CN108368781A - 用于还原剂产生的专用发动机气缸的使用 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括发动机，该发动机包括多个气缸。第一进气节气门定位于多个气缸中的第一组气缸的上游。第一进气节气门以第一流量向第一组气缸提供空气，以便在第一组气缸中产生贫空气/燃料混合物。第二进气节气门定位于在多个气缸中所包括的第二组气缸的上游，并与第一进气节气门平行。第二进气节气门以第二流量向第二组气缸提供空气，以便在第二组气缸中产生富空气/燃料混合物。

Description

用于还原剂产生的专用发动机气缸的使用
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2015年12月3日提交的美国专利申请第14/958,558号的优先权的权益，并且其内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及操作内燃(IC)发动机的系统和方法以及用于与IC发动机一起使用的后处理系统。
背景
废气后处理系统用于接收并且处理由IC发动机产生的废气。由对燃料(诸如，汽油、柴油、液化石油气(LPG)、乙醇、天然气和/或双燃料变种)操作的IC发动机所产生的废气包括NOx气体、一氧化碳(CO)和/或未燃烧的碳氢化合物，这些废气必须在其被排放到环境之前被中和。用于处理由在化学计量条件下操作的这种IC发动机产生的废气的后处理系统，通常包括被构造成有效分解包含在废气中的NOx气体、CO和未燃烧的碳氢化合物的三元催化剂。然而，操作贫(lean)的发动机不能有效地用三元催化剂分解NOx气体。通常与还原剂(例如，尿素水溶液(UWS))喷射系统结合的选择性催化还原(SCR)设备一般用于有效地分解在贫环境中的NOx排放物。
当发动机在接近化学计量点的空气与燃料(空气/燃料)比率的窄带内操作时，三元催化剂是有效的，使得废气组合物在富(过量燃料)和贫(过量氧气)条件之间振荡。当发动机在此带以外操作时，转化效率会非常迅速下降。在贫发动机操作下，废气包含过量的氧气，并且NOx的还原不受欢迎。在富条件(rich conditions)下，过量的燃料在催化剂之前消耗所有可用的氧气，导致CO和未燃烧的碳氢化合物的不良还原以及从NOx形成氨。从燃料效率的角度来看，在贫条件(lean conditions)下操作发动机以使燃料消耗最小化并使燃料效率最大化是有益的。然而，在窄的空气与燃料比率内操作的三元催化剂造成的限制阻止了其成为可行的选项。与SCR技术结合的UWS喷射用于一些贫的发动机构造。然而，UWS SCR技术增加了显著的成本和控制挑战。
概述
在本文中描述的实施例大体上涉及操作IC发动机以提高发动机燃料效率而不影响后处理系统性能的系统和方法，并且具体涉及在贫条件下操作IC发动机的第一组气缸，在富条件下操作IC发动机的第二组气缸，并且使由第二组气缸产生的废气通过氨生成催化剂。
在第一组实施例中，系统包括发动机，该发动机包括多个气缸。第一进气节气门定位于在多个气缸中所包括的第一组气缸的上游。第一进气节气门以第一流量向第一组气缸提供空气，以便在多个气缸中所包括的第一组气缸中产生可燃的贫空气/燃料混合物。第二进气节气门定位于在多个气缸中所包括的第二组气缸的上游，并与第一进气节气门平行。第二进气节气门以第二流量向第二组气缸提供空气，以便在第二组气缸中产生富空气/燃料混合物，而不管发动机的负荷如何。
在另一组实施例中，系统包括具有多个气缸的发动机，该多个气缸包括被配置为使空气/燃料混合物以第一当量比燃烧的第一组气缸。第一组气缸产生废气第一部分。第二组气缸被配置成使空气/燃料混合物以与第一当量比不同的第二当量比燃烧。第二组气缸产生废气第二部分。氨生成催化剂定位于第二组气缸的下游，并且与第二组气缸流体连通。氨生成催化剂仅接收废气第二部分，并将在废气第二部分中所包括的NOx气体转化为氨。选择性催化还原系统定位于多个气缸的下游。选择性催化还原系统接收在其中包含氨的废气第二部分和废气第一部分。
在又一组实施例中，操作包括多个气缸的发动机的方法包括向多个气缸中的第一组气缸提供贫空气/燃料混合物。第一组气缸以第一压缩比操作。富空气/燃料混合物被提供给多个气缸中的第二组气缸。第二组气缸以与第一压缩比不同的第二压缩比操作。由第二组气缸产生的废气第二部分被传送通过后处理系统的氨生成催化剂。废气第二部分被传送通过后处理系统的至少一个下游后处理部件。由第一组气缸产生的废气第一部分被传送通过至少一个下游后处理部件，使得该废气第一部分绕过氨生成催化剂。
在又一组实施例中，系统包括包含多个气缸的发动机。第一进气节气门定位于多个气缸中的第一组气缸的上游。第二进气节气门定位于在多个气缸中所包括的第二组气缸的上游。氨生成催化剂定位于第二组气缸的下游。控制器通信地耦合到在第一进气节气门和第二进气节气门中的每一个进气节气门。该控制器包括第一进气节气门电路，该第一进气节气门电路被配置成指示第一进气节气门以第一流量将空气提供到第一组气缸内。第一空气流量在第一组气缸中产生贫空气/燃料混合物。第二进气节气门电路被配置成指示第二进气节气门以第二流量将空气提供到第二组气缸内。第二流量在第二组气缸中产生富空气/燃料混合物。氨确定电路被配置成确定由氨生成催化剂产生的氨的摩尔流量。NOx确定电路被配置成确定由第一组气缸产生的NOx摩尔流量。此外，NOx/氨比率控制电路被配置成控制在第一组气缸中的NOx摩尔流量和在第二组气缸中的氨摩尔流量，使得NOx与氨的比率为1。
应理解，前述概念和下面更详细讨论的另外的概念(假定这样的概念不相互不一致)的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾的所要求保护的主题的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的一部分。
附图简述
根据结合附图采取的下面的描述和所附权利要求，本公开的前述特征和其它特征将变得更充分明显。理解的是，这些附图只描绘了根据本公开的若干实施方式，且因此不应被考虑为限制本公开的范围，本公开将通过使用附图以另外的具体说明和细节来描述。
图1是根据实施例的系统的示意图，该系统包括流体联接至后处理系统的IC发动机。
图2是控制电路的一个实施例的示意性框图，该控制电路包括可被包括在图1的系统中的控制器。
图3是系统的另一个实施例的示意图，该系统包括流体联接至包括各种后处理部件的后处理系统的IC发动机。
图4是系统的又一个实施例的示意图，该系统包括流体联接至后处理系统的IC发动机。
图5是包括流体联接至后处理系统的IC发动机的系统的再一个实施例的示意图。
图6是用于操作IC发动机的多个气缸的方法的实施例的示意性流程图。
图7是可用作图1和/或图2中的控制器的计算设备的示意性框图。
在整个下面的详细描述中参考了附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。可利用其它实施方式，且可以做出其它变化，而不偏离这里提出的主题的精神或范围。将容易理解，在本文中大致描述和在附图中示出的本公开的方面可在各种不同的配置中被布置、代替、组合和设计，所有这些配置被明确地设想并构成本公开的一部分。
各种实施例的详细描述
本文描述的实施例大体上涉及操作IC发动机以提高发动机燃料效率而不影响后处理系统性能的系统和方法，并且具体涉及在贫条件下操作IC发动机的第一组气缸，在富条件下操作IC发动机的第二组气缸，并且使由第二组气缸产生的废气通过氨生成催化剂。
如本文所述，术语“贫空气/燃料混合物”是指具有小于1.0的燃料/空气当量比的空气/燃料混合物。类似地，术语“富空气/燃料混合物”是指具有高于1.0的燃料/空气当量比的空气/燃料混合物。
如本文所述，术语“燃烧定相”是指燃烧相对于活塞在上死点(TDC)的位置，该位置通常通过曲轴角度(CAD)进行测量。燃烧定相的变化引起最大表观热释放速率期间活塞位置的变化，其直接影响燃烧期间的峰值温度。
操作通常在化学计量条件下运行的IC发动机(诸如，在贫条件下的汽油发动机、乙醇发动机、LPG发动机或天然气发动机)是有益的，因为它改善了燃料效率，扩展了发动机的操作范围，例如，包括发动机的交通工具的范围。贫操作由于改善的耐自燃性还允许提高了发动机气缸的压缩比。增加的压缩比提高了燃烧稳定性并增加了制动热效率。然而，通常在与这种发动机相关联的后处理系统中使用的三元催化剂不能在由以贫空气/燃料混合物运行的发动机排出的废气中包含的较高氧量的情况下有效地分解废气中所包含的NOx气体。
