CN103061854B

CN103061854B - 用于控制将释放氨的还原剂供至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置的方法

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Publication number: CN103061854B
Application number: CN201210409287.4A
Authority: CN
Inventors: Y·M·S·雅各布; M·巴莱诺维奇; J·哈姆森
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103061854A; US8623305B2; DE102011085108A1; US20130101485A1

Abstract

本发明涉及一种为了达到减少氮氧化物排放的目的，通过用于控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置的方法，其中排气净化系统包含至少一个具有n个单元的SCR催化转化器，其中n个单元在排气通流方向按串联布置，并且在所述单元中能够存储氨。

Description

用于控制将释放氨的还原剂供至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置的方法

技术领域

本申请要求在2011年10月24日提交德国专利申请号102011085108.9的优先权，该申请全部内容包含在此以供参考。

技术领域

本发明涉及以减少氮氧化物排放为目的，用于控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置的方法，其中排气净化系统包含至少一个SCR催化转化器。

背景技术

已知有不同的排气净化系统。这些包括在外部使用进给还原剂减少排气中的氮氧化物含量的系统。还原剂通常通过喷射装置的方式被喷射入排气流。然后被布置在喷射装置下游的所谓SCR催化转化器影响实际的转化。SCR（选择性催化还原）是指在燃烧设备、废料燃烧设备、燃气轮机、工厂设备和发动机的排气中，氮氧化物的选择性催化还原的技术。SCR催化转化器中的化学反应是选择性的，也就是，优先地，氧化氮（NO、NO₂）被还原，然而基本上抑制了不需要的副反应（如例如二氧化硫氧化形成三氧化硫）。SCR催化转化器通常与炭烟颗粒过滤器和氧化催化剂转换器结合使用。

在上述还原反应中需要还原剂，其中氨（NH₃）通常被用作还原剂。在此，期望的氨通常不可被直接使用，也就是以纯粹的形式，而是以32.5％的尿素水溶液的形式被使用，在工业中统一被称为在DIN70070中规定成分。期望的氨之所以没有以纯粹的形式承载在车上，是因为该物质是危险的。氨对皮肤和粘膜（尤其是眼睛）具有腐蚀性的影响，此外氨在空气中形成爆炸混合物。

当上述尿素溶液被喷射到热的排气流中时，通过分解反应由其形成氨和二氧化碳。然后，在被布置在下游的SCR催化转换器中，可使用以这种方式产生的氨。在氨和排气中的氮氧化物的转化过程中，发生了归中反应，其中形成水（H₂O）和氮（N₂）。通过SCR催化转化器，通常在两种不同的催化转化器类型之间做出区分。一种类型基本由二氧化钛，五氧化二钒和氧化钨组成。另一种类型使用沸石。

喷射的尿素量取决于发动机的氮氧化物排放，并且因此依据发动机目前的旋转速度和扭矩。依据发动机未经处理的排放物，尿素水溶液的消耗相当于所使用柴油燃料的约2至8%。因此，有必要车上提供相应的容器容积，这被认为是不利方面的一部分。特别地，因为提供了额外的容器，所以这不利于使用在柴油运行的客运机动车辆中。

通过选择性催化还原的方式，在很大程度上移除了排气中的氮氧化物。与同样是已知的柴油颗粒过滤器（DPF）或者是LNT（稀NOx捕集器）催化转化器相反，没有多余的燃料消耗量，减少污染物，因为与上述催化转化器相反，在运行过程中，SCR催化转化器不会使用任何从最佳的燃烧条件暂时偏离。

当在多功能车辆中使用SCR技术时，用于运行期望的例如以形式的氨被进一步增加。由于氨的特别的属性，其可作为另一运行介质被承载在车上的高级钢或所料容器中，并且被连续地喷射到排气流中。结果，除了SCR催化转化器和喷射系统之外，除了柴油箱，需要第二个通常较小的容器。

此外，应注意，在运行过程中，可以不同的方式喷射到目前为止，通过所谓的进给比的方式，已适于排气质量流量中的NOx。在此，如果所给尿素剂量过多，由此形成的氨不再能够与NOx反应。在这种不正确的注入的情况下，氨能够进入环境中。由于氨是可被察觉的，即使是非常小的浓度，这也会导致不愉快的气味。

