CN108457724B - 用于排气后处理装置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用于排气后处理装置的方法和系统。在一个示例中，方法包括响应于氨需求调整一个或多个发动机运转参数以在氨生成装置中产生氨。

Description

用于排气后处理装置的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月17日提交的德国专利申请号102017202574.3的优先权。以上引用申请的全部内容通过引用方式整体并入本文，用于所有目的。
技术领域
本说明书大体涉及通过连接到排气后处理装置的氨生成装置催化地产生氨。
背景技术
选择性催化还原(SCR)装置可用于还原车辆NOx输出。SCR装置可包含分散在其中的一种或多种催化活性组分，其中催化活性组分可通过引入还原剂而被还原成更具催化活性的状态。
喷射器可将尿素、燃料或其他类似化合物喷射到排气流中以与SCR的表面反应。例如，喷射器可将尿素喷射到排气流中，其中尿素被分解成氨，氨气流到SCR的表面并且与SCR的表面反应。
然而，将还原剂喷射到排气中可相对低效。例如，尿素分解成氨可以是温度敏感的，其中如果分解可随着排气温度降低而降低。另外，还原剂喷射的分布可由于低排气湍流而不均匀，从而导致SCR装置表面的不均匀还原。此外，还原剂喷射系统可利用不自补充的还原剂贮存器，由此迫使车辆操作者定期补充还原剂贮存器。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过这样的方法来解决，该方法包括：响应于氨需求，调整一个或多个发动机运转参数以将当前排气温度和压力调整到期望的排气温度和压力，以在氨生成装置中催化地产生氨。以这种方式，可在没有尿素或其他的情况下生成氨。
作为一个实例，氨需求来自SCR装置和贮存器中的一个或多个，其中SCR装置和贮存器中的每一个流体连接到氨生成装置。当不满足在氨生成装置中产生氨的条件时，贮存器可将氨引导到SCR装置。当调整发动机运转参数以增加排气温度时，可有意地降低燃料经济性，其中调整包括调整火花正时或燃料喷射正时、燃料喷射压力、燃料喷射体积、废气门位置、背压阀位置和扫掠至发动机的冷凝物的量中的一个或多个。
氨生成装置可被布置以从排气道接收能量。这可包括来自发动机、排气道和/或传热装置的管道或类似连接线，以便来自排气的能量(例如，热)可传递至氨生成装置。当期望氨产生时，氨生成装置可电连接到能量存储装置以接收1至5V。
应当理解，以上全部被提供从而以简化的形式介绍概念的选择，所述概念在具体实施方式中被进一步描述。并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方案。
附图说明
图1示出用于执行根据本发明的方法的示例性实施方式的机动车辆的内燃发动机和排气后处理装置。
图2示出了混合动力车辆的发动机示意图。
图3示出了用于调整一个或多个运转参数以在氨生成装置中产生氨的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于在氨生成装置中产生氨的系统和方法，所述氨生成装置用于向选择性催化还原SCR装置和贮存器中的一个或多个提供氨。图1示出了发动机、SCR装置和氨生成装置之间的关系，其中SCR装置沿着排气道布置。图2示出了布置在混合动力车辆中的发动机的发动机示意图。发动机连接到包括SCR装置的排气道。图3示出了用于调整一个或多个发动机运转参数以生成增加的排气温度从而改善在氨需求存在的情况下不满足氨产生的条件的方法。
排气后处理装置可用于净化(scrub)作为牵引发动机驱动机动车辆的内燃发动机的排气或燃烧气体，以便能够观察污染限制。
通过选择性催化还原(SCR)可从排气还原氮氧化物。在这样的排气后处理装置的SCR催化剂处的化学反应可以是选择性的，使得优先处理氮氧化物的还原，而消除不需要的二次反应，如二氧化硫氧化成三氧化硫。期望与排气混合的氨用于反应。反应的产物是水和氮。在反应的情况下，氮氧化物与氨的归中反应形成氮。
尿素水溶液(如AdBlue)被喷射到机动车辆的排气后处理装置中，在进一步传输通过排气管道期间通过水解由所述尿素水溶液产生氨。然而，为了储存尿素溶液，需要流体箱，这增加机动车辆中的包装约束。此外，流体箱可需要定期再填充，这可对车辆操作者造成麻烦。
通过Haber-Bosch工艺生产氨需要300巴和500巴之间的运转压力和400℃和500℃之间的温度。然而，这样的运转压力和温度可不通过多个发动机工况来提供。
因此，可需要证明可在机动车辆中产生用于排气后处理装置的氨的方式。
本公开的目的通过用于操作用于净化机动车辆的内燃发动机的排气的排气后处理装置的方法来实现，其中氨用于选择性催化还原所述排气中的氮氧化物，其中通过电解产生氨，其中分布在由氢氧化钾和氢氧化钠组成的混合物中的氧化铁(III)的纳米颗粒用作催化剂，1V和48V之间的电DC电压(直流电电压)用于电解，并且其中在150℃和450℃之间的运转温度下以及在5巴和50巴之间的运转压力下进行电解。水用作氢源。由氢氧化钠和氢氧化钾组成的等摩尔混合物被加热到150℃和450℃之间，使得产生熔融盐。大约四千万分之一毫米的小纳米颗粒的氧化铁(III)分配在熔盐中并且充当催化剂。在一些实施方式中，运转温度在200℃至250℃之间。另外地或可选地，电DC电压在1V和2V之间。另外地或可选地，在一些实施方式中，运转压力在10巴和30巴之间。另外地或可选地，运转压力在20巴和25巴之间。
