CN106257002A

CN106257002A - 选择性催化还原系统的分布式控制

Info

Publication number: CN106257002A
Application number: CN201610440073.1A
Authority: CN
Inventors: C·S·亨德里克森; D·尤帕德雅
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: US20160369676A1; DE102016111032A1; DE102016111032B4; RU2016122739A3; US9506390B1; RU2713236C2; CN106257002B; RU2016122739A

Abstract

本发明涉及选择性催化还原系统的分布式控制。提供了用于轴向并且径向地模拟SCR催化剂的还原剂温度和储存分布的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括模拟已储存还原剂在SCR催化剂的多个轴向区域和多个径向区域中的预期分布，该SCR催化剂被安排在发动机排气道中，并且将该预期分布与每个区域各自的还原剂储存设定点进行比较以便调节径向和轴向储存位置。

Description

选择性催化还原系统的分布式控制

技术领域

本说明书总体上涉及用于被安排在车辆排放控制系统中的选择性催化还原(SCR)催化剂的分布式控制的方法和系统。

背景技术

机动车辆(例如由加注汽油或加注柴油的内燃发动机所推进的机动车辆)的排放控制系统可以包括被配置成用来降低在燃料燃烧过程中所产生的排放物水平的一种或多种催化剂。例如，SCR催化剂可以被包含在排放控制系统中以降低发动机在燃料燃烧后所排放的氮氧化合物(NO_x)水平。喷射到SCR催化剂上游的排气道中的还原剂被吸附到该SCR催化剂内的基质上，并且当排气流动穿过该SCR催化剂时，储存在该SCR催化剂中的还原剂与排气中的NO_x发生反应。该还原剂可以是尿素，尿素在被吸附到该SCR催化剂内的表面上之前变成氨气(NH₃)。由该SCR催化剂储存的NH₃与排气中NO_x的发生反应产生副产品，例如N₂和H₂O。

喷射到该SCR催化剂上游的还原剂的量以及该SCR催化剂的还原剂储存能力影响该SCR催化剂的NO_x转化效率。SCR催化剂的储存能力根据该SCR催化剂的温度而变化。例如，如果大量的还原剂被喷射该SCR催化剂的上游并且被储存在该SCR催化剂中，则可实现高的NO_x转化效率。然而，如果大量的还原剂被喷射到该SCR催化剂的上游并且该SCR催化剂没有足够的储存能力，则一些该还原剂可“溢出”该SCR催化剂并且随后溢出排气尾管，产生不希望的排气排放(例如，过量的NH₃排放)。反之，如果喷射少量的还原剂，NOx转换效率可降低，因为可没有足够的还原剂储存在该SCR催化剂中来与流动穿过该SCR催化剂的排气中的NO_x发生反应并且减少排气中的NO_x。这可以产生有害的NO_x排放物，这些NO_x排放物来自车辆的排气尾管。

在某些示例中，车辆控制器被编程以通过基于模型化的还原剂储存水平与还原剂储存设定点之间的关系来调整还原剂喷射质量流速来最大化NOx转换效率并且最小化还原剂溢出。例如，因为在车辆运行过程中可直接测量储存在该SCR催化剂中的还原剂水平很困难，定向控制的模型可以用来估算某个给定时间储存在SCR催化剂中的还原剂水平。此外，因为NO_x转换效率和还原剂溢出高度依赖该SCR催化剂的温度，温度也必须作为控制策略的因素。为简便以及计算效率起见，一些定向控制的模型采用零维集总参数结构。在此类模型中，单一节点限定该SCR催化剂的所有动态特性，并忽略还原剂存储的轴向分布以及轴向/径向温度变化。因此，此类模型受限于其捕获温度梯度和/或还原剂储存分布对催化剂动态特性的效果的能力。