应注意，SCR催化转化器能够吸附氨。正如多数吸附和解吸过程中的情形，吸附SCR催化转化器材料表面上的氨还高度依赖于温度。因此，在相对低的排气温度下，能够吸附相对大量的氨，其中如果通过上述与氮氧化物的归中反应的方式，氨在其间仍未被消耗，在高温下，再次解吸氨。

在运行在过程中，连续地改变内燃发动机的工况所带来的影响使排气温度也连续地改变，从而SCR催化转化器的温度连续地改变，转而其中的氨吸附能力进而也连续地改变。因此，难于给还原剂定量，该剂量足以为内燃发动机的所有运行状态提供期望数量的氨。

例如，注入SCR催化转化器的还原剂（例如，氨）的量通常是基于期望的氨存储水平和估算的氨存储水平之间的差异的，其中基于催化剂温度、催化剂老化、SCR入口处的氨浓度等等，确定所估算的氨的存储量。这种注入氨的机制不会提供对迅速改变排气状态的快速响应。例如，如果加速器踩加速器踏板出现导致排气温度增加，在温度传感器响应于催化剂温度改变的时候，将从SCR中解吸出大量的氨，从而导致氨泄漏。

发明内容

本发明者在此已认识到上述途径的问题所在，并且提供了至少部分地解决上述问题的方法。在一个例子中，一种控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统中从而减少氮氧化物排放的喷射装置的方法，所述排气净化系统包含至少一个具有n个单元的SCR催化转化器，所述单元在排气通流方向串联布置，并且在所述单元中能够存储氨，所述方法包含：在排气入口温度为T₀时，确定期望氨负荷程度，并且确定紧位于所述SCR催化转化器上游的排气中的氨分压；通过将所述SCR催化转化器的所有n个单元中的每个单元i的每个单个的氨负荷程度相加，确定所述SCR催化转化器的实际氨负荷程度，其中每个单元i的单个的氨负荷程度被确定为所述单元i的温度T_i和在上游方向紧邻的相邻单元i-1的氨输出分压的函数；以及确定所述实际氨负荷程度和所述期望氨负荷程度之间的不同。如果所述实际氨负荷程度小于所述期望氨负荷程度，则增加喷射的氨的量；并且如果所述实际氨负荷程度超过所述期望氨负荷程度，则减少喷射的氨的量。

以这种方式，为了使NOx转换达到最大，并且使氨泄漏的量达到最小，使用SCR催化器的一维模型，可解决SCR催化转化器中的氨存储/释放的动态。通过将SCR催化器分至若干个离散的单元，可确定每个单元中的氨负荷，而不是确定整个催化器的氨负荷的单一值。因此，SCR催化器模型可解决催化器的温度变化，例如由于突然加速或者减速的情况下将出现的温度变化。

当单独或者结合附图时，将通过以下详细说明，更清晰地明白本发明的上述优势和其他优势以及特征。

应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选概念，其将在详细说明中进一步说明。这并不意味着确立要求保护的主题事项的关键或本质特征，其范围仅由所附权利要求限定。另外，所要求保护的主题事项不被限制于解决上述或在本发明中任何部分指出的任何不利的实施方式。

附图说明

图1示出用于SCR催化器的示例性三维值矩阵的平面图。

图2示出多缸式发动机的单个汽缸的原理图。

图3示出根据本发明实施例的用于调整还原剂喷射量的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了这样的方法，对于内燃发动机的变化工况，其能够尽可能地将足够的还原剂量注入排气中，其中首先在不会注入过高的还原剂量的情况下，应达到尽可能完全地消除氮氧化物的排放，过高的还原剂量将会导致在引言中所述的不期望的氨释放。

