CN106050371B - 用于选择性催化还原中的脲的喷射控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括排气后处理系统(10)，其构造成处理来自内燃发动机(12)的排放。排气后处理系统(10)包括选择性催化还原(SCR)催化器组件(34)和设置在SCR催化器组件(34)内的至少一个射频(RF)探头(36)。控制器(28)联接到排气后处理系统(10)上，并且利用由至少一个RF探头(36)测得的NH3储量估计值(68)和由NH3储量估计模型(56)确定的NH3储量估计值(68)，以输出用于还原剂喷射系统(38)的控制动作(54)。NH3储量估计模型(56)利用SCR催化器上游(40)或下游的流体中的氮氧化物(NOx)(58)的测得浓度和/或SCR催化器上游(40)或下游的流体中的NH3(60)的测得浓度，以及来自至少一个RF探头(36)的NH3储量测量值(70)，来确定NH3储量估计值(68)。

Description

用于选择性催化还原中的脲的喷射控制的系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及用于内燃发动机的排气后处理系统，并且更特别地，涉及控制还原剂喷射。
背景技术
发动机(例如，内燃发动机，诸如往复式发动机或燃气涡轮)燃烧燃料和空气的混合物来产生燃烧气体，燃烧气体对发动机的构件供应驱动力(例如，为了移动活塞或驱动涡轮)。随后，燃烧气体作为排气离开发动机，排气可经受排气处理(例如，后处理)系统，排气处理系统包括一个或多个催化转换器(例如，选择性催化还原(SCR)组件)，以通过将NOx和其它排放转换成不那么有害的副产物，来减少氮氧化物(NOx)的排放。但是，为了实现期望NOx减少，必须精确地控制还原剂水平。
发明内容
下面对在范围方面与原本要求保护的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的各种形式。。
根据第一实施例，一种系统包括排气后处理系统，其构造成处理来自内燃发动机的排放。排气后处理系统包括：接收来自内燃发动机的流体的选择性催化还原(SCR)催化器组件，其中，SCR催化器组件具有入口和出口；以及至少一个射频(RF)探头，RF探头设置在SCR催化器内，并且构造成测量SCR催化器的氨(NH3)储量。排气后处理系统还包括喷射系统，其构造成将NH3或脲喷射到SCR催化器的入口上游的流体中。后处理系统进一步包括通信地联接到排气后处理系统上的控制器，其中控制器构造成控制排气后处理系统的运行，以及接收表示SCR催化器上游或下游的流体中的氮氧化物(NOx)的测得浓度的信号，接收表示SCR催化器上游或下游的流体中的NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合。控制器还构造成接收来自至少一个RF探头的表示NH3储量测量值的信号。NH3储量估计模型构造成至少基于表示SCR催化器上游或下游的流体中的NOx的测得浓度的信号、表示SCR催化器上游或下游的流体中的NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合，来确定NH3储量估计值。控制器至少利用估计NH3储量估计值和NH3储量测量值，来输出用于喷射系统的控制动作。
根据第二实施例，排气后处理系统的控制器构造成处理来自内燃发动机的排放，以及接收表示选择性催化还原(SCR)催化器组件上游的流体中的氨(NH3)或氮氧化物(NOx)的测得浓度的信号。控制器可接收表示SCR催化器下游的流体中的NH3或NOx的测得浓度的信号。控制器利用NH3储量估计模型，基于SCR催化器上游或下游的流体中的NOx的测得浓度和/或SCR催化器上游或下游的流体中的NH3的测得浓度，来确定SCR催化器的NH3储量估计值。控制器接收来自设置在SCR催化器内的至少一个RF探头的表示SCR催化器的NH3储量测量值的信号。控制器还至少基于NH3储量测量值和NH3储量估计值，来控制喷射系统喷射到SCR催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨的量。
根据第三实施例，一种用于控制喷射到选择性催化还原(SCR)催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨(NH3)的方法包括利用控制器，来接收表示SCR催化器组件上游和/或下游的氮氧化物(NOx)和/或NH3的测得浓度的信号，以及接收表示SCR催化器组件的NH3储量测量值、来自设置在SCR催化器内的至少一个射频(RF)探头的信号。该方法还包括利用用以确定NH3储量估计值的NH3储量估计模型，基于表示SCR催化器上游和/或下游的流体中的NOx的测得浓度的信号和/或表示SCR催化器上游和/或下游的流体中的NH3的测得浓度的信号，来确定NH3储量估计值。该方法进一步包括至少部分地基于NH3储量估计值和NH3储量测量值，来输出用于喷射系统的控制动作，其中喷射系统将一定量的NH3或脲喷射到SCR催化器组件的入口上游的流体中。
技术方案1. 一种系统，包括：
