CN104061049B - 被动选择性催化还原系统的三元催化器中的按需制氨技术 - Google Patents

Abstract

一种动力总成包括具有多个气缸和后处理系统的内燃发动机，所述后处理系统具有采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置。氨生成循环包括以有助于产生分子氢的空气／燃料比操作气缸的某部分以及以有助于产生NOx的空气／燃料比操作气缸的某部分。氨生成催化器被采用在发动机与选择性催化还原装置之间来产生氨。

Description

被动选择性催化还原系统的三元催化器中的按需制氨技术

相关申请的交叉引用

本申请是2009年2月23日提交的美国申请No.12／390,588的部分继续申请，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及内燃发动机中的NOx排放的后处理控制。

背景技术

本部分的陈述只是提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

排放控制是发动机设计和发动机控制中的重要因素。燃烧的公知副产物——氮氧化物(NOx)是由发动机进气空气在高温燃烧中分解的氮和氧分子生成的。NOx的生成率遵循与燃烧过程公知的关系，例如，较高的NOx生成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有关。

一旦在燃烧室中生成后，NOx分子可以在本领域公知的宽泛种类的后处理装置的示例性装置中重新转化为氮和氧分子。然而，本领域技术人员将会意识到：后处理装置主要取决于操作条件，例如由排气气体流温度驱动的装置操作温度和发动机空气／燃料比。此外，后处理装置包括例如催化剂床层等材料，其随时间推移和暴露在高温下而易于受损或劣化。

现代发动机控制方法利用各种操作策略来使燃烧最优化。在燃料效率方面使燃烧最优化的一些操作策略包括燃烧室内的稀薄燃烧、局部燃烧或层状燃烧，从而降低获得气缸所需输出量所必需的燃料充量(charge)并且提高发动机效率，例如通过在无节流状况下运转，降低进气泵送损失。然而，燃烧室中的温度会在燃烧的小块区域变得足够高以产生大量 的NOx，燃烧室的总能量输出，尤其是发动机通过排气气体流排出的热能，会从正常值大大降低。这些情况是对排气后处理策略的挑战，因为如前所述后处理装置常常需要高的操作温度，这是由排气气体流温度引起的，从而充分操作来处理NOx排放。

后处理装置是公知的，例如利用化学反应来处理排气气体流中的成分。一种示例性装置包括选择性催化还原装置(“SCR”)。SCR装置的公知用法是利用从尿素喷射获得的氨来处理NOx。存储在SCR内的催化剂床层上的氨与NOx反应，优选是以所需比例的NO和NO₂，并产生有利反应来处理NOx。一个示例性实施例包括优选的1比1的NO和NO₂的比例，并且被称为快速SCR反应。已知的是在柴油机应用中在SCR的上游操作柴油氧化催化剂(“DOC”)来将NO转化成NO₂来用于SCR中优选处理。排气后处理的继续改进需要关于排气气体流中的NOx排放的精确信息，以便实现有效降低NOx，例如基于监测到的NOx排放确定尿素的恰当配量。

另外还已知用其它后处理装置来处理排气气体流中的成分。三元催化器(剂)(“TWC”)被特别采用在汽油机应用中来处理成分。稀燃NOx捕集器(“NOx捕集器”)采用能够存储一定量的NOx的催化剂，并且已经开发出了发动机控制技术来使这些NOx捕集器或NOx吸附器与节能发动机控制策略组合，从而改善燃料效率，并且仍然实现可接受水平的NOx排放。一种示例性策略包括：在燃料稀燃操作期间使用稀燃NOx捕集器来存储NOx排放物，然后在燃料浓燃、较高温度发动机操作条件期间以常规的三元催化将所存储的N0x净化为氮和水。柴油微粒过滤器(“DPF”)捕集柴油机应用中的烟炱和颗粒物质，并且所捕集的材料在高温再生事件中被周期性地净化。

在动力总成中采用尿素可能是有挑战性的。尿素存储和补给可能难以维持。在常见区域在正常变化的气候条件下尿素易于冻结。

发明内容

一种动力总成包括具有多个气缸和后处理系统的内燃发动机，所述后处理系统具有采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置。氨生成循环 包括以有助于产生分子氢的空气／燃料比操作气缸的某部分以及以有助于产生NOx的空气／燃料比操作气缸的某部分。氨生成催化器被采用在发动机与选择性催化还原装置之间来产生氨。

本发明进一步提供以下技术方案：

1.一种用于控制包括内燃发动机的动力总成的方法，所述内燃发动机包括多个气缸和后处理系统，所述后处理系统包括采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置，所述方法包括：

耗尽来自位于发动机与所述选择性催化还原装置之间并连接至所述多个气缸的氨生成催化器的氧，包括为气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比；

在耗尽来自所述氨生成催化器的氧之后，开始氨生成循环，其包括

协同地操作所述多个气缸，其中所述多个气缸的某部分以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比进行操作，并且所述多个气缸的其余部分以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气／燃料比的第二范围中的空气／燃料比进行操作；以及

采用所述氨生成催化器来产生氨。

2.如技术方案1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比进行操作的部分包括所述部分的以相同空气／燃料比进行操作的每个气缸。

3.如技术方案1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比进行操作的部分包括所述部分的以不同空气／燃料比进行操作的至少两个气缸。

4.如技术方案1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气／燃料比进行操作的其余部分包括所述其余部分的以相同空气／燃料比进行操作的每个气缸。

5.如技术方案1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气／燃料比进行操作的其余部分包括所述其余部分的以不同空气／燃料比进行操作的至少两个气缸。

6.如技术方案1所述的方法，其中，以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比进行操作的气缸和以有助于产生分子氢的处于第二范围中的空气／燃料比进行操作的气缸可在不同燃烧循环间变化。

7.如技术方案1所述的方法，其中，以有助于产生分子氢的处于第二范围中的空气／燃料比进行操作的气缸以分割燃料喷射策略得到操作。

8.如技术方案7所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括后期燃烧碳氢化合物重整。

9.如技术方案7所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括燃烧后碳氢化合物重整。

10.一种用于控制包括内燃发动机的动力总成的设备，所述内燃发动机包括多个气缸和后处理系统，所述设备包括：

直接喷射燃料喷射系统；

所述后处理系统，其包括

采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置，和

第一氨生成催化器，其位于发动机与所述选择性催化还原装置之间；和

控制器，其被构造成用以

监测对于所述选择性催化还原装置的氨生产需求，

耗尽来自所述第一氨生成催化器的氧，包括为第一对气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比，以及

在耗尽来自所述第一氨生成催化器的氧之后，控制所述直接喷射燃料喷射系统，包括在所述第一对气缸内实现不同的空气／燃料比，包括

基于氨生产需求以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比操作所述第一对气缸中的一个，以及

基于氨生产需求以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气／燃料比的第二范围中的空气／燃料比操作所述第一对气缸中的另一个。

11.如技术方案10所述的设备，其中，所述后处理系统进一步包括有利于燃烧后碳氢化合物重整的氢形成催化器。

12.如技术方案10所述的设备，进一步包括：

第二氨生成催化器，其位于发动机与所述选择性催化还原装置之间；

所述控制器，其进一步被构造成用以

耗尽来自所述第二氨生成催化器的氧，包括为第二对气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比，以及

在耗尽来自所述第二氨生成催化器的氧之后，控制所述直接喷射燃料喷射系统，包括在所述第二对气缸内实现不同的空气／燃料比，包括

基于氨生产需求以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气／燃料比操作所述第二对气缸中的一个，以及

基于氨生产需求以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气／燃料比的第二范围中的空气／燃料比操作所述第二对气缸中的另一个。

13.如技术方案12所述的方法，其中，以分割燃料喷射策略操作所述第一对气缸中的另一个和所述第二对气缸中的另一个。

14.如技术方案13所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括后期燃烧碳氢化合物重整。

15.如技术方案13所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括燃烧后碳氢化合物重整。

附图说明

现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例，附图中：

图1是示意图，绘出了依据本公开的内燃发动机、控制模块和排气后处理系统；

图2示意性地示出了依据本公开的包括尿素配量构造的一示例性后处理系统；

图3图解地示出了依据本公开的示例性发动机操作以及由此发生的通过各种空气／燃料比在排气气体流内生成包括氨在内的多种化合物；

图4图解地示出了依据本公开的附加示例的发动机操作以及由此发生的通过各种空气／燃料比在排气气体流内生成包括氨在内的多种化合物；

图5示出了依据本公开的被引入到第一化学反应器中的样品反应混合物的表；

图6图解地绘出了依据本公开的通过一定范围的空气／燃料比和反应温度得到的氨产量水平；

图7图解地绘出了依据本公开的由采用标准反应混合物和修正反应混合物的第一化学反应器生成的氨含量对温度的关系；

图8图解地绘出了依据本公开的由采用标准反应混合物和修正反应混合物的第一化学反应器生成的氨含量对温度的关系；

图9图解地示出了依据本公开的四种不同的示例性发动机控制策略以及在一组固定的操作条件下得到的发动机排放；

图10示意性地绘出了依据本公开的被构造来采用本文中描述的方法的动力总成的一示例性特定实施例；

图11示意性地示出了依据本公开的、用以实现生成氨来供在SCR装置中使用的后处理系统中的催化器的一示例性配置；

图12示意性地绘出了依据本公开的一示例性NOx模型模块，其被采用在发动机控制模块内并确定NOx生成估计值；

图13图解地示出了依据本公开的示例性质量分数燃烧曲线；

图14图解地示出了依据本公开的在燃烧过程中对曲柄角度画出的示例性气缸压力；

图15绘出了依据本公开的、对于描述燃烧过程来说重要的、能够在燃烧室内估计的多个不同温度；

图16是依据本公开的、描述在一组给定条件下的多个输入对NOx排放的标准化影响的示例性模拟结果的图示；并且

图17示意性地绘出了依据本公开的形成NOx生成估计值的一示例性系统，其采用神经网络内的模型来形成NOx生成估计值，并包括对动 态发动机和交通工具条件的影响的补偿NOx生成估计值的动态模型模块。

