CN102287252B - 选择性催化还原(scr)催化剂耗尽控制系统和方法 - Google Patents

选择性催化还原(scr)催化剂耗尽控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及选择性催化还原（SCR）催化剂耗尽控制系统和方法。具体地，一种用于车辆的配料控制系统，包括当前存储模块、配料管理模块和自适应结束模块。所述当前存储模块估计由选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量。当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零。所述自适应结束模块基于NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量的比较来有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。

Description

选择性催化还原(SCR)催化剂耗尽控制系统和方法
相关申请的交叉参考
本申请涉及于与本申请同一天提交的美国专利申请NO.XX/XXXXXX（律师案号No. P011881-PTUS-DPH）。上述申请的公开内容通过参考包含于本文。
技术领域
本公开涉及内燃机，尤其涉及排气处理系统。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总地示出本公开内容的目的。本发明人在该背景技术部分中所作描述的内容，以及其描述在提交时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不特别地也不含蓄地认为是破坏本公开的现有技术。
空气通过进气歧管吸入发动机。节流阀控制进入发动机的气流。空气与来自一个或多个燃料喷射器的燃料混合，以形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机的一个或多个汽缸中燃烧。空气/燃料混合物的燃烧产生扭矩。
空气/燃料混合物的燃烧产生的排气从汽缸排到排气系统。所述排气可包括微粒物质（PM）和气体。所述排气气体包括氮氧化物（NOx），例如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。处理系统减少排气中的NOx和PM。
排气从发动机流到氧化催化剂（OC）。OC从排气除去碳氢化合物和/或碳氧化物。排气从OC流到选择性催化还原（SCR）催化剂。配料试剂喷射器在SCR催化剂的上游将配料试剂喷入排气系统。由配料试剂提供的氨（NH3）被SCR催化剂吸收。氨与通过SCR催化剂的排气中的NOx反应。
配料模块控制由配料试剂喷射器喷射的配料试剂的质量流量。这样，配料模块控制到SCR催化剂的氨供给和SCR催化剂存储的氨量。SCR催化剂存储的氨量称为当前存储（例如，克）。输入到SCR催化剂的从排气去除的NOx的百分比称为NOx转化效率。NOx转化效率与SCR催化剂的当前存储相关。例如，NOx催化效率随着SCR催化剂的当前存储的增大而提高，反之亦然。配料模块可控制配料试剂的喷射以便例如最大化NOx转化效率。
发明内容
一种用于车辆的配料控制系统，包括当前存储模块、自适应触发模块和自适应结束模块。所述当前存储模块估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量。所述当前存储模块估计由选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量。当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零。所述自适应结束模块基于NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量的比较来有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
一种用于车辆的配料控制系统，包括自适应触发模块、配料管理模块和自适应结束模块。当由位于选择性催化还原（SCR）催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发自适应事件。所述配料管理模块在所述自适应事件期间禁用配料试剂喷射。所述自适应结束模块基于NOx第一量与由位于所述SCR催化剂上游的第二NOx传感器测量的NOx第二量的比较来有选择地延迟结束所述自适应事件。
一种用于车辆的配料控制方法，包括：估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量；当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零；以及基于NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量的比较来有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
从下文提供的详细描述可清楚本公开适用性的其它方面。应当理解，其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种用于车辆的配料控制系统，包括：
当前存储模块，其估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量；
自适应触发模块，当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零；以及
自适应结束模块，所述自适应结束模块基于NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量的比较来有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