另一些示例定向控制的模型包括分布式模型，此类模型将该SCR系统离散成多个元件或片段，这些元件或片段分别具有各自的输入、输出和内部状态，例如还原剂储存水平和基质温度。例如，US2014/0032189描述了一种用于基于模型的排气后处理单元内的温度分布的确定的方法，其中该模型实际上将该单元轴向地并且径向地进行分区。在稳定的运行状态中，从该单元到其周围环境的径向温度分布考虑在内，然而在非稳定的运行状态中，将从排气到该单元的热传递考虑在内，排气轴向地流动穿过该单元。

发明内容

然而，在此，发明人已经意识到上述定向控制的模型的潜在问题。作为一个示例，仅仅考虑温度分布的模型可能没有充分地考虑SCR催化剂中的还原剂的储存分布。作为另一个示例，在上述方法中模型化的径向元件具有固定的尺寸，并且因此不能够精确地近似SCR催化剂的径向动态特性的实时发生的变化。仅有此处的发明人意识到先前方法中这些和其他问题可以通过一种方法来解决，该方法用于车辆发动机排放控制系统，在该系统中各种车辆运行参数被调整以最大化SCR催化剂的性能，其中这些调整是基于储存在SCR催化剂中的还原剂的估算的空间分布与储存在该催化剂中的还原剂的所希望的空间分布的比较。例如，如果空间分布的径向调整是所希望的，还原剂被喷射到该SCR催化剂中的压力被调整。此外，如果空间分布的轴向调整是所希望的，排气温度和/或NOx浓度被调整。例如，非均匀的径向和轴向还原剂储存和温度分布可以模拟真实的催化剂动态特性，使得SCR控制更加易于适应实时的催化剂和车辆状况。所得的稳健SCR控制可以有利地提高NOx转换效率并且降低氨气溢出，以便满足日益严格的排放控制条例。

仅有申请人已经认识到用于基于SCR催化剂的径向和轴向模型调整车辆运行参数的策略，以便实现该SCR催化剂的所希望的性能。例如，申请人已意识到位于SCR催化剂前面的还原剂的径向分布可以通过调节喷射到该SCR催化剂上游的还原剂的给料压力来主动调节，其中，该调节可选地设定时间以对应于期望的排气流速。然而，申请人已意识到仅仅调节还原剂的喷射可不提供足够的控制以实现遍及该SCR催化剂的所希望的还原剂储存设定点，例如因为仅仅调节还原剂喷射不能影响还原剂的轴向储存位置。为了克服这个限制，申请人已意识到进入该SCR催化剂的排气温度的积极波动可以致使储存在该SCR催化剂前部(例如，相对穿过该催化剂的排气流动而言，更靠近该催化剂的入口)的还原剂朝向该SCR催化剂的后部(例如，更靠近该催化剂的出口)移动，由此特别地以流过该催化剂的排气流的高速率有利地提高NOx还原效率。此外，申请人已意识到进入该SCR催化剂的排气中的NOx浓度的积极波动可以有利地减少已储存的还原剂的向后偏移(例如，还原剂向该催化剂后部储存的倾向)，由此有利地减少还原剂溢出并且增加燃料经济性。

应理解的是，上述发明内容被提供来以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在具体实施方式中被进一步描述。并不旨在确定所要求保护的主题的关键或本质特征，该主题的范围由随附权利要求书来唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本披露任何部分所提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1是示例发动机系统的示意图。

