CN104619962B - 用于估计选择性催化还原系统中的配给误差的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过考虑来自SCR装置(20)的所预期的尾气输出状态(37)和所测量的尾气输出状态(38)、NOx传感器敏感性数据并执行交叉相关操作来确定被配给还原剂的选择性催化还原(SCR)装置(20)是否被错误配给的方法，所述NOx传感器敏感性数据是所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示。

Description

用于估计选择性催化还原系统中的配给误差的方法和设备
技术领域
本公开涉及一种用于估计选择性催化还原系统中的配给误差的方法和设备。
背景技术
选择性催化还原(SCR)系统可用于将例如可由内燃机产生的氮氧化物(NOx)转换成危害较小的排放物，如氮气和水。SCR系统可包括促进可能存在于通过SCR系统的气流中的NOx之间的反应的催化剂/催化器，以及为了从气流中基本上去除NOx的还原剂。
在还原剂与通过SCR系统的气流中的NOx反应之前，该还原剂可以被添加到气流中并被吸附到催化剂上。在所用的还原剂为氨的情况下，其可以作为例如在被吸附到催化剂上之前在SCR系统中热分解为氨的无水氨、氨水或尿素而被添加到气流中。
当SCR系统被恰当地配给还原剂时，催化剂上的氨存储水平可以维持在最佳水平，而氨与NOx之间的反应可以消除几乎所有的NOx和氨。如果SCR系统被配给过度，那么在SCR系统中的氨可能比可被吸附到催化剂上的氨更多，这可能导致从SCR系统中散发出氨(通常称为‘氨泄漏’)。氨排放物可能是所不希望的，因为它们可对环境非常有害。如果系统被配给不足，那么可能没有足够的被吸附到催化剂上的氨与通过SCR系统的所有NOx发生反应，这可能导致从SCR系统散发出未处理的NOx。这降低了SCR系统的转换效率并因此也是所不希望的。
因此，可能希望控制配给的水平，这样使得氨存储水平维持在最佳水平。然而，所存储的氨的量不可以直接测量。因此，可能需要估计催化剂内的存储状态。
催化剂的存储状态可取决于多种因素，其可能包括催化剂的温度和通入SCR系统中的NOx的量。可以使用例如下游NOx传感器和上游NOx传感器、质量流量传感器和温度传感器监测这些因素，这些传感器的读数可用于估计催化剂内的氨存储水平。然而，这些传感器具有有限的准确性，并且受到长期传感器漂移/偏差的影响，使得难以准确地确定随着时间的气流的状态。此外，配给装置本身可以具有有限的准确性，导致控制系统确定配给水平之间的差异并且实际配给水平被应用到催化剂上。
因此，即使所估计的催化剂的存储状态最初是准确的，但是经过一段时间，估计的准确性以及因此尿素配给的准确性可能由于不准确的数据读数而降低。作为(对于氨和NOx)质量守恒的结果，甚至小的误差可随着时间而增加，并且实际存储水平可能与所估计的存储水平显著不同。
这些不准确性可导致应该被应用到SCR系统以便实现具有最小氨泄漏的最大转换效率的理想配给和被应用到SCR系统的实际的配给水平之间的10％或更多的量级的差异。作为配给不足或配给过度的结果，这可导致产生NOx或氨泄漏排放物。
美国专利申请2010/0024389描述了一种用于SCR系统的配给控制系统，其中催化剂氨存储模型用于估计催化剂内的当前氨存储水平和理论上的理想氨存储水平。然后，以使所估计的存储水平趋向理论上的理想存储水平的水平将配给应用到催化剂上。
分析模块基于催化剂氨存储模型和排放条件(如NOx输入、排放温度和排放流速)的测量估计所预期的NOx输出值。然后通过确定所估计的NOx输出和由下游NOx传感器测量的NOx输出值之间的差值求出误差项。将该差值信号反馈回分析模块，以通过修改催化剂氨存储模型从而纠正配给误差来提高配给准确性。
然而，NOx传感器对氨交叉敏感，其程度可能随着时间而变化。因此，来自NOx输出传感器的高读数可由未处理的NOx引起、由配给不足引起，或由氨泄漏、由配给过度引起。
因此，来自下游NOx传感器的升高的读取可以指示输出的NOx太多或输出的氨太多。由于这些情况中的第一种需要增加配给而第二种需要降低配给，所以SCR系统的配给水平可能没有得以可靠地提高。
解决与NOx传感器对氨的交叉敏感性相关的问题的一种解决方案是使用与下游NOx传感器组合的下游氨传感器。利用这样一种配置，有可能补偿交叉敏感性并确定是否存在从SCR系统输出的未处理的NOx或氨泄漏并且相应地纠正配给误差。