通过两个电极，该混合物经受1V和48V之间的电DC电压。如果水蒸汽和空气流过该电化学电池，则水分子分裂为氧和氢。在催化辅助下，氢与空气中的大气氮结合，并且产生氨。由此可在相当较低的温度和压力下为排气后处理装置提供氨。因此，不需要在流体箱中储存尿素溶液。因此，包装约束被减少，并且不再需要补充流体箱。
根据一个实施方式，内燃发动机的废热可用于加热至运转温度。为此，例如使用内燃发动机的排气的热能，或者为用于冷却内燃发动机的冷却回路的冷却器提供连接。因此不需要如加热器的热源，也不消耗用于加热的附加能量，这增加了能量效率和燃料经济性。
根据另外的实施方式，内燃发动机的废热可用于产生运转压力。同样为此目的，例如可使用内燃发动机的排气的热能，或者为用于冷却内燃发动机的冷却回路的冷却器提供连接。借助于废热，例如可产生水蒸汽，以便因此提供运转压力。能量效率也以这种方式增加。
根据另外的实施方式，泵可产生运转压力。泵可增加通过使用废热提供的压力以达到期望的运转压力。
根据另外的实施方式，使用机动车辆的车载电气系统的电能，以便提供电DC电压。以这种方式，就不需要单独的电压供应。此外，例如也可因此使用暂时以电形式存储的通过回收恢复的制动能量。同样可能的是，通过热电发电机(TEG)利用废热以提供电DC电压。
根据另外的实施方式，使用由自内燃发动机的排气的水蒸汽获得的水，和/或其是收集的雨水或空气湿气。因此，可免除用于供给水的储箱的手动补充。
根据另外的实施方式，通过水的分解产生的氢用于能量产生。以这种方式，可使用燃料电池提供附加的能量(例如电能)，在正常运转期间和/或在具有特定功率峰值或要求的升压操作的情况下可使用该燃料电池。
图2示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果被显示彼此直接地接触，或直接地连接，那么这些元件可分别被称为直接地接触或直接地连接。类似地，至少在一个示例中，被显示彼此邻接或相邻的元件可分别为彼此邻接或相邻。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，被定位成彼此隔开，同时其之间仅具有空间且没有其他部件的元件可被称为如此。作为另一个示例，被显示在彼此的上面/下面，在彼此的相对侧，或在彼此的左侧/右侧的相对于彼此的元件可被称为如此。此外，在至少一个示例中，如图中所示，最高的元件或元件的点可被称为部件的“顶部”，并且最低的元件或元件的点可被称为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上/下、上面/下面可相对于图的垂直轴线，并且被用来描述图中的元件相对于彼此的定位。如此，在一个示例中，其他元件上面的所示元件被垂直定位在其他元件的上方。作为另一个示例，图内所描绘的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，如为环状的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒棱的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被显示彼此相交的元件可被称为相交的元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被显示在另一个元件内或被显示在另一个元件外面的元件可被称为如此。应该理解，根据制造公差(例如，在1-5％的偏差内)，被称为“大体上类似和/或相同”的一个或多个部件彼此不同。
图1示出了机动车辆2的内燃发动机4和排气后处理装置6。
内燃发动机4在本示例性实施方式中可以是柴油发动机。在一些实施方式中，内燃发动机4可以是奥托(Otto)发动机。
在排气流动方向上连接内燃发动机4的下游的排气后处理装置6具有沿着排气道3a布置的SCR催化剂10。SCR催化剂10可被配置以通过选择性催化还原来还原排气流中的氮氧化物(NOx)。在这种情况下，SCR催化剂10利用由用于产生所述氨的装置8提供的氨(NH3)。除了SCR催化剂之外，排气后处理装置6可具有另外的部件，如三元催化剂和/或NOx储存催化剂。此外，偏离于本示例性实施方式的排气后处理装置6也可具有多于一个的SCR催化剂。
装置8在本文可可互换地称为氨生成装置8。装置8可包括电化学电池，其中由氢氧化钾(KOH)和氢氧化钠(NaOH)组成的等摩尔混合物(例如摩尔比为0.5NaOH/0.5KOH)被提供作为催化剂，并且其中分布了尺寸为约四千万分之一毫米的氧化铁(III)(Fe2O3)。另外地或可选地，氨生成装置可包含Fe2O3、Fe3O4或FeO形式的Fe。另外地或可选地，在一些实施方式中，氨生成装置包含含有Fe、Os、Ru和Ur的催化剂。
此外，在本示例性实施方式中的来自环境空气的大气氮的氮气(N2)和例如来自储箱的水(H2O)可被进给到装置8。储箱可填充有水，所述水是来自排气的冷凝的水蒸汽或收集的雨水或空气湿气。
在运转期间，混合物被加热至150℃和450℃之间，特别是200℃和250℃之间的运转温度，并且暴露于1V和48V之间，特别是在1V和10V之间，更特别地在1V和2V之间的电DC电压U，并且也暴露于在5巴和50巴之间，特别是在10巴和30巴之间，更特别地在20巴和25巴之间的压力。在本示例性实施方式中，运转温度是200℃，并且电DC电压U具有1.2伏的值。压力在20巴和25巴之间的范围内，并且电流密度是2mA/cm2。在250℃的运转温度和25巴的压力下，电流密度为2mA/cm2的电DC电压U为1V。
为了将混合物加热到运转温度，本示例性实施方式中的装置8以这样的方式连接到内燃发动机4，使得例如可使用内燃发动机4的排气的热能。如所示出的，氨生成装置8可沿着次级联接3b布置。在图1的示例中，次级联接3b可允许来自发动机4的热传递至氨生成装置8。即，氨生成装置8可热连接至发动机4，而不从其接收排气。因此，氨生成装置8可以不流体连接至发动机4。在这样的示例中，当期望氨生成时和/或当满足氨生成条件时，空气可被引导至氨生成装置8。在氨生成装置8的催化剂的存在下空气中的N2和水可以反应以形成氨。