为了达到减少氮氧化物排放的目的，通过用于控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置的方法实现所述的目标，其中排气净化系统包含至少一个具有n个单元的SCR催化转化器，其中单元在排气通流方向按顺序布置，并且在单元中能够存储氨，其中所述方法包含下列步骤：

a．在排气入口温度为T0时定义期望氨负荷程度以及定义SCR催化转化器紧上游的排气中的氨分压

b．根据公式通过将SCR催化转化器的所有单元i的各个氨负荷程度相加，确定SCR催化转化器的实际氨负荷程度

其中i为自然数，其表示SCR催化转化器的各个单元，所述数字在排气流方向上增加，并且其中：1<i<n，

并且其中每个单元i的被确定为单元i的温度Ti和在上游方向紧邻的单元i-1的氨出口分压的函数；

c．确定实际氨负荷程度和期望氨负荷程度之间是否存在偏差；其中如果

i.如果实际氨负荷程度降至期望氨负荷程度以下，信号被传输至喷射装置，该信号提示喷射装置增加氨供给，

ii.实际氨负荷程度超过期望氨负荷程度信号被传输至喷射装置，该信号提示喷射装置降低氨供给。

也就是说，根据本公开的解决方案提供SCR催化转化器被分成单独的部分，然后确定在各个部分的氨负荷是多少。为了所述确定，使用各个单元上游的氨分压，也就是氨浓度，以及各个单元中的温度。如果对于在SCR催化转化器中使用的催化转化器材料，提前确定其不同温度和氨分压下的吸收行为，则能够以这样的方式为每个所述部分计算当前的氨负荷程度。对于所有的部分，通过将这样被确定的单元的负荷程度的各个值相加，则确定出SCR催化转化器的总负荷程度。

如果所述的计算结果与预定的目标值不对应，为了矫正偏差，根据本公开提供信号被传输至还原剂的喷射装置。如果数值的比较得到实际氨负荷程度比目标值要高，若进一步超出，则存在氨从排气管漏入环境的危险。在此种情况下，信号用于启动还原剂剂量降低。另一方面，如果实际氨负荷程度比目标值要低，若进一步减少氨负荷，则存在氮氧化物被排至环境的危险。那么信号用于启动还原剂剂量增加。

负荷程度的目标值，也就是期望的负荷程度可以是固定的或者是变化的。在后一种情况下，例如能够使期望的负荷程度成为内燃发动机的运行参数的函数，例如按照发动机旋转速度的函数，其中期望的负荷程度能够在相对高的旋转速度下被增加，并且能够在相对低的旋转速度下被减少。

所述方法的优势包括，尤其包括下列事实，即在早期阶段并且连续地确保SCR催化转化器中的足够的氨“缓冲剂”。通过所述的氨缓冲剂的方式，在排气成分中的自然变化的情况下，例如，在车辆急加速的情况下，能够捕获迅速增加的氮氧化物，同时所述氮氧化物不会从排气系统泄露出。

与只通过测量传感器的其他方式控制的系统相比，根据本公开系统中的氨或者氮氧化物能够以较低的比率进入环境。在该情况下，这是基于负荷程度被计算的事实，其中负荷程度在运行过程中是不易被测量的。因此，已知的系统照惯例也仅仅记录排气流本身中的分压，因此通常不能充分快速地实行用于快速改变排气成分的防范措施。

根据本公开的喷射装置原则上可被用于任何类型的具有SCR催还转化器的排气处理系统。以本身已知的方式，能够使用除了SCR催还转化器之外的进一步催化转化器，例如LNT或者炭烟颗粒过滤器。

在根据本公开的方法的有利实施例中，还原剂为释放氨的液体，特别是尿素水溶液，例如

在根据本公开的方法的背景下，可提供SCR催化转化器的单元n的数量被设置为4，优选12。以这种方法，能够确保实际的负荷程度的足够精确的确定，同时处理费用能够被保持在限制内，以便能够具有足够反应速率的控制。

进一步优选的是如果实际氨负荷程度的确定每秒至少发生一次，特别地，每秒至少发生两次。

在根据本公开的方法的进一步实施例中，测量紧位于SCR催化转化器上游的排气入口温度T₀，以及如果需要测量紧位于SCR催化转化器下游的排气出口温度T_End。以这种方式，为第一和最后一个单元中的温度，获得最精准的可能值，并且因此也获得了SCR催化转化器内的温度梯度的最精准的可能值。

