CN102016250B - 用于还原scr催化器上的nox排放物的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

根据一个代表性的实施方案，一种用于还原发动机系统(10)的发动机废气流中的NO_x排放的装置(130)包括NO_x还原目标模块(300)和还原剂模块(330)，所述发动机系统具有选择催化还原(SCR)系统(150)且SCR催化器(152)设置在还原剂注入器下游。NO_x还原目标模块被配置以确定NO_x还原要求(304)。还原剂模块被配置以确定添加到废气流中的还原剂的量以实现NO_x还原要求。添加到废气流中的还原剂的量是SCR催化器的至少一个氨储存特征、至少一个还原剂到氨的转化特征和与SCR催化器废气接收相通的AMOX催化器(160)的转化能力的函数。

Description

用于还原SCR催化器上的NOX排放物的装置、系统和方法

技术领域

本公开内容涉及控制内燃发动机的氮氧化物(NO_x)排放，且更特别涉及用选择催化还原(SCR)催化器来控制NO_x的装置、系统和方法。 

背景技术

最近数年间，内燃发动机的排放法规已经越来越严格。规定的内燃发动机的NO_x和颗粒物排放是足够低的，以至于在许多情况下，改进的燃烧技术也不能满足排放水平。因此，逐渐加大了在发动机上使用后处理系统来减少排放。为了还原NO_x排放物，NO_x还原催化器，包括选择催化还原(SCR)系统，用于将NO_x(一些部分中是NO和NO₂)转化成N₂和其他化合物。SCR系统使用还原剂，通常是氨来还原NO_x。目前可以利用的SCR系统可以产生高的NO_x转化率，这允许燃烧技术集中在功率和效率。然而，目前可以利用的SCR系统还存在一些缺陷。 

SCR系统产生氨来还原NO_x。当在合适的条件下，在SCR催化器处正好可利用合适量的氨时，氨用于还原NO_x。然而，如果还原反应速率太低的话，或如果废气中存在过量的氨，那么氨可能漏出排气管。氨是极其刺激性的和不期望的排放物。因此，即使数十ppm的泄漏也会产生问题。另外，由于不期望操作纯氨，所以许多系统利用替代的化合物，诸如尿素，尿素在废气流中蒸发并分解成氨。目前可利用的SCR系统将注入的尿素看作注入的氨，且并不考虑尿素蒸发和水解成组分化合物，诸如氨和异氰酸。因此，尿素可能在SCR的下游分解成氨，造成氨泄漏，且比控制机构估计得少的氨可用于NO_x还原，这造成尾管处较高的NO_x排放。 

 当发动机出现NO_x排放时，利用尿素的定量给料来产生氨的SCR系统依赖于尿素到SCR催化器的实时输送。与诸如烃注入器的其他化学注入器相比，尿素定量给料器具有相对慢的物理动力学。因此，尿素定量给料器可以显著影响SCR控制系统。 

一些目前可利用的SCR系统通过利用许多SCR催化器制剂的固有的氨存储容量考虑了尿素定量给料的动力学和内燃发动机的通常快速的瞬态性质。 

一种目前可利用的方法在尿素定量给料开始之前，在发动机NO_x峰值(NO_xspike)(或上升)开始时引入时间延迟，以及在尿素定量给料结束之前，在NO_x峰值之后(或下降)引入时间延迟。通常，发动机NO_x峰值将会造成废气和SCR催化器的温度升高，此温度升高可能导致催化器上储存的氨释放。当发动机功率输出用作直接估计发动机NO_x排放的替代物时，事实尤其如此。氨释放提供了用于还原发动机排出NO_x的氨，而延迟尿素注入防止过多的氨漏出废气。当NO_x降低时，发动机废气和SCR催化器的温度通常降低，且因此，持续的尿素注入(在使尿素注入下降之前的延迟)提供了氨以存储在SCR催化器上并再填充催化器。 

在许多常见的情形中，时间延迟法在SCR催化器中产生期望的结果。然而，在一些情形中，时间延迟法可能产生不期望的结果且甚至产生与最佳响应相反的响应。例如，因任何原因导致的EGR部分的减少造成发动机排出NO_x峰值，且废气温度降低。在利用发动机排出功率作为NO_x排放的替代物的时间延迟系统中，变化将可能被忽视且标准量的注入的尿素将引起NO_x排放的增加。在认识到发动机排出NO_x峰值的时间延迟系统中，该系统延迟注入产生氨的尿素。由于SCR催化器上的温度是相对较低的，所以减少了从催化器释放的还原NO_x的氨的量，这导致NO_x排放的增加。在峰值事件结束时，废气温度升高(因设计的EGR部分的恢复)，而NO_x排放降低。SCR催化器排出来自减少的储存容量的氨，同时尿素注入器持续向系统中添加氨而没有可用于还原的NO_x。因此，系统可以对向下的循环泄漏大量的氨。 

其他目前可利用的系统确定SCR催化器是在氨储存(吸附)温度还是氨排出(脱附)温度下。当SCR催化器正在储存氨时，系统注入尿素直至催化器是充满的。当SCR催化器正在排出氨时，系统停止注入并允许储存的氨释放且还原NO_x。

目前可利用的追踪SCR催化器温度的系统存在一些缺陷。例如，储存在SCR催化器上的氨的量随温度变化。然而，目前可利用的系统假设低于规定温度为某一储存量，且高于规定温度为零储存。因此，控制可能明显束缚在规定温度附近，明显高估了正好在规定温度之下的氨储存容量以及明显低估了正好在规定温度之上的氨储存容量。这种系统利用“归一化化学计量比”(NSR)来确定基准尿素注入，但并不考虑当确定NSR时，NO_x组成和尿素的NH₃与异氰酸比的变化。而且，这种系统并不考虑发生在许多系统中的尿素的不完全蒸发和水解且因此可能不会排出足够的尿素来还原NO_x和/或提供期望的用于储存的氨。 

此外，许多已知的SCR系统并未利用SCR催化器下游的氨氧化(AMOX)催化器来将从SCR催化器泄漏的至少一些氨转化成N₂和其他危害性更低的化合物。对那些确实采用AMOX催化器的常规SCR系统来说，AMOX催化器的操作条件和转化能力并未分成这种系统的还原剂定量给料速率、氨储存控制、氨泄漏控制和NO_x转化效率反馈的因素。 

发明概述 

响应本领域的现状，且尤其是响应本领域的还未被目前可利用的排气后处理系统完全解决的问题和需求，已经发展了本申请的主题。因此，已经发展了本申请的主题来提供用于还原SCR催化器上的NO_x排放物的装置、系统和方法，所述SCR催化器克服了现有技术的后处理系统的至少一些缺陷。 

例如，根据一个代表性的实施方案，一种用于还原发动机系统的发动机废气流中的NO_x排放物的装置包括NO_x还原目标模块和还原剂模块，所述发动机系统具有选择催化还原(SCR)系统且SCR催化器设置在还原剂注入器下游。配置NO_x还原目标模块以确定NO_x还原要求，包括将要在SCR催化器上被还原的废气流中的NO_x的量。配置还原剂模块以确定添加到废气流中的还原剂的量以实现NO_x还原要求。添加到废气流中的还原剂的量是SCR催化器的至少一个氨储存特征、至少一个还原剂到氨的转化特征和与SCR催化器废气接收相通的AMOX催化器的转化能力的函数。 

在一些实施方案中，至少一个氨储存特征包括储存在SCR催化器上的氨的估计量、从SCR催化器泄漏的氨的估计量和SCR催化器的估计的最大氨储存容量中的至少一个。在一些实施方案中，至少一个还原剂到氨的转化特征包括SCR催化器与还原剂注入器之间的距离、还原剂到氨的转化效率和还原剂到氨之外的其他组分的转化效率中的至少一个。在另一些实施方案中，AMOX催化器的转化能力是AMOX催化器的温度、AMOX催化器劣化因子和尾管氨泄漏目标中的至少一个的函数。 

根据一个实施方案，添加到废气流中的还原剂的量是SCR催化器的物理条件、SCR催化器的条件的函数。SCR催化器的物理条件由SCR催化器的劣化因子和SCR催化器的最大NO_x转化效率表示。 

在某些情况中，该装置还包括机载诊断模块，其被配置以确定所述SCR催化器的最大NO_x还原效率是否小于预定的阈值。 

根据另一个实施方案，一种用于还原发动机系统的发动机废气流中的NO_x排放物的方法，所述发动机废气流从所述发动机系统的发动机流至所述发动机系统的尾管，所述发动机系统具有选择催化还原(SCR)催化器和所述SCR催化器上游的尿素注入器，该方法包括确定NO_x还原要求。NO_x还原要求包括将要在选择催化还原(SCR)催化器上被还原的废气流中的NO_x的量。该方法还包括确定AMOX催化器的转化能力，确定氨储存调节器和确定氨添加要求。氨添加要求表示为实现NO_x还原要求而添加到废气流中的氨的量且至少部分取决于AMOX催化器转化能力和氨储存调节器。该方法还包括确定尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子和确定尿素注入要求。尿素注入要求至少部分基于尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子。而且，尿素注入要求表示为实现所述氨添加要求而添加到废气流中的尿素的量。该方法还包括确定是否至少一个尿素限制条件被满足，且如果至少一个尿素限制条件被满足，那么调节所述尿素注入要求。另外，该方法包括根据尿素注入要求，将尿素注入到废气流中。 

在一些实施方案中，氨储存调节器至少部分基于储存在SCR催化器上 的氨的估计量、从SCR催化器泄漏的氨的估计量和SCR催化器的估计的最大氨储存容量。在另一些实施方案中，尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子至少部分基于SCR催化器与尿素注入器之间的距离、尿素到氨的转化效率和尿素到异氰酸的转化效率。 

根据另一个实施方案，发动机系统包括内燃发动机、选择催化还原(SCR)系统和还原剂注入器，所述内燃发动机产生废气流；所述选择催化还原(SCR)系统包括在氨存在下还原废气流中的NO_x排放物的SCR催化器；所述还原剂注入器在SCR催化器的上游将还原剂注入到废气流中且还原剂供给氨。发动机系统还包括前馈部件、反馈型部件和氨储存部件。前馈部件被配置以在内燃发动机的稳态操作条件的过程中，确定与所述SCR催化器上的NO_x还原的期望水平相对应的还原剂定量给料速率；反馈型部件被配置以至少部分基于SCR催化器的物理劣化来调节还原剂定量给料速率。氨储存部件被配置以至少部分基于SCR催化器上的期望的氨储存水平来调节还原剂定量给料速率。期望的氨储存水平表示至少足以适应内燃发动机的瞬时操作条件过程中的NO_x排放物的各种瞬时变化的氨储存水平。 

在一些实施方案中，发动机系统还包括SCR催化器下游的AMOX催化器。因此，反馈型部件被进一步配置以至少部分基于AMOX催化器的物理劣化来调节还原剂定量给料速率。期望的氨储存水平可以至少部分基于SCR催化器的最大氨储存容量和AMOX催化器的最大NH₃转化能力。 

在一些实施方案中，还原剂是尿素，在进入SCR催化器之前，尿素部分还原成氨且部分还原成异氰酸。尿素定量给料速率可至少部分基于尿素到氨的第一转化效率和尿素到异氰酸的第二转化效率。 