排气后处理系统，其构造成处理来自内燃发动机的排放，其中，所述排气后处理系统包括：
选择性催化还原(SCR)催化器组件，其构造成接收来自所述内燃发动机的流体，其中，所述SCR催化器组件具有入口和出口；
至少一个射频(RF)探头，其设置在所述SCR催化器内，并且构造成测量所述SCR催化器的氨(NH3)储量；
喷射系统，其构造成将NH3或脲喷射到所述SCR催化器的入口上游的流体中；
通信地联接到所述排气后处理系统上的控制器，其中，所述控制器构造成控制所述排气后处理系统的运行，以及接收表示所述SCR催化器上游的流体中的氮氧化物(NOx)或NH3的测得浓度的信号，接收表示所述SCR催化器下游的流体的NOx或NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合；以及来自所述至少一个RF探头的表示NH3储量测量值的信号；以及
NH3储量估计模型，其构造成至少基于表示所述SCR催化器上游的流体中的NOx或NH3的测得浓度的信号或表示所述SCR催化器下游的流体中的NOx或NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合，来确定NH3储量估计值；
其中，所述控制器构造成至少利用估计的NH3储量估计值和所述NH3储量测量值两者来输出用于所述喷射系统的控制动作。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一NOx传感器，其设置在所述SCR催化器的入口的上游，并且构造成测量在所述入口上游的流体中的NOx的浓度，或者设置在所述SCR催化器的出口下游，并且构造成测量所述出口下游的流体中的NOx的浓度。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一NH3传感器，其设置在所述SCR催化器的入口上游，并且构造成测量在所述入口上游的流体中的NH3的浓度，或者设置在所述SCR催化器的出口下游，并且构造成测量所述出口下游的流体中的NH3的浓度。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成测量所述内燃发动机的运行参数的一个或多个传感器。
技术方案5. 根据技术方案4所述的系统，其特征在于，所述控制器接收所述内燃发动机的运行参数，并且利用所述NH3储量估计模型，至少部分地基于所述运行参数来确定所述NH3储量估计值。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制动作包括调节喷射到所述SCR催化器的入口上游的流体中的NH3或脲的量。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成接收表示所述SCR催化器上游的流体中的(NOx)和NH3的测得浓度的信号。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，包括：所述内燃发动机联接到所述排气后处理系统上。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成确定所述NH3储量估计值和所述NH3储量测量值之间的NH3储量误差值，以及基于所述NH3储量误差值输出所述控制动作。
技术方案10. 一种系统，包括：
构造成处理来自内燃发动机的排放的排气后处理系统的控制器，其中，所述控制器构造成：接收表示选择性催化还原(SCR)催化器组件上游的流体内的氨(NH3)或氮氧化物(NOx)的测得浓度的信号；或者接收表示所述SCR催化器下游的流体中的NH3或(NOx)的测得浓度的信号，或者它们的任何组合；利用NH3储量估计模型，基于所述SCR催化器上游或下游的流体中的NOx的测得浓度和/或所述SCR催化器上游或下游的流体中的NH3的测得浓度，来确定所述SCR催化器的NH3储量估计值；接收来自设置在所述SCR催化器内的至少一个射频(RF)探头的表示所述SCR催化器的NH3储量测量值的信号；以及至少基于所述NH3储量测量值和所述NH3储量估计值两者，来控制喷射系统喷射到所述SCR催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨的量。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成接收表示所述内燃发动机的测得的参数的信号。
技术方案12. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成利用所述NH3储量估计模型，至少部分地基于测得的运行参数来确定NH3储量估计值。
技术方案13. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述控制器是比例积分微分控制器。
技术方案14. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成确定所述NH3储量估计值和所述NH3储量测量值之间的NH3储量误差值，以及基于所述NH3储量误差值输出所述控制动作。
