在发动机中没有使用氧化进行发动机排气NOx控制的方法
阅读：1008发布：2020-07-31
专利汇可以提供在发动机中没有使用氧化进行发动机排气NOx控制的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及在 发动机 中没有使用 氧 化进行发动机排气NOx控制的方法，具体地，一种动 力 系包括具有 燃烧室 和后处理系统的内燃发动机。一种用于减少该动力系中的NOx排放物的方法包括：监测NO2与NO的实际的废气供给流比；监测NO2与NO的期望的废气供给流比；将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；以及基于NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比的比较，选择地开始NO2生成循环，其包括在一次燃烧事件之后将 燃料 质量 喷射到所述燃烧室中。，下面是在发动机中没有使用氧化进行发动机排气NOx控制的方法专利的具体信息内容。
1.用于减少动力系中的NOx排放物的方法，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室和后处理系统，所述方法包括：
监测NO2与NO的实际的废气供给流比；
监测NO2与NO的期望的废气供给流比；
将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；以及基于NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比的比较，选择地开始NO2生成循环以增大NO2与NO的所述实际的废气供给流比，其包括在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中以生成HO2，其中所生成的HO2使存在于燃烧室中的NO氧化以生成足以增大NO2与NO的所述实际的废气供给流比的NO2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，监测NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
监测所述发动机的操作；
基于所述发动机的所述操作来确定期望的发动机NOx后处理装置；以及基于所述期望的发动机NOx后处理装置来选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用NOx处理催化剂和贫NOx阱；
其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用NOx处理催化剂和贫NOx阱；
其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用脲-选择性催化还原装置；
其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为NO2与NO的基本上1比1的摩尔比。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用烃-选择性催化还原装置；
其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述烃-选择性催化还原装置包括银-氧化铝催化剂。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
利用柴油颗粒过滤器和所述柴油颗粒过滤器上游的氧化催化剂；
其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在所述后处理装置的预热期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述后处理装置的预热期间将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2还包括在所述后处理装置的预热之后将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述期望的发动机NOx后处理装置包括含有铂族金属的上游氧化催化剂。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在首次燃烧事件之后根据进入所述燃烧室的所喷射燃料质量生成HO2；以及利用所生成的HO2来氧化存在于所述燃烧室中的NO，以生成NO2。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述一次燃烧事件之后将所述燃料质量喷射到所述燃烧室中包括：当NO2与NO的所述期望的废气供给流比小于基本上全部NO2时，在所述一次燃烧事件之后将额外的燃料质量喷射到比多气缸发动机中的气缸总数少的多个气缸中。
13.减少动力系中的NOx排放物的方法，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室和后处理系统，所述方法包括：
监测所述发动机的操作；
确定NO2与NO的实际的废气供给流比；
基于所述发动机的所述操作确定期望的发动机NOx后处理装置；
基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的期望的废气供给流比；
将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；
在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中，以生成HO2；以及利用所生成的HO2来氧化存在于所述燃烧室中的NO，以生成足以以NO2与NO的所述期望的废气供给流比建立NO2与NO的所述实际的废气供给流比的NO2。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在贫NOx阱上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在贫NOx阱上。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上1比1。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述内燃发动机是均质充量压缩点火发动机。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述内燃发动机是分层充量火花点火发动机。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述内燃发动机是均质火花点火发动机。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述内燃发动机是柴油发动机。
21.用于减少动力系中的NOx排放物的设备，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室，所述设备包括：
后处理系统；以及
后处理系统控制模块：
监测NO2与NO的实际的废气供给流比；
监测NO2与NO的期望的废气供给流比；
将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；
通过在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中以生成HO2来选择地开始NO2生成以增大NO2与NO的所述实际的废气供给流比，其中所生成的HO2使存在于燃烧室中的NO氧化以生成足以以NO2与NO的所述期望的废气供给流比建立NO2与NO的所述实际的废气供给流比的NO2。
在发动机中没有使用氧化进行发动机排气NOx控制的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及内燃发动机中的NOx排放物的后处理的控制。
背景技术
[0002] 这一部分的陈述仅提供与本发明相关的背景技术信息，并且可能不构成现有技术。
[0003] 氮的氧化物NOx是燃烧的已知副产物。NOx由存在于在高温燃烧中分离出的发动机进气中的氮和氧分子而产生，NOx产生的速率包括与燃烧过程的已知关系，例如，NOx产生的较高速率与较高的燃烧温度和空气分子对较高温度的较长时间的暴露相关联。