另外地或可选地，在一些实施方式中，次级联接可流体连接到SCR催化剂10上游的排气道3a的部分或流体连接到发动机4以便排气可流至氨生成装置8。可选地，可提供到用于冷却内燃发动机4的冷却回路的冷却器(例如热交换器)的联接。例如，装置8可以是排气再循环(EGR)冷却器、增压空气冷却器(CAC)等。以这种方式，可在发动机4中和/或排气道3a中布置阀，其中该阀被配置以调整到氨生成装置的排气流。在一个示例中，仅仅响应于来自SCR催化剂10或氨储箱的氨需求，该阀允许排气流到氨生成装置，如将在下面更详细地描述的。
在本示例性实施方式中，从机动车辆2的车载电力系统提供电DC电压U。可选地，可规定，热电发电机还使用内燃发动机4的废热来提供电DC电压U。
同样地，在本示例性实施方式中，为了产生运转压力，使用内燃发动机4的废热。在本示例性实施方式中，通过废热产生水蒸汽，从而因此提供运转压力。为了升压，可将泵与废热(例如，排气热能)结合使用以将当前压力增加到期望运转压力。
在操作期间，水蒸汽和空气流过装置8的电化学电池。在那里，水分裂成氧(O2)和氢(H2)。在催化辅助下，氢与空气中的大气氮结合，并且产生氨(NH3)。
为了补偿氨的需求峰值和/或释放在未使用状态下不需求的氨，部分地和暂时地存储氨。为此目的，装置8可包括氨储箱。
因此，可在相当低的温度和压力下为排气后处理装置提供氨。因此，不需要在流体箱中储存尿素溶液，使得节省了安装空间。也省去补充。
图2示出了由车辆5的发动机系统7包括的内燃发动机100的汽缸的示例。通过包括控制器12的控制系统和通过来自车辆操作者130的借助输入装置132的输入，可至少部分地控制发动机100。可类似于图1的发动机4使用发动机100。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机100的汽缸14(其在本文可称为燃烧室)可包括燃烧室壁136，而活塞138位于其中。活塞138可连接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可通过变速器系统连接到乘客车辆的至少一个驱动轮。此外，启动机马达(未示出)可通过飞轮连接到曲轴140，以使发动机100能够启动运转。
汽缸14可经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14之外，进气道146还可与发动机100的其他汽缸连通。图1示出了被配置具有涡轮增压器175的发动机100，所述涡轮增压器175包括布置在进气道142和144之间的压缩机174，以及沿排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可经由轴180至少部分地通过排气涡轮176提供动力。包括节流板164的节气门162可沿着发动机的进气道提供，用于改变提供给发动机汽缸的进气流速和/或压力。例如，节气门162可如图1所示定位在压缩机174的下游，或可选地可提供在压缩机174的上游。
涡轮增压器175可还包括沿着旁路182布置的废气门184。当废气门184处于至少部分打开的位置时，排气可在涡轮176周围流动并且通过旁路182。这可减小提供到发动机100的升压并且增加排气压力。
除了汽缸14之外，排气道148还可接收来自发动机100的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示连接到排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可从用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器中选择，例如，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所示)、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
在一个示例中，排放控制装置178布置在远车辆底部(far vehicle underbody)中。相比之下，该位置可为紧密连接的催化剂位置如第一催化剂184的位置的下游。以这种方式，第一催化剂184布置在排放控制装置178的上游。在一个示例中，第一催化剂184可以是TWC、颗粒过滤器(PF)、NOx柴油氧化催化剂等或其组合。
示出了SCR催化剂10，其布置在涡轮176的下游和排气道148中的背压阀173的上游。在一个示例中，排气道148大体上类似于图1的排气道3a。SCR催化剂直接流体地连接到氨生成装置8。氨生成装置8布置在排气道148的外部，并且被配置以将氨引导到SCR催化剂10和氨贮存器172中的每一个。如上所述，氨生成装置8可要求某些运转参数(例如，电力、温度和压力)以增加排气温度，从而提高氨产生。为了达到期望的温度和压力，可调整一个或多个运转参数以达到期望的条件。作为示例，可激活布置在氨生成装置8中的泵185以增加其压力和温度。另外地或可选地，背压阀173可被移动到更闭合的位置以允许更少的排气流过，由此增加经由次级联接(例如，图1的次级联接3b)流到氨生成装置8的排气的压力。附加的调整如下所述。
发动机100的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，显示汽缸14包括位于汽缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，发动机100的每个汽缸(包括汽缸14)可包括至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀，其位于汽缸的上部区域处。