然而，除了没有考虑与配给误差有关的其他因素中的任一个，如传感器漂移和可被存储在催化剂上的氨由于催化剂温度变化引起的水平的变化，氨传感器也不像NOx传感器一样地可靠，并且因此这类系统非常不稳固。此外，附加的传感器增加了系统复杂性和成本。因此，可能不希望使用氨传感器用于控制SCR系统的配给。
发明内容
本公开提供：一种用于确定被配给还原剂的选择性催化还原(SCR)装置是否被错误配给的方法，该方法包括以下步骤：从来自SCR装置的所估计的尾气输出状态和来自SCR装置的所测量的尾气输出状态之间的差值确定NOx读出差值数据；以及通过使NOx读出差值与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定指示SCR装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据，其中NOx传感器敏感性数据是所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示。
本公开还提供：一种用于确定被配给还原剂的选择性催化还原(SCR)装置是否被错误配给的方法，该方法包括以下步骤：通过使所测量的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第一交叉相关数据，其中NOx传感器敏感性数据是所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示；通过使来自SCR装置的所估计的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第二交叉相关数据；以及从第一交叉相关数据和第二交叉相关数据之间的差值确定指示SCR装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据。
本公开还提供：一种确定被配给还原剂的选择性催化还原(SCR)装置是否被错误配给的控制器，该控制器被配置成从来自SCR装置的所估计的尾气输出状态和来自SCR装置的所测量的尾气输出状态之间的差值确定NOx读出差值数据；以及通过使NOx读出差值与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定指示SCR装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据，其中NOx传感器敏感性数据是所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示。
本公开还提供：一种确定被配给还原剂的选择性催化还原(SCR)装置是否被错误配给的控制器，该控制器被配置成通过使所测量的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第一交叉相关数据，其中NOx传感器敏感性数据是所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示；通过使来自SCR装置的所估计的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第二交叉相关数据；以及从第一交叉相关数据和第二交叉相关数据之间的差值确定指示SCR装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据。
附图说明
图1示出了包括SCR装置的发动机单元的示意图；
图2示出了可用于控制图1中所示的SCR装置的配给的控制器的示意图；
图3示出了可以使用催化剂模型、配给过度模型和配给不足模型由图1中所示的控制器内的估计器单元在单个时间点处估计出的NOx输出水平的图形表示；以及
图4示出了在其中可以使用图1中所示的发动机单元的示例车辆。
具体实施方式
SCR装置可用于希望降低气流中的NOx水平的多种应用。这类应用可包括但不限于锅炉、燃气轮机和内燃机(例如柴油机)。
图1示出了在内燃机10的排放处带有SCR装置20的内燃机10。通过利用喷射器40将尿素喷射到SCR装置20的上游的尾气中可以对这种布置中的SCR装置20进行配给。然而，可以可选地使用任何其他合适的配给剂，例如无水氨或氨水，并且可以使用技术人员已知的任何合适的技术将其添加到SCR装置20，或者可以在系统的单独部分(如氨反应器)中形成氨。
第一(或上游)NOx传感器42、质量流速传感器44和温度传感器46可以被布置成测量SCR装置20的上游的尾气的状态。附加的或可选的传感器可用于测量SCR装置20的上游的尾气的状态。可选地，从所测量的发动机参数(例如发动机转速、喷油量、高度和环境温度)可以估计上游尾气的状态。