[0004] NOx分子一旦在燃烧室中产生，就可以在后处理装置的较宽泛类别内在本领域中已知的示例性装置中转化回为氮和氧分子。然而，本领域普通技术人员将认识到，后处理设备很大程度上依赖于运行条件，例如由废气流温度和发动机空气/燃料比驱动的装置运行温度。另外，后处理装置包括易于由于随时间和对高温的暴露而损害或劣化的材料，例如催化剂床。
[0005] 发动机控制方法可以利用不同的运行策略，以使燃烧最优化。在燃料效率方面使燃烧最优化的一些运行策略包括燃烧室内的贫燃烧、局部燃烧或分层燃烧，从而减少用于实现气缸所需的功输出所必要的燃料充量，并且例如通过在无节流条件下运行、减小空气进气泵送损失来提高发动机效率。尽管燃烧室中的温度在燃烧壳可以达到足够高，从而产生显著量的NOx，但是燃烧室的总体能量输出，特别地，通过废气流从发动机排出的热能量，会从标称值显著地减小。因为后处理装置频繁地需要由废气流温度驱动的升高运行温度来适当地操作以处理NOx排放物，所以这些条件会对排气后处理策略带来挑战。
[0006] 后处理装置是已知的，例如利用化学反应来处理废气流的后处理装置。一种示例性装置包括选择性催化还原装置（SCR）。SCR装置的已知用途利用源自脲喷射的氨来处理NOx。在SCR内的催化剂床上储存的氨与优选地以NO和NO2的期望比例的NOx反应，并产生有利的反应来处理NOx。一个示例性实施例包括优选的一对一的NO2与NO摩尔比，并且被公知为快速的SCR反应。已知的是，操作NOx处理催化剂，例如柴油应用中的SCR上游的柴油氧化催化剂（DOC），以将NO转化为NO2，以便于SCR的更好的处理。排气后处理的继续改进需要与废气流中的NOx排放物有关的精确信息，以实现有效的NOx还原，例如基于监测的NOx排放物配给适当量的脲。
[0007] 用于处理废气流的其它后处理装置也是已知的。在汽油应用中尤其使用诸如三效催化剂（TWC）的NOx处理催化剂。贫NOx阱（NOx阱）利用能够储存一些量的NOx的催化剂，并且已经开发出发动机控制技术来将这些NOx阱或NOx吸附剂与燃料有效的发动机控制策略结合，以提高燃料效率，并且还实现可接受水平的NOx排放物。一种示例性策略包括在燃料贫操作期间使用贫NOx阱来储存NOx排放物，然后在燃料富的、较高温度的发动机运行条件期间利用传统的三效催化剂将储存的NOx净化为氮和水。然而，当三效催化剂的温度太低而不能将废气供给流NO转化为NO2时，在较低温度的发动机运行条件下使用传统的三效催化剂储存NOx将NOx储存限制到利用NOx阱的废气供给流NO2。柴油颗粒过滤器（DPF）在柴油应用中捕获烟和颗粒物质，并且在高温再生事件中定期地净化捕获的材料。高排气NO2/NO分数有助于此净化。
[0008] 在本领域中还已知的是，各种类型的发动机建模有助于理解和预测发动机的行为。这些模型在发动机操作期间和在各种排气排放物处理装置的操作期间发生的物理和化学过程的描述中加入了各种水平的复杂度。加入了在燃烧期间发生的物理过程的相对简单的描述和化学过程的更详细的描述的模型在描述和获取发动机现象的合理预测方面会是非常有用的，同时使得在使用模型时涉及的成本和复杂度最小化，其中，发动机现象的合理预测高度依赖于燃烧化学（性质），例如发动机和排气中的废气成分的形成和破坏、自燃和发动机中的NO向NO2的转化。
发明内容
[0009] 一种动力系包括具有燃烧室和后处理系统的内燃发动机。一种用于减少该动力系中的NOx排放物的方法包括：监测NO2与NO的实际的废气供给流比；监测NO2与NO的期望的废气供给流比；将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；以及基于NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比的比较结果，选择性地开始NO2生成循环，其包括在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中。
[0010] 本发明还提供如下方案：
[0011] 1.用于减少动力系中的NOx排放物的方法，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室和后处理系统，所述方法包括：
[0012] 监测NO2与NO的实际的废气供给流比；
[0013] 监测NO2与NO的期望的废气供给流比；
[0014] 将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；以及
[0015] 基于NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比的比较，选择地开始NO2生成循环，其包括在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中。
[0016] 2.根据方案1所述的方法，其中，监测NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0017] 监测所述发动机的操作；
[0018] 基于所述发动机的所述操作来确定期望的发动机NOx后处理装置；以及[0019] 基于所述期望的发动机NOx后处理装置来选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比。
[0020] 3.根据方案2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
[0021] 在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用NOx处理催化剂和贫NOx阱；
[0022] 其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0023] 在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
[0024] 4.根据方案2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
[0025] 在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用NOx处理催化剂和贫NOx阱；
[0026] 其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0027] 在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
[0028] 5.根据方案2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
[0029] 在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用脲-选择性催化还原装置；
[0030] 其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0031] 在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为NO2与NO的基本上1比1的摩尔比。
[0032] 6.根据方案2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
[0033] 在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，利用烃-选择性催化还原装置；
[0034] 其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0035] 在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的所述阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
[0037] 8.根据方案2所述的方法，其中，确定所述期望的发动机NOx后处理装置包括：
[0038] 利用柴油颗粒过滤器和所述柴油颗粒过滤器上游的氧化催化剂；
[0039] 其中，选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0040] 在所述后处理装置的预热期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