具体实施方式

现在参考附图，其中图示只是为了示出某些示例性实施例的目的，而不是为了限制它们的目的，图1是示意图，绘出了依据本公开的内燃发动机10和控制模块5以及排气后处理系统15。示例性发动机包括多气缸直接喷射式内燃发动机，其具有往复式活塞22，所述往复式活塞22附接至曲轴24，并在气缸20中可移动，所述气缸20限定出可变容积燃烧室34。已知发动机在压缩点火或火花点火下操作。此外，已知一些方法来在单个发动机中利用任一点火策略，基于比如发动机速度和载荷等因素而调整策略。此外，已知发动机在混合策略中操作，比如火花辅助压缩点火策略。本公开旨在包括发动机操作的这些示例性实施例，但是并不旨在局限于此。曲轴24可操作地附接至交通工具变速器和传动系，以响应于操作者扭矩请求(TO_REQ)向其传递牵引扭矩。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曲轴24的720度的角度旋转，其分割成进气-压缩-膨胀-排气这四个180度阶段，其描述了活塞22在发动机气缸20中的往复式移动。多齿靶轮26附接至曲轴并随之旋转。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操作地连接至控制模块5。

发动机优选包括直接喷射式四冲程内燃发动机，其包括可变容积燃烧室，所述可变容积燃烧室由活塞和气缸盖限定出，所述活塞在气缸内在上死点与下死点之间往复运动，所述气缸盖包括进气门和排气门。活塞以重复性循环做往复运动，每个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。

发动机优选具有主要为稀于理想配比的空气／燃料操作模态。本领域技术人员明白的是：本发明的多个方面适用于主要在稀于理想配比的情况下操作的其它发动机构造，例如，稀薄燃烧火花点火发动机。在压缩点火发动机的正常操作期间，当燃料充量被喷射到燃烧室中以与进气空气形成气缸充量时，在每个发动机循环期间发生燃烧事件。该充量随后 在压缩冲程期间通过其压缩作用或以来自火花塞的火花的起燃而被燃烧。

发动机适于在宽范围的温度、气缸充量(空气、燃料和EGR)和喷射事件内操作。本文中描述的方法特别适合于在稀于理想配比的情况下操作的直接喷射式发动机的操作。本文中限定出的方法适用于多种发动机构造，包括火花点火发动机、压缩点火发动机，所述压缩点火发动机包括适于使用均质充量压缩点火(HCCI)策略的那些压缩点火发动机。这些方法适用于每个气缸在每个发动机循环利用多个燃料喷射事件的系统，例如这样一种系统：其采用引燃喷射来用于燃料重整、主喷射事件来发动机动力、并在适当的情况下采用燃烧后燃料喷射、后期燃烧燃料喷射事件来用于后处理管理，其中的每个都影响气缸压力。

传感装置安装在发动机上或附近来监测物理特性并且产生可与发动机和环境参数相关的信号。传感装置包括曲轴旋转传感器，其包括曲柄传感器44，用于通过检测多齿靶轮26的轮齿上的边缘来监测曲轴转速(RPM)。曲柄传感器是公知的，并且可以例如霍耳效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。将来自曲柄传感器44的信号输出(RPM)输入到控制模块5。存在燃烧压力传感器30，其包括适于监测气缸内压力(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，其包括作用力变换器，其具有适于安装到处于用于电热塞28的开口处的气缸盖中的环状截面。燃烧压力传感器30连同电热塞28一起安装，且燃烧压力通过电热塞被机械地传输到传感器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装置或适用于此的其它装置。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(TIN)的空气质量流量传感器、以及冷却剂传感器35(COOLANT)。该系统可以包括排气气体传感器(未示出)，用于监测一个或多个排气气体参数例如温度、空气／燃料比和组分等的状态。本领域技术人员明白的是可以存在其它传感装置和方法来达到控制和诊断的目的。呈操作者扭矩请求TO_REQ形式的操作者输入可以通过节气门踏板和制动踏板等装置来获得。发动机优选配备有其它传感器(未 示出)，用于监测操作以及用于系统控制的目的。传感装置中的每个被信号地连接至控制模块5，来提供信号信息，其被控制模块转换成代表相应监测参数的信息。应该明白的是：该构造只是示例性的而不是限制性的，包括各个传感装置都可由功能上等效的装置和算法代替，而仍落入本发明的范围内。

致动器安装在发动机上，并且响应于操作者输入而由控制模块5控制，以实现各种性能目标。致动器包括：电子控制式节气门装置，其应于命令输入(ETC)控制节气门开度；和多个燃料喷射器12，用于响应于命令输入(INJ_PW)将燃料直接喷射到燃烧室的每个中，它们全都响应于操作者扭矩请求(TO_REQ)受到控制。存在排气气体再循环气门32和冷却器(未示出)，其响应于来自控制模块的控制信号(EGR)来控制外部再循环排气气体向发动机进气的流动。电热塞28包括公知装置，其安装在燃烧室的每个中，被调整来用于燃烧压力传感器30。

燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，所述燃料喷射系统包括多个高压力燃料喷射器装置，每个都适于响应于来自控制模块的命令信号INJ_PW将包括一定质量的燃料的燃料充量直接喷射到燃烧室之一中。燃料喷射器12中的每个都被供应来自燃料分配系统(未示出)的加压燃料，并具有操作特性，其包括最小脉冲宽度以及相关联的最小和最大可控燃料流量。

发动机可以配备有可控气门机构，其进行操作用以调节气缸中的每个的进气门和排气门的打开和关闭，包括以下中的任一个或多个：气门正时、定相(即，相对于曲柄角度和活塞位置的正时)、和气门开度的升程的幅度。一个示例性系统包括可变凸轮定相，其适用于压缩点火发动机、火花点火发动机和均质充量压缩点火发动机。

控制模块5优选为通用数字计算机，其一般包括：微处理器或中央处理器；存储介质，其包括非易失性存储器，其包括只读存储器(ROM)和电可编程只读存储器(EPROM)，随机存取存储器(RAM)；高速时钟；模拟到数字(A／D)和数字到模拟(D／A)电路；和输入／输出电路和装置(I／O)及适当的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，其包括常驻程序指令和校准标准，其被存储在非易失性存储器中，并被执行来提 供每个计算机的相应功能。可以在预先设定的循环周期中执行算法，使得每个算法在每个循环周期被执行至少一次。算法由中央处理器执行，并且是可操作的，用以监测来自前述传感装置的输入，并使用预先设定的校准标准来执行控制和诊断程序从而控制致动器的操作。在正进行的发动机和交通工具操作期间，通常以一定间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒来执行循环周期。替代地，可以响应于事件的发生来执行算法。

控制模块5执行存储在其中的算法代码来控制前述致动器从而控制发动机操作，包括在如此配备的系统上的节气门位置、燃料喷射质量和正时、用以控制再循环排气气体的流动的EGR气门位置、电热塞操作和对进气和／或排气门正时、定相和升程的控制。控制模块适于接收输入信号，所述输入信号来自操作者(例如节气门踏板位置和制动踏板位置)用以确定操作者扭矩请求TO_REQ，以及来自指示发动机速度(RPM)、进气空气温度(TIN)、冷却剂温度和其它环境状况的传感器。

图1示出了示例性汽油发动机。然而，将理解的是：NOx处理和后处理系统可用于包括柴油发动机在内的其它发动机构造中，并且本公开并不旨在被限制于本文中描述的特定示例性发动机实施例。

图2示意性地示出了依据本公开的包括尿素配量构造的一示例性后处理系统。后处理系统200包括控制模块205、DOC210、SCR220、上游NOx传感器230、下游NOx传感器240、温度传感器250和尿素配量模块260。正如本领域所公知的，DOC210执行排气气体流的后处理所必需的多个催化功能。DOC210的功能之一是将在SCR中不容易被处理的NOx形式的NO转化成在SCR中容易被处理的NOx形式的NO₂。SCR220利用尿素作反应物来将NOx还原成其它分子。上游NOx传感器230检测和量化进入后处理系统200的排气气体流中的NOx。尽管用上游NOx传感器230被例示为量化进入后处理系统的NOx的示例性器件，但是应该指出的是：可通过其它器件来量化进入系统的NOx来评估SCR中的转化效率，例如，通过位于DOC210与SCR220之间的NOx传感器，或通过模拟发动机输出和排气气体流内的状况的虚拟NOx传感器，来估计进入后处理系统的NOx的存在。本公开论述了依据示例性实施例的描 述进入后处理系统的NOx的传感器输入，然而将理解的是：根据上游传感器的布置，该输入可以描述进入后处理系统的一部分的NOx含量。SCR220利用例如从所喷射的尿素中获取的氨来通过本领域公知的方法将NOx转化成其它分子。温度传感器250被示为位于后处理系统200内的收集排气气体流温度的区域中。尿素配量模块260被绘出为处于SCR220上游的位置。尿素可被直接喷入进入SCR的排气气体流中。一优选方法被绘出，其利用混合器装置270。尿素配量模块260将尿素喷射到混合器装置270上，然后由排气气体流将尿素大致均匀分配地带到SCR220内的催化剂表面上。下游NOx传感器240检测和量化离开后处理系统200的排气气体流中的NOx。控制模块205包括处理与后处理系统相关的输入所需的程序设计，并且可包括采用本文中描述的方法的程序设计。