2. 如方案1所述的配料控制系统，其中所述自适应结束模块基于所述NOx第一量与所述NOx第二量之间的差异有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
3. 如方案1所述的配料控制系统，其中当所述NOx第一量与所述NOx第二量之间的差异低于预定差异时，所述自适应结束模块有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
4. 如方案3所述的配料控制系统，其中当所述差异低于所述预定差异达预定周期时，所述自适应结束模块有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
5. 如方案3所述的配料控制系统，还包括差异确定模块，所述差异确定模块基于所述SCR催化剂的温度和排气流量确定所述预定差异。
6. 如方案3所述的配料控制系统，还包括差异确定模块，所述差异确定模块基于发动机速度和发动机负载确定所述预定差异。
7. 如方案3所述的配料控制系统，还包括：
累计模块，所述累计模块在所述减少期间确定输入到所述SCR催化剂的NOx的总量；以及
状态评估模块，当所述差异低于所述预定差异时，所述状态评估模块基于所述NOx总量与根据所述估计确定的NOx耗尽量的比较有选择地确定所述估计是大于还是小于所述SCR催化剂存储的氨的实际量。
8. 如方案7所述的配料控制系统，还包括：
因数调整模块，当所述估计低于和高于所述实际量时，所述因数调整模块分别增大或减小所述配料速率调整因数；以及
配料管理模块，所述模块在所述自适应结束模块结束所述减少并使能配料试剂的喷射之后基于所述配料速率调整因数调整目标配料速率、并控制配料试剂的喷射以获得所述目标配料速率。
9. 如方案8所述的配料控制系统，其中所述因数调整模块基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
10. 如方案8所述的配料控制系统，其中所述因数调整模块基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量之间的差异确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
11. 一种用于车辆的配料控制系统，包括：
自适应触发模块，当由位于选择性催化还原（SCR）催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发自适应事件；
配料管理模块，所述配料管理模块在所述自适应事件期间禁用配料试剂喷射；
自适应结束模块，所述自适应结束模块基于NOx第一量与由位于所述SCR催化剂上游的第二NOx传感器测量的NOx第二量的比较来有选择地延迟结束所述自适应事件。
12. 一种用于车辆的配料控制方法，包括：
估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量；
当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零；以及
基于NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量的比较来有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
13. 如方案12所述的配料控制方法，还包括基于所述NOx第一量与所述NOx第二量之间的差异有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
14. 如方案12所述的配料控制方法，还包括当所述NOx第一量与所述NOx第二量之间的差异低于预定差异时，有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
15. 如方案14所述的配料控制方法，还包括当所述差异低于所述预定差异达预定周期时，有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
16. 如方案14所述的配料控制方法，还包括基于所述SCR催化剂的温度和排气流量确定所述预定差异。
17. 如方案14的配料控制方法，还包括基于发动机速度和发动机负载确定所述预定差异。
18. 如方案14所述的配料控制方法，还包括：
确定在所述减少期间输入到所述SCR催化剂的NOx的总量；以及
当所述差异低于所述预定差异时，基于所述NOx总量与根据所述估计确定的NOx耗尽量的第二比较有选择地确定所述估计是大于还是小于所述SCR催化剂存储的氨的实际量。
19. 如方案18所述的配料控制方法，还包括：
当所述估计低于和高于所述实际量时，分别增大或减小所述配料速率调整因数；以及
在所述自适应结束模块结束所述减少并使能配料试剂的喷射之后，基于所述配料速率调整因数调整目标配料速率；以及
控制配料试剂的喷射以获得所述目标配料速率。
20. 如方案19所述的配料控制方法，还包括基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量之间的差异确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
附图说明
从其详细描述和附图可更加全面地理解本公开，其中：
图1为根据本公开原理的示例性发动机系统的功能框图；
图2为根据本公开原理的示例性选择性催化还原（SCR）催化剂控制系统的功能框图；
图3包括根据本公开原理的输入氮氧化物（NOx）随时间变化的示例性曲线、当前存储随时间变化的示例性曲线、和输出NOx随时间变化的示例性曲线；
图4A-4B包括根据本公开原理的在SCR催化剂欠载时NOx随时间变化的示例性曲线；
图5A-5B包括根据本公开原理的在SCR催化剂过载时NOx随时间变化的示例性曲线；以及