技术方案15. 一种用于控制喷射到联接到内燃上的选择性催化还原(SCR)催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨(NH3)的方法，包括：
利用控制器来进行下者：
接收表示所述SCR催化器组件上游和/或下游的氮氧化物(NOx)和/或NH3的测得浓度的信号；以及
接收来自设置在所述SCR催化器内的至少一个射频(RF)探头的表示所述SCR催化器组件的NH3储量测量值的信号；
利用用以确定NH3储量估计值的NH3储量估计模型，至少基于表示所述SCR催化器上游或下游的流体中的NOx的测得浓度的信号和/或表示所述SCR催化器上游或下游的流体中的NH3的测得浓度的信号，来确定所述NH3储量估计值；以及
至少部分地基于所述NH3储量估计值和所述NH3储量测量值，输出用于喷射系统的控制动作，其中，所述喷射系统将一定量的NH3或脲喷射到所述SCR催化器组件的入口上游的流体中。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述控制器来进行下者：
确定所述NH3储量估计值和所述NH3储量测量值之间的NH3储量误差值；以及
基于所述NH3误差值输出所述控制动作。
技术方案17. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括产生NH3或脲喷射命令，其调节NH3或脲的喷射速率，以实现离开所述SCR组件的期望NOx排放水平。
技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括接收表示所述内燃发动机的测得的运行参数的信号。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括利用所述NH3储量估计模型，至少部分地基于所述运行参数，来确定所述NH3储量估计值。
技术方案20. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述运行参数包括离开所述内燃发动机的排气的排气流率和温度。
技术方案21. 一种系统，包括：
排气后处理系统(10)，其构造成处理来自内燃发动机(12)的排放，其中，所述排气后处理系统(10)包括：
选择性催化还原(SCR)催化器组件(34)，其构造成接收来自所述内燃发动机(12)的流体(40)，其中，所述SCR催化器组件(34)具有入口(52)和出口(41)；
至少一个射频(RF)探头(36)，其设置在所述SCR催化器内，并且构造成测量所述SCR催化器的氨(NH3)储量；
喷射系统(38)，其构造成将NH3或脲喷射到所述SCR催化器的入口(52)上游的流体中；
控制器(28)，其通信地联接到所述排气后处理系统(10)上，其中，所述控制器(28)构造成控制所述排气后处理系统(10)的运行，以及接收表示所述SCR催化器上游(40)的流体中的氮氧化物(NOx)(60)或NH3(58)的测得浓度的信号，接收表示所述SCR催化器下游的流体中的NOx或NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合；以及来自所述至少一个RF探头(36)的表示NH3储量测量值的信号；以及
NH3储量估计模型(56)，其构造成至少基于表示所述SCR催化器上游(40)的流体中的NOx或NH3的测得浓度的信号，或者表示所述SCR催化器下游的流体中的NOx或NH3的测得浓度的信号，或者它们的任何组合，来确定NH3储量估计值(68)；
其中，所述控制器(28)构造成至少利用估计的NH3储量估计值(68)和所述NH3储量测量值(70)两者，来输出用于所述喷射系统(38)的控制动作(54)。
技术方案22. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一NOx传感器(22)，其设置在所述SCR催化器的入口(52)上游，并且构造成测量在所述入口(52)的上游(40)的流体中的NOx(58)的浓度，或者设置在所述SCR催化器的出口(41)的下游，并且构造成测量所述出口(41)下游的流体中的NOx的浓度。
技术方案23. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一NH3传感器(20)，其设置所述SCR催化器的入口(52)的上游，并且构造成测量在所述入口(52)的上游(40)的流体中的NH3(60)的浓度，或者设置在所述SCR催化器的出口(41)的下游，并且构造成测量所述出口(41)的下游的流体中的NH3的浓度。
技术方案24. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成测量所述内燃发动机(12)的运行参数的一个或多个传感器(15)。
技术方案25. 根据技术方案24所述的系统，其特征在于，所述控制器(28)接收所述内燃发动机(12)的运行参数，并且利用所述NH3储量估计模型(56)，至少部分地基于所述运行参数来确定所述NH3储量估计值(68)。
