵循与燃烧过程有关的已知关系，例如，较高的NOx生成速率与较高的燃烧温度以及空气分子较长时间暴露于较高温度有关。
一旦在燃烧室中生成，则NOx分子能在后处理设备中被还原成氮分子和氧分子。已知的后处理设备的效率很大程度上依赖于运行情况，例如由排气流温度和发动机空气/燃料比驱动的设备运行温度。此外，后处理设备包括在使用中因为暴露于高温以及排气供应流中的污染物而易于损坏或者退化的材料。
已知的管理燃烧以增加燃料效率的发动机运行策略包括以稀侧的空气/燃料比运行，在燃烧室内使用局部的或者分层充气的燃烧，同时在非节流状况下运行。尽管燃烧室内的温度在燃烧凹穴内会变得足够高，以生成大量的NOx，但是燃烧室的总能量输出，特别是通过排气流从发动机排出的热能可以从正常值显著降低。这种状况对排气后处理策略是有挑战性的，因为后处理设备经常要求由排气流温度驱动的升高的运行温度，以便充分地运行从而处理NOx排放。
后处理系统包括产生化学反应以处理排气成分的催化设备。特别地，在汽油应用中利用三元催化设备(TWC)来处理排气成分。稀NOx吸附器(NOx捕集器)利用了能够储存一些量的NOx的催化剂，并且已经开发了发动机控制技术来将这些NOx吸附器与燃料高效的发动机控制策略结合以改善燃料效率，并且仍然获得可接受的NOx排放水平。一种已知的策略包括使用稀NOx吸附器以便在稀侧的运行期间储存NOx排放，然后在浓侧的发动机运行情况期间使用TWC将所存储的NOx清除和还原为氮气和水。柴油颗粒过滤器(DPF)捕捉柴油应用中的烟煤和颗粒物，并且所捕捉的物质被周期性地在高温再生事件中清除掉。
一种已知的后处理设备包括选择性催化还原设备(SCR)。SCR设备包括促进NOx与还原剂(诸如氨或者尿素)反应的催化材料以生成氮气和水。还原剂可以被喷射到SCR设备上游的排气供应流中，从而需要喷射系统、罐和控制方案。该罐可能需要周期的再次填充，并且可能在寒冷气候下冻结，从而需要额外的加热器和绝缘。
在SCR设备中使用的催化材料包括在钛(Ti)和基体金属(包括铁(Fe)或者铜(Cu))上的钒(V)和钨(W)，其中具有沸石涂层。包括铜的催化材料可以在低温下有效地运行，但是已被示出在高温下具有差的耐热性。包括铁的催化材料可以在高温下很好地运行，但是在低温下具有降低的还原剂储存效率。
对于汽车应用，SCR设备通常具有在150℃到600℃的运行温度范围。该温度范围可以依赖于催化剂而变化。在高负载运行期间或者之后，该运行温度范围可能减小。大于600℃的温度可能引起还原剂渗漏并使SCR催化剂退化，然而在低于150℃的温度时NOx处理效率降低。
发明内容
一种用于对内燃发动机的排气供应流中的NOx排放进行还原的方法和后处理系统，其包括催化设备，该催化设备流体连接在第一氨选择性催化还原设备的上游，该第一氨选择性催化还原设备流体连接在第二氨选择性催化还原设备的上游。第一氨选择性催化还原设备包括相应的催化材料，该催化材料包括第一基体金属，第二氨选择性催化还原设备包括相应的催化材料，该催化材料包括第二基体金属。发动机运行被调节以产生排出发动机的排气供应流，该排气供应流包括可在催化设备上转化成氨的一氧化氮、一氧化碳和氢气。该氨被存储在第一和第二氨选择性催化还原设备上。使用所存储的氨在第一和第二氨选择性催化还原设备中对NOx排放进行还原。
附图说明
现在将参考附图作为示例来描述一个或多个实施例，在附图中：
图1是依据本发明的示例性发动机系统和后处理系统的示意图；
图2是依据本发明的对来自发动机的排气供应流进行管理的控制方案；
图3以曲线图示出了依据本发明的来自示例性NOx传感器和氨传感器的作为发动机AFR的函数的示例性试验数据；
图4示意性图示了依据本发明的对来自发动机的排气供应流进行管理的控制方案；
图5以曲线图示出了依据本发明的描述了氨生成量和车辆速度之间关系的示例性试验数据；
图6A和6B以曲线图示出了依据本发明的描述了累积NOx排放和车辆速度之间关系的示例性试验数据；
图7和图8示意性图示了依据本发明的排气后处理系统的后处理配置；
图9以曲线图示出了依据本发明的描述了氨生成量和空气/燃料比之间关系的示例性试验数据；
图10示意地图示了依据本发明的对来自发动机的排气供应流进行管理的控制方案；以及
图11-13以曲线图示出了依据本发明的示例性试验数据；
具体实施方式
现在参考附图，其中描述的目的只是为了对某些示例性实施例进行说明，而并不是为了限制所述实施例，图1示意地显示了根据本发明实施例构造的内燃发动机10、后处理系统70和附属控制模块5。发动机10可以选择性地以浓侧的空气/燃料比(AFR)、化学计量比AFR和以稀侧的AFR运行。本发明可以应用于各种内燃发动机系统和燃烧循环。
在一个实施例中，后处理系统70可以连接到发动机10，该发动机耦接至机电混合动力系统(未示出)。该机电混合动力系统可以包括配置成向车辆传动系(未示出)传输牵引功率的扭矩机械。
示例性发动机10包括具有可以在气缸15内滑动运动的往复活塞14的多缸直喷四冲程内燃发动机，气缸15限定可变容积的燃烧室16。活塞14连接旋转的曲轴12，通过旋转的曲轴12将线性往复运动转变成旋转运动。进气系统给进气歧管29提供进气，进气歧管29引导并分配空气进入燃烧室16的进气流道中。进气系统包括用于监测和控制空气流的空气流管道系统和设备。进气设备优选包括用于监测空气质量流量和进气温度的空气质量流量传感器32。节气门阀34优选包括用于响应来自控制模块5的控制信号(ETC)而控制进入发动机10的空气流的电控设备。在进气歧管29中的压力传感器36配置成监测歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道使来自发动机排放的排气再循环至进气歧管29，并且具有称为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5运行，以便通过控制EGR阀38的开度来控制到进气歧管29的排气的质量流量。
通过一个或多个进气阀20控制从进气歧管29进入到燃烧室16中的空气流。通过一个或多个排气阀18控制离开燃烧室16至排气歧管39的排气流。发动机10装备有控制和调整进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18的打开和关闭可以通过分别控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)设备22和24来进行控制和调整。进气VCP/VLC设备22和排气VCP/VLC设备24配置成分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的转动与曲轴12的转动相联系并且相对于曲轴12的转动而标引，因此进气阀20和排气阀18的打开和关闭与曲轴12和活塞14的位置相联系。