SCR装置20的上游的尾气的所测量的或所估计的状态可以包括NOx浓度、质量流速和温度中的至少一个。
第二(或下游)NOx传感器48可以被布置成测量SCR装置20的下游的尾气的NOx浓度。附加的传感器也可以被设置在SCR装置20的下游，以便测量尾气状态的其他方面。针对下游NOx传感器48的不同的传感器位置是可能的，例如在SCR装置20内处于中间堆砌(mid-brick)位置。
为了将从SCR装置20输出的尾气中的NOx排放物和氨泄漏减至最小，可能希望控制尿素配给的水平，以便保持最佳氨存储水平。为此，控制器30可用于控制喷射器40。
图2示出了控制器30的细节，其可以包括估计器单元32、误差计算单元34和配给计算单元36。
可以将与流入SCR装置20的尾气的尾气状态31相关的数据馈送到估计器单元32和配给计算单元36中。在该实例中，尾气状态31可以包括可由上游NOx传感器42、质量流速传感器44和温度传感器46读取的NOx浓度、质量流速和温度中的至少一个。然而，尾气状态31可以包括输入到SCR装置20的尾气的不同测量，或者可替代地为所测量的发动机参数，估计器单元32可从这些所测量的发动机参数估计尾气状态。
在图1和图2所示的实例中，可以从SCR装置20的上游的尾气温度估计催化剂温度。然而，可以可选地从催化剂内的温度传感器获得温度，或者从下游尾气温度、上游和下游尾气温度估计温度，或者使用将是技术人员已知的任何其他直接或间接的温度测量或估计技术获得温度。
在估计器单元32内，可以将尾气状态31、所测量的或所估计的催化剂温度和当前配给水平39馈送到催化剂模型中，该催化剂模型可以确定催化剂上的氨存储水平33的估计。
配给计算单元36可以使用前馈控制来确定什么配给水平应被应用到SCR装置20。这可以使用许多不同的技术并通过考虑许多不同的测量信号来确定。例如，可以考虑当前所测量的或所估计的尾气状态31、催化剂温度和所估计的氨存储状态33中的至少一个，以便确定配给水平。
对于如通过所测量的或所估计的尾气状态31、催化剂温度和当前的或预期的发动机工作负荷中的至少一个确定的给定情况，配给计算单元36还可以通过确定催化剂的理想的或希望的氨存储水平执行前馈控制。这个理想的或希望的氨存储水平可以是从SCR装置20输出的NOx和氨泄漏被期望处于最小的水平处的存储水平。通过确定理想的或希望的氨存储状态，配给计算单元36可以将其与所估计的氨存储状态33相比较并确定所需的配给水平，以便使所估计的氨存储状态33更接近于理想或希望的氨存储状态。可选地，可以将理想的或希望的氨存储状态从控制器30的内部或外部的不同的单元输入到配给计算单元36。
然而，当仅使用前馈控制时，配给水平的准确性可能不是非常可靠的，并且对于给定温度的因素(如传感器漂移和催化剂存储水平的变化)可能导致不准确性随着时间而增加。
可以通过确定是否正在发生错误配给，并且如果是的话它是什么类型的错误配给(即配给过度或配给不足)来提高配给水平的准确性。然后，可以使用这样一种确定来执行配给水平的反馈控制。
为了确定是否正在发生错误配给，估计器单元32产生所预期的NOx输出水平37，该所预期的NOx输出水平37可以使用带有例如尾气状态31、催化剂温度和当前配给水平39中的至少一个的催化剂模型加以确定。
然后，控制器30中的误差计算单元34求出所预期的NOx输出水平37和来自下游NOx传感器48的所测量的NOx输出水平38之间的差值。该差值计算的结果在本文将被称为‘NOx读出差值’。
然后，使NOx读出差值与NOx传感器敏感性数据交叉相关/互相关，以便确定是否正在发生配给不足或配给过度。NOx传感器敏感性数据指示下游NOx传感器48对还原剂配给误差的敏感性。
为此，NOx传感器敏感性数据可以是下游NOx传感器读数被预期随着配给误差而改变多少的指示。该数据可以是正的或负的，指示NOx输出测量对配给误差的正或负敏感性，并且可以具有指示敏感性程度的大小。
可以使用许多不同的技术，或者在运行控制方法之前，或者在控制方法的运行期间(运行时间)获得NOx传感器敏感性数据。
例如，可以在运行控制方法之前估计并设置NOx传感器敏感性数据，并且在控制方法的整个运行中使用该估计。
可选地，在运行时间期间，可以使用估计器单元中的模型确定NOx传感器敏感性数据，所述估计器单元考虑所测量的NOx输出水平38以及催化剂温度、当前配给水平39和尾气状态31中的至少一个以便产生NOx传感器敏感性数据。模型还可以考虑历史的NOx输出测量。