在又一些实施方案中，反馈型部件被进一步配置以至少部分基于至少一个还原剂限制条件的出现来调节还原剂定量给料速率。至少一个还原剂限制条件可包括废气温度限值、氨泄漏限值和SCR催化器床温度限值中的至少一个。 

根据一些实施方案，期望的氨储存水平至少部分基于SCR催化器的最大氨储存容量。 

在一些实施方案中，控制器包括机载诊断(on-board diagnostics，OBD)部件，机载诊断部件被配置以确定所述SCR系统是否能够将废气流中的NO_x排放物还原至低于预定阈值的量。发动机系统还可以包括OBD接口，该OBD接口是与控制器电连接通信的。因此，在某些情况中，当OBD部件确定SCR系统不能够将废气流中的NO_x排放物还原至低于预定阈值的量时，控制器对OBD接口发警报。确定SCR系统是否能够将废气流中的NO_x排放物还原至低于预定阈值的量可以至少部分基于SCR催化器的物理劣化。 

在一些实施方案中，SCR系统包括内嵌在SCR催化器内的NO_x传感器。SCR催化器可以包括一对分隔的催化器床，该催化器床沿着SCR催化器的长度延伸且界定了床之间的空间。内嵌的NO_x传感器可以被至少部分设置在床之间的空间内。 

在整个本说明书中对特征、优点的提及或类似语言并不意味着使用本公开内容的主题可实现的所有特征和优点都应在或在任意单个实施方案中。相反，提及特征和优点的语言被理解为意味着结合实施方案描述的特定的特征、优点或特性包括在本公开内容的至少一个实施方案中。因而，在整个本说明书中对特征、优点的讨论以及类似语言可以但不一定指同一实施方案。 

而且，所描述的特征、优点和本公开内容的主题的特性可按任何适当的方式合并在一个或多个实施方案中。相关领域中的技术人员将认识到，本主题可在没有特定实施方案的一个或多个特定的特征或优点的情况下被实践。在其它情况下，在某些实施方案中可出现可能并不在所有实施方案中存在的额外的特征和优点。从下面的描述和所附权利要求中，这些特征和优点将变得更充分明显，或可通过如下文中阐述的本主题的实践被了解。 

附图简述 

为了使主题的优点可被更容易理解，将通过参考在附图中示出的特定 实施方案对上面简要描述的主题给予更具体的描述。理解了这些附图只描述主题的一般实施方案因而不被认为是其范围的限制后，将通过附图的使用，采用另外的特征和细节描述并解释主题。在附图中： 

图1是具有根据一个代表性实施方案的排气后处理系统的内燃发动机系统的示意性框图； 

图2是根据一个代表性实施方案的图1的排气后处理系统的示意性框图； 

图3是根据一个代表性实施方案的图2的排气后处理系统的控制器的示意性框图； 

图4是根据一个代表性实施方案的图3的控制器的NO_x还原目标模块的示意性框图； 

图5A是根据一个代表性实施方案的图3的控制器的前馈氨目标模块的示意性框图； 

图5B是根据一个代表性实施方案的图3的控制器的反馈氨目标模块的示意性框图； 

图6是根据一个代表性实施方案的图3的控制器的还原剂目标模块的示意性框图； 

图7是根据一个代表性实施方案的图6的还原剂目标模块的还原剂水解模块的示意性框图； 

图8是根据一个代表性实施方案的图6的还原剂目标模块的逆向还原剂水解模块的示意性框图； 

图9是可操作地确定流入根据一个实施方案的SCR催化器的氨和异氰酸的控制系统的示意性流程图； 

图10是根据一个代表性实施方案的图3的控制器的氨储存模块的示意性框图； 

图11是根据一个代表性实施方案的图10的氨储存模块的当前氨储存水平模块的示意性框图； 

图12是可操作地确定SCR催化器上的氨的储存水平的控制系统的示意性流程图； 

图13是可操作地确定从SCR催化器泄漏的氨的量的控制系统的示意性流程图； 

图14是根据一个代表性的实施方案的图3的控制器的AMOX催化器氨转化模块的示意性框图； 

图15是根据一个代表性的实施方案的图3的控制器的还原剂调节器模块的示意性框图； 

图16是根据一个代表性的实施方案的图15的还原剂调节器模块的校正的尾管NO_x模块(corrected tailpipe NO_x module)的示意性框图；以及 

图17是利用SCR催化器上的氨储存还原NO_x排放物的方法。 

发明详述 

已经将此说明书中描述的许多功能单元标记为模块，以便更特别强调它们的实施独立性。例如，模块可作为硬件电路来实现，所述硬件电路包括常规的VLSI电路或门阵列、现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立元件。还可以在可编程的硬件设备中来实现模块，这些可编程硬件设备诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或类似物。 

模块也可在由各种类型的处理器执行的软件中实现。所识别的可执行代码的模块可例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可例如被组织为对象、程序或功能。然而，可执行的所识别的模块不需要物理地定位在一起，而是可包括储存在不同位置上的不同的指令，当这些指令在逻辑上结合在一起时包括该模块并实现该模块的规定目的。 

实际上，可执行代码的模块可为单个指令或很多指令，并可甚至在不同的程序中被分布在几个不同的代码段上和几个存储设备中。类似地，操作数据可在这里在模块中被识别和示出，并可以任何适当的形式体现和在任何适当类型的数据结构内组织。操作数据可作为单个数据集被收集，或可分布在不同的位置上，包括分布在不同的存储设备上，并可至少部分地只作为系统或网络上的电子信号存在。 

在整个本说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”或类似语言的提及意指结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因而，在整个本说明书中短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”和类似的语言的出现可以但不一定都指同一实施方案。 

此外，所描述的特征、结构或本文所描述的主题的特性可用任何适当的方式合并在一个或多个实施方案中。在下面的描述中，提供了很多特定的细节以给出对本公开的实施方案的彻底理解，这些细节诸如控制件、结构、算法、程序、软件模块、用户选项、网络交易、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等。然而相关领域的技术人员将认识到，可在没有一个或多个特定的细节的情况下或使用其它方法、部件、材料等实践本主题。在其它情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免使所公开主题的方面不明显。 

内燃发动机系统

图1描绘了内燃发动机系统10的一个实施方案。发动机系统10的主要部件包括内燃发动机11和连接到发动机的废气后处理系统100。内燃发动机11可以是压燃式内燃发动机，诸如柴油燃料发动机，或火花点燃式内燃发动机，诸如低含量运行的汽油燃料发动机。发动机系统10还包括空气入口12、进口歧管14、排气歧管16、涡轮增压器涡轮18、涡轮增压器压缩机20、温度传感器(如，温度传感器24)、压力传感器(如，压力传感器26)和空气流量传感器56。空气入口12通向大气且连接至进口歧管14的入口以使空气能够进入进口歧管。进口歧管14包括可操作地连接至内燃发动机11的压缩室的出口以便将空气引入压缩室。 

在内燃发动机11内，来自大气的空气与燃料结合以给发动机提供动力。燃料和空气的燃烧产生废气，其可操作地排出到排气歧管。从排气歧管16中，废气的一部分可用于给涡轮增压器涡轮18提供动力。涡轮18驱动涡轮增压器压缩机20，在将进入空气入口12的至少一些空气引入到进口歧管14并进入发动机11的压缩室内之前，涡轮增压器压缩机20压缩这些空气。 

排气后处理系统100被连接到发动机11的排气歧管16。离开排气歧管16的废气的至少一部分可以穿过排气后处理系统100。在某些实施方案中，发动机系统10包括废气再循环(EGR)阀(未显示)，其被配置以打开以允许一部分废气再循环回到压缩室以便改变发动机11的燃烧性能。 

通常，排气后处理系统100被配置以去除存在于由排气歧管16接收且并未被再循环回到发动机11中的废气中的各种化合物和颗粒排放物。如图2所示，排气后处理系统100包括控制器130、氧化催化器140、颗粒物(PM)过滤器142、具有SCR催化器152的SCR系统150和氨氧化(AMOX)催化器160。在由指向箭头144指示的排气流动方向上，排气可从排气歧管16流动通过氧化催化器140、通过微粒过滤器142、通过SCR催化器152、通过AMOX催化器160，然后被排入大气中。换句话说，微粒过滤器142位于氧化催化器140的下游，SCR催化器152位于微粒过滤器142的下游，而AMOX催化器器160位于SCR催化器152的下游。通常，在排气后处理系统100中处理过并被释放入大气中的废气因而比未处理的废气包含明显更少的污染物，例如柴油机颗粒物、NO_x、烃，诸如一氧化碳和二氧化碳。 

氧化催化器140可以是本领域已知的各种直流式柴油机氧化催化器(DOC)中的任意一种。通常，氧化催化器140被配置以氧化废气中的至少一些颗粒物，如煤烟的可溶性有机部分，并将废气中未燃烧的烃和CO还原成环境危害性较弱的化合物。例如，氧化催化器140可以充分减少废气中的烃和CO浓度以满足必需的排放标准。 

微粒过滤器142可以是本领域已知的各种微粒过滤器中的任意一种，微粒过滤器142被配置以降低废气中的颗粒物浓度，如煤烟和灰以满足必需的排放标准。微粒过滤器142可以电连接至控制器，诸如控制器130，控制器控制微粒过滤器的各种特征，诸如，如过滤器再生事件的时间和时长。在一些实施方案中，微粒过滤器142和相关的控制系统与美国专利申请第 11/227,320号；第11/227,403号；第11/227,857号和第11/301,998号中描述的各自的微粒过滤器和控制系统类似或相同，这些专利在此以引用方式并入。 

SCR系统150包括还原剂输送系统151，还原剂输送系统151包括还原剂源170、泵180和输送机构190。还原剂源170可以是能够容纳还原剂，诸如，如氨(NH₃)、尿素、柴油机燃料或柴油的容器或罐。还原剂源170与泵180还原剂供给相通，泵被配置以将还原剂从还原剂源泵送至输送机构190。输送机构190可以包括还原剂注入器，其示意性地显示为位于SCR催化器152的上游的192。注入器是可选择性控制的以在废气流进入SCR催化器152之前，将还原剂直接注入到废气流中。在一些实施方案中，还原剂可以是氨或尿素，尿素分解生成氨。正如将在下面更详细描述的，在这些实施方案中，氨在SCR催化器152存在下与NO_x反应以将NO_x还原成危害性更弱的排放物，诸如N₂和H₂O。SCR催化器152可为本领域中已知的各种催化器中的任意一种催化器。例如，在一些实施方案中，SCR催化器152是基于钒的催化器，而在另一些实施方案中，SCR催化器上基于沸石的催化器，例如Cu-沸石或Fe-沸石催化器。在一个代表性实施方案中，还原剂是含水的尿素且SCR催化器152是基于沸石的催化器。 

AMOX催化器160可以是各种直流催化器中的任意一种，AMOX催化器160被配置成与氨反应以主要生成氮气。通常而言，AMOX催化器160用于去除已经泄漏出或离开SCR催化器152且没有与废气中的NO_x反应的氨。在某些情形中，系统10可以是具有或不具有AMOX催化器来操作的。此外，虽然AMOX催化器160被显示为与SCR催化器152分离的单元，但是在一些实施方案中，AMOX催化器可以与SCR催化器集成，如，AMOX催化器和SCR催化器可以位于相同的罩内。 