以贫空气/燃料混合物操作发动机的第一组气缸和以富空气/燃料混合物操作发动机的第二组气缸的系统和方法的各种实施例可提供下列有益效果，包括：例如(1)在任何时候即使在高的发动机负荷时在贫条件下操作第一组气缸，由此允许更高的发动机效率以及由于耐自燃性更大而导致的更高的压缩比；(2)提高发动机效率并增加操作范围；(3)允许较低的燃烧温度和热传递；(4)通过氨生成催化剂接收来自在富条件下操作的第二组气缸的废气的一部分，原位产生还原剂；(5)增加第一组气缸的比热的平均比率，以允许在膨胀期间提取更多的功；(6)在发动机的部分负荷操作中，减少第一组气缸的泵送损失；(7)允许第二组气缸在富条件下操作，而无论发动机的负荷如何；以及(8)提供氨与NOx气体的成比例的比率，由此保持后处理系统的效率，以用于分解在由第一组气缸产生的废气中的一部分废气中所包括的NOx气体。
图1是系统100的示意图，该系统100包括流体联接到后处理系统150的IC发动机110，并且系统100可选地包括控制器170。IC发动机110具有发动机气缸体112，发动机气缸体112包括多个气缸，该多个气缸包括第一气缸114a、第二气缸114b、第三气缸114c(在本文中统称为“第一组气缸114”)和第四气缸118。系统100包括第一进气节气门104、第二进气节气门109。后处理系统150包括SCR系统152和可选的氧化催化剂160。如本文所述，在多个气缸中的每一个气缸包括活塞(未示出)，以将引入其中的空气燃料混合物压缩至预定的压缩比。
进气歧管107定位在第一组气缸114的上游。进气歧管107限定了用于接收传送到进气歧管107内的进气的入口102。在各种实施例中，中间冷却器(例如，在图3的系统200中所包括的中间冷却器242)可以定位在入口102的上游，并且被配置成降低进气的温度，例如，用于减少爆震或自燃。进气歧管107分成多个入口管道。入口管道包括第一入口管道106a、第二入口管道106b和第三入口管道106c(本文统称为“第一组入口管道106”)，其用于第一气缸114a、第二气缸114b和第三气缸114c。第四入口管道108用于第四气缸118。第四入口管道108与入口102和歧管107分开，并且定位成平行于入口102和进气歧管107。
第一进气节气门104定位在第一组气缸114的上游。第一进气节气门104可以包括阀(例如，蝶阀)、可变阀正时或是被配置成对流向气缸114的气流进行计量的任何其他引入机构。第一组燃料计量设备141可操作地联接到第一组气缸114，以将燃料引入其中。此外，第四燃料计量设备144可操作地联接到第四气缸118，以将燃料引入其中。第一组燃料计量设备141或第四燃料计量设备144可以包括化油器、端口燃料喷射器、方向喷射燃料喷射器或被配置成对到达第一组气缸114和第四气缸118的燃料(例如，汽油或空气/燃料混合物)进行计量的任何其他引入机构。
此外，第一组点火设备146可以可操作地联接至第一组气缸114，并且第四燃料点火设备148可操作地联接至第四气缸118，并且被配置成选择性地点燃引入其中的空气/燃料混合物。第一组点火设备146或第四燃料点火设备148可包括火花点火、激光点火或各种形式的压缩点火，以启动气缸114和第四气缸118的燃烧。在各种实施例中，物理点火设备可能不存在，例如，对于压缩点火燃烧构造来说。
更具体地，第一进气节气门104对空气进行计量，使得可燃混合物可以针对第一组气缸114的超贫部分负荷条件而实现。例如，第一进气节气门以第一流量向第一组气缸114提供空气，以便在第一组气缸114中产生贫空气/燃料混合物。以第一流量进入第一组气缸114内的空气与第一组气缸114内的或上游的燃料混合，以在其中产生贫空气/燃料混合物。在特定实施例中，贫空气/燃料混合物具有当量比，该当量比具有由可在第四气缸118中产生的还原剂限定的上限。此外，第一组气缸114以第一压缩比运行，第一压缩比可以高于第四气缸118(或者其他如本文所述的第二组气缸)的第二压缩比。例如，第一压缩比可以在12至15的范围内，而第二压缩比可以在8至11的范围内。然而，第一压缩比和第二压缩比的范围可以变化。
第一进气节气门104控制所计量的进入第一组气缸114的空气的第一流量，以防止可能导致空气/燃料混合物不可燃的第一组气缸114中的超贫部分负荷条件。不管发动机110上的负荷如何，第一组气缸114始终在贫条件下操作。
第二进气节气门109定位于第四气缸118的上游，并且与第一进气节气门104平行，例如，位于第四入口管道108中并对空气进行计量，从而在第四气缸118中提供富空气/燃料混合物，而不管发动机110上的负荷如何。例如，第二进气节气门109以第二流量将空气提供到第四气缸109内，以便在第四气缸118中产生富空气/燃料混合物。
图1示出了与第一进气节气门104平行定位的第二进气节气门109，但在其他实施例中，第二进气节气门109可以定位于第一进气节气门104的下游。在这样的实施例中，第四入口管道108可流体地联接到进气歧管107，以接收引入到进气歧管107内的进气中的一部分。在各种实施例中，可以排除第一进气节气门104，例如，在分层的空气/燃料混合物被直接引入到第一组气缸114内的情况下。例如，可以经由优化的喷雾式引导直喷、常规柴油燃烧、可变阀升程或可以在超贫、无节气的条件下操作的任何其他燃烧系统或除节气门之外的、用于对第一组气缸114内的空气进行计量的机构，来消除第一进气节气门104。
第二进气节气门109还可以包括阀(例如，蝶阀)、可变阀正时或被配置成对流向气缸118的气流进行计量的任何其他引入机构。燃料计量设备144可以包括化油器、端口燃料喷射器、直接喷射燃料喷射器或被配置以提供燃料(例如，汽油、柴油、压缩天然气(CNG)、乙醇、液化石油气(LPG))或其混合物)或空气/燃料混合物以将预定量的燃料传送至第四气缸118的任何其他引入机构。
在一些实施例中，将相同的燃料(例如，汽油、柴油、压缩天然气(CNG)、乙醇、液化石油气(LPG)或其混合物)提供给第一组气缸114和第四气缸118。在其他实施例中，第一组气缸114设置有第一燃料(例如，柴油)，并且第四气缸118设置有第二燃料(例如，汽油、柴油、压缩天然气(CNG)、乙醇、液态石油气(LPG)或其混合物)，以便产生如本文所述的由第一组气缸114产生的NOx和由氨生成催化剂122产生的氨的所需比率(例如，NOx/氨比率为1)。
更具体地，第二进气节气门109将第二空气流量提供到第四气缸118内，使得第四气缸118具有富空气/燃料混合物，即，空气/燃料混合物具有大于1.0的燃料/空气当量比。在具体实施例中，富空气/燃料混合物具有在1.0至1.1范围内的当量比(例如，1.03)。此外，第四气缸118以与第一压缩比不同的第二压缩比(例如，在8至11的范围内)操作。这可以允许相对于基线情况来说改进的燃烧定相，这增加了发动机排出的NOx，并且因此增加了可以通过氨生成催化剂122产生的氨。第二进气节气门109总是向第四气缸118提供富空气/燃料混合物，使得第四气缸118始终在富条件下操作，而不管发动机110上的负荷如何。第一进气节气门104和第二进气节气门109的使用使得第一组气缸114与第四气缸118或者其他方式的第二组气缸的质量流量解耦。
图1示出了发动机110，其包括四个气缸使得第一组气缸114在贫条件下操作，而剩余的第四气缸118在富条件下操作。应该理解的是，发动机110可以包括任意数量的气缸，例如6、8、10、12个或者甚至更多。任何数量的气缸都可以配置为以贫空气/燃料混合物和富空气/燃料混合物运行。例如，在其他实施例中，系统100可以包括六个气缸。六个气缸中的四个气缸可以配置为以贫空气与燃料比率进行操作，并且构成第一组气缸。第五和第六气缸可以配置成以富空气/燃料混合物操作，并且构成第二组气缸。在这样的实施例中，第二组气缸中的每一个气缸可以具有单独的且专用的第二进气节气门或者共用的第二进气节气门。在特定实施例中，被包括在以贫空气/燃料混合物操作的第一组气缸中的气缸的数量可以高于被包括在以富空气/燃料混合物操作的第二组气缸中的气缸的数量。
在一些实施例中，发动机110可以包括双燃料低温燃烧发动机。第一组气缸114在低温燃烧情况下操作，以获得高效率和低NOx，例如高效率均质充量压燃(HCCI)、汽油压缩点火(GCI)、反应性控制压燃(RCCI)或预混合充气压缩点火(PCCI)。相比之下，第四气缸118或第二组气缸在富条件下使用任何燃料(例如，CNG、汽油、乙醇或LPG)进行操作，以用于还原剂的产生。相对于第一组气缸114来说，第四气缸118的较低压缩比允许第四气缸118优化燃烧定相，这增加了燃烧温度并且增加了NOx的产生。
此外，第一组气缸114相对于第四气缸118的不同压缩比允许提高效率，减轻了指示平均有效压力(IMEP)不平衡。当发动机的各种气缸以不同的压缩比或当量比操作时，可以发生IMEP不平衡。相对于第四气缸118的第二压缩来说使第一组气缸114的第一压缩比较高，允许使IMEP不平衡以及由固有的当量比率差引起的功率密度不平衡缩小。
第一气缸114a、第二气缸114b和第三气缸114c共同产生经由第一出口管道126a、第二出口管道126b和第三出口管道126c(在本文中统称为“第一组出口管道126”)传送到排气歧管132的废气第一部分。废气第一部分可以包括NOx气体、CO和/或未燃烧的碳氢化合物。第四气缸118(或第二组气缸)产生废气第二部分，其经由第四出口管道128传送到排气歧管132。在各种实施例中，第一氧化催化剂(未示出)可以定位在第一组气缸114的下游，并且被构造成使成分(例如，在废气第一部分中所包括的CO和未燃烧的碳氢化合物)分解。在其他实施例中，第一氧化催化剂(未示出)可以定位在第一组气缸114的下游，并且被构造为将NO转化为NO2，使得NO2：NO的比率接近1.0，这实现了SCR系统152的“快速”操作。