另一种运行时间技术可以是通过应用到SCR装置20的配给误差的水平的测量对所预期的NOx输出水平37求差分/求导(differentiate)。配给误差的测量可以为配给误差数据e，稍后对该配给误差数据e的确定加以解释。当使用配给误差数据e时，通过假定例如0(其指示没有配给误差)的假定/理论/名义配给误差可以初始地计算NOx传感器敏感性数据。然后，在运行时间期间当逐步地确定用于配给误差数据e的更准确的数据时，可以逐渐地提高NOx传感器敏感性数据。可以用不同的方式执行这种求差分，如手动、计算机辅助或自动求差分，并且可以产生NOx传感器敏感性的准确数据，其可以对下游NOx传感器48的敏感性的变化做出反应。
也可以在运行时间期间从使用催化剂模型获得的所预期的NOx输出37和使用经修改的催化剂模型获得的NOx输出估计之间的差值获得NOx传感器敏感性数据。在这种情况下，估计器单元32可以进一步包括模型库，该模型库包括催化剂模型和经修改的催化剂模型，其中这些模型中的每一个可以并行运行。
经修改的催化剂模型可用于估计针对配给过度或配给不足的SCR装置20(即错误配给模型)所预期的NOx输出。例如，与当前配给水平39相比，经修改的催化剂模型可用于获得针对1％的配给过度条件的NOx输出的估计。然而，应当注意的是，除了1％的配给过度，经修改的催化剂模型可以可选地使用不同的配给过度或配给不足百分比，例如5％的配给不足。
然后，可以通过将NOx读出差值除以使用催化剂模型获得的所预期的NOx输出37和使用经修改的催化剂模型获得的NOx输出估计之间的差值获得NOx传感器敏感性数据。
可选地，可以从使用配给过度催化剂模型获得的NOx输出估计和使用配给不足催化剂模型获得的NOx输出估计之间的差值获得NOx传感器敏感性数据。在这种情况下，估计器单元32可以包括模型库，该模型库包括催化剂模型、配给过度模型和配给不足模型，其中这些模型中的每一个可以并行运行。
配给不足模型可以例如用于估计针对任何假定的配给不足的量(如与当前配给水平39相比的1％的配给不足条件)所预期的NOx输出，并且配给过度模型可以例如用于估计针对任何假定的配给过度的量(如与当前配给水平39相比的1％的配给过度条件)所预期的NOx输出。
然而，应当注意的是，配给过度模型和配给不足模型关于当前配给水平39不必使用相等且相反的错误配给百分比，并且可以例如使用3％的配给不足和5％的配给过度。
然后，可以通过将NOx读出差值除以使用配给过度模型获得的所预期的NOx输出与使用配给不足模型获得的NOx输出估计之间的差值获得NOx传感器敏感性数据。
应当注意的是，当两个错误配给模型(即，配给过度模型和配给不足模型)都针对不同水平的配给过度估计NOx输出水平，或都针对不同水平的配给不足估计NOx输出水平时，也可以获得良好的结果。例如，一个模型可能使用3％的配给过度而另一个模型使用5％的配给过度，或者可选地，一个模型可能使用1％的配给不足而另一个模型使用2％的配给不足。
图3示出了在单个时间点处由催化剂模型产生的所预期的NOx输出以及由配给过度模型和配给不足模型产生的NOx输出估计的实例。在该实例中，来自下游NOx传感器48的实际NOx输出读数在使用催化剂模型产生的所预期的NOx输出和使用配给过度模型产生的所估计的NOx输出之间的某个地方。使用配给过度模型获得的NOx输出估计和使用配给不足模型获得的NOx输出估计之间的差值被标记为diff2。由催化剂模型产生的所预期的NOx输出和来自下游NOx传感器48的NOx输出测量之间的差值被标记为diff1。
通过使NOx读出差值(所预期的NOx输出水平37和来自下游NOx传感器48的所测量的NOx输出水平38之间的差值)与NOx传感器敏感性数据交叉相关求出由图3中所示的NOx输出测量指示的配给误差的类型(即，配给过度或配给不足)。交叉相关操作求出在相同时间点处的NOx读出差值和NOx传感器敏感性数据之间的乘积。来自交叉相关的结果在本文将被称为错误配给指示数据，其指示SCR装置20是否被配给不足、恰当配给或配给过度。
错误配给指示数据是指示NOx读出差值和NOx传感器敏感性数据之间的相似性的无量纲数。正的错误配给指示数据可以指示SCR装置20被配给过度，负的错误配给指示数据可以指示SCR装置20被配给不足以及零的错误配给指示数据可以指示SCR装置20被恰当配给。
错误配给指示数据不受下游NOx传感器48对氨的交叉敏感性的影响。也就是说，错误配给指示数据指示可能正在发生什么类型的独立于氨的交叉敏感性的配给误差。