[0041] 9.根据方案8所述的方法，其中，在所述后处理装置的预热期间将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2还包括在所述后处理装置的预热之后将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2。
[0042] 10.根据方案2所述的方法，其中，所述期望的发动机NOx后处理装置包括含有铂族金属的上游氧化催化剂。
[0043] 11.根据方案1所述的方法，还包括：
[0044] 在首次燃烧事件之后根据进入所述燃烧室的所喷射燃料质量生成HO2；以及[0045] 利用所生成的HO2来氧化存在于所述燃烧室中的NO，以生成NO2。
[0046] 12.根据方案1所述的方法，其中，在所述一次燃烧事件之后将所述燃料质量喷射到所述燃烧室中包括：当NO2与NO的所述期望的废气供给流比小于基本上全部NO2时，在所述一次燃烧事件之后将额外的燃料质量喷射到比多气缸发动机中的气缸总数少的多个气缸中。
[0047] 13.减少动力系中的NOx排放物的方法，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室和后处理系统，所述方法包括：
[0048] 监测所述发动机的操作；
[0049] 确定NO2与NO的实际的废气供给流比；
[0050] 基于所述发动机的所述操作确定期望的发动机NOx后处理装置；
[0051] 基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的期望的废气供给流比；
[0052] 将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；
[0053] 在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到所述燃烧室中，以生成HO2；以及[0054] 利用所生成的HO2来氧化存在于所述燃烧室中的NO，以生成足以以NO2与NO的所述期望的废气供给流比建立NO2与NO的所述实际的废气供给流比的NO2。
[0055] 14.根据方案13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0056] 在冷起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
[0057] 15.根据方案13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0058] 在热起动操作和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上全部NO2，以将NO2储存在所述贫NOx阱上。
[0059] 16.根据方案13所述的方法，其中，基于所述期望的发动机NOx后处理装置选择NO2与NO的所述期望的废气供给流比包括：
[0060] 在所述后处理系统的预热和贫化学计量的发动机操作的阶段期间，将NO2与NO的所述期望的废气供给流比选择为基本上1比1。
[0063] 19.根据方案13所述的方法，其中，所述内燃发动机是均质火花点火发动机。
[0065] 21.用于减少动力系中的NOx排放物的设备，所述动力系包括内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室，所述设备包括：
[0066] 后处理系统；以及
[0068] 监测NO2与NO的实际的废气供给流比；
[0069] 监测NO2与NO的期望的废气供给流比；
[0070] 将NO2与NO的所述实际的废气供给流比与所述期望的废气供给流比进行比较；
[0072] 现在参照附图通过示例来描述一个或多个实施例，在附图中：
[0073] 图1是描绘出根据本发明的内燃发动机、控制模块和排气后处理系统的示意图；
[0074] 图2用示图示出了根据本发明的相对于时间绘出的发动机操作和由此得到的所测量的废气供给流中的作为NO2存在的NOx的百分比和NOx质量流量的示例；
[0075] 图3用示图示出了根据本发明的在最初200秒期间的发动机操作和由此得到的所测量的存在于废气供给流中的NOx质量流量和累积的NOx含量的示例；
[0077] 图5用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件的膨胀冲程期间根据曲柄角的在各喷射开始位置时的所喷射燃料质量和产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比；
[0078] 图6用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件期间根据温度的在各种喷射开始位置时的所喷射燃料质量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0079] 图7用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件期间根据在上止点之后的56度时的喷射曲柄角开始的所喷射燃料质量之后的NO和NO2平均质量分数；
[0080] 图8用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件期间根据在上止点之后的56度的喷射曲柄角开始的所喷射燃料质量之后的OH和HO2质量分数；
[0081] 图9用示图示出了根据本发明的在膨胀冲程期间在上止点之后的37.6度时的喷射开始时的所喷射燃料质量的各模型计算的量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0082] 图10用示图示出了根据本发明示例性实施例的在膨胀冲程期间在上止点之后的56度时的喷射开始时的所喷射燃料质量的各模型计算的量以及产生的存在于废气供给流中的在NOx中存在的NO2的百分比和总烃；
[0083] 图11用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件期间根据温度的在各喷射开始位置时的所喷射燃料质量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0084] 图12用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件期间根据温度的在各喷射开始位置时的所喷射燃料质量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0085] 图13用示图示出了根据本发明的在所建模的燃烧事件的膨胀冲程期间在上止点之后的36度时的所喷射燃料质量的各种量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0086] 图14用示图示出了根据本发明的在膨胀冲程期间在上止点之后的56度时的所喷射燃料质量的各模型计算的量以及产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；
[0087] 图15用示图示出了根据本发明的在各喷射开始的曲柄角期间根据温度的仅进入所建模的燃烧事件的七个建模区的第二个建模区的所喷射燃料质量和产生的存在于废气供给流中的NOx中的NO2的百分比和总烃；以及
[0088] 图16示意性地示出了根据本发明的包括第一后处理装置和第二后处理装置的示例性后处理系统。
具体实施方式
[0089] 现在参照附图，其中描绘仅是为了示出特定示例性实施例的目的，并不是为了对其进行限制的目的，图1是描绘出根据本发明的内燃发动机10和控制模块5以及排气后处理系统200的示意图。示例性的发动机包括具有往复活塞22的多缸直喷式内燃发动机，往复活塞22附接到曲轴24，并且可在气缸20中移动，这限定了可变体积的燃烧室34。已知的是发动机在压缩点火或火化点火下运行。另外，已知的方法在单个发动机中利用任一点火策略，以便基于诸如发动机速度和负载的因素来调整策略。另外，已知的是发动机在混合策略下运行，例如火化辅助的压缩点火策略。本发明旨在包括发动机运行的这些示例性实施例，但是不意于对其进行限制。曲轴24可操作地附接到车辆变速器和传动系，从而响应于操作者扭矩请求（TO_REQ）向车辆变速器和传动系传递牵引扭矩。发动机优选地采用四冲程操作，其中，在发动机气缸20的活塞22的往复移动中，每个发动机燃烧周期包括曲轴24的720度角旋转，其分为进气-压缩-膨胀-排气的四个180度阶段。多齿靶轮26附接到曲轴，并随曲轴旋转。发动机包括监测发动机运行的感测装置和控制发动机运行的致动器。感测装置和致动器以信号方式或操作地连接到控制模块5。