图6是示出根据本公开原理的执行自适应事件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
实质上，下面的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中至少之一”应当认为是意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。
如本文中所使用的，术语“模块”可指的是特定用途集成电路（ASIC）、电子电路、组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或组）；提供所述功能的其他适合部件；或为上述一些或全部的组合，例如片上系统。术语模块可包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享、专用或组）。
上面使用的术语“代码”可包括软件、固件和/或微码，并且可涉及程序、例程、函数、类和/或对象。上面使用的术语“共享”意味着多个模块的一些或全部代码可使用单个（共享）处理器来执行。另外，多个模块的一些或全部代码可由单个（共享）存储器存储。上面使用的术语“组”意味着单个模块的一些或全部代码可使用一组处理器来执行。另外，单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器存储。
本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。所述计算机程序包括存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。所述计算机程序还可包括存储的数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性例子为非易失性存储器、磁性存储器和光学存储器。
配料控制模块控制在选择性催化还原（SCR）催化剂上游对排气系统的配料试剂（例如，尿素）的喷射。SCR催化剂接收由车辆发动机输出的排气。排气包括氮氧化物（NOx）。通过配料试剂提供给SCR催化剂的氨（NH3）与NOx反应，从而降低从SCR催化剂输出的NOx的量。
配料控制模块估计被SCR催化剂存储的氨量（当前存储），并基于当前存储控制配料试剂喷射。配料控制模块基于当前存储预测NOx量，该量由位于SCR催化剂下游的NOx传感器（下游NOx传感器）测量。
当下游NOx传感器测量的NOx大于预测的NOx时，配料控制模块起动自适应事件的执行。当测量的NOx与预测的NOx不同时，当前存储的估计可已经大于或小于SCR催化剂的实际当前存储。
在自适应事件期间，配料控制模块禁用配料试剂喷射，以耗尽SCR催化剂的氨。在自适应事件期间，本公开的配料控制模块监测由下游NOx传感器测量的NOx和由位于SRC催化剂上游的第二NOx传感器（即，上游NOx传感器）测量的NOx或者SCR催化剂上游的NOx模拟值。
配料控制模块基于NOx测量的比较有选择地结束所述自适应事件。仅举例来说，当所述NOx测量之间的差异低于预定差异时，所述配料控制模块有选择地结束自适应事件。这样，所述配料控制模块在NOx测量会聚时有选择地结束自适应事件。如果在触发自适应事件时，SCR催化剂的实际当前存储低于估计的当前存储，那么可使用预定数量的相位执行自适应事件来替代基于NOx测量的会聚有选择地结束自适应事件，可缩短自适应事件的长度（即，周期）。
现在参考图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机102产生用于车辆的驱动扭矩。尽管发动机102图示和将描述为柴油类型发动机，但是发动机102可为其它适当类型的发动机，例如火花点燃式发动机或另一类型的压燃式发动机。一个或多个电动机（或电动机-发电机）可额外地产生驱动扭矩。
空气通过进气歧管104吸入发动机102。进入发动机102的气流可使用节流阀106来改变。节气门致动器模块108控制节流阀106的开度。一个或多个燃料喷射器（例如燃料喷射器110）将燃料与空气混合，以形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机102的汽缸内燃烧，例如汽缸114。尽管发动机102表现为包括一个汽缸，但是发动机102可包括不只一个汽缸。
排气从发动机102排出到排气系统120。排气可包括微粒物质（PM）和排气气体。排气（气体）包括氮氧化物（NOx），例如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。排气系统120包括减少排气中相应NOx和PM的量的处理系统。
排气系统120包括氧化催化剂（OC）122和选择性催化还原（SCR）催化剂124。排气系统120还可包括微粒过滤器（未示出）。排气从发动机102流到OC 122。仅举例来说，OC 122可包括柴油氧化催化剂（DOC）。排气从OC 122流到SCR催化剂124。排气可从SCR催化剂124流到微粒过滤器。在各种实施方案中，微粒过滤器可在与SCR催化剂124共同的壳体中实施。仅举例来说，微粒过滤器可包括柴油微粒过滤器（DPF）。
配料试剂喷射器130在SCR催化剂124的上游喷射配料试剂进入排气系统120。仅举例来说，配料试剂喷射器130可在OC 122与SCR催化剂124之间的位置喷射配料试剂。所述配料试剂可包括尿素（CO(NH2)2）、氨（NH3）和/或其它适当类型的配料试剂。所述配料试剂还可指的是排放流体（EF）或柴油排放流体（DEF）。在配料试剂包括尿素的实施方式中，尿素与排气反应产生氨，并且氨被供应到SCR催化剂124。在各种实施方式中，可使用水（H2O）稀释配料试剂。在使用水稀释配料试剂的实施方案中，热量（例如，来自排气）蒸发水，并且氨被供应到SCR催化剂124。下面提供表示从示例性配料试剂溶液产生氨的示例性化学式。
HCNO + H2O → NH3 + CO2