排气后处理系统100包括多个传感器，诸如温度传感器124A-F、压力传感器126、氧传感器162、NO_x传感器164A-D、NH₃传感器166A-C、氨/NO_x双传感器(未显示)以及类似传感器，它们被设置在遍布排气后处理系统中。多个传感器可以与控制器130电连接以监测操作条件并控制发动机系统10，包括排气后处理系统100。在所阐释的实施方案中，排气后处理系统100包括氧化催化器140上游的NO_x传感器164A、连接至SCR催化器152的中心部分和/或内嵌在SCR催化器152内的NO_x传感器164B、在SCR催化器与AMOX催化器160中间的NO_x传感器164C、在AMOX催化器下游的NO_x传感器164D以及在PM过滤器142下游和还原剂注入器192上游的NO_x传感器164E。此外，所阐释的排气后处理系统100包括SCR催化器152上游的NH₃传感器166A、内嵌在SCR催化器152内的NH₃传感器166B和在AMOX催化器160下游的NH₃传感器166C。 

虽然所显示的排气后处理系统100包括沿着排气流动路径相对于彼此位于特定位置上的氧化催化器140、微粒过滤器142、SCR催化器152和AMOX催化器160之一，但是在其它实施方案中，排气后处理系统可按需要包括沿着排气流动路径相对于彼此位于不同位置的任何位置上的各种催化器中的多于一个的任意催化器。进一步地，虽然氧化催化器140和AMOX催化器160是非选择性催化器，但是在一些实施方案中，氧化催化器和AMOX催化器可为选择性催化器。 

控制器130控制发动机系统100和相关的子系统的操作，相关的子系统诸如发动机11和排气后处理系统100。图2将控制器130描绘成单个物理单元，但是在一些实施方案中，如果期望的话，控制器可以包括两个或更多个物理分离的单元或部件。通常来说，控制器130接收多个输入，处理输入并发送多个输出。多个输入可以包括来自传感器的感测的测量结果和多个用户输入。通过利用各种算法、储存的数据和其他输入，控制器130处理输入以更新储存的数据和/或产生输出值。将所产生的输出值和/或命令发送到控制器的其他部件和/或发动机系统10的一个或多个元件以控制系统来获得期望的结果，且更具体而言，获得期望的废气排放。 

控制器130包括用于控制发动机系统10的操作的多个模块。例如，控制器130包括用于控制如上所述的微粒过滤器142的操作的一个或多个模块。控制器130还包括用于控制SCR系统150的操作的一个或多个模块。控制器130还包括用于控制发动机11的操作的一个或多个模块。另 外，如果氧化催化器140和AMOX催化器160是可选择性控制的，那么控制器130可以包括用于控制氧化催化器和AMOX催化器的各自的操作的一个或多个模块。 

在某些实施方案中，SCR系统150的控制包括三个主要部件：(1)前馈部件，其被设计成用于计算发动机11的稳态操作的还原剂定量给料速率；(2)反馈型部件，其被设计成因SCR催化器152和AMOX催化器160的任何长期劣化而补偿前馈部件；以及(3)氨储存部件，其被设计成计算填满SCR催化器152上的氨储存位置所需的还原剂定量给料速率以便适应发动机11的瞬时操作。在某些实施方案中，反馈型部件可以包括SCR催化器劣化因子模块，NO_x还原效率模块和/或AMOX NH₃转化效率模块，诸如下文将更详细描述的。 

参考图3，且根据一个实施方案，控制器130包括若干模块用于实现上述三个主要部件和控制SCR系统150的操作以在瞬态和稳态操作过程中使NO_x有效还原，同时减少从尾管泄漏的氨。更具体而言，控制器130包括NO_x还原目标模块300、至少一个氨目标模块(如，前馈氨目标模块310和反馈氨目标模块344)、还原剂目标模块330、NH₃储存模块350、AMOX NH₃转化模块380、还原剂限制模块390和校正的尾管NO_x模块397。通常来说，模块是独立的和/或共同操作的以获得SCR催化器152上的最佳转化效率，同时使氨泄漏和尿素消耗最少。控制器130在数据接收和/或发送通信方面与发动机系统10的若干子系统，诸如发动机控制器167、PM过滤器系统控制器168和SCR系统控制器169，是可通信相通的。 

NO _x 还原目标模块

参考图4，NO_x还原目标模块300可操作地来确定NO_x还原要求304。NO_x还原要求表示应该从SCR催化器152上的废气流中还原的NO_x的量以达到预定的废气排放限值。换句话说，NO_x还原目标模块300确定达到期望的尾管NO_x水平306所需的NO_x还原要求304。尾管处的NO_x的期望量，如期望的尾管NO_x水平306(参见图4和16)，代表根据规定的排放标准所允许离开尾管的NO_x的量。 

通常来说，NO_x还原要求304表示为NO_x在待还原的废气流中的分数。NO_x还原要求还可以由NO_x还原率表示或由为达到预定的废气排放限值使NO_x应该被还原的速率表示。在某些实施方案中，NO_x还原目标模块300在数据接收通信方面与NO_x传感器164A是可通信相通的以确定存在于进入SCR催化器152之前的废气流中的NO_x的量。可选择地或另外，在一些实施方案中，可以通过操作发动机操作条件模块302来估计存在于废气流中的NO_x的量。发动机操作条件模块302将发动机11的操作条件与包含发动机的不同操作条件时的预定的废气NO_x水平的储存的运行图对比来确定废气流中NO_x的估计量。NO_x还原目标模块300将发动机出口处的废气流中NO_x的实际量或估计量与从尾管排出的废气流中NO_x的期望水平306比较来确定NO_x还原要求304。 

氨目标模块

控制器130包括可操作地确定氨添加要求的氨目标模块。正如本文定义的，氨添加要求是应该被添加到废气流中以将废气流中的NO_x还原至期望的水平而满足排放标准的氨的量。在某些实施方案中，控制器130包括用于使用前馈方法来确定氨添加要求326的前馈氨目标模块310(参见图5A)。在其他实施方案中，控制器130包括用于使用反馈方法来确定氨添加要求348的反馈氨目标模块344(参见图5B)。在又一些实施方案中，控制器130既包括前馈氨目标模块310，又包括反馈氨目标模块344。 

首先参考图5A，前馈氨目标模块310接收来自NO_x还原目标模块300的NO_x还原要求304(参见图4)、来自NH₃ 储存模块350的NH₃储存调节器352(参见图10)和来自还原剂水解模块333的当前SCR催化器入口NH₃流速335(参见图7)作为输入，且被模块310利用以确定氨添加要求326。在代表性的所阐释的实施方案中，前馈氨目标模块310包括NO_x还原效率模块312、SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块314、SCR催化器入口废气特性模块316、SCR催化器床温度模块318、SCR催化器入口NO_x模块320、SCR催化器空间速度模块322和NO_x还原反应速率模块324。 

NO_x还原效率模块312可操作地来确定SCR催化器152上的NO_x还原的最大效率。通常，NO_x还原效率模块312考虑了期望的NO_x转化效率和SCR催化器的条件。 

期望的NO_x转化效率可以是多种效率中的任一种且取决于发动机出口处的废气流中的NO_x的量与尾管出口处的废气流中的NO_x的期望量之间的差。例如，在一些实施方案中，SCR催化器152的期望的NO_x转化效率可以是达到SCR催化器出口处的期望的尾管NO_x水平306所需的效率。然而，在具有AMOX催化器的实施方案中，SCR催化器152的期望的NO_x转化效率可以低于未使用AMOX催化器时的，这是因为AMOX催化器可以减少从SCR催化器泄漏的氨。在一些实施方案中，NO_x还原效率模块312可以确定SCR催化器152的最大NO_x转化效率，正如2008年12月5日提交的在审的美国临时专利申请第61/120,297号所描述的，该专利在此以引用方式并入。 

因此，NO_x还原效率模块312可操作地来将SCR催化器152的期望的NO_x转化效率与最大NO_x转化效率比较并将两个效率中较小的输出至前馈氨目标模块310。前馈氨目标模块310随后利用NO_x还原效率模块312确定的期望的NO_x转化效率与最大NO_x转化效率中较小的来确定氨添加要求326。通常来说，较小的NO_x转化效率越低，氨添加要求326越低。NO_x还原效率模块312可以以各种方式来确定SCR催化器152的最大NO_x转化效率。 

SCR催化器152的条件影响SCR催化器的效率。SCR催化器的条件劣化得越多，SCR催化器152上的NO_x还原的最大效率越低。SCR催化器152的条件还可以由SCR催化器劣化因子表示。可以根据多种方式中的任一种，通过SCR催化器劣化因子模块，诸如下面关于图11描述的模块368来确定SCR催化器劣化因子。例如，SCR催化器劣化因子模块可以按照类似于2008年12月5日提交的在审的美国临时专利申请第61/120,283号所描述的方式来确定SCR催化器劣化因子，该专利在此以引用方式并入。 

SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块314可操作地来预测SCR催化器152的入口处的废气流中的废气的NO₂/NO_x比。在一些实施方案中， NO₂/NO_x比由下述比表示： 

$\frac{N{O}_2}{\mathrm{NO}+N{O}_2}---\left(1\right)$

其中NO是预定体积的废气中的一氧化氮的质量浓度且NO₂是预定体积的废气中的二氧化氮的质量浓度。 

SCR催化器入口废气特性模块316可操作地来确定SCR催化器152的入口处的废气的各种特性。特性可以包括，如废气的质量流速和废气的温度。在一些实施方案中，废气特性是基于发动机系统10的预定操作条件时的预定废气特性值来预测的。例如，SCR催化器入口废气特性模块316可以包括废气特性图、表或矢量，它们将预定废气特性值与发动机系统操作条件，诸如发动机11的操作负荷和/速度进行比较。在某些实施方案中，SCR催化器入口废气特性模块316通过处理来自本领域已知的各种传感器中的任一种的输入来确定废气特性，诸如质量流传感器和温度传感器。 

SCR催化器床温度模块318可操作地来确定SCR催化器152的床温度。SCR催化器152的床温度可以基于内嵌在SCR催化器内的一个或多个温度传感器，诸如温度传感器124D来确定，或通过利用系统的多个操作参数(诸如，SCR催化器152之前和之后的废气质量流速和温度)的模块(参见，如图13的AMOX催化器床温度模块386)来预测。因此，虽然所阐释的实施方案使用SCR催化器床温度传感器124D来确定催化器床的温度，但是在其他实施方案中，用可操作地预测或估计SCR催化器床的温度的SCR催化器床温度模块来替换或补充该传感器。 

SCR催化器入口NO_x模块320可操作地来确定SCR催化器152的入口处的废气流中的NO_x浓度。NO_x浓度可以基于对应于发动机系统10的预定操作条件的预定废气条件来预测。例如，模块320可以访问诸如上述的废气特性图、表或矢量来估计废气中的NO_x浓度。可选择地或另外，正进入SCR催化器152的废气中的NO_x浓度可以使用位于SCR催化器上游的第一NO_x传感器164A来测量。 