进气门150可由控制器12通过驱动器152控制。类似地，排气门156可由控制器12通过驱动器154控制。在一些条件期间，控制器12可改变提供到驱动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和闭合。进气门150和排气门156的位置可由相应的气门位置传感器(未示出)确定。气门驱动器可以是电动气门驱动型或凸轮驱动型或其组合。可同时控制进气门正时和排气门正时，或者可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的任一种可能性。每个凸轮驱动系统可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(cam profile switching，CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，以改变气门操作。例如，汽缸14可可选地包括经由电动气门驱动控制的进气门，以及经由包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。在其他示例中，通过公共的气门驱动器或驱动系统，或可变气门正时驱动器或驱动系统，可控制进气门和排气门。
汽缸14可具有压缩比，其是当活塞138在下止点到上止点时的体积比。在一个示例中，压缩比在9:1到10:1的范围中。但是，在一些使用不同的燃料的示例中，可增加压缩比。例如，当使用较高辛烷燃料或具有较高的汽化潜焓(latent enthalpy of vaporization)的燃料时，这可发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，那么压缩比也可增加。
在一些示例中，发动机100的每个汽缸可包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190可通过火花塞192将点火火花提供到汽缸14。但是，在一些实施方式中，可省略火花塞192，如在发动机100可通过自点火或通过燃料的喷射启动燃烧的情况下，如同一些柴油发动机的情况。
在一些示例中，发动机100的每个汽缸可被配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制示例，显示汽缸14包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可被配置以递送从燃料系统80接收的燃料。燃料系统80可包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。显示燃料喷射器166直接地连接到汽缸14，用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接地喷射到其中。以这种方式，燃料喷射器166将公知的直接喷射(下文称为“DI”)的燃料提供到燃烧汽缸14中。虽然图1示出了位于汽缸14的一侧的喷射器166，但是可选地，其可位于活塞的顶部，如靠近火花塞192的位置。当用醇基燃料运转发动机时，由于一些醇基燃料较低的挥发性，这样的位置可改善混合和燃烧。可选地，喷射器可位于进气门的头顶位置，或者进气门附近，从而改善混合。燃料可经由高压燃料泵从燃料系统80的燃料箱和燃料轨被递送到燃料喷射器166。此外，燃料箱可具有压力传感器，其将信号提供到控制器12。
在将所谓的燃料的进气口燃料喷射(下文称为“PFI”)提供到汽缸14上游的进气口(进气道，intake port)中的配置中，燃料喷射器170被示出布置在进气道146中，而不是在汽缸14中。燃料喷射器170可与经由电子驱动器171的从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。注意，如所描述的，单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统，或者可使用多个驱动器，例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。
在可选的示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可被配置为用于将燃料直接喷射到汽缸14中的直接燃料喷射器。在另一个示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可被配置为用于在进气门150的上游喷射燃料的进气口燃料喷射器。在其他示例中，汽缸14可仅包括单个燃料喷射器，其被配置以以不同的相对量接收来自燃料系统的不同燃料作为燃料混合物，并且还被配置以作为直接燃料喷射器将该燃料混合物直接喷射到汽缸中或作为进气口燃料喷射器将该燃料混合物喷射在进气门的上游。
在汽缸的单个循环期间，通过两个喷射器可将燃料递送到汽缸。例如，每个喷射器可递送总燃料喷射的一部分，其在汽缸14中燃烧。此外，从每个喷射器递送的燃料的分配和/或相对量可随着工况如发动机负载、爆震和排气温度而变化，如下文所述。在打开的进气门事件、闭合进气门事件期间(例如，大体上在进气冲程之前)以及在打开和闭合进气门操作期间可递送进气口喷射的燃料。类似地，例如，在进气冲程期间以及部分地在先前的排气冲程期间、在进气冲程期间以及部分地在压缩冲程期间可递送直接喷射的燃料。因此，即使对于单个燃烧事件，喷射的燃料也可以不同的正时从进气口和直接喷射器喷射。此外，对于单个燃烧事件，可在每个循环中执行递送的燃料的多次喷射。在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合期间可执行多次喷射。