进气VCP/VLC设备22优选包括这样的机构，其配置成响应于来自控制模块5的控制信号(INTAKE)关于各气缸15切换和控制进气阀20的阀升程并且可变地调整和控制进气凸轮轴21的定相。排气VCP/VLC设备24优选包括这样的可控机构，其可操作以响应于来自控制模块5的控制信号(EXHAUST)关于各气缸15可变地切换和控制排气阀18的阀升程并且可变地调整和控制排气凸轮轴23的定相。
进气和排气VCP/VLC设备22和24均优选包括配置成将进气阀20和排气阀18的阀升程或开度的大小分别控制为两个离散级中的一个的可控两级可变升程控制(VLC)机构。两个离散级优选包括：优选用于低速度和低负载运行的低升程阀打开位置(在一个实施中为大约4-6mm)，以及优选用于高速度和高负载运行的高升程阀打开位置(在一个实施中为大约8-13mm)。进气和排气VCP/VLC设备22和24中的每个都优选包括可变凸轮定相(VCP)机构，以便分别控制和调整进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相(即，相对正时)。调整定相是指相对于各气缸15中的曲轴12和活塞14的位置来变换进气阀20和排气阀18的打开时间。进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构均优选具有大约60°至90°的曲柄旋转的定相许可范围，因此允许控制模块5使进气阀20和排气阀18之一的打开和关闭相对于各气缸15的活塞14的位置超前或延迟。相位许可的范围是由进气和排气VCP/VLC设备22和24限定和限制的。进气和排气VCP/VLC设备22和24包括确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置的凸轮轴位置传感器(未示出)。VCP/VLC设备22和24使用由控制模块5控制的电动液压、液压和电动控制力中的一种来致动。
发动机10包括燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个高压燃料喷射器28配置成响应于来自控制模块5的信号将一定质量的燃料直接喷射到燃烧室16中的一个内。从燃料分配系统(未示出)向燃料喷射器28供应加压燃料。
发动机10包括火花点火系统(未示出)，通过该火花点火系统，响应于来自控制模块5的信号(IGN)，将火花能量提供给火花塞26，用于点燃或者辅助点燃各个燃烧室16中的气缸充气。
发动机10配备各种用于监测发动机运行的传感设备，包括具有输出RPM并且运行以监测曲轴旋转位置(即曲柄角度和速度)的曲柄传感器42，包括在一个实施例中配置成监测燃烧的燃烧传感器30，以及配置成监测排气的排气传感器40，在一个实施例中还包括空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括运行以监测燃烧参数状态的传感器设备，并被描述为运行以监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。控制模块5监测燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出，且控制模块5确定燃烧定相，即对于每个燃烧循环且对于每个气缸15，燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。控制模块5还可以监测燃烧传感器30以确定对于每个燃烧循环及对于每个气缸15的平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10和控制模块5被机械装备成(或制成)在每个气缸着火事件期间监测和确定每个发动机气缸15的IMEP状态。可替代地，在本发明范围之内，可以使用其它传感系统来监测其它燃烧参数的状态，例如离子传感点火系统，以及非侵入式气缸压力传感器。
控制模块5执行其中储存的算法代码来控制致动器，以控制发动机的运行，包括节气门位置、火花正时、燃料喷射质量和正时，进气阀和/或排气阀正时和定相，以及控制再循环排气流量的排气再循环阀位置。阀的正时和定相可以包括负阀门重叠(NVO)和排气阀再次打开的升程(在排气再换气策略中)。控制模块5配置成接收来自操作者的输入信号(比如节气门踏板位置和制动器踏板位置)，以确定操作者扭矩请求和来自指示了发动机速度、进气温度、冷却剂温度和其它周围环境情况的传感器的输入。
控制模块5优选地为通用数字计算机，通常包括：微处理器或中央处理单元、存储介质(包括只读存储器和电可编程只读存储器的非易失性存储器、随机存取存储器)、高速时钟、模数转换和数模转换电路、输入/输出电路和设备、以及适当的信号调节和缓存电路。控制模块5具有一组控制算法，包括储存在非易失性存储器中并被执行以提供所需功能的常驻程序指令和校准。算法优选在预设循环周期期间执行。算法由中央处理单元执行并可操作以监测来自前述传感设备的输入，并执行控制和诊断例程以使用预设的校准来控制致动器的运行。循环周期可以以规则的间隔来执行，例如，在工作的发动机和车辆运行期间每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒。可替代地，算法可以响应于事件的发生而执行。
在运行当中，控制模块5监测来自上述传感器的输入以确定发动机运行参数的状态。控制模块5配置成接收来自操作者的输入信号(例如通过节气门踏板和制动器踏板，未示出)来确定操作者扭矩请求。控制模块5监测指示了发动机速度和进气温度以及冷却剂温度和其它周围环境情况的传感器。
控制模块5执行其中存储的算法代码来控制上述致动器以形成气缸充气，包括控制节气门位置，火花点火正时，燃料喷射质量和正时，控制再循环排气流量的ERG阀位置，以及在发动机上的进气阀和/或排气阀的正时和定相(如果如此配备的话)。在一个实施例中，阀的正时和定相可以包括负阀门重叠(NVO)和排气阀再次打开的升程(在排气再换气策略中)。控制模块5可以运行，以在工作中的车辆运行期间打开和关闭发动机10，并且可运行以便通过控制燃料和火花以及控制阀的停用来选择性地使燃烧室15的一部分或进气阀20和排气阀18的一部分停用。控制模块5可基于来自排气传感器40的反馈来控制AFR。排气传感器40可以包含宽范围空气/燃料比传感器，其配置成产生与空气/燃料比范围内的空气/燃料比相对应的线性信号。可替代地，在一个实施例中排气传感器40可以包括开关类型的化学计量比传感器，其配置成产生与化学计量比的浓侧和化学计量比的稀侧之一的空气/燃料比相对应的输出信号。