由于第一组气缸114始终在贫条件下操作，所以发动机110具有改进的耐自燃性。这使得在第一组气缸114中能够使用较高的压缩比，以用于爆震受限燃烧策略。此外，第一氧化催化剂或SCR系统152在相同的贫操作条件下执行，使得对于化学计量条件(例如，在SCR系统152中所包括的SCR催化剂)的增强的热稳定性不是必需的。
氨生成催化剂122或任何其他还原剂生成催化剂定位于第四气缸118(或第二组气缸)的下游，使得废气第二部分被传送通过氨生成催化剂122。例如，氨生成催化剂122可以定位于第四出口管道128中。氨生成催化剂122可以包括三元催化剂，该三元催化剂被配置为部分地分解CO(例如，将CO分解为二氧化碳)、未燃烧的碳氢化合物(例如，将未燃烧的碳氢化合物部分分解为二氧化碳和水)，并且以高选择性将废气第二部分中所包括的NOx气体完全分解成氨。
因为第四流体管道128与第一组出口管道126流体隔离，所以废气第一部分绕过氨生成催化剂122。换句话说，仅废气第二部分通过氨生成催化剂122以生成氨，而废气第一部分不通过氨生成催化剂122，使得第四流体管道128中的富废气可以在排气歧管132处的整个贫废气混合物中，将发动机排出的NOx转化成氨。废气第一部分和包含在废气第二部分通过氨生成催化剂122时产生的氨的废气第二部分，在排气歧管132中结合。在各种实施例中，废气第一部分中所包括的NOx气体的量与废气第二部分中的氨的量之比为1或大约为1(例如，在0.9至1.1的范围内)。如此处所述，NOx量的NOx气体与氨量的这种经平衡的比率使得能够通过SCR系统152有效地分解在废气中所包括的NOx气体。
SCR系统152流体联接至第一组出口管道126和第四出口管道128下游的排气歧管132。SCR系统152包括定位在由SCR系统152的壳体限定的内部体积内的至少一个催化剂。催化剂按配方制备，以在有任何废气还原剂存在的情况下选择性地还原废气中的成分，例如被包括在废气中的NOx。在废气第二部分中所包括的氨用作在废气第一部分中所包括的NOx气体的还原剂，由此避免使用单独的还原剂供应。此外，进入SCR系统152的废气中所包括的NOx气体的量与氨的量的平衡比率(例如，在0.9至1.1的范围内)提高了SCR系统152的效率。
例如，可使用任何适当的催化剂，诸如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂(包括其组合)。催化剂可被布置在合适的基体上，比如，例如陶瓷(例如，堇青石)或金属(例如，铬铝钴耐热钢)的整体式芯，其例如可以界定蜂窝结构。涂层(washcoat)也可用作催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其它合适的涂层材料或其组合。废气可以流经催化剂以及在催化剂周围流动，使得在废气中所包括的任何NOx气体在氨存在的情况下被进一步还原，以产生实质上没有一氧化碳和NOx气体的废气。
因此，不管发动机110的操作条件如何，系统100都允许第一组气缸114始终以贫空气与燃料比率操作。由于第一组气缸114永不以富空气/燃料混合物循环操作，这允许由于更大的耐自燃性而使压缩比提高。这提高了发动机效率并且扩大了发动机110的操作范围。在富条件下操作专用的第四气缸118(或数量可以小于第一组气缸114的第二组气缸)经由氨生成催化剂122提供氨，以促进由第一组气缸114产生的废气第一部分贡献的NOx气体的还原。NOx气体的量与氨气的量的平衡比率(例如，1)促进了由SCR系统152有效地还原NOx气体，从而允许系统100满足严格的排放要求。
氧化催化剂160(例如，第二氧化催化剂)可以定位于SCR系统152的下游。在一些实施例中，氧化催化剂160被构造成分解废气中所包括的可能跳过SCR的CO和/或未燃烧的碳氢化合物。在其他实施例中，氧化催化剂160可以被构造成分解在通过SCR系统152(例如，包括氨泄露催化剂)之后的废气中所包括的任何残留氨。
控制器170可以通信地耦合到在第一进气节气门104和第二进气节气门109、第一组燃料计量设备141和第四燃料计量设备144中的每一个，并且被配置为控制其操作。在一些实施例中，第一组燃料点火设备146可操作地联接至第一组气缸114中的每一个气缸，并且第四燃料点火设备148可操作联接至第四气缸118，以例如在压缩冲程期间点燃其中的空气/燃料混合物。在这样的实施例中，控制器170还可以通信地耦合到燃料点火设备146和148，以选择性地启动该燃料点火设备，以使第一组气缸114和第四气缸118内的空气/燃料混合物燃烧。
控制器170通信地耦合到在第一进气节气门104和第二进气节气门109、第一组燃料计量设备141和第四燃料计量设备144、第一组燃料点火设备146和第四燃料点火设备148中的每一个。此外，控制器170还通信地耦合到定位于第四气缸118下游的氨传感器121和氧传感器123、以及定位于第一组气缸114下游的NOx传感器127。
控制器170被配置为指示第一进气节气门104对在超贫条件下的气流进行计量，以改善第一组气缸114的燃烧稳定性。在一些实施例中，如果实施先进技术(诸如，分层喷雾式引导直喷)，以允许超贫混合物稳定燃烧，则可以排除第一进气节气门104。例如，第一进气节气门104可以由可变阀致动或可以在超贫条件下对相对气流计量和/或改善燃烧稳定性的任何技术来代替。如果使用在超贫条件下具有固有稳定性的燃烧策略(例如，常规柴油燃烧)，则也可以消除第一进气节气门104。
控制器170被配置为从第一NOx传感器127(例如，物理传感器或虚拟NOx传感器)接收指示NOx的量的输出NOx信号，例如，针对第一组气缸114传出的NOx摩尔流量。输出NOx信号用于控制燃料计量设备141/144和/或点火设备146/148，例如，用于控制第一组出口管道126中的输出的NOx水平(例如，摩尔NOx流量)。
控制器170还被配置成接收来自氨传感器121(例如，物理传感器或虚拟氨传感器)的氨输出信号，并且指示第二进气节气门109对流向第四气缸118的气流进行计量，以便控制来自氨生成催化剂122的氨摩尔流量。例如，氨传感器121被用作第四气缸118中的燃料计量设备144的输入。燃料计量设备144和/或燃料点火设备148与进气节气门109和氧传感器123结合使用，以产生最佳的燃烧定相、空气质量流量和空气/燃料比，以获得待通过氨生成催化剂122转化的必需的NOx。此外，控制器170可以使用来自氧传感器123的输出信号来控制第四气缸118的当量比。此外，第一组气缸114的扭矩输出是基于加燃料的需求而进行控制的以在贫条件下操作，并且第四气缸118的扭矩输出正如典型的化学计量发动机基于空气流量进行控制，以便在富条件下操作第四气缸118。
此外，基于输出NOx信号和输出氨信号，控制器170控制通过第一进气节气门104和第二进气节气门109的相对空气质量流量，使得通过氨生成催化剂122产生的氨的摩尔流量匹配第一组出口管道126中的NOx摩尔流量。例如，控制器170可以控制通过第一进气节气门104和第二进气节气门109的空气流量，使得摩尔NOx流量与摩尔氨流量的比率为1。
在各种实施例中，控制器170可以被包括在控制电路中。例如，图2是根据实施例的包括控制器170的控制电路171的示意性框图。控制器170包括处理器172、存储器174或其它计算机可读介质、收发器178和可选地传感器176。应理解，控制器170只示出控制器170的一个实施例，并且可以使用能够执行本文所描述的操作的任何其它控制器。
处理器172可包括微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、ASIC芯片或任何其它适当的处理器。处理器172与存储器174通信，并被配置成执行存储在存储器174中的指令、算法、命令或另外的程序。
存储器174包括本文讨论的存储器和/或存储部件中的任何一种。例如，存储器174可包括处理器172的RAM和/或高速缓冲存储器。存储器174还可包括对设备控制器170是本地的或远程的一个或更多个存储设备(例如，硬盘驱动器、闪存驱动器、计算机可读介质等)。存储器174配置成存储查找表、算法或指令。
例如，存储器174包括第一进气节气门电路174a，该第一进气节气门电路174a被配置成指示第一进气节气门104将第一当量比的空气/燃料混合物提供给在多个气缸中的第一组气缸114。存储器174还包括第二进气节气门电路174b，该第二进气节气门电路174b被配置成指示第二进气节气门109将第二当量比的空气燃料混合物提供给第四气缸118(或如本文所述的第二组气缸)。