在本文中，可更详细地描述进气门150的操作。例如，进气门150可从完全打开的位置移动到完全闭合的位置，或者移动到两者间的任何位置。对于所有相同的条件(例如，节气门位置、车辆速度、压力等)而言，相比于进气门150的任何其他位置，完全打开的位置允许更多的来自进气道146的空气进入汽缸14。相反地，相比于进气门150的任何其他位置，完全闭合的位置可阻止和/或允许最少量的来自进气道146的空气进入汽缸14。因此，完全打开的位置和完全闭合的位置之间的位置可允许不同量的空气在进气道146与汽缸14之间流动。在一个示例中，将进气门150移动到更打开的位置允许相比于其初始位置更多的空气从进气道146流到汽缸14。
燃料喷射器166和170可具有不同的特性。这些包括尺寸上的差异，例如，一个喷射器可具有比另一个喷射器大的喷射孔。其他差异包括但不限于不同的喷射角度、不同的运转温度、不同的靶向、不同的喷射正时、不同的喷射特性、不同的位置等。此外，根据喷射器170和166之间喷射燃料的分配比例，可达到不同的效果。
燃料系统80中的燃料箱可保持不同燃料类型的燃料，如具有不同燃料质量和不同燃料组成的燃料。差异可包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷、不同的蒸发热、不同的燃料掺和物和/或其组合等。具有不同的蒸发热的燃料的一个示例可包括具有较低的蒸发热的作为第一燃料类型的汽油，以及具有较大的汽化热的作为第二种燃料类型的乙醇。在另一个示例中，发动机可使用作为第一燃料类型的汽油，以及作为第二燃料类型的醇，所述醇包含燃料掺和物，如E85(其为约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(其为约85％的甲醇和15％的汽油)。其他可行的物质包括水、甲醇、醇和水的混合物、水和甲醇的混合物、醇的混合物等。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)106；输入/输出端口(I/O)108；可执行程序和校准值的电子存储介质，其在该具体示例中被示为非暂时性只读存储器(ROM)芯片110用于存储可执行指令；随机存取存储器(RAM)112；保活存储器(KAM)114；以及数据总线。除了先前讨论的那些信号，控制器12可从连接到发动机100的传感器接收各种信号，其包括来自质量空气流量传感器122的吸入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自连接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接到曲轴140的霍尔效应传感器120(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)；以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。通过控制器12可从信号PIP产生发动机转速信号，RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度。
如上所述，图2仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可类似地包括其自身的进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等的组。应当理解，发动机100可包括任何合适数量的汽缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个汽缸。此外，这些汽缸中的每一个都可包括通过图1描述和描绘的各种部件中的一些或全部，参考汽缸14。
在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车辆车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在所示的示例中，车辆5包括发动机100和电机(M/G)52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机100的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车辆车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140和电机52之间，并且第二离合器56设置在电机52和变速器54之间。控制器12可向每个离合器56的驱动器发送信号以接合或分离离合器，从而将曲轴140与电机52和与其连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54和与其连接的部件连接或断开。变速器54可以是变速箱、行星齿轮系统或其他类型的变速器。动力传动系统可以各种方式配置，包括作为并联、串联或串并联混合动力车辆。
电机52从牵引电池58接收电力以向车辆车轮55提供扭矩。电机52也可作为发电机运转，以提供电力从而将电池充电——例如在制动操作期间。在一个示例中，电池58电连接到氨生成装置8。
控制器12接收来自图2的各种传感器的信号并且采用图2的各种驱动器，以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机运转。