排气后处理系统70与排气歧管39流体连接，并且包括催化设备48，第一氨选择性催化还原(NH3-SCR)设备60和第二NH3-SCR设备62。催化设备48流体并且串联地连接在第一NH3-SCR设备60的上游。第一NH3-SCR设备60流体并且串联地连接在第二NH3-SCR设备62的上游。排气后处理系统70可以包括运行用来如下所述那样地氧化、吸附、解吸、还原和燃烧排气供应流的成分的其它催化衬底和/或捕集衬底。
排气后处理系统70可以装备有各种传感设备，用于监测来自发动机10的排气供应流，包括配置成监测并量化第二NH3-SCR 62上游的NOx分子的第一NOx传感器50，检测并量化NH3-SCR 62下游的NOx分子的第二NOx传感器52，配置成监测第一NH3-SCR设备60的温度的第一温度传感器51，以及配置成监测第二NH3-SCR设备62的温度的第二温度传感器53。排气后处理系统70中可以包括其他的NOx传感器，用来检测和量化排气供应流中的NOx分子，例如配置成检测进入后处理系统70中的NOx分子的NOx传感器和配置成监测离开催化设备48的NOx分子的NOx传感器。
在发动机运行期间，示例性发动机10产生了包含能够在后处理系统中转化的成分元素的排气供应流，其中包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。在以化学计量比的稀侧运行发动机10后，氧气(O2)存在于排气供应流中。在整个燃烧过程中，氢气(H2)生成可以发生在发动机10中。在化学计量比的AFR或浓侧的AFR的环境中的燃烧(其中缺乏分子氧)往往生成升高水平的分子氢。
催化设备48执行大量催化功能来处理排气流。催化设备48氧化碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。催化设备48规划成在化学计量比和浓侧的发动机运行期间生成氨。所述规划可以涉及使用不同的催化剂(包括铂族金属，例如铂、钯、铑)，并采用具有氧气存储能力的铈和锆的氧化物。在一个实施例中，催化设备48是三元催化转化器，其配置成在化学计量比的发动机运行期间氧化碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)并还原NOx。
第一和第二NH3-SCR设备60和62将NOx还原成其它分子，包括如下所述的氮气和水。示例性NH3-SCR设备包括涂覆以沸石涂层(washcoat)的衬底(未示出)和包括催化活性基体金属的催化材料。第一NH3-SCR设备62涂覆以沸石涂层和包括有第一催化活性基体金属的第一催化材料，而第二NH3-SCR设备62涂覆以沸石涂层和包括有第二催化活性基体金属的第二催化材料。第一和第二催化活性基体金属优选为不同的基体金属。衬底包括堇青石或金属单块，其单元密度大约为每平方厘米62至93个单元(每平方英寸400至600个单元)，而壁厚大约3至7密耳(mils)。衬底的单元包括流动通道，排气流过流动通道以接触催化剂来实现氨的存储。衬底充满沸石涂层(washcoat)。沸石涂层也包含催化活性基体金属，例如铁(Fe)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)。可替代地，基于钒的和/或钛(Ti)上的钨(W)组分可以用作催化剂。铜催化剂已经显示出在低温下表现有效，例如100℃至450℃，但具有差的耐热性。铁催化剂在高温下表现很好，例如200℃至650℃，但具有降低的还原剂存储能力。
第一和第二NH3-SCR设备60和62存储与NOx排放反应的氨。存储的氨在催化材料存在的情况下选择性地与NOx反应而生成氮气和水。下面的方程式描述了在第一和第二NH3-SCR设备60和62中关于氨的主要反应：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O         [1]
3NO2+4NH3→3.5N2+6H2O           [2]
2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O         [3]
多个二次反应可以同时发生并且依据所消耗燃料的类型而不同。
在发动机运行期间，排气供应流将热能传递到第一和第二NH3-SCR设备60和62上的催化材料。排气供应流能够在流经后处理系统70的同时冷却，从而产生从第一NH3-SCR设备60到第二NH3-SCR设备62的温度梯度，由此对于已知的排出发动机的排气温度而言，第一NH3-SCR设备60在相对较高的温度状况下运行，而第二NH3-SCR设备62在相对较低的温度状况下运行。催化材料在达到最小温度阈值之后促进前述反应，并且是有效的，直到超过最大温度阈值。第一NH3-SCR设备60与第一运行温度范围相关联，并且第二NH3-SCR设备62与第二运行温度范围相关联。例如，当第一NH3-SCR设备60的温度在第一运行温度范围内时第一NH3-SCR设备60还原NOx，并且当第二NH3-SCR设备62的温度在第二运行温度范围内时第二NH3-SCR设备62还原NOx。图13显示了对于一个实施例而言作为平均催化剂温度的函数的NOx转化效率(％)，包括使用铜作为催化材料的沸石涂层(Cu-沸石)和使用铁作为催化材料的沸石涂层(Fe-沸石)。一种增加用于稀发动机运行的发动机速度-负载运行区域的方法包括增加第一和第二NH3-SCR设备60和62的运行温度范围。另一种增加用于稀发动机运行的发动机速度-负载运行区域的方法包括配置后处理系统70以最大化这样的状况，在该状况下第一和第二NH3-SCR设备60和62在发动机运行期间处于相关联的运行温度范围内，包括例如第一和第二NH3-SCR设备60和62之间的物理距离之类的空间设计参数。
在一个实施例中，第一NH3-SCR设备60优选地定位在发动机10附近，以在较低排气温度时使能NOx还原，该较低排气温度可能发生在以较低速度-负载发动机运行点进行运行期间，而第二NH3-SCR设备62优选地定位在第一NH3-SCR设备60下游，以在较高排气温度时使能NOx还原，该较高排气温度可能发生在以较高速度-负载运行状况进行运行期间。该位置被预定并基于特定的发动机特征和特定的硬件应用。在一个实施例中，第一NH3-SCR设备60和第二NH3-SCR设备62之间的距离配置成冷却第一和第二NH3-SCR设备60和62之间的排气流，由此使第一和第二NH3-SCR设备60和62中用于NOx还原的速度-负载发动机运行区域扩大。第一和第二NH3-SCR设备60和62之间的距离可基于根据对应于特定的硬件应用的试验结果的校准来确定。
