CN102312707B - Scr尿素喷射的适应性控制以补偿错误 - Google Patents

Scr尿素喷射的适应性控制以补偿错误 Download PDF

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Abstract

一种用于控制选择性催化还原喷射系统的方法，所述选择性催化还原喷射系统具有存储罐、泵、传输线路和喷射喷嘴，所述方法包括：监测选择性催化还原喷射系统；确定选择性催化还原喷射系统有效面积比；将选择性催化还原喷射系统有效面积比与阈值比较；在越过所述阈值时计算补偿因子；以及根据所计算的补偿因子修正指令喷射质量。

Description

SCR尿素喷射的适应性控制以补偿错误
技术领域
本发明涉及在内燃机中NOx排放的后处理的控制。
背景技术
该部分内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
排放控制是在发动机设计和发动机控制中的重要因素。氮氧化物NOx是已知的燃烧副产物。NOx通过在高温燃烧中分离的发动机进气空气中存在的氮气和氧气分子产生，且NOx产生速率包括与燃烧过程的已知关系，例如更高的NOx产生速率与更高的燃烧温度以及空气分子更长时间地暴露于更高温度有关。还原在燃烧过程中产生的NOx以及在排气后处理系统中管理NOx是期望的。
在更广义分类的后处理装置内，NOx分子一旦在燃烧室中被产生就可在本领域已知的示例性装置中转化回到氮气和氧气分子。然而，本领域技术人员将理解的是，后处理装置很大程度上取决于操作状况，例如排气流温度驱动的装置操作温度和发动机空气/燃料比。此外，后处理装置包括由于长时间使用以及暴露于高温而趋于损坏或降级的材料，例如催化床。
现代发动机控制方法使用各种操作策略以优化燃烧。在燃料经济性方面优化燃烧的一些操作策略包括在燃烧室内稀燃烧、局部燃烧或分层燃烧，以便减少实现气缸所需做功输出必要的燃料充气以及增加发动机效率，例如通过操作在非节流状况、减少空气进气泵送损失来实现。虽然燃烧室的温度在燃烧孔穴中可足够高以产生显著量的NOx，但是燃烧室的总能量输出（尤其是，通过排气流从发动机驱出的热能）与其它燃烧策略相比可明显减少。这种状况可使得排气后处理策略受到挑战，因为后处理装置频繁地需要通过排气流温度驱动的升高操作温度，以充分地操作以处理NOx排放。
后处理装置是已知的，例如其使用化学反应来处理排气流。一个示例性装置包括选择性催化还原装置（SCR）。SCR的已知使用利用从尿素喷射得到的氨来处理NOx。存储在位于SCR内的催化床上的氨与NOx（优选地，期望比例的NO和NO2）反应，并且产生有利反应以处理NOx。一个示例性实施例包括优选地1比1的NO对NO2比例，并且已知为快速SCR反应。已知的是操作在柴油应用中SCR上游的柴油氧化催化剂（DOC），以将NO转化为NO2用于在SCR中优先处理。排气后处理的持续改进需要在排气流中NOx排放方面的精确信息以便实现有效NOx还原，例如基于所监测的NOx排放的尿素的计量正确量。
用于发动机后处理的尿素喷射具有一些困难。诸如尿素温度、泵压力和喷射器喷嘴阻塞的因素可修正尿素到排气流的传输，从而阻止传输正确量的尿素。这导致由于提供超过所需量的过量尿素而浪费使用所存储的尿素，或者尿素太少而不能有效地处理所产生的排气量。
发明内容
一种用于控制选择性催化还原喷射系统的方法，所述选择性催化还原喷射系统具有存储罐、泵、传输线路和喷射喷嘴，所述方法包括：监测选择性催化还原喷射系统；确定选择性催化还原喷射系统有效面积比；将选择性催化还原喷射系统有效面积比与阈值比较；在越过所述阈值时计算补偿因子；以及根据所计算的补偿因子修正指令喷射质量。
本发明涉及下述技术方案。
1. 一种用于控制选择性催化还原喷射系统的方法，所述选择性催化还原喷射系统具有存储罐、泵、传输线路和喷射喷嘴，所述方法包括：
监测选择性催化还原喷射系统；
确定选择性催化还原喷射系统有效面积比；
将选择性催化还原喷射系统有效面积比与阈值比较；
在越过所述阈值时计算补偿因子；以及
根据所计算的补偿因子修正指令喷射质量。
2. 根据技术方案1所述的方法，其中，确定选择性催化还原喷射系统有效面积比包括监测实际喷射质量和指令喷射质量。
3. 根据技术方案2所述的方法，其中，实际喷射质量在动态建模方法中从所监测的参数计算。
4. 根据技术方案3所述的方法，其中，计算实际喷射质量包括积分所监测的参数以确定实际流量特性。