SCR催化器空间速度模块322可操作地来确定SCR催化器152的空间速度。通常来说，SCR催化器152的空间速度表示在废气流中的在SCR催化器内经给定时间是可反应的NO_x的量。因此，SCR催化器152的空间速度通常以每单位时间，如1/小时、1000/小时等来表示。SCR催化器152的空间速度基于各种废气条件和催化器条件。例如，空间速度可以至少部分基于SCR催化器的容积和/或反应、或床、表面积，和废气的密度、粘度和/或流速。在一些实施方案中，SCR催化器空间速度模块322通过接收关于发动机系统10的操作条件的输入且基于操作条件，通过访问储存在模块上的表或图获得给定条件的SCR的空间速度来确定SCR催化器152的空间速度。表可以包括经由在发动机系统10可达到的各种操作条件下，对给定SCR催化器操作进行的试验测试和校正获得的多个预定空间速度。 

NO_x还原反应速率模块324可操作地来预测氨与SCR催化器152上的NO_x反应并还原该NO_x的速率。预测的NO_x反应速率至少部分取决于废气的NO_x组成或浓度以及发生在SCR催化器152上的不同类型的NO_x还原反应的频率。通常来说，通过下面三种活性最强的化学计量的化学反应的其中一种，由氨还原NO_x： 

预测的NO_x反应速率还至少部分取决于氨浓度速率、SCR催化器152的床温度和SCR催化器的空间速度。而且，在一些实施方案中，预测的NO_x应速率还至少部分取决于SCR催化器152的劣化因子或条件。预测的NO_x反应速率可以表示为根据上面的方程式2和3预测的用于还原NO的NO_x反应速率与根据上面的方程式2和4预测的用于还原NO₂的NO_x反应速率的总和。 

氨目标模块至少部分基于期望的NO_x转化效率、废气的NO₂/NO_x比、废气流速、SCR催化器152床的温度和条件、SCR催化器的入口处的NO_x 和NH₃的量以及NO_x还原反应速率来确定氨添加要求326。在一些实施方案中，氨添加条件326还至少部分基于由NH₃储存模块350确定的NH₃储存调节器352，如将在下面更详细描述(参见图7)。 

根据图5B显示的另一个实施方案，氨添加要求，如氨添加要求348可以通过反馈氨目标模块344来确定。反馈氨目标模块344接收期望的尾管NO_x水平306、由尾管NH₃传感器166C感测到的离开尾管的NH₃的量、NH₃储存调节器352和校正的尾管NO_x值399(参见图16)作为输入。而且，反馈氨目标模块344包括废气流特性模块345和尾管NO_x反馈模块347。与前馈氨目标模块310相比，反馈氨目标模块344主要依赖穿过SCR催化器152之后的废气流的特性并调节还原剂定量给料速率以补偿SCR系统150中的误差和不一致。 

废气流特性模块345按照类似于上面关于SCR催化器入口废气特性模块316描述的方式可操作地来确定废气流的不同条件，如温度、流速等。 

尾管NO_x反馈模块347可操作地来确定尾管NO_x反馈值，尾管NO_x反馈值可以由反馈氨目标模块344用来确定氨添加要求348。尾管NO_x反馈值考虑了SCR系统150中可能降低系统的效率的不一致，诸如建模误差、催化器老化、传感器老化、还原剂浓度变化、还原剂注入器延迟。因此，尾管NO_x反馈模块347可操作地来调整尾管NO_x反馈值来增大SCR系统150的效率并达到期望的NO_x转化效率，尽管系统中可能存在不一致。 

尾管NO_x反馈模块347通过比较由尾管NO_x传感器164D检测到的感测量的NO_x与期望的或目标尾管NO_x量306来产生尾管NO_x反馈值。因此，尾管NO_x反馈值至少部分取决于感测到的尾管NO_x与目标或期望的尾管NO_x 306之间的差。通常来说，感测到的尾管NO_x与目标尾管NO_x 306之间的差越大，氨添加要求348越大。例如，如果感测到的尾管NO_x的量与目标尾管NO_x 306相比相对较高，那么反馈氨目标模块344可以增大氨添加要求348。正如下面将更详细说明的，氨添加要求348的增大可能导致更多的还原剂被添加到废气流中以便增大SCR催化器152上的NO_x转化率。相反，如果感测到的尾管NO_x的量与目标尾管NO_x306相比相对较低，那么反馈氨目标模块344可以降低氨添加要求，这可能因此导致较少的还原剂被添加到废气流中以节约还原剂，且因而增大了SCR系统150的效率。 

在某些实施方案中，由于一些NO_x传感器对氨的交叉敏感性，所以只有当氨未从SCR系统150泄漏，如未从尾管漏出时，SCR系统150才利用反馈氨目标模块344来产生氨添加要求。氨是否从尾管泄漏可以通过尾管NH₃传感器166C感测和/或通过AMOX NH₃转化模块380预测，如下面将更详细描述的。 

在某些实施方案中，控制器130包括控制逻辑选择算法(未示出)，其被配置以至少部分基于NH₃是否从尾管泄漏来选择氨添加要求326、348中的一种以作为SCR系统150的氨添加要求。换句话说，用于确定SCR系统150的氨添加要求的模块是基于SCR系统是按尾管NH₃泄漏模式操作还是按尾管NH₃未泄漏模式操作而可切换的。更具体而言，当NH₃从尾管泄漏时，将由前馈氨目标模块310确定的氨添加要求326与还原剂目标模块330通信且用于确定还原剂注入要求332(参见图8)。相反，当NH₃未从尾管泄漏时，将由反馈氨目标模块344确定的氨添加要求348与还原剂目标模块330通信且用于确定还原剂注入要求332。在某些实施方案中，控制器130的控制逻辑选择算法基于氨添加要求326、348的组合，如平均值来确定氨添加要求，而不考虑氨是否从尾管泄漏。在某些实施方案中，氨添加要求326可以根据氨添加要求348来调节。 

在一些实施方案中，反馈氨目标模块344包括信号校正算法(未示出)，其被配置成当氨从尾管泄漏时，过滤来自尾管NO_x传感器164D的信号，使得信号适于得出尾管处更准确的NO_x浓度。因此，在一些实施方案中，在尾管NH₃泄漏模式或未泄漏模式操作的过程中，可以将由反馈氨目标模块344得到的氨添加要求348与还原剂目标模块330通信。 

如上所述，控制器130可以利用前馈氨目标模块310、反馈氨目标模块344或两者来确定SCR系统150的氨添加要求。一旦确定，将氨添加要求，如氨添加要求326、氨添加要求348或两者的结合与还原剂目标模块330通信，或更具体是还原剂目标模块的逆向还原剂水解模块334。正如下文使用的，与还原剂目标模块330通信的氨添加要求将被引用为氨添加 要求326。尽管这样，应认识到，氨添加要求326的任何引用可以被氨添加要求348或氨添加要求326、348的结合替换。 

还原剂目标模块

参考图6，还原剂目标模块330包括还原剂水解模块333和逆向还原剂水解模块334。正如下面将更详细描述的，还原剂水解模块333基于当前还原剂定量给料速率可操作地确定当前SCR催化器入口NH₃流速335和当前SCR催化器入口HCNO流速336(参见图7)。接着，将当前SCR催化器入口NH₃流速335和当前SCR催化器入口HCNO流速336与控制系统150的其他各种模块通信。与还原剂水解模块333相对照，逆向还原剂水解模块334可操作地接收来自氨目标模块310的氨添加要求326并确定还原剂注入要求或定量给料速率332，即，为达到氨添加要求326所需的还原剂的量(参见图8)。基于还原剂注入要求332，控制器130命令SCR系统控制器注入对应于还原剂注入要求332的还原剂的量。在一些实施方案中，还原剂注入要求按照2008年12月5日提交的美国临时专利申请第61/120,304号所描述的来调节，该专利申请在此以引用方式并入。 

还原剂可以是本领域已知各种还原剂中的任意一种。例如，在一个实施方案中，还原剂是氨。在其他实施方案中，还原剂是尿素，尿素分解成氨和其他组分，这将在下面更详细地描述。 

还原剂水解模块

返回参考图7，还原剂水解模块333包括NH₃转化效率表337、异氰酸(HNCO)转化效率表338和SCR催化器入口废气特性模块339。SCR催化器入口废气特性模块339按照类似于上文关于图5的SCR催化器入口废气特性模块316所描述的来可操作地确定废气流的质量流速。还原剂水解模块333在数据接收通信方面与用于接收当前还原剂定量给料速率383的还原剂输送机构190和用于接收废气温度的废气温度传感器124B是可通信相通的。 

如上所述，在还原剂是尿素的实施方案中，还原剂水解模块333可操作地来确定进入SCR催化器152的氨和异氰酸的量。根据一个实施方案， 还原剂水解模块333可操作地遵循图9的示意性流程图来分别确定当前SCR催化器入口NH₃和HNCO流速335、336。在410处感测废气温度，诸如通过温度传感器124B，或在410处估计废气温度，并在420处通过SCR催化器入口废气特性模块339估计废气质量流速。至少部分基于在410处确定的废气温度和在420处确定的废气质量流速，在430处确定尿素到NH₃的转化效率并在440处确定尿素到异氰酸(HNCO)的转化效率。因此，尿素到NH₃和异氰酸的转化效率是废气温度和质量流速的函数。通过比较废气温度和质量流速与分别列在NH₃和HNCO转化效率查询表337、338上的一个或多个预定效率值来确定NH₃转化效率和HNCO转化效率。 

根据由SCR入口氨和异氰酸模块360接收的来自还原剂目标模块330的还原剂注入要求332，在450处通过尿素注入器将尿素注入到废气流中。尿素与流过尿素注入器与SCR催化器152的表面之间的排气管的废气流混合。当尿素沿着排气管流动时，它与废气反应在460处生成NH₃，而在470处生成HNCO。废气流中的NH₃和HNCO随后分别以当前SCR催化器入口NH₃流速335和当前SCR催化器入口HNCO流速336进入SCR催化器152。在HNCO进入SCR催化器152之后，催化器床促进废气流中的至少一部分HNCO与水(H₂O)之间的反应以在480处生成额外的NH₃。当前SCR催化器入口NH₃流速335和当前HNCO到NH₃流速341(即，来自在480处，在SCR催化器152内发生HNCO到NH₃的转化的NH₃)被结合来提供对SCR催化器内的氨的总量的估计，例如，当前SCR催化器NH₃流速343。在480处未被转化成NH₃的估计量的HNCO以SCR催化器出口HNCO流速349流过并流出SCR催化器152。 

如上所述，转化成NH₃的尿素的量至少部分取决于NH₃转化效率。在理想的情形中，NH₃转化效率是100％，因此，根据下面的方程式，所有的尿素转化成2份氨和1份二氧化碳而没有任何到HNCO的中间转化： 

NH₂-CO-NH₂(含水)+H₂O→2NH₃(g)+CO₂    (5) 

实际上，NH₃转化效率通常小于100％，因此根据下面的方程式，尿素转化成氨和异氰酸： 

NH₂-CO-NH₂(s)→NH₃(g)+HNCO(g)    (6) 

根据HNCO转化效率，剩余的异氰酸转化成氨和二氧化碳CO₂。在理想的情形中，HNCO转化效率是100％，因此，根据下面的方程式，在SCR催化器152内，所有的异氰酸转化成1份氨和1份二氧化碳： 

HNCO(g)+H₂O(g)→NH₃(g)+CO₂(g)    (7) 