在一个实施例中，当第一NH3-SCR设备60以相对较高的温度存储氨并还原NOx分子且第二NH3-SCR设备62以相对较低的温度存储氨并还原NOx分子时，得到了在稀发动机运行期间用于NOx还原的最大速度-负载发动机运行区域。因此，第一NH3-SCR设备60优选包括这样的催化材料，该催化材料配置成在高催化活性温度范围存储氨并还原NOx分子，而第二NH3-SCR设备62优选包括这样的催化材料，该催化材料配置成在低催化活性温度范围存储氨并还原NOx分子。在一个实施例中，铁催化剂用于第一NH3-SCR设备60，并且铜催化剂用于第二NH3-SCR设备62。铁催化剂在用于第一NH3-SCR设备60的相对高的催化活性温度范围存储氨并还原NOx分子，而铜催化剂在相对较低的催化活性温度范围存储氨并还原NOx分子。
这里公开的方法是选择性并周期性地调整发动机运行以生成包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和氢气(H2)的排出发动机(engine-out)的排气供应流，以便在催化设备中(例如催化设备48)产生氨。
氨可以在催化设备48里从下面的方程所描述的转化过程中生成：
NO+CO+1.5H2→NH3+CO2         [4]
本领域技术人员将认识到，这种转化在NO与分子氢反应之前需要消耗掉来自催化设备48的分子氧。在一个实施例中，在催化设备48中当温度超过250℃时会发生充分的转化。当内燃发动机以稀侧的运行模式(具有稀侧的AFR或过量空气)运行时，常常会存在过多的氧气。因此，当需要在催化设备48中产生氨时，控制模块5控制AFR至化学计量比的AFR或浓侧的AFR以消耗排气供应流中的氧气。
进一步地，选择在化学计量比和浓侧的运行范围内的AFR进一步促进了氨生成，例如，通过按照合适比例生成一氧化氮(NO)和氢气(H2)。方程4描述了理想的氢气与一氧化氮的比例(H2∶NO)为1.5∶1。然而，基于由第一和第二NH3-SCR设备60和62提供的环境以及在催化设备48内发生的其它反应，不同的实际比例的氢气与一氧化氮也可以生成氨。例如，在一个实例例中优选的是，氢气与一氧化氮的比例(H2∶NO)在3∶1与5∶1之间。
调节发动机运行包括在满足操作者扭矩请求且不改变发动机输出功率的同时使发动机10在浓侧或化学计量比下运行。一种用于使示例性发动机10在化学计量比的浓侧运行的示例性方法可以包括：在燃烧循环期间执行多燃料喷射脉冲，包括在每个压缩冲程期间喷射第一燃料脉冲进入燃烧室16中。在第一燃料脉冲期间喷射的燃料质量基于足以运行发动机10来满足操作者扭矩请求和其它负载要求的量来确定。在燃烧循环的其他冲程期间，后续燃料脉冲可以喷射进入燃烧室16中，由此来产生包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和氢气(H2)的排气供应流以在催化设备48中生成氨。在一个实施例中，后续燃料脉冲可以在燃烧循环的做功冲程后期执行或在燃烧循环的排气冲程早期执行，从而将在燃烧室16中燃烧的可能性降到最小。
选择在催化设备48上可以降低氢气(H2)分子相对于一氧化氮(NO)分子的比例的催化活性材料是优选的，因为氢气需求直接与使能氨生成的后续燃料脉冲所消耗的燃料量有关。根据试验结果的校准或根据足以精确估计发动机运行、后处理过程和转化的方法的建模可以用于选择优选的AFR来控制氨生成。本领域技术人员将认识到，一氧化碳(CO)的存在也必须被考虑，以便促进上面描述的反应。
第一和第二NH3-SCR设备60和62内可以根据多个影响氨使用的因素来控制或使能氨生成，包括估计的氨存储、估计的或检测的氨渗漏、估计的或检测的第二NH3-SCR设备62下游的NOx渗漏，和有助于氨生成的发动机运行。对这些因素的监测可以通过监测一些输入来实现，包括发动机运行、排气特性、和在第一和第二NH3-SCR设备60和62内的NOx转化效率。已经示出了发动机加速时段中包括较高水平的NOx和氢气生成，并且AFR被控制为化学计量比。发动机运行状况优选地有助于氨生成，以最小化干扰(intrusive)的发动机运行。调节发动机运行至生成氨的长度依据所需氨生成量、所用系统的特性和发动机10的特定运行而不同。在一个实施例中，第一NH3-SCR设备60用作主NOx还原设备，第二NH3-SCR设备62用作次级NOx还原设备。第二NH3-SCR设备60主要用于在发动机调节期间存储和减少来自第一NH3-SCR设备60的渗漏氨分子。通过利用存储的氨与排气供应流中的NOx分子反应，所存储的氨被从第二NH3-SCR设备62还原和解吸。
图2显示了用于在发动机运行期间对来自发动机10的排气供应流进行管理的控制方案200。控制方案200被描述为多个离散的要素。这种例示是为了易于描述，并且应该认识到由这些离散的要素执行的功能可以组合在一个或多个设备中，例如在软件、硬件和/或专用集成电路中实施。例如，控制方案200可作为控制模块5中的一个或多个算法进行执行。控制方案200包括监测排气供应流和后处理系统70(203)。监测排气供应流包括检测第一和第二NH3-SCR设备60和62下游的NOx渗漏和氨渗漏。监测后处理系统70包括分别使用第一温度传感器51和第二温度传感器53来监测第一和第二NH3-SCR设备60和62的温度。
在开始稀侧的发动机运行或调节发动机运行以生成氨之前，第一和第二NH3-SCR设备60和62中至少一个的温度必须在运行温度范围内(206)。优选地，使用第一温度传感器51和第二温度传感器53来持续监测第一和第二NH3-SCR设备60和62的温度。在稀侧的发动机运行期间，当第一和第二NH3-SCR设备60和62两者的温度都在它们相关联的运行温度范围之外时，发动机运行可以被控制到化学计量比AFR。
当第一和第二NH3-SCR设备60和62中任一个的温度在其相关联的运行温度范围内时，控制方案200调节发动机运行以生成组成要素和氢气(H2)，用于氨生成(209)。如上面描述的那样，使用组成要素和氢气(H2)在催化设备48中生成氨。然后氨被传输至第一和第二NH3-SCR设备60和62的下游，在该处存储氨。
在确定第一和第二NH3-SCR设备60和62处于氨饱和(218)之后，控制方案200监测氨并中止调节发动机运行。在达到预定的氨分子阈值后或当发动机运行状况不利于氨生成时，例如在车辆减速、发动机怠速或发动机停止期间，可以另外中止氨生成(219)。可通过监测第二NH3-SCR设备62下游的排气供应流来确定饱和度，以检测预定的氨渗漏阈值。氨渗漏指示了第一和第二NH3-SCR设备60和62为氨饱和。可通过监测氨传感器(未示出)的信号输出来检测氨渗漏，该氨传感器配置成监测第二NH3-SCR设备62下游的排气供应流。在一个实施例中，可以使用模型来估计饱和度和/或氨分子生成量，以精确估计燃烧循环的运行、后处理过程、转化、和所监测的运行状况的方法，所监测的运行状况包括进气空气质量流量、AFR、发动机速度、TWC温度、TWC老化状态、SCR设备温度和SCR设备老化状态。该模型可以依据与特定硬件应用相对应的试验结果来校准。