作为还原剂的氨可以如上所述地通过尿素的喷射而被引入后处理系统中。然而，在移动或消耗装置拥有的动力总成中存储和维持足量的尿素是有困难的。本领域技术人员将理解的是氨是燃烧和后处理过程的公知副产物。公知的方法优化了燃烧过程和后处理装置的使用，以降低氨的发生，以免招致另一必须被转化的物质。公开了一种方法来改为选择性地弱化燃烧循环的操作，并利用后处理装置，其有助于在氨生成循环中周期性产生氨，并存储该氨来用于后续NOx转化。

可以在催化剂装置例如TWC装置中产生氨。氨(NH₃)的这种产生源自由以下反应式描述的示例性转化过程。

NO+CO+15H₂→NH₃+CO₂ [1]

本领域技术人员将理解的是：该转化需要在NO与分子氢反应之前从催化剂耗尽分子氧。当内燃发动机在稀燃操作模式下操作时，常常存在过量氧，空气／燃料比(AFR)在稀于理想配比的情况下被操作或具有过量空气。因此，采用可选择性氨生成循环需要将AFR控制成被确定来耗尽排气气体流中的氧的数值。此外，将AFR选择为处于理想配比和浓燃)操作范围内进一步促进氨的产生，例如，通过以适当量产生NO和H2。 在上面的示例性反应式中，1.5比1的理想比值是显而易见的。然而，基于由催化剂和后处理装置内发生的其它反应所提供的环境，不同的实际比值可实现氨的最佳产量。采用特定示例性催化剂的示例性测试值被确定为以三至五个氢分子比一个NO分子的比值最佳地进行操作。选择能够实现较低的氢比NO的比值的催化剂是优选的，因为氢需求量直接与必须被消耗来实现氨生成的燃料量有关。依照根据某些方法的测试结果或模拟的校准标准可被利用来选择有利于控制氨生成循环的AFR，所述某些方法足以精确地估计燃烧循环和后处理过程及转化的操作。本领域技术人员将理解：CO的存在也必须被视为有助于上述反应。

可以根据影响SCR装置内的氨使用量的许多因素来控制或选择氨生成循环的操作，这些因素包括催化器上的估计的氨存储量、估计或检测到的氨逸出量、估计或检测到的穿过SCR装置的NOx突破量、和有助于氨生成循环中的操作的发动机操作。可以通过监测多个输入来实现对这些因素的监测，所述多个输入包括发动机操作、排气气体性质和SCR装置内的NOx转化效率。发动机加速的周期已经被示出为包括通常较高水平的NOx和氢生成和更接近理想配比的AFR。可以利用这些有助于氨生成的周期来在不太有利的发动机操作下使氨生成循环的侵入式操作最小化。根据所需的氨产量、所采用系统的具体情况和发动机的特定操作，氨生成循环的操作长度将有所不同。

生成氨所需的分子氢产生可通过燃烧过程发生在发动机中。分子氧不足的浓AFR环境中的燃烧趋于产生高含量的分子氢。氢的产生可作为单次喷射燃烧循环的结果而发生，其中氢的生成源自向发动机提供功输出的主燃烧事件。

图3图解地示出了依据本公开的示例性发动机操作以及由此发生的通过单次喷射燃烧循环通过各种空气／燃料比在排气气体流内生成包括氨在内的多种化合物。示例性测试结果在功率计上绘出了发动机的操作，其采用稀薄燃烧火花点火直接喷射式燃烧，以2000RPM的速度和2巴的载荷进行操作。如上所述，改变AFR会改变排气气体流的化学成分。已知在汽油发动机中在约14.7比1的AFR下发生理想配比操作。大于14.7的AFR值描述了稀燃操作或过量空气下的操作。小于14.7的AFR值描 述了浓燃操作或过量燃料下的操作。在图3的示例性数据组中，离开发动机的NOx被示出为随着AFR减小而减少，而离开发动机的H2被示出为随着AFR减小而增多。所得到的离开TWC的NH3被示出为最初是增大的，在约14.2的示例性数值处达到峰值，随后随着AFR的减小而减少。作为结果，在包括被采用来生成图3中绘出的数据组的特定催化剂的示例性构造中，可在等于14.2的AFR处最佳地操作氨生成循环。然而，如上所述，不同的构造特别是不同的催化剂可改变最有利于氨产生的氢与NOx的比值。因此，选定的AFR可与上例中给出的值14.2不同。

图4图解地示出了依据本公开的附加示例的发动机操作以及由此发生的通过单次喷射燃烧循环通过各种空气／燃料比在排气气体流内生成包括氨在内的多种化合物。示例性测试结果在功率计上绘出了发动机的操作，其采用稀薄燃烧火花点火直接喷射式燃烧，以1500RPM的速度和1巴的载荷进行操作。如上参照图3的所述的，图4示出了通过一定范围的AFR值的氨产量。氨产量再次在某AFR值处达到峰值，并且部分地受控于分子氢和NOx的存在。在图4的示例性测试结果中，氨产量的峰值出现在约14.2的AFR值处。该值如以上所描述的取决于所采用的催化剂的性质。

图5-8图解地示出了采用单次喷射来形成氨的测试结果，并且绘出了被引入到第一化学反应器的反应物，所述第一化学反应器包括第一TWC砖和第二TWC砖，其被构造成用以模拟交通工具排气流中的TWC装置。图5示出了依据本公开的被引入到第一化学反应器中的样品反应混合物的表。每个样品反应混合物包括基于以所选发动机空气／燃料比模拟排气气体成分的发动机型号而确定的组分气体的含量。理想平均空气／燃料比(“理想平均A／F”)是目标发动机空气／燃料比，其将产生与基于发动机型号的样品反应混合物相关的排气气体成分。计算出的平均空气／燃料比厂计算平均A／F”)是基于实际反应物测量所获得的模拟空气／燃料比。计算出的平均λ(“计算平均λ”)是用于计算出的平均空气／燃料比的λ值。测量了每种样品反应混合物中所包含的氧(“％O2”)、一氧化碳(“％CO”)、氢(“％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，每种样品反应混合物包含2.7ppm的二氧化硫含量(“SO2”)。

图6图解地绘出了依据本公开的通过一定范围的空气／燃料比和反应温度得到的氨产量水平。该图绘出了在目标空气／燃料比(“A／F比(+／-0.25A／F))”和300C、400C、500C和600C的反应温度时由第一化学反应器生成的氨含量(“NH3(ppm)”)。对于每种反应温度，最高氨含量都形成在14.2的目标空气／燃料比处，并且大体随着空气／燃料比增大而下降。此外，在目标空气／燃料比14.2处，氨含量随着反应温度从300C升高至600C而减小。

图7图解地绘出了依据本公开的由采用标准反应混合物(“STD＝w／H₂O、w／H₂、w／HC、w／CO、w／O₂”)和修正反应混合物的第一化学反应器生成的氨含量(“NH₃(ppm)”)对温度(“温度C”)的关系。该标准反应混合物包括水、氢、碳氢化合物、一氧化碳和氧，它们的量为在图5的表中对于具有14.2的目标空气／燃料比的样品反应混合物列出的量。修正反应混合物包括：含有标准反应混合物的组分量但没有水(“w／o H₂O”)的样品反应混合物；含有标准反应混合物的组分量但增加含量的一氧化碳代替氢(“w／o H₂(调整CO)”)的样品反应混合物；以及含有标准混合物的组分量但增加含量的氧代替氢(“w／o H₂(调整O₂)”)的样品反应混合物。

图8图解地绘出了依据本公开的由采用标准反应混合物(“STD＝w／H₂O、w／H₂、w／HC、w／CO、w／O₂”)和修正反应混合物的第一化学反应器生成的氨含量(“NH₃(ppm)”)对温度(“温度C”)的关系。该标准反应混合物包括水、氢、碳氢化合物、一氧化碳和氧，它们的量为在图5的表中对于具有14.2的目标空气／燃料比的样品反应混合物列出的量。修正反应混合物包括：含有标准反应混合物的组分量但氧代替了一半量的碳氢化合物(“W／1／2HC(调整O₂)”)的样品反应混合物。图8进一步示出了由采用标准反应混合物的第二化学反应器(“只有第一砖”)生成的氨，其中第二反应器只包含第一TWC砖，而没有另外的TWC砖。

单次喷射燃烧循环中的氢产量和NOx产量都可以用多种方式进行调节。图9图解地示出了依据本公开的四种不同的示例性发动机控制策略以及在一组固定的操作条件下得到的发动机排放。所有测试都是在以 1000RPM和3巴的发动机载荷进行操作的单个发动机构造中进行的。第一发动机控制策略，其被定义为基线数据组，包括以标准气门配置策略(95-95(IMOP／EMOP))、31％EGR和22∶1的AFR进行的操作。第二发动机控制策略，其被定义为高气门重叠度(HVO)数据组，包括以修正气门配置策略(95／-80(IMOP／EMOP))和14∶1的AFR进行的操作，该修正气门配置策略包括进气门和排气门都是打开的周期，即本领域中称之为内部EGR的状态。示例性高气门重叠度策略包括大致对称的进气和排气门，其在上死点曲柄角度附近打开和关闭。第三发动机控制策略，其被定义为进气门晚关(LIVC)数据组，包括以修正气门配置策略(140／-80(IMOP／EMOP))和14∶1的AFR进行的操作，该修正气门配置策略包括维持进气门打开的持续时间比在标准气门配置策略中更长。第四发动机控制策略，其被定义为14∶1w／EGR，包括以标准气门配置策略(95／-95(IMOP／EMOP))、24％EGR和14∶1的AFR进行的操作。从数据明显看出，AFR和其它操作条件的调整可以将分子氢提升至高含量，超过基线数据组中可获得的含量。此外，气门配置策略和EGR率的调整包括对NOx含量的影响。然而，如在这些数据集中和对图3、4的检验中清楚的，以较低AFR值通过单次喷射得到的升高氢产量包括对NOx产量的限制，并且NO含量未能以支持在反应式1中描述的反应所需的含量存在。