现在转到图3，其示出了方法300，所述方法300示例了调整一个或多个发动机运转参数(如果需要的话)以满足响应于氨负载小于阈值负载从而补充贮存器中的氨的工况。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器(如上面参考图2所述的传感器)接收的信号，通过控制器可执行用于进行方法300的指令。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机驱动器以调整发动机运转。
方法300在302处开始，其中方法300可包括确定、估计和/或测量当前的发动机运转参数。当前的发动机运转参数可包括但不限于节气门位置、发动机温度、发动机转速、歧管压力、车辆速度、排气再循环流速、升压压力和空气/燃料比中的一个或多个。
方法300可进行到304，其中方法300可包括确定氨贮存器(例如，图2的贮存器172)中的氨负载。在一些实施方式中，基于来自布置在贮存器中的压力传感器的反馈可估计氨负载。另外地或可选地，在一些实施方式中，基于存储在多输入查找表中的数据可估计氨负载，其中输入可包括由装置(例如，图1和图2的装置8)产生的氨、由SCR(例如，图1和图2的SCR 10)消耗的氨、引导到氨贮存器的氨、从氨贮存器消耗的氨以及发动机NOx输出中的两个或更多个。
方法300可进行到306，其中方法包括确定氨负载是否小于阈值负载。阈值负载可基于SCR还原NOx所要求的氨的量。在一些实施方式中，基于还原发动机NOx所消耗的氨的平均量可调整阈值负载。另外地或可选地，基于即将到来的发动机NOx输出的量可调整阈值负载。作为示例，如果即将到来的发动机NOx输出的量高于当前的发动机NOx输出的量，则阈值负载可增加。另外地或可选地，在一些实施方式中，阈值负载可基于处理最高量的发动机NOx输出所消耗的氨的量。也就是说，阈值负载对应于用于处理100％的发动机NOx输出的氨负载，其中100％的发动机NOx输出对应于其中NOx输出最高的发动机工况(例如，冷启动)。另外地或可选地，阈值负载可基于固定体积，其中固定体积等于贮存器总体积的百分比(例如贮存器总体积的90％)。
无论如何，如果氨负载不小于阈值负载，则方法300可前进到308，以保持当前的发动机运转参数并且不调整排气条件以产生氨。
如果氨负载小于阈值负载，则方法300可进行到310以增加运转温度和压力。如上所述，通过利用排气热可被动地增加压力和温度。另外地或可选地，可激活泵(例如，图2的泵185)，其可将排气压力以及因此的温度增加到期望的运转温度和压力。如上所述，期望的运转压力可包括在5巴和50巴之间的范围内的压力。另外地或可选地，在一些实施方式中，期望的运转压力可包括在15巴和30巴之间的范围内的压力。另外地或可选地，在一些实施方式中，期望的运转压力可包括在20巴和25巴之间的范围内的压力。在一个示例中，期望的运转压力正好是22巴。期望的运转温度可包括在150℃和450℃之间的范围内的温度。另外地或可选地，在一些实施方式中，运转温度可包括在150℃和350℃之间的范围内的温度。另外地或可选地，在一些实施方式中，运转温度可包括在150℃和250℃之间的范围内的温度。另外地或可选地，在一些实施方式中，运转温度可包括在200℃和250℃之间的范围内的温度。在一个实例中，运转温度正好是220℃。
方法300可进行到312，其中方法可包括确定运转温度和压力是否仍然小于阈值温度和压力。基于来自排气温度传感器、排气质量流传感器和排气压力传感器中的一个或多个的反馈可估计运转温度和压力。另外地或可选地，基于当前的发动机运转参数可计算运转温度和压力，所述当前的发动机运转参数包括302处的发动机运转参数中的至少一些。
如果运转温度和压力不小于期望的运转压力温度，则方法可进行到314，其中方法300可保持当前的运转参数并且不调整发动机工况。也就是说，通过泵和排气热中的一个或多个充分调整排气条件，使得氨可通过装置产生。
方法300可进行到316，其中方法可包括补充氨贮存器的氨负载。在一些示例中，这可包括当补充发生时使氨仅流到贮存器而不流到SCR。另外地或可选地，当NOx还原与期望补充同时被期望时，补充可还包括使氨流到SCR和贮存器两者。在一些示例中，当期望NOx还原和氨补充时，到SCR和贮存器的氨的流量可基于当前的SCR氨负载和发动机NOx输出。因此，响应于当前SCR氨负载降低和发动机NOx输出增加中的一个或多个，到SCR的氨的流量可增加。
返回到312，如果运转温度和压力小于期望的运转温度和压力，则方法300可进行到318以调整一个或多个发动机工况，其包括在320处延迟火花、在322处增加主燃料喷射压力、在324处增加二次燃料喷射体积、在326处增加废气门打开、在328处增加背压阀门闭合、以及在330处增加扫掠(swept)至发动机的冷凝物的量。增加废气门打开可以是结合升压需求的传导，其中废气门打开可随着升压需求减少而增加。响应于燃烧稳定性，可调整增加背压阀(例如，图2的背压阀173)的闭合，其中随着排气被吸入燃烧室的可能性增加，背压阀的闭合减小。减小背压阀的闭合可导致更加打开的背压阀位置，使得允许更多的排气在给定的时间点流过背压阀。
增加扫掠至发动机的冷凝物可包括将冷凝物从一个或多个冷却器扫掠至发动机。冷却器可包括CAC、EGR冷却器或其中冷凝物可积聚的其他类似冷却器。扫掠至发动机的冷凝物的量可基于燃烧稳定性，其中随着燃烧稳定性增加，冷凝物扫掠的量增加。向燃烧混合物添加水可允许水蒸汽存在于排气中，其可增加排气压力。也就是说，通过向具有给定空气/燃料比的燃烧混合物添加水，相对于给定空气/燃料比的排气压力，可增加给定空气/燃料比的排气压力。
通过在318处调整一个或多个发动机运转参数，方法300可有意地降低燃料经济性以允许装置合成用于氨贮存器和SCR中的一个或多个的氨。在318之后，方法300可继续监测运转温度和压力是否大于或等于期望的运转温度和压力。