然而，HNCO转化效率通常小于100％，因此，在SCR催化器152内，一些HNCO转化成氨和二氧化碳，而剩余部分的HNCO未被转化。 

根据下面的方程式来估计每注入尿素的流速 时，NH₃进入SCR催化器152的流速 

其中τ是混合时间常数，s是用于拉普拉斯变换的复合变量，L是特征混合长度，x是从尿素注入器到SCR催化器入口或面的距离，且 是从尿素的NH₃转化效率，其基于废气的质量流速 

和温度(T)。复合变量s可以表示为σ+jω，其中σ表示幅度，而ω表示与给定的尿素定量给料速率输入相关的正弦波的频率。混合时间常数至少部分基于用于重型车用发动机的排放测试的联邦试验程序(FTP)重型瞬态循环来预先确定。假设100％的转化效率，则混合时间常数随FTP数据调节以消除瞬态失配(transient mismatch)。特征长度L被定义为基本上垂直于废气流的排气管的主要线性尺寸。例如，对圆柱形排气管来说，主要线性尺寸是管的直径。在一些实施方案中，尿素注入器到SCR催化器面的距离x是特征长度的约5到15倍之间。在特定的实施方案中，距离x是特征长度的约10倍。 

类似地，根据下面的方程式来估计每注入尿素的流速 

时，异氰酸(HNCO)进入SCR催化器152的流速 

其中η_HNCO是从尿素的HNCO转化效率。尿素到氨 

和尿素到异氰酸(η_HNCO)的转化效率是基于发动机系统10的操作参数来预定的。在一些实施方案中，当以特定的质量流速和温度将尿素加入废气中时，通过对SCR催化器152的入口处的NH₃和HNCO的测量结果与基于方程式6的化学 计量反应的NH₃和HNCO的预计量进行比较来调节转化效率。 

逆向还原剂水解模块

现在参考图8，至少部分基于从氨目标模块310接收到的氨添加要求326，还原剂目标模块330的逆向还原剂水解模块334可操作地来确定还原剂注入要求332以达到由氨目标模块310得出的氨添加要求326。在一些实施方案中，由逆向还原剂水解模块334为确定还原剂注入要求332所采用的过程类似于流程图400所阐释的过程，但倒过来。换句话说，在流程图400用于确定当前SCR催化器入口NH₃流速335的相同技术可以用于确定还原剂注入要求332，但以不同的顺序。 

例如，在流程图400中，实际的尿素定量给料速率是已知的且用于确定NH₃进入SCR催化器152的流量。相比之下，在逆向还原剂水解模块334所采用的过程中，氨添加要求326，如NH₃进入SCR催化器152的期望的或估计的流量是已知的且用于确定为达到期望的NH₃流速所需的相应的还原剂注入要求，如定量给料速率。通过基于废气流的温度和质量流速预测水解速率和尿素到NH₃和HNCO的转化效率来确定还原剂注入要求332。例如，逆向还原剂水解模块334可以包括NH₃转化效率表、HNCO转化效率表和类似于还原剂水解模块333的SCR催化器入口废气特性模块。可选择地，逆向还原剂水解模块334可以访问NH₃转化效率表337、HNCO转化效率表338和还原剂水解模块333的SCR催化器入口废气特性模块339的输出。 

在一些实施方案中，已知NH₃进入SCR催化器152的期望的流速 

如氨添加要求，从上面的方程式8通过求解注入尿素的流速 

确定还原剂注入要求332。在一个具体的实施方案中，由尿素的mL/hr表示的还原注入要求332约等于： 

其中 

等于以克/小时表示的在废气流中NO_x的总量的质量流速且f(a)是无量纲分段函数，其中a等于以上方程式1中表示的NO₂/NO_x比。当NO大于或等于NO₂，即NO₂/NO_x≤0.5时，f(a)等于约1，且当NO小于或等于 NO₂，即NO₂/NO_x≥0.5时，f(a)等于： 

$\frac{2(a+1)}{3}---\left(11\right)$

在另一个具体的实施方案中，基于尿素到氨的理想的化学计量转化和SCR催化器152上的NO_x的理想的化学计量还原来确定还原注入要求332。当废气流中的NO的水平大于或等于废气流中的NO₂的水平时，用于还原1克NO_x的尿素的量由以下方程式12表示。当废气流中的NO的水平小于或等于废气流中的NO₂的水平时，用于还原1克NO_x的尿素的量由以下方程式13表示，其中a等于在以上方程式1中表示的NO₂/NO_x比。正如在方程式12和13中使用的，MW_尿素是待注入的尿素的分子量且MW_NOx是废气流中的NO_x的分子量。 

基于方程式12和13，以克每秒表示的尿素的流速可以按废气流中的NO_x的质量流速 

来表示。例如，当废气流中的NO的量大于或等于废气流中的NO₂的量时，尿素的流速可以根据下面的方程式来表示： 

其中MW_尿素是尿素的分子量，且MW_NOx是废气流中的NO_x的分子量。当废气流中的NO的量小于或等于废气流中的NO₂的量时，尿素的流速可以根据下面的方程式来表示： 

在一些实施方案中，逆向还原剂水解模块334在数据接收通信方面与还原剂调节器模块390是可通信相通的以接收还原剂调节器要求342(参见图15)。正如将在下面更详细描述的，还原剂调节器要求342包括用于基于是否存在一个或多个还原剂限制条件来增加或减少还原剂注入要求332的指令。因此，逆向还原剂水解模块334根据还原剂调节器要求342来可操作地调节还原剂注入要求332。 

氨储存模块

参考图10，NH₃储存模块350可操作地来确定氨储存调节器或储存补偿命令352。通常来说，氨储存调节器352包括关于SCR催化器152上的氨储存的状态的信息。更具体而言，氨储存调节器352包括关于进入SCR催化器152的氨是否应该被增加或减少的命令，如氨添加要求是否应该被增加或减少。氨目标模块310在数据接收通信方面与NH₃储存模块350是可通信相通的以接收氨储存调节器352作为输入。基于氨储存调节器352，氨目标模块310可操作地来调节(如增大或减少)氨添加要求326以补偿SCR催化器152上的氨储存水平的调整并维持SCR催化器上储存的NH₃的足够用于发动机11的瞬时操作的量。 

如上所述，在稳态和瞬时工作循环(transient duty cycle)时，SCR系统150的性能由废气流中NO_x的转化效率和已经泄漏出尾管的氨的量来定义。在瞬时工作循环过程中，仅监测尾管出口处的NO_x水平的常规控制系统的响应通常受到还原剂定量给料系统的动力学、NO_x传感器对NH₃的交叉敏感性和其他因素的限制。因此，常规控制系统在瞬时工作循环过程中可能具有不稳定的反馈。为了改进瞬时工作循环过程中的响应和反馈控制，SCR系统150利用储存在SCR催化器上的NH₃来管控在发动机11的瞬时操作或循环过程中可能发生的瞬时NO_x峰值。而且，当发动机系统操作条件，诸如低SCR催化器床温度，要求减少或消除还原剂的定量给料时，储存在SCR催化器152上的NH₃可以用于还原NO_x。NH₃储存模块350被配置以监测和调节储存在SCR催化器152上的氨的量，使得将足够量的储存的NH₃维持在SCR催化器上以适应瞬时NO_x变化和低的催化器床温度以及减少NH₃泄漏。 

NH₃储存模块350包括当前NH₃储存水平模块354和目标NH₃储存水平模块356。模块354、356处理由NH₃储存模块350接收到的一个或多个输入，正如将在下面更详细描述的。 

当前氨储存水平模块

参考图11，当前NH₃储存水平模块354在数据接收通信方面与若干传感器是可通信相通的以便接收由传感器感测到的数据。在所阐释的实施方 案中，若干传感器至少包括SCR催化器床温度传感器124C、NH₃传感器166A-C和NO_x传感器164A-D。当前NH₃储存水平模块354还能够接收AMOX NH₃转化能力382值和校正的尾管NO_x值399，正如下面将进一步详细描述的。 

当前NH₃储存水平模块354还包括SCR催化器入口废气特性模块358、NH₃通量模块364、SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块366、SCR催化器劣化因子模块368、SCR催化器NH₃泄漏模块369和NH₃脱附模块375。基于从传感器124C、166A-C、164A-D、AMOX NH₃转化能力382(如果使用AMOX催化器)、尾管NO_x反馈值399和模块358、364、366、368、369、375的操作接收到的输入，当前NH₃储存水平模块354可操作地来确定当前NH₃储存水平370(如，至少部分基于SCR催化器床温度对储存在SCR催化器152上的NH₃的量的估计)、当前NH₃泄漏372(如，离开SCR催化器的NH₃的当前量的估计)和NH₃最大储存容量374(如，基于当前条件对能够被储存在SCR催化器上的NH₃的最大量的估计)。可以通过当前NH₃储存水平370除以NH₃最大储存容量374来确定被填充的SCR催化器上可利用的储存的分数。 

SCR催化器入口废气特性模块358类似于氨目标模块310的SCR催化器入口废气特性模块316。例如，废气特性模块358可操作地来确定废气的各种特性，诸如废气的温度和流速。 

NH₃通量模块364可操作地来确定NH₃流入SCR催化器152内的速率。NH₃通量模块364还可以处理关于由NH₃传感器166C感测到的尾管出口处存在的NH₃的量的信息。尾管出口处的NH₃传感器166C通过将关于尾管NH₃泄漏的信息提供给控制器130的不同模块而有助于测量和控制尾管NH₃泄漏。在一些情形下，模块，如目标NH₃储存水平模块356和还原剂调节器模块390，至少部分基于从NH₃传感器接收到的尾管NH₃泄漏信息来调节尿素定量给料速率和氨储存目标。 

SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块366类似于氨目标模块310的SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块314。例如，SCR催化器入口NO₂/NO_x比模块366根据方程式1可操作地来预测废气流中的废气的NO₂/NO_x比。 

SCR催化器劣化因子模块368按照相同于或类似于上述氨目标模块310的NO_x还原效率模块312的方式来可操作地确定SCR催化器152的劣化因子或条件。 

根据一个实施方案，当前NH₃储存水平模块354通过至少部分利用SCR催化器床的当前条件、SCR催化器床的尺寸和性能以及进入SCR催化器的氨通量来确定估计的当前NH₃储存水平370。参考图12，且根据一个示例性的实施方案，NH₃储存水平模块354利用示意性的流程图500来确定SCR催化器152上的当前NH₃储存水平370。在510处，还原剂目标模块330可操作地来确定还原剂注入要求332，如尿素定量给料速率。可选择地，当前NH₃储存水平模块354在数据接收通信方面与还原剂输送机构190是可通信相通的以便接收当前还原剂定量给料速率383。在520处，SCR催化器床温度传感器124C感测，或床温度模块估计SCR催化器床温度的温度。 

至少部分基于在520处确定的SCR催化器床的温度，在530处，通过当前NH₃储存水平模块354来得出NH₃最大储存容量374。NH₃最大储存容量374取决于SCR催化器床的温度且可以通过比较SCR催化器床温度对于预先校准的查询表来确定。尿素定量给料速率(对应于进入SCR催化器152的氨通量)和SCR催化器床温度用于确定NH₃填充或吸附时间常数且SCR催化器床温度和NO_x通量用于确定NH₃去除或脱附时间常数。时间常数可以从储存在如当前NH₃储存水平模块354上的各自的查询表540、550检索。 