与此类似，其可进一步地测量紧位于SCR催化转化器上游的排气中的氨分压以及如果需要则测量紧位于SCR催化转化器下游的氨分压在该情况中，同样地，相应地获得第一单元上游和最后一个单元下游中的氨分压的最精准的可能值，并且因此也获得了 SCR催化转化器内的分压梯度的最精准的可能值。因为本系统优选运行使得在SCR催化转化器下游的排气不含有氨，所以其还能够省却下游的氨测量。

根据本公开的方法能够致动喷射装置，以便为了在特定的前提条件下，相应地修改还原剂的剂量。为了避免对所述调节回路不必要地频繁干扰，以及还为了避免调节回路的可能的振荡，优选地情况是只有当实际氨负荷程度与期望氨负荷程度偏差至少为2%，特别是3%，信号才被传输至喷射装置。

同样在本公开范围内的是，在与期望氨负荷程度比较之前，借助于校正因子提供实际氨负荷程度例如，一旦在特定发动机类型的已知系统和具有其所有部件的排气处理系统的情况下，可确定所述因子，然后所述因子可被用于所有具有该组合的车辆。

在根据本公开的方法的特别优选实施例中，每个单元i的实际氨负荷程度被确定为单元i的温度Ti和相邻单元i-1的氨输出分压的函数，其中单元i-1在上游方向紧接邻近，其方式为针对SCR催化转化器中使用的催化转化材料存储三维值矩阵，该三维值矩阵包含氨负荷程度，在公式中作为温度和氨分压的函数，并且根据其，在单元i的温度Ti以及氨输出分压时，读出单元i的实际氨负荷程度的数值。

在此，例如，在100℃到800℃，特别是150℃到700℃的温度范围内，可在三维值矩阵中存储氨负荷程度的数值。在此，特别地，每5℃，特别是每1℃就在三维值矩阵中存储氨负荷程度的至少一个数值是可能的。

按相同的方式，可在氨分压或者氨浓度为0到3000ppm，特别是0到500ppm的范围内，在三维值矩阵中存储氨负荷程度的数值。在此，可选择数值间隔，以便每20ppm、特别是每10ppm的氨浓度，至少一个氨负荷程度的数值被存储在三维值矩阵中。

在根据本公开的方法的进一步优选实施例中，基于Langmuir等温线或者Brunauer-Emmet-Teller等温线（BET等温线），通过先前的氨负荷程度的测量，建立三维值矩阵。所述两种上述等温线对于本领域技术人员是已知的，得到足够的准确度，在设备方面，能够在无需大支出的情况下被实施。

如图1中作为平面图被示出的是根据本公开的三维值矩阵。在所述附图中，负荷程度被绘制为温度T和氨分压的函数的绝对负荷g(NH₃)，在本情况中，为氨浓度c(NH₃)ppm。能够清楚地看到SCR催化转化器的氨负荷随着温度上升和氨分压下降而下降。结果，在低温和高氨分压下，高氨负荷出现。

本公开的另一主题涉及这样的装置，其用于控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统的喷射装置，以达到降低氮氧化物排放的目的，其中排气净化系统包含具有n个单元的至少一个SCR催化转化器，其中这些单元在排气通流方向按串联布置，并且能够在单元中存储氨，其中根据本公开的装置包含经配置实施本方法的控制装置。控制装置可有利地被连接至喷射装置。控制装置可被设计成单独组件或者还可以是发动机控制器的一部分。

现在参考图2，其包括图1所示多缸式内燃发动机10的一个汽缸的原理图。可通过包括控制器12的控制系统，和通过由车辆运行器132经输入装置130的输入，至少部分地控制发动机10。在该例子中，输入装置130包括加速器踏板和踏板位置传感器134，以产生成比例的踏板位置信号PP。

发动机10的燃烧汽缸30可包括具有活塞36被放置在其中的燃烧汽缸壁32。活塞36可被耦合至曲轴40，以便活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40通过中间传动系统可被耦合至车辆的至少一个主动轮。进一步地，起动马达通过飞轮可被耦合至曲轴40，从而能够实现发动机10的起动运行。