图3以曲线图示出了示例性试验数据，所述示例性试验数据显示了来自已知NOx传感器和已知氨传感器的作为来自发动机10的AFR的函数的信号输出，表示了来自第一和第二NOx传感器50和52以及氨传感器(未示出)的信号输出。已知的NOx传感技术不在排气供应流中的NOx分子和氨分子之间进行区分。在稀侧的发动机运行情况下，当排气供应流中存在的氨最少且NOx分子存在时，来自NOx传感器的信号输出指示了NOx分子并随着AFR的增加而增大。来自氨传感器的信号输出最小。在化学计量比的发动机运行情况下，当排气供应流中存在的NOx分子和氨分子最少时，来自NOx传感器和氨传感器的信号输出最小。在浓侧的发动机运行情况期间，随着AFR减小，存在的氨分子增加而同时排气供应流中的NOx分子最少。随着AFR的减小，在浓侧的发动机运行期间，来自NOx传感器和氨传感器的信号输出增大。因此，在浓侧的发动机运行期间，来自第一和第二NOx传感器50和52增大的信号输出可以用来指示排气供应流中的氨分子。这样，在浓侧的发动机运行期间通过监测第一和第二NOx传感器50和52的信号输出可以检测氨渗漏。在一个实施例中，关于氨生成期间增大的信号输出来监测第二NOx传感器52。当来自第二NOx传感器52的信号输出增大时，控制方案200确认氨渗漏发生。
在确定第一和第二NH3-SCR设备60和62都处于氨饱和和/或达到预定氨生成阈值后，控制方案200中止调节发动机运行和氨生成，并且将发动机运行转换到稀侧的发动机运行(221)。燃烧过程释放NOx排放进入排气流中。催化设备48还原部分NOx排放，并向下游传输氧气和氮气至第一和第二NH3-SCR设备60和62。存储在第一和第二NH3-SCR设备60和62上的氨与NOx反应，由此减少NOx排放并生成氮气和水。氨存储量随着氨分子与NOx分子反应而减少。当第一和第二NH3-SCR设备60和62中存储的氨耗尽时，NOx排放基本上未减少地通过第一和第二NH3-SCR设备60和62，从而导致NOx渗漏。
在确定NOx渗漏发生在第二NH3-SCR设备62下游后，控制方案200优选地中止稀侧的发动机运行，并以化学计量比AFR来运行发动机10(224)。可通过监测排气供应流来检测到NOx渗漏，或通过对氨消耗进行建模来确定NOx渗漏。检测NOx渗漏包括监测来自第一和第二NOx传感器50和52的信号输出。来自第一和第二NOx传感器50和52的信号输出的增大可以与稀侧的发动机运行期间相应离开第一和第二NH3-SCR设备60和62的NOx排放中的增加相关。当来自第一和第二NOx传感器50和52的信号输出增大时，检测到NOx渗漏。
检测NOx渗漏的另一种方法包括对氨消耗进行建模。可以使用模型来估计氨消耗和因此的NOx渗漏，该模型是依据足以精确估计燃烧循环的运行、后处理过程、转化和所监测的运行情况的方法，其中所监测的运行情况包括进气空气质量流量、AFR、发动机速度、TWC温度、TWC老化状态、SCR设备温度和SCR设备老化状态。该模型可以依据与特定的硬件应用相对应的试验结果来校准。
在确定氨消耗了预定的量后，或者替代地在检测到NOx的渗漏后，控制方案200可以在调节发动机运行以生成氨之前通过以化学计量比的AFR运行发动机10来确认NOx渗漏(227)。在将发动机运行转变至化学计量比的AFR之后，基于来自第一和第二NOx传感器50和52之一的信号输出来确认NOx渗漏(230)。在一个实施例中，来自第一NOx传感器50的减小的信号输出信号地确认了在先前稀侧的发动机运行期间的NOx渗漏，由此允许控制模块5调节发动机运行以产生氨(209)。否则，第一和第二NOx传感器50和52测量指示了第一和第二NH3-SCR设备60和62上的氨分子存在情况的氨渗漏。在这种情况下，控制模块5将发动机运行转变至稀侧的AFR(221)。在确定氨被消耗或者检测到NOx的渗漏后，控制方案200可以调节发动机运行以产生氨(209)。
上述方法可以结合进气测量结果使用，以延长稀侧的发动机运行，由此增加燃料效率。当进入发动机10中的进气质量减小时，在燃烧过程中燃烧更少的燃料，并且排气供应流的温度下降，从而产生了用于在后处理系统70中的NOx还原的条件。
图4显示了可用于控制发动机运行和在高的速度-负载发动机运行后管理排气供应流的控制方案400。控制方案400在此被示出并描述为离散的要素。这种例示是为了易于描述，并且应该认识到由这些要素执行的功能可以组合在一个或多个设备中，例如实施在软件、硬件和/或专用集成电路中。例如，控制方案400可以作为在控制模块5中的一个或多个算法而执行。控制方案400包括：使用空气质量流量传感器32来监测进气的空气质量流量，监测排气供应流和后处理系统70(403)。
对于进气的空气质量流量中的较少的减小(例如大于5g/s，小于10g/s)，控制方案400监测来自第二NOx传感器52的信号输出以及第一和第二NH3-SCR设备60和62的温度。如果在达到高的速度-负载发动机运行点(即超过预定速度-负载阈值)并持续预定时间段之后(405)，发生进气的空气质量流量中的较少减小，并且第一和第二NH3-SCR设备60和62之一的温度低于预定阈值(例如400℃)时(407)，则控制方案400可如上所述那样调节发动机运行(409)，以在催化设备48上产生氨。所述氨被传输至第一和第二NH3-SCR设备60和62，以便如上所述那样存储在第一和第二NH3-SCR设备60和62上。通过监测第二NOx传感器52，控制方案400确定第一和第二NH3-SCR设备60和62饱和(415)。当来自第二NOx传感器52的信号输出增大从而指示了氨渗漏时，控制方案400中止调节发动机运行并启动稀侧的发动机运行(418)。稀侧的发动机运行在如上所述那样检测NOx渗漏之后中止(421)。在一个实施例中，控制方案400可以在产生了预定阈值的氨分子之后中止调节发动机运行并启动稀侧的发动机运行。