以这种方式，车辆可包括被配置以合成氨的车载装置。氨可储存在贮存器中或储存在SCR中。布置包含被配置以在氮、空气和水存在的情况下产生氨的催化剂的装置的技术效果是消除再填充还原剂贮存器的麻烦的任务。通过在车上产生还原剂(氨)，车辆操作者可不再被迫手动再填充还原剂贮存器。
方法的实施方式包括操作用于净化机动车辆的内燃发动机的排气的排气后处理装置，其中氨用于选择性催化还原排气中的氮氧化物，其中通过电解产生氨，其中分布在由氢氧化钾和氢氧化钠组成的混合物中的氧化铁(III)的纳米颗粒用作催化剂，1V和48V之间的电DC电压用于电解，并且其中在150℃和450℃之间的运转温度下以及在5巴和50巴之间的运转压力下进行电解。方法的第一示例还包括其中内燃发动机的废热用于加热至运转温度和运转压力。任选地包括第一示例的方法的第二示例还包括其中通过泵产生运转压力。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例还包括其中通过机动车辆的车载电力系统的电能提供电DC电压。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例还包括其中氨暂时地储存在贮存器中。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的方法的第五示例还包括其中通过电解产生氨还包括添加水，其中水获自从来自内燃发动机的排气的水蒸汽、雨水和空气湿气中的一个或多个。
系统的实施方式包括氨生成装置，其包括分布在由氢氧化钾和氢氧化钠组成的混合物中的作为催化剂的氧化铁(III)的纳米颗粒，所述氨生成装置还包括电连接以使用1V和48V之间的电DC电压用于电解，并且在150℃和450℃之间的运转温度下以及在5巴和50巴之间的运转压力下进行电解。系统的第一示例任选地包括其中电连接是至混合动力车辆的能量储存装置。任选地包括第一示例的系统的第二示例还包括其中DC电压在1V和2V之间，运转温度在200℃和250℃之间，并且运转压力在20巴到25巴之间。任选地包括第一示例和/或第二示例的系统的第三示例还包括其中氨生成装置连接到布置在排气道中的选择性还原催化剂，所述排气道被配置以接收来自发动机的排气，并且其中氨生成装置进一步连接到氨贮存器，并且其中当选择性还原催化剂不需要氨时，氨生成装置将其中产生的氨引导到氨贮存器。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的系统的第四示例还包括其中响应于产生氨的需求，氨生成装置在选择性催化还原装置之前接收至少一些排气能量。
方法的实施方式包括响应于氨需求而调整一个或多个发动机运转参数以将当前排气温度和压力调整到期望的排气温度和压力，以在氨生成装置中催化地产生氨。方法的第一示例还包括其中氨需求来自选择性还原装置和贮存器中的一个或多个，其中选择性还原装置和贮存器中的每一个流体连接到氨生成装置。任选地包括第一示例的方法的第二实例还包括其中当不满足在氨生成装置中生成氨的条件时，贮存器将氨引导到选择性还原装置。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例还包括其中调整一个或多个发动机运转参数包括调整火花正时、燃料喷射压力、燃料喷射体积、废气门位置、背压阀位置和扫掠至所述发动机的冷凝物的量中的一个或多个。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例还包括其中在使排气流到选择性催化还原装置之前，将来自发动机的排气的一部分直接转向到氨生成装置。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的方法的第五示例还包括其中氨生成装置电连接到能量存储装置，并且当期望氨产生时接收1V至5V之间。任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个的方法的第六示例还包括其中调整当前排气压力还包括激活氨生成装置的泵。任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个的方法的第七示例还包括其中氨生成装置包含Fe2O3、Fe3O4或FeO形式的Fe。任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个的方法的第八示例还包括其中氨生成装置包含含有Fe、Os、Ru和Ur的催化剂。
需注意，包括在本文中的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时性存贮器中，并且可由控制系统执行，所述控制系统包括与各种传感器、驱动器以及其他发动机硬件组合的控制器。本文描述的具体程序可表示任何数量的处理策略，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等中的一个或多个。这样，示出的各种动作、操作和/或功能可以示出的序列、并行或以一些省略的情况执行。同样地，处理的顺序不一定需要实现本文所描述的示例实施方式的特征和优点，而是为了便于说明和描述而提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质的非暂时性存贮器的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。
