CN104775879B - 控制一氧化二氮排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制一氧化二氮排放的方法。描述了控制一氧化二氮排放的系统和方法。在一种具体的实施例中，将柴油混合动力车辆的排气系统中形成的一氧化二氮引导通过由外部源比如电加热器加热的氧化催化剂。然后，该催化剂由外部源加热，以通过使催化剂温度上升高于与一氧化二氮产生相关的范围温度而减少排气系统内一氧化二氮形成。

Description

控制一氧化二氮排放的方法
技术领域
本公开的领域涉及控制来自发动机、尤其是混合动力柴油动力系的排放。
背景技术
HC、CO和NOx的联邦法规已经出台了一段时间。只是在最近，提出了所谓的温室气体、尤其是CO2的规章。CO2直接涉及燃料经济和发动机效率并且不需要任何另外的排放设备。近年来提出的N2O——另一声称的温室气体——的规章呈现了新问题。
发明内容
本文的发明人认识到，N2O最有可能产生于柴油发动机并且尤其是混合动力柴油发动机的低温排放气体后处理系统中。在这种后处理系统中，氧化催化剂或DOC被置于发动机排气中，以在通常包含贵金属比如铂和钯的催化表面上氧化HC和CO。选择性还原碱金属催化剂或SCR被置于DOC的下游并且连接至氨喷射系统，该氨喷射系统使用基于氨的还原剂比如水性尿素，其在某种发动机操作条件下被喷射以用氨化学地还原NOx。
更具体而言，发明人已认识到，当DOC在足够高的使反应发生但是足够低的使得不是所有的HC被氧化的温度窗口操作时，来自发动机的HC可以与DOC中的NOx反应以产生N2O。如果使用柴油燃料加热DOC，则甚至更多的N2O会伴随另外的HC产生。通过使氨与NOx反应，另一N2O反应可在SCR中发生。
在本发明的一个具体方面中，发明人用一种方法解决了N2O产生的问题，其中使来自发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层。由催化剂的温度、发动机排放气体中HC与NOx的比或NO2与NOx的比中的一个或多个推定来自氧化催化剂的N2O形成；并且当催化剂在与N2O形成相关的温度窗口内操作时，减少N2O形成。在进一步的方面中，通过从外部源加热催化剂减少N2O形成。这样，实现了该技术结果，并且催化剂优选地通过电加热器加热，并且当催化剂温度上升高于与N2O产生相关的温度范围时，加热结束。
在仍进一步的方面中，N2O形成的减少包括当推定N2O形成超过预定值时，增加发动机有效的压缩比以减少发动机HC形成。发动机压缩比增加包括以下的至少一种：改变发动机的进气门正时、增加强制进入发动机的空气压力或减小发动机燃烧室的容积。
在本发明的另一方面中，该方法包括使来自发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层；使排放气体从氧化催化剂进入选择性还原催化剂；在预定条件下添加氨至该选择性还原催化剂以还原NOx；由氧化催化剂的温度、发动机排放气体中的HC以及NOx和NO2推定来自氧化催化剂的N2O形成；由选择性还原催化剂的温度、推定的来自氧化催化剂的N2O形成和氨推定来自选择性还原催化剂的N2O；和当氧化催化剂温度低于预定范围并且来自选择性还原催化剂的N2O超过预先选择的量时，从外部源加热氧化催化剂以减少来自选择性还原催化剂的N2O。优选地，由氧化催化剂的温度、以及排放气体中HC与NOx的比和NO2与NOx的比，推定来自氧化催化剂的推定的N2O。
在仍另一方面中，本发明被应用于混合动力柴油发动机。在该方面中，实行的该方法包括：使来自发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层；使排放气体从氧化催化剂进入选择性还原催化剂；在预定条件下添加氨至该选择性还原催化剂以还原NOx；由催化剂的温度、发动机排放气体中HC与NOx和NO2的比推定来自氧化催化剂的N2O形成；由选择性还原催化剂的温度、推定的来自氧化催化剂的N2O形成、来自柴油发动机的NOx和氨推定来自选择性还原催化剂的N2O；当氧化催化剂温度低于预定范围并且推定的来自选择性还原催化剂的N2O超过预先选择的量时，用电加热器加热氧化催化剂以减少来自氧化催化剂的N2O形成；和当氧化催化剂温度超过预定范围时中断电加热。
在一个更具体的方面中，当推定的来自选择性还原催化剂的N2O高于预定值时，降低柴油发动机的功率输出。此外，控制电动马达以提供与来自柴油发动机的功率下降相关的功率。
从以下详细描述，当单独或结合附图理解时，本说明书的上述优势和其他优势以及特征将会容易明白。应理解，提供上述内容是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定了要求保护的主题的关键或主要特征，其范围唯一地通过权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述的任何缺点或本公开的任何部分中的实施方式。
附图说明
当单独或参考附图时，通过阅读实施方式的实例——本文称为具体实施方式，本文所述的优势将被更充分理解，其中：
图1图解了一种示例性混合动力车辆推进系统；
图2显示了一种发动机系统的示意图；
图3显示了根据本公开的一种示例性排放控制系统；
图4显示了独立地监测来自氧化催化剂的N2O和减少由其产生的N2O的示例性流程图；
图5是加热氧化催化剂以减少在其中N2O形成的示例性流程图；
图6显示了排气系统中用于调节一种或多种发动机操作以减少N2O形成的示例性流程图；
图7显示图解发动机操作响应发动机状态的示例性改进的示例性流程图；
图8显示了基于N2O产生相对于规定上限(regulated cap)减少N2O排放的示例性流程图；
图9进一步显示了图解预定范围的示例图，其中做出一种或多种发动机改进以相对于规定上限减少N2O形成；和
图10显示了基于推定的来自其的N2O排放在车辆操作期间管理碳罚分(carbonpenalty)的示例性流程图。
具体实施方式
本发明人已认识到，N2O最可能产生于柴油发动机并且尤其是混合动力柴油发动机的低温排放气体后处理系统。如此，为简单起见，本文描述了示例性混合动力柴油发动机中控制N2O产生的方法。具体地，图1和图2分别图解了示例性混合动力车辆推进系统和示意性发动机图。然后，图3显示了根据本公开的示例性排放控制系统。关于排放系统的控制，图4显示独立地监测来自氧化催化剂的N2O并且减少由其产生的N2O的示例性流程图，而图5-7的示例性流程图图解了用于调节一种或多种发动机操作以减少排气系统内N2O排放的多种方法。因为N2O是管制的温室气体，因此包括图8-10以图解基于规定上限减少N2O排放以预防碳罚分的示例性方法。
转至混合动力柴油发动机，图1图解了示例性车辆推进系统100。车辆推进系统100包括燃料燃烧发动机110和马达120。作为非限制性例子，发动机110包括内燃发动机，和马达120包括电动马达。马达120可配置为利用或消耗不同于发动机110的能源。例如，发动机110可消耗柴油燃料(例如，异辛烷)以产生发动机输出，而马达120可消耗电能以产生马达输出。如此，具有推进系统100的车辆可称为混合动力电动车辆(HEV)。
车辆推进系统100可利用各种不同操作模式，这取决于车辆推进系统遇到的操作条件。这些模式中的一些可使发动机110能够维持在关闭状态(例如，设置为停用状态)，其中燃料在发动机处的燃烧被中断。例如，在选择的操作条件下，当发动机110停用时，马达120可经驱动轮122推进车辆，如箭头124所指示。