已知采用直接喷射的发动机包括这样的方法，其通过直接喷射燃料喷射系统来在燃烧循环的所选正时处将精确量的燃料喷射到燃烧室中。本领域技术人员将理解：与有能力的控制模块结合的直接喷射允许对气缸内不同燃烧循环的燃烧性能的控制以及对不同气缸的燃烧性能的控制。

如以上所描述的，包括分子氢和NOx的混合物的排气气体流可被利用来通过氨生成催化器生成氨。如以上对于图3和4所描述的，氢和NOx两者都可在燃烧循环内被生成，并且对燃烧性能的操纵，比如AFR，可影响任一物质的产生量。然而，使用AFR作为单次燃烧事件内的控制具有有限的能力来产生这些物质，因为高AFR值增加NOx产量，而低AFR值增加分子氢产量。公开了一种方法来产生用于在氨生成中使用的分子氢和NOx，方法是通过离散控制多个气缸，调整至少一个 气缸中的AFR来产生分子氢，并调整至少一个气缸中的AFR来产生NOx。通过在气缸到气缸的基础上控制操作，可避免与将所有气缸强制为浓燃AFR设定相关联的燃料经济性缺陷。

交通工具中的气缸可布置为多个模式。例如，普通的四气缸配置包括“直列四缸”构造，其中所有四个气缸都采用单个排气歧管来将从发动机出来的排气引入后处理系统中。普通的八气缸构造包括“V8”设计，其中两个气缸组各自采用一排气歧管。已知六气缸设计包括“直列六缸”和“V6”构造。已知催化剂设计取决于发动机构造，并且已知催化剂在排气系统内的定位取决于与发动机的接近程度和所引起的温度以及催化剂所需的排气气体流成分。例如，在一个实施例中被采用来包括本公开所需的氨生成催化器的TWC必须相对靠近发动机，以利于催化剂的需求。由于该需求，采用两个排气歧管的V型设计通常采用两个TWC，每个排气歧管一个。因为被利用来产生氨的反应的组分物质必须存在于TWC内以便在TWC内产生氨，所以采用不同气缸来最佳地产生分子氢和NOx的上述方法必须向相同的催化剂装置中供给。因此，在比如V型构造等构造中，被协调来产生氢和NOx的多个气缸必须向相同催化器中供给，以有效地产生氨。

被调整来促进氢和NOx的产生的气缸可成对地操作，一个气缸被调整来产生所需的氢，而另一气缸被调整来产生所需的NOx，如通过示例性反应式1所描述的。与这对气缸同组的附加气缸可在物质中性构造中被操作，不干扰排气气体流中的所得物质混合物。替代地，在这对气缸产生用于氨生产所需的物质的同时，附加的一个气缸或多个气缸可被选择性地停用。如以上所描述的，较高载荷的状态可促进增加的氢和NOx产量。停用一个气缸或多个气缸在其余气缸上导致更大的载荷，由此有助于氢和NOx的产量。替代地，向相同催化器中进行供给的多个气缸可被协同操作地采用来生成产生氨所需的物质。例如，在V6构造中，其中三个气缸向具有氨生成催化器的单个TWC催化器中供给，一个气缸可用稀于理想配比的AFR被操作，被最佳化来产生所需量的NOx。其余两个气缸可各自被最佳化来产生各一半的所需量的氢。通过在两个气缸之间分割氢的生成需求，结合图3和4将理解：这些气缸可以以不如单 个气缸生成所需量的氢时的浓的AFR进行操作。这样，可以在气缸间分割物质生产需求，以便选择性地命令气缸的各个部分。在一替代方案中，一对气缸可被利用来各自生成物质之一的所需比例，而第三气缸可按照图3和4的方法被选择性地调整，以生成附加量的氢和NOx。类似地，包括向单个催化器中进行供给的四个或六个气缸的缸体可将物质的所需产量分割到多个构造中。还应理解的是：以较高AFR运转的气缸和以较低AFR运转的气缸优选被选择来平衡发动机内的所得功生成。还应该理解的是：以较高AFR运转的气缸和以较低AFR运转的气缸不必是静态的，并且以特定AFR运转的气缸可在不同燃烧循环间变化，只要在排气气体流中产生的所需物质混合物得到维持即可。被利用来产生所需物质的气缸到气缸操作的选择以及喷射安排可以用实验方法、凭经验、预测性地开发出，其是通过建模或其它足以精确地预测发动机操作和所得排气气体流成分的技术，并且可以对于不同发动机设定、状态或操作范围由相同发动机来使用多个喷射安排。

依据本公开，在图10中示意性地绘出了用于采用以上描述的方法的特定实施例。动力总成600包括发动机610、后处理系统620和EGR回路640。节气门615被定位成控制进入发动机610中的进气空气流。发动机610形成排气气体流动路径622、624、626和628。后处理系统620包括：氨生成催化器630，其由排气气体流动路径622和624供给；氨生成催化器632，其由排气气体流动路径626和628供给；和SCR装置634。该特定实施例包括EGR回路640，其包括EGR气门645，将来自后处理系统620的排气气体流选择性地引至发动机610的进气。根据本文中描述的方法，排气气体流动路径622和624，其由向单个催化器中供给的一对气缸供给，可被调整来包括不同含量的氢和NOx，方法是调整发动机610内的相关联气缸中的AFR。类似地，排气气体流动路径626和628由一对类似的气缸供给。通过对于发动机610的各个气缸调整AFR值，升高含量的氢和NOx可被产生并输送至催化器630和632。在图10的特定实施例中，排气气体流动路径622和628被绘出，其中相关联气缸以理想配比AFR得到操作，由此产生升高含量的NOx。排气气体流动路径624和626也被绘出，其中相关联气缸以浓AFR(λ等于0.90～0.95)得到 操作，由此产生升高含量的氢。通过调整气缸对的操作，图10的动力总成可产生氢和NOx，从而允许根据本文中描述的方法生成氨。

可在主燃烧事件之前以相应于所需AFR的量喷射燃料，来在燃烧室中产生氢。在一替代方案中，燃料可以分流喷射方式得到喷射，其中一部分燃料在主燃烧事件之前被喷射，且一部分在主燃烧事件之后被喷射。根据任一方法，燃烧室内较高含量的碳氢化合物使源自燃烧或气缸内重整的氢产量水平升高。在一替代方案中，碳氢化合物可被包括在排气气体流束中，这是通过控制主燃烧事件，例如通过喷射或火花正时、通过分流喷射的正时、或通过向排气气体流中的直接喷射。在碳氢化合物存在于排气气体流内的这种构造中，氢形成催化器，其促进碳氢化合物在催化器上的重整，可被采用在氨生成催化器的上游或重合之处，作为气缸内氢生产的替代方法。每个气缸中的所得物质产量和包括燃烧后重整在内的所得过程可被估计和利用来对于供给特定催化器的气缸组平衡物质的整体产量。

碳氢化合物在催化器上的重整是放热的，并且可生成大量的热。催化器的温度优选被监测或估计，来防止催化器发生过热状况。一个示例性方法可基于优选包括催化器温度在内的相关参数，来在向燃烧循环中的喷射与后燃烧循环喷射之间进行切换。用以形成氢的该催化器位于被利用来形成氨的催化器上游或大致重合之处，但是可以作为分离的装置存在，或者作为相同的整体后处理装置内的催化器存在。此外，已知催化器设计即使在存在分子氧时也会产生氢，从而通过降低喷射额外燃料来完全耗尽氧的需求，来增加氢生产的效率。

图11示意性地示出了依据本公开的、用以实现在燃烧室内生成氨来供在SCR装置中使用的后处理系统中的催化器的一示例性配置。动力总成300包括发动机310、一级催化器320、二级催化器330、三级催化器340和四级催化器350。排气气体流起源于发动机310，并前进通过四个催化器。如图所示，动力总成300被最佳化来用于后期燃烧碳氢化合物重整(1ate combustion hydrocarbon reformation)，如上所述。每个催化器根据本领域中公知的方法来促进不同的反应。在图11的示例性构造中，一级催化器320被选择来根据反应式1促进氨生成，二级催化器330被选 择来根据TWC的正常操作促进操作，三级催化器340是存储和利用与NOx反应的氨的SCR装置，而四级催化器350被利用来清除逸出SCR装置的过量氨。一级催化器可被采用为邻近发动机，例如，在流体地连接至排气歧管的装置中。各级中的催化器的示例性选择被总结在表1中：

表1

这样，催化器可被使用来在后处理系统中通过后期燃烧碳氢化合物重整来生成和利用氨。如以上所描述的，氢形成催化器可被使用来在后处理系统中重整碳氢化合物。在如此构造的系统中，图11可以将这种催化器显示作为一级催化器上游的不同装置(作为“0级催化器”)或作为一级催化器内的特征。

此外，将理解的是：后处理系统可为本领域中公知的多种构造，并且被利用来生成氨的化学反应可呈需要不同催化器和不同操作条件的多个形式。例如，在汽油发动机和柴油发动机的排气气体流中采用不同的装置，例如TWC装置、DOC装置。图11的示例性构造和随后描述的构造是示例性实施例，通过它们可在后处理系统内实现氨的生成，然而，本公开并不旨在局限于本文中描述的特定实施例。此外，还已知其它反应，其可被利用来产生氨。例如，可被采用的另一反应反应包括以下。