这是交叉相关的固有的非线性性质的结果。线性控制方法，例如只考虑所预期的NOx输出和所测量的NOx输出之间的差值的那些线性控制方法，可能不能在NOx输出的增加引起的升高的NOx输出读数和氨泄漏引起的升高的读数之间进行区分/求差分。然而，在本公开中，NOx传感器敏感性数据能够实现交叉相关以反映实际的NOx输出读数38与所预期的NOx输出之间的差值并指示是否配给不足或配给过度正造成此差值。
结果，由误差计算单元34确定的错误配给指示数据可以被用在闭环控制中，以便指示可能正在发生什么类型的配给误差。这种类型的闭环反馈可能使得由喷射器40施加的配给水平能够被改变以便纠正配给误差。
例如，错误配给指示数据可被反馈到配给计算单元36，以便调整当前配给水平39来纠正由错误配给指示数据确定的任何错误配给。错误配给指示数据也可以或可选地被反馈到估计器单元32，以便调整催化剂模型。
作为交叉相关操作的结果，可以通过所测量的NOx输出水平38中的瞬态事件提高错误配给指示数据。
瞬态事件可能例如通过从内燃机10输出的NOx的突然的、短暂的增加引起，通过发动机负荷的短暂的、快速的增加引起，这些可导致从SCR装置20输出的NOx的瞬态尖峰。这可能是在从内燃机10输出的NOx的尖峰到达催化剂之前控制器30不能立即增加存储在催化剂上的氨的量的结果。
估计器单元32中的催化剂模型可以在一定程度上预测从SCR装置20输出的NOx的瞬态尖峰，并因此所预期的NOx输出37可以包括瞬态尖峰并且NOx读出差值可以保持稳定。然而，在SCR装置20的状态与催化剂模型的状态之间可能存在不一致，在这种情况下，NOx读出差值也可能产生尖峰，这可以揭示关于催化剂模型和催化剂本身之间的差异的信息。错误配给指示数据可以凭借交叉相关操作拾取该信息。
通过获取多个尾气状态31读数和来自下游NOx传感器48的读数并且针对每组读数执行以上步骤可以多次计算错误配给指示数据。例如，可以每秒或每100毫秒获取读数。在运行控制方法之前或在运行控制方法的开始，可以确定一次用于确定错误配给指示数据的敏感性估计，或者可以在运行时间期间，例如在与每个NOx输出和输入尾气状态读数相同的时间处进行多次确定，或者比那些测量或多或少频繁地进行确定。
可以随着时间累积多个错误配给指示数据并且求出那些累积的数据的平均值。作为累积和求平均的结果，短期误差和噪声的影响可被平均化。
错误配给指示数据的累积可以仅在很短的时间周期内进行，例如两个或三个采样周期，或者可以无限期地持续，其中平均函数不断地提高和改进交叉相关数据。发生交叉相关的周期可以是至少一个小时，在该时间后短期误差和噪声可被平均化。然而，明显较短的时间周期仍然可以产生有用的结果。
通过随着时间连续地监测错误配给指示数据，任何传感器漂移、催化剂的动态学的变化、喷射器40的准确性的变化以及影响催化剂模型的准确性的任何其他因素的变化，可被平均错误配给指示数据拾取。因此，可以在SCR装置20的整个寿命期间执行以上解释的错误配给指示数据对估计器单元32和/或配给计算单元36的闭环反馈。
如果随着时间监测错误配给指示数据，那么可以进行滤波，例如低通滤波，以便去除高频事件，如传感器读数或者单个事件中的噪声。通过执行低通滤波，配给误差的长期的、持久的原因(如传感器漂移)可以用错误配给指示数据来表示，但可以去除由噪声和/或单个事件引起的短暂的误差，从而允许错误配给指示数据逐渐汇聚/集中到一个数据上。
可以使用本领域的技术人员所熟知的大量技术中的任何一种随着时间对错误配给指示数据进行累积并求平均。例如，可以在一段时间内将错误配给指示数据存储在存储器中，并且使用那些存储的数据确定平均错误配给指示数据。
可选地，可以通过例如将错误配给指示数据通过低通滤波器确定指数加权的错误配给指示数据。通过使用低通滤波器产生指数加权的平均错误配给指示数据，可能需要较少的存储器并且低通滤波和求平均均可通过单个过程来执行。
此外，通过确定指数加权的平均错误配给指示数据，给予更近的错误配给指示数据比更旧的数据更大的重要性。因此，如果控制方法已经运行了很长一段时间，那么可以有效地丢弃当SCR装置20在非常不同的条件下操作时可能已经获得的非常旧的信息，并且可能与SCR装置20当前正在如何操作更有关的较新的信息，可能在对SCR装置20的控制上具有更多的影响。
存在许多其他技术，通过这些技术可以丢弃较旧的信息，这些技术为技术人员所熟知。例如，如果从多个所存储的错误配给指示数据的平均值确定平均错误配给指示数据，那么可以仅从特定数目的最近的数据确定该平均值。例如，可以丢弃存储在存储器中的100个最近的数据以及所有较旧的数据。