燃烧汽缸30通过进气通道42可接受来自进气歧管44的进气，并且可通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48通过各个进气门52和排气门54能够选择性地与燃烧汽缸30沟通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可包括两个或者更多进气门和/或两个或者更多排气门。

在该例子中，通过由各个凸轮致动系统51和53的凸轮致动，可控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53每个可包括一个或者更多凸轮，并且可使用一个或者更多凸轮廓线变换系统（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统来改变气门运行，其中这些系统可由控制器12操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在可选的实施例中，进气门52和/或排气门54可由电动气门驱动控制。例如，可选地，汽缸30可包括通过电动气门驱动控制的进气门，和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

示出燃料喷射器66被直接耦合至燃烧汽缸30，以便向其中直接喷射与信号FPW的脉冲宽度成比例的燃料，其中通过电子驱动器68，从控制器12中接收信号FPW。以这种方式，燃料喷射器66提供将燃料直接喷射燃烧汽缸30的所谓的直接喷射。例如，燃料喷射器可被安装在燃烧汽缸的侧边或者是燃烧汽缸的顶部。通过燃料供料系统（未示出）可将燃料供至燃料喷射器66，其中燃料供料系统包括燃料箱、燃料泵、以及燃料导轨。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以替换地或者附加地包括燃料喷射器，其被布置在这样的配置中的进气通道42中，即该配置提供所谓的进气道喷射，将燃料喷射到燃烧汽缸30上游的进气道。

进气通道42可包括充气运动控制阀（CMCV）84和CMCV板82，并且可还包括具有节流板64的节气门62。在该特定的例子中，可通过信号由控制器12改变节流板64的位置，其中信号被提供至电动机或者节气门62包括的致动器，该配置可被称为电子节气门控制（ETC）。以这种方式，节气门62可经运行改变被提供至除其他发动机燃烧汽缸之外的燃烧汽缸30的进气。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以将各个信号MAF和MAP提供至控制器12。

在选择运行模式下，点火系统88通过火花塞92能够将点火火花提供至燃烧室30，以响应于来自控制器12的火花提前信号SA。虽然示出火花点火组件，但在一些实施例中，在压缩点火模式中，可使用或者不用点火火花运行发动机10的燃烧室30或者是一个或者更多其他燃烧室。

示出排气传感器126被耦合至排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比指令的任何适合的传感器，例如线性氧传感器或者UEGO（通用或者宽域排气氧）、双态氧传感器或者EGO、HEGO（加热的EGO）、NOx、HC、或者CO传感器。可在排放控制装置71、72和76上游提供NOx传感器125。NOx传感器125可经配置提供发动机排出的NOx水平指令，例如，发动机下游和任何排放控制装置上游排气中的NOx水平。

示出沿排气传感器126和NOx传感器125下游的排气通道48布置排放控制装置71、72和76。在所示实施例中，装置71可以是选择性催化还原（SCR）系统，而装置72和76可以是柴油氧化催化剂（DOC）、柴油颗粒过滤器（DPF）、三元催化器（TWC）、NOx油水分离器、各种其他排放控制装置，或者是其组合。例如，装置72可以是DOC，以及装置76可以是DPF。在一些实施例中，DPF76可位于SCR71和DOC72的下游（如图1所示），而在其他实施例中，DPF76可以被放置在DOC72的上游。在一些实施例中，还能够有其他布置，例如DOC72和/或DPF76被布置在SCR71的上游。如果装置71为SCR系统，还原剂箱73可用于存储还原剂，例如尿素或者NH₃。箱73可被耦合至喷射器75，从而将还原剂喷射到装置71上游排气中或者喷射到装置71中，以便为了在装置71中还原NOx。进一步地，可提供混合器74，从而确保排出气流内的还原剂的充分混合。可以与进入SCR的发动机进气NOx的量成比例喷射氨。在装置71、72和76的下游可提供附加的NOx传感器127，从而通过将来自传感器127的下游NOx读数与来自传感器125的上游NOx读数比较，提供该装置效率的指示。传感器127可位于其他合适的位置，例如紧在装置71下游和/或在装置71内。