在560处进行SCR催化器模式的确定。基于SCR催化器152是处于NH₃填充模式还是NH₃去除模式，相应的时间常数(τ)用于根据下面的一阶动力学方程式来计算当前NH₃储存水平(NH₃储存)： 

其中NH₃储存_MAX是SCR催化器152的NH₃最大储存容量374且s是用于拉普拉斯变换的复合变量。换句话说，在560处，如果确定更多的氨应该被储存在SCR催化器152上，那么在540处确定的NH₃吸附时间常数用 在方程式16中以确定当前NH₃储存水平370。可选择地，在560处，如果确定氨应该从SCR催化器152去除，那么在550处确定的NH₃脱附时间常数用在方程式16中以确定当前NH₃储存水平370。因此，当前NH₃储存水平370至少部分基于氨通量、催化器的温度和催化器的劣化。 

在至少一个实施方案中，通过比较NH₃最大储存容量374与当前NH₃储存水平370，来由NH₃储存模块350确定SCR催化器152的储存模式，如填充模式或去除模式。如果NH₃最大储存容量374小于当前NH₃储存水平370，那么SCR催化器152处于脱附模式。类似地，如果NH₃最大储存容量374大于当前NH₃储存水平370，那么SCR催化器152处于吸附模式。 

在540、550处所采用的查询表包括分别对应于各种可能的尿素定量给料速率和SCR催化器床温度的吸附和脱附时间常数的列表。在某些实施方案中，使用稳态测试来校准吸附时间常数。例如，发动机11可以以特定的稳态模式来运行，使得SCR催化器床的温度达到并且稳定在对应于每一种模式的特定温度下。在达到每一种模式之前，SCR催化器152是干净的，使得催化器床并不包含储存的氨，即离开发动机的NO_x的量与离开SCR催化器的NO_x的量相同。对每一种各自的模式来说，还原剂目标模块330可操作地与还原剂输送机构190通信以注入实现NO_x的100％转化所需的还原剂的量。还原剂的量可以因不同的化学计量反应速率而在如，约0.5到约2.0之间的范围变化。在每一化学计量反应定量给料速率下确定每一种模式的初始还原剂定量给料和氨从SCR催化器152泄漏之间的时间量且用于校准NH₃填充时间常数表中的吸附时间常数。 

NH₃去除时间常数表中的脱附时间常数可以在用于校准吸附时间常数的相同测试中被校准。例如，在如上所述NH₃开始从SCR催化器152泄漏之后，监测NH₃泄漏和离开SCR催化器的NO_x，直到它们稳定或变得恒定。一旦NH₃泄漏和SCR催化器出口NO_x是稳定的，那么中断尿素定量给料，且在每一种化学计量反应添加速率下确定每一种模式的尿素定量给料的中断与到等于发动机出口NO_x的SCR催化器出口NO_x之间的时间量。 

如果期望的话，吸附和脱附时间常数可以被进一步校准以补偿发动机 11的瞬时操作。例如，氨泄漏值的傅立叶变换红外(FTIR)测量和瞬时FTP循环的开始与从SCR催化器泄漏之间的时间可以用于细调吸附和脱附时间常数。更具体而言，可以基于最小二乘法来调节时间常数，该最小二乘法可以提供对瞬时数据的最佳的一阶模型拟合。 

目标NH₃储存水平模块356至少部分基于由当前NH₃储存水平模块354确定的NH₃最大储存容量374来可操作地确定目标NH₃储存水平。通常来说，目标NH₃储存水平模块356通过将NH₃最大储存容量374乘以氨储存水平分数来确定目标NH₃储存水平。氨储存水平分数可以是各种分数中的任一种，诸如50％、75％、90％和100％。氨储存水平分数至少部分基于SCR催化器劣化因子和用户定义的最大可容许氨泄漏来确定。 

一旦确定当前NH₃储存水平370和目标NH₃储存水平，NH₃储存模块350利用当前NH₃储存水平370作为反馈并比较当前NH₃储存水平和目标NH₃储存水平。如果当前NH₃储存水平小于目标NH₃储存水平时，氨储存调节器352被设定成正值。如果当前NH₃储存水平370大于目标NH₃储存水平时，氨储存调节器352被设定成负值。正值和负值可以根据当前NH₃储存水平370比目标NH₃储存水平多多少或少多少来变化。氨储存调节器352与氨目标模块310通信(参见图5)。具有正值的氨储存调节器352表明对氨目标模块310来说，氨添加要求326应该被相应地增加。相比之下，具有负值的氨储存调节器352表明对氨目标模块310来说，氨添加要求326应该被相应地降低。 

可以通过控制进入SCR系统150的各种输入中的任一种来控制储存在催化器152上的NH₃的量。例如，参考图12，储存在SCR催化器152上的氨的量取决于下述可单独控制的因素：尿素定量给料速率、SCR催化器床温度和SCR催化器最大容量。因此，控制器130可以可操作地来选择性地或共同地控制SCR催化器152上的当前NH₃储存水平。 

氨储存调节器352还可以根据当前NH₃储存泄漏372、AMOX催化器的存在或不存在(诸如AMOX催化器160)以及AMOX催化器的转化能力382(如果使用AMOX催化器的话)。 

根据一个实施方案，SCR催化器氨泄漏模块369通过至少部分利用进 入SCR催化器的氨和NO_x通量、SCR催化器床的尺寸和性能以及NO与NO₂的比来确定估计的从SCR催化器152的当前NH₃泄漏372。参考图13，且根据一个示例性实施方案，氨泄漏模块369利用示意性的流程图600来确定从SCR催化器152的当前NH₃泄漏372。在610处确定SCR催化器152的入口处的NO_x的量，且在614处确定确定SCR催化器的出口处的NO_x的量。NO_x入口量可以通过NO_x传感器164A和/或164E来感测且NO_x出口量可以通过NO_x传感器164C或NO_x传感器164D来感测。在某些实施方案中，SCR催化器氨泄漏模块369可以使用由NO_x传感器164B感测到的SCR催化器内的NO_x的水平以获得从SCR催化器152泄漏的氨的还更准确的估计。 

当内嵌在SCR催化器152内时，NO_x传感器164B比现有技术的系统提供了诸多优势。例如，将NO_x传感器164B置于SCR催化器152内通过降低NO_x传感器的信噪比而改善了催化器上的储存的氨的监测。NO_x传感器164B可以与其他NO_x传感器一起在排气后处理系统100中使用，如，NO_x传感器164C、164E，以量化在SCR催化器152上储存的氨的空间分布。在某些实施方案中，SCR催化器152包括两个分开的彼此平行延伸的陶瓷催化器元件或床。内嵌的NO_x传感器164B可以被设置在沿着SCR催化器152的长度的任何位置处的床之间，如床之间的空间内。在某些情形中，内嵌的NO_x传感器164B被设置在SCR催化器152的末端之间的大约中央位置处的床之间。 

为了考虑传感器164D的任何劣化，可以按照上面关于校正的尾管NO_x模块362描述的来校正NO_x传感器164D的输出。在612处确定SCR催化器152的入口处的废气流中的NO与NO₂的比，且在616处确定SCR催化器152的出口处的废气流中的NO与NO₂的比。在一些实施方案中，SCR催化器NO₂/NO_x比模块366可操作地来分别确定SCR催化器152的入口和出口处的废气流中的NO与NO₂的比。 

在620处，基于NO和NO₂从废气流的净损失(如转化)来计算SCR催化器152内消耗的氨的量。在一些实施方案中，计算是由当前NH₃储存水平模块354进行的。至少部分基于在630处确定的NH₃进入SCR催化 器152内的流量和SCR催化器152内消耗的氨的量，在640处估计SCR催化器内的NH₃的超出量。如上所述，可通过利用图10的流程图来确定流入SCR催化器152的NH₃的量。 

此外，至少部分基于在650处确定的当前NH₃储存水平370、在652处确定的进入和通过SCR催化器152的废气流的流速和在653处确定的SCR催化器床的温度来在660处估计从SCR催化器152的床脱附的氨的量。通常来说，当SCR催化器床的温度存在特定的升高时，发生氨的脱附。实现氨的脱附所需的温度升高量至少部分取决于使用的SCR催化器的条件和类型。如图11所示，当前NH₃储存水平模块354可以包括脱附的NH₃模块375，脱附的NH₃模块375可操作地来估计从SCR催化器152的床脱附的氨的量。在某些实施方案中，NH₃储存水平模块354基于可用于SCR催化器表面上的还原反应的过量的NO_x通量来估计从SCR催化器床脱附的氨的量。 

至少部分基于SCR催化器152内的NH₃的超出量、从SCR催化器床脱附的NH₃的量和相对于催化器的NH₃最大储存容量374的储存在SCR催化器上的NH₃的量，即由储存的氨占据SCR催化器的分数，在680处估计从SCR催化器泄漏的NH₃的量。从SCR催化器152泄漏的NH₃的量等于在640处确定的NH₃的超出量和在660处确定的NH₃的脱附的量的总和。在670处，通过在650处确定的储存在催化器上的NH₃除以例如在流程图500的530处确定的NH₃最大储存容量来确定由储存的氨占据的SCR催化器的分数。通常来说，如果储存在SCR催化器152上的NH₃的总量大于NH₃最大储存容量374，即在670处确定的储存氨分数大于1，那么正在发生氨从催化器的泄漏且在680处确定泄漏量。如果SCR催化器内的NH₃的总量小于NH₃最大储存容量374，即储存氨分数小于1，那么没有发生氨泄漏且在680处不计算氨泄漏的量。换句话说，在SCR催化器152充满氨之前，或在SCR催化器床温度或SCR催化器床温度的升高速率高于预定阈值之前，不会激活在680处用于计算氨泄漏的模型。 

可以通过控制进入SCR系统150的各种输入中的任一种来控制从催化器152泄漏的NH₃的量。例如，参考图13，从SCR催化器152泄漏的氨 的量取决于下述可单独控制的因素：在630处确定的流入SCR催化器的NH₃的量；在652处确定的废气流速；和使用流程图500确定的当前NH₃储存水平。因此，控制器130可以可操作地来选择性地或共同地控制从SCR催化器泄漏的NH₃。 

如果当前NH₃储存泄漏372相对较高，诸如当SCR催化器床的温度超过预定水平时，那么NH₃储存模块可操作地来减小氨储存调节器352。相比之下，如果当前NH₃储存泄漏372相对较低，那么NH₃储存模块可操作地来增加或维持氨储存调节器352稳定。 

AMOX氨转化模块

根据图14显示的一个实施方案，AMOXNH₃转化模块380确定AMOX NH₃转化能力或效率382，尾管NH₃泄漏384和AMOX催化器热质量(thermal mass)385。通常来说，NH₃转化能力382表示对AMOX催化器160将NH₃转化成N₂和其他危害性较弱或毒性较弱的组分的能力的估计。尾管NH₃泄漏384表示对离开AMOX催化器160的NH₃的量的估计。正如下面将更详细描述的，AMOX热质量385是AMOX催化器的传热和储热的能力的量度。 