在其他操作条件下，发动机110可被设置为停用状态(如上所述)，同时可操作马达120为能量储存设备150比如电池组充电。例如，马达120可接收来自驱动轮122的车轮转矩(wheel torque)，如箭头124所指示，其中马达可将车辆的动能转化为电能，用于储存在能量储存设备150处，如箭头126所指示。该操作可称为车辆的再生制动(regenerativebraking)。因此，在一些实施方式中马达120可提供发电机功能。但是，在其他实施方式中，发电机160可替代接收来自驱动轮122的车轮转矩，其中发电机可将车辆的动能转化为电能，用于储存在能量储存设备150处，如箭头162所指示。
在仍其他操作条件期间，通过燃烧从燃料系统140接收的燃料可操作发动机110，如箭头142所指示。例如，当马达120停用时，可操作发动机110以经驱动轮122推进车辆，如箭头112所指示。在其他操作条件期间，发动机110和马达120二者都可被操作以经驱动轮122推进车辆，如箭头112和124分别所指示。发动机和马达二者可选择性地推进车辆的构造可被称为并联式车辆推进系统。注意，在一些实施方式中，马达120可经第一组驱动轮推进车辆，和发动机110可经第二组驱动轮推进车辆。
在其他实施方式中，车辆推进系统100可配置为串联式车辆推进系统，由此发动机不直接推进驱动轮。而是，可操作发动机110以给马达120供能，这又可经驱动轮122推进车辆，如箭头124所指示。例如，在选择的操作条件期间，发动机110可驱动发电机160，这又可供应电能至一个或多个马达120，如箭头114所指示，或一个或多个能量储存设备150，如箭头162所指示。作为另一实例，可操作发动机110以驱动马达120，这又可提供将发动机输出转化为电能的发电机功能，其中电能可被储存在能量储存设备150，用于马达稍后使用。
如参考图6和图7的工艺流程所描述，车辆推进系统可配置为以上描述的两种或多种操作模式之间的过渡，这取决于操作条件。
燃料系统140可包括一个或多个燃料储存罐144，用于在车辆上储存燃料。例如，燃料罐144可储存一种或多种液态燃料，包括但不限于：汽油、柴油和酒精燃料。在一些实例中，燃料可被储存在车辆上，作为两种或多种不同燃料的掺混物。例如，燃料罐144可配置为储存汽油和乙醇的掺混物(例如E10、E85等)或汽油和甲醇的掺混物(例如M10、M85等)，由此这些燃料或燃料掺混物可被输送至发动机110，如箭头142所指示。仍其他适当的燃料或燃料掺混物可被供应至发动机110，其中它们可在发动机被燃烧以产生发动机输出。可利用发动机输出以推进车辆，如箭头112所指示，或经马达120或发电机160为能量储存设备150再充电。
在一些实施方式中，能量储存设备150可被配置为储存电能，其可被供应至存在于车辆上的(除了马达外的)其他电负荷，包括座舱加热和空调、发动机启动、大灯、座舱音频和视频系统等。作为非限制性例子，能量储存设备150可包括一个或多个电池组和/或电容器。
控制系统180可以与发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存设备150和发电机160的一个或多个连通。如本文所描述，控制系统180可接收来自发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存设备150和发电机160的一个或多个的感测反馈信息。此外，控制系统180可发射响应该感侧反馈的控制信号至发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存设备150和发电机160的一个或多个。控制系统180可从车辆驾驶员132接收驾驶员请求将车辆推进系统输出的指示。例如，控制系统180可接收来自踏板位置传感器134的感测反馈，所述踏板位置传感器134与输入设备130连通。在该实例中，输入设备130包括加速器踏板和踏板位置传感器134，用于产生成比例的踏板位置信号PP。踏板130可示意性指加速器踏板和/或制动器踏板。
能量储存设备150可从存在于车辆外部(例如，不是车辆的部件)的电源152周期性地接收电能，如箭头156所指示。作为非限制性例子，车辆推进系统100可配置为插入式混合动力电动车辆(HEV)，由此电能可经电能传输电缆154从电源152被供应至能量储存设备150。在能量储存设备150由电源152再充电操作期间，电传输电缆154可电气连接能量储存设备150和电源152。当操作车辆推进系统以推进车辆时，电传输电缆154可在电源152和能量储存设备150之间断开。控制系统180可识别和/或控制储存在能量储存设备的电能的量，其可被称为荷电状态。
在其他实施方式中，电传输电缆154可被省略，其中电能可从电源152被无线地接收在能量储存设备150。例如，能量储存设备150可经电磁感应、无线电波和电磁共振的一种或多种，由电源152接收电能。如此，应当认识到，任何适当的方法可用于从电源为能量储存设备150再充电，所述电源不构成车辆的部件。这样，马达120可通过利用除发动机110所利用的燃料以外的能源推进车辆。
燃料系统140可从存在于车辆外部的燃料源周期性地接收燃料。作为非限制性例子，通过经燃料分配设备170接收燃料，车辆推进系统100可被加燃料，如箭头172所指示。在一些实施方式中，燃料罐144可配置为储存由燃料分配设备170接收的燃料，直到它被供应至发动机110用于燃烧。
如参考车辆推进系统100所描述，该插入式混合动力电动车辆可配置为利用次级形式的能量(例如，电能)，所述能量从不是车辆的另外部件的能源周期性地接收。
车辆推进系统100也可包括消息中心190、环境温度/湿度传感器192和侧倾稳定性控制传感器——比如横向的和/或纵向的和/或横摆率传感器(一个或多个)194。消息中心可包括指示灯(一个或多个)和/或其中将消息显示至驾驶员的基于文本的显示器，比如请求驾驶员输入以启动发动机的消息。消息中心也可包括用于接收驾驶员输入的各种输入部分，比如按钮、触摸屏、声音输入/识别等。在可选的实施方式中，消息中心可将音频消息传达至驾驶员，而不显示。
图2是显示多气缸发动机110的一个气缸的示意图，其可包括在汽车的推进系统中。通过控制系统180(也称为控制器)和通过经输入设备130来自车辆驾驶员132的输入，可至少部分地控制发动机110。发动机110的燃烧室(例如，气缸)230可包括燃烧室壁232，活塞236被置于其中。在一些实施方式中，气缸230内部的活塞236正面可具有碗状物。活塞236可被联接至曲轴240，从而活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴240可经中间传递系统被联接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达可经飞轮被联接至曲轴240，使能够实现发动机110的起动操作。
燃烧室230可经进气道242从进气歧管244接收进气，并且可经排气道248排出燃烧气体。进气歧管244和排气道248可经各自的进气门252和排气门254与燃烧室230选择性连通。在一些实施方式中，燃烧室230可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