也可以使用估计器单元32中的时间延迟。尾气可能需要一些时间通过SCR装置20，并且因此，由SCR装置20的上游的传感器42、44和46所感测的一定体积的气体可能需要一些时间(例如2秒)穿过SCR装置20并且被下游NOx传感器48所感测。此时间延迟可被称为‘传输延迟’。
通过将近似等于SCR装置20的传输延迟的时间延迟添加到估计器单元32中，估计器单元32可能产生考虑了传输延迟的所预期的NOx输出水平37。例如，在SCR装置20的上游感测的一定体积的气体可能经历2秒的传输延迟。估计器单元32可考虑来自上游传感器的读数并产生可以预期2秒后发生的NOx输出估计。然后，可以在2秒时间延迟之后将该NOx输出估计发送到误差计算单元34，这样使得来自下游NOx传感器48的NOx输出测量可以直接与延迟的所预期的NOx输出水平进行比较。可选地，误差计算单元34可以包括时间延迟，使得其将来自估计器单元32的NOx输出估计存储一段时间，该段时间等于时间延迟，并且然后将其与所测量的NOx输出水平38进行比较。可以使用时间延迟而不管错误配给指示数据是否随着时间进行累积。
错误配给指示数据的范围可以取决于许多参数，所以数据的大小本身不能提供正在发生的错误配给的程度的有用指示。
为了确定正在发生的配给误差的大小，误差计算单元34可以从错误配给指示数据确定配给误差数据e。
配给误差数据e是有量纲数，其不仅指示SCR装置20是否被配给过度或配给不足，而且指示配给误差的程度。配给误差数据e可指示在许多不同的单元中的配给误差；例如，它可将错误配给指示为还原剂的体积(例如，10mg的配给过度)，指示为还原剂的配给速率(例如，5mg/sec的配给不足)，指示为还原剂中有效成分的浓度(例如，15ppm的配给过度)或错误配给的百分比(例如，2％的配给不足)。例如，0的配给误差数据e可指示恰当的配给；0.005的配给误差数据e可指示0.5％的配给过度；0.01的配给误差数据e可指示1％的配给过度；-0.005的配给误差数据e可指示0.5％的配给不足；以及-0.01的配给误差数据e可指示1％的配给不足。
根据配给误差数据e的所希望的形式，可以使用许多不同的技术计算配给误差数据e。例如，可以通过将错误配给指示数据(或累积的平均错误配给指示数据)除以NOx传感器敏感性数据的自相关确定百分比配给误差数据e。
NOx传感器敏感性数据的自相关可以是NOx传感器敏感性数据的平方，并且它可表示在假定的错误配给条件下的所预期的错误配给指示数据。
如果确定了配给误差数据e，那么可以将其代替错误配给指示数据馈送到配给计算单元36和/或估计器单元32中来执行当前配给水平39的闭环控制。通过反馈配给误差数据e，而不是错误配给指示数据，配给误差的类型及大小，而不仅是配给误差的类型，可以被考虑在内。
例如，在配给误差数据e的基础上，配给计算单元36可以修改由前馈控制器确定的配给水平，使得应用到喷射器40的当前配给水平39被纠正以克服配给误差。在百分比配给误差数据e的情况下，使用以上技术确定的数据可以被加到1(使得配给误差数据e＝1指示完美配给，e＝1.01指示1％的配给过度以及e＝0.995指示0.5％的配给不足)，并且然后可以将由前馈控制确定的配给水平除以配给误差数据e。结果，可以实现反馈控制，该反馈控制调整应用到SCR装置20的配给的水平，这样使得可以减少从SCR装置20输出的氨泄漏和NOx。
附加地或可选地，估计器单元32可以使用配给误差数据e来调整催化剂模型。因为配给误差数据e是由例如传感器不准确性和漂移、喷射器40的不准确性和催化剂存储动力学的变化引起的错误配给的水平的指示，所以在配给误差数据e的基础上调整催化剂模型可以导致催化剂模型自身结合以及补偿错误配给的原因。这再次将配给水平前馈控制方案变为反馈控制方案。
可以想到以上所描述的落在本公开的范围内的方法的各种修改。
例如，如对技术人员而言将显而易见的是，控制器30所执行的多个步骤可以以与以上所描述的不同的顺序来执行。这可能导致数学上相同的结果，或其可能导致结果的变化，这仍然可创建功能性系统。
这种情况的一个这样的实例是通过首先执行交叉相关并且然后求出差值获得错误配给指示数据。在该实例中，误差计算单元34使所测量的NOx输出水平38与NOx传感器敏感性数据交叉相关并且使所预期的NOx输出37与NOx传感器敏感性数据交叉相关，并且然后通过求出那两个交叉相关数据之间的差值获得错误配给指示数据。