应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施方式不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在这个或相关申请的新权利要求的提出被要求保护。这些权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (18)

1.一种用于发动机的方法，所述方法包括：
操作用于净化机动车辆的内燃发动机的排气的排气后处理装置，其中氨用于选择性催化还原所述排气中的氮氧化物，其中当氨负载小于阈值负载时，通过电解补充所述氨，其中分布在由氢氧化钾和氢氧化钠组成的混合物中的氧化铁的纳米颗粒用作催化剂，1V和48V之间的电DC电压用于所述电解，并且其中在150℃和450℃之间的运转温度下以及在5巴和50巴之间的运转压力下进行所述电解，所述氨在所述排气后处理装置的氨生成装置处产生，所述方法进一步包括经由泵和排气热将排气温度和压力分别增大到期望的排气温度和期望的排气压力，从而响应于氨需求在所述氨生成装置中催化地产生所述氨，其中所述排气热是所述内燃发动机的废热并且用于将所述氨生成装置加热到所述运转温度以及用于提供所述运转压力，并且在所述排气温度和压力持续低于所述期望的排气温度和所述期望的排气压力的情况下调节发动机工况，其中当氨不小于所述阈值负载时，所述发动机工况被保持。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述机动车辆的车载电力系统的电能提供所述电DC电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中氨暂时地储存在贮存器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过电解产生氨还包括添加水，其中所述水从来自所述内燃发动机的所述排气的水蒸汽、雨水和空气湿气中的一个或多个中获得。
5.一种用于发动机的系统，其包括：
氨生成装置，其包括分布在由氢氧化钾和氢氧化钠组成的混合物中的作为催化剂的氧化铁的纳米颗粒，所述氨生成装置还包括电连接以使用1V和48V之间的电DC电压用于电解，并且在150℃和450℃之间的运转温度下以及在5巴和50巴之间的运转压力下进行所述电解；
发动机；
泵；以及
控制器，其具有用于确定氨负载的指令，并且当氨负载小于阈值负载时，经由所述泵和排气热将所述发动机的排气温度和所述发动机的排气压力分别增大到期望的排气温度和期望的排气压力，从而在所述氨生成装置中催化地产生氨，其中所述排气热是所述发动机的废热并且用于将所述氨生成装置加热到所述运转温度以及用于提供所述运转压力，在所述排气温度和所述排气压力持续低于所述期望的排气温度和所述期望的排气压力的情况下调节发动机工况，并且当氨负载不小于所述阈值负载时，保持发动机工况。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电连接是至混合动力车辆的能量储存装置的电连接。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述DC电压在1V和2V之间，所述运转温度在200℃和250℃之间，并且所述运转压力在20巴到25巴之间。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述氨生成装置连接到布置在排气道中的选择性还原催化剂，所述排气道被配置以接收来自发动机的排气，并且其中所述氨生成装置进一步连接到氨贮存器，并且其中当所述选择性还原催化剂不需要氨时，所述氨生成装置将其中产生的氨引导到所述氨贮存器。
9.根据权利要求5所述的系统，其中所述氨生成装置热连接至所述发动机并且不流体连接到所述发动机。
10.一种用于发动机的方法，其包括：
当氨负载小于阈值负载时，调整一个或多个发动机运转参数以将当前排气温度和当前排气压力增加到期望的排气温度和期望的排气压力，以通过废热产生水蒸汽，从而提供运转压力，生成的所述运转压力在氨生成装置中通过金属氧化物的纳米颗粒催化地产生氨；以及
当氨负载不小于所述阈值负载时，保持发动机运转参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述阈值负载是选择性还原装置和贮存器中的一个或多个需求的氨的量，并且其中所述选择性还原装置和所述贮存器中的每一个流体连接到所述氨生成装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中当不满足在所述氨生成装置中生成氨的条件时，所述贮存器将氨引导到所述选择性还原装置。
13.根据权利要求10所述的方法，其中调整一个或多个发动机运转参数包括调整火花正时、燃料喷射正时、燃料喷射压力、燃料喷射体积、废气门位置、背压阀位置和扫掠至所述发动机的冷凝物的量中的一个或多个。
14.根据权利要求11所述的方法，其还包括响应所述氨需求使空气流至所述氨生成装置。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述氨生成装置电连接到能量存储装置，并且当期望氨产生时接收1V至5V之间的电压。
16.根据权利要求10所述的方法，其中调整当前排气压力还包括激活所述氨生成装置的泵。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述氨生成装置包含Fe2O3、Fe3O4或FeO形式的Fe。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属氧化物是Fe、Os、Ru或Ur的金属氧化物。
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