图2A-2C描述SCR催化剂模型的不同视图，其中该SCR催化剂被分区成轴向区域和径向区域。

图3A-3B描述SCR催化剂的其他示例性模型。

图1、2A-2C和3A-3B大致按比例示出。

图4是将SCR催化剂模型内径比与车辆速度及发动机排气温度与环境温度之间的差异相关联的曲线图。

图5A-5B是描述用于调节SCR催化剂中径向还原剂分布的方法的流程图。

图6是描述用于调节SCR催化剂中轴向还原剂分布的方法的流程图。

图7描述SCR催化剂实验的轴向和径向温度梯度随着时间变化的曲线图。

图8描述SCR催化剂性能的曲线图，这些曲线图是通过仿真实验获得的，这些仿真实验采用不同的用于已储存还原剂的空间分布的控制方法。

具体实施方式

以下描述涉及用于模拟SCR催化剂中还原剂的径向和轴向分布，例如该催化剂被包含在图1的发动机系统中。例如，该方法允许模拟多个轴向和径向区域，如在图2A-2C和3A-3B中所示出的。这些径向元件或区域可以具有随时间变化的体积比，这些体积比可以基于排气温度、环境温度和车辆速度来进行调节，如在图4中所示出的。控制器可以被配置成执行控制程序，例如图5A-5B的方法，以便通过致动喷射器来调节其进入该SCR催化剂中的雾化模式(pattern)从而调节该还原剂的径向储存位置。该控制器可以随后通过调节还原剂在SCR催化剂中的轴向储存位置来调节还原剂给料控制，如在图6中所示出的。温度梯度的效果在图7中被描述。通过考虑轴向和径向温度梯度，以及轴向储存和动态的径向储存分布，该模型可以提供该SCR系统的更稳健的控制，如图8所示出的。以此方式，有关还原剂溢出和NOx浓度的SCR系统估算可以根据车辆工况而被持续地修正，进而减少还原剂溢出并且改善排气排放。

现参照图1，示出示意图，该示意图示出了多缸发动机10的一个汽缸，其可以被包括在汽车的车辆推进系统100中。该发动机10可以至少部分地由控制器12以及通过来自车辆驾驶员132的输入经由输入装置130控制。在这个示例中，该输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。该发动机10的燃烧室(例如，汽缸)30可以包括燃烧室壁32，其中活塞36位于其中。该活塞36可以被耦接到曲轴40，以便该活塞的往复运动被转化成该曲轴的旋转运动。该曲轴40可以经由中间变速器系统被耦接到车辆的至少驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮被耦接到该曲轴40，以便能够实现该发动机10的起动操作。

该燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气空气并且可以经由排气道48排放燃烧气体。该进气歧管44和排气道48能够经由各自的进气门52和排气门54来选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，该燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在图1所描述的示例中，该进气门52和排气门54可以由凸轮致动经由各自的凸轮致动系统51和53来控制。该凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮并且可以利用凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)、和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，其可以由控制器12操作以改变气门操作。该进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57来确定。在替代的实施例中，该进气门52和/或排气门54可以被电动气门驱动控制。例如，该汽缸30可以替代地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由凸轮致动控制的排气门，该凸轮致动包括CPS和/或VCT系统。

在一些实施例中，该发动机10的每个汽缸可以配置有为其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，示出了包括一个燃料喷射器66的该汽缸30。示出了该燃料喷射器66被直接耦接到该汽缸30用于将与信号FPW的脉冲宽度成比例的燃料直接喷射其内，该信号经由电子驱动器68从控制器12接收。以此方式，该燃料喷射器66提供了所谓的到该燃烧汽缸30的燃料的直接喷射(下文还称为“DI”)。

应认识到的是，在替代实施例中，该喷射器66可以是进气道喷射器，其为该汽缸30上游的进气道提供燃料。还应认识到的是，该汽缸30可以接收来自多个喷射器的燃料，例如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。

在一个示例中，该发动机10是柴油发动机，其通过压缩点火来燃烧空气和柴油燃料。在其他非限制性实施例中，该发动机10可以通过压缩点火和/或火花点火来燃烧不同的燃料，包括汽油、生物柴油或含有混合燃料(例如，汽油和乙醇或汽油和甲醇)的酒精。

该进气道42可以包括节气门62，该节气门具有节流板64。在这个具体的示例中，该节流板64的位置可以由控制器12经由信号来改变，该信号被提供到包括有该节气门62包括的电动马达或致动器，此配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，该节气门62可以被操作以改变提供给其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。该节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP来提供给控制器12。该进气道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于为控制器12分别提供信号MAF和MAP。