2.5H₂+NO-＞NH₃+H₂O [2]

该反应具有独立于CO的存在的优点，但是需要较高量的分子氢。可被利用来产生氨的另一示例性反应包括以下。

Ba(NO3)2+8H₂-＞2NH₃+BaO+5H₂O [3]

该反应的利用需要包括钡的装置。如本领域技术人员将理解的，已知钡不存在于采用PGM催化器的装置中，比如TWC、DOC或某些LNT装置，但是已知被使用在大多数LNT装置中，其中钡被用于在稀燃操作期间存储NOx。还应理解的是：这些反应中的每个可能需要不同的催化剂和动力总成操作条件来用于正常操作。此外，每个反应的不同的NO与分子氢比值将改变用以有效地操作氨生成循环所需的AFR。

催化器设计包括本领域中公知的方法和偏好。如以上结合表1所描述的、被采用在用于作为反应式1中描述的反应的结果而产生氨的TWC设计中的示例性催化剂优选包括铂和钯基催化剂(PGM催化剂)，但是该方法可用于能够产生所需反应的某些非PGM催化剂。催化剂可以并入紧密耦合或小型催化剂装置中，靠近发动机的排气歧管，或者可被采用在分离的装置中。

可根据需要采用氨生成循环，来向SCR装置提供氨。一个方法包括基于估计需求的周期性补给的周期性氨生成循环。在替代方案中，存储在SCR催化器上的氨或可被估计和被利用来根据需要安排氨生成循环。氨生成循环，其采用发动机的理想配比或浓燃操作，可被安排成采用一些周期，其中这种操作根据动力总成输出需求已经被需要。发动机的稀燃操作，特别是利用比如均质充量压缩点火或层状充量模式的燃烧方法的稀燃操作，通常发生在较低载荷和较低发动机速度时。例如，稀燃操作通常被采用在高速路行驶的情况中，其中发动机被采用在稳定操作中来维持速度。在稀燃操作不可能或不优选的场合采用浓燃操作。例如，浓燃操作通常被采用在加速的情况中，其中生成加速交通工具所需的力需要高的发动机载荷，并且横越变速器操作范围状态需要包括高发动机速度在内的发动机速度。监测发动机使用率可允许响应于向浓燃操作模式的切换而开始氨生成循环。附加地或替代地，对发动机使用率 的预测可从统计上或协同3D地图装置而做出，从而基于将已经需要局发动机速度或载荷的预期发动机使用率来预测性地开始氨生产。

通过以上方法产生的氨可被存储在SCR装置内的催化剂上，其被选择有存储氨的容量。如本领域中公知的，取决于排气流的多个性质，例如T_BED和SV。SCR装置内的升高的催化剂床层温度或升高的排气气体流速度造成逸出。可基于有助于保持存储的氨的预测T_BED和SV范围，来预测性地安排氨生成循环。可根据模型来测量或预测T_BED。T_BED的示例性表达可由以下函数关系给出。

T_BED＝f(T₁，T₂，M_DOT__EXH，T_AMB，SCR Geometry) [4]

T₁描述在SCR装置上游测量的排气气体流的温度，而T₂描述在SCR装置下游测量的排气气体流的温度。M_{DOT_EXH}描述通过SCR装置的排气气体的质量流量，并且可基于发动机的操作被估计或模拟。T_AMB描述排气系统的周围环境状态的温度，并且可基于一般测量值比如进气空气温度等被直接地测量或确定。可类似地根据M_{DOT_EXH}和SCR几何学来预测SV。这样，可在过量的逸出将不可预见地耗尽来自SCR装置的氨时，实现氨生产。

发动机速度和载荷对氨生成循环来说是重要的。此外，发动机操作可在排气气体流中生成高温度和高质量流量。从发动机的操作造成的排气气体流中的状况可能导致需要额外燃料的浪费喷射的操作条件或在SCR中造成过量逸出从而导致氨耗减的状况。然而，包括发动机和其它扭矩生成装置的混合动力总成可在调整动力总成的各装置之间的平衡的同时，向传动机构输送所需的输出扭矩。其它扭矩生成装置可包括电机或能够在扭矩生成电动机模式或能量回收发电机模式中操作的机器。这类电机被操作地连接至能量存储装置，其能够输送电能量至电机，或从电机接收并存储电能量。这样，发动机操作可以与所需的输出扭矩解除联接，从而增加后处理系统中的氨生产和存储的效率。例如，发动机扭矩可被允许超过所需输出扭矩，从而采用有助于以高载荷进行氨生产的理想配比或浓燃发动机操作，并且超过所需输出扭矩的发动机扭矩可通 过电机被回收到能量存储装置。这样，被利用来生成氢的额外燃料可生成存储的能量，而不是作为后处理系统中的热被完全废弃。在另一示例中，在高载荷操作下，例如在大开节气门状况下牵引重物爬持续坡度的交通工具中，源自发动机以高载荷进行的操作的排气温度可能在SCR装置中生成过多的逸出。一个或多个电机可被利用来提供一部分所需输出扭矩，由此降低发动机所需的载荷，从而允许发动机以允许较低发动机速度的齿轮状态进行操作，并降低排气气体中的所得温度。这样，混合动力总成可被利用来促进氨生产和存储。

本文中描述的方法设想通过氨生成循环的氨生产，采用排气气体流的组分来在SCR装置中维持NOx的后处理。将理解的是：这些方法可被使用独立于尿素喷射，而以所描述的方法来供应所有的所需氨。在替代方案中，本文中描述的方法可被使用来补充尿素喷射系统，扩展尿素存储箱的所需填充之间的系统范围，同时允许全范围的发动机和动力总成操作，而不用显著监测氨生成循环和当前存储容量，因为可获得按需式尿素喷射。

NOx的检测对理解后处理系统的操作和控制NOx作为氨生产成分很重要。NOx传感器或氧传感器增加了交通工具的成本和重量，并且这类传感器通常需要在一定预热时间之后达成的特定操作温度范围起作用。如以上所描述的，虚拟NOx传感器可被使用来估计后处理系统中的NOx的存在。图12示意性地绘出了依据本公开的一示例性NOx模型模块，其被采用在发动机控制模块内并确定NOx生成估计值。示例性NOx模型模块500在NOx生成估计系统510内被操作，并且包括模型模块520和NOx估计模块530。发动机传感器输入x₁～x_n是向NOx模型模块的输入，并且可包括多个因素，其包括：温度；压力；包括气门和火花正时的发动机控制设定；和指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，并应用已知的关系来确定多个参数，从而描述燃烧室内的燃烧。这些描述性参数的示例包括：EGR％，即被改向返回到燃烧室中以便控制燃烧过程的排气气体的百分比；描述存在于燃烧室中的空气和燃料的混合物的空气-燃料充量比(AFR)；燃烧温度指标，其包括例如已燃烧气体温度或平均燃烧温度；追踪燃烧过程中的燃烧进程的燃 烧正时指标，例如CA50，即最初存在于燃烧室中的燃料质量的50％被燃烧时处于什么曲柄角度的度量；和燃料轨压力，指示可供燃料喷射器喷射到燃烧室中的燃料的压力。这些描述性参数可被使用来估计在整个燃烧过程中存在于燃烧室内的状况。如以上所描述的，存在于燃烧室内的状况影响燃烧过程中NOx的生成。这些描述性参数可被供给至NOx估计模块530，在其中编好程的计算利用这些描述性参数作为输入来形成由于燃烧过程得到的NOx生成的估计值。然而，如以上所描述的，描述燃烧过程的模型分析变量可包括复杂的计算，其比起生成实时结果所需的时间可能会花费更长的时间来进行计算，需要大量的处理能力，并且只如预先编程的算法所容许那样精确。由于这些挑战和对精确且及时的信息的需求，将对ECM内的NOx生成的估计作为后处理控制策略的一部分不是优选的。

通过虚拟NOx传感器监测NOx可能需要监测燃烧过程，来精确地估计来自发动机的NOx产量。此外，对多个喷射的精确控制，如以上方法中描述的，可通过监测燃烧过程得到协助。各种发动机传感器输入可被使用来量化描述燃烧过程的参数。然而，难以直接地监测在发动机内发生的燃烧。传感器可以检测和测量进入气缸中的燃料流和空气流，传感器可以监测被施加至火花塞的特定电压，或者处理器可以收集预测生成自动点火所必需的状况的信息之和，但是这些读数在一起也难以预测燃烧，并且不是测量实际燃烧结果。测量实际燃烧结果的一个示例性方法采用在燃烧过程中从燃烧室内取得的压力测量值。气缸压力读数提供描述燃烧室内的状况的切实读数。基于对燃烧过程的理解，可对气缸压力进行分析来估计特定气缸内的燃烧过程的状态，其按照燃烧定相和燃烧强度两者来描述燃烧。已知充量在已知正时在已知条件下的燃烧在气缸内产生可预测的压力。通过描述某些曲柄角度时燃烧的相位和强度，可以将特定燃烧过程的开始和进程描述为燃烧的估计状态。通过估计气缸的燃烧过程的状态，影响燃烧过程中NOx生成的因素可被确定并可供NOx生成估计时使用。

监测燃烧定相的一种公知方法是基于已知参数来估计给定曲柄角度的质量分数燃烧比。质量分数燃烧比描述燃烧室中的百分之多少的充量 已经被燃烧，并且是对燃烧定相的良好估计。图13图解地示出了依据本公开的示例性质量分数燃烧曲线。对于给定曲柄角度，所示曲线描述充量内已经在燃烧过程燃烧了的燃料空气混合物的估计百分比。为了被用作燃烧定相的指标，已知的是识别所关心的特定质量分数燃烧百分比或所关心的特定曲柄角度。图13将CA50％识别为质量分数燃烧等于50％时的曲柄角度。通过在该气缸或多个气缸中检验多个燃烧过程的该特定指标，可以描述该特定燃烧过程的比较定相。