存储器174包括燃料计量电路174f，该燃料计量电路174f配置为选择性地指示燃料计量设备141/144将燃料或其他空气/燃料混合物引入第一组气缸114和第四气缸118中。此外，存储器174包括燃料点火电路174g，该燃料点火电路174g用于指示点火设备146/148选择性地点燃在第一组气缸114和第四气缸118内的空气/燃料混合物。
存储器174还包括氨确定电路174c。氨确定电路174c被配置成例如使用由氨传感器121产生的输出氨信号来确定由氨生成催化剂122产生的氨的摩尔流量。此外，存储器174还包括NOx确定电路174d，该NOx确定电路174d被配置成例如使用由NOx传感器127产生的输出NOx信号来确定由第一组气缸114产生的NOx的摩尔流量。
控制器包括NOx/氨比率控制电路174e，该NOx/氨比率控制电路174e被配置成控制由第一组气缸114产生的NOx摩尔流量和由第四气缸118或其他的第二组气缸产生的氨的摩尔流量，使得其比率是1。例如，NOx/氨比率控制电路174e可以解译现有的氨和NOx流量。NOx/氨比率控制电路174e可以包括对于空气流量的查找表、算法、等式或映射，该空气流量确定由第一进气节气门104和第二进气节气门109提供的气流，其对应于为1的NOx与氨的摩尔流量的比率。NOx/氨比率控制电路174e指示第一进气节气门电路174a和第二进气节气门电路174b相应地控制流向第一组气缸114和第四气缸118的空气的流量。
NOx/氨比率控制电路174e还可以确定关于在第一组气缸114和第四气缸118或者其他的第二组气缸中的每一个气缸的燃料引入正时、要引入的燃料量和/或点火正时，其对应于为1的NOx与氨的摩尔流量的比率。例如，NOx/氨比率控制电路174e可以指示第一计量电路174f和燃料点火电路174g，以相应控制第一组气缸114和第四气缸118的燃料流量和/或量以及点火时间。
在一些实施例中，存储器174还包括当量比确定电路174h。当量比确定电路174h可以用于确定第一组气缸114的第一当量比和/或例如使用由氧传感器123产生的氧气输出信号来确定第四气缸118或者其他的第二组气缸的第二当量比。NOx/氨比率控制电路174e还可以被配置成控制第一组气缸114的第一当量比，以便将第一当量比限制在第一组气缸114的最大水平。这允许限制来自第一组气缸114的NOx排放物，使得从氨生成催化剂122产生的氨将能够通过SCR系统152完全还原NOx。预定的最大当量比还可以用于减轻爆震的发动机保护观点。此外，NOx/氨比率控制电路174e还可以被配置为控制第四气缸118的第二当量比，以将第四气缸118的当量比按照化学计量的方式始终限制在富范围内。例如，NOx/氨比率控制电路174e可以被配置为解译并且使用来自氧传感器123的输出信号，以控制第四气缸118的当量比。
控制器170还包括收发器178，收发器178被配置成产生用于启动第一进气节气门104的第一启动信号和用于启动第二进气节气门109的第二启动信号、用于启动燃料计量设备141/144的燃料计量信号以及用于启动燃料点火设备146/148的燃料点火信号。第一启动信号、第二启动信号、燃料计量信号和/或燃料点火信号可以包括分别被传送到第一进气节气门104和第二进气节气门109以执行启动的电压、电流或任何其他电信号。在各种实施例中，控制器170还可包括许多传感器中的一个传感器，以替代NOx/氨比率确定电路174e、NOx确定电路174d和/或氨确定电路174c，从而提供关于除了燃料计量设备141和144以及点火设备146和148之外的进气节气门104和109的反馈。
虽然未在图1中示出，但是后处理系统100可以包括其他传感器，诸如，例如温度传感器、压力传感器和/或任何其它传感器。控制器170可以通信地耦合到一个或更多个这样的传感器，以接收并解译来自这些传感器中的一个或更多个传感器的信号，例如，用于确定在第一组出口管道126中的NOx摩尔流量和通过氨生成催化剂122产生的氨。
图3是系统200的另一个实施例的示意图，该系统200包括流体联接至后处理系统250的IC发动机210。IC发动机210具有发动机气缸体212，发动机气缸体212包括多个气缸，该多个气缸包括第一气缸214a、第二气缸214b、第三气缸214c(在本文中统称为“第一组气缸214”)和第四气缸218。系统200包括第一进气节气门204、第二进气节气门209。后处理系统250包括氨生成催化剂222、第一氧化催化剂230、SCR系统252和第二氧化催化剂260。如本文所述，在多个气缸中的每一个气缸包括活塞(未示出)，以将引入其中的空气燃料混合物压缩至预定的压缩比。
进气歧管207定位于多个气缸中的第一组气缸214的上游。通过流体联接到进气歧管207的入口202提供进气。压缩机244(例如，在涡轮增压器子系统中所包括的压缩机)定位于进气歧管207的上游。压缩机244被配置成压缩进气，并将压缩空气提供给发动机210，其可增加功率输出。如本文所述，压缩机244可操作地联接到涡轮机246(例如，在涡轮增压器子系统中所包括的涡轮机)，涡轮机246定位于由发动机210产生的废气流的流动路径内。流过涡轮机246的废气驱动涡轮机246，涡轮机246进而驱动压缩机244。中间冷却器242定位于进气歧管207的上游和压缩机244的下游。通过压缩机244压缩进气会升高进气的温度，这可能导致爆震或自燃。中间冷却器242用于在将进气传送到发动机210之前降低空气的温度，例如，用于减少爆震或自燃。在各种实施例中，可以从系统200中排除中间冷却器242。此外，还可以从后处理系统250中排除压缩机244和涡轮机246。
进气歧管207分成多个入口管道。多个入口管道包括第一入口管道206a、第二入口管道206b和第三入口管道206c(本文统称为“第一组入口管道206”)，其分别用于第一气缸214a、第二气缸214b和第三气缸214c。第四入口管道208用于第四气缸218。第四入口管道208流体联接到进气歧管207上游的入口，并与其平行地定位。
第一进气节气门204定位在第一组气缸214的上游。第一进气节气门204可以包括阀(例如，蝶阀)、可变阀正时或是被配置成对流向气缸214的气流进行计量的任何其他引入机构。通过燃料引入设备(例如，第一组燃料计量设备141)(例如，化油器、端口燃料喷射器、直喷燃料喷射器或被配置成向第一组气缸214提供燃料(例如，汽油)的任何其他引入机构)，来实现对第一组气缸214进行燃料计量。更具体地说，第一进气节气门204提供对第一组气缸214的空气计量，使得可燃混合物针对超贫条件是可获得的。在各种实施例中，可以通过可变阀致动或包括分层喷雾式引导直喷、高能点火系统或用于贫环境的优化燃烧系统(例如，常规的柴油燃烧)的先进的燃烧策略来消除第一进气节气门204。贫空气/燃料混合物(即，具有小于1.0的燃料/空气当量比的空气/燃料混合物)被供应给第一组气缸214。在特定实施例中，贫空气/燃料混合物具有等于或小于必需当量比的当量比，以产生与来自氨生成催化剂222的氨摩尔流量相等的来自气缸214的摩尔NOx流量。此外，第一组气缸214以第一压缩比运行，第一压缩比可以高于第四气缸218或者其他的第二组气缸的压缩比。
第一进气节气门204对空气进行计量，使得总是存在对第一组气缸214的贫空气/燃料混合物，并且第一组气缸214始终在贫条件下操作，而不管发动机210的负荷如何。第二进气节气门209定位于第一进气节气门的上游，并与之平行。第二进气节气门209对独立于第一组气缸214而到达第四气缸218的气流进行计量。
第二进气节气门209还可以包括阀(例如，蝶阀)、可变阀致动或被配置为对气流进行计量的任何其他引入机构。通过燃料引入设备(例如，第四燃料引入设备)(例如，化油器、端口燃料喷射器、直喷燃料喷射器或被配置为提供燃料(例如，汽油)的任何其他引入机构)，来实现对第四气缸218的燃料计量。更具体地，第二进气节气门209对空气进行计量，使得总是有富混合物(即，大于1.0的燃料/空气当量比)到达第四气缸218，而无论第四气缸218中的负荷如何。在具体的实施例中，富空气/燃料混合物具有在1.0至1.1范围内的当量比(例如，1.03)。此外，第四气缸218以小于第一压缩比的第二压缩比操作，以允许最优的燃烧定相，而没有针对在氨生成催化剂222之前的富环境中的最大NOx产生的爆震。在各种实施例中，如参考图1和图2的控制器170所描述的，控制器(例如，控制器170或控制电路171)可以通信地耦合到第一进气节气门204和/或第二进气节气门209，并且被配置为控制其操作。
第一气缸214a、第二气缸214b和第三气缸214c共同产生废气第一部分，其分别经由第一出口管道226a、第二出口管道226b和第三出口管道226c(在本文中统称为“第一组出口管道226”)传送到排气歧管第一支路225。废气第一部分可以包括NOx气体、CO和/或未燃烧的碳氢化合物。可以包括物理NOx传感器或虚拟(例如，计算确定的)NOx传感器的NOx传感器227定位于排气歧管第一支路225中，并且被配置为确定废气第一部分中的NOx气体的量。在各种实施例中，第一氧化催化剂230定位在第一组气缸214下游的排气歧管第一支路225内，并且被构造成分解废气第一部分的成分，例如，在废气第一部分中所包括的CO和未燃烧的碳氢化合物。第一氧化催化剂230可以将NO的一部分转化为NO2，使得可以在催化剂230的出口产生接近1的NO：NO2比率，从而实现“快速”SCR操作。废气第一部分随后被传送到排气歧管232。