5. 根据技术方案2所述的方法，其中，实际喷射质量在滤波方法中从所监测的参数计算。
6. 根据技术方案5所述的方法，其中，滤波方法包括状态空间方程以确定实际流量特性。
7. 根据技术方案2所述的方法，其中，实际喷射质量从在动态建模方法和滤波方法中所监测的参数计算。
8. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述阈值包括上阈值和下阈值中的一个。
9. 根据技术方案1所述的方法，其中，在越过所述阈值时计算补偿因子包括确定温度影响。
10. 根据技术方案9所述的方法，其中，确定温度影响基于泵压力。
11. 根据技术方案9所述的方法，其中，确定温度影响基于查询表。
12. 一种用于控制来自于选择性催化还原喷射系统的流体喷射的方法，以在发动机操作期间实现请求流体流进入到内燃机的排气流，所述方法包括：
监测选择性催化还原喷射系统的操作参数，包括指令喷射质量和排气流压力；
确定实际喷射质量；
计算有效面积比；
将有效面积比与期望有效面积比进行比较；以及
修正喷射器控制信号以调节有效面积比从而匹配期望有效面积比。
13. 根据技术方案12所述的方法，其中，通过积分方法确定实际喷射质量。
14. 根据技术方案12所述的方法，其中，通过滤波方法确定实际喷射质量。
15. 根据技术方案12所述的方法，其中，通过积分和滤波方法确定实际喷射质量。
16. 根据技术方案12所述的方法，其中，监测选择性催化还原喷射系统的操作参数还包括监测流体的温度。
17. 根据技术方案16所述的方法，其中，流体的温度用于确定实际喷射质量。
18. 根据技术方案12所述的方法，其中，计算有效面积比确定过计量或欠计量的量。
19. 根据技术方案12所述的方法，其中，修正喷射器控制信号以调节有效面积比从而匹配期望有效面积比包括计算增益以修正喷射器控制信号。
附图说明
现将以示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中：
图1是描述了根据本发明的内燃机、控制模块和排气后处理系统的示意图；
图2示意性地描述了根据本发明的包括尿素计量配置的示例性后处理系统；
图3示意性地描述了根据本发明的包括代表性数学符号的示例性后处理系统的示例性尿素传输系统；
图4是根据本发明的在动态建模方法和滤波验证方法期间的图形数据，示出了尿素计量模块随着时间经过的有效面积比；
图5描述了根据本发明的用于示例性控制策略来控制计量模块的视图，以提供喷射到后处理系统的排气流中的尿素的指令量；
图6是根据本发明的一系列图表，其描述了实际尿素流和指令尿素流随着时间经过的数据，其中图6A是在大约25摄氏度（C）的尿素流，图6B是在没有负载校正情况下在大约-25摄氏度C的尿素流，以及图6C是在具有负载校正情况下在大约-25摄氏度C的尿素流；
图7是根据本发明的一系列图表，其描述了实际尿素流和指令尿素流随着时间经过的单位为mg/s的数据，其中图7A是在没有所公开方法情况下欠计量故障的示例性图表，图7B是在没有所公开方法情况下过计量故障的示例性图表，以及图7C是使用所公开方法来校正欠计量和过计量故障的尿素流的示例性图表；以及
图8是根据本发明的实验数据的示意性图表，描述了对指示随着时间经过的有效面积比的模拟尿素计量模块恶化采取动作的控制方案。
具体实施方式
现参考附图，其中视图仅用于描述一些示例性实施例且不旨在限制本发明，图1是根据本发明的描述内燃机10、控制模块5和排气后处理系统15的示意图。示例性发动机10是多缸直喷式内燃机10，其具有附连到曲轴24并且在气缸20内可移动的往复式活塞22，从而限定可变容积燃烧室34。发动机10可基于诸如发动机速度和负载的因素在压缩点火或火花点火下操作。此外，发动机10可使用混合动力点火策略（例如，火花辅助压缩点火策略）操作。本发明旨在包括发动机操作的这些示例性实施例，但不旨在局限于此。曲轴24可操作地附连到车辆变速器和传动系以响应于操作员扭矩请求50向其传输牵引扭矩。发动机10优选地采用四冲程操作，其中每个发动机燃烧循环具有曲轴24的720度的角度旋转，其划分为描述活塞22在发动机气缸20中往复运动的进气-压缩-膨胀-排气的四个180度阶段。多齿目标轮26附连到曲轴并且随其旋转。发动机10包括用于监测发动机操作的感测装置和控制发动机操作的致动器。感测装置和致动器信号地或可操作地连接到控制模块5。