技术方案26. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述控制动作(54)包括调节喷射到所述SCR催化器的入口(52)上游(40)的流体中的NH3或脲的量。
技术方案27. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述控制器(28)构造成接收表示所述SCR催化器上游(40)的流体中的(NOx)(58)和NH3(60)的测得浓度的信号。
技术方案28. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，包括：所述内燃发动机(12)联接到所述排气后处理系统(10)上。
技术方案29. 根据技术方案21所述的系统，其特征在于，所述控制器(28)构造成确定所述NH3储量估计值(68)和所述NH3储量测量值(70)之间的NH3储量误差值(72)，以及基于所述NH3储量误差值(72)输出所述控制动作(54)。
技术方案30. 一种用于控制喷射到联接到内燃发动机(12)上的选择性催化还原(SCR)催化器组件(34)的入口(52)上游(40)的流体中的脲或氨(NH3)的方法，包括：
利用控制器(28)来进行下者：
接收表示所述SCR催化器组件(34)上游和/或下游的氮氧化物(NOx)和/或NH3的测得浓度的信号；以及
接收来自设置在所述SCR催化器内的至少一个射频(RF)探头(36)的表示所述SCR催化器组件(34)的NH3储量测量值(70)的信号；
利用用以确定NH3储量估计值(68)的NH3储量估计模型，至少基于表示所述SCR催化器上游(40)或下游的流体中的NOx(58)的测得浓度的信号和/或表示所述SCR催化器上游(40)或下游的流体中的NH3(60)的测得浓度的信号，来确定NH3储量估计值；以及
至少部分地基于所述NH3储量估计值(68)和所述NH3储量测量值(70)，输出用于喷射系统(38)的控制动作(54)，其中，所述喷射系统(38)将一定量的NH3或脲喷射到所述SCR催化器组件(34)的入口(52)上游(40)的流体中。
技术方案31. 根据技术方案30所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述控制器(28)来进行下者：
确定所述NH3储量估计值(68)和所述NH3储量测量值(70)之间的NH3储量误差值(72)；以及
基于所述NH3误差值(72)输出所述控制动作(54)。
技术方案32. 根据技术方案30所述的方法，其特征在于，所述控制动作(54)包括产生NH3或脲喷射命令，其调节NH3或脲的喷射速率，以实现离开所述SCR组件(34)的期望NOx排放水平。
技术方案33. 根据技术方案30所述的方法，其特征在于，所述控制动作(54)包括接收表示所述内燃发动机(12)的测得的运行参数的信号。
技术方案34. 根据技术方案33所述的方法，其特征在于，所述控制动作(54)包括利用所述NH3储量估计模型(56)，至少部分地基于所述运行参数来确定所述NH3储量估计值(68)。
技术方案35. 根据技术方案33所述的方法，其特征在于，所述运行参数包括离开所述内燃发动机(12)的排气的排气流率和温度。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：
图1是联接到发动机上的排气处理(例如，后处理)系统的实施例的示意图；
图2是控制器(例如，电子控制单元(ECU))的实施例的框图；
图3是用以控制和/或监测图1的排气处理系统的控制器的功能运行的示意图；以及
图4是用于控制在SCR组件上游喷射的NH3或脲的量的计算机实现的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。
本公开涉及利用后处理系统来减少来自发动机排气的排放的系统和方法。特别地，本公开的实施例利用催化器组件(例如，选择性催化还原(SCR))，其构造成通过还原剂喷射系统主动地控制来自发动机排气的排放的减少。还原剂喷射系统可用来控制喷射在SCR催化器组件上游的流体中的还原剂(例如，脲)的量。SCR催化器组件包括一个或多个射频(RF)传感器，其设置在SCR催化器组件内，使得氨(NH3)储量测量值输出到控制器。控制器还利用NH3储量估计模型。控制器通过设置在发动机上或出口内的传感器接收关于发动机输入的信息(例如，排气温度、排气流率)，作为NH3储量估计模型的输入。控制器还通过设置在SCR催化器组件的上游和/或下游的传感器(例如，NOx传感器、NH3传感器等)接收包括(但不限于)SCR催化器组件的上游和/或下游排放(例如，NOx、NH3等)的浓度的信息，作为NH3储量估计模型的输入。基于接收到的信息，NH3储量模型估计SCR催化器的NH3储量估计值。控制器利用NH3储量估计值和NH3储量测量值来计算误差值或θ控制信号。控制器(例如，在脲/NH3喷射控制算法中)可使用θ控制信号以及NOx和/或NH3的测量值，来产生脲/NH3喷射命令，以调节或保持喷射到SCR催化器组件上游的脲/NH3的量。公开的系统和方法使得能够更精确地监测和/或控制NOx和NH3排放，尤其是在稀薄燃烧发动机运行状况下。