进气门252可经电动气门驱动器(EVA)251由控制器180控制。类似地，排气门254可经EVA 253由控制器180控制。在一些条件期间，控制器180可改变提供至驱动器251和253的信号以控制各自的进气门和排气门的打开和关闭。进气门252和排气门254的位置可通过气门位置传感器255和257被分别地确定。在可选的实施方式中，一个或多个进气门和排气门可由一个或多个凸轮驱动，并且可利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统的一个或多个以改变气门操作。例如，气缸230可以可选地包括经电动气门驱动控制的进气门和经包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。
燃料喷射器266显示为被直接联接至燃烧室230，用于将燃料直接喷射至其中。燃料喷射可以经普通轨系统或其他这种柴油燃料喷射系统。通过包括燃料罐、燃油泵和燃料轨的高压燃料系统(未显示)，可将燃料输送至燃料喷射器266。在一些实施方式中，气缸230可任选地包括火花塞，其可由点火系统驱动。可在气缸中提供燃料喷射器266以将燃料直接输送至其中。但是，在其他实施方式中，燃料喷射器可布置在进气门252上游的进气歧管244内。燃料喷射器266可被驾驶员268驱动。
进气道242可包括具有节流板292的节气门290。在该具体实施例中，经提供至节气门290所包括的电动马达或执行器——通常被称为电子节气门控制(ETC)的构造——的信号，通过控制器180可改变节流板292的位置。如此，可操作节气门290以改变提供至其他发动机气缸之间的燃烧室230的进气。通过节气门位置信号TP可将节流板292的位置提供至控制器180。进气道242可包括质量空气流量传感器220和歧管空气压力传感器222，用于将各自的信号MAF和MAP提供至控制器180。
此外，在该公开的实施方式中，排气再循环(EGR)系统可使期望部分的排放气体经EGR通道260从排气道248至进气道244。通过控制器180经EGR阀261可改变提供至进气道244的EGR的量。此外，EGR传感器263可布置在EGR通道内，并且可提供排放气体的压力、温度和浓度中一个或多个的指示。可选地，EGR可通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲轴速度传感器的信号的计算值被控制。此外，EGR可基于排气O2传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)被控制。在一些情况下，EGR系统可用于调节燃烧室内空气和燃料混合物的温度。虽然图2显示了高压EGR系统，但可选地，可使用低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的下游到涡轮增压器的压缩机的上游。
如此，发动机110可进一步包括压缩设备比如涡轮增压器或机械增压器，其包括沿着进气歧管布置的至少一个压缩机262。对于涡轮增压器，压缩机262可至少部分地由沿着排气道248布置的涡轮264(例如，经轴)驱动。对于机械增压器，压缩机262可至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可不包括涡轮。因此，通过控制器180可改变经涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或多个气缸的压缩量。
排气传感器226显示为联接至排放控制系统270上游的排气道248。传感器226可以是用于提供排放气体空燃比的指示的任何适当的传感器，比如线性氧传感器或UEGO(通用或宽阈排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC和/或CO传感器。
排放控制系统270显示为沿着排气传感器226下游的排气道248布置。系统270可包括柴油氧化催化剂(DOC)272、选择性催化还原(SCR)系统、三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制设备或其组合。例如，如以下更详细描述的，排放系统270可以是包括SCR催化剂274和柴油微粒过滤器(DPF)276的DOC系统。在一些实施方式中，DPF 276可位于催化器的下游(如图2和图3中所显示)，而在其他实施方式中，DPF 276可被放置在一个或多个DOC和SCR催化剂(未显示)的上游。排放控制系统270可进一步包括排气传感器280。例如，传感器280可以是用于提供排放气体成分的浓度指示的任何适当的传感器，比如NOx、NH3或EGO传感器。另外，在一些情况下传感器280可以是温度或压力传感器。此外，在一些实施方式中，在发动机110的操作期间，通过操作发动机的至少一个气缸在特定空燃比内，排放控制设备270可被周期性地重新设定。
控制器180在图2中显示为微型计算机，其包括微处理器单元202、输入/输出端204、该具体实施例中显示为只读存储芯片206的用于可执行程序和校准值的电子储存介质、随机存取存储器208、保活存储器210和数据总线。除以上讨论的那些信号以外，控制器180可接收来自联接至发动机110的传感器的各种信号，包括以下测量：来自质量空气流量传感器220的进入的质量空气流量(MAF)；来自联接至冷却套管214的温度传感器212的发动机冷却液温度(ECT)；来自联接至曲轴240的霍尔传感器218(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；和来自传感器222的歧管绝对压力信号MAP。发动机速度信号RPM可通过控制器180由信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中真空或压力的指示。注意，可使用上述传感器的各种组合，比如MAF传感器，而不用MAP传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机转矩的指示。此外，该传感器，连同检测的发动机速度，可提供引入气缸的充气(包括空气)的估计。在一个实施例中，传感器218，其也用作发动机速度传感器，曲轴每转可产生预定数目的等间隔的脉冲。
储存介质只读存储器206可以用代表处理器202可执行指令的计算机可读数据编程，通过用于进行以下描述的方法以及预期的但未具体列出的其他变型。
如上所述，图2仅显示了多气缸发动机的一个气缸，并且每个气缸可类似地包括它自己的一套进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
现转向根据本公开的排气系统，图3更详细的显示了排放控制系统270。如上所述，排放控制系统270沿着排气传感器226下游的排气道248布置。此外，除排气传感器280以外，排放控制系统270还包括DOC 272、SCR 274和DPF 276。为简单起见，本文显示了排放组件的一种布置；但是，其他布置是可能的。例如，在另一实施方式中，DPF 276可位于SCR 274的上游而不是显示的下游。在仍另一实施方式中，SCR 274可位于DOC 272的上游，所述DOC 272可位于SCR催化剂的下游但是在DPF 276的上游，等等。