AMOX NH₃转化模块380接收有关进入AMOX催化器160的废气流速700和进入AMOX催化器的NH₃的量的输入。在一些实施方案中，由当前NH₃储存水平模块354的SCR催化器入口废气特性模块358(参见图11)或其他类似的模块来确定废气流速700。进入AMOX催化器160的NH₃的量可以由NH₃输入712和/或当前NH₃泄漏372表示。更具体地说，在一些实施方案中，AMOX NH₃转化模块380在数据接收通信方面与当前NH₃储存水平模块354是可通信相通的以接收当前NH₃泄漏372。在这些实施方案中，可以将进入AMOX催化器160的NH₃的量设定成当前NH₃泄漏372。在一些实施方案中，控制系统150可以包括SCR催化器152与AMOX催化器160之间的NH₃传感器。在这些实施方案中，进入AMOX催化器160的NH₃的量可以被设定成NH₃传感器的输出。可选择地，在某些情形中，进入AMOX催化器160的NH₃的量可以被设定成当前NH₃泄漏372与NH₃传感器的输出的组合，诸如当前NH₃泄漏372与NH₃传感 器的输出的平均值。AMOX NH₃转化模块380还可以在数据接收通信方面与各种其他传感器(诸如，温度传感器124D、124E和NO_x传感器164C)是可通信相通的。 

AMOX NH₃转化模块380包括若干模块，这些模块包括，但不限于，AMOX催化器床温度模块386、NO₂/NO_x比模块387、AMOX催化器劣化模块388和尾管NH₃泄漏目标模块389。 

AMOX催化器床温度模块386可操作地来估计AMOX催化器床的温度。在一个实施方案中，AMOX催化器床温度模块386利用来自温度传感器124D、124E的输入以确定AMOX催化器160的入口处的废气的温度与AMOX催化器的出口处的废气的温度之间的差。至少部分基于废气流的温度差和质量流速特性，AMOX催化器床温度模块386计算AMOX催化器床的温度。可选择地，或除了如上所述估计AMOX催化器床温度之外，SCR系统150可以包括连接到AMOX催化器160的温度传感器(未示出)。AMOX催化器床温度模块386可以利用AMOX催化器温度传感器的输出来确定AMOX催化器床的温度。 

类似于当前NH₃储存水平模块354的SCR催化器NO₂/NO_x比模块366，AMOX NH₃转化模块380的NO₂/NO_x比模块387可操作地来根据以上方程式1确定NO₂与NO_x的比，其中NO₂是AMOX催化器160的入口处的二氧化氮的量，且NO是由NO_x传感器164C感测到的AMOX催化器的入口处的一氧化氮的量。 

类似于当前NH₃储存水平模块354的SCR催化器劣化因子模块368，AMOX催化器劣化模块388可操作地来确定表示AMOX催化器的条件的AMOX催化器劣化因子。在某些实施方案中，催化器劣化因子由以下的算法确定，该算法比较在预定的发动机操作条件和尿素定量给料速率下“老化的”AMOX催化器的转化效率与在相同的预定条件和定量给料速率下“新的”AMOX催化器的转化效率。 

尾管NH₃泄漏目标模块389可操作地来确定尾管NH₃泄漏目标，即允许离开AMOX催化器160的NH₃的期望的量。尾管NH₃泄漏目标至少部分基于从AMOX催化器泄漏的NH₃的期望的平均量和/或从AMOX催化 器泄漏的NH₃的期望的最大量。在一些情形中，从AMOX催化器泄漏的NH₃的期望的平均量和从AMOX催化器泄漏的NH₃的期望的最大量都用于确保实际的尾管泄漏水平保持在人类可检测的阈值之下。而且，尾管NH₃泄漏目标可以基于其他因素，诸如当前排放标准和基于顾客的规格。 

AMOX NH₃转化模块380至少部分基于进入AMOX催化器160的废气、NO_x和氨的流速、AMOX催化器床的温度、AMOX催化器的入口处的NO₂/NO_x比、催化器劣化因子和尾管NH₃泄漏目标中的至少一个来估计AMOX NH₃转化能力382、尾管NH₃泄漏384和AMOX催化器热质量385。例如，在一些实施方案中，AMOX NH₃转化能力382和尾管NH₃泄漏384取决于进入AMOX催化器的NO_x的量、AMOX催化器的温度和AMOX催化器的空间速度。而且，在一些情形中，AMOX催化器热质量385至少部分基于AMOX催化器的几何尺寸和AMOX催化器的材料性能，诸如AMOX催化器的导热率和体积热容量。在一些情形中，AMOX NH₃转化能力382、尾管NH₃泄漏384和AMOX催化器热质量385可以通过访问储存在控制器130上的多尺寸的、预校准的查找表。 

通常来说，AMOX催化器转化能力382越高，SCR系统150对从SCR催化器152泄漏的NH₃具有的容许量越大。因此，如果AMOX催化器转化能力382是相对高的，那么可以允许更多的NH₃从SCR催化器152泄漏。然而，随着更多的NH₃从SCR催化器152泄漏，SCR催化器152的表面上更多的NH₃储存位置可能是空的，因而需要氨添加要求326的增加。在这种情形下，NH₃储存模块350可以增加氨储存调节器352，这又可以增加氨添加要求326。相反，当AMOX催化器转化能力382相对较低时，容许更少的NH₃从SCR催化器152泄漏，导致更少的NH₃从SCR催化器上的储存去除。如果更多的NH₃从SCR催化器152泄漏且AMOX催化器转化能力382是相对低的，尾管NH₃泄漏可能相应增加。因此，在这些情形中，NH₃储存模块350可以减小或维持氨储存调节器352稳定以减小或维持氨添加要求326稳定，和/或AMOX NH₃转化模块380可以调节AMOX催化器160的效率，使得尾管NH₃泄漏受到控制。 

在一些实施方案中，AMOX催化器热质量值385取决于AMOX催化 器床的材料性能，诸如导热率和体积热容量。通常来说，热质量385是AMOX传热和储热的能力的量度。AMOXNH₃转化模块380可以将AMOX催化器热质量值385通信至NH₃储存模块350，这可以将热质量值用于其确定氨储存调节器352。 

如上所述，将AMOX NH₃转化能力和AMOX催化器热质量385通信至控制器130的各种其他模块且由这些模块处理。例如，AMOX NH₃转化能力382和AMOX催化器热质量385由NH₃储存模块350接收且用于确定氨储存调节器352(参见图10)。而且，由校正的尾管NO_x模块399利用AMOXNH₃转化能力382来确定尾管NO_x反馈值399(参见图16)。 

可以将由AMOX嵌入模式的NH₃转化模块380确定的尾管NH₃泄漏384通信至控制器130的其他模块。例如，可以将确定的尾管NH₃泄漏通信至还原剂调节器模块390(参见图15)和校正的尾管NO_x模块397(参见图16)以替换或补充从NH₃传感器166C通信的尾管NH₃泄漏测量输入。例如，在某些情形中，进入模块390、397的尾管NH₃的输入值可以是确定的尾管NH₃泄漏384和来自传感器166C的尾管NH₃泄漏测量的平均值以对从尾管泄漏的NH₃的实际量提供更准确的表示。 

还原剂调节器模块

参考图15，还原剂调节器模块390至少部分基于各种还原剂限制条件中的任一个是否已经得到满足来可操作地确定还原剂调节器要求342。还原剂调节器模块390包括还原剂调节器条件模块394和SCR催化器入口废气特性模块395。通常来说，当满足了排气后处理系统100的某些预定条件时，还原剂调节器模块可操作地来减少还原剂定量给料、阻止还原剂定量给料或保持还原剂定量给料不变化。 

还原剂调节器条件模块394可操作地来监测发动机系统10的操作条件并确定一个或多个还原剂限制条件是否得到满足。在一些实施方案中，还原剂限制条件包括，但不限于，废气温度限值、氨泄漏还原剂速率限值和SCR催化器床温度限值。 

高废气温度下的还原剂定量给料可以造成氰尿酸和聚合物(如，三聚 氰胺)在注入器和排气管壁上形成，这可能导致系统的性能劣化和损坏。例如，三聚氰胺的形成可能堵塞喷嘴。为了防止形成氰尿酸，包括还原剂调节器条件模块394的还原剂调节器模块390监测废气温度并且，如果废气温度超过预定的废气温度限值，则例如经还原剂调节器要求342中的指令来阻止还原剂定量给料。可以通过至少一个温度传感器，如废气温度传感器124C来感测和/或通过类似于模块358的SCR催化器入口废气特性模块395来预测当前废气温度。 

在高的SCR催化器储存水平和SCR催化器床温度坡度下的还原剂定量给料可以造成氨从SCR催化器152泄漏。为了减少这些情形中的氨泄漏，还原剂调节器模块390监测当前NH₃储存水平370和由温度传感器124D感测的(或由如上所述的SCR催化器床温度模块预测的)SCR催化器床温度的调节。如果当前NH₃储存水平370超过与NH₃泄漏相关的预定的NH₃储存水平，或如果SCR催化器床温度的调节超过预定的SCR催化器床温度变化，那么还原剂调节器模块例如经还原剂调节器要求的指令而降低还原剂定量给料速率，使得NH₃从SCR催化器的泄漏得到控制。 

还原剂调节器模块390还可操作地在SCR系统150的特定部件出现故障或因其他原因没有为操作做好准备时，来阻止还原剂定量给料。 

校正的尾管NO _x 模块

参考图16，控制器130的校正的尾管NO_x模块397可操作地来确定校正的尾管NO_x值399。校正的尾管NO_x模块397在数据接收通信方面与尾管NO_x传感器164D和尾管NH₃传感器166C是可通信相通的。校正的尾管NO_x模块397在数据接收通信方面还与当前NH₃储存水平模块354是可通信相通的以接收估计的当前NH₃泄漏372或离开SCR催化器152的NH₃的估计量。此外，校正的尾管NO_x模块397在数据接收通信方面与AMOX NH₃转化模块380是可通信相通的以接收AMOX NH₃转化能力382。校正的尾管NO_x模块397还包括传感器劣化模块398，其至少部分基于传感器的类型、传感器的老化和发动机系统10的操作条件来可操作地确定尾管NO_x传感器劣化因子。在一些情形中，通过比较具有已知NO_x值的预定操作条件下的NO_x传感器测量结果的算法来确定尾管NO_x传感器劣化因子。 劣化因子表示测得的NO_x传感器值应该被调节的量，如百分数，以考虑NO_x传感器的劣化和与劣化的NO_x传感器测量结果相关的不准确。在一些实施方案中，校正的尾管NO_x值高于所测量的尾管NO_x值约10％。 

校正的尾管NO_x模块397处理感测到的尾管NO_x量，感测到的尾管NH₃量、估计的NH₃泄漏372、NO_x传感器劣化因子和AMOX转化能力382以确定校正的尾管NO_x值399。校正的尾管NO_x值399可以在还原剂调节器模块390的还原剂调节器要求342的计算中替换由尾管NO_x传感器164D检测到的NO_x的感测量，以便更准确地表示离开尾管的NO_x的量和更准确的还原剂调节器要求。另外，可以将校正的尾管NO_x值399通信至当前NH₃储存水平模块354并由其处理。 