现在转到附图且参照图1，示出了联接到发动机12上的排气处理(例如，后处理)系统10的示意图。如下面详细描述的那样，公开的排气处理系统10监测和控制对排放的处理。在运行期间，发动机12产生燃烧气体，燃烧气体用来对发动机12的构件(例如，一个或多个活塞或涡轮)施加驱动力。燃烧气体随后作为排气13离开发动机12，排气13包括各种各样的排放(例如，NOx、烃、CO等)。排气处理系统10处理这些排放，以产生不含有害物质的排放(氮(N2)、二氧化碳(CO2)、水等)。如所描绘的那样，排气处理系统10包括催化转换器或催化器组件，诸如SCR催化器组件34。在包括SCR催化器组件34的实施例中，发动机12可作为稀薄燃烧发动机运行，从而产生需要通过SCR催化器组件34来进行还原或其它处理的NOx排放。SCR催化器组件34，通过其催化活动，通过多个反应来还原NOx。例如，NOx可通过气态还原剂(例如，脲)还原，以产生N2、CO2和H2O，并且NOx可通过无水氨或含水氨而还原，以产生N2和H2O。无水氨或含水氨可发生若干副反应，从而产生硫酸氨和硫酸氢氨。SCR催化器组件34包括用以接收来自发动机12的排气13的入口52和用以通过SCR催化器出口42排出后处理流体43的出口41。流体导管50设置在发动机12和SCR催化器组件34之间。在发动机12和SCR催化器组件34之间可存在其它装备(例如，微粒过滤器、洗涤器或其它运行装备)，以使SCR催化器组件34准备好接收排气13。特别地，流体导管50联接到发动机12上，以将排气13引导到SCR催化器组件34的SCR催化器入口52，因而，使得它们之间能够有流体连通。
还原剂喷射系统38可用来控制喷射在SCR催化器组件34上游40的流体中的还原剂(例如，脲)的量。如果发动机12在较富足的燃料状况下运行，则喷射的还原剂(例如，脲)的量可比当发动机12在较稀薄的燃料状况下运行时更大。控制喷射的脲量允许SCR催化器出口42中的NOx还原效率提高。因而，当发动机12在较富足的状况下运行时，还原剂喷射系统38可喷射比实现期望NOx还原效率更大量的脲。类似地，当发动机12产生较少NOx排放时，通过还原剂喷射系统38喷射较少量脲。
发动机12可包括内燃发动机，诸如往复式发动机(例如，多冲程发动机，诸如两冲程发动机、四冲程发动机、六冲程发动机等)或燃气涡轮发动机。发动机12可用多种燃料(例如，天然气、柴油、合成气体、汽油等)运行。发动机12可运行为稀薄燃烧发动机或富足燃烧发动机。发动机12联接到发动机控制单元(例如，控制器)14上，发动机控制单元14控制和监测发动机12的运行。发动机控制器14包括处理电路(例如，处理器16)和存储器电路(例如，存储器18)。处理器16可执行指令来执行发动机12的运行。发动机输出处的排气13包括各种排放(例如，NOx、烃、NH3)，它们以各种温度和流率输出。传感器15联接到发动机12上或者联接到其下游，并且构造成测量各种排气13参数的温度和流率。各种传感器19可设置在发动机12的下游和SCR催化器组件34的上游。传感器19可包括一个或多个SCR前氨(NH3)传感器20和/或一个或多个SCR前氮氧化物(NOx)传感器22，它们分别构造成测量流体流13中的NH3和NOx的浓度。还原剂(例如，NH3/脲)喷射控制器28可接收来自SCR前NH3传感器24和/或SCR前NOx传感器22的测得浓度。还原剂喷射控制器28可接收来自传感器23的、在SCR催化器组件34下游的NH3和/或NOx的测得浓度。传感器23可包括SCR后氨(NH3)传感器24和/或SCR后氮氧化物(NOx)传感器26，它们分别构造成测量离开SCR催化器出口42的流体中的NH3和NOx的浓度。还原剂喷射控制器28包括处理电路(例如，处理器30)和存储器电路(例如，存储器32)。处理器30可执行指令来执行发动机12的运行。还原剂喷射控制器28构造成对喷射系统38执行控制动作54。例如，还原剂喷射控制器28可使喷射系统38保持或改变喷射到SCR催化器组件34的入口52上游40的流体中的还原剂(例如，NH3或脲)的量。
图2是控制器21的实施例的框图。如上面提到的那样，控制器14大体控制内部燃烧系统12的运行，并且控制器28控制还原剂喷射系统38。在一些实施例中，单个控制器21可控制内部燃烧系统12和还原剂喷射系统38两者的运行。控制器21包括非暂时性代码或指令，代码或指令存储在机器可读介质(例如，存储器25)中，并且用处理器(例如，处理器27)用来实现本文公开的技术。存储器25可存储各种表和/或模型(例如，表示和/或模拟燃烧系统12、喷射系统38和系统12和38的各个构件的各方面的软件模型)。在某些实施例中，存储器25可全部或部分地从控制器21中移除。控制器21接收来自传感器和系统10的其它构件(例如，用户接口)的一个或多个输入信号(输入1…输入n)，包括发动机输入62，并且输出一个或多个输出信号(输出1…输出n)。各种输入信号可包括发动机输出(例如，温度、流率)、排放浓度(例如，NH3浓度)，或者后处理系统10的其它运行状况。输出信号可包括对喷射命令的调节(例如，控制动作54)或对系统的另一个调节。控制器21可利用一种或多种类型的模型(例如，可由处理器执行的基于软件的模型)。例如，模型可包括统计模型，诸如回归分析模型。回归分析可用来找到能够对某些误差范围内的未来趋势建模的功能。可使用相关联的技术来找到变量之间的关系。而且，用于模型的数据可包括历史数据、经验数据、基于知识的数据等等。