第四气缸218(或第二组气缸)产生废气第二部分，废气第二部分被传送到第四出口管道228。氨生成催化剂222或任何其他还原剂生成催化剂定位于第四气缸218(或第二组气缸)的下游，使得废气第二部分被传送通过氨生成催化剂222。氨生成催化剂222可以包括三元催化剂，该三元催化剂被配置成部分地分解CO(例如，将CO分解成二氧化碳)，部分地分解未燃烧的碳氢化合物(例如，将未燃烧的碳氢化合物分解成二氧化碳和水)，并且将废气第二部分中所包括的NOx气体转化成氨。包含经由氨生成催化剂222产生的氨的废气第二部分经由排气歧管第二支路229被传送到进气歧管。氨传感器221(例如，物理或虚拟的氨传感器)和氧传感器223定位在排气歧管第二支路229中，并且被配置为分别确定在废气第二部分中的氨和氧的量(其可以用于例如确定第四气缸218的当量比)。
由于排气歧管第一支路225和排气歧管第二支路229在定位于氨生成催化剂222下游的排气歧管232处相遇，因此废气第一部分绕过氨生成催化剂222。换句话说，仅废气第二部分通过氨生成催化剂222以生成氨，而废气第一部分不通过氨生成催化剂222，使得在废气第一部分中所包括的NOx气体在到达排气歧管232的过程中不分解。
废气第一部分和包含在废气第二部分通过氨生成催化剂222时产生的氨的废气第二部分，在排气歧管232中结合。在各种实施例中，废气第一部分中所包括的NOx气体的量与废气第二部分中的氨的量之比为1或大约为1(例如，在0.9至1.1的范围内)。如此处所述，NOx气体的量与氨量的这种经平衡的比率使得能够通过SCR系统252有效地分解在废气中所包括的NOx气体。例如，控制器170或本文描述的任何其他控制器可以监测由NOx传感器227确定的NOx的摩尔量和由氨传感器221确定的氨的摩尔量。控制器170可以使用该信息来控制第一进气节气门204、第二进气节气门209、燃料计量设备和/或燃料点火设备的启动，以将在废气第一部分中所包括的NOx气体的量与废气第二部分中的氨的量的比率保持为1。
涡轮机246定位在排气歧管第一支路225和排气歧管第二支路229的下游。如本文之前所述，流过涡轮机246的废气使涡轮机246旋转，以驱动压缩机244以将进气压入进气歧管207中。SCR系统252定位于涡轮机246的下游。SCR系统252包括定位在由SCR系统252的壳体限定的内部体积内的至少一个催化剂。SCR系统252可与参考图1的系统100描述的SCR系统152大体上相似，并且因此不在本文中进一步详细描述。
因此，不管发动机210的操作条件如何，系统200都允许第一组气缸214始终以贫空气/燃料混合物操作。由于第一组气缸214永不以富空气/燃料混合物循环操作，这允许由于更大的耐自燃性而使压缩比提高。这提高了发动机效率，并且扩大了发动机210的操作范围，如本文参考系统100所描述的那样。在各种实施例中，第一组气缸214始终以贫空气/燃料混合物的操作导致发动机的整体效率增加大于10％，例如，11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，包括其间的所有范围和值，或者甚至更高。
第一组气缸214的操作可以包括但不限于常规柴油机燃烧、贫燃汽油燃烧、汽油压缩点火(GCI)、预混合充量压缩点火(PCCI)、反应性控制压缩点火(RCCI)、均质充量压缩点火(HCCI)或任何其他高效的贫且相对低NOx的燃烧策略。由于富气缸218的必要的NOx还原电位降低了，因此较低的NOx燃烧策略可以导致较高的整体性能。这可能会减少富气缸与贫气缸的比率。
第四气缸218或其他的第二组气缸可以相对于第一组气缸214使用不同的燃烧策略或贫燃策略的燃料(例如，汽油可以在富气缸中运行，而常规柴油在贫气缸中运行)操作。在富气缸218中使用的燃料可以包括但不限于压缩天然气、汽油、乙醇、液化石油气或任何其他燃料和燃烧策略，其可以产生富废气混合物以通过氨生成催化剂222将NOx转化成氨。
第四气缸的压缩比受限于所用燃料的自燃特性。压缩比被配置，使得燃烧定相被优化，以在富操作期间针对第四气缸218产生高的发动机排出的NOx，从而可以实现第四气缸218的最大NOx还原电位。NOx传感器253定位于SCR系统252的下游，并配置成测量在流出SCR系统252的废气中的NOx的量。第二氧化催化剂260(例如，第二氧化催化剂)定位于SCR系统252的下游。在一些实施例中，第二氧化催化剂260被构造成分解废气中所包括的CO和/或未燃烧的碳氢化合物。在其他实施例中，第二氧化催化剂260被配置成分解在通过SCR系统252(例如，包括氨泄露催化剂)之后的废气中所包括的任何残留氨。
废气再循环可以在各种形式和发动机构造中使用，使得EGR被引入用于贫气缸214(而不是富气缸218)。这种操作方法可能对贫气缸有轻微的效率影响，但将显著减少贫气缸的发动机排出的NOx，使能够扩展负荷范围和/或降低富与贫气缸的比率。
例如，图4是系统500的另一个实施例的示意图，该系统500包括流体联接至后处理系统550的IC发动机510。IC发动机510具有发动机气缸体512，发动机气缸体512包括多个气缸，该多个气缸包括第一气缸514a、第二气缸514b、第三气缸514c(在本文中统称为“第一组气缸514”)和第四气缸518。发动机510以及由此在其中所包括的第一组气缸514和第四气缸518在结构和功能上可以与本文所述的发动机210或110基本类似，因此在此不再进一步详细描述。
系统500包括第一进气节气门504和第二进气节气门509，其基本上类似于本文此前描述的第一进气节气门104/204和第二进气节气门109/209。后处理系统550还包括氨生成催化剂522、第一氧化催化剂530、SCR系统552和第二氧化催化剂560，其基本上分别类似于本文此前描述的氨生成催化剂122/222、第一氧化催化剂230、SCR系统152/252和第二氧化催化剂160/260。虽然未显示，但是在一些实施例中，系统500还可以包括如本文所述的图3的后处理系统200中所示的中间冷却器(例如，中间冷却器242)、压缩机(例如，压缩机244)和/或涡轮机(例如，涡轮机246)。
进气歧管507定位于多个气缸中的第一组气缸541的上游。通过流体联接到进气歧管507的入口502提供进气。进气歧管507分成多个入口管道。该多个入口管道包括第一入口管道506a、第二入口管道506b和第三入口管道506c(本文统称为“第一组入口管道506”)，其分别用于第一气缸514a、第二气缸514b和第三气缸514c。第四入口管道508用于第四气缸518。第四入口管道508流体联接到进气歧管507上游的入口，并与其平行地定位。
第一进气节气门504定位在第一组气缸514的上游。第二进气节气门509定位于第一进气节气门504的上游，并与之平行。第二进气节气门509对独立于第一组气缸514而到达第四气缸518的气流进行计量。第一气缸514a、第二气缸514b和第三气缸514c共同产生废气第一部分，其分别经由第一出口管道526a、第二出口管道526b和第三出口管道526c(在本文中统称为“第一组出口管道526”)传送到排气歧管第一支路525。NOx传感器527可操作地联接至排气歧管第一支路525，以测量废气第一部分中的量(例如，NOx气体的摩尔量)。
在各种实施例中，第一氧化催化剂530定位在第一组气缸514下游的排气歧管第一支路525内。第四气缸518(或第二组气缸)产生废气第二部分，废气第二部分被传送到第四出口管道528。氨生成催化剂522或任何其他还原剂生成催化剂定位于第四气缸518(或第二组气缸)的下游，使得废气第二部分被传送通过氨生成催化剂522。氨传感器521和氧传感器523定位在氨生成催化剂522的下游。
后处理系统500还包括废气再循环(EGR)系统，该EGR系统用于将废气第一部分中的一部分从排气歧管第一支路525再循环至进气歧管507。EGR系统包括EGR管道570，EGR管道570将排气歧管第一支路525流体联接到进气歧管507。EGR阀572定位在EGR管道570内，并被构造成控制在废气第一部分中从排气歧管第一支路525到进气歧管507的那一部分的流量。废气第一部分的再循环部分稀释了进气流中的O2，并提供对燃烧惰性的气体，以充当燃烧热量的吸收剂，从而降低以贫空气/燃料混合物操作的第一组气缸514中的峰值温度。