发动机10优选地是直喷式四冲程内燃机10，其包括由在气缸内在上止点和下止点之间往复运动的活塞22限定的可变容积燃烧室34以及包括进气门和排气门的气缸盖。活塞22在往复循环中往复运动，每个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。
发动机10优选地具有主要稀于化学计量比的空气/燃料操作策略。本领域技术人员将理解的是，本发明适用于主要稀于化学计量比操作的其它发动机配置（例如，稀燃火花点火发动机）。在压缩点火发动机10的正常操作期间，当燃料充气被喷射到燃烧室34中以与进气空气形成气缸充气时在每个发动机循环期间出现燃烧事件。该充气随后在压缩冲程期间通过其压缩作用或通过来自于火花塞的火花点火而燃烧。
发动机10适于在宽范围的温度、气缸充气（空气、燃料和EGR）和喷射事件下操作。本文所述的方法尤其适于结合操作于稀于化学计量比的直喷式发动机10来操作，以确定在持续进行的操作期间与在每个燃烧室34中的热量释放相关的参数。本文所限定的方法适用于多种发动机配置，包括火花点火发动机和适于使用均质充气压缩点火（HCCI）策略的压缩点火发动机。该方法适用于采用每发动机循环每缸的多个燃料喷射事件的系统，例如采用用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件、以及在适用时用于后处理管理的后燃烧燃料喷射、迟燃烧燃料喷射事件（每个都影响气缸压力）的系统。
感测装置安装在发动机10上或发动机10附近，以监测物理特征并且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，其包括用于通过多齿目标轮26的齿上的感测边缘监测曲轴速度的曲轴传感器44。曲轴传感器44是已知的并且可包括例如霍尔效应传感器、电感传感器或磁阻传感器。曲轴传感器44信号输出55被输入到控制模块5。
存在燃烧压力传感器30，其具有适于监测缸内压力60的压力感测装置。燃烧压力传感器30优选地包括具有力变换器的非侵入式装置，所述力变换器的环形截面适于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖内。燃烧压力传感器30结合电热塞28安装，其中燃烧压力通过电热塞28机械地传递到传感器30。传感器30的感测元件的输出信号60与气缸压力成比例。传感器30的感测元件是压电陶瓷传感器或适用于此的其它装置。
其它感测装置优选地包括歧管压力传感器，用于监测歧管压力65和环境大气压力68；空气质量流量传感器，用于监测进气空气质量流量70和进气空气温度72；以及具有输出75的制冷剂传感器35。该系统可包括排气传感器，用于监测一个或多个排气参数（例如，温度、空气/燃料比和组分）的状态。本领域技术人员将理解，可存在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50形式的操作员输入通常通过在其它装置中的节气门踏板和制动踏板来获得。发动机10优选地配置有用于监测操作和系统控制目的的其它传感器。每个感测装置信号连接到控制模块5以提供信号信息，所述信号信息通过控制模块5转换为表示相应监测参数的信息。要理解的是，该配置是描述性而非限制性的，包括可用功能上等同的装置和算法来替换的各种感测装置并且仍落入本发明的范围内。
致动器被安装在发动机10上并且由控制模块5响应于操作员输入（例如，操作员扭矩请求50）被控制，以实现各个性能目标。致动器包括电子控制节气门装置，其控制节气门开度为指令输入80；以及多个燃料喷射器12，用于响应于指令输入85直接喷射燃料到每个燃烧室中，它们全部响应于操作员扭矩请求50而被控制。存在排气再循环阀32和冷却器，其响应于来自于控制模块5的控制信号90控制外部再循环排气到发动机进气口的流动。电热塞28是已知装置，其安装在每个燃烧室中且适用于燃烧压力传感器30。
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装置，每个高压燃料喷射装置适于响应于来自于控制模块5的指令信号85直接喷射燃料充气（燃料质量）到一个燃烧室34内。每个燃料喷射器12被从燃料分配系统供应加压燃料，且具有包括最小脉宽和相关最小可控燃料流率以及最大燃料流率的操作特征。