控制器12在图2中被示为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、可执行程序和校准值的电子存储介质，其在该特定例子中被示为只读存储芯片106、随机存取存储器108、不失效存储器110、以及数据总线。控制器12可接受来自被耦合至发动机10的传感器的各种信号和信息，除了那些先前已述信号之外，还包括来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量（MAF）测量；来自被耦合至冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；来自被耦合至曲轴40的霍尔效应传感器（或者其他类型）118的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。能够使用计算机可读数据编程存储介质只读存储器106，其中计算机可读数据表示通过处理器102可执行的指令，从而执行下述方法以及其变型。

能够使用计算机可读数据编程存储介质只读存储器106，其中计算机可读数据表示通过处理器102可执行的指令，从而执行下述方法以及其他可被预先考虑的但未被具体列出的变型。

如上所述，图2仅示出多缸式发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可相似地包括其自己的一套进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

现在转向图3，示出用于调整还原剂剂量的方法300。方法300可由发动机控制器实施，例如图2所示控制器12，以调整喷射至SCR催化器中的还原剂的量。方法300使用动力学模型，其计算SCR催化器中的多个离散单元中的每个单元上的氨负荷。通过确定SCR催化器中的每个单元中存储的氨的量，而不是简单地确定整个装置的氨存储，可以更好地应对SCR催化器的温度的变化，该变化开始于SCR催化器的入口沿着其变化。

在302处，方法300包括将SCR催化器分成多个离散的单元。SCR催化器可在轴线方向上被分成合适的单元数，例如4、8、12等等。每个单元可以是大体相等的体积，或者单元可具有可变的体积。在304处，确定SCR入口温度、出口温度、以及入口氨分压。可以根据位于SCR催化器上游和下游的温度传感器确定SCR入口和出口温度。可以根据从SCR催化器上游的排气传感器，例如NOx传感器，接收的输出，确定入口氨分压。然而，基于SCR喷射装置喷射的氨的量、排气质量流量、排气温度等等，还可以估算氨分压。

在306处，为每个单元确定氨负荷。每个单元上的氨负荷可以是在每个单元处存储于SCR催化器中的氨的量。氨负荷还可以包括通过每个单元的排气（例如，非存储的氨）中的氨的量。如308所示，可以基于给定单元的温度和上游单元的氨分压，确定给定单元的氨负荷。对于SCR催化器的第一单元，可基于入口SCR温度和SCR入口的分压，确定氨负荷。如图310所示，对于每个后面的单元，可基于热模型确定单元温度。例如，SCR入口和出口温度之间的差异、排气质量流量、以及SCR催化器的空间速度可被用于确定SCR催化器中的每个单元的温度。进一步地，在一些实施例中，每个单元离将氨喷射到SCR催化器中的喷射装置的距离可被用于确定每个单元的氨负荷。例如，与位于离喷射器较远的单元相比，单元定位离喷射器越近，单元越有可能存储氨，因为一些或者所有氨在到达下游单元之前可被存储/转化至上游单元中。因此，单元离喷射器越远，在通过该单元的排气中呈现的氨越少。

在312处，通过总和多个单元的每个的氨负荷，确定整个SCR催化器上的总氨负荷。在314处，确定期望的氨负荷量。期望的氨负荷量可以是SCR中期望的氨量，从而大体上转换排气中的所有NOx，并且不会将氨排至大气。期望的氨负荷可以是SCR催化器入口处的SCR温度、SCR老化、空间速度、以及NOx水平的函数。在以下实施例中，可以为多个单元的每个单元计算期望的氨负荷的量。

在316处，基于期望和估算的氨负荷之间的差异，调整喷射装置的氨剂量。例如，如果期望的氨量比估算的量要大，可以增加喷射至SCR催化器的氨量。如果期望的氨量比估算的量要少，可以减小通过喷射装置喷射的氨量。

因此，方法300提供了用于选择性催化还原（SCR）装置的方法，其包含基于期望的氨存储量和估算的氨存储量之间的差异，调整被喷射至SCR催化器的氨量，其中所估算的氨存储量包含多个SCR催化器的单元中每个单元的单元氨存储量之和，而每个单元氨存储量基于单元温度的和上游单元的氨浓度。