[0090] 发动机优选地为直喷式四冲程内燃发动机，其包括由在气缸内在上止点和下止点之间往复的活塞以及包括进气门和排气门的气缸盖限定的可变体积的燃烧室。活塞在包括进气、压缩、膨胀和排气冲程的每个周期中以重复循环方式往复。
[0091] 发动机优选地具有基本地贫化学计量的空气/燃料运行规程。本领域普通技术人员理解到，本发明的方面可适用于基本地贫化学计量操作的其它发动机构造，例如贫燃火花点火发动机。在压缩点火发动机的正常运行期间，当燃料充量被喷射到燃烧室中，从而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。充量随后在压缩冲程期间由于其压缩动作或随来自火花塞的火花的点火而燃烧。
[0092] 发动机适于在宽范围的温度、气缸充量（空气、燃料和EGR）和喷射事件下运行。这里描述的方法特别适合于利用贫化学计量运行的直喷式发动机的操作，从而在正在进行的操作中确定与每个燃烧室中的热释放相关的参数。这里限定的方法可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，压缩点火发动机包括适于使用均质充量压缩点火（HCCI）策略的发动机。这些方法可应用于利用每发动机循环每缸的多燃料喷射事件的系统，例如采用均影响气缸压力的用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机动力的主喷射事件且在适用情况下采用后燃烧燃料喷射即用于后处理管理的在后燃烧燃料喷射事件的系统。
[0093] 感测装置安装在发动机上或附近，以监测物理特性并产生可与发动机和环境参数相关的信号。感测装置包括曲轴旋转传感器，其包括感测通过多齿靶轮26的齿上的边缘来监测曲轴速度（RPM）的曲柄传感器44。曲柄传感器是已知的，并可以包括例如霍耳效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。从曲柄传感器44输出的信号（RPM）输入到控制模块5。燃烧压力传感器30包括适于监测缸内压力（COMB_PR）的压力感测装置。燃烧压力传感器30优选地包括非介入式装置，其包括具有适于在电热塞28的开口处安装到气缸盖中的环形剖面的力传感器。燃烧压力传感器30与电热塞28相结合地安装，其中燃烧压力通过电热塞机械地传递到传感器30。传感器30的感测元件的输出信号（COMB_PR）与气缸压力成比例。传感器30的感测元件包括压电陶瓷或类似可适用的其它装置。其它感测装置优选地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、用于监测进气质量空气流量（MAF）和进气空气温度（TIN）的质量空气流量传感器以及冷却剂传感器35（COOLANT）。系统可以包括用于监测一个或多个废气参数例如温度、空气/燃料比和组成的状态的废气传感器。本领域普通技术人员理解到，可以有用于控制和诊断目的的其它感测装置和方法。以操作员扭矩请求（TO_REQ）的形式的操作员输入通常主要通过节气门踏板和制动器踏板来获得。发动机优选地配备有用于监测操作和用于系统控制目的的其它传感器。
每个感测装置以信号方式连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块转换为表示相应的监测参数的信息。应当理解，此构造是示例性的，而非限制性的，其包括可用功能等效的装置和算法替换的各种感测装置，且仍旧落在本发明的范围内。
每个感测装置以信号方式连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块转换为表示相应的监测参数的信息。应当理解，此构造是示例性的，而非限制性的，其包括可用功能等效的装置和算法替换的各种感测装置，且仍旧落在本发明的范围内。
[0094] 致动器安装在发动机上，且响应于操作员输入由控制模块5控制，以实现各种性能目标。致动器包括将节气门开度控制到指令输入的电控制节气门装置（ETC）和用于响应于指令输入（INJ_PW）将燃料直接喷射到每个燃烧室的多个燃料喷射器12，它们均响应于操作员扭矩请求（TO_REQ）来控制。废气再循环阀32（和可选的冷却器）响应于来自控制模块的控制信号（EGR）来控制外部再循环的废气向发动机进气的流动。电热塞28包括安装在每个燃烧室中的适于与燃烧压力传感器30一起使用的已知装置。
[0095] 燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，其包括多个高压燃料喷射器装置，每个高压燃料喷射器装置适于响应于来自控制模块的指令信号（INJ_PW）将包括燃料质量的燃料充量直接喷射到其中一个燃烧室。每个燃料喷射器12被供以来自燃料分配系统的加压燃料，并具有包括最小脉宽以及相关联的最小可控制的燃料流率和最大燃料流率的运行特性。
[0096] 发动机可以配备有可控制的气门机构，后者可操作以调节每个气缸的进气门和排气门的打开和关闭，其包括气门正时、定相（即，相对于曲柄角和活塞位置的正时）和气门打开的升程幅值中的任何一个或多个。一个示例性系统包括可变凸轮定相，其可应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。
[0097] 控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、中央处理单元（优选地，微处理器）和执行一项或多项软件或固件程序的相关联的存储器和贮存器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调整和缓冲电路以及用于提供所描述功能的其它适当部件中的一个或多个的任何适当的一种或各种组合。控制模块5具有一组控制算法，其包括存储在存储器中且被执行以提供期望功能的驻留的软件程序指令和校准。算法优选地在预设的循环周期期间执行。算法例如通过中央处理单元来执行，并可操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的监测器输入，并且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。循环周期可以在正在进行的发动机和车辆操作期间以规则的间隔例如每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒来执行。可选地，算法可以响应于事件的发生来执行。
[0098] 在如此配备的系统上，控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器，以便控制发动机操作，包括节气门位置、燃料喷射质量和正时、用于控制再循环废气的流动的EGR阀位置、电热塞操作以及进气门和/或排气门正时、定相和升程的控制。控制模块适于接收来自操作员的用于确定操作员扭矩请求（TO_REQ）的输入信号（例如，节气门踏板位置和制动器踏板位置），并接收来自传感器的指示发动机速度（RPM）和进气空气温度（TIN）及冷却剂温度以及其它环境条件的输入信号。
[0100] 这里公开的方法涉及提高NO2/NO比的废气供给流浓度，从而提高后处理系统中的各种NOx还原后处理装置。NOx还原后处理装置可以包括TWC装置（即，可应用于汽油发动机）、NOx阱、脲-SCR装置、烃-SCR装置、DOC装置和DPF装置。应当明白，DOC和DPF装置可应用于柴油发动机。本发明不意图局限于这里描述的具体的示例性发动机实施例。应当明白，从内燃发动机排出的大多数NOx以NO的形式，其中，仅有四分之一至三分之一的NOx作为NO2存在。已知的废气供给流中的NO2与NO的低比例减小了后处理系统中的这些NOx还原后处理装置的效率。一种方法包括开始NO2生成循环，以提高NO2在NOx中存在的存在。当在膨胀冲程期间将一定量的燃料（即，烃）喷射到发动机气缸中时，NO到NO2的氧化引起对应于以下方程式的化学反应。
[0101] NO + HO2 => NO2 + OH [1]