SCR催化剂124存储（例如，吸收）通过配料试剂供应的氨。仅举例来说，SCR催化剂124可包括钒催化剂、沸石催化剂、和/或其它适当类型的SCR催化剂。下面提供表示氨吸收的示例性化学式。
NH3 + S → NH3(S)
SCR催化剂124催化存储的氨与通过SCR催化剂124的NOx之间的反应。SCR催化剂124存储的氨量称为当前存储。当前存储可表示为氨的质量（例如，克）、氨的摩尔数、或由SCR催化剂124存储的氨量的其它适当量度。
NOx和氨以已知的速率反应，其可称为反应速率。所述反应速率可由下式表示：
其中RR为反应速率，X根据排气中二氧化氮（NO2）的量变化。仅举例来说，X可在1.0到1.333之间变化。
输入到SCR催化剂124的通过与氨反应从排气去除的NOx的百分比可称为NOx转化效率。该NOx转化效率直接与SCR催化剂124的当前存储相关。仅举例来说，NOx转化效率随着SCR催化剂124的当前存储增大而增大。
然而，SCR催化剂124的当前存储受限于氨的最大量。该氨的最大量指的是SCR催化剂124的最大存储容量。保持SCR催化剂124的当前存储接近最大存储容量确保从排气去除最大量的NOx。换句话说，保持当前存储接近最大存储容量可确保获得最大可能的NOx转化效率。
然而，保持当前存储在或接近最大存储容量也提高了将从排气系统120排出氨的可能性。从排气系统120排出氨可称为氨泄漏。提高氨泄漏的可能性可归因于SCR催化剂124的最大存储容量与温度之间的反比关系。更具体地，最大存储容量随着SCR温度的升高而降低，最大存储容量的降低会引起从SCR催化剂124解吸（即，释放）氨。换句话说，SCR温度的升高引起最大存储容量的降低，存储的超过该降低了的最大存储容量的氨会从SCR催化剂124释出。因此，SCR温度的升高会引起氨泄漏。下面提供表示氨解吸的示例性化学式。
NH3(S) → NH3 + S
配料试剂供应的所有或部分氨可在被SCR催化剂124吸收之前或之后氧化。例如，氨可与排气中的氧气反应生产氮气（N2）和水（H2O）。例如，可通过热量触发氨氧化。下面提供表示氨氧化的示例性化学式。
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
氨与NOx的反应产生氮气和水。排气中的其它成分例如氧气（O2）也可被包含在氨和NOx反应中。下面提供的示例性化学式表示氨和NOx的反应。
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O
4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O
上游NOx传感器142在OC 122上游的位置测量排气中的NOx。仅举例来说，上游NOx传感器142可测量NOx的质量流量（例如，克/秒）、NOx的浓度（例如，百万分之几）或NOx量的其它适当量度。上游NOx传感器142基于OC 122上游排气中的NOx产生输入NOx信号。在多个实施方案中，可省略上游NOx传感器142，基于一个或多个发动机运行参数可模拟输入NOx。第一温度传感器144测量OC 122上游排气的温度。第一温度传感器144基于OC 122上游排气的温度产生第一温度信号160。
氧气传感器146在OC 122与SCR催化剂124之间的位置测量排气中的氧气（O2）。氧气传感器146基于OC 122与SCR催化剂124之间的排气中的氧气产生氧气信号162。第二温度传感器在OC 122与SCR催化剂124之间的位置测量排气的温度。第二温度传感器148基于OC 122与SCR催化剂124之间的排气的温度产生第二温度信号164。仅举例来说，氧气传感器146和第二温度传感器148可位于配料试剂喷射器130喷射配料试剂的地方与SCR催化剂124之间。
下游NOx传感器150在SCR催化剂124下游的位置测量排气中的NOx。仅举例来说，下游NOx传感器150可测量NOx的质量流量（例如，克/秒）、NOx的浓度（例如，百万分之几）或NOx量的其它适当量度。下游NOx传感器150基于SCR催化剂124下游排气中的NOx产生输出NOx信号166。下游NOx传感器150还对氨交互感应，因此，输出NOx信号还可反应SCR催化剂124下游排气中的氨。第三温度传感器152测量SCR催化剂124下游排气的温度。第三温度传感器152基于SCR催化剂124下游排气的温度产生第三温度信号168。
在发动机系统100中可应用一个或多个其它传感器156。仅举例来说，其它传感器156可包括质量空气流量（MAF）传感器、排气流量（EFR）传感器、进气温度（IAT）传感器、冷却剂温度传感器、歧管绝对压力（MAP）传感器、发动机速度（RPM）传感器、排气压力传感器和/或其它适当的传感器。
发动机控制模块（ECM）170控制发动机102的扭矩输出。ECM 170可包括控制配料试剂的喷射的配料控制模块190。仅举例来说，配料控制模块190可控制配料试剂喷射的正时和速率。配料控制模块190通过控制配料试剂的喷射控制SCR催化剂124的氨供应和SCR催化剂124的当前存储。
配料试剂喷射的速率可称为配料速率（例如，克/秒），氨供应到SCR催化剂124的速率可称为氨供应速率（例如，克/秒）。配料控制模块190可确定用于向SCR催化剂124供应氨的目标供应速率，确定获得目标供应速率的目标配料速率，并以目标配料速率控制配料试剂的喷射。
配料控制模块190预测将由下游NOx传感器150测量的NOx量，并将预测的NOx量与下游NOx传感器150测量的NOx量作比较。配料控制模块190基于预测的NOx量与下游NOx传感器150测量的NOx量的比较有选择地开始自适应事件的执行。仅举例来说，当下游NOx传感器150测量的NOx大于预测NOx量时，配料控制模块190可触发自适应事件的执行。当测量的NOx大于预测的NOx量时，配料控制模块190估计的当前存储可能大于或小于SCR催化剂124存储的实际氨量。