控制器21可包括控制动作确定器，以设定可接受的待喷射的还原剂量。在某些实施例中，控制器21可包括比例积分微分(PID)控制器。控制动作确定器可基于软件、基于硬件或者它们两者的组合。控制动作确定器可基于接收自传感器19、23(设置在后处理系统10中)的一个运行参数和/或其它输入，诸如通过设置在SCR催化器组件34内的一个或多个RF探头36所确定的NH3储量测量值70，来确定离开SCR催化器组件34的初始期望NOx排放水平。在某些实施例中，NH3储量估计模型56(例如，可由处理器执行的基于软件的模型)可存储在控制器21的存储器25中， NH3储量估计器57可利用NH3储量估计模型56来确定NH3储量估计值68。NH3储量估计模型56所依赖的运行参数可包括在SCR催化器组件34的上游40和/或下游45的NH3和/或氮氧化物的测得浓度、发动机输入62，以及由RF探头36测量的NH3储量测量值70。然后控制器21可至少部分地基于NH3储量估计值68、发动机输入62和NH3储量测量值70，来输出用于还原剂喷射系统38的控制动作54。在某些实施例中，控制器21可确定NH3储量估计值68和NH3储量测量值70之间的NH3储量误差值72，并且至少部分地基于NH3储量误差值72来输出控制动作54。
图3是用以控制和/或监测图1的排气处理系统10的控制器的功能运行的示意图。在选择性催化还原(SCR)催化器组件34中的还原剂喷射控制器28中利用通过RF探头36测量的NH3储量测量值70。如所描绘的那样，还原剂喷射系统38构造成在SCR催化器组件34上游40的流体中的喷射一定量的还原剂(例如，脲或氨)。通过还原剂喷射系统38控制还原剂的量，还原剂喷射系统38利用还原剂喷射控制器28来输出控制动作54。例如，由还原剂喷射控制器28输出的控制动作54可能要求较大流率的还原剂(例如，脲或氨)喷射到SCR催化器组件34上游40的流体，使得出现较高的还原效率。还原剂喷射控制器28利用氨(NH3)储量估计模型56中的若干变量。NH3储量估计器57利用NH3储量估计模型56来确定NH3储量估计值68。在NH3储量估计模型56中使用的变量可包括接收自SCR前NOx传感器22的SCR前NOx浓度58、接收自SCR前NH3传感器24的SCR前NH3浓度60，以及/或者发动机输入62(例如，离开发动机的排气流率和排气温度)，或者它们的任何组合。在一些实施例中，NH3储量估计模型56可用来估计SCR催化器组件34上游和/或下游的单独的NO、NO2和/或NH3浓度。除了发动机运行输入62之外，NH3储量估计模型56至少利用这些变量。发动机输入62表示各种发动机参数。发动机12包括设置在系统12中的多个传感器15，以测量发动机参数(例如，由发动机12产生的排气中的排放浓度、排放流率、排放温度等)，并且对还原剂喷射控制器28提供反馈(例如，通过表示发动机参数的信号)。例如，一个或多个传感器15可设置在发动机12内或其附近或其近处(例如，下游)和SCR催化器组件34的上游。一个或多个传感器15可在处理之前(例如，通过SCR组件34)，测量NH3、NOx，或者由发动机12产生的排气13中的其它排放或种类的浓度。至少部分地基于来自一个或多个传感器15的反馈，还原剂喷射控制器28可确定发动机12是否在较富足的燃料状况下运行。当发动机12在较富足的燃料状况下运行时，产生的排放大体较高，并且需要使排放减少，以形成低碳排放。NH3储量估计模型56至少利用这些变量来产生NH3储量估计值68。
还原剂喷射控制器28利用NH3储量估计值68来产生控制动作54。还原剂喷射控制器28利用NH3储量测量值70来产生控制动作54。通过设置在SCR催化器组件34内的RF探头36来接收NH3储量测量值70。RF探头36输出电压测量值，以确定存储在SCR催化器组件34内的NH3的量。在一些实施例中，还原剂喷射控制器28可为比例积分微分控制器。还原剂喷射控制器28利用NH3储量估计值68和NH3储量测量值70来将误差值72(例如，θ控制信号)计算为NH3储量估计值68和NH3储量测量值70之间的差。在一些实施例中，储量误差值72可利用NO、NO2和/或由NH3储量估计模型56估计的NH3浓度来输出控制动作54。还原剂喷射控制算法76试图通过调节用以输出控制动作54的过程，基于NH3储量误差值72、SCR后NOx浓度64和SCR后NH3浓度66，来最大程度地减小误差。控制动作54可包括增加或减少还原剂量，提高或降低还原剂的温度等的喷射命令。还原剂喷射控制器28可提供指示需要纠正动作的用户可察觉信号。例如，可对还原剂喷射控制器28的显示器或远程装置上的显示器提供文本或视觉指示器。而且，可在还原剂喷射控制器28或远程装置上提供视觉(例如，通过发光装置，诸如LED)或可听信号(例如，通过扩音器)。还原剂喷射控制器28包括处理电路(例如，处理器30)和存储器电路(例如，存储器32)。处理器30可执行指令，以监测系统参数(燃料运行状况(例如，富足燃料状况)、排放水平(例如，NOx)等)，调整(例如，保持)进入SCR组件34的入口52的流体40的流率或温度。这些指令可编码在程序中，或者可为存储在诸如存储器32的有形的非暂时性计算机可读介质(例如，光盘、固态装置、芯片、固件)中的代码。处理器30还可访问存储在存储器32中的表或值。在某些实施例中，还原剂喷射系统38可通过泵或喷射器主动地驱动。在其它实施例中，还原剂喷射系统38可通过被动夹带而出现。