此外，可以代替地在所述方法的任何阶段形成以上关于累积的错误配给指示数据所描述的滤波操作。例如，可以在所测量的NOx输出水平38和/或所预期的NOx输出37上执行，或者可以在NOx读出差值上，或者在以上段落中描述的交叉相关数据中的一个或两个上执行。
不是考虑从SCR装置20输出的所预期的和所测量的NOx，而是可以可选地考虑所预期的和所测量的尾气输出状态的不同方面，例如氨的量。
图1和图2示出了根据本公开的一方面的控制器30。
控制器30可被配置成执行本公开中描述的方法步骤。
控制器30可以具有多个输入和输出，估计器单元32、误差计算单元34和配给计算单元36可以使用所述的多个输入和输出以便执行以上所述的方法步骤。例如，输入可能包括但不限于：所测量的NOx输出水平38和输入到SCR装置20的尾气的所测量的状态31，所测量的状态31可以包括NOx水平、尾气温度和尾气的质量流速。控制器30也可以具有多个输出，包括但不限于配给水平控制信号39。
控制器30可以实现在发动机控制单元(例如Caterpillar○RA4:E4或A5:E2)中，或实现为独立的控制单元。
图1还示出了包括SCR装置20和控制器30的SCR系统，其被布置成确定SCR装置20是否被错误配给。此外，图1还示出了包括内燃机10和SCR系统的发动机单元。
图4示出了在其中可以使用图1中所示的发动机单元的车辆。
工业适用性
本公开在确定SCR装置是否被错误配给还原剂中找到了应用。使用所测量的尾气输出状态、所预期的尾气输出状态和NOx传感器敏感性数据，并通过执行交叉相关确定错误配给指示数据。作为交叉相关的非线性性质的结果，可以解决由NOx传感器对NOx和氨的交叉敏感性引起的NOx输出读数的模糊性，使得可以更可靠地确定NOx输出传感器是否正在测量NOx或氨，并因此更准确地指示SCR装置是否被配给不足或配给过度。此外，并且与线性技术相反，当NOx输出测量中的瞬态事件发生时，交叉相关的非线性性质也导致错误配给指示数据的提高。
这个更可靠的错误配给指示数据可用于纠正配给误差，并因此将来自SCR装置的NOx的排放或氨泄漏减至最小。例如，错误配给指示数据可用于SCR装置的还原剂配给的闭环控制中，这样使得可以改变应用到SCR装置的配给水平以纠正配给误差。附加地或可选地，可以在由错误配给指示数据确定的任何错误配给的基础上调整催化剂模型，这样使得催化剂模型可以更准确地反映实际的SCR装置并因此更好地估计催化剂存储状态，这可能使得能够设置更合适的配给水平，从而降低NOx和氨排放物。
随着时间可以周期性地确定错误配给指示数据并且获得平均的错误配给指示数据，这可以通过将短期误差和噪声的影响平均化改进错误配给指示数据的可靠性，并因此可用于确定错误配给的长期原因，如传感器漂移、催化剂动力学的变化和还原剂喷射器的准确性的变化。随着时间累积的错误配给数据也可经过滤波以去除由噪声和/或单个事件引起的高频事件，从而更进一步提高错误配给指示数据的可靠性。
错误配给数据可以是仅指示SCR装置是否被配给不足或配给过度的无量纲数。然而，可以使用以上公开内容中描述的技术中的任何一种将其变成有量纲数(配给误差数据)，使得它不仅指示是否正在发生配给过度或配给不足，而且指示正在发生的配给过度或配给不足的程度。这可以提高配给水平和催化剂模型的闭环反馈控制的质量，因为配给水平和催化剂模型所需的改变的程度可以从有量纲的配给误差数据的大小得知。
可将时间延迟引入到控制系统，以便补偿SCR系统的传输延迟，并由此提高错误配给指示数据的准确性。

Claims (15)

1.一种用于确定被配给还原剂的选择性催化还原装置是否被错误配给的方法，所述方法包括以下步骤：
通过使所测量的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第一交叉相关数据，其中所述NOx传感器敏感性数据是所述所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示；
通过使来自所述SCR装置的所预期的尾气输出状态与所述NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第二交叉相关数据；以及
从所述第一交叉相关数据和所述第二交叉相关数据之间的差值确定指示所述选择性催化还原装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据。
2.一种用于确定被配给还原剂的选择性催化还原装置是否被错误配给的方法，所述方法包括以下步骤：
从来自所述选择性催化还原装置的所预期的尾气输出状态和来自所述选择性催化还原装置的所测量的尾气输出状态之间的差值确定NOx读出差值数据；以及