沿着排气道248显示的箭头指示气流通过排放控制系统270的方向。简要地，气流开始进入DOC 272，其包括用于电加热DOC催化剂的DOC加热器302。如以下更详细描述的，控制系统180可调节供应至DOC加热器302的电流，以便控制供应至DOC 272的热量，并且因此控制DOC催化剂的温度。例如，这可进行以使氧化催化剂的温度升高至高于与N2O产生相关的温度范围。排气系统中N2O的一种可能来源来自在HC起燃期间烃(HC)和NOx在DOC 272内的反应。所以，响应于检测到DOC 272上游的高HC和/或NOx水平，在某些操作条件下控制系统180可增加供应至DOC加热器302的电流，以升高催化剂的温度，使其不在与N2O形成相关的也可称为N2O形成窗口的温度范围内。可采取这些干扰动作，以便减少在排气系统中产生的N2O量，因为N2O一旦形成，其在空气中极其地稳定。例如，N2O，其是温室气体，在空气中具有114年的估计寿命。基于质量，也估计N2O的全球增温势头是CO2的约298倍。所以，减少N2O释放进入空气的量特别值得关注。
关于N2O形成窗口，N2O在氧化催化剂内转化的最佳温度取决于存在于催化剂中的铂和钯的量。例如，氧化催化剂可包括钯或铂或二者的涂层。然后具体组合物允许基于催化剂组成可调节的N2O形成窗口。作为一个例子，当催化剂中铂的量相对于存在的钯的量减少时，N2O形成窗口转移至较高的温度范围。如此，当更多钯存在于催化剂中时，可加热催化剂至较高的温度以便使氧化催化剂移出与N2O产生相关的温度区域。相反地，如果氧化催化剂中存在的钯相对于铂的量少，N2O形成窗口可存在于较低的温度范围。这样，本文所述的方法可包括基于催化剂组成调节N2O形成窗口。另外，氧化催化剂可以可选地被涂覆至堇青石衬底连同金属或沸石衬底上。金属衬底允许催化剂被电加热，因为金属是良好的热导体。可添加沸石衬底以通过在低温下吸收HC并且然后在到达氧化的活性窗口后释放HC有助于HC的冷起动控制。
作为一个例子，发明人已研究了DOC中贵金属类型和荷载量的影响。在一组实验中，N2O峰产生的温度落在约200-225℃范围内的窄带，其对应于HC燃烧的温度窗口。然后，高荷载Pt样品在总原料气体NOx的20％的峰处具有最高的N2O产量。Pt和Pd的组合具有范围从7％至15％的N2O，而仅Pd样品具有最低水平，其具有总原料气体NOx的5％的峰值。该观察的趋势大致按照每种催化剂的NO氧化活性的顺序，因为已知Pt产生NO2，而与Pt相比Pd的能力不强。另外，N2O经HC+NOx生成的温度窗口在150和350℃之间，其为开始催化HC氧化的典型范围和在用于底盘车辆排放认证的驱动周期内经历的范围。对于Pt催化剂，当丙烯被用作还原剂时观察到明显的一致性。一旦丙烯达到完全氧化，由于缺少还原剂，NOx还原和N2O生成减少，直到NOx反应仅为NO氧化。虽然丙烯在起燃期间被部分氧化，但减少Pt的部分并且促进NO的吸附是可行的，NO然后可解离成N2和O2。然后，当N2与另一吸附的NO分子相互作用时形成N2O，其已被指出是Pt催化剂上的潜在问题。
作为另一实施例，发明人基于搅拌器原料气体中HC/NOx比的改变，使用低荷载的、富Pd(1份Pt比4份Pd)DOC样品，研究了N2O生成。在车辆上，HC/NOx比在某些时间比如在主动加热策略期间可增加，以在冷起动和过滤器再生期间快速加温催化剂系统。在实验中，入口HC/NOx比减少至2:1，其导致峰值N2O下降至约6％的值，并且增加三倍至18:1，峰值N2O为9％。18:1的比粗略地表示当使用过量燃料喷射应用快速催化剂加热或采用的过滤器再生策略时的冷起动HC/NOx比。从最低至最高HC/NOx比，观察到N2O峰值的温度从225℃降低至200℃。
作为又另一实施例，发明人研究DOC制剂内沸石对于N2O形成的影响。添加沸石通过在低温下吸附HC并且然后在达到氧化的活性窗口后释放HC有助于HC的冷起动控制。用不同水平的贵金属，例如，仅Pt(1份Pt比0份Pd)，富Pt(2份Pt比1份Pd)和富Pd(1份Pt比4份Pd)，测试三个包含沸石的样品。在一组实验中，温度从低水平斜升至高水平以确保氧化催化剂内HC的饱和，如当车辆被点火时可能发生的。结果表明仅Pt样品产生的N2O的量最高，随后是富Pt样品，和最低的N2O由富Pd样品产生。此外，如上针对HC/NOx原料气体比的研究所述，观察到从较高的温度至较低的温度的峰值位移，但是，沸石的添加产生至150℃的甚至更低的温度的位移，其具有的N2O峰值为原料气体NOx的25％。
在柴油催化剂系统内发生的化学反应主要是氧化反应和还原反应。由于该原因，当一种或多种催化剂存在于柴油排气系统时，每种催化剂的功能被发挥以增强总体系统性能。从而，柴油排气系统被设计为在其中三元催化剂不起作用的氧含量高的环境中工作。例如，根据以下反应1和2，DOC 272可氧化HC和一氧化碳(CO)。当发动机输出HC水平增加时，DOC 272也可提供用于过滤器再生的放热。此外，将氧化氮(NO)氧化至二氧化氮(NO2)也可经反应3在DOC 272中进行。由于该原因，SCR催化剂274被包括在DOC 272的下游，用于根据反应5-7用氨选择性还原NO和NO2。包括DPF 276，用于经反应11氧化含碳烟灰以及从位于上游的催化剂泄漏的HC。总体上，排放控制系统可防止HC、CO、NOx和烟灰进入大气而具有一致的稀燃发动机操作。尽管本文的系统包括三种催化剂，但在一些实施方式中，催化剂的各种组合可与电加热柴油氧化催化剂结合地存在。为简单起见，本文描述的系统包括全部三种催化剂。
排气系统内N2O的可能来源是：在HC起燃期间DOC 272内HC和NOx的反应(反应4)，在SCR 274上氨、NOx和氧的副反应(反应8-10)，和在DPF 276上泄漏的氨的氧化(反应12)。所以，描述的系统和方法可通过基于推定的N2O在其中的形成调节一种或多种发动机操作，进一步减少排气系统内形成的N2O的量。例如，响应于DOC 272内高N2O形成，可电加热催化剂以将催化剂从N2O形成窗口移出。可选地或另外地，可进行一种或多种发动机操作(例如，通过增加发动机的压缩比)以减少在排气系统中形成的N2O的量。
在DOC内的反应：
[1]HC+O2→CO2、H2O
[2]2CO+O2→2CO2
[3]2NO+O2→2NO2
[4]HC+NOx→N2O、H2O、CO2
在SCR系统内的反应：
[5]4NH3+4NO+O2→4N2、6H2O
[6]8NH3+6NO2→7N2、12H2O
[7]2NH3+NO+NO2→2N2、3H2O
[8]NH4NO3→N2O、2H2O
[9]2NH3+2NO2→N2O、N2、3H2O
[10]2NH3+2O2→N2O、3H2O
在催化过滤器内的反应：
[11]C(烟灰)、HC+O2→CO2、H2O
[12]2NH3+2O2→N2O、3H2O
返回至图3中显示的排放控制系统270，一旦排气气流离开DOC272，该气流在SCR274的方向继续。如显示，进一步提供还原剂喷射系统用于将液体还原剂喷射至SCR催化剂274。例如，喷射的还原剂可以是尿素或氨。还原剂喷射系统包括还原剂喷射器310，其配置为将液体还原剂比如尿素溶液喷射至排气道248内的排放气体流动路径中。在本实施方式中，喷射器310相对于排气道248是成角度的。但是，在可替代的实施方式中，该喷射器可以平行或垂直于排气道。此外，喷射器可包括气助或液压喷射硬件(未显示)。喷射至排气道248中的尿素在某些条件下可转化为氨(例如，在存在足够的热的情况下)，其可用于还原NOx和/或储存在SCR催化剂中。