对于进气的空气质量流量中的显著减小(例如大于10g/s)，控制方案400监测来自第一和第二NOx传感器50和52的信号输出以及第二NH3-SCR设备62的温度。如果在达到高的速-负载发动机运行点并持续预定逝去时间之后(405)后，进气的空气质量流量显著减小(456)，并且第二NH3-SCR设备62的温度低于预定阈值(例如400℃)时(458)，则控制方案400可如上所述那样调节发动机运行(469)以在催化设备48上产生氨。所述氨被传输至第一和第二NH3-SCR设备60和62，以便如上所述那样存储在第一和第二NH3-SCR设备60和62上。通过监测来自第一NOx传感器50的信号输出，控制方案400确定第一和第二NH3-SCR设备60和62饱和(480)。当来自第一NOx传感器50的信号输出增大后的预定时间段之后(指示了氨渗漏)，控制方案400中止调节发动机运行并启动稀侧的发动机运行(488)。稀侧的发动机运行在如上所述那样检测到NOx渗漏之后中止(490)。在一个实施例中，控制方案400可以在产生了预定阈值的氨分子之后中止调节发动机运行并启动稀侧的发动机运行。
图5以曲线图示出了描述氨生成量和车辆速度之间关系的示例性试验数据。在发动机运行期间使用示例性后处理系统70通过傅立叶变换红外线分光计可以测量氨的浓度。如图5显示的，在发动机加速期间，当示例性发动机10运行在化学计量比或稍浓于化学计量比的情况下(例如AFR在13.8∶1和14.2∶1之间)时，由催化设备48生成的氨的浓度增加。
图6A以曲线图显示了这样的示例性试验数据，其描述了当控制发动机10受控以化学计量比的稀侧来运行时，从示例性发动机10、催化设备48、第一NH3-SCR设备60、以及第二NH3-SCR设备62排出的累积NOx排放和车辆速度之间的关系。当示例性发动机10受控在稀侧和浓侧的变化范围之间交替时，与由示例性发动机10排出并进入排气供应流的NOx排放相比，从后处理系统70排出的NOx排放显著减少。图6A也描述了在催化设备48中的NOx还原后，通过第一和第二NH3-SCR设备60和62的NOx还原。
图6B通过图表显示了这样的示例性试验数据，其描述了当控制发动机受控以化学计量比运行时，发动机10、催化设备48、第一NH3-SCR设备60、以及第二NH3-SCR设备62的累积NOx排放和车辆速度之间的关系。与稀侧的运行期间所看到的相比，从催化设备48排出的NOx排放显著变小。图6B也描述了在催化设备48中的NOx还原后通过第一和第二NH3-SCR设备60和62的NOx还原。
图7示意性地例示了排气后处理系统的另一配置。该配置包括催化设备48与第一和第二NH3-SCR设备60和62。如上所述，第一和第二NH3-SCR设备60和62优选地包括不同催化材料，其配置成存储氨并在不同的催化活性温度范围中还原NOx分子。第二NOx传感器52用于如上所述那样确定NOx渗漏和排气供应流中氨的存在情况。
图8示意性显示了另一个包括发动机10′和排气后处理的配置。该配置包括：优选紧密耦接到发动机10′的第一催化设备48，以及位于下游(例如，底板下的位置中)的第二催化设备48′及第一和第二NH3-SCR设备60和62。发动机10′优选地包括端口燃料喷射发动机，其将燃料喷射到每个燃烧室(未示出)上游的进气歧管的流道中。发动机10′被控制，以便使其运行在化学计量比下，或者运行在化学计量比附近且位于关于化学计量比的±ΔAFR的狭窄受控带内，在一个实施例中所述±ΔAFR的狭窄受控带可以是14.6∶1±0.05的空气/燃料比带。如上所述那样，第一和第二NH3-SCR设备60和62优选地包括不同催化材料，它们配置成在不同催化活性温度范围存储氨和还原NOx分子。
图10显示了包括有用于管理排气供应流的方法的第二控制方案200′，其中排气供应流来自参考图8描述的实施例，图8中的实施例包括端口燃料喷射发动机10′和后处理系统，所述后处理系统在发动机运行期间包括第一TWC48、第二TWC48′以及第一和第二NH3-SCR设备60和62，其中相同的元件使用相同的附图标记表示。尽管细节没有示出，但是图10中描述的实施例包括排出发动机的排气传感器、在第一NH3-SCR设备60上游的第一NOx传感器、在第二NH3-SCR设备62下游的第二NOx传感器、和配置成监测第一和第二NH3-SCR设备60和62温度的温度传感器。
控制方案200′包括监测排气供应流和后处理系统(203)。监测排气供应流包括使用第二NOx传感器来检测第二NH3-SCR设备62下游的NOx渗漏和氨渗漏。监测后处理系统可以包括使用SCR温度传感器来监测第一和第二NH3-SCR设备60和62的温度。在调节发动机运行以生成氨之前，第一和第二NH3-SCR设备60和62之一的温度优选地在预定温度范围内，预定温度范围对应于包括用在第一和第二NH3-SCR设备60和62之一中的催化活性基体金属的具体催化材料(206)。在这个控制方案200′中，发动机运行正在以化学计量比或者在化学计量比附近进行控制。当第一和第二NH3-SCR设备60和62两者的温度在相关联的预定温度范围之外时，发动机运行被控制以阻止稀侧的发动机运行，包括以燃料切断模式来阻止运行(例如减速期间)，并阻止自主的发动机停止。
图9显示了对应于在预定发动机运行速度(1000rpm)、若干发动机负载(120kPa、240kPa、320kPa)下的示例性系统的紧密耦接的三元催化转化器下游的排气供应流中排出发动机的空气/燃料比(A/F比)的氨生成量(NH3)。该结果显示了在排出发动机的空气/燃料比大约在14∶1以及排出发动机的空气/燃料比范围在13.5∶1到14.5∶1之间时氨生成量最大，因此指示了用于使氨生成量达到最大的优选的排出发动机的空气/燃料比的点。该结果还显示了在化学计量比的运行期间当排出发动机的空气/燃料比在化学计量比的浓侧和稀侧之间波动时有一些氨生成，其中具有关于化学计量比的±ΔAFR的扩大的排出发动机的空气/燃料比范围，例如，±0.10的空气/燃料比范围。
当第一和第二NH3-SCR设备60和62之一的温度在预定温度范围内时，控制方案200′调节发动机运行以生成一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、和用于氨生成的氢气(H2)(209′)。在这个实施例中，调节发动机运行可以包括：依据对氨的预期需求，使发动机10′运行在化学计量比下，使发动机10′在具有关于化学计量比的±ΔAFR的扩展范围的情况下(例如在一个实施例中为14.6∶1±0.2)运行在化学计量比下，使发动机10′运行在或大约在14∶1的空气/燃料比下。在一个实施例中，这可以包括使发动机运行在13.5∶1和14.5∶1之间的空气/燃料比范围内，以产生排出发动机的排气供应流。如上面描述的那样，使用一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和氢气(H2)在催化设备48内生成的氨(212)被向下游传输至用于存储的第一和第二NH3-SCR设备60和62(215)，同时关于饱和度而监测第一和第二NH3-SCR设备60和62(217)。只要第一和第二NH3-SCR设备60和62没有饱和，则控制方案200′可以在这个循环中运行以管理排气供应流。