如上所述，燃烧定相可被利用来估计特定燃烧过程的状态。一种用于监测燃烧定相来诊断无效燃烧的示例性方法被公开，由此监测发动机中的燃烧，对于每个气缸燃烧过程生成质量分数燃烧比，并且比较气缸接的燃烧定相。如果一个气缸在该第一气缸的特定曲柄角度处的燃烧相位与另一气缸在该第二气缸的相同曲柄角度处的燃烧相位之间的不同超过了阈值相位差，则可推断出异常燃烧。通过该方法可以诊断出异常燃烧的许多源头。例如，如果某状况引起了燃烧室内的提前点火或爆震，则气缸压力读数会显示与正常燃烧不同的值。此外，燃料系统喷射正时故障，其引起充量在错误正时的喷射，会导致异常的气缸压力读数。此外，如果气缸不着火或从未实现燃烧，则气缸压力读数将显示与正常燃烧不同的值。类似地，压力曲线可以被使用来诊断其它异常燃烧状况，比如空气燃料混合物的改变、凸轮轴定相的变化、以及相关部件的维修故障等。对燃烧健全性的任何这些诊断都暗示NOx，并且可被用来估计NOx生成。

已经知道很多方法来估计质量分数燃烧。一种方法调查来自燃烧室内的压力数据，包括分析可归因于燃烧的室内压力上升。存在多种方法来量化可归因于燃烧的气缸中压力上升。压力比管理(PRM)是基于Rassweiler途径的一种方法，其阐述了可以通过由于燃烧引起的分数压力上升来估算质量分数燃烧。已知充量在已知时间在已知条件下的燃烧趋于在气缸内产生始终可预测的压力上升。PRM从特定曲柄角度的燃烧情况下的测定气缸压力(P_CYL(θ))与计算推动压力之间的比值来获得压力比(PR)，估计在给定曲柄角度(P_MOT(θ))在气缸内没有燃烧发生时的压力值，得到以下方程式。

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

图14图解地示出了依据本公开的在燃烧过程中对曲柄角度画出的示例性气缸压力。P_MOT(θ)显示出平滑的反向抛物线波峰，来自于压缩一袋被俘获气体的活塞，而没有任何燃烧。所有气门在活塞处于BDC时都关闭，活塞上升压缩气体，活塞在压力曲线的波峰处到达TDC，并且压力随着活塞下降远离TDC而降低。P_MOT(θ)以上的压力上升由P_CYL(θ)绘出。燃烧正时在各种应用之间有所变化。在此特定示例性曲线中，P_CYL，(θ)在TDC附近开始从P_MOT(θ)上升，表明了有时在TDC之前的点火事件。当充量燃烧时，从燃烧得到热和功，导致燃烧室内压力的增加。PR是P_MOT与P_CYL的比，而P_MOT是P_CYL的分量。净燃烧压力(NCP(θ))是P_CYL(θ)与P_MOT(θ)之间的差值，或可归因于在给定曲柄角度处的燃烧的燃烧室中的压力上升。将理解的是：通过从PR减去1，NCP与P_MOT的比可以被确定如下。

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

通过以上方程式测量的PR因此可以被使用来直接地描述气缸内的燃烧强度。将曲柄角度θ处的PR减1归一化为预期或理论最大PR值减1得到在曲柄角度θ处由于燃烧导致的压力上升与在燃烧过程的完成时由于燃烧导致的预期总压力上升之间的分数压力比。该归一化可被表示为以下方程式。

该分数压力比，其通过使可归因于燃烧的压力上升等同于燃烧的进程，描述对于该特定燃烧过程的质量分数燃烧。通过利用PRM，来自气缸的压力读数可以被使用来估计该气缸的质量分数燃烧。

采用PRM的上述方法可适用于与压缩点火发动机相关联的宽范围的温度、气缸充量和正时，且增加的益处是不需要校准过的压力传感器。因为PR是压力的比值，所以未校准线性压力转换器可以被利用来获得来自每个气缸的压力数据读数。

用以估计质量分数燃烧的另一方法是直接采用Rassweiler途径来通过计算对于给定曲柄角度释放的总热来确定质量分数燃烧。Rassweiler途径采用来自气缸的压力读数，来估算气缸中的增量放热。该途径由以下方程式给出。

质量分数燃烧，其是在某一曲柄角度已经燃烧了多少充量的量度，可以通过确定在给定曲柄角度处对于燃烧过程已发生了多少比例的放热来得到估算。由Rassweiler途径确定的增量放热可以对于一定范围的曲柄角度被加和，与燃烧过程的总预期或理论放热进行比较，并被利用来估计质量分数燃烧。例如，如果对于一给定曲柄角度已经实现了75％的总预期放热，则我们可估计对于该循环在该曲柄角度处已发生了75％的燃烧。

其它方法可以被使用来估计质量分数燃烧。一个方法是基于对由充量的燃烧完成的功和释放的热的分析，通过对经典放热度量的分析，来量化由于燃烧而在燃烧室内发生的能量的变化率。这些分析集中在热力学的第一定律，其阐述了封闭系统中能量的净变化等于加入该系统的热和功的总和。应用到燃烧室，燃烧室和封闭气体中的能量增加等于传递至燃烧室壁和气体的热加上燃烧做的膨胀功。

采用这些经典放热度量来估算质量分数燃烧估计值的一示例性方法分析整个燃烧过程中由充量燃烧产生的放热的速率。该放热速率dQ_ch/d θ可以在一定范围的曲柄角度内被积分，以便描述以热的形式释放的净能量。通过本领域公知的推导，该放热可以由下式表示。

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

伽马γ包括比热比，并且被名义地选择为在对应于被用于计算信号偏移的温度时且没有EGR的空气的比热比。因此，对于柴油发动机来说名义上或最初地γ＝1.365，对于常规汽油发动机来说名义上γ＝1.30。然而，这些可基于来自空气的比热和理想配比产品的数据而得到调节，方法是使用当量比的估计值Φ和针对操作条件的EGR摩尔分数，并且使用以下关系[γ＝1+(R／c_v)](其中R是通用气体常数)、以及空气和产品性质的加权平均，这是通过以下表达式：

c_v(T)＝(1.0一φ*EGR)*c_v空气(T)+(φ*EGR)*c_{v理想配比产品}(T) [10]

且该表达式在与被取样来计算信号偏移的压力时的温度相对应的气体温度处被评估。

不论是通过前述方法计算还是通过一些本领域公知的其它方法计算，对于给定曲柄角度在燃烧过程内释放的能量的计算值可以与该燃烧过程的预期或理论总能量释放值进行比较。该比较能得出用于描述燃烧定相的质量分数燃烧的估计值。

上述方法被轻松地简化为被编程到微控制器或其它装置中，以在内燃发动机的正进行操作期间执行，其如下。

一旦为特定燃烧过程生成了质量分数燃烧曲线，该曲线可用于评估该特定燃烧过程的燃烧定相。再次参照图13，取出一个参考点，从这个点来比较不同燃烧过程的质量分数燃烧估计值。在该特定实施例中，选择CA50％，其表示50％的充量已燃烧时的曲柄角度。可以选择其它量值，只要相同的量值被用于每个比较即可。

质量分数燃烧值的确定是本领域公知的实践。尽管上述示例性方法是用于确定质量分数燃烧，但是本文所公开的采用质量分数燃烧值诊断气缸燃烧问题的方法也可以与确定质量分数燃烧的任何方法一起使用。可以采用任何获得质量分数燃烧的实践，而且本发明不意图限制于本文所述的特定方法。

存在附加的方法来分析气缸压力信号。已知一些方法来处理复杂或噪声信号并将它们还原成有用的信息。一个这种方法包括通过快速傅里叶变换(FFT)的频谱分析。FFT将周期或重复信号变为谐波信号的总和，其有利于将信号变换成其频谱的分量。一旦识别了信号的分量，就可以对它们进行分析并且可以从信号获取信息。

来自位于燃烧气缸中或与燃烧气缸通信的压力转换器的压力读数包含与燃烧室内所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，并且这些压力读数除了PCYL(θ)的测量值之外还可包括来自其它来源的压力振荡。快速傅里叶变换(FFT)是本领域公知的数学方法。被

称作频谱分析的一种FFT方法分析复杂信号并且将信号分成它的分量部分，这些分量部分被表示为谐波的总和。由f(θ)表示的压力转换器信号的频谱分析可以被表示为如下。

$\mathrm{FFT}\left(f\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=\begin{array}{c}{A}_0+\left(A_1\sin ({\mathrm{\ω}}_0\mathrm{\θ}+{\mathrm{\φ}}_1)\right)+\left(A_2\sin (2{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{\θ}+{\mathrm{\φ}}_2)\right)+...+\\ \left(A_N\sin (N{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{\θ}+{\mathrm{\φ}}_N)\right)\end{array}---\left[11\right]$

信号f(θ)的每个分量N表示燃烧室内对压力的周期性输入，N的每个增加增量包括信号或较高的频率。实验分析已经表明：燃烧过程的各个阶段中由燃烧和活塞运动所引起的压力振荡P_CYL(θ)趋于成为第一、最低的频率谐波。通过隔离该第一谐波信号，可以测量和评估P_CYL(θ)。如本领域所公知的，FFT提供关于每个被识别谐波的幅度和相位的信息，其被捕捉为以上方程式的每个谐波中的Φ项。因此，第一谐波的角度或Φ₁是追踪燃烧定相信息的主项。通过分析与P_CYL相关的FFT输出的分量，该分量的定相信息可被量化，并与预期定相或其它气缸的定相进行 比较。该比较允许测量到的定相值被评估，并且如果差值大于阈值相位差时发出警告，指示该气缸中存在燃烧问题。