发动机10可配置有可控气门系，所述可控气门系可操作以调节每个气缸的进气和排气门的开度和关闭，包括气门正时、定相（即，相对于曲轴角和活塞位置的正时）以及气门开度升程的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，其可适用于压缩点火发动机、火花点火发动机和均质充气压缩点火发动机。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着一个或多个专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选为微处理器）以及相关存储器和储存器（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、合适的信号调制和缓冲电路、以及提供所述功能的其它合适部件的任何合适一种或各种组合。控制模块5具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在存储器中且被执行以提供期望功能的常驻软件程序指令和标定值。所述算法优选在预定循环期间被执行。所述算法例如由中央处理单元执行，并且可操作以监测来自感测装置和其它网络控制模块的输入以及执行控制和诊断程序从而控制致动器的操作。在持续进行的发动机和车辆操作期间，循环以规则间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件发生而被执行。
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从而控制发动机操作，包括在如此配备的系统上的节气门位置80、燃料喷射质量和定时85、EGR阀位置以控制再循环排气流90、电热塞操作95以及控制进气和/或排气门正时、定相和升程。控制模块5适于接收来自于操作员的输入信号（例如，节气门踏板位置和制动踏板位置）以确定操作员扭矩请求50以及来自于传感器的表示发动机速度55、进气空气温度72和制冷剂温度和其它环境状况的输入信号。
虽然图1描述了示例性汽油发动机，但是将理解的是，在包括柴油发动机的其它发动机配置中使用NOx处理和后处理系统，且本发明不旨在局限于本文所公开的具体示例性发动机实施例。
图2示意性地描述了包括尿素计量配置的示例性后处理系统15。后处理系统15包括控制模块205、柴油氧化催化剂（DOC）210、选择性催化还原（SCR）220、上游氮氧化物（NOx）传感器230、下游NOx传感器240、温度传感器250和尿素计量模块260。DOC 210实施对于后处理排气流必要的许多催化功能。DOC 210的一个功能在于将在SCR 220中不容易被处理的NOx物质一氧化氮（NO）转化为在SCR 220中容易被处理的NOx物质二氧化氮（NO2）。
SCR 220使用尿素作为反应物以将NOx还原为其它分子。上游NOx传感器230探测并量化在进入后处理系统15中的排气流中的NOx。虽然上游NOx传感器230被描述为量化进入后处理系统15中的NOx的示例性机构，但是应注意的是，进入到后处理系统15中的NOx可通过其它机构量化以用于估计在SCR 220中的转化效率，例如通过位于DOC 210和SCR 220之间的NOx传感器230或通过虚拟NOx传感器建模发动机输出和在排气流内的状况以估计进入后处理系统15的NOx的存在性。本发明总体上讨论描述根据示例性实施例进入到后处理系统15中的NOx的传感器输入，然而将理解的是，取决于上游传感器放置，该输入实际上可描述进入到后处理系统一部分的NOx含量。SCR 220例如使用从所喷射的尿素得到的氨以通过本领域已知的方法将NOx转化为其它分子。
描述位于收集后处理系统15内的排气流温度的区域中的温度传感器250。计量模块260被描述在处于SCR 220上游的位置并且借由传输线路290连接到尿素存储罐280，以产生尿素传输系统，总体上以300示出。存储罐280包括内部或外部泵305，用于将来自于存储罐280的尿素通过传输线路290传输给计量模块260。控制模块205信号连接到泵305，以控制在至计量模块260的传输线路中的压力。通过借由控制模块205的指令350控制小孔开口的尺寸，尿素可通过计量模块260直接喷洒到进入SCR 220中的排气流中。然而，描述使用混合装置270的优选方法。计量模块260将尿素喷射到混合装置270的上游，接着尿素由大致均匀分布的排气流携载到位于SCR 220内部上的催化剂表面上面。下游NOx传感器240探测并量化离开后处理系统15的排气流中的NOx。控制模块205包括所需编程以处理与后处理系统有关的输入并且可包括编程以采用本文所公开的方法。