[0102] 其中，HO2是当燃料被喷射到冷却的来自一次燃烧事件的燃烧气体时以相对高的浓度存在的自由基，并且在将NO氧化为NO2方面是有效的。HO2增加主要由于对应于以下方程式的化学反应。
[0103] HCO + O2 => CO + HO2 [2]
[0104] 此外，OH与存在于燃料中的烃快速反应，从而经由包括对应于以下方程式的化学反应在内的多个反应产生更多的HO2。
[0105] RH + OH => R + H2O [3]
[0106] R + O2 => 烯烃+ HO2 [4]
[0107] 通过方程式1-4应当认识到，存在烃和NO氧化的相互敏感。NO的存在通过将相对不具活性的HO2转化为高活性的OH来加速烃氧化，并且烃氧化通过产生HO2加速了NO氧化。由于与喷射的燃料分子和燃料的部分氧化的产物例如甲醛和乙烯的反应，OH浓度减小。因此，在膨胀冲程期间将一定量的所喷射燃料质量喷射到气缸中通过氧化NO而产生NO2。当氧化催化剂处于非活性，且期望贫发动机操作时，NO2的增加可以提高诸如NOx阱的后处理装置的储存效率，并且还可以增加烃-SCR装置和脲-SCR装置的效率。另外，当上游DOC装置对于NO氧化是非活性时，高NO2水平可以有助于DPF装置的再生。应当明白，该示例性方法可以在膨胀冲程期间将燃料质量喷射到多气缸发动机中的一个气缸、全部气缸或一部分气缸中，从而产生废气供给流中的NO2。
[0108] 这里公开的利用示例性NO2再生循环的示例是利用示例性发动机模型来计算的。发动机模型包括利用详细的化学动力学运行的零尺度、七区发动机均质充量压缩点火（HCCI）燃烧模型。该燃烧模型利用正庚烷燃料和16.8的压缩比。该示例性发动机模型的燃烧模型包括-138度的进气门关闭（IVC）和129度的排气门打开（EVO）。该发动机模型用于模拟从IVC到EVO的单个关闭发动机循环。该示例性发动机模型中的孔、冲程和连接棒尺度分别为103mm、99mm和163mm。应当明白，七区发动机模型包括发生大多数燃料燃烧的六个燃烧区和可发生部分燃料氧化的一个裂隙。第六个模型区表示主发动机气缸中的与由第七个模型区表示的缸内裂隙相邻的那部分。在第七个模型区和第六个模型区之间允许质量和能量的交换，以模拟在发动机运行期间气体从主燃烧室进入和离开并进入和离开裂隙。另外，该示例性发动机模型以上止点之后（aTDC）的30度调节发动机气缸中的NO和NO2质量分数，从而使模型排气NOx浓度与在示例性发动机运行条件下在实际的发动机排气中测量的NOx浓度匹配。该匹配在模型中得到后燃烧气体的温度和组成，从而接近地模拟在实际的发动机循环的示例性运行条件下存在的温度和组成。此外，该示例性发动机模型描述了在膨胀冲程期间aTDC的各种量的所喷射燃料质量的喷射，从而在aTDC各个曲柄角位置处开始并继续用于可控制的时段，其中，燃料均匀地或不均匀地分布在区之间，并立即挥发。还明白的是，该示例性发动机模型已经用于表示重型联邦测试程序（HD-FTP）的测试条件。该示例性发动机模型还可以用于表示联邦测试程序（FTP）的测试条件或者通过将特定的发动机测试条件和参数加入到模型中来表示任何其它驱动循环或往复发动机类型的测试条件。
[0109] 图2用示图示出了根据本发明的在前述HD-FTP的最初200秒期间在由传统的柴油发动机和伴随的控制及测试装置组成的示例性发动机测试设备的操作期间所得到的废气供给流中的NOx存在为NO2的百分比和NOx质量流量的实验测量值。该发动机模型的测试条件表示HD-FTP的测试条件。横坐标轴表示时间（秒），纵坐标轴表示废气供给流中的作为NO2存在的NOx的百分比。显然的是，在该示例性测试装置的操作的最初200秒期间，废气供给流中的NO2百分比和NOx质量流量显著地改变。还显然的是，NO2百分比，尽管在最初的100秒期间经历显著的改变，但是在该时段的大多数时段明显地保持在50%以下。应当明白，NO2百分比和NOx质量流量均减小，并大体在150秒和200秒之间稳定。如前所述，在后处理系统内，50%或更高的NO2百分比对于许多NOx后处理方法来说是有利的，特别是在该预热期间当意于提高NO2百分比的其它装置例如氧化催化剂在温度方面过低以至于不能允许废气供给流内的NO向NO2的转化时。
[0110] 用于与发动机模型一起使用的一组初始条件由取自当在发动机测试设备的操作开始之后时间基本上等于29.8秒时的第一测试条件的实验数据组成，如图2中所示。当时间基本上等于29.8秒时的第一测试条件是在预热时段期间，例如用于该示例性发动机模型的冷起动操作。此时，废气供给流内的NOx的浓度为高，并且NO2与NO的比例低于NOx后处理装置所希望的，如前所述。第一测试条件包括1.46巴的进气歧管绝对压力（MAP）、1664rpm的发动机速度和300K的初始温度，其中，CA-50位于TDC处。应当明白，CA-50是最初存在于燃烧室中的燃料质量的50%被燃烧时的曲柄角的测量值。此外，第一测试条件包括：在首次喷射期间所喷射燃料质量为29.2mg，废气再循环（EGR）残余为15摩尔%，当量比(φ)为0.39，在废气供给流中存在的O2为13.2%，并且在废气供给流中存在的NOx的量为400ppm。
[0111] 图3用示图示出了根据本发明的在HD-FTP的最初200秒期间的示例性发动机测试设备的操作和产生的存在于废气供给流中的NOx质量流量和累积的NOx含量。横坐标轴表示时间（秒），纵坐标轴表示废气供给流内的NOx质量流量（g/采样）和总共累积的NOx（克），其中，采样速率为大约每秒一次。应当明白，在时间29.8秒时，存在表示上述测试条件的条件。此外，由发动机排放的总共累积的NOx在200秒时等于3.34克。
[0112] 图4用示图示出了在根据用于示例性发动机模型的曲柄角aTDC所计算的第一测试条件的在燃烧过程期间的平均缸内温度的示例。应当明白，当在膨胀冲程期间没有注入燃料时，该示图仅示出在由一次燃烧事件产生的峰值热释放之后缸内温度随着曲柄角aTDC位置增加而降低。此外，在大多数膨胀冲程期间的温度足够高（在800K以上），从而至少引起在膨胀冲程期间喷射的燃料的部分氧化。
[0113] 图5-11用示图示出了根据本发明的第一测试条件的模型结果，第一测试条件包括调节后的测试参数，其中，发动机模型中的NOx含量在30度aTDC被调节到397ppm，且第一测试条件的在模型中的NO2到NOx的比被调节成在膨胀冲程期间在不存在所喷射燃料质量的情况下在EVO处产生在废气供给流中作为NO2存在的20%的NOx，以便使NOx含量与在发动机废气供给流中测量的NO2到NOx的比匹配。
[0114] 图5用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件的膨胀冲程期间在根据曲柄角aTDC的各种喷射开始（SOI）位置时的对于1.0mg所喷射燃料质量的模型结果和产生的在废气供给流中作为NO2存在的NOx的百分比。本领域普通技术人员理解到，SOI位置是所喷射燃料质量被喷射的位置。横坐标轴表示根据曲柄角aTDC的SOI位置（SOI，度.aTDC），纵坐标轴表示在EVO时作为NO2存在的NOx的百分比（在EVO时的摩尔% NO2）。在EVO时作为NO2存在的NOx的百分比在下文中称作EVO时的NO2百分比。应当明白，当在膨胀冲程期间喷射1.0mg燃料质量时，在EVO时的NO2百分比极大地增加。例如，与在膨胀冲程期间在没有所喷射燃料质量的情况下在处于30%的EVO处的NO2百分比的调节后的测试参数相比，在30度aTDC时的1.0mg所喷射燃料质量将EVO时的NO2百分比增加到90%或
90%附近。
90%附近。
[0115] 图6用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件的膨胀冲程期间在根据温度的各SOI位置时的对于1.0mg所喷射燃料质量的模型结果以及产生的作为NO2存在的NOx的百分比和存在于废气供给流中的总烃。横坐标轴表示在SOI位置时的温度（温度@SOI，K），纵坐标轴表示在EVO时的NO2百分比（在EVO时的摩尔% NO2）和总烃（总烃，ppm）。将总烃浓度表示为丙烷C3H8的等效浓度。如上所述，应当明白，该示例性发动机模型利用化学组成为C7H16的正庚烷燃料。还应当明白，在EVO时的NO2百分比依赖于在SOI时的温度，其中宽泛的最大值在大约900K和1200K的SOI时的温度之间。还应当明白，由于喷射的燃料的不完全氧化，在膨胀冲程期间用以在第一测试条件时实现EVO时的高NO2百分比的所喷射燃料质量将导致烃排放物增加。可以在该条件下通过喷射与大约1300K的缸内温度对应的SOI时的燃料以对应于在第一测试条件时30度aTDC的SOI来使烃排放物的增加最小化。