此外，在所披露的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以将来自排气道48的排气所希望的部分经由EGR通道140引到该进气歧管44。提供给该进气歧管44的EGR的量可以由控制器12经由EGR阀142来改变。通过将排气引入到发动机10，用于燃烧的可获得的氧气量减少了，由此例如降低燃烧火焰温度并且减少NOx的形成。如所描述的，该EGR系统进一步包括EGR传感器144，该传感器可以被安排在该EGR通道140内并且可以提供排气压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。在某些条件下，该EGR系统可以被用来调整该燃烧室内的空气燃料混合物的温度，进而在某些燃烧模式下提供控制点火正时的方法。此外，在某些条件期间，燃烧气体的一部分可以通过控制排气门正时(例如通过控制可变气门正时机构)而被保留或捕获在该燃烧室内。

排气系统128包括排气空燃比传感器126，该传感器被耦接到排气处理系统150上游的该排气道48。该传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，如，线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、两态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。示出了该排气处理系统150沿该排气通道48安排在排气空燃比传感器126下游。在此，从该发动机排出后进入该排气处理系统的排气被可替代地称为原料气。

在图1中所示出的示例中，该排气处理系统150包括基于尿素的SCR系统。所述的SCR系统包括至少一种还原催化剂(例如在图1中示出的SCR催化剂152)、还原剂储存槽(例如在图1中示出的尿素储存器154)、以及还原剂给料系统(该给料系统可以包括例如图1中示出的尿素喷射器156)。然而，在其他实施例中，该排气处理系统150可以附加地或替代地包括其他部件，例如微粒过滤器、稀NO_x捕获器、三元催化剂、各种其他排放控制装置、或其组合。例如，尿素喷射器156可以被放置在SCR催化剂152的上游并且在氧化催化剂的下游。

在所述的示例中，该尿素喷射器156将来自尿素储存器154的尿素喷射到SCR催化剂152上游的排气道48。然而，各种替代方法可以被用于将还原剂引入SCR催化剂152上游，例如向SCR催化剂152喷射或计量产生氨气的固体尿素粒。在另一个示例中，稀NO_x捕获器可以被放置在该SCR催化剂152的上游，以产生氨气用于该SCR催化剂152，这取决于供给到该稀NO_x捕获器的空燃比的程度或含量(richness)。

在所述的实施例中，该排气处理系统150进一步包括尾管排气传感器158，该尾管排气传感器被布置在该SCR催化剂152的下游。在一个示例中，尾管排气传感器158可以是NO_x传感器，该传感器被配置成在后SCR催化剂NO_x经由排气道48的尾管释放到大气中之前来测量后SCR催化剂NO_x的量。如所示出的，在图1的实施例中，排气处理系统150还包括位于SCR催化剂152上游和尿素喷射器156下游的原料气传感器160。在一个示例中，原料气传感器160还可以是NO_x传感器，该传感器被配置成测量在该SCR催化剂上游的排气道中流动的该排气中的NO_x量。

该SCR系统的NO_x转换效率水平可以基于尾管排气传感器158和原料气传感器160中的一个或多个的(一个或多个)输出来确定。例如，该SCR系统的NO_x转换效率水平可以通过将该SCR催化剂上游的NO_x水平(例如由传感器160所测得的NO_x水平)与该SCR催化剂下游的NO_x水平(例如由传感器158所测得的NO_x水平)进行比较来确定。该SCR催化剂的NO_x转换效率水平的确定也可以基于排气空燃比传感器126的输出。在其他示例中，排气传感器158和160各自可以是任何用于确定排气成分浓度的合适的传感器，例如，UEGO、EGO、HEGO、HC、CO传感器等等。附加地或替代地，原料气NO_x模型能够被用于估算该SCR催化剂上游的NO_x浓度。

在图1中示出控制器12作为微计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在此具体的示例中被示出为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行编程和校准值的电子存储媒介、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110、以及数据总线。该控制器12可以与耦接到该发动机10的传感器通信并且因此接收来自这些传感器的各种信号，除先前所讨论的那些信号之外，包括来自质量空气流量传感器120的所引入的质量空气流量(MAF)的测量；来自被耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却温度(ECT)；来自耦接到该曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)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)；来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP；来自传感器126的排气空/燃比；以及来自传感器160和158的排气成分浓度。可以通过控制器12根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。