图3示意性地描述了包括表示指令信号的示例性后处理系统15的示例性尿素传输系统300。尿素传输系统300包括通过传输线路290互连的存储罐280、泵305和计量模块260。存储罐280布置在车辆中以便能够进入到存储罐280用于再填充。泵305可位于存储罐280内部或外部。泵305包括电机310或用于向曲轴315提供旋转的类似旋转提供机构。曲轴315互连到活塞320并且将电机310的旋转运动转化为活塞320的直线运动并且在进气和排气冲程之间循环。泵305还包括入口阀325和出口阀330，用于控制尿素从罐280流动到传输线路290并且在其中产生压力。当活塞320远离入口阀325和出口阀330并且朝向曲轴315移动时，发生进气冲程。当活塞320朝向入口阀325和出口阀330并且远离曲轴315移动时，发生排气冲程。泵305的描述是优选实施例的描述且不旨在局限于此。例如，泵305可具有入口阀325和出口阀330中的一个并且不具有另一个，以控制在传输管线290中的压力。
泵305可操作地连接到控制模块205，用于控制泵305的操作。控制模块205通过与曲轴315的机械连接或单独指令致动而控制泵旋转速度355、入口阀325和出口阀330开启或关闭状态。控制模块205接收通过位于存储罐280中的温度传感器340提供或者从已知大气状况计算的温度信息390。类似地，控制模块205接收来自于位于入口阀325之前的进气压力传感器的、远程布置的大气压力传感器的、或者从已知大气状况计算的大气压力360。在设计尿素传输系统300时确定期望线路压力365为设定值。控制模块205接收来自于出口阀330下游的压力传感器335的压力反馈信息370并且通过借由控制指令350控制位于小孔中的销的位移而控制计量模块260的小孔面积375。在控制模块205的控制期间，从泵305确定泵压力380。控制模块205通过计算或通过作为位于后处理系统15中或在排气系统其它位置的直接压力传感器信息345确定在后处理系统15中的排气（流）压力385。
在操作期间，发动机10在操作且产生必须用后处理系统15处理的排气。控制模块205确定在罐208中尿素的温度390和环境压力360。控制模块205确定用于在传输线路290中产生预定压力370的状况的合适泵310旋转速度355。当活塞320的进气冲程开始时，进气门325开启且排气门330关闭。进气冲程的运动将来自于罐280的尿素抽入到泵305中。当活塞320的排气冲程开始时，进气门325关闭藉此防止尿素回流到罐280中，且排气门330开启。排气冲程强制尿素进入到传输线路290内且该循环重复进行。泵305的重复循环使得在传输线路290内建立压力370。
当控制模块205确定在传输线路290中的压力370达到预定压力时，控制模块205停止循环泵305。当排气流通过计量模块260时，喷射质量的尿素可通过计量模块260直接喷洒到进入SCR 220或喷洒的排气流中，以使用混合装置270。控制信号350作为指令被定期地发送到计量模块260以控制销的位移，且因此在循环（例如，可以是0.3秒长的循环，其中半个循环是0.15秒）期间的有效小孔面积375专用于控制小孔面积375并且半个循环处于关闭状态。由于传输线路压力370是恒定的，计量模块小孔面积375的控制确定传输到排气流中的尿素质量。
喷射尿素质量的精确量对于将排气、尤其是NOx、排放物保持在可接受水平来说是重要的。通过借由在动态建模方法中的积分估计相对喷射器小孔有效面积以基于有效喷射器小孔面积将所喷射的期望尿素的量与所喷射尿素的实际量比较，控制模块205可计算后处理系统15是否过计量或欠计量。动态建模方法可通过下述方程确定喷射到排气流中的指令尿素的量：
其中，Ao是指令小孔尺寸，Po是期望线路压力，以及R是本领域技术人员已知的雷诺数。喷射到排气流中的实际尿素的量可通过下述方程来获取：
其中，A是实际小孔尺寸，PWMinj是喷射器脉宽，以及P是传输线路压力。
通过将除以可建立期望和实际尿素喷射之间的比，得到下述方程：
为了计算有效小孔面积，方程3可积分，且由于A/Ao被设计为常量，其可从积分移除从而得到下述方程：
并且书写为压力的函数，简化为：
以及针对小孔面积书写为：