当控制方案200′确定第一和第二NH3-SCR设备60和62氨饱和时(217)，可以调整发动机运行以使调节发动机运行以生成氨中止(221′)。这包括：对不利于氨生成的发动机运行状况的命令加以响应，包括燃料切断事件(例如减速事件和发动机停止期间)，并将发动机运行转换至稀侧的发动机运行。控制方案200′在第一和第二NH3-SCR设备60和62饱和时使调节发动机运行以生成氨中止，并将发动机运行转换至稀侧发动机运行，从而导致增加的NOx排放进入排气供应流中。稀侧发动机运行可以包括以约16.0∶1的空气/燃料比运行。存储的氨随着氨分子与NOx分子反应而消耗。尽管没有明确示出，但可以命令发动机10′响应发动机和车辆的运行(包括燃料切断事件，例如减速事件、发动机怠速和发动机停止事件，如在与混合动力系统运行相关联的发动机停止/起动系统中可能发生的那样)而以化学计量比的稀侧来运行。控制方案200′在检测到第一和第二NH3-SCR设备60和62下游的NOx渗漏后停止或中止稀侧的发动机运行并返回到以化学计量比运行(224)。确定氨被耗尽或检测到NOx渗漏后，控制方案200′再次调节发动机运行以生成氨(209′)。
上述方法可在多个排气后处理硬件配置中采用。一种配置能够包括颗粒过滤器，其与第一和第二NH3-SCR设备60和62上游的催化设备48组合。颗粒过滤器和催化设备配置成氧化碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，而第一和第二NH3-SCR设备60和62在发动机运行期间转化NOx。另一种配置能够包括三元催化转化器，其作为与颗粒过滤器组合的催化设备48。这能够包括将颗粒过滤器衬底涂覆以包含了催化活性铂族金属(包括铂、钯和铑)的涂层。与颗粒过滤器结合的催化设备48可被配置用于如上所述在化学计量比或浓侧的发动机运行期间的氨生成。进一步的配置能够包括额外的氧化催化设备，其流体并串联地连接在第二NH3-SCR设备62下游。进一步的配置能够包括NOx吸附器设备，其流体并串联地连接在第二NH3-SCR设备62下游以，用于增加的排放控制。
图11通过图表显示了在以铜作为催化材料的NH3-SCR设备上对应于温度的NOx转化效率(％)。该结果显示了当不存在氧气(O2)时转化效率低，但具有低水平氧气时(例如供应流中浓度为0.5％)，转化效率显著提高，包括当温度处于或超过350℃时在供应流中氧气浓度为0.5％的情况下转化效率超过80％。图12通过图表显示了在以铁作为催化材料的NH3-SCR设备上对应于温度的NOx转化效率(％)。该结果显示了当不存在氧气(O2)时转化效率低，但在供应流中有低水平氧气浓度时(例如0.05％或500ppm)，转化效率显著提高，包括当温度处于或超过350℃时在供应流中氧气浓度为0.05％的情况下转化效率超过60％。图11和图12的结果显示了在排气供应流具有低水平氧气的情况下存在大量的NOx转化，例如在使用铜和铁作为催化材料的化学计量比发动机运行时发生的那样。
这里描述的方法设想了通过发动机调节的氨生成，利用排气供应流组分维持第一和第二SCR设备60和62中NOx的后处理。应该意识到这些方法可以独立于尿素喷射而使用，所描述的方法提供所有需要的氨。可替代地，这里描述的方法可以用于补充尿素喷射系统，在尿素存储罐需要重新填充之间扩展了系统的范围，同时由于在需要时有可用的尿素喷射，允许全范围发动机和动力系运行，而不用大量地监测氨生成循环和当前存储能力。
本发明已经描述了一些优选实施例及其变型。在阅读和理解该说明书时本领域技术人员可以想到其它的变型和改变。因此，本发明并不意在限于作为用于实现该发明的最佳模式公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (23)

1.一种用于对内燃发动机的排气供应流中的NOx排放进行还原的方法，所述方法包括：
使所述发动机装备后处理系统，所述后处理系统包括催化设备，所述催化设备流体串联地连接在第一氨选择性催化还原设备的上游，所述第一氨选择性催化还原设备流体连接在第二氨选择性催化还原设备的上游，所述第一氨选择性催化还原设备包括相应的包括第一基体金属的催化材料，所述第二氨选择性催化还原设备包括相应的包括第二基体金属的催化材料；
调节所述发动机以产生排出发动机的排气供应流，所述排气供应流包括能在所述催化设备上转化成氨的一氧化氮、一氧化碳和氢气；
将所述氨存储在所述第一和第二氨选择性催化还原设备上；以及
使用所存储的氨在所述第一和第二氨选择性催化还原设备中对NOx排放进行还原。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化设备包括三元催化设备，所述三元催化设备流体串联地连接在第一氨选择性催化还原设备的上游，所述第一氨选择性催化还原设备流体连接在第二氨选择性催化还原设备的上游，并且其中所述第一基体金属和所述第二基体金属中的每一种都包括铁、铜、钒、钨和钛之一。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一和第二氨选择性催化还原设备处于氨耗尽时，实现调节所述发动机以产生所述排气供应流，所述排气供应流包括一氧化氮、一氧化碳和氢气。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括当所述第一和第二氨选择性催化还原设备都已经存储了预定量的氨时，中止下述过程：调节所述发动机以在所述排气供应流中产生一氧化氮、一氧化碳和氢气。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使所述后处理系统装备NOx传感器，所述NOx传感器配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备下游的排气供应流；以及
监测来自所述NOx传感器的信号输出，从而关于氨的饱和以及耗尽来监测所述第一和第二氨选择性催化还原设备。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括在将氨存储在所述第一和第二氨选择性催化还原设备上后，使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，调节所述发动机包括：
以化学计量比的空气/燃料比和浓侧的空气/燃料比中的一个来运行所述发动机；
在燃烧循环的每个压缩冲程期间，喷射足以为所述发动机提供动力以满足操作者扭矩请求的第一燃料脉冲；以及