[0116] 图7用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件期间在56度aTDC时的1.0mg所喷射燃料质量之前和之后的NO和NO2平均质量分数的模型结果。还绘出了在膨胀冲程期间没有所喷射燃料质量时的NO和NO2平均质量分数。横坐标轴表示曲柄角（度aTDC），纵坐标轴表示平均质量分数。应当明白，由于离开裂隙并进入第六区的未燃烧的燃料，需要一些时间用于NO和NO2，以在30度的曲柄角位置时以及其之后调节到新的且更高的平均质量分数，进而导致NO向NO2的氧化。这是这里使用的建模方法的人为结果，其中，在30度aTDC时调节NO和NO2质量分数，如前所述，从而说明了：与在HCCI发动机中恰在30度aTDC之前的低NOx质量分数相比，传统的柴油发动机中的NOx质量分数更高。期望在燃料喷射之后NO向NO2的氧化在发动机中以与在模型结果中示出的类似的方式发生，因为在模型和发动机中在膨胀冲程期间的氧和稀释物（主要是N2、CO2和H2O）浓度相同。温度也很可能大约相同，因为燃烧了相同量的燃料，但是模型和发动机之间在热损失方面可能存在一些差异。图6示出了在SOI时的宽范围的温度内产生最大量的NO2，因此预计模型和实际的发动机之间温度历史的差对NO向NO2转化的影响将是微小的。还应当明白，且根据这里公开的示例性方法，当在56度aTDC的曲柄角位置时喷射燃料质量时，随着NO的平均质量分数减小，NO2的平均质量分数急剧增加。
[0117] 图8用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件期间在56度aTDC时的所喷射燃料质量之前和之后的OH和HO2平均质量分数。“无喷射”OH和HO2质量分数对应NO和NO2质量分数未被调节到与实际的发动机排气中的NO和NO2质量分数匹配的建模条件。与NO和NO2质量分数被调节到与实际的发动机排气中的NO和NO2质量分数匹配的建模条件对应的“无喷射”OH和HO2质量分数与30度aTDC和56度aTDC之间的“SOI=56”浓度相同，然后这两个浓度在56度aTDC之后继续缓慢下降。横坐标轴表示曲柄角（度aTDC），纵坐标轴是平均质量分数。应当明白，在30度aTDC之后，HO2和OH质量分数立即非常快速地响应到新的和更高的调节后的NOx质量分数，这是由于离开裂隙并进入第六模型区的未燃烧的燃料，进而导致NO向NO2的部分氧化。如上所述，第六模型区表示主发动机气缸中的与由第七个模型区表示的缸内裂隙相邻的那部分。然而，在30度aTDC紧之后HO2和OH质量分数对调节后的NO和NO2质量分数的响应并不过度地干扰在56度aTDC的SOI时传递所喷射燃料质量紧之后OH和HO2质量分数的急剧变化。应当明白，在56度aTDC时的所喷射燃料质量之后，HO2质量分数增加，且OH质量分数减小。如上参照方程式1-4所述，许多反应产生并消耗OH和HO2。OH浓度减小，这主要是由于与喷射的燃料分子的反应以及燃料的部分氧化产物。HO2增多，这主要是由于在所喷射燃料质量的氧化期间的方程式2，因此提高了通过方程式1产生NO2的速率。
[0118] 图9和图10用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件的膨胀冲程期间以两个不同的SOI改变所喷射燃料质量的量所获得的建模结果以及产生的EVO时的NO2百分比和总烃排放物。横坐标轴表示所喷射燃料质量（mg），纵坐标轴表示EVO时的NO2百分比（在EVO时的摩尔% NO2）和EVO时的总烃排放物（ppm）。如上所述，将总烃浓度表示为丙烷C3H8的等效浓度。返回参照图4，当根据曲柄角的SOI位置为已知时，可以确定出温度。将变得明显的是，EVO时的较高的NO2百分比产生较高的烃排放物。
[0119] 参照图9，绘出了在膨胀冲程期间在37.6度aTDC的SOI时改变所喷射燃料质量的量以及产生的EVO时的NO2百分比和总烃，其中，SOI时的缸内温度为1200K。应当明白，对于该SOI，在大约0.5mg所喷射燃料质量及以上时获得EVO时的最大NO2百分比。还应当明白，为了在该条件下实现期望的50 NO2摩尔百分比，需要大约0.15mg喷射的燃料的喷射，从而与无燃料喷射相比，仅导致EVO时的总烃的非常适度的增加。
[0120] 参照图10，绘出了在膨胀冲程期间在56度aTDC的SOI时改变所喷射燃料质量的量以及产生的EVO时的NO2百分比和总烃，其中，缸内温度为1000K。应当明白，对于该SOI，在1.0mg所喷射燃料质量以上获得EVO时的最大NO2百分比。因此，在SOI时的较低缸内温度期间增加EVO时的NO2百分比需要更多量的所喷射燃料质量。因此，当在膨胀冲程中较早地将所喷射燃料质量进行喷射时，需要较少的燃料质量来提高EVO时的NO2百分比，从而产生较少的烃排放物。
[0121] 在另一示例中，图11用示图示出了根据本发明的在表示第一测试条件的燃烧事件的膨胀冲程期间在根据温度的各SOI位置时的0.2mg所喷射燃料质量以及产生的在EVO时的作为NO2存在的NOx的百分比和总烃。横坐标轴表示SOI位置时的温度（温度@SOI，K），纵坐标轴表示EVO时的NO2百分比（EVO时的摩尔% NO2）和EVO时的总烃（总烃，ppm）。如上所述，应当明白，将总烃浓度表示为丙烷C3H8的等效浓度。应当明白，烃排放物在喷射温度范围内为低。此外，明显的是，在EVO时的最高NO2百分比时存在最低的烃排放物。
[0122] 在另一示例性实施例中，该示例性发动机模型使用取自在根据本发明的发动机测试设备的操作开始之后时间等于71.8秒时的第二测试条件的实验数据。在时间等于71.8秒时的第二测试条件表示当该示例性发动机排气系统内的温度有可能略微比第一测试条件时高但是对于将NO转化为NO2的氧化催化剂或三效催化剂的有效操作而言仍可能过低时的预热期间的时段。第一条件和第二条件是为了探究各种发动机运行条件对NO到NO2的缸内转化的作用并因此探究氧、燃料和稀释物的多个温度和质量分数以及多个NO2/NO比对NO到NO2的缸内转化的作用而建模的若干发动机条件中的两个。在时间等于71.8秒时的示例性第二测试条件包括1.03巴的MAP、1281rpm的发动机速度和320K的初始温度，其中，TDC等于CA-50。此外，在时间等于71.8秒时的示例性第二组测试条件包括：用于一次燃烧的所喷射燃料质量为15.9mg，EGR残余为15.4摩尔百分比，φ为0.31，废气供给流中的最终O2为16.1%，在废气供给流中存在的NOx的量为318 ppm。
[0123] 图12-14用示图示出了包括调节后的测试参数的在时间等于71.8秒时的第二测试条件的模型结果，在调节后的测试参数中，模型中的NOx含量在30度aTDC被调节到318ppm，第二测试条件的在模型中的NO2与NOx的比调节成在EVO时产生在废气供给流中作为NO2存在的22%的NOx。
[0124] 图12用示图示出了根据本发明的在燃烧事件的膨胀冲程期间在根据温度的各SOI位置时的0.2mg所喷射燃料质量以及所产生的在废气供给流中存在的作为NO2存在的NOx的百分比和总烃。横坐标轴表示在SOI位置时的温度（温度@SOI，K），纵坐标轴表示EVO时的NO2百分比（EVO时的摩尔% NO2）和总烃（总烃，ppm）。应当明白，在图12中示出的结果定性地类似于在图11中示出的利用时间等于29.8秒时的第一测试条件的结果。然而，在时间等于71.8秒的第二测试条件期间，EVO时的NO2百分比和烃排放物增加。基于来自所建模的所有测试条件的结果，这可能是由于与第一测试条件相比SOI时的较低初始NO和NO2质量分数。参照图11和图12还应当明白，如果期望的后处理设备需要EVO时的NO2百分比为50%（即，NO2/NO比为1:1），则与第二测试条件的温度范围为750K至1000K的任何地方相比，当对于第一测试条件来说温度为1150K或接近1150K时，0.2mg所喷射燃料质量将必须在膨胀冲程中随后发生。
[0125] 图13和图14用示图示出了根据本发明的在表示第二测试条件的燃烧事件的膨胀冲程期间以恒定的SOI改变所喷射燃料质量的量所获得的建模结果以及所产生的在废气供给流中的EVO时的NO2百分比和总烃排放物。横坐标轴表示所喷射燃料质量（mg），纵坐标轴表示EVO时的NO2百分比（EVO时的摩尔% NO2）和总烃排放物（ppm）。返回参照图4，当根据曲柄角的SOI位置已知时，可以确定出缸内温度。显然的是，EVO时的较高的NO2百分比导致较高的烃排放物。另外，增加所喷射燃料质量的量提高了EVO时的NO2百分比。