通过使所述NOx读出差值与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定指示所述选择性催化还原装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据，其中所述NOx传感器敏感性数据是所述所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中，通过将所述错误配给指示数据除以所述所预期的尾气输出状态的自相关确定配给误差数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过由所述配给误差数据对所述所预期的尾气输出状态求差分确定所述NOx传感器敏感性数据。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过将所述所预期的尾气输出状态和所述所测量的尾气输出状态之间的差值除以所述所预期的尾气输出状态和由错误配给模型确定的所估计的尾气输出状态之间的差值确定所述NOx传感器敏感性数据，所述错误配给模型基于假定的配给不足或配给过度条件估计所述尾气输出状态。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过将所述所预期的尾气输出状态和所述所测量的尾气输出状态之间的差值除以由假定的配给过度模型估计的尾气输出状态和由假定的配给不足模型估计的尾气输出状态之间的差值确定所述NOx传感器敏感性数据。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在一段时间内多次确定所述错误配给指示数据并且求出多个错误配给指示数据的平均值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对所述多个错误配给指示数据进行低通滤波，以便去除高频噪声。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从输入到所述选择性催化还原装置的尾气的所测量的状态、应用到所述选择性催化还原装置的还原剂配给的水平和所述催化剂温度的估计或测量中的至少一个确定来自所述选择性催化还原装置的所述所预期的尾气输出状态。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，输入到所述选择性催化还原装置的尾气的所述所测量的状态包括所述尾气中的NOx的量、所述尾气的温度和所述尾气的质量流速中的至少一个。
11.一种确定被配给还原剂的选择性催化还原装置是否被错误配给的控制器，所述控制器被配置成：
通过使所测量的尾气输出状态与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第一交叉相关数据，其中所述NOx传感器敏感性数据是所述所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示；
通过使来自所述选择性催化还原装置的所估计的尾气输出状态与所述NOx传感器敏感性数据交叉相关确定第二交叉相关数据；以及
从所述第一交叉相关数据和所述第二交叉相关数据之间的差值确定指示所述选择性催化还原装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据。
12.一种确定被配给还原剂的选择性催化还原装置是否被错误配给的控制器，所述控制器被配置成：
从来自所述选择性催化还原装置的所估计的尾气输出状态和来自所述选择性催化还原装置的所测量的尾气输出状态之间的差值确定NOx读出差值数据；以及
通过使所述NOx读出差值与NOx传感器敏感性数据交叉相关确定指示所述选择性催化还原装置是否被配给不足、恰当配给或配给过度的错误配给指示数据，其中所述NOx传感器敏感性数据是所述所测量的尾气输出状态对配给误差多么敏感的指示。
13.一种选择性催化还原系统，包括：
被配给还原剂的选择性催化还原装置，以及
在权利要求11或12中的任一项中定义的所述控制器，所述控制器被布置成确定所述选择性催化还原装置是否被错误配给。
14.一种包括权利要求13中定义的所述选择性催化还原系统的内燃机。
15.一种包括权利要求14中定义的所述内燃机的车辆。
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