如果喷射到排气流中的尿素的实际量等于所指令的尿素的量，A和Ao相等，从而导致方程6等同于为1的期望有效面积比的优选实施例的方案。当不止被指令的尿素进入到排气流中时，结果是大于1。类似地，当小于被指令的尿素进入到排气流中时，结果是小于1。因此，该方程可探测进入到排气流中尿素的过计量或欠计量。将理解的是，根据优选喷射器实施例公开了期望有效面积比。然而，有效面积比可包括其它可测量参数，例如指令和实际存在的，其可确定实际尿素流（）与指令尿素流（）的比。
控制模块205可在动态建模方法中通过监测电机310的循环来计算温度对于尿素消耗的影响以及过计量和欠计量。尿素消耗可通过监测电机（PWMmot）信号来确定。如果未测量电机速度，那么可通过电机方程来确定电机速度，所述电机方程可书写为：
其中，ia是电机电流，ωa是泵旋转速度，Ra是阻抗，La是电机电感，kt是电机扭矩的系数，J是电机惯量，Kv是速度产生电压的系数，B是阻尼系数，Va是与电机PWMmot工作比成比例的电压，以及TL是与泵压力380成比例的扭矩负载。
当泵压力380恒定时，下述函数为真：
其中，PWMmot是电机控制的函数，Tm是电机绕组温度。
因此，方程6可针对负载的温度影响书写如下：
基于上述函数，如果下述方程为真，则确定喷射故障：
因此，方程9单独或连同附加探测方法能够探测可能喷射器螺线管阀故障、喷射器变坏、阻塞的尿素传输线路、或冷冻的传输线路。如对于本领域技术人员显而易见的，温度影响还可通过一系列查询表来确定，以确定尿素流特性。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，可根据系统需求、管理需求或其它输入来调节在方程10中探测到的错误的百分比。
使用方程9，动态建模方法可确定泵负载的温度影响。控制模块205可通过下述方程针对给定状况组确定在活塞320上的泵压力380：
因此，Pi大约等于：
使用温度影响的方程9的动态模型可书写为：
控制模块205还可通过使用卡曼滤波的滤波方法计算在计量模块260或尿素传输系统300中的变坏，如本领域技术人员通常已知的那样。从方程3求解得到下述方程：
用于尿素传输系统300的状态空间方程可书写如下：
其中，Xo是有效面积比（A/Ao），Wk是电机噪音，Yk是从电机确定的实际尿素喷射。由于Yk是从电机确定的实际尿素喷射，可将方程17书写为：
具有下述关系式：
由于从泵电机PWM估计，因此下述关系式为真：
如本领域技术人员将显而易见的，动态建模方法和滤波方法已经被描述，以便计算实际喷射质量对比指令喷射质量。然而，将理解的是，可构想出其它方法以计算实际尿素流（）和指令尿素流（）。
图4是在动态建模方法400和滤波方法410验证期间的图表数据，示出了随着时间415的尿素计量模块260的有效面积比405。动态建模方法400从图形的左侧开始且升高到大于1的计算有效面积比405。动态建模方法400继续过高估计有效面积比405一段时间，直到有效面积比405稳定在接近1。滤波方法410立即开始估计有效面积比405并且在图形的左侧在大于1的值开始。滤波方法410具有相比于动态建模方法400的更快校正因子并且在动态建模方法400之前实现估计有效面积比405迫近。校正下阈值505和校正上阈值510要确定何时开始通过任一方法或两种方法实施的滤波。在示例性实施例中，校正下阈值505被设定为0.8的有效面积比405，且校正上阈值510被设定为1.4的有效面积比405。如果有效面积比405超过任一阈值，那么控制模块205将开始控制计量模块260以实现1的有效面积比405。
图5描述了用于示例性控制策略422的视图，以控制计量模块260从而提供喷射到后处理系统15的排气流中的尿素的指令量。控制策略422包括实际流计算425、有效面积计算430以及PID控制器440，如本领域技术人员已知的那样。尿素传输系统操作参数420被输入到实际流计算425中，以如上所述地确定实际尿素流460。通过动态建模方法、滤波方法或两者，有效面积计算430接收实际尿素流460和指令尿素流465的输入并且计算有效面积比405。
在示例性实施例中，有效面积比405计算430结果与期望面积比450比较：1，通过比比较器435以确定是否在发生欠计量或过计量以及是否已经越过校正下阈值505和校正上阈值510。如果有效面积比405处于预定校正下阈值505和上阈值510的边界线内，控制策略422开始比较用于下一循环。如果有效面积比405越过校正下阈值505或上阈值510，那么控制策略422将得到确定输入到PID控制器440内。PID控制器440计算是正增益或负增益的补偿因子，以在信号修正函数445修正控制信号350，从而增加或减少计量模块260的小孔的有效面积以使得有效面积比405移动成接近1。