该存储媒介只读存储器106能够利用永久的、计算机可读的数据来编程，该数据表示由处理器102可执行的指令，用于执行下文所述的方法以及其他可以预期但没有被具体列出的变体。在此参考图5A-5B和图6描述了示例性方法。

如上所述的，图1示出多缸发动机的仅一个汽缸。图1中所示出的汽缸的描述同样适用于该多缸发动机的其他汽缸。例如，每个汽缸可以包括其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

现转到图2A，该图描述了SCR催化剂(例如图1的SCR催化剂152)的示例性径向和轴向模型200的透视图。可以通过控制器(例如图1的控制器12)基于储存在该控制器永久存储器中的SCR催化剂的嵌入式模型来产生模型200。例如，该控制器可以包括储存在永久存储器中的指令以通过将该SCR催化剂的嵌入式模型分区成多个径向区域和/或多个轴向区域，来产生该SCR催化剂的虚拟模型。

箭头212示出了进入该SCR催化剂的排气流方向，其由模型200来模拟。附加地，箭头212还可对应于由还原剂喷射器喷射的还原剂方向，该还原剂喷射器(例如图1的尿素喷射器156)被布置在该SCR催化剂的上游。

在图2A所示出的实施例中，模型200被划分成两个径向区域。这两个径向区域包括外径向区域N_r1和内径向区域N_r2。外径向区域N_r1围绕内径向区域N_r2，使得内径向区域N_r2被模型化为该模型化的SCR催化剂的圆柱体中心并且该外径向区域N_r1被模型化为空心圆柱体。该内径向区域N_r2的圆周与该外径向区域N_r1的内圆周是同延的(coextensive)并且相等，并且在内径向区域和外径向区域之间形成边界。如所示出的，该外径向区域的外圆周与该内径向区域的圆周以及该外径向区域的内圆周是同心的。该外径向区域的外圆周可以与该模型化的SCR催化剂本身的圆周同延并且相等。在发动机运行过程中，该外径向区域的温度可以趋于低于该内径向区域的温度。当图2A的实施例恰好包括两个径向区域时，可以设想该模型可以包括两个以上径向区域。例如，该模型可以包括三个径向区域(例如N_r1、N_r2、N_r3)、四个径向区域(例如N_r1、Nr₂、N_r3、N_r4)、五个径向区域(例如N_r1、Nr₂、N_r3、N_r4、N_r5)、六个径向区域(例如N_r1、Nr₂、N_r3、N_r4、N_r5、N_r6)或大于二的任何其他数量的径向区域。在一些示例中，所有径向区域的体积和可以等于该模型化的SCR催化剂的整个体积。然而，在其他示例中，可以仅仅使用局部径向模型，使得所有径向区域的体积和可小于该模型化的SCR催化剂的整个体积。

如在图2A中所进一步示出的，模型200被划分成两个轴向区域。这两个轴向区域包括前轴向区域N_a1和后轴向区域N_a2。前轴向区域N_a1在其第一轴向侧上由该模型化的SCR催化剂的前面214来分界，并且在其第二轴向侧上由后轴向区域N_a2的第一轴向侧来分界。该模型化的SCR催化剂的前面214相对于通过由该模型所代表的模型化SCR催化剂的排气流动而言在该模型化SCR催化剂的上游面；该模型化SCR催化剂进一步包括端面216，该端面相对穿过由该模型所代表的SCR催化剂的排气流动而言在该模型化SCR催化剂的下游面。在由该模型200所模拟的SCR催化剂处理后，排气在离开该SCR催化剂时可以流动穿过端面216。如所示出的，前面214和端面216在平面上是有取向的，这些平面垂直于排气管道中的排气流的方向，该排气管道紧接由该模型200所代表的SCR催化剂的上游。