当输入信号处于稳定状态时，通过FFT分析的信号被最有效地估计。改变输入信号的瞬态影响会在所进行的估计中造成误差。虽然已知一些方法来抵消瞬态输入信号的影响，但是本文中公开的方法在空转或稳定、平均发动机速度状况时被最佳地执行，其中瞬态的影响被消除。在可以接受的稳定测试期间完成测试的一种公知方法是：采取样品，并且利用控制模块中的算法来使如在发动机操作的稳定周期中被采取的测试数据有效或无效。

应当指出的是：尽管测试数据优选是在空转或稳定发动机操作时被采取，但是从这些分析取得的信息可被复杂编程的计算或发动机模型采用，来在发动机操作的各种范围中实现更精确的发动机控制。例如，如果在空转时的测试和分析表明四号气缸具有部分地堵塞的喷射器，则燃料喷射正时可以被修正来在操作的不同范围中用于该气缸，以抵消感觉到的问题。

一旦已经通过FFT分析了气缸压力信号后，可以多种方式使用来自压力信号的信息，来分析燃烧过程。例如，分析的压力信号可被使用来如以上方法中讨论那样生成分数压力比，并且被使用来描述质量分数燃烧百分比，从而描述燃烧过程的进展。

一旦可获得比如压力读数等测量值后，则可计算与燃烧过程有关的其它描述性参数。描述燃烧过程的特定特性的子模型可被采用，其利用本领域中众所周知的物理特性和关系，来将气缸压力和其它可轻松获得的发动机传感器项转换成描述燃烧过程的变量。例如，容积效率，即进入气缸的空气-燃料充量与气缸的容量相比的比值，可通过以下方程式来表示。

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

RPM或发动机速度可通过曲轴速度传感器而被容易地测量，如以上描述的。P_im或进气歧管压力通常被测量为与发动机控制有关，并且是可 轻松获得的项。或流动到气缸中的充量的新鲜质量空气流部分也是在发动机的空气进气系统中通常测量的项，或者替代地可从P_im、环境大气压力、和空气进气系统的已知特性来容易地导出。可从气缸压力和其它可轻松获得的传感器读数导出的描述燃烧过程的另一变量是进入气缸中的充量流 可由以下方程式确定。

${\stackrel{\·}{m}}_c=\frac{P_{\mathrm{im}}\·\mathrm{rpm}\·D\·\mathrm{\η}}{2R{T}_{\mathrm{im}}}---\left[13\right]$

D等于发动机的排量。R是本领域公知的气体常数。T_im是来自进气歧管的温度读数。可从气缸压力和其它可轻松获得的传感器读数导出的描述燃烧过程的另一变量是EGR％，或改向到排气气体再循环回路中的排气气体的百分比。EGR％可由以下方程式确定。

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

可从气缸压力和其它可轻松获得的传感器读数导出的描述燃烧过程的又一变量是CAx，其中x等于所需的分数压力比。CAx可由以下方程式确定。

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

填入所需的分数压力比作为Z并求解θ会得到CAx。例如，CA50可由下式确定。

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

燃烧室内的各温度也可从气缸压力和其它可轻松获得的传感器读数来估计。图15绘出了依据本公开的、对于描述燃烧过程来说重要的、能够在燃烧室内估计的多个不同温度。T_a.即燃烧室内的平均温度，可由以下方程式确定。

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

P_max是燃烧过程中在燃烧室内达到的最大压力。PPL是出现P_max时曲柄角度的测量值。V(PPL)是在P_max出现时的气缸容积。T_u，即燃烧室内的充量的还未燃烧或未燃部分的平均温度，可由以下方程式确定。

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

是燃料质量流量，并且可从已知燃料轨压力结合燃料喷射器的已知性质和操作来确定、或从和来确定。α和β是基于发动机速度和载荷的校准标准，并且可以通过建模或其它足以精确地预测发动机操作的技术用实验方法、凭经验、预测性地开发出，并且多个校准曲线可以被相同发动机对于每个气缸和对于不同的发动机设定、状况或操作范围来使用。λ_S是用于特定燃料的理想配比空气-燃料比，并包括本领域中众所周知的值。T_ex是测量到的排气气体温度。T_im和P_im是在进气歧管处取得的温度和压力读数。P_max-ΔP描述燃烧刚开始前的燃烧室中的压力。γ是以上描述的比热常数。Tb，即燃烧室内的充量的燃烧或已燃部分的平均温度，可由以下方程式确定。

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

注意：以上方程式以本领域中众所周知的方法通过忽略向气缸壁的热损失来得到简化。补偿这种简化的方法是本领域中众所周知的，本文 不作详细说明。通过使用上面的关系式和推导，气缸压力和其它可轻松获得的传感器读数可被使用来确定描述被监测的燃烧过程的多个参数。

如以上所描述的，气缸压力读数可被使用来描述燃烧室内发生的燃烧的状态，以用作估计NOx生成的一个因素。同样如以上所描述的，多个其它因素对于精确地估计NOx生成来说也是重要的。图16是依据本公开的、描述在一组给定条件下的多个输入对NOx排放的标准化影响的示例性模拟结果的图示。如以上所描述的，已知一些方法，其采用模型模块和NOx估计模块，来基于已知的发动机特性来模拟或估计NOx生成。在该特定示例性分析中被利用来表征通过燃烧过程得到的NOx生成的模型可表征为以下表达式。

NOx＝NNT(P max,CA50,CApmax,EGR%,AFR) [20]

如图16的图形结果中示出的，多个因素对NOx生成具有不同的影响。在这组特定的条件下，EGR％对所模拟发动机的NOx生成具有最大的影响。在该情况下，通过本领域中众所周知的方法，将特定量的排气气体通过EGR回路再循环返回到燃烧室中会降低燃烧过程的绝热火焰温度，由此降低氮和氧分子在燃烧期间所暴露至的温度，从而降低NOx生成率。通过研究各种发动机操作条件下的这类模型，神经网络可被提供最有用的输入，来提供对NOx生成的精确估计。此外，研究这类模型提供信息，其有利于选择输入数据来最初训练神经网络、改变输入和将相应输出提供至最有可能影响NOx生成的传感器输入和描述性参数。

通过以上描述的方法，NOx生成估计值可对于一组发动机传感器输入而生成。如本领域技术人员将理解的，发动机操作的方程式和模型预测通常在发动机在处于或接近稳定状态操作时最有效地操作。然而，观察和预测可被做出，其关于瞬态或动态发动机操作对NOx生成估计值或其精确性的影响。描述动态模型或动态过滤模块的示一例性表达式被示出为如下。

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

其中，当前NOx读数和训练过的神经网络的输出y被利用来估计NOx生成的变化。这种变化变量可被使用来渐进地估计NOx生成，或者可被使用来检查或过滤NOx生成估计值。图17示意性地绘出了依据本公开的形成NOx生成估计值的一示例性系统，其采用神经网络内的模型来形成NOx生成估计值，并包括对动态发动机和交通工具条件的影响的补偿NOx生成估计值的动态模型模块。NOx生成估计系统400包括模型模块410。神经网络模块420动态模型模块430。可通过模拟或其它足以精确地预测发动机操作的技术，来用实验方法、凭经验、预测性地确定当前操作条件下的最有可能影响动态或变化条件下的NOx生成估计值的因素。与这些因素有关的输入被供给至动态模型模块430，以及来自神经网络模块420的输出，并且来自神经网络的原始输出可被调节、过滤、平均、去优先级或以其它方式修正，这是基于由动态模型模块430确定的动态条件的预计影响。这样，动态发动机或交通工具操作条件的影响可在NOx生成的估计中被抵消。

如以上所描述的，积分(integration)可被用作实际转化效率与故障转化效率的比较中的低通滤波器。所生成的数据通常是不规则变化的，带有多个尖峰。各种信号的解释，尤其是在任一给定时间的各种预测NOx值的比较，易于错误判断或错误识别。通过积分生成的数据曲线的比较被大大简化，并且比较过程中可能出现的错误判断或错误识别被极大地降低。

转化效率的确定可有助于操作氨生成循环，例如，预测有效地操作SCR所需的氨生成循环的所需正时和持续时间。转化效率被描述为后处理装置可将NOx转化成其它分子的效率。以上描述的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气体流的测量或估计NOx含量。对进入后处理系统的NOx的该测量可在任一时间“t”被描述为x(t)。以上描述的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气体流的测量或估计NOx含量。对离开后处理系统的NOx 的该测量可在任一时间被描述为y(t)。任一给定时间的转化效率由下式给出。

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

将理解的是：该方程式提供了任意时刻的转化效率。这种瞬时测量或计算倾向于产生基于信号噪声的误差。应用低通滤波器的方法是本领域公知的。x(t)或y(t)的积分会分别得到一段时间内进入或离开后处理系统的实际NOx的定量描述。过滤掉了x(t)和y(t)的异常测量值的用以确定积分转化效率的示例性方程式可被描述为如下。

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

这样，进入或离开后处理系统的NOx的测量值或估计值可用于确定后处理系统的估计或计算的实际转化效率。

恰当操作或新的后处理装置在一组给定条件下以一定的最大可用转化效率操作。然而，将理解的是：后处理装置，特别是采用催化剂的装置，随时间推移特别是在暴露于高温的情况下会遭受性能劣化。识别故障催化剂对保持低NOx排放以及持续实现燃料经济的发动机操作模式来说很重要。