图4是用于控制喷射到SCR组件34的上游40的NH3或脲的量的计算机实现的方法90的实施例的流程图。方法90的所有步骤或一些步骤可由还原剂喷射控制器28执行(例如，利用处理器30来执行程序，以及访问存储在存储器32上的数据)。方法90进一步包括接收来自发动机的实际运行参数(框92)。方法90可包括接收SCR组件的上游和/或下游的流体内的NOx的浓度(框94)，以及/或者接收SCR催化器组件的上游和/或下游的流体内的NH3的浓度(框96)。方法90进一步包括利用NH3储量估计模型来确定NH3储量估计值(框98)。方法可进一步包括通过RF探头接收NH3储量估计值(框100)。方法90可进一步包括确定和校正NH3储量估计值和NH3储量测量值之间的误差值，并且基于NH3储量误差值来输出控制动作，而且确定SCR前NOx浓度和SCR后NOx浓度之间的NOx误差值(框102)，以基于NOx误差值来输出控制动作(框104)。输出动作可包括增大或减小还原剂的流率，提高或降低还原剂的温度等等。如果实现了期望NOx减少，则还原剂喷射控制器保持当前还原剂喷射命令，以继续当前减少效率。
公开的实施例的技术效果包括利用后处理系统来使发动机排气来自的排放减少的系统和方法。本公开的实施例利用催化器组件(例如，选择性催化还原(SCR))，其构造成用还原剂喷射系统主动地控制来自出口的排放的减少。还原剂喷射系统可用来控制喷射到SCR催化器组件上游的流体中的还原剂(例如，脲或NH3)的量。SCR催化器组件包括射频(RF)传感器，其设置在SCR催化器组件内，使得对控制器输出氨(NH3)储量测量值。控制器还利用NH3储量估计模型。NH3储量估计模型通过设置在发动机上或排气装置内的传感器来接收与发动机输入有关的信息(例如，排气温度、排气流率)。NH3储量估计模型还通过设置在SCR催化器组件的上游和/或下游的传感器(例如，NOx传感器、NH3传感器等)，接收包括(但不限于)下者的信息： SCR催化器组件上游和/或下游的排放(例如，NOx、NH3等)的浓度。基于接收到的信息，NH3储量模型估计SCR催化器的NH3储量估计值。控制器利用NH3储量估计值和NH3储量测量值来计算误差值或θ控制信号，控制器利用它们来产生θ控制信号。控制器可利用θ控制信号 (例如，在脲/NH3喷射控制算法中)以及NOx和/或NH3的测量值，来产生脲/NH3喷射命令(例如，调节、保持)，以控制喷射到SCR催化器组件的上游的脲/NH3的量。公开的系统和方法使得能够更精确地监测和/或控制NOx和NH3排放，尤其是在稀薄燃烧发动机运行状况下。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于减少来自内燃发动机的排放中的NOx的系统，包括：
排气后处理系统，其构造成处理来自内燃发动机的排放，其中，所述排气后处理系统包括：
选择性催化还原(SCR)催化器组件，其构造成接收来自所述内燃发动机的流体，其中，所述选择性催化还原催化器组件具有入口和出口；
至少一个射频(RF)探头，其设置在所述选择性催化还原催化器内，并且构造成测量所述选择性催化还原催化器的氨(NH3)储量；
喷射系统，其构造成将氨或脲喷射到所述选择性催化还原催化器的入口上游的流体中；
通信地联接到所述排气后处理系统上的控制器，其中，所述控制器构造成控制所述排气后处理系统的运行，以及接收表示所述选择性催化还原催化器上游的流体中的氮氧化物(NOx)或氨的测得浓度的信号，接收表示所述选择性催化还原催化器下游的流体的氮氧化物或氨的测得浓度的信号，或者它们的任何组合；以及来自所述至少一个射频探头的表示氨储量测量值的信号；以及
氨储量估计模型，其构造成至少基于表示所述选择性催化还原催化器上游的流体中的氮氧化物或氨的测得浓度的信号或表示所述选择性催化还原催化器下游的流体中的氮氧化物或氨的测得浓度的信号，或者它们的任何组合，来确定氨储量估计值；
其中，所述控制器构造成至少利用估计的氨储量估计值和所述氨储量测量值两者来输出用于所述喷射系统的控制动作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一氮氧化物传感器，其设置在所述选择性催化还原催化器的入口的上游，并且构造成测量在所述入口上游的流体中的氮氧化物的浓度，或者设置在所述选择性催化还原催化器的出口下游，并且构造成测量所述出口下游的流体中的氮氧化物的浓度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一氨传感器，其设置在所述选择性催化还原催化器的入口上游，并且构造成测量在所述入口上游的流体中的氨的浓度，或者设置在所述选择性催化还原催化器的出口下游，并且构造成测量所述出口下游的流体中的氨的浓度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成测量所述内燃发动机的运行参数的一个或多个传感器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器接收所述内燃发动机的运行参数，并且利用所述氨储量估计模型，至少部分地基于所述运行参数来确定所述氨储量估计值。