虽然图2A的实施例恰好包括两个轴向区域，但是可以设想该模型可以包括两个以上的轴向区域。例如，该模型可以包括三个轴向区域(例如N_a1、N_a2、N_a3)、四个轴向区域(例如N_a1、N_a2、N_a3、N_a4)、五个轴向区域(例如N_a1、N_a2、N_a3、N_a4、N_a5)、六个轴向区域(例如N_a1、N_a2、N_a3、N_a4、N_a5、N_r6)或大于二的任何其他数量的轴向区域。在一些示例中，所有径向区域的体积和可以等于该模型化的SCR催化剂的整个体积。然而，在其他示例中，可以仅仅使用局部轴向模型，使得所有轴向区域的体积和可小于该模型化的SCR催化剂的整个体积。

每个轴向和径向区域处的温度可以通过该控制器基于储存在该控制器的永久储存器中的SCR催化剂热模型来估算。在一些示例中，该热模型可以是动态模型，在模型中处于该SCR催化剂不同位置所估算的催化剂基质温度基于车辆运行状态、环境影响以及流动限制而不同于该后处理系统内的后处理装置。该热模型可以通过模拟该系统中各种形式的热传递来估算处于该SCR催化剂不同位置处的该SCR催化剂的基质或壁温度。这些包括在该排气与基质之间的热传递、到大气的热损失、相邻轴向或径向催化剂元件之间的传导、以及潜在地从该防热SCR化学反应获得的热量。热传导率可以由系统的几何形状、材料特性以及系统状态等等来决定，例如当前排气温度和质量流速、基质温度和环境温度。例如，该热模型可以包括该SCR催化剂在径向和轴向方向上所估算的热梯度。在模型200中，该热模型可以作为用于将该SCR催化剂分区成轴向和径向区域的基础，使得每个区域的数量/体积/尺寸/相对位置以及任选地区域的数量可以是基于该模型化的热梯度。例如，在具有两个径向区域和两个轴向区域的实施例(例如在图2A-2C中所示出的实施例)中，该内径向区域的半径R_in和该外径向区域的径向厚度(例如，该径向厚度等于该SCR催化剂本身的半径与该内径向区域半径之间的差值)可以基于该SCR催化剂的热模型以及基于环境温度以及该SCR催化剂到其周围环境的预估的热损失来确定。在一些示例中，环境温度、预估的热损失、以及其他影响该SCR催化剂内部温度的参数可以结合到该热模型中，然而在其他示例中，这些参数连同该热模型可以作为决定这些区域尺寸的因素。

图2B是模型200沿图2A中的线B-B截取的局部截面视图，在该视图中示出了内径向区域N_r2的半径R_in、该模型化SCR催化剂的半径R_out、以及外径向区域N_r1的径向厚度R_th。在所述的示例中，径向厚度R_th等于半径R_out与半径R_in之间的差值。不同于半径R_in和径向厚度R_th，半径R_out是由该模型200所模拟的SCR催化剂的半径，并且因此具有固定的长度，该长度等于示例中该SCR催化剂的半径(例如该SCR催化剂的中心纵向轴线218与该SCR催化剂圆周处的点之间的距离)，在这些示例中该SCR催化剂具有圆柱体形状。相反地，由该模型所限定的内径R_in的长度基于该热模型和其他气体车辆运行参数而变化。例如，除其他因素外，该内径可以根据该SCR催化剂的模拟径向温度梯度、环境温度、进入的排气流温度、车辆速度以及预估的热损失而变化。内径R_in因此是动态的并且在车辆运行过程中可以基于模拟的温度梯度而变化(例如增大或减小)，如在下文中参照图4所详细讨论的。

在车辆运行过程中该内径R_in的变化导致模型200的径向区域的相对尺寸的变化，并且因此这些径向区域的体积比在车辆运行过程中随时间而变化。例如，该模拟的外径向区域N_r1的体积可以分别随着较冷和较热的环境温度而膨胀和收缩。该体积可以随车辆运行参数变化而实时连续地调整，或替代地，该体积可以仅仅当车辆运行参数超过预定的阈值时被调整。例如，该模型200中的内径向区域和外径向区域的体积比可以在环境温度超过阈值(例如定义冷、中间以及热的温度范围的阈值)时变化。该膨胀和收缩对应于发生在该SCR催化剂中的实时温度变化。