在一些实施例中，联接到发动机的后处理系统还可以包括低压高压EGR回路、中间冷却器和/或涡轮增压器。例如，图5是系统600的另一个实施例的示意图，该系统600包括流体联接至后处理系统650的IC发动机610。IC发动机610具有发动机气缸体612，发动机气缸体612包括多个气缸，该多个气缸包括第一气缸614a、第二气缸614b、第三气缸614c(在本文中统称为“第一组气缸614”)和第四气缸618。发动机610以及由此在其中所包括的第一组气缸614和第四气缸618在结构和功能上可以与本文所述的发动机110/210/510基本类似，因此在此不再进一步详细描述。
系统600包括第一进气节气门604和第二进气节气门609，其基本上类似于本文此前描述的第一进气节气门104/204/504和第二进气节气门109/209/509。后处理系统650还包括氨生成催化剂622、第一氧化催化剂630、SCR系统652和第二氧化催化剂660，其基本上类似于本文此前描述的氨生成催化剂122/222/522、第一氧化催化剂230/530、SCR系统152/252/552和第二氧化催化剂160/260/560。
进气歧管607定位于多个气缸中的第一组气缸614的上游。通过入口602提供进气，入口602被分成第一入口605和第二入口603，第一入口605流体地联接到进气歧管607。进气歧管607分成多个入口管道。多个入口管道包括第一入口管道606a、第二入口管道606b和第三入口管道606c(本文统称为“第一组入口管道606”)，其分别用于第一气缸614a、第二气缸614b和第三气缸614c。第一进气节气门604定位在进气歧管607中，并且构造成控制进入第一组入口管道606以及由此进入第一组气缸614的第一空气流量。
第二入口603流体地联接到用于第四气缸618的第四入口管道608。第四入口管道608流体联接到进气歧管607上游的入口，并与其平行地定位。第二进气节气门609定位于第四入口管道608中，并构造成控制进入第四入口管道608以及由此进入第四气缸608的第二空气流量。
中间冷却器642定位在进气歧管607和第四入口管道608的上游，并流体地联接到第一入口605和第二入口603。第一进气节气门604定位在中间冷却器642的下游，而第二进气节气门609定位在第四气缸618的上游和中间冷却器642的下游。涡轮机646定位在排气歧管632中，并且可操作地联接到第一压缩机644和第二压缩机643，第一压缩机644可操作地联接到第一入口605，第二压缩机643可操作地联接到第二入口603。来自第一组气缸614的废气第一部分和来自第四气缸618的废气第二部分在进入涡轮机646之前在排气歧管632中结合。如本文所述，所结合的废气向涡轮机646供电，涡轮机646操作第一压缩机644和第二压缩机643以压缩向第一组气缸614和第四气缸618提供的进气。
第二进气节气门609对独立于第一组气缸614到达第四气缸618的气流进行计量。第一气缸614a、第二气缸614b和第三气缸614c共同产生废气第一部分，其分别经由第一出口管道626a、第二出口管道626b和第三出口管道626c(在本文中统称为“第一组出口管道626”)传送到排气歧管第一支路625。NOx传感器627可操作地联接至排气歧管第一支路625，以测量废气第一部分中的量(例如，NOx气体的摩尔量)。
在各种实施例中，第一氧化催化剂630定位在第一组气缸614下游的排气歧管第一支路625内。第四气缸618(或第二组气缸)产生废气第二部分，废气第二部分被传送到第四出口管道628。氨生成催化剂622或任何其他还原剂生成催化剂定位于第四气缸618(或第二组气缸)的下游，使得废气第二部分被传送通过氨生成催化剂622。氨传感器621和氧传感器623定位在氨生成催化剂622的下游。
系统600还包括其中包括高压回路和低压回路的EGR系统。高压回路包括第一EGR管道670，该第一EGR管道将第一氧化催化剂630上游的排气歧管第一支路625流体联接至第一进气节气门604下游的进气歧管607，并且被构造成使高压废气第一部分中的一部分废气从排气歧管第一支路625再循环到进气歧管。第一EGR阀672定位在第一EGR管道670内，以控制高压废气第一部分中再循环到进气歧管607的一部分废气的量。高压EGR冷却器675流体联接到第一EGR管道670，并且被构造成冷却再循环到进气歧管607的高压废气第一部分。
低压回路包括第二EGR管道674，第二EGR管道674将在涡轮机646下游的并且在SCR系统652上游的排气歧管632流体联接至第一压缩机644上游的第一入口605。第二EGR管道674将来自排气歧管632的废气中的一部分废气再循环到第一入口605，这一部分废气与在涡轮机646中膨胀之后的废气第一部分相比处于更低的压力。第二EGR阀676定位在第二EGR管道674内，以控制再循环到第一入口605的低压废气中的一部分废气的量。此外，低压EGR冷却器677流体联接到第二EGR管道674，并且构造成冷却低压废气中的再循环到第一入口605的一部分废气。
图6是操作发动机的示例方法300的示意性流程图，该发动机包括多个气缸，例如如本文所述的发动机110、210、510或610。发动机流体联接到后处理系统，例如后处理系统150、250、550或650。方法300的操作可以以指令的形式存储在非暂态CRM(例如，控制器170的存储器174，或在图7的计算设备730中所包括的主存储器736、只读存储器(ROM)738或存储设备740)上。CRM可被包括在计算设备(例如，计算设备730)中，该计算设备配置成执行存储在CRM上的指令以实施方法300的操作。
方法300包括在302处向多个气缸中的第一组气缸提供贫空气/燃料混合物。例如，对结合适当的加燃料策略的进气节气门104/204/504/604的限制使用向发动机110/210/510/610的第一组气缸114/214/514/614提供了贫空气/燃料混合物。在各种实施例中，贫空气/燃料混合物预定为不超过当量比阈值，使得第一组气缸114/214/514/614的NOx摩尔流量不超过来自第二组气缸118/218/518/618的氨的最大摩尔流量。在304，第一组气缸以第一压缩比操作，以优化贫燃烧策略，诸如，常规柴油、贫燃汽油或其他高效率低温燃烧策略。
向多个气缸中的第二组气缸提供富空气与燃料比率306。例如，将富空气与燃料比率提供给如本文此前描述的第四气缸118/218/518/618或其他的第二组气缸。在各种实施例中，富空气/燃料混合物具有第二当量比，其被配置为如果NOx还原不被需要并且可调节以产生富空气/燃料混合物，则产生化学计量的空气/燃料混合物，使得通过催化剂的氨产生被最大化。在308处，第二组气缸以与第一压缩比不同的第二压缩比操作。第二压缩比受限于第二组气缸中所使用的燃料，从而可以实现用于NOx产生的最佳燃烧定相，而没有不受控制的自燃。
在310处，由第二组气缸产生的废气第二部分被传送通过后处理系统的氨生成催化剂。例如，如本文之前所述的，由第四气缸118/218/518/618产生的废气第二部分分别被传送通过在后处理系统150/250/550/650中所包括的氨生成催化剂122/222/522/622。如本文此前所述，例如，氨生成催化剂可以包括三元催化剂，该三元催化剂配制为部分地分解废气第二部分中所包括的CO和未燃烧的碳氢化合物，以及将NOx气体转化成氨。
在312处，废气第二部分被传送通过后处理系统的至少一个下游部件。例如，如本文此前所述，废气第二部分被传送通过后处理系统150/250/550/650中所包括的SCR系统152/252/552/652和/或第二氧化催化剂160/260/560/660。在314处，由第一组气缸产生的废气第一部分也被传送通过至少一个下游后处理部件。废气第一部分绕过氨生成催化剂。例如，如本文此前所述，由第一组气缸114/214/514/614产生的废气第一部分通过第一氧化催化剂230/530/630或排气歧管第一支路(例如，排气部分第一支路225/525/625)传送到排气歧管132/232/532/632并且由此传送到下游SCR系统152/252/552/652和/或第二氧化催化剂160/260/560/660。废气第一部分中所包括的NOx气体的量与废气第二部分中的氨的量之比可以是1或大约是1(例如，在0.9至1.1的范围内)。经平衡的比率在由废气第二部分提供的用作还原剂的氨促进的对废气第二部分中所包括的NOx气体进行还原的过程中提高了SCR系统152/252/552/652的效率。
在一些实施例中，控制器170、控制电路171或在本文所述的控制器或控制电路中的任何一个可以包括其中包括后处理系统100或200的装置或系统(例如，交通工具、发动机或发电机组等)的系统计算机。例如，图7是根据说明性实施方式的计算设备730的框图。计算设备730可用于执行本文所述的任何方法或过程，例如方法300。在一些实施例中，控制器170可包括计算设备730。计算设备730包括总线732或用于传送信息的其它通信部件。计算设备730还可包括联接到总线以用于处理信息的一个或更多个处理器734或处理电路。