新的SCR装置的转化效率受到多个环境或操作因素的影响。一示例性SCR的转化效率可由通过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内的催化剂床层的温度。该温度可以直接测得或基于排气气体流的温度、流量及其它性质来估计。SV描述流动通过SCR装置的排气气体的表面速度，并且可被确定为排气气体流的性质的函数， 包括温度和流量。描述催化剂床层上的氨存储量，并且氨在SCR上的充分存在被需要来实现所需的NOx转化反应。可例如通过分析氨吸附和解除吸附速率、NOx转化速率和吸附氨氧化速率，来估计如以上所描述的，x(t)描述NOx在进入后处理系统的排气气体流中的存在。低含量的NOx在恰当地发挥作用的SCR内容易地被反应，而高于一定阈值的NOx含量更难以反应并对应于较低转化效率。限制高出一定量的NOx的处理的因素的一示例是SCR中存在的有限氨。V_UREA描述所喷射尿素的体积。虽然V_UREA类似于描述氨的存在，但是V_UREA包括被喷射尿素的存在测量值，并且可对于预期会在不久的将来存在的氨更好地描述瞬态指标。ρ_CELL描述催化剂材料在SCR内的密度，因此描述SCR催化意图反应的能力。

描述转化效率的上述模型包括可以在SCR的正常操作中被假设或确认的因素。因此，模型可以被简化，由此减少通过模型来分析转化效率所需的处理量。例如，可通过尿素配量模块的操作来监测V_UREA，并且在特定的意图范围中给定V_UREA值的情况下，所得转化效率计算应该保持不变。在一些实施例中，V_UREA被控制为基本上直接与x(t)成比例。此外，在一些实施例中，可基于V_UREA、排气气体流的和SCR的监测到的特性比如温度、和x(t)，来估计在正常范围中给定值，可被降低至功能模型的一部分，这取决于T_BED。如以上所描述的，可通过上游NOx传感器或虚拟NOx传感器来监测x(t)的值。ρ_CELL是SCR装置的特性，并且是已知值。作为这些已知或可估计因素的结果，一示例性SCR的转化效率可由通过以下函数表示的模型来确定。

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

这样，可通过将其它因素维持在已知或校准范围内，来作为机载诊断功能精确地确定SCR的转化效率。

如以上所描述的，包括分子氢和NOx的混合物的排气气体流可被利用来通过氨生成催化器生成氨。示例性实施例涉及在耗尽来自氨生成催 化器的氧之后开始氨生成循环。如前述，TWC可被利用来包括氨生成催化器。根据发动机的构造，基于排气歧管的数量，可采用一个或多个TWC。例如，采用两个排气歧管的“V”型构造可以采用两个TWC，每个排气歧管一个。类似地，采用单个排气歧管来将发动机排出的排气引入排气后处理系统中的“直列”构造可以采用一个TWC。

再次参考图3和4，被利用来产生氨的反应的组分物质必须存在于TWC内以便在TWC内产生氨，并且采用不同气缸来最佳地产生分子氢和NOx必须供给到相同的氨生成催化器中。因此，多个气缸的一部分可以以处于有助于产生NOx的第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比被操作，并且多个气缸的其余部分可以以有助于产生氢的具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比进被操作，其中产生的NOx和氢必须被供给到相同的氨生成催化器中，用以有效地产生氨。例如，在“V”型构造中，被协调来以第一理想配比到浓燃范围产生NOx的多个气缸和被协调来以包括比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围产生氢的其余气缸必须供给到相同催化器中，用以有效地产生氨。

此外，气缸可被成对地控制，以促进氢和NOx的生产，其中一个气缸被控制为处于第一理想配比范围中的空气燃料比来产生NOx，而其它气缸被控制为处于更浓的第二范围中的空气燃料比来产生氢，如由示例性方程式1、2和3描述的。在一个示例中，在V6构造中，其中三个气缸向氨生成催化器内的单个TWC催化器中供给，一个气缸可以以理想配比到浓燃空气燃料比进行操作，被最佳化来产生所需量的NOx。其余两个气缸可被最佳化来各自产生一半的所需量的氢，其中其余两个气缸中的每个以比所述一个气缸的空气燃料比更浓的空气燃料比进行操作。通过在两个气缸之间分割氢的生成需求，结合图3和4将理解：在更浓的第二范围中操作的气缸中的每个可以以不如用以产生所需量的氢的单缸那样浓的空气燃料比进行操作。还应该理解的是：以较高空气燃料比(即，第一理想配比到浓燃范围)运转的气缸和以较低空气燃料比(即，第二范围)运转的气缸优选被选择成平衡发动机内的所得功生成，并且不必是静态的，其中以特定空气燃料比运转的气缸可在不同燃烧循环间变)化，只要在排气气体流中产生的所需物质混合物得到维持即可。被利用 来产生所需物质的气缸到气缸操作的选择以及喷射安排可以用实验方法、凭经验、预测性地开发出，其是通过建模或其它足以精确地预测发动机操作和所得排气气体流成分的技术，并且可以对于不同发动机设定、状态或操作范围由相同发动机来使用多个喷射安排。

再次参考图10，排气气体流动路径622和624，其由氨生成催化器630中供给的一对气缸供给，可被调整来包括不同含量的氢和NOx，方法是调整发动机610内的相关联气缸中的空气燃料比。类似地，排气气体流动路径626和628由一对类似的气缸供给。通过对于发动机610的各个气缸调整空气燃料比，升高含量的氢和NOx可被产生并输送至催化器630和632。在一个示例性实施例中，排气气体流动路径622和628被绘出，其中相关联气缸以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比进行操作。例如，第一范围可包括0.96～1.00的λ值，其中排气气体流动路径622和628可包括处于第一范围内的相同空气燃料比，或者路径622和628中的每个可包括处于第一范围内的不同空气燃料比。排气气体流动路径624和626也被绘出，其中相关联气缸以有助于产生氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比进行操作。例如，第二范围可包括0.90～0.95的λ值，其中排气气体流动路径624和626可包括处于第二范围内的相同空气燃料比，或者路径622和628中的每个可包括处于第二范围内的不同空气燃料比。

本公开已描述了某些优选的实施例及其变型。本领域的技术人员在阅读和理解说明书时可想到另外的变型和变更。因此，所意图的是本公开不局限于作为用于实施本公开所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开应包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于控制包括内燃发动机的动力总成的方法，所述内燃发动机包括多个气缸和后处理系统，所述后处理系统包括采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置，所述方法包括：

耗尽来自位于发动机与所述选择性催化还原装置之间并连接至所述多个气缸的氨生成催化器的氧，包括为气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比；

在耗尽来自所述氨生成催化器的氧之后，开始氨生成循环，其包括

协同地操作所述多个气缸，其中所述多个气缸的某部分以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比进行操作，并且所述多个气缸的其余部分以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比进行操作；以及

采用所述氨生成催化器来产生氨。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比进行操作的部分包括所述部分的以相同空气燃料比进行操作的每个气缸。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比进行操作的部分包括所述部分的以不同空气燃料比进行操作的至少两个气缸。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比进行操作的其余部分包括所述其余部分的以相同空气燃料比进行操作的每个气缸。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个气缸的以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比进行操作的其余部分包括所述其余部分的以不同空气燃料比进行操作的至少两个气缸。

6.如权利要求1所述的方法，其中，以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比进行操作的气缸和以有助于产生分子氢的处于第二范围中的空气燃料比进行操作的气缸可在不同燃烧循环间变化。

7.如权利要求1所述的方法，其中，以有助于产生分子氢的处于第二范围中的空气燃料比进行操作的气缸以分割燃料喷射策略得到操作。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括后期燃烧碳氢化合物重整。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述分割燃料喷射策略包括燃烧后碳氢化合物重整。

10.一种用于控制包括内燃发动机的动力总成的设备，所述内燃发动机包括多个气缸和后处理系统，所述设备包括：

直接喷射燃料喷射系统；

所述后处理系统，其包括

采用氨作为还原剂的选择性催化还原装置，和

第一氨生成催化器，其位于发动机与所述选择性催化还原装置之间；和

控制器，其被构造成用以

监测对于所述选择性催化还原装置的氨生产需求，

耗尽来自所述第一氨生成催化器的氧，包括为第一对气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比，以及

在耗尽来自所述第一氨生成催化器的氧之后，控制所述直接喷射燃料喷射系统，包括在所述第一对气缸内实现不同的空气燃料比，包括

基于氨生产需求以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比操作所述第一对气缸中的一个，以及

基于氨生产需求以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比操作所述第一对气缸中的另一个。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述后处理系统进一步包括有利于燃烧后碳氢化合物重整的氢形成催化器。

12.如权利要求10所述的设备，进一步包括：

第二氨生成催化器，其位于发动机与所述选择性催化还原装置之间；

所述控制器，其进一步被构造成用以

耗尽来自所述第二氨生成催化器的氧，包括为第二对气缸选择处于理想配比到浓燃操作范围内的空气燃料比，以及

在耗尽来自所述第二氨生成催化器的氧之后，控制所述直接喷射燃料喷射系统，包括在所述第二对气缸内实现不同的空气燃料比，包括

基于氨生产需求以有助于产生NOx的处于第一理想配比到浓燃范围中的空气燃料比操作所述第二对气缸中的一个，以及

基于氨生产需求以有助于产生分子氢的处于具有比第一范围更浓的空气燃料比的第二范围中的空气燃料比操作所述第二对气缸中的另一个。

13.如权利要求12所述的设备，其中，以分割燃料喷射策略操作所述第一对气缸中的另一个和所述第二对气缸中的另一个。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述分割燃料喷射策略包括后期燃烧碳氢化合物重整。

15.如权利要求13所述的设备，其中，所述分割燃料喷射策略包括燃烧后碳氢化合物重整。