图2C是模型200沿图2A的线C-C截取的截面视图。如在图2C中所示出的，外径向区域N_r1在截面视图中显示为与内径向区域N_r2同心的环形区域。如上所讨论的，该外径向区域N_r1的径向厚度R_th可以基于SCR催化剂的热模型和/或基于车辆运行参数而波动。

现参考图3A，它将图2A-2C中的模型200关联到示例性四象限轴向和径向模型300。在模型300中，模型200的每个径向和轴向区域由元件1-4中的一个来表示。元件1可以表示模型200的内径向区域N_r2与模型200的前轴向区域N_a1的交叉部(例如共同体积)；元件2可以表示内径向区域N_r2与后轴向区域N_a2的交叉部；元件3可以表示外径向区域N_r1与前轴向区域N_a1的交叉部；以及元件4可以表示外径向区域N_r1与后轴向区域N_a2的交叉部。元件1-4各自具有相同的由该SCR催化剂的四个主要SCR反应所描述的化学动态特性(吸附作用、反吸附作用、还原反应和氧化反应)，但是利用独立的NH₃储存水平和温度来模拟的。初始的模型输入是原料气NO_x浓度NH₃输入浓度排气温度以及排气质量流速在本示例中，所有输入可以被认为是均匀地分布在该SCR催化剂的前面上。在本示例中，输入NO_x和NH₃浓度和排气温度对元件1和3而言是一样的，而元件1和3中的每个的输入排气质量流速是由内外元件面积比决定的：

{\overset{\cdot}{m}}_{e x h}^{1} = \frac{A_{1}}{A_{t o t}} {\overset{\cdot}{m}}_{e x h}, {\overset{\cdot}{m}}_{e x h}^{3} = \frac{A_{3}}{A_{t o t}} {\overset{\cdot}{m}}_{e x h}

在一些示例中，如果利用已知的实时车辆参数将NH₃分布映射到先前实验的数据或CFD模拟，则均匀NH₃分布假设可以不严格。这个映射通常作为分布因素被提供用于车辆系统的独特混频器设计，并且根据排气流速、尿素喷射压力、喷射量和环境温度而变化。

该模型300的输出可以是表示离开该SCR催化剂的排气中的NO_x和NH₃浓度的单一信号，可以将这个信号与传感器输出进行比较，该传感器测量在该SCR催化剂下游的单一位置处的排气成分。这些元件的输出可以被认为在这个位置处已经混合在一起。所感测到的浓度可以根据面积比来描述，如下文所述：

C_{N O x}^{o u t} = \frac{A_{1}}{A_{t o t}} C_{N O x}^{o u t, 2} + \frac{A_{3}}{A_{t o t}} C_{N O x}^{o u t, 4}, C_{N H 3}^{o u t} = \frac{A_{1}}{A_{t o t}} C_{N H 3}^{o u t, 2} + \frac{A_{3}}{A_{t o t}} C_{N H 3}^{o u t, 4}

当模拟单一的块系统(例如，具有单一集成的SCR催化剂的系统)，来自元件1和3的输出被分别指定为下游元件2和4的输入。替代地，当模拟SCR催化剂时，在上游元件(例如元件1和3)下游的排气能够在进入下游元件(例如元件2和4)前混合，该SCR催化剂被分离成多个装置，这些装配被管道所分开。在此类示例中，下游元件的输入可以被认为是均匀分布并且能够利用上述等式来计算。

图3B示出了还原剂在SCR催化剂中模拟的轴向和径向分布的另一个示例性实施例，该SCR还原剂具有多个模拟的轴向和径向区域。图3B的模型302类似于模型200，除了其恰好包括三个径向区域(N_r1、N_r2、N_r3)和三个轴向区域(N_a1、N_a2、N_a3)外。尽管较多数量的区域能够更加精确地捕捉到突然变化的温度或还原剂储存梯度，但是它们可能增加该微处理器单元的计算量。