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制动作包括调节喷射到所述选择性催化还原催化器的入口上游的流体中的氨或脲的量。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成接收表示所述选择性催化还原催化器上游的流体中的NOx和氨的测得浓度的信号。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括：所述内燃发动机联接到所述排气后处理系统上。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成确定所述氨储量估计值和所述氨储量测量值之间的氨储量误差值，以及基于所述氨储量误差值输出所述控制动作。
10.一种用于减少来自内燃发动机的排放中的NOx的系统，包括：
构造成处理来自内燃发动机的排放的排气后处理系统的控制器，其中，所述控制器构造成：接收表示选择性催化还原(SCR)催化器组件上游的流体内的氨(NH3)或氮氧化物(NOx)的测得浓度的信号；或者接收表示所述选择性催化还原催化器下游的流体中的氨或氮氧化物的测得浓度的信号，或者它们的任何组合；利用氨储量估计模型，基于所述选择性催化还原催化器上游或下游的流体中的氮氧化物的测得浓度和/或所述选择性催化还原催化器上游或下游的流体中的氨的测得浓度，来确定所述选择性催化还原催化器的氨储量估计值；接收来自设置在所述选择性催化还原催化器内的至少一个射频(RF)探头的表示所述选择性催化还原催化器的氨储量测量值的信号；以及至少基于所述氨储量测量值和所述氨储量估计值两者，来控制喷射系统喷射到所述选择性催化还原催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨的量。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成接收表示所述内燃发动机的测得的参数的信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成利用所述氨储量估计模型，至少部分地基于测得的运行参数来确定氨储量估计值。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器是比例积分微分控制器。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成确定所述氨储量估计值和所述氨储量测量值之间的氨储量误差值，以及基于所述氨储量误差值输出所述控制动作。
15.一种用于控制喷射到联接到内燃发动机上的选择性催化还原(SCR)催化器组件的入口上游的流体中的脲或氨(NH3)的方法，包括：
利用控制器来进行下者：
接收表示所述选择性催化还原催化器组件上游和/或下游的氮氧化物(NOx)和/或氨的测得浓度的信号；以及
接收来自设置在所述选择性催化还原催化器内的至少一个射频(RF)探头的表示所述选择性催化还原催化器组件的氨储量测量值的信号；
利用用以确定氨储量估计值的氨储量估计模型，至少基于表示所述选择性催化还原催化器上游或下游的流体中的氮氧化物的测得浓度的信号和/或表示所述选择性催化还原催化器上游或下游的流体中的氨的测得浓度的信号，来确定所述氨储量估计值；以及
至少部分地基于所述氨储量估计值和所述氨储量测量值，输出用于喷射系统的控制动作，其中，所述喷射系统将一定量的氨或脲喷射到所述选择性催化还原催化器组件的入口上游的流体中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述控制器来进行下者：
确定所述氨储量估计值和所述氨储量测量值之间的氨储量误差值；以及
基于所述氨误差值输出所述控制动作。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括产生氨或脲喷射命令，其调节氨或脲的喷射速率，以实现离开所述选择性催化还原组件的期望氮氧化物排放水平。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括接收表示所述内燃发动机的测得的运行参数的信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括利用所述氨储量估计模型，至少部分地基于所述运行参数，来确定所述氨储量估计值。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述运行参数包括离开所述内燃发动机的排气的排气流率和温度。
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