一旦越过校正下阈值505或上阈值510，控制策略422就继续运行，除非补偿因子不再调节有效面积比405。如果补偿因子不再调节有效面积比405，那么控制策略422重置且开始监测要被越过的校正下阈值505或上阈值510，如上所述。此外，控制策略422可在每个点火循环中重置、保持来自于前一点火循环的调节校正或者采取其它动作。在一个实施例中，可采用最大压力爆发、一系列最大压力爆发、最大小孔开度或其它动作以使得在尿素传输系统300中的潜在阻碍畅通。
图6是一系列图形，描述了实际尿素流和指令尿素流（单位，g/s）470随着时间（单位，秒）415的数据，其中图6A是在大约25摄氏度（C）的尿素流，图6B是在控制策略422不活动时在大约25摄氏度的估计尿素流，以及图6C是在控制策略422活动时在大约-25摄氏度的估计尿素流。图6A描述了对于尿素传输系统300在大约25摄氏度时尿素流（g/s）470随着时间（秒）415的图形数据。本领域技术人员将认识到25摄氏度是进行测试以确定流量特性的标准环境温度。该图形描述了在环境温度下预期的尿素流特性，其中实际尿素流460大约等于指令尿素流465且尿素根据控制模块205的要求主动流入到尿素传输系统300中。
然而，尿素易遭受冷温度和冷冻。图6B描述了在高于大约-25摄氏度在没有所公开的控制策略422的情况下用于尿素传输系统300的尿素流（g/s）470随着时间（秒）415的估计操作图形。实际尿素流460从指令尿素流465发散，导致在没有方程12和13的温度校正因子的情况下比所指令的更少的尿素进入排气流中。实际尿素流460表示频繁地下降低于0流率，从而表示缺少控制模块205所要求的进入到尿素传输系统300中的尿素流。图6C描述了如上所述使用控制策略422针对尿素传输系统300的尿素流（g/s）470随着时间（秒）415的操作图形，以校正大约-25摄氏度的温度。实际尿素流460再次紧密地匹配指令尿素流465，其迹线大致相同。
图7是一系列图，描述针对尿素传输系统300的实际尿素流和指令尿素流（单位，mg/s）475随着时间（秒）415的数据，其中图7A是操作性尿素传输系统300的示例性图形，图7B是未采用所公开方法的过计量故障的示例性图形，以及图7C是未采用所公开方法的欠计量故障的示例性图形。图7A描述了所公开方法的实施例，其中尿素传输系统300可操作以处理排气流。控制策略422计算实际尿素流计算425从而确定实际尿素流460以及将其与在有效面积计算430中的指令尿素流465比较，从而产生要与期望有效面积比405比较的有效面积比405。当有效面积比405已经越过校正下阈值505或校正上阈值510时，有效面积比405被输入到PID控制器440中，用于计算正增益或负增益以校正尿素传输系统300的过计量或欠计量。该增益修正发送到计量模块260中的控制信号350，使得实际尿素流460大致等于指令尿素流465。当有效面积比405在校正下阈值505或校正上阈值510内时，PID控制器440不计算增益且控制信号350未修正地发送给计量模块260。
图7B描述了过计量故障的实施例，过计量故障例如线路压力370过高以及计量模块260的小孔尺寸增大，其中指令尿素流465包括指令尿素流465的量的高偏差。指令尿素流465具有在零mg/s开始的一系列峰值。实际尿素流460大致跟随相同指令尿素流465，然而其向上漂移，从而在图形的每个点提供比所指令的更多的尿素流。
图7C描述了欠计量故障的实施例，欠计量故障例如尿素传输系统300被堵塞以及电机控制问题（PWMmot），其中指令尿素流465包括指令尿素流465的量的高偏差。指令尿素流465包括超过500 mg/s的峰值，然而实际尿素流460是稳定的且不匹配任何指令峰值。
图8是根据本发明的实验数据的示意性图表，描述了对指示随着时间经过的有效面积比的模拟尿素计量模块恶化采取动作的控制方案。计量模块260的有效面积比迹线以500示出。有效面积比迹线500从图形左侧接近1的比开始，其表示实际尿素流460大致等于指令尿素流465。阻塞计量模块260在大约点520处被模拟，其通过有效面积比迹线500减少来表示。在点525，有效面积比迹线500越过下阈值505，从而向控制策略422发送信号以开始修正计量模块指令350，如上所述。当有效面积比计算430开始增加并且超过下阈值505时，控制策略422在大约点530获得控制，并且开始控制有效面积比迹线500接近期望有效面积比450。