计算设备730还包括主存储器736，例如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备，主存储器736联接到总线732，以用于存储信息和待由处理器734执行的指令。主存储器736还可用于在由处理器734执行指令期间存储位置信息、临时变量或其它中间信息。计算设备730还可以包括ROM 738或其它静态存储设备，其联接到总线732以用于存储用于处理器734的静态信息和指令。存储设备740，例如固态设备、磁盘或光盘，联接到总线732用于持久地存储信息和指令。例如，用于确定第一当量比和第二当量比的指令可以存储在存储设备740中。
计算设备730可以经由总线732联接到用于向用户显示信息的显示器735，例如液晶显示器或有源矩阵显示器。输入设备742(例如，键盘或字母数字小键盘)可联接到总线732，以用于将信息和命令选择传送到处理器734。在另一实施方式中，输入设备742具有触摸屏显示器744。
根据各种实施方式，可响应于处理器734执行包含在主存储器736中的指令的布置(例如，方法300的操作)而由计算设备730实现本文所述的过程和方法。这样的指令可从另一非临时计算机可读介质(例如，存储设备740)被读取到主存储器736内。被包含在主存储器736中的指令的布置的执行导致计算设备730执行本文所述的示例性过程。在多处理布置中的一个或更多个处理器也可用于执行被包含在主存储器736中的指令。在可选的实施方式中，硬连线电路可代替软件指令或结合软件指令来用于实施说明性实施方式。因此，实施方式并不限于硬件电路和软件的任何特定的组合。
虽然已经在图7中描述了示例计算设备，但在本说明书中描述的实施方式可以在其他类型的数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等效形式)中或在它们中的一个或更多个的组合中实现。
在本说明书中描述的实施方式可以以数字电子电路的方式或以计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等效形式)的方式或以它们的一个或更多个的组合的方式来实现。在本说明书中所述的实施方式可被实现为在一个或更多个计算机存储介质上被编码以用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的一个或更多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或更多个模块。可选地或此外，程序指令可以以人工产生的传播信号(例如，机器产生的电、光或电磁信号)被编码，该信号被产生以对信息编码以用于传输到适当的接收器装置从而由数据处理装置执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基体、随机或顺序存取存储器阵列或设备或它们中的一个或更多个的组合，或被包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储基体、随机或顺序存取存储器阵列或设备或它们中的一个或更多个的组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是在人工产生的传播信号中被编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是一个或更多个单独的部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其它存储设备)或被包括在该一个或更多个单独的部件或介质中。因此，计算机存储介质是有形和非临时的。
可由数据处理装置对存储在一个或更多个计算机可读存储设备上或从其它源接收的数据执行在这个说明书中描述的操作。术语“数据处理装置”或“计算设备”包含用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，作为示例包括可编程处理器、计算机、片上系统或多个前述项或前述项的组合。装置可包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件以外，装置还可包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一个或更多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。
可以用任何形式的编程语言(包括编译或解译语言、说明性或过程语言)编写计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)，且可在任何形式中(包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、对象或适合于在计算环境中使用的其它单元)部署它。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可存储在保存其它程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的文件的一部分中、专用于讨论中的程序的单个文件中或多个协同文件(例如，存储一个或更多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署以在一个计算机上或在位于一个地点处或分布在多个地点中并由通信网络互连的多个计算机上执行。
适合于计算机程序的执行的处理器作为示例包括通用和专用微处理器和任何类型的数字计算机的任一个或更多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘，或操作地联接成从这样的一个或更多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到这样的一个或更多个大容量存储设备，或这两个操作兼有。然而，计算机不需要具有这样的设备。适合于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，作为示例包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或包含在专用逻辑电路中。
应该注意，在本文中用于描述各种实施例的术语“示例”旨在指示这样的实施例是可能的示例、可能的实施例的表示和/或说明(并且这样的术语并不旨在暗示这样的实施例必须是特殊的或最高级的示例)。
如在本文使用的术语“联接”和类似术语意指两个构件直接或间接连结到彼此。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件附接至彼此，这样的连结可以被实现。
重要的是注意到，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施例，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所述的主题的新颖性教导和优点。此外，应理解，来自本文公开的一个实施例的特征可与本文公开的其它实施例的特征组合，如本领域中的普通技术人员将理解的那样。也可在各种示例性实施例的设计、操作状况和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。
虽然本说明书包含很多特定的实施细节，但这些不应被解译为对任何发明的范围或可被要求保护的内容的限制，而是作为特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何适当的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。

Claims (26)

1.一种系统，包括：
发动机，所述发动机包括多个气缸；
第一进气节气门，所述第一进气节气门定位在第一组气缸的上游，所述第一进气节气门以第一流量向所述第一组气缸提供空气，以便在所述多个气缸中所包括的所述第一组气缸中产生可燃的贫空气/燃料混合物；以及
第二进气节气门，所述第二进气节气门定位在所述多个气缸中所包括的第二组气缸的上游，并且与所述第一进气节气门平行，所述第二进气节气门以第二流量向所述第二组气缸提供空气，以便在所述第二组气缸中产生富空气/燃料混合物，而不管所述发动机的负荷如何。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
氨生成催化剂，所述氨生成催化剂定位于所述第二组气缸的下游，所述第一组气缸产生绕过所述氨生成催化剂的废气第一部分，并且所述第二组气缸产生被传送通过所述氨生成催化剂的废气第二部分，