在所述燃烧循环的后续冲程期间喷射后续燃料脉冲。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在将氨存储在所述第一和第二氨选择性催化还原设备上之后，使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使所述后处理系统装备NOx传感器，所述NOx传感器配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备下游的排气供应流；
监测来自所述NOx传感器的信号输出；以及
当来自所述NOx传感器的信号输出指示了在所述第二氨选择性催化还原设备下游的NOx渗漏时，中止使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述发动机包括使所述发动机运行在具有扩大的空气/燃料比范围的化学计量比，以产生所述排出发动机的排气供应流，包括在所述排气供应流中的一氧化氮、一氧化碳和氢气。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述发动机包括使所述发动机运行在位于13.5∶1和14.5∶1之间的空气/燃料比范围内，以产生所述排出发动机的排气供应流，包括在所述排气供应流中的一氧化氮、一氧化碳和氢气。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一基体金属具有第一催化活性温度范围，且所述第二基体金属具有第二催化活性温度范围，所述方法进一步包括：
监测所述第一氨选择性催化还原设备和所述第二氨选择性催化还原设备的温度；以及
仅当所述第一氨选择性催化还原设备的温度在所述第一催化活性温度范围内和/或所述第二氨选择性催化还原设备的温度在所述第二催化活性温度范围内时，使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一基体金属具有第一催化活性温度范围，且所述第二基体金属具有第二催化活性温度范围，所述方法进一步包括：
监测所述第一氨选择性催化还原设备和所述第二氨选择性催化还原设备的温度；以及
当所述第一氨选择性催化还原设备的温度在所述第一催化活性温度范围之外并且所述第二氨选择性催化还原设备的温度在所述第二催化活性温度范围之外时，停止使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
14.一种用于对来自运行在化学计量比的稀侧的火花点火直喷式内燃发动机的排气供应流中的NOx排放进行还原的方法，所述方法包括：
使所述发动机装备包括了三元催化转化器的后处理系统，所述三元催化转化器流体连接在第一和第二氨选择性催化还原设备的上游，所述后处理系统包括传感器，所述传感器配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备下游的排气供应流；
运行所述发动机以产生排出发动机的排气供应流，所述排气供应流包括在所述三元催化转化器上转化成氨的一氧化氮、一氧化碳和氢气；
将所述氨存储在所述第一和第二氨选择性催化还原设备上；
使所述发动机运行在化学计量比的稀侧；以及
使用所存储的氨在所述第一和第二氨选择性催化还原设备中对NOx排放进行还原。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监测所述传感器的信号输出，所述传感器配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备下游的排气供应流；
其中，当所述传感器的信号输出指示所述第一和第二氨选择性催化还原设备都处于氨饱和时，开始使所述发动机运行在化学计量比的稀侧；以及
其中，当来自所述传感器的信号输出指示所述第二氨选择性催化还原设备下游的NOx渗漏时，中止使所述发动机运行在化学计量比的稀侧。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监测所述第一和第二氨选择性催化还原设备的温度；以及
当所述第一和第二氨选择性催化还原设备二者的温度都在预定的相应温度范围之外时，以化学计量比的空气/燃料比来控制所述发动机。
17.一种用于包括了端口燃料喷射系统的内燃发动机的排气后处理系统，包括：
多个排气处理设备，其包括：
三元催化转化器设备，其规划成从包括了一氧化氮、一氧化碳和氢气的排气供应流中产生氨，所述三元催化转化器设备紧密耦接到所述内燃发动机的排气歧管，并流体耦接到第一和第二氨选择性催化还原设备；以及
所述第一和第二氨选择性催化还原设备包括催化材料，所述催化材料包括单基体金属，所述单基体金属包括铁、铜、钒、钨和钛之一。
18.一种用于内燃发动机的排气后处理系统，包括：
催化转化器设备，其规划成从包括一氧化氮、一氧化碳和氢气的排气供应流中产生氨，所述催化转化器设备紧密耦接到所述内燃发动机的排气歧管，并流体耦接到位于所述催化转化器设备下游的第一氨选择性催化还原设备；
所述第一氨选择性催化还原设备包括催化材料，并流体耦接到所述第一氨选择性催化还原设备下游的第二氨选择性催化还原设备，其中所述催化材料包括单催化活性基体金属；
所述第二氨选择催化还原设备包括催化材料，所述催化材料包括单基体金属，所述单基体金属包括铁、铜、钒、钨和钛之一；
NOx传感器，其配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备下游的排气供应流中的NOx分子；以及
第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器配置成监测所述第一氨选择性催化还原设备的温度，所述第二温度传感器配置成监测所述第二氨选择性催化还原设备的温度。
19.如权利要求18所述的排气后处理系统，其特征在于，进一步包括与所述紧密耦接的催化转化器结合的颗粒过滤器。
20.如权利要求18所述的排气后处理系统，其特征在于，进一步包括第二催化转化器设备，所述第二催化转化器设备流体连接在所述第一氨选择性催化还原设备上游和所述第一催化转化器设备下游。
21.如权利要求18所述的排气后处理系统，其特征在于，进一步包括与所述第一氨选择性催化还原设备结合的颗粒过滤器，所述第一氨选择性催化还原设备包括催化材料，所述催化材料包括所述单基体金属。
22.如权利要求18所述的排气后处理系统，其特征在于，所述催化转化器包括氧化催化剂。
23.如权利要求18所述的排气后处理系统，其特征在于，所述催化转化器包括三元催化设备。
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