如参考图3所示方法300所示，本发明的配置提供了在轴线方向上，将SCR催化器分成若干离散的单元。然后，被简化的动力学模型被用于计算各个单元中所存储的氨的水平。动力学模型可被耦合至较高次的热模型。在这种情况下，期望的氨存储被延展为各个离散单元的数值阵列。这可以最大化SCR中的NOx转化并最小化氨泄漏。

在一个例子中，[i]单元中期望的存储可被定为[i]单元温度和从[i-1]单元中计算的该特定单元的入口氨浓度的函数。此外，能够使用预测性方法，由此[i]单元存储不仅是[i]单元温度的函数，而且是所有离散的[n]单元的单元[1…i-1、i、i+1…n]的温度阵列的函数。进一步地，能解决对空间速度的依赖。在该情况中，对于前面（front face）（在前的单元）温度较高的情况，通过减少后面单元中的存储，能够解决在SCR催化器上传递的热波（例如，由于加速导致前面突然加热，或者由于减速导致突然冷却）。然后，总的期望氨存储被计算为单独的单元贡献[i:1、2、、n-1、n]的总和，并且按照SCR催化器中的期望氨存储和估算的存储水平（所有单元相加）之间的偏差的函数调整剂量。

氨存储模型可还允许在确定NOx传感器是读取NOx还是氨方面增加准确度。例如，SCR催化器下游的排气传感器，例如传感器127，可经配置输出排气中的NOx或者氨的度数指示。通常，基于估算的SCR催化器中的氨存储水平以及其他参数（例如，如果氨存储高，可以假设NOx传感器读取氨，特别是如果排气温度高），估计对传感器是读取NOx还是氨的确定。通过确定SCR催化器的每个单元的氨负荷，可以增加氨存储确定的整体准确度，因此增加NOx传感器输出的准确度。如果NOx传感器位于SCR催化器上，例如催化器中间（midbed），这将会特别有益。以这种方式，NOx传感器上游的单元的氨存储可被用于确定氨存储，并且因此确定传感器是否读取NOx或者氨，而不是依据整个催化剂的氨存储确定。

如上所述，突然加速，或者踩加速器踏板事件可造成SCR催化器入口处的温度增加。上述热模型可被用于预测温度波是如何在SCR催化器上传递并且通过单元的。当SCR催化器的温度增加时，存储在SCR催化器中的氨量将减少，从而导致氨泄漏，这能够基于一个单元接一个单元的方式建模。因此，可以确定预测的氨量释放，并且基于预测的氨释放，可以调整喷射的氨量。

因此，在一个例子中，用于SCR催化器的方法包含：响应于踩踏板事件，减少喷射至SCR催化器的氨的量，该减少的量根据由踩加速器踏板事件导致的预测的SCR氨释放确定，预测的SCR氨释放基于多个SCR催化器单元的每个单元的单元氨存储量之和，而每个单元氨存储量基于该单元温度和上游单元的氨浓度。在一些例子中，在松加速器踏板事件过程中，依据SCR催化器中的每个单元的相对存储水平，可增加喷射的氨的量。在这样的情况下，因为温度减少将导致额外的氨被存储在催化器中，所以预测的所释放的氨量可变为预测的存储的氨量。

应明白在此公开的配置和方法实质上为示例，并且因为能有许多变化，所以这些具体的实施例不应视作具有限制意义。例如上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本发明的主题事项包括在此描述的不同系统和配置的所有新颖且非显而易见的组合和子组合、以及其他特征、功能、和/或特性。

所附权利要求特别指出被视为是新颖且非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。本发明特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可由对本发明权利要求的修正或经过在此或相关申请中呈现的新权利要求加以要求。此类权利要求，无论比原始权利要求范围要宽、窄、等同、或不同，仍被视作包括于本发明主题事项内。

Claims

1.一种控制将释放氨的还原剂供给至内燃发动机的排气净化系统中从而减少氮氧化物排放的喷射装置的方法，所述排气净化系统包含一个具有n个单元的SCR催化转化器，所述n个单元在排气通流方向串联布置，并且在所述单元中能够存储氨，所述方法包含：