[0126] 参照图13，绘出了在膨胀冲程期间以36度aTDC喷射的各种量的所喷射燃料质量的模型结果以及所产生的在NVO时的NO2百分比和总烃，其中，缸内温度为在SOI时的1100K。应当明白，在0.5mg所喷射燃料质量和其以上时获得EVO时的最大NO2百分比。
[0127] 参照图14，绘出了在膨胀冲程期间以56度aTDC喷射的各种量的所喷射燃料质量的模型结果以及所产生的在EVO时的NO2百分比和总烃，其中，缸内温度为在SOI时的900K。应当明白，基本上在0.75mg所喷射燃料质量和其以上时获得EVO时的最大NO2百分比。因此，在较低的缸内温度期间增加EVO时的NO2百分比需要更多量的所喷射燃料质量。因此，当在膨胀冲程中较早地喷射所喷射燃料质量时，需要较少的燃料质量来增加EVO时的NO2百分比，进而产生较少的烃排放物。
[0128] 下面的表1示出了在正庚烷的低温氧化中涉及的一些化学反应，其中，氧化的中间体的分解是产生OH的主要途径。
[0129] 表1：
[0130]n-C7H16+OH=> n-C7H15+H2O H原子消去
n-C7H15+O2=>n-C7H15OO 氧加成
n-C7H15OO=>n-C7H14OOH 内部H原子消去
n-C7H14OOH+O2=>OOC7H14OOH 氧加成
OOC7H14OOH=>HOOC7H13OOH 内部H原子消去
HOOC7H13OOH=>HOOC7H13O+OH 链分支
HOOC7H13O=>OC7H13O+OH 链分支
n-C7H15+O2=>C7H14+HO2 链终止
n-C7H15+O2=>n-C7H15OO 氧加成
n-C7H15OO=>n-C7H14OOH 内部H原子消去
n-C7H14OOH+O2=>OOC7H14OOH 氧加成
OOC7H14OOH=>HOOC7H13OOH 内部H原子消去
HOOC7H13OOH=>HOOC7H13O+OH 链分支
HOOC7H13O=>OC7H13O+OH 链分支
n-C7H15+O2=>C7H14+HO2 链终止
[0131] 下面的表2示出了在正庚烷的中间和高温氧化中涉及的一些化学反应，其中，过氧化氢分解是产生OH的主要途径。应当理解，RH是指具有结合到碳原子的H原子的许多不同烃分子中的任意烃分子，R是指不再结合有H原子的相应的烃分子。
[0132] 表2：
[0133]H2O2+M=>OH+OH+M
n-C7H16+OH=>C7H15+H2O
C7H15=>1-C4H9+C3H6
1-C4H9=>C2H5+C2H4
C2H4+OH=>C2H3+H2O
C3H6+OH=>C3H5+H2O
C3H5+HO2=>C3H5O+OH
C3H5O=>C2H3+CH2O
C2H3+O2=>CH2O+HCO
HCO+M=>CO+H+M
H+O2+M=>HO2+M
C7H15+O2=>C7H14+HO2
HO2+RH=>H2O2+R
n-C7H16+OH=>C7H15+H2O
C7H15=>1-C4H9+C3H6
1-C4H9=>C2H5+C2H4
C2H4+OH=>C2H3+H2O
C3H6+OH=>C3H5+H2O
C3H5+HO2=>C3H5O+OH
C3H5O=>C2H3+CH2O
C2H3+O2=>CH2O+HCO
HCO+M=>CO+H+M
H+O2+M=>HO2+M
C7H15+O2=>C7H14+HO2
HO2+RH=>H2O2+R
[0134] 图15用示图绘出了当仅将燃料喷射到七个模型区中的第二模型区时在EVO时的烃排放物和NO2的百分比。根据本发明，在根据温度的各SOI位置时将1.0mg所喷射燃料质量喷射到该示例性发动机模型的HCCI燃烧模型的第二区中，和产生的在NVO时的作为NO2存在的NOx的百分比和总烃。该模型计算表示当在膨胀冲程期间将真实的燃料喷射器用于燃料喷射时所产生的非均匀燃料分布的极端情况。真实的燃料喷射器将不必将燃料均匀地喷射到所有区中，如已经在图5-14中呈现的建模结果中假设的。横坐标轴表示SOI位置时的温度（温度@SOI，K），纵坐标轴表示EVO时的NO2百分比（EVO时的摩尔% NO2）和总烃（总烃，ppm）。应当明白，当EVO时的NO2百分比为最大时，在NVO时存在的且因此存在于废气供给流中的总烃为最高。还应当明白，与当将1mg燃料喷射到所有六个主模型燃烧区中相比，如在图6中所示，当将1mg燃料仅喷射到所述七个模型区中的一个模型区时，NO2百分比减小，如在图15中所示。
[0135] 图16示意性地示出了包括第一后处理装置210、第二后处理装置220和后处理控制模块205的示例性后处理系统200，其中，后处理控制模块205包括为处理与后处理系统200相关的过程输入所需的编程，并可以包括用于采用这里描述的方法的编程。应当理解，后处理控制模块205对后处理系统200进行监督控制，并与发动机控制模块5通信。取决于系统要求，后处理系统200还可以包括、但未必包括NOx阱212、上游NOx传感器230、下游NOx传感器240、温度传感器250和配给（dosing）模块260。如果使用脲-SCR装置，则配给模块260是脲配给模块。另外，如果使用烃-SCR装置，则可以将配给模块260构造为烃配给模块。脲和烃配给模块在本领域中是已知的，且这里不再详细讨论。示出了温度传感器
250，其定位在某个区域以收集后处理系统200内的废气流温度。
250，其定位在某个区域以收集后处理系统200内的废气流温度。
[0136] 预想的实施例包括被构造为NOx处理催化剂的第一后处理装置210。NOx处理催化剂可以被构造为三效催化剂（TWC）装置。TWC执行废气供给流的后处理所需的许多催化功能。TWC尤其用在汽油应用中。关于被构造为TWC装置的第一后处理装置210，NOx阱212利用能够储存一定量的NOx的催化剂。将明白的是，尽管将NOx阱212示为在TWC装置（即，第一后处理装置212）的下游，但是NOx阱212可以另外地直接附接到TWC装置，或者定位在TWC装置的上游。还应当明白，NOx处理催化剂可以被构造为柴油氧化催化剂（DOC）装置，其中，DOC装置尤其用在柴油应用中。
[0137] 一个示例性方法包括：在燃料贫操作期间使用贫NOx阱212来储存NOx排放物，然后在通过传统的三效催化剂在燃料富、较高温度的发动机运行条件期间将储存的NOx净化为氮和水。然而，当温度低时，在冷起动操作期间使用NOx阱来储存NOx将NOx储存限制为NO2，直到TWC装置（即，第一后处理装置210）被预热为止。另外，在热起动操作期间，已知的方法包括：以富供料开始，从而针对TWC装置实现化学计量条件，使得由NOx阱212储存的NOx可以还原为N2。然而，应当明白，在起动阶段期间使用发动机供料会难以控制废气供给流中的空气-燃料比。
[0138] 在本发明的示例性实施例中，在冷起动操作的阶段期间，在贫化学计量下操作发动机10的同时，利用NOx阱212来储存NOx。应当明白，在冷起动操作的阶段期间未预热TWC装置（即，第一后处理装置210），其中，预热阶段可以持续10秒至20秒，或者对于柴油发动机应用来说甚至更长。因此，在废气供给流中含有的NO和NO2穿过TWC装置（即，第一后处理装置210），而没有被还原为N2。另外，存在于废气供给流中的多数NOx由不能被储存在NOx阱212储存材料上的NO组成。由于TWC装置中的氧化催化剂未被预热的低操作温度，NO不能被氧化为NO2，因此，NOx不能储存在NOx阱212储存材料上。因此，期望的是，在废气供给流内具有基本上全部NO2的NO2与NO的比，以便将NO2储存在NOx阱212储存材料上。利用示例性的NO2生成循环，在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后，通过将少量的燃料喷射到气缸中可将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2，因此，可以在预热时段期间（即，在冷起动操作期间）以及在贫化学计量的发动机操作的时段期间将NO2储存在NOx阱212储存材料上。在预热时段之后，可以通过在具有传统的三效催化剂的燃料富、较高温度的发动机运行条件期间将储存的NOx净化为氮和水来使NOx阱212再生。