排气温度可经位于排气道248中的一个或多个温度传感器比如排气温度传感器320被测量。可选地，排气温度可基于发动机操作条件比如速度、负荷、空燃比(AFR)、火花延迟等被推定。尽管显示排放气体温度传感器320被联接至排气道248，但是在一些实施方式中，温度传感器可被直接联接至DOC 272和SCR 274的一个或多个，用于直接测量催化剂温度。进一步显示排气道248包括用于增强还原剂喷射器310下游的混流的混合设备322。但是，这是非限制性的，并且在一些实施方式中排放控制系统270也可被配置为不包括混合设备322。当存在时，在一个非限制性实施例中混合设备322可配置为翅片片段的圆盘。此外，由喷射器310提供的雾化模式可包括用于改善蒸发率和还原剂与排放气体的混合的任何适当的模式。例如，喷射器可提供形成片状、填充锥、中空锥、多锥等的喷雾。混合设备322、还原剂喷射器310和排放气体温度传感器320可与控制系统180连通，其可进一步控制混合设备322旋转和/或还原剂经喷射器310输送(例如，通过调节喷射的还原剂的正时和/或量)的速率。
位于DOC 272的下游的SCR催化剂274被包括以根据反应5-7用氨选择性地还原NO和NO2。例如，未被DOC 272去除的NOx可在SCR 274中与氨反应。此外，可产生被释放至大气的惰性化学产品N2和H2O。但是，如本文所显示，根据反应9和10在SCR 274中发生的化学反应也可产生N2O。所以，SCR 274也可以如上对于DOC 272所描述的相同的方式包括N2O形成窗口。由于该原因，SCR 274可包括在发动机驱动周期内用于电加热还原催化剂的SCR加热器304。DPF276位于SCR 274的下游，用于氧化来自上游催化剂的含碳烟灰以及泄漏的HC。位于排气出口(或DPF 276下游的任何点)的排气传感器280可以是例如用于提供排放气体成分的浓度指示的任何适当的传感器，比如NOx、NH3、EGO传感器。另外，在一些情况下传感器280可以是温度和/或压力传感器。在一些实施方式中，在发动机110的操作期间，通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个气缸，排放控制系统270可被周期性地重新设定。
如果NO2在正常车辆操作条件下进入SCR系统，N2O排放物可经反应8和9产生。使用Cu/沸石催化剂，发明人进一步研究这些反应。在研究中，入口NO2/NOx比以0.25的幅度(step)从1变化至零，并且测量NOx的消失。发明人发现最佳NOx转化在0.5的比时出现，和当NOx基本上全部是NO2时出现最差转化。一般而言，随着原料气管线中NO2减少，SCR反应的N2O形成减少。进一步，甚至对于在原料中仅具有NO，检测到一些N2O，这指示SCR催化剂本身上发生了一些NO氧化。
发明人进一步发现通过使用低荷载的、富Pd的DOC和Cu/菱沸石SCR催化剂，N2O的形成最小化。排气温度窗口在城市/公路驾驶期间是低的(200-300℃)或在过滤器再生期间是高的(600℃)。但是，这些温度范围在SCR操作窗口的相对端，这使得通过SCR催化剂的N2O排放最小化。虽然200-300℃的低范围落在DOC的N2O形成窗口内，但如本文所描述使用低荷载的、富Pd的制剂和仔细控制发动机输出HC可用于减少N2O形成。
转至在车辆操作期间排放控制系统的控制，图4–10显示图解如何做出一种或多种操作调节以减少来自发动机排气系统的N2O排放的示例性流程图。
图4显示用于独立地监测每种催化剂和减少来自其的N2O产生的方法400的示例性流程图。例如，以上描述的系统可使来自发动机的排放气体通过氧化催化剂(例如，DOC272)，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层，然后从氧化催化剂进入选择性还原催化剂(例如，SCR 274)，其中氨可在预定条件下被添加以还原NOx。但是，因为没有传感器适用于具体地测量N2O形成，描述的方法包括由催化剂的温度和/或发动机排放气体中HC和NOx以及NO2量的一种或多种推定来自氧化催化剂的N2O形成；和由选择性还原催化剂的温度、推定的来自氧化催化剂的N2O形成和喷射的氨的量的一种或多种推定来自选择性还原催化剂的N2O。然后，为了减少产生的N2O的量，作为一个例子，方法400包括当氧化催化剂温度低于预定范围和来自所述选择性还原催化剂的N2O超过预先选择的量时，使用外部源加热氧化催化剂以减少来自选择性还原催化剂的N2O。
在402，方法400包括监测一种或多种发动机操作条件以确定高的N2O生成条件是否可存在于排气系统内。在410，方法400进一步包括估计和/或推定来自选择性还原催化剂例如SCR 274的N2O形成，并且比较N2O形成与预先选择的量以确定SCR 274内产生的N2O形成是否过量。如果SCR 274内的N2O形成超过预先选择的量，方法400继续进行至412，并且减少氨或尿素喷射以减少来自所述选择性还原催化剂的N2O的量。例如，反应9和10显示氨可与NO2和O2反应以在SCR274中产生N2O。所以，氨喷射中的还原可减少在选择性还原催化剂内产生的N2O的量。但是，所述氨中的还原也可引起NOx水平的临时增加。所以，尽管在图4中未显示，通过在检测到过量的NOx的量时使车辆内的故障指示灯发光的车载诊断阈值(或OBD阈值)可确定临时地增加的NOx的量。例如，超过约0.25的NO2/NOx水平可存在关于N2O形成的问题，因为当升高水平的NO2存在于DOC下游的排放料时，SCR催化剂产生增加的N2O。可选地，如果SCR 274内的N2O形成不超过预先选择的量，方法400继续进行至414，其包括基于排气系统中存在的NOx水平喷射氨。
其后，无论相对于预先选择的量推定的来自所述选择性还原催化剂的N2O如何，在420，方法400也估计和/或推定氧化催化剂例如DOC272内的N2O水平，以确定DOC内的N2O形成是否在预定范围内。如果推定的DOC 272中N2O水平不落在预定范围内，方法400继续进行以做出一种或多种操作调节来减少产生的N2O的量。为简单起见，在422，方法400包括基于推定的在预定范围之外的N2O形成调节到DOC加热器302的电流。作为一个例子，如果电加热的催化剂被用于具有300V电气系统的混合动力车辆上，当车辆在低功率(例如，功率输出下降到低于功率阈值)下操作时催化剂温度可以可选地增加，以移出N2O形成窗口。可选地，如果N2O形成在预定范围内，只要推定的N2O水平仍然低，车辆可基于期望的发动机输出或负荷继续操作。
转至管理电加热柴油氧化催化剂，图5显示用于加热氧化催化剂以减少其中的N2O形成的方法500的示例性流程图。如已经描述，DOC272可包括用于使用外部源加热催化剂以减少N2O形成的DOC加热器302。所以，控制系统180可编程为当N2O形成超过预定值(例如，超过阈值)时调节对氧化催化剂的加热。方法500进一步包括当催化剂温度上升高于与N2O产生相关的温度范围时结束加热。
在502，方法500包括监测发动机状态。然后，响应于与N2O形成相关的一种或多种发动机状态，控制系统180可使用外部源加热DOC 272以减少其中形成的N2O的量。例如，当车辆负荷高使得响应于增加的燃料喷射形成增加的HC水平时，控制系统180可调节供应至DOC加热器302的电流以使催化剂温度升高至与N2O形成相关的范围之外。
在504，方法500进一步包括估计和/或推定在催化剂内形成的N2O的量。虽然排放控制系统270可包括用于提供排气系统内排放气体成分比如NOx浓度的指示的一个或多个排气传感器(例如，传感器280)，但是这些传感器对类似的化学物质像NO和NO2可以是交叉敏感的。如此，这些传感器可能不提供排气系统中存在的N2O的精确指示。由于该原因，使用催化剂温度510、HC与NOx的比(例如，HC/NOx比512)和NO2与NOx的比(例如，NO2/NOx比514)中的一种或多种可估计和/或推定由所述催化剂形成的N2O的量。这样，控制器180可被编程为基于排气系统中的一个或多个传感器确定催化剂内的N2O形成水平。然后，在520，控制系统180可被编程为将DOC 272中推定的N2O形成与阈值比较，以便做出用于减少其中产生的N2O的量的操作调节。尽管各种操作调节是可能的并且以下更详细描述，但是为简单起见，图5包括加热DOC 272以使催化剂温度升高至与N2O形成相关的范围之外。