配料控制模块190预测由下游NOx传感器150测量的NOx量，并将预定的NOx量与下游NOx传感器150测量的NOx量作比较。配料控制模块190基于预测的NOx量与下游NOx传感器150测量的NOx量的比较有选择地开始自适应事件的执行。例如，当下游NOx传感器150测量的NOx大于预测NOx量时，配料控制模块190可触发自适应事件的执行。当测量的NOx大于预定的NOx量时，配料控制模块190估计的当前存储可能已经大于或小于SCR催化剂124存储的实际氨量。
自适应事件包括禁用（或减慢）配料试剂的喷射，以耗尽SCR催化剂124的氨。配料控制模块190基于触发自适应事件时的当前存储确定输入NOx的耗尽量。在自适应事件期间，配料控制模块190分别监测收上游NOx传感器142测量的输入NOx和下游NOx传感器150测量的输出NOx，以确定何时SCR催化剂124被耗尽氨。
配料控制模块190基于输入NOx测量与输出NOx测量的比较有选择地触发自适应事件的结束。更具体地，当输入NOx与输出NOx之间的差异低于预定差异时，配料控制模块190触发自适应事件的结束。换句话说，当输入NOx测量与输出NOx测量彼此在预定范围内时，配料控制模块190有选择地触发自适应事件的结束。
在自适应事件期间，配料控制模块190还确定输入到SCR催化剂124的NOx累计（或总）量（累计输入NOx）。配料控制模块190可基于累计输入NOx与耗尽量的比较来确定SCR催化剂124的实际当前存储是否大于估计的当前存储（即，过载）或小于估计的当前存储（即，欠载）。例如，当累计输入NOx大于耗尽量时，配料控制模块190可确定SCR催化剂124过载。相反，当累计输入NOx低于耗尽量时，配料控制模块190可确定SCR催化剂124欠载。
配料控制模块190向目标配料速率应用配料速率调整因数。换句话说，配料控制模块190基于配料速率调整因数调节目标配料速率。配料控制模块190可基于触发自适应事件时SCR催化剂124是过载还是欠载而有选择地增大或减小配料速率调整因数。更具体地，在触发自适应事件时，当SCR催化剂124过载或欠载时，配料控制模块190分别增大和减小配料速率调整因数。这样，配料控制模块可增大或减小目标供应速率，以防止自适应事件之后的未来过载或欠载。
配料控制模块190可基于累计输入NOx与耗尽量之间的差异确定用于配料速率调整因数的调整量。例如，配料速率调整因数的调整量可随着所述差异的增大而增大。这样，配料控制模块190基于触发自适应事件时SCR催化剂124过载或欠载的程度可变地调整配料速度调整因数。
现在参考图2，示出了示例性配料控制模块200的功能框图。配料控制模块190可包括配料管理模块202、喷射器控制模块206、百分比设置模块210、当前存储模块214、转化效率模块218、预测NOx输出模块222和NO2输入模块226。配料控制模块190还可包括自适应触发模块240、自适应结束模块244、计时器模块248、累计模块260、状态评估模块256、因数调整模块260和差异确定模块270。
配料管理模块202确定目标配料速率272。在向喷射器控制模块206提供目标配料速率272之前，配料管理模块202基于配料速率调整因数调整目标配料速率272。仅举例来说，配料速率调整因数273可为在2.0与0.0之间的值，包括2.0和0.0。在向喷射器控制模块206提供目标配料速率272之前，配料管理模块202可通过配料速率调整因数273调整（例如，相乘）目标配料速率272来调整目标配料速率272。
喷射器控制模块206向配料试剂喷射器130应用信号274，以获得目标配料速率272。例如，应用至配料试剂喷射器130的信号274可为脉宽调制（PWM）信号或其它适当类型的信号。喷射器控制模块206可设置信号274的工作循环（即，预定时间周期期间ON（打开）的时间百分比），以获得目标配料速率272，并向配料试剂喷射器130应用PWM信号。
目标配料速率272对应于获得对SCR催化剂124的氨的目标供应速率的配料试剂喷射速率。目标供应速率对应于向SRC催化剂124供应氨的期望速率。在喷射氨作为配料试剂的实施方案中，目标配料速率272可等于或约等于目标供应速率。配料管理模块202可基于SCR催化剂124的目标当前存储、SCR催化剂124的当前存储276、输入NOx 158、和/或一个或多个其它适当参数来确定目标供应速率272。例如，配料管理模块202可确定目标供应速率，以最大化NOx转化效率、最小化输出NOx 166、最小化氨泄漏、和/或实现一个或多个其它适当目标。
配料管理模块202可基于SCR催化剂124的最大存储容量的百分比来确定目标当前存储。最大存储容量可基于SCR温度278来确定。仅举例来说，最大存储容量随着SCR温度278的升高而降低，反之亦然。百分比设置模块210可基于例如发动机速度280、发动机负载282和SCR温度278来确定所述百分比。在多个实施方案中，SCR温度278可分别基于第一温度160、第二温度164和第三温度168来估计。在其它实施方案中，SCR温度278可使用SCR温度传感器（未示出）来测量，或以其它适当的方式确定。例如，SCR温度278可为SCR催化剂124的平均温度。
当前存储模块214估计SCR催化剂124的当前存储276。仅举例来说，当前存储模块214可基于目标供应速率、输入NOx 158、输出NOx 166和/或一个或多个适当参数来估计SCR催化剂124的当前存储276。更具体地，当前存储模块214可基于目标供应速率、NOx转化效率284和/或一个或多个其它适当参数来估计SCR催化剂124的当前存储276。
转化效率模块218估计NOx转化效率284。仅举例来说，转化效率模块218可基于SCR催化剂124的当前存储276、目标供应速率、输入NOx 158、一个或多个温度、EFR 288和/或一个或多个其它适当参数来估计NOx转化效率284。EFR 288可使用EFR传感器（未示出）测量，或基于例如MAF来确定。