在排气入口温度为T₀时，确定期望氨负荷程度，并且确定紧位于所述SCR催化转化器上游的排气中的氨分压；

通过将所述SCR催化转化器的所有n个单元中的每个单元i的每个单个的氨负荷程度相加，确定所述SCR催化转化器的实际氨负荷程度，其中每个单元i的单个的氨负荷程度被确定为所述单元i的温度T_i和在上游方向紧邻的相邻单元i-1的氨输出分压的函数；

确定所述实际氨负荷程度和所述期望氨负荷程度之间的不同；

如果所述实际氨负荷程度小于所述期望氨负荷程度，则增加喷射的氨的量；并且

如果所述实际氨负荷程度超过所述期望氨负荷程度，则减少喷射的氨的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述SCR催化转化器的单元数量n被设置为至少4个。

3.根据权利要求1所述的方法，其中测量紧位于所述SCR催化转化器上游的所述排气入口温度T₀以及紧位于所述SCR催化转化器下游的排气出口温度T_End。

4.根据权利要求1所述的方法，其中测量紧位于所述SCR催化转化器上游的排气中的氨分压以及紧位于所述SCR催化转化器下游的氨分压。

5.根据权利要求1所述的方法，其中只有当所述实际氨负荷程度与所述期望氨负荷程度偏差为至少2％时，才调整被喷射的氨的量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在与所述期望氨负荷程度比较之前，所述实际氨负荷程度被提供一校正因子。

7.根据权利要求1所述的方法，其中每个单元i的所述实际氨负荷程度被确定为所述单元i的温度T_i和在上游方向紧邻的相邻单元i-1的氨输出分压的函数的方式为：存储三维值矩阵，该三维值矩阵针对所述SCR催化转化器中使用的催化转化器材料，包含作为温度和氨分压的函数的所述氨负荷程度，并且从该三维值矩阵读出所述单元i在温度T_i以及氨输出分压下时的所述实际氨负荷程度的值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在100℃到800℃的温度范围内，在所述三维值矩阵中存储所述实际氨负荷程度的值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中每5℃就在所述三维值矩阵中存储所述实际氨负荷程度的至少一个值。

10.根据权利要求8所述的方法，其中在0到3000ppm的氨分压或者氨浓度范围内，在所述三维值矩阵中存储所述实际氨负荷程度的值。

11.根据权利要求10所述的方法，其中每20ppm的氨浓度就在所述三维值矩阵中存储至少一个实际氨负荷程度的值。

12.根据权利要求7所述的方法，其中基于Langmuir等温线或者Brunauer-Emmet-Teller等温线，通过对氨负荷程度的先前测量，建立所述三维值矩阵。

13.根据权利要求1所述的方法，其中每秒至少发生一次所述实际氨负荷程度的确定。

14.一种用于选择性催化还原(SCR)装置方法，其包含：

基于期望的氨存储量和估算的氨存储量之间的差异，调整被喷射至所述SCR催化器的氨量，其中所述估算的氨存储量包含所述SCR催化器的多个单元中每个单元的单元氨存储量之和，而每个单元氨存储量基于该单元温度和上游单元的氨浓度确定。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述SCR催化器在轴向方向上被分成所述多个单元。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个单元中的每个单元体积相等。

17.一种用于SCR催化器的方法，其包含：

响应于踩踏板事件，降低喷射至所述SCR催化器的氨且该降低的量由所述踩踏板事件导致的预测的SCR氨释放确定，其中所述预测的SCR氨释放基于所述SCR催化器的多个单元中的每个单元的单元氨存储量之和，而每个单元氨存储量基于该单元温度和上游单元的氨浓度确定。

18.根据权利要求17所述的方法，其中基于所述SCR催化器两侧的温差、质量空气流量以及所述SCR催化器的空间速度，确定每个单元的温度。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包含，响应于松踏板事件，增加喷射至所述SCR催化器的氨。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包含基于所述SCR催化器下游的氨量，调整喷射至所述SCR催化器的氨。