当氧化催化剂中推定的N2O形成超过阈值时，例如由于推定的N2O的量在预定范围之外，方法500继续进行至522并且使用外部源加热氧化催化剂以减少其中的N2O形成。在提供的实施例中，外部热源包括电加热器(例如，DOC加热器302)，但是这是非限制性的，并且在可替代的实施方式中，除电加热器以外或将其替代，外部热源可包括热泵。外部热源被用于使催化剂的温度升高至高于与N2O产生相关的温度范围。所以，当N2O形成下降低于N2O阈值时，N2O形成落在预定范围内，并且方法500通过基于发动机负荷继续车辆操作而进行至框524而不做出另外调节。在一些实施方式中，N2O阈值可对应于美国环境保护局(U.S.E.P.A.)规定的范围。
因为供应至氧化催化剂的热量处于控制系统180的控制下，在530，方法500进一步包括与温度阈值相关地监测催化剂温度，所述温度阈值与N2O形成窗口相关。然后，一旦催化剂温度超过温度阈值，控制系统180可结束从外部源加热，如在532所指示。可选地，当温度低于阈值时，在534，控制系统180可基于推定的N2O形成调节从外部热源供应的热量。例如，在低于阈值的温度范围中，如果N2O的形成增加，供应至电加热器302的电流可增加以更快速地加热催化剂。相反地，如果N2O的形成减少，例如，因为发动机110上的负荷减少，则基于推定的N2O形成减少，供应至电加热器302的电流可减少。如本文所描述，一旦催化剂的高N2O形成被推定，可提供热量以使温度升高至高于与N2O产生相关的温度范围，在该点可结束加热，如在532所指示。
图6显示用于调节一种或多种发动机操作以减少N2O形成的方法600的示例性流程图。尽管图5描述通过使用外部源加热催化剂减少N2O形成，但其他操作调节也是可能的。所以，包括方法600以图解如何另外地或可选地采取其他措施来减少排气系统中的N2O形成。为简单起见，方法600一般包括当N2O形成超过阈值时，改进(modifying)一种或多种发动机操作以减少N2O形成。然后，一旦N2O形成水平处于预定范围内，方法600进一步包括在改进的操作条件下操作车辆。可选地，方法600可进一步包括当监测在发动机驱动周期内排气系统内产生的N2O的量时做出另外调节。尽管未显示，除关于图5所描述的电催化剂加热以外或将其替代，可做出所述的发动机调节。而且，通过控制系统180可做出一种或多种描述的调节以使N2O形成降低至预定范围。
在602，方法600包括将推定的N2O形成与N2O阈值比较。然后，响应于高于N2O阈值的N2O形成，在604，方法600包括改进发动机操作条件以减少N2O形成。
作为一个例子，方法600包括在610调节混合动力发动机输出以减少排气系统内的N2O形成。例如，响应于高的N2O形成，控制系统180可降低发动机110的功率输出，同时增加马达120的功率输出。另外，如本文所描述，马达120可被控制以基本上提供发动机110功率的减少。其后，混合动力发动机输出可基于N2O的形成被调节，直到N2O形成落在预定范围内。
作为另一实施例，方法600包括调节燃料喷射612。所以，发动机系统中的燃料喷射或燃烧可基于增加的N2O水平被改进。例如，如上所述，根据反应4，DOC 272中N2O的形成可由HC与NOx的反应产生。所以，降低的燃料喷射可降低存在于排放气体中的HC的量，其进一步减少N2O的量，因为较少的HC存在于排放气体中与NOx根据反应4反应。
作为仍另一实施例，可增加排气再循环(EGR)以减少N2O的形成。所以，在614，发动机改进包括增加进入发动机的燃烧室的排气再循环以降低燃烧温度，并且从而减少来自其的NOx形成。
如又另一实施例，在合适的情况下，方法600包括在616切换燃料供应(例如，柴油燃料)至具有较少碳含量的第二燃料(例如，甲烷或CNG)。所以，当输送至发动机的第一燃料的一部分降低时，具有比第一燃料更少碳含量的第二燃料可被添加至发动机以补偿功率损失，同时也减少排气系统的烃含量，其导致经反应4N2O形成的减少。
仍进一步，在618，方法600包括增加发动机的有效压缩比以减少其中的HC和N2O形成。例如，增加发动机压缩比可包括做出至少一种下述调节：改变发动机的进气门正时、增加强制进入发动机的空气压力或减小发动机燃烧室的容积。如此，控制器180可配置为做出这些调节的一种或多种以便增加发动机中的压缩比。方法600进一步包括做出一种或多种上述调节以改进发动机操作和减少其中产生的N2O的量。此外，当DOC 272在N2O形成窗口内时(例如，～175-350℃)可做出这些调节的一种或多种以减少产生的N2O的量。
为了图解根据方法600的发动机操作的改进，图7显示了用于改进发动机操作的方法700的示例性流程图，其响应于示例性的高HC/NOx比。在702，方法700包括监测排气条件以确定何种条件对于N2O生成有利。例如，如上所述，传感器226可用于监测排放控制系统270上游的排气道248内的排气组成。
在704，方法700包括比较HC/NOx比与用于指示高的N2O形成的比阈值。然后，如果该比例超过比阈值，例如，因为排气的燃料喷射和烃含量高，则在710，方法700包括监测催化剂例如DOC 272的温度，以确定催化剂是否在N2O形成窗口中，所述N2O形成窗口指示N2O是否在其中产生。可选地，如果HC/NOx比下降低于比阈值，则在706，控制系统180可被编程以确定排气系统内的N2O形成落在预定范围内，并且因此继续车辆操作而不做出实质性改进。
返回至710，当HC/NOx比高于比阈值时，如果催化剂温度下降低于温度阈值，DOC272中的状态对N2O产生有利。作为第一种措施，方法700可包括加热DOC 272以使催化剂温度升高至高于与N2O产生相关的温度范围。如此，该方法继续进行至712，并且供应电流至DOC加热器302以使催化剂的温度升高至离开N2O形成窗口。然后，在714，控制系统180可基于检测的HC/NOx比调节供应至电加热器的热量，所述HC/NOx比指示在DOC 272内产生的N2O的量。
可选地，当HC/NOx比高时，如果催化剂温度超过温度阈值，即使催化剂高于与N2O产生相关的温度范围，N2O仍可在排气系统内产生。如此，可进行其他操作调节，如关于图6所描述。图7示例了用于混合动力车辆的方法，其通过调节混合动力发动机输出来阻止排气系统内的N2O生成。在720，方法700包括阻止电流被供应至DOC 272，例如，因为催化剂温度已经超过温度阈值并且因此在N2O形成窗口之外。尽管方法700阻止电流被供应至DOC 272，但在其他实施方式中，供应至DOC 272的电流量却可以调节，例如，以基于发动机操作条件维持催化剂温度。然后，在722，方法700进一步包括以已经描述的方式降低发动机110的功率和增加到马达120的功率。在724，方法700包括基于检测的HC/NOx水平调节混合动力发动机输出。尽管方法700包括基于HC/NOx水平做出调节，但在其他实施方式中，该方法却可以可选地或另外地响应于NO2/NOx水平做出调节以降低N2O水平。