[0139] 在本发明的另一示例性实施例中，在贫化学计量下操作发动机10的情况下，在热起动操作的时段期间，利用NOx阱212来储存NOx。应当明白，TWC装置（即，第一后处理装置210）在热起动操作期间通常包含储存的氧，其中，已知的方法利用富供料来起动发动机，从而对于TWC装置实现化学计量条件，以将废气供给流内的NOx还原为N2。然而，还应当明白，在起动操作的阶段期间利用发动机供料（即，烃）难以控制废气供给流内的空气-燃料比。
在该示例性方法中，在贫化学计量下操作发动机，并提高NO2与NO的比，从而有效地储存在NOx中存在的NO2，其中，应当明白，NO并不有效地储存在NOx阱212储存材料上。因此，期望的是，具有在废气供给流内的基本上全部NO2的NO2与NO的比，从而将NO2储存在贫NOx阱储存材料上。利用示例性的NO2生成循环，可以在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后通过将少量的燃料喷射到气缸中来将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2，因此，在起动阶段期间可以将NO2储存在NOx阱212储存材料上。在起动阶段之后，发动机操作条件可以重新开始到化学计量操作，并且NOx阱212可以再生。
在该示例性方法中，在贫化学计量下操作发动机，并提高NO2与NO的比，从而有效地储存在NOx中存在的NO2，其中，应当明白，NO并不有效地储存在NOx阱212储存材料上。因此，期望的是，具有在废气供给流内的基本上全部NO2的NO2与NO的比，从而将NO2储存在贫NOx阱储存材料上。利用示例性的NO2生成循环，可以在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后通过将少量的燃料喷射到气缸中来将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2，因此，在起动阶段期间可以将NO2储存在NOx阱212储存材料上。在起动阶段之后，发动机操作条件可以重新开始到化学计量操作，并且NOx阱212可以再生。
[0140] 预想的实施例包括被构造为选择性催化还原（SCR）装置的第二后处理装置220。还应当明白，预想的实施例可以包括利用脲作为反应剂将NOx还原为N2和水的SCR装置（在下文中称作脲-SCR装置）或者利用烃作为反应剂将NOx还原为N2和水的SCR装置（在下文中称作烃-SCR装置）。如果该实施例包括脲-SCR装置，则配给模块260是脲配给模块。类似地，如果该实施例包括烃-SCR装置，则配给模块260是烃配给模块。上游NOx传感器230检测并量化进入后处理系统200的废气流中的NOx。尽管将上游NOx传感器230示为用于量化进入后处理系统200的NOx的示例性模块，但是应当指出，可以通过其它装置，例如通过定位在分别第一后处理装置210（即，TWC装置）和第二后处理装置220之间的NOx传感器或者通过对发动机输出和废气供给流内的条件进行建模以估计进入后处理系统210的NOx的存在（量）的虚拟NOx传感器，量化进入系统的NOx，以用于估计SCR装置（即，第二后处理装置220）的转化效率。
[0141] 在示例性实施例中，第二后处理装置220被构造为脲-SCR装置。在贫发动机操作的时段期间以及在低操作温度期间，已知的是，用于脲-SCR装置的最佳NOx转化效率的NO2与NO的期望的摩尔比为1比1。如上所述，在废气供给流中存在的仅四分之一至三分之一的NOx为NO2。因此，期望的是，将废气供给流中的NO2与NO摩尔比提高至1比1以便NOx到N2和水的最佳转化。利用示例性的NO2生成循环，在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后通过将少量的所喷射燃料质量喷射到气缸中可将NO2与NO的比提高至基本上1比1，因此，脲-SCR装置可以有效地将NOx转化为N2和水（见图11和图12）。应当明白，在一次燃烧事件之后向燃烧室中所喷射燃料质量导致生成HO2，其有助于氧化在燃烧室中存在的NO，以生成NO2（见方程式1-4）。替代地，NO2生成循环可以包括在一次燃烧事件之后将额外的燃料质量喷射到比多气缸发动机中的气缸总数少的多个气缸中。当NO2与NO的期望的废气供给流比基本上小于全部NO2时，可应用该替代的NO2生成循环。因此，当第二后处理装置220被构造为脲-SCR装置时，因为用于脲-SCR装置的最佳NOx转化效率的NO2与NO的期望的摩尔比为1比1，所以可以应用在一次燃烧事件之后将额外的燃料质量喷射到比气缸总数少的多个气缸中。
[0142] 在该示例性实施例中，第二后处理装置220被构造为烃-SCR装置。烃-SCR装置（即，第二后处理装置220）可以利用银-氧化铝催化剂系统以将存在于废气供给流中的NOx还原为N2和水。应当明白，银-氧化铝催化剂系统在低操作温度下具有与NO向N2的转化相比显著更高的NO2向N2的转化。还应当明白，在贫燃汽油和柴油后处理系统中，低温活性极其重要。因此，在贫化学计量的发动机操作条件期间以及在低操作温度期间，期望的是，将NO2与NO的比提高至废气供给流内的基本上全部NO2，从而提高利用包括银-氧化铝催化剂系统的烃-SCR装置的NOx向N2和水的转化效率。利用示例性的NO2生成循环，在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后通过将少量的燃料喷射到气缸中可将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2，因此，银-氧化铝催化剂系统可以有效地将NOx转化为N2和水。例如，可以在膨胀冲程期间在38度aTDC时或其附近将1.0mg所喷射燃料质量喷射到气缸中（见图5和图6）。应当明白，在一次燃烧事件之后向燃烧室中喷射燃料质量导致生成HO2，其有助于氧化在燃烧室中存在的NO，从而生成NO2（见方程式1-4）。
[0143] 预想的实施例还包括被构造为DOC装置210的第一后处理装置210和被构造为DPF装置的第二后处理装置220，其中，后处理系统200是柴油后处理系统。另外，除了DPF装置之外，第二后处理装置220还可以包括SCR装置。已知的是，在废气供给流中存在的较高的NO2有助于DPF装置（即，第二后处理装置220）的再生，尤其是当如在柴油发动机操作中贫空气-燃料是所期望的时。如上所述，还应当明白，尤其用于通过氧化NO来提高在废气供给流中存在的NO2的氧化催化剂（即，被构造为DOC的第一后处理装置210）在低温时可能是无效的，例如在发动机起动期间。因此，由于在预热之前氧化催化剂的无效，所以在发动机起动期间将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2是所期望的。利用示例性的NO2生成循环，可以在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后通过将少量的燃料喷射到气缸中来将NO2与NO的比提高至基本上全部NO2，因此，可以有效地使DPF装置（即，第二后处理装置210）再生。应当明白，在一次燃烧事件之后将燃料质量喷射到燃烧室中导致生成HO2，其有助于氧化在燃烧室中存在的NO，从而生成NO2（见方程式1-4）。
[0144] 此外，无论第一后处理装置210是被构造为DOC装置的NOx处理催化剂还是含有氧化催化剂的TWC装置，在氧化催化剂中使用的铂族金属会是非常昂贵的。因此，将期望的是，限制在氧化催化剂中使用的铂族金属的加载。如上所述，用于后处理系统中的NOx还原的各种后处理装置的效率和效力依赖于废气供给流中的高NO2与NO的比。然而，减少氧化催化剂中的铂族金属的加载将降低在废气供给流中将NO氧化为NO2的效率和能力。因此，期望的是，在限制在氧化催化剂中使用的铂族金属的加载的同时，提高废气供给流中的NO2与NO的比。利用示例性的NO2生成循环，可以通过在膨胀冲程期间的一次燃烧事件之后将少量的燃料喷射到气缸中来提高废气供给流中的NO2与NO的比。应当明白，在冷发动机起动期间，且另外地，在发动机已经预热之后，或者在热发动机起动期间，可以利用该示例性NO2生成循环。
[0145] 这里描述的方法构思通过NO2生成循环来提高NO2与NO的比、在燃烧事件的膨胀冲程期间利用所喷射燃料质量来提高后处理系统内的后处理装置的效力。将明白的是，这些方法构思成用于均质充量压缩点火发动机。然而，这里公开的方法同样适用于火花点火和压缩点火发动机。
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