机载诊断系统

在一些实施方案中，SCR系统150被连接到具有OBD接口900的机载诊断(OBD)系统(参见图2)。更具体地说，SCR系统控制器130电连接至OBD接口900并将关于SCR系统100的不同部件的诊断数据包(参见图3)发送至接口。在一些实施方案中，接口900包括指示器元件，如报警灯。基于诊断数据包920，例如，如果诊断数据包920传达了部件不正常运行的信息，那么指示器元件被激活以警告用户检测到的不正常运行的部件。在一些实施方案中，当操作者要求时，将诊断数据包920通信至接口900。例如，接口900可以是扫描工具所连接的连接器。接着，将诊断数据包920或相关的诊断数据上传到扫描工具以便进一步评估。 

参考图2，控制器130可以包括OBD模块910，该OBD模块910被配置以采集关于SCR系统150的诊断数据并产生表示诊断数据的诊断数据包920。通常来说，OBD模块910接收来自模块300、310、330、344、350、380、390、397的关于SCR催化器152和还原剂输送系统151的操作的数据。更具体来说，基于从模块接收到的数据，OBD模块910确定SCR催化器152和还原剂输送系统151是否以合适的NO_x转化容量或能力来操作。OBD模块910被配置成当系统150的NO_x转化容量是尾管NO_x排放超过规定上限某一规定的倍数(诸如，如规定上限的1.75倍)时，检测SCR系统故障。 

例如，在一个实施方案中，当由NO_x还原效率模块312确定的SCR催化器152的最大NO_x转化效率不足以将从尾管泄漏的NO_x的量限制到低于规定上限乘以规定倍数的量时，OBD模块产生表示SCR系统发生故障的诊断数据包920。举另一个例子，当还原剂输送机构190足够劣化，使得可由输送机构注入的还原剂的最大量不足以使SCR催化器152将NO_x还原到低于规定上限乘以规定倍数的量时，OBD模块910也产生表示SCR系统发生故障的诊断数据包920。虽然仅有SCR催化器152和输送机构的劣化被具体描述为表示SCR系统发生故障的原因，但是在其他实施方案中，当发动机系统10的任何其他部件劣化或发生故障促成了SCR系统150未能将从尾管泄漏的NO_x的量限制到低于规定上限乘以规定倍数的量时，OBD模块可以产生表示SCR系统发生故障的诊断数据包920。发动机系统10的这种其他部件可以包括空气调节系统、燃料输送系统、EGR系统、氧化催化器、PM过滤器和AMOX催化器。 

用于还原NO _x 排放物的示例性方法

参考图17，且根据一个代表性的实施方案，显示了用于使用SCR催化器上的氨储存来还原NO_x排放物的方法800。该方法800以802开始且包括确定804 NO_x还原要求。在一些实施方案中，确定804 NO_x还原要求包括操作NO_x还原目标模块300以估计NO_x还原要求304。该方法800还包括确定806氨添加要求。在一些实施方案中，确定806氨添加要求包括操作氨目标模块310以估计氨添加要求326。该方法800还包括确定808氨储存调节器。在一些实施方案中，确定808氨储存调节器包括操作NH₃储存模块350以估计氨储存调节器352。 

在确定氨储存调节器之后，该方法800还包括比较810氨储存调节器与预定值，诸如0。如果氨储存调节器大于或小于预定值，那么方法800包括以与氨储存调节器量一致的量来调节812(诸如通过添加)在806处确定的氨添加要求。如果氨储存调节器约等于预定值，那么不调节在806处确定的氨添加要求。方法800包括基于在806处确定的氨添加要求或在812处确定的调节的添加要求来确定814还原剂注入要求814。在一些实施方案中，确定814还原剂注入要求包括操作还原剂目标模块330以计算 还原注入要求332。该方法800还可以包括通过操作AMOX NH₃转化模块380来确定815 AMOX催化器NH₃转化能力382。 

该方法800还包括确定816还原剂调节器。在一些实施方案中，确定816还原剂调节器包括操作还原剂调节器模块390以计算还原剂调节器要求342。在确定还原剂调节器之后，该方法800包括比较820还原剂调节器与预定的值，诸如0。如果还原剂调节器大于或小于预定值，那么方法800包括以与还原剂调节器量一致的量来调节822在814处确定的还原剂注入要求。如果还原剂调节器约等于预定值，那么不调节在814处确定的还原剂注入要求。该方法包括向废气流中注入824与在816处或822处确定的还原剂注入要求一致的量。 

上述示意性的流程图和方法示意图通常以逻辑流程图的形式提供。这样，所描绘的顺序和标记的步骤表示代表性实施方案。可以设想在功能、逻辑或效果上与在示意图中阐释的方法的一个或多个步骤、或其部分等同的其他步骤和方法。另外，所采用的格式和符号被提供以解释示意图的逻辑步骤而不应理解为限制由示意图阐释的方法的范围。虽然在示意图中可以采用各种箭头类型和线类型，但是它们不应该是限制相应方法的范围。的确，一些箭头或其他连接器可以用于仅表示方法的逻辑流。例如，箭头可以表示所述方法的可数步骤之间的未规定时长的等待或监测的时段。另外，特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵循所显示的相应步骤的顺序。 

本发明可体现在其它特定的形式中而不偏离其精神或本质特征。所描述的实施方案在所有方面应当仅被认为是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述指明。出现在权利要求的等同物的意义和范围内的所有变化应当被包括在其范围内。 

Claims (22)

1.一种用于还原发动机系统的发动机废气流中的NO_x排放物的装置，所述发动机系统具有选择催化还原(SCR)系统且SCR催化器设置在还原剂注入器下游，所述装置包括：

NO_x还原目标模块，其被配置以确定NO_x还原要求，所述NO_x还原要求包括将要在所述SCR催化器上被还原的、所述废气流中的NO_x的量；以及

还原剂模块，其被配置以确定为实现所述NO_x还原要求而添加到所述废气流中的还原剂的量；

其中，添加到所述废气流中的还原剂的量是所述SCR催化器的至少一个氨储存特征、至少一个还原剂到氨的转化特征和与所述SCR催化器废气接收相通的氨氧化催化器的转化能力的函数。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个氨储存特征包括储存在所述SCR催化器上的氨的估计量、从所述SCR催化器泄漏的氨的估计量和所述SCR催化器的估计的最大氨储存容量中的至少一个。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个还原剂到氨的转化特征包括所述SCR催化器与所述还原剂注入器之间的距离、还原剂到氨的转化效率和还原剂到氨之外的其他组分的转化效率中的至少一个。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述氨氧化催化器的转化能力是所述氨氧化催化器的温度、氨氧化催化器劣化因子和尾管氨泄漏目标中的至少一个的函数。

5.如权利要求1所述的装置，其中添加到所述废气流中的还原剂的量是所述SCR催化器的物理条件的函数。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述SCR催化器的物理条件由所述SCR催化器的劣化因子和所述SCR催化器的最大NO_x转化效率中的至少一个表示。

7.如权利要求1所述的装置，还包括机载诊断模块，所述机载诊断模块被配置以确定所述SCR催化器的最大NO_x还原效率是否小于预定的阈值。

8.一种用于还原发动机系统的发动机废气流中的NO_x排放物的方法，所述发动机废气流从所述发动机系统的发动机流至所述发动机系统的尾管，所述发动机系统具有选择催化还原(SCR)催化器和所述SCR催化器上游的尿素注入器，所述方法包括：

确定NO_x还原要求，所述NO_x还原要求包括将要在选择催化还原(SCR)催化器上被还原的、所述废气流中的NO_x的量；

确定氨氧化催化器的转化能力；

确定氨储存调节器；

确定氨添加要求，所述氨添加要求包括为实现所述NO_x还原要求而添加到所述废气流中的氨的量，所述氨添加要求至少部分取决于所述氨氧化催化器转化能力和所述氨储存调节器；

确定尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子；

至少部分基于所述尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子确定尿素注入要求，所述尿素注入要求包括为实现所述氨添加要求而添加到所述废气流中的尿素的量；

确定是否至少一个尿素限制条件被满足，且如果所述至少一个尿素限制条件被满足，那么调节所述尿素注入要求；以及

根据所述尿素注入要求将尿素注入到所述废气流中。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述氨储存调节器至少部分基于储存在所述SCR催化器上的氨的估计量、从所述SCR催化器泄漏的氨的估计量和所述SCR催化器的估计的最大氨储存容量。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述尿素到氨和尿素到异氰酸的转化因子是至少部分基于所述SCR催化器与所述尿素注入器之间的距离、尿素到氨的转化效率和尿素到异氰酸的转化效率。

11.一种发动机系统，包括：

内燃发动机，其产生废气流；

选择催化还原(SCR)系统，其包括SCR催化器，所述SCR催化器在氨存在下还原所述废气流中的NO_x排放物；

还原剂注入器，其在所述SCR催化器的上游将还原剂注入到所述废气流中，所述还原剂供给氨；

控制器，包括：

前馈部件，其被配置以在所述内燃发动机的稳态操作条件的过程中，确定与所述SCR催化器上的NO_x还原的期望水平相对应的还原剂定量给料速率；

反馈型部件，其被配置以至少部分基于所述SCR催化器的物理劣化来调节所述还原剂定量给料速率；以及

氨储存部件，其被配置以至少部分基于所述SCR催化器上的期望的氨储存水平调节所述还原剂定量给料速率，其中所述期望的氨储存水平表示适应所述内燃发动机的瞬时操作条件过程中的NO_x排放物中的瞬时变化的氨储存水平。

12.如权利要求11所述的系统，还包括所述SCR催化器下游的氨氧化催化器，其中所述反馈型部件被进一步配置以至少部分基于所述氨氧化催化器的物理劣化调节所述还原剂定量给料速率。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述还原剂是尿素，在进入所述SCR催化器之前，所述尿素部分还原成氨且部分还原成异氰酸，且其中所述尿素的定量给料速率是至少部分基于尿素到氨的第一转化效率和尿素到异氰酸的第二转化效率。

14.如权利要求11所述的系统，所述反馈型部件被进一步配置以至少部分基于至少一个还原剂限制条件的出现而调节所述还原剂定量给料速率。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个还原剂限制条件包括废气温度限值、氨泄漏限值和SCR催化器床温度限值中的至少一个。

16.如权利要求11所述的系统，其中所述期望的氨储存水平至少部分基于所述SCR催化器的最大氨储存容量。

17.如权利要求12所述的系统，其中所述期望的氨储存水平至少部分基于所述SCR催化器的最大氨储存容量和所述氨氧化催化器的最大NH₃转化能力。

18.如权利要求11所述的系统，其中所述控制器包括机载诊断(OBD)部件，所述机载诊断部件被配置以确定所述SCR系统是否能够将所述废气流中的NO_x排放物还原至低于预定阈值的量。

19.如权利要求18所述的系统，还包括OBD接口，所述OBD接口能够与所述控制器电连接通信，其中当所述OBD部件确定所述SCR系统不能够将所述废气流中的NO_x排放物还原至低于所述预定阈值的量时，所述控制器对所述OBD接口发警报。

20.如权利要求18所述的系统，其中确定所述SCR系统是否能够将所述废气流中的NO_x排放物还原至低于预定阈值的量是至少部分基于所述SCR催化器的物理劣化。

21.如权利要求11所述的系统，其中所述SCR系统包括内嵌在所述SCR催化器内的NO_x传感器。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述SCR催化器包括一对分隔的沿着所述SCR催化器的长度延伸的催化器床，所述催化器床界定了所述催化器床之间的空间，且其中所内嵌的NO_x传感器被至少部分设置在所述催化器床之间的空间内。

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