预测NOx输出模块222预测将由下游NOx传感器150测量的输出NOx。输出NOx的预测值可称为预测输出NOx 286。仅举例来说，预测NOx输出模块222可基于输入NOx 158、NOx转化效率284、EFR 288、SCR温度278、输入SCR催化剂124的二氧化氮290的量、微粒过滤器存储的HC 292的量、和/或一个或多个其它适当参数来确定。
NO2输入模块226估计输入SCR催化剂124的二氧化氮290的量。NO2输入模块226可基于输入NOx 158和输入NOx 158为二氧化氮的估计比率来估计输入SCR催化剂124的二氧化氮290的量。输入NOx 158为二氧化氮的估计比例可基于排气状态和输入NOx 158来估计。排气状态包括例如排气压力294，温度160、164和168中的一个或多个，EFR 288，供应到发动机102的空气/燃料混合物的当量比（EQR），和/或一个或多个其它适当参数。
自适应触发模块240有选择地触发自适应事件的执行。自适应触发模块240基于输出NOx 166和预测输出NOx 286有选择地触发自适应事件的执行。仅举例来说，当输出NOx 166大于预测输出NOx 286时，自适应触发模块240触发自适应事件的执行。
现在参考图3，并继续参考图2，示出了累计的输入NOx相对于时间的示例性曲线310、当前存储276相对于时间的示例性曲线320、和输出NOx 166相对于时间的示例性曲线330。自适应事件的执行在图3中的大约时间340触发。
当触发自适应事件的执行时，配料管理模块202禁用配料试剂喷射。配料管理模块202可禁用配料试剂喷射，直到自适应结束模块224触发自适应事件的结束。在多个实施方式中，配料管理模块202可减慢配料试剂喷射来替代禁用配料试剂喷射。示例性轨迹344跟踪SCR催化剂124的当前存储276。在触发自适应事件之后，由于配料试剂喷射的禁用（或减慢），当前存储276降低。
当自适应触发模块240触发自适应事件的执行时，计时器模块248起动计时器。当自适应触发模块240触发自适应事件的执行时，计时器模块248还可将计时器重置为预定重置值，例如零。自从自适应事件的执行被触发之后，计时器就跟踪消逝的时间周期。
自适应事件的执行通常可在N个连续的相位中完成。N为大于或等于2的整数。M为N个连续相位的预定个数，在该期间，将从SCR催化剂124耗尽氨，M等于N-1。M为大于或等于1的整数。仅举例来说，M可等于2，N可等于3。图3中示出了N等于3和M等于2的示例性自适应事件。
自适应事件执行的触发可使能累计模块252。累计模块252监测由上游NOx传感器142测量的输入NOx 158，并基于输入NOx 158确定累计的输入NOx 296。累计输入NOx 296可指的是从自适应事件被触发以来已经输入SCR催化剂124的NOx 总量（例如，克）。
当通过自适应触发模块240触发自适应事件的执行时，累计模块252可重置累计输入NOx 296。累计模块252可将累计输入NOx 296重置为预定重置值，例如零。示例性轨迹348跟踪累计输入NOx 296。随着时间的过去，NOx 被输入SCR催化剂124（从发动机102输出），因此，累计输入NOx 296增大。
当通过自适应触发模块240触发自适应事件的执行时，累计模块252可重置累计输入NOx 296。累计模块252可将累计输入NOx 296重置为预定重置值，例如零。示例性轨迹348跟踪累计输入NOx 296。随着时间的过去，NOx 被输入SCR催化剂124（从发动机102输出），因此，累计输入NOx 296增大。
自适应结束模块244监测累计输入NOx 296。每次完成自适应事件N个相位的一个相位时，自适应结束模块244都可提示累计模块252重置累计输入NOx。例如，自适应结束模块244在图3的示例性时间352和356提示累计模块252重置累计输入NOx 296。
预定差异（或范围）297是可变的。差异确定模块270可基于SCR温度278和EFR 288来设定预定差异。差异确定模块270可额外地或可选地基于发动机速度280、发动机负载282和/或一个或多个其它适当参数来设定预定差异297。
在自适应事件期间，自适应结束模块244监测计时器。当计时器大于预定最大周期时，自适应结束模块244也触发自适应事件的结束。这样，如果输出NOx 166和输入NOx 158彼此并未充分地在预定范围内有预定最大时期，那么自适应结束模块244仍触发自适应事件的结束。例如，预定最大时间可为大致10分钟。
当输出NOx 166与输入NOx 158之间的差异低于预定差异时，自适应结束模块244还触发状态评估模块256。在触发之后，状态评估模块256确定触发自适应事件的执行时SCR催化剂124的负载状态298。负载状态298可为过载、欠载或不确定之一。
当触发自适应事件时，自适应结束模块244可基于SCR催化剂124的当前存储276估计NOx的耗尽量299。NOx的耗尽量299可对应于将当前存储276减少至零和耗尽SCR催化剂124的氨所估计的NOx的量（例如，克）。因此，在自适应事件期间，当累计输入NOx 296大于耗尽量299时，SCR催化剂124应当被耗尽氨。自适应结束模块244可提供耗尽量299给状态评估模块256。
状态评估模块256可基于累计输入NOx 296与NOx耗尽量299的比较确定负载状态298。例如，当累计输入NOx296大于NOx耗尽量299时，状态评估模块256可确定SCR催化剂124过载。当累计输入NOx296大于NOx耗尽量299时，在SCR催化剂124耗尽氨之前比预期更多的NOx（例如，比耗尽量299多）被输入SCR催化剂124。因此，当累计输入NOx 296大于耗尽量299时，状态评估模块256可确定SCR催化剂124过载。相反，当累计输入NOx 296小于耗尽量299时，状态评估模块256可确定SCR催化剂124欠载。