本发明已经描述了一些优选实施例及其变型，在阅读和理解申请文件之后，可想到其它的变型和修改。因此，本发明旨在不局限于作为实施本发明所构想的最佳模式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种用于控制选择性催化还原喷射系统的方法，所述选择性催化还原喷射系统具有存储罐、泵、传输线路和喷射喷嘴，所述方法包括：
监测选择性催化还原喷射系统；
确定选择性催化还原喷射系统有效面积比，所述有效面积比是所述喷射喷嘴的实际小孔尺寸与指令小孔尺寸的比；
将选择性催化还原喷射系统有效面积比与阈值比较；
在越过所述阈值时计算补偿因子；以及
根据所计算的补偿因子修正指令喷射质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定选择性催化还原喷射系统有效面积比包括监测实际喷射质量和指令喷射质量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，实际喷射质量在动态建模方法中从所监测的参数计算。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，计算实际喷射质量包括积分所监测的参数以确定实际流量特性。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，实际喷射质量在滤波方法中从所监测的参数计算。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，滤波方法包括状态空间方程以确定实际流量特性。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，实际喷射质量从在动态建模方法和滤波方法中所监测的参数计算。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值包括上阈值和下阈值中的一个。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在越过所述阈值时计算补偿因子包括确定温度影响。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定温度影响基于泵压力。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定温度影响基于查询表。
12.一种用于控制来自于选择性催化还原喷射系统的流体喷射的方法，以在发动机操作期间实现请求流体流进入到内燃机的排气流，所述方法包括：
监测选择性催化还原喷射系统的操作参数，包括指令喷射质量和排气流压力；
确定实际喷射质量；
计算有效面积比，所述有效面积比是喷射器的实际小孔尺寸与指令小孔尺寸的比；
将有效面积比与期望有效面积比进行比较；以及
修正喷射器控制信号以调节有效面积比从而匹配期望有效面积比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过积分方法确定实际喷射质量。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，通过滤波方法确定实际喷射质量。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，通过积分和滤波方法确定实际喷射质量。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，监测选择性催化还原喷射系统的操作参数还包括监测流体的温度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，流体的温度用于确定实际喷射质量。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，计算有效面积比确定过计量或欠计量的量。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，修正喷射器控制信号以调节有效面积比从而匹配期望有效面积比包括计算增益以修正喷射器控制信号。
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