基于推定排气系统内产生的N2O排放物的总量，描述的方法是进一步可适用的。所以，例如除基于推定在一种或多种催化剂的N2O形成以外，还基于估计在排气出口释放至大气的N2O的量，该方法可做出一种或多种调节。
如此，图8显示了通过响应于超过预先选择的量的N2O排放做出一种或多种调节减少N2O排放的方法800的示例性流程图。由于该原因，在802，方法800包括估计和/或推定存在于排气出口的总的N2O浓度。可选地，在一些实施方式中，替代地，可使用来自SCR 274的或在SCR 274下游的点的N2O量。
在810，方法800包括将推定的由排气系统排放的N2O量与阈值比较。然后，如果N2O排放超过阈值，方法800继续进行至812并确定N2O排放在预定范围之外。响应于高的N2O排放，可调节一种或多种发动机操作以使N2O排放下降低于阈值，并且从而减少排气系统内产生的N2O量。可选地，如果N2O排放下降低于阈值，方法800继续进行至814，其确定N2O排放落在预定范围内。当N2O车辆排放在预定范围内，基于发动机的负荷车辆操作可继续。
简要地转至图9，其显示了相对于规定上限的预定范围的图示，更详细描述了预定范围。如显示，指示预定范围902上端的阈值可被设置为指示N2O排放的高水平，其仍低于U.S.E.P.A所规定的上限。尤其，U.S.E.P.A近年来的规章基于车辆底盘设置了N2O排放的上限。例如，底盘认证轻型载货车辆控制在10mg/mi内，而中型载货车辆控制在50mg/mi内。对于高于上限所发生的排放，U.S.E.P.A进一步授权报告罚分。如此，根据本公开，当N2O排放落在预定范围902之外时，例如，因为在车辆内存在高N2O形成，可采取干扰动作以在N2O排放超过规定上限之前减少N2O排放。具体地作为一个例子，作为第一种措施，可加热催化剂以使催化剂温度升高至高于与N2O产生相关的温度范围。然后，当N2O产生超过规定上限时，可采取更多猛烈措施或发动机改进以更积极地减少产生的N2O量。
返回至图8，在820，方法800包括将推定的总N2O排放与规定上限比较。然后，如果推定的总的N2O水平高于规定上限，方法800包括在822改进发动机操作以减少N2O形成。在图8中，发动机改进包括调节混合动力发动机输出，尽管其他操作改进也是可能的(例如，调节燃料喷射，增加EGR，和/或切换燃料供应至具有较低碳含量的第二燃料)。响应N2O排放超过规定上限，在824，发动机的功率输出可降低，同时控制电动马达以基本上提供发动机的功率减少。然后，在826，方法800包括基于检测的N2O排放调节混合动力发动机输出，直到排放处于规定上限以下。尽管未明确地显示，方法也可包括或可选地包括同时加热一种或多种催化剂以帮助减少N2O排放。
如果在820，N2O排放不超过规定的阈值，并且因此下降低于规定上限，同时也落在预定范围之外，N2O产生却可落在图9中所指示的催化剂加热范围904内。从而，N2O排放可下降低于规定上限，同时仍在预定范围902之外，并且通过使用外部源加热一种或多种催化剂降低N2O形成来抵消增加水平的N2O，方法800可继续进行至830。例如，在830，控制系统180可基于推定的N2O总水平增加供应至DOC272的电流。然后，在832，方法800可进一步包括基于排气系统内的N2O形成调节供应的电流量，并且因此控制加热的速率。如此，图9进一步显示了示例性催化剂加热标尺920以图形方式图解基于与规定上限相比推定的N2O排放水平添加多少热。即，如果N2O排放以如在922显示的基本上少量落在预定范围之外，电加热可更缓慢地发生，这取决于车辆驾驶员所请求的功率使用。可选地，如果N2O排放接近规定上限的水平，并且因此以如在924显示的基本上大量落在预定范围之外，通过增加供应至电加热器的电流的量，电加热可更快速地发生。换句话说，基于与预定的操作范围和规定上限相比的推定N2O排放水平可控制电加热的量。
关于高于规定上限所发生的排放的碳罚分，图10显示用于监测和/或减少在车辆操作期间的碳罚分的方法1000的示例性流程图。在1002，方法1000包括估计和/或推定在排气出口处的总排放。与上述涉及排气系统内N2O产生的车辆排放相比，基于排气系统内存在的另外排放组分可估计和/或计算碳足迹(carbon footprint)。例如，温室气体像HC、CO、NOx和CO2等，可用于计算碳足迹以便确定是否报告罚分。如此，在1004，方法1000包括计算碳足迹，例如，通过考虑排放气体内检测到的每种组分对整体环境影响做出的贡献。如上所提及，N2O是值得关注的，因为过量N2O的量可具有全球增温潜力，基于质量其为CO2的约298倍。由于该原因，通过将过量N2O的倍数添加至估计的由排气系统排放的CO2将过量的N2O转化为二氧化碳同等量。例如，将过量N2O的量乘以系数300以基于N2O的全球增温潜力估计其对于二氧化碳排放的影响。
在1010，方法1000因此包括推定由排气排放的N2O的量以确定是否超过规定上限。然后，如果排气系统内产生的N2O超过规定上限，在1012，可基于推定的N2O水平和规定上限之间的差异计算由于过量N2O的N2O罚分(penalty)。在1014，所述差异可转化为CO2同等量，其中通过将N2O罚分乘以乘法系数，其对于N2O为300，计算CO2同等量。在1016，方法1000任选地包括重新计算包括N2O罚分的碳足迹和比较重新计算的足迹与之前计算的足迹，以确定来自N2O排放的潜在的CO2罚分是否足够严重，以授权采取干扰动作以减少产生的N2O的量。然后，方法1000进一步包括减少N2O排放，例如通过做出一种或多种操作调节，如上参考图4-9所述。在1022，如果N2O排放降低，控制系统180可通过做出一种或多种操作调节(例如，加热催化剂)降低产生的N2O量并且计算碳足迹，以确定是否已经响应干扰动作发生碳足迹和N2O排放的降低。在1020，如果不采取干扰相互作用以降低N2O排放，方法1000继续进行至1032并且基于N2O罚分和排气系统中存在的其他排放气体水平计算总的CO2罚分。在1034，方法1000进一步包括如美国E.P.A强制规定的向管理局报告总的CO2罚分。
返回至1010，如果N2O的浓度下降低于规定上限，方法1000可继续进行至1030，以确定碳足迹是否高于调节的碳上限。如果碳足迹超过碳上限，方法1000继续进行在1032直接计算CO2罚分。尽管为了简明，在图10中显示了简单形式的方法1000，但是应当理解也可做出一种或多种操作调节，以减少来自排气系统存在的N2O之外的其他气态化学品的排放量，以使碳足迹下降低于规定上限。如此，混合动力马达输出也可以以上述方式调节，以便降低来自车辆排气系统的N2O之外的一种或多种排放。这样，方法进一步包括干扰动作，以减少从车辆排出的一种或多种排放。如果因为碳足迹超过碳上限而接收CO2罚分，在1034，方法可进一步包括如美国E.P.A强制规定的向一个或多个管理局报告CO2罚分。可选地，如果在1030碳足迹下降低于碳上限而N2O水平也下降低于规定上限，车辆操作可继续，同时通过所述的一种或多种方法监测排气系统。
这样，可使用外部源比如电加热器加热氧化催化剂，以减少排气系统内产生的N2O的量。更具体而言，可增加供应至DOC的热量，以使催化剂温度上升高于与N2O产生相关的温度范围。另外，可结合使用外部源或替代电加热而加热催化剂做出其他发动机调节，以进一步降低排气系统内形成的N2O的量。