状态评估模块256将负载状态298通知因数调整模块260。状态评估模块256可向因数调整模块260提供累计输入NOx 296和/或NOx耗尽量299。因数调整模块260基于负载状态298、累计输入NOx 296和/或耗尽量299有选择地调整配料速率调整因数273。
更具体地，因数调整模块260基于累计输入NOx 296和耗尽量299有选择地调整配料速率调整因数273。例如，当累计输入NOx 296低于耗尽量299时（即，当SCR催化剂124欠载时），因数调整模块260可增大配料速率调整因数273。当累计输入NOx 296大于耗尽量299时（即，当SCR催化剂124过载时），因数调整模块260可减小配料速率调整因数273。
因数调整模块260基于累计输入NOx 296和耗尽量299确定配料速率调整因数273调整多大（例如，调整量）。例如，当累计输入NOx 295与耗尽量299之间的差异增大时，因数调整模块260可增大调整量。当所述差异减小时，因数调整模块260可减小调整量。这样，使配料速率调整因数273的调整与触发自适应事件时SCR催化剂124有多少过载或多少欠载相关联。因数调整模块260还可基于一个或多个其它参数确定调整量。例如，因数调整模块260可基于配料速率调整因数273（之前）的值和/或配料速率调整因数273在配料速率调整因数273最大和最小值附近的值来确定调整量。
因数调整模块260提供配料速率调整因数273到配料管理模块202。当触发自适应事件的结束时，配料管理模块202使能配料试剂喷射。配料管理模块202确定目标配料赖床272、基于（调整的）配料速率调整因数273调整目标配料速率272、并提供目标配料速率272给喷射器控制模块206。当触发自适应事件的结束时，当前存储模块214将当前存储276重置为预定重置值，例如零。因为一但知道已经从SCR催化剂124耗尽氨（如输入NOx 156与输出NOx 166的会聚所示）就触发自适应事件的结束，所以在触发自适应事件的结束时将当前存储276重置为预定重置值确保了当前存储276从准确开始值开始。
现在参考图4A，示出了SCR催化剂124欠载时NOx随时间变化的示例性曲线。自适应事件的执行大致在时间402触发。示例性轨迹404跟踪由上游NOx传感器142测量的输入NOx 158，示例性轨迹408跟踪由下游NOx传感器150测量的输出NOx 166。图4A的示例性曲线表示完成第N个相位（图4中，N等于3）时自适应事件结束的例子。例如，图4A中，自适应事件大致在时间412结束。
现在参考图4B，示出了SCR催化剂124欠载时NOx随时间变化的另一示例性曲线。自适应事件的执行大致在时间402触发。示例性轨迹454跟踪由上游NOx传感器142测量的输入NOx 158，示例性轨迹458跟踪由下游NOx传感器150测量的输出NOx 166。如上所述，当输入NOx 158与输出NOx 166之间的差异低于预定差异297时，本公开的自适应结束模块244有选择地触发自适应事件的结束。不管自适应事件的相位，根据本公开的自适应结束模块244有选择地触发自适应事件的结束。
这样，如果当触发自适应事件的执行时SCR催化剂124欠载，那么自适应结束模块244可在以其它方式完成第N个相位之前触发自适应事件的结束。例如，当输入NOx 158与输出NOx 166之间的差异低于预定差异时，自适应结束模块244可有选择地大致在时间462触发自适应事件的结束。
现在参考图5A，示出了SCR催化剂124过载时NOx随时间变化的示例性曲线。自适应事件的执行大致在时间502触发。示例性轨迹554跟踪由上游NOx传感器142测量的输入NOx 158，示例性轨迹558跟踪由下游NOx传感器150测量的输出NOx 166。图5A的示例性曲线表示完成第N个相位（图5中，N等于3）时自适应事件结束的例子。例如，图5A中，自适应事件大致在时间512结束
现在参考图5B，示出了SCR催化剂124过载时NOx随时间变化的另一示例性曲线。自适应事件的执行大致在时间502触发。示例性轨迹554跟踪由上游NOx传感器142测量的输入NOx 158，示例性轨迹558跟踪由下游NOx传感器150测量的输出NOx 166。如上所述，当输入NOx 158与输出NOx 166之间的差异低于预定差异297时，本公开的自适应结束模块244有选择地触发自适应事件的结束。不管自适应事件的相位，根据本公开的自适应结束模块244有选择地触发自适应事件的结束。
这样，如果当触发自适应事件的执行时SCR催化剂124过载，那么自适应结束模块244可在以其它方式完成第N个相位之后触发自适应事件的结束。例如，当输入NOx 158与输出NOx 166之间的差异低于预定差异297时，自适应结束模块244可有选择地大致在时间562触发自适应事件的结束。然而，输入NOx 158与输出NOx 166的会聚表示SCR催化剂124被耗尽氨。因此，在自适应事件结束之后，可准确地重置SCR催化剂124的当前存储276。
现在参考图6，示出了描述执行自适应事件的示例性方法600的流程图。控制开始于602，其中控制确定预定输出NOx 286。在606，控制确定下游NOx传感器150测量的输出NOx 166是否大于预测输出NOx 286。如果是，那么控制继续至610；如果否，那么控制可返回602。
在610，控制可触发自适应事件，禁用配料试剂喷射并起动计时器。在614，控制确定NOx耗尽量299。控制可基于当前存储276确定NOx耗尽量299。在622，控制确定累计输入NOx 296。在622，控制确定预定差异297。例如，控制可基于SCR温度278和EFR 288确定预定差异297。可选地或另外地，控制可基于发动机速度280、发动机负载282和/或一个或多个其它适当参数确定预定差异297。
在626，控制监测分别由上游NOx传感器142和下游NOx传感器150测量的输入NOx 158和输出NOx 166，并确定输入NOx 158与输出NOx 166之间的差异是否低于预定差异297。如果否，那么控制可继续至630；如果是，那么控制可转至634。下面进一步描述634。