其中，所述氨生成催化剂将在所述废气第二部分中所包括的NOx气体转化成氨。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，在所述废气第一部分中所包括的NOx气体的量与在所述废气第二部分中的氨的量的比率为1。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述贫空气/燃料混合物具有第一当量比，使得所述第一组气缸中的NOx的摩尔流量等于由所述氨生成催化剂产生的氨的摩尔流量。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述富空气/燃料混合物具有第二当量比，所述第二当量比在1.0至1.1的范围内。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一组气缸以第一压缩比进行操作，并且所述第二组气缸以第二压缩比进行操作，所述第一压缩比与所述第二压缩比不同。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一压缩比被配置，以便提供以所述贫空气/燃料混合物操作的所述第一组气缸的高制动热效率。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第二压缩比被配置，以便允许在所述第二组气缸中使用的所述富空气/燃料混合物的最佳燃烧定相，同时避免不受控制的自燃。
9.一种系统，包括：
发动机，所述发动机具有多个气缸，所述多个气缸包括：
第一组气缸，所述第一组气缸被配置成使空气/燃料混合物以第一当量比燃烧，所述第一组气缸产生废气第一部分，以及
第二组气缸，所述第二组气缸被配置成使空气/燃料混合物以与所述第一当量比不同的第二当量比燃烧，所述第二组气缸产生废气第二部分；
氨生成催化剂，所述氨生成催化剂定位于所述第二组气缸下游且与所述第二组气缸流体连通，所述氨生成催化剂仅接收所述废气第二部分，并将在所述废气第二部分中包括的NOx气体转化为氨；以及
选择性催化还原系统，所述选择性催化还原系统定位于所述多个气缸的下游，所述选择性催化还原系统接收所述废气第一部分和在其中包含氨的所述废气第二部分。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，在进入所述选择性催化还原系统之前，在所述废气第一部分中所包括的NOx气体的量与在所述废气第二部分中的氨的量的比率是1。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一当量比被选择为使得在所述第一组气缸中的NOx的摩尔流量等于由所述氨生成催化剂产生的氨的摩尔流量，并且其中所述第二当量比在1.0到1.1的范围内。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一组气缸以第一压缩比进行操作，并且所述第二组气缸以第二压缩比进行操作，所述第一压缩比与所述第二压缩比不同。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一压缩比被配置，以便提供以所述贫空气/燃料混合物操作的所述第一组气缸的高制动热效率。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二压缩比被配置，以便允许在所述第二组气缸中使用的所述富空气/燃料混合物的最佳燃烧定相，同时避免不受控制的自燃。
15.根据权利要求9所述的系统，还包括：
第一进气节气门，所述第一进气节气门定位在所述第一组气缸的上游，所述第一进气节气门以第一流量向所述第一组气缸提供空气，以便在所述第一组气缸中产生可燃的贫空气/燃料混合物。
16.根据权利要求9所述的系统，还包括：
第二进气节气门，所述第二进气节气门定位在所述第二组气缸的上游并与其平行，所述第二进气节气门以第二流量向所述第二组气缸提供空气，以便在所述第二组气缸中产生可燃的富空气/燃料混合物。
17.根据权利要求9所述的系统，还包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂定位在所述第一组气缸的下游并且在所述选择性催化还原系统的上游，所述氧化催化剂被配置成还原在所述废气第一部分中所包括的一氧化碳和碳氢化合物，所述氧化催化剂还被配置成将在所述废气第一部分中的NO的一部分转化为NO2，所述废气第二部分绕过所述氧化催化剂。
18.一种操作包括多个气缸的发动机的方法，包括：
向所述多个气缸中的第一组气缸提供贫空气/燃料混合物；
以第一压缩比操作所述第一组气缸；
向所述多个气缸中的第二组气缸提供富空气/燃料混合物；
以与所述第一压缩比不同的第二压缩比操作所述第二组气缸；
将由所述第二组气缸产生的废气第二部分传送通过后处理系统的氨生成催化剂；
将所述废气第二部分传送通过所述后处理系统的至少一个下游后处理部件；以及
将由所述第一组气缸产生的废气第一部分传送通过所述至少一个下游后处理部件，所述废气第一部分绕过所述氨生成催化剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述贫空气/燃料混合物具有第一当量比，所述第一当量比具有由来自所述贫空气/燃料混合物的NOx排放物确定的上限，并且其中所述富空气/燃料混合物具有第二当量比，所述第二当量比在1.0至1.1范围内。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一压缩比被配置，以便提供以所述贫空气/燃料混合物操作的所述第一组气缸的高制动热效率。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二压缩比被配置，以便允许在所述第二组气缸中使用的所述富空气/燃料混合物的最佳燃烧定相，同时避免不受控制的自燃。
22.一种系统，包括：
发动机，所述发动机包括多个气缸；
第一进气节气门，所述第一进气节气门定位于所述多个气缸中的第一组气缸的上游；
第二进气节气门，所述第二进气节气门定位于在所述多个气缸中所包括的第二组气缸的上游；
氨生成催化剂，所述氨生成催化剂定位于所述第二组气缸的下游；以及
控制器，所述控制器通信地耦合到在所述第一进气节气门和所述第二进气节气门中的每一个进气节气门，所述控制器包括：
第一进气节气门电路，所述第一进气节气门电路被配置成指示所述第一进气节气门以第一流量将空气提供到所述第一组气缸内，所述第一空气流量在所述第一组气缸中产生贫空气/燃料混合物，
第二进气节气门电路，所述第二进气节气门电路被配置成指示所述第二进气节气门以第二流量将空气提供到所述第二组气缸内，所述第二流量在所述第二组气缸中产生富空气/燃料混合物，
氨确定电路，所述氨确定电路被配置成确定由所述氨生成催化剂产生的氨的摩尔流量，
NOx确定电路，所述NOx确定电路被配置成确定由所述第一组气缸产生的NOx摩尔流量，以及
NOx/氨比率控制电路，所述NOx/氨比率控制电路被配置为控制在所述第一组气缸中的所述NOx摩尔流量和在所述第二组气缸中的氨摩尔流量，使得NOx与氨的比率为1。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，第一组燃料计量设备和第一组燃料点火设备可操作地联接到所述第一组气缸，并且第二组燃料计量设备和第二组燃料点火设备可操作地联接到所述第二组气缸，其中，所述控制器还包括：
燃料计量电路，所述燃料计量电路被配置成指示所述第一组燃料计量设备将燃料引入到所述第一组气缸内，以便在所述第一组气缸中产生贫空气/燃料混合物，所述燃料计量电路还被配置成指示所述第二组燃料计量设备将燃料引入到所述第二组气缸内，以便在所述第二组气缸中产生富空气/燃料混合物；以及
燃料点火电路，所述燃料点火电路被配置成指示所述第一组燃料点火设备点燃在所述第一组气缸中的所述贫空气/燃料混合物，并指示所述第二组燃料点火设备点燃在所述第二组气缸中的所述富空气/燃料混合物，使得来自所述第一组气缸的NOx气体的摩尔流量与来自所述氨生成催化剂的氨的摩尔流量的比率为1。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述第一组气缸具有第一压缩比，所述第一压缩比被配置以便提供以所述贫空气/燃料混合物操作的所述第一组气缸的高制动热效率，并且所述第二组气缸具有第二压缩比，所述第二压缩比被配置以便允许在所述第二组气缸中使用的所述富空气/燃料混合物的最佳燃烧定相，同时避免不受控制的自燃。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述控制器还包括：
当量比确定电路，所述当量比确定电路被配置成确定在所述第一组气缸的第一当量比和所述第二组气缸的第二当量比中的至少一个当量比。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述NOx/氨比率控制电路还被配置成：控制在所述第一组气缸的第一当量比中的至少一个，以便将所述第一当量比限制在所述第一组气缸中的最大水平，并且控制所述第二组气缸的第二当量比，以针对所述第二组气缸将所述当量比按照化学计量的方式始终限制在富范围。
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