注意，本文包括的示例控制和估计程序可用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文所述控制方法和程序可作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中。本文所述具体程序可表示诸多处理策略中的一种或多种，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务处理的、多线程处理的等等。因此，阐述的各种动作、操作或功能可以以所述的顺序、并行地进行或在一些情况下忽略。同样地，为获得本文描述的实例实施方式的特征和优点，不必要求该处理次序，但其是为了便于说明和描述而提供。一个或多个所阐述的动作、操作和/或功能可取决于使用的具体策略重复执行。进一步，描述的动作、操作和/或功能可通过图表示要编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。
应理解本文公开的配置和方法本质上是示例性的，且这些具体实施方式不应以限制意义考虑，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可用于V-6、I-4、I-6、V-1、对置4缸及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合以及子组合。
所附权利要求具体指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。通过目前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新权利要求，可要求保护公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这些权利要求，不论范围比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (20)

1.一种控制发动机排放的方法，其包括：
使来自所述发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层，所述氧化催化剂氧化HC和CO；
由催化剂温度、所述发动机排放气体中HC与NOx的比或NO2与NOx的比的一个或多个，推定来自所述氧化催化剂的N2O形成；和
当所述催化剂在与N2O形成相关的温度范围内操作时，减少所述N2O形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述减少N2O形成包括从外部源加热所述催化剂以减少所述N2O形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述加热所述催化剂包括电加热所述催化剂，并且当所述催化剂温度上升高于与N2O产生相关的温度范围时，结束所述加热。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化催化剂进一步包括堇青石衬底、金属衬底或沸石衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机包括柴油发动机。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述减少N2O形成包括当所述推定的N2O形成超过预定值时，增加所述发动机的有效压缩比以减少所述发动机的HC形成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述发动机压缩比增加包括以下的至少一种：改变所述发动机的进气门正时、增加强制进入所述发动机的空气压力或减小所述发动机的燃烧室的容积。
8.一种控制柴油发动机排放的方法，包括：
使来自所述发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层；
使来自所述氧化催化剂的排放气体进入选择性还原催化剂；
在预定条件下添加氨至所述选择性还原催化剂，以还原NOx；
由所述氧化催化剂的温度、所述发动机排放气体中的HC和NOx以及NO2，推定来自所述氧化催化剂的N2O形成；
由所述选择性还原催化剂的温度、所述推定的来自所述氧化催化剂的N2O形成和所述氨，推定来自所述选择性还原催化剂的N2O；和
当所述氧化催化剂温度低于预定范围和来自所述选择性还原催化剂的所述N2O超过预先选择的量时，从外部源加热所述氧化催化剂以减少来自所述选择性还原催化剂的所述N2O。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述推定的来自所述氧化催化剂的N2O由所述氧化催化剂的温度以及所述排放气体中HC与NOx的比和NO2与NOx的比推定。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述外部热源包括电加热器。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述外部热源包括热泵。
12.根据权利要求8所述的方法，其中当所述推定的N2O形成超过预定值时改进发动机燃烧，以减少NOx形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述发动机改进包括增加进入所述发动机的燃烧室的所述排放气体的再循环，以降低燃烧温度和减少NOx形成。
14.一种控制通过柴油发动机或电动马达驱动的混合动力车辆中柴油发动机的排放的方法，包括：
使来自所述发动机的排放气体通过氧化催化剂，所述氧化催化剂包括具有钯或铂或二者的涂层；
使来自所述氧化催化剂的排放气体进入选择性还原催化剂；
在预定条件下添加氨至所述选择性还原催化剂以还原NOx；
由所述氧化催化剂的温度、所述发动机排放气体中HC与NOx和NO2的比，推定来自所述氧化催化剂的N2O形成；
由所述选择性还原催化剂的温度、所述推定的来自所述氧化催化剂的N2O形成、来自所述柴油发动机的NOx和所述氨，推定来自所述选择性还原催化剂的N2O；
当所述氧化催化剂温度低于预定范围并且所述推定的来自所述选择性还原催化剂的N2O超过预先选择的量时，用电加热器加热所述氧化催化剂以减少来自所述氧化催化剂的所述N2O形成；和
当所述氧化催化剂温度超过所述预定范围时中断所述电加热。
15.根据权利要求14所述的方法，其中当所述推定的来自所述选择性还原催化剂的N2O高于预定值时，降低所述柴油发动机的功率输出。
16.根据权利要求15所述的方法，其中控制所述电动马达，以基本上提供来自所述柴油发动机的功率的所述降低。
17.根据权利要求14所述的方法，其中当所述推定的来自所述选择性还原催化剂的N2O高于预定值时，输送至所述发动机的一部分柴油燃料被减少，和具有比柴油燃料少的碳含量的第二燃料被添加至所述柴油发动机以补偿功率损失，所述功率损失否则会由于柴油燃料的所述减少而从所述柴油发动机发生。
18.根据权利要求14所述的方法，其中当所述推定的来自所述选择性还原催化剂的N2O超过预定值时，改进所述柴油发动机中的燃烧。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述燃烧改进包括增加进入所述柴油发动机的燃烧室的所述排放气体的再循环，以降低燃烧温度和减少NOx形成。
20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括估计由所述柴油发动机产生的CO2，并且将所述选择性还原催化剂的所述推定N2O的倍数添加至所述CO2估计。
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