在630，控制可确定计时器是否大于预定最大周期。如果是，那么控制可转至634；如果否，控制可返回618。这样，当计时器大于预定最大周期时（在630），或者当所述差异低于预定差异时（在626），控制继续至634。例如，预定周期可为大致10分钟。
在634，控制触发自适应事件的结束。在638，控制将SCR催化剂124的当前存储276设定成等于零。在642，控制调整配料速率调整因数273的调整量。换句话说，在642，控制确定是增大还是减小配料速率调整因数273，并且控制确定应当增大或减小配料速率调整因数273多大。例如，当累计输入NOx 296小于和大于耗尽量299时，控制可分别增大或减小配料速率调整因数273。高大或减小的量可随着累计输入NOx 296与耗尽量299之间差异的增大而增大。
在646，控制调整配料速率调整因数273。然后控制可结束。在触发自适应事件的结束之后，控制重新使能配料试剂喷射，控制基于配料速率调整因数273调整目标配料速率272。这样，自适应事件之后配料试剂喷射的速率被调整成最小化了SCR催化剂124的未来过载或欠载。
本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管本公开包括具体实施例，但是本公开的真实范围不应当这样限制，因为通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员将是显而易见的。

Claims (1)

1.一种用于车辆的配料控制系统，包括：
当前存储模块，其估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量；
自适应触发模块，当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，所述自适应触发模块触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零；以及
自适应结束模块，当所述NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量之间的差异低于预定差异时，所述自适应结束模块有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
2. 如权利要求1所述的配料控制系统，其中当所述差异低于所述预定差异达预定周期时，所述自适应结束模块有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
3. 如权利要求1所述的配料控制系统，还包括差异确定模块，所述差异确定模块基于所述SCR催化剂的温度和排气流量确定所述预定差异。
4. 如权利要求1所述的配料控制系统，还包括差异确定模块，所述差异确定模块基于发动机速度和发动机负载确定所述预定差异。
5. 如权利要求1所述的配料控制系统，还包括：
累计模块，所述累计模块在所述减少期间确定输入到所述SCR催化剂的NOx的总量；以及
状态评估模块，当所述差异低于所述预定差异时，所述状态评估模块基于所述NOx总量与根据所述估计确定的NOx耗尽量的比较有选择地确定所述估计是大于还是小于所述SCR催化剂存储的氨的实际量。
6. 如权利要求5所述的配料控制系统，还包括：
因数调整模块，当所述估计低于和高于所述实际量时，所述因数调整模块分别增大或减小配料速率调整因数；以及
配料管理模块，所述模块在所述自适应结束模块结束所述减少并使能配料试剂的喷射之后基于所述配料速率调整因数调整目标配料速率、并控制配料试剂的喷射以获得所述目标配料速率。
7. 如权利要求6所述的配料控制系统，其中所述因数调整模块基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
8. 如权利要求6所述的配料控制系统，其中所述因数调整模块基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量之间的差异确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
9. 一种用于车辆的配料控制方法，包括：
估计选择性催化还原（SCR）催化剂存储的氨量；
当由位于SCR催化剂下游的第一NOx传感器测量的氮氧化物（NOx）第一量大于NOx第一量的预测值时，触发将所述SCR催化剂存储的氨量减少至零；以及
当所述NOx第一量与所述SCR催化剂上游的NOx第二量之间的差异低于预定差异时，有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
10. 如权利要求9所述的配料控制方法，还包括当所述差异低于所述预定差异达预定周期时，有选择地结束所述减少并使能配料试剂的喷射。
11. 如权利要求9所述的配料控制方法，还包括基于所述SCR催化剂的温度和排气流量确定所述预定差异。
12. 如权利要求9的配料控制方法，还包括基于发动机速度和发动机负载确定所述预定差异。
13. 如权利要求9所述的配料控制方法，还包括：
确定在所述减少期间输入到所述SCR催化剂的NOx的总量；以及
当所述差异低于所述预定差异时，基于所述NOx总量与根据所述估计确定的NOx耗尽量的第二比较有选择地确定所述估计是大于还是小于所述SCR催化剂存储的氨的实际量。
14. 如权利要求13所述的配料控制方法，还包括：
当所述估计低于和高于所述实际量时，分别增大或减小配料速率调整因数；以及
在结束所述减少并使能配料试剂的喷射之后，基于所述配料速率调整因数调整目标配料速率；以及
控制配料试剂的喷射以获得所述目标配料速率。
15. 如权利要求14所述的配料控制方法，还包括基于所述NOx总量与所述NOx耗尽量之间的差异确定尺度，并基于所述尺度增大或减小所述配料速率调整因数。
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