将认识到，图1、图2A-2C和图3A-3B示出了示例性的配置，这些配置具有各种部件间的相对定位。至少在一个示例中，如果示出的是彼此直接接触或直接耦接，则此类元件可以被分别称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，如果元件示出的是彼此邻接或邻近，则元件可以分别彼此邻接或邻近。例如，布置成彼此共面接触的部件可以被称之为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，其之间只有空间并且没有其他部件的被布置成彼此分开的元件可以如此称呼。

图4示出了曲线图400，该曲线图描述了车辆速度、排气温度以及环境温度可如何影响模型化的SCR催化剂的内径向区域半径(例如半径R_in)与该模型化的SCR催化剂半径(例如半径R_out)之比的。在曲线图400中，半径比是沿Y轴描绘的，车辆速度(千米每小时)是沿Z轴描绘的，并且排气温度与环境温度之间的差值(摄氏温度)是沿X轴描绘的。

如在曲线图400中所示出的，假设其他所有参数值保持不变，则该模型化的内径向区域半径与该模型化的SCR催化剂的半径之比可随着排气温度(T_gas，in)与环境温度(T_amb)之间的差值(例如，该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失)增大而减小。例如，该比可以与T_gas，in和T_amb之间的差值成反比。随着车辆速度(V_ss)的增加该比可以进一步减小(例如，使得该比与车辆速度成反比)。在一个示例中，R_in与R_out之比可以由以下方程式来确定：

\frac{R_{i n}}{R_{o u t}} = {ke}^{\frac{- C 1 * (T_{g a s, i n} - T_{a m b})}{{ΔT}_{r e f}}} e^{\frac{- c 2 * V_{S S}}{V_{S S, r e f}}}

在该模型中，R_in，R_out与R_in，min的预定的最小值之间的关系可以被表示为：

R_in，min≤R≤R_out

前进到图5A，其示出了用于基于在被布置在发动机排气道中的SCR催化剂的多个径向区域中所储存的还原剂的预期分布模型调节还原剂喷射的方法500的流程图，该SCR催化剂例如图1中的SCR催化剂152。用于执行方法500的指令以及此处所包括的其余方法可以由控制器(例如图1中的控制器12)基于储存在该控制器存储器中的指令并且连同从该车辆系统的传感器(如，上述参照图1的传感器)接收到的信号来执行。该控制器可以根据下文所述的方法利用该车辆系统的致动器来调节该车辆系统的运行。

在502处，方法500包括测量和/或估算车辆运行参数。在一个非限制性示例中，这些运行参数可以包括环境温度、进入该SCR催化剂的排气的温度、离开该SCR催化剂的排气的温度、车辆速度、以及进入该SCR催化剂的排气的流速。

在504处，方法500包括基于热模型来估测该SCR催化剂的径向温度梯度。例如，在502处测量和/或估算的运行参数可以被用为到热模型的输入，该热模型模拟该SCR催化剂内的局部温度，其中该热模型包括径向温度梯度，该径向温度梯度代表该SCR催化剂中温度变化，该温度变化根据到该SCR催化剂的中心纵轴线的径向距离而变化。附加地或替代地，该径向温度梯度可以基于环境温度和/或该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失来确定。

在506处，方法500包括基于SCR体积离散规则来限定该模型化的SCR催化剂的多个径向区域。例如，该体积离散规则可以是热体积离散规则，该规则限定了该SCR催化剂模型化的内外径向区域的体积比。例如，较冷的外区域可以随着较冷和较热的环境温度而膨胀和收缩，并且因此内径向区域的半径(例如内径向区域N_r2的半径R_in)可以被模型化成实时收缩和膨胀，例如，根据环境温度、车辆速度和原料气温度而变化。以此方式，模型化的径向区域的相对体积可以随着时间被连续调节。然而，在替代的示例中，模型化的径向区域的体积可以在环境温度超过多个离散的温度阈值时被调整。通过限定SCR催化剂模型中的内径向区域和外径向区域，并且然后调节限定这些区域的半径来实现这些区域之间的所希望的体积比，车辆运行参数的实时值可以作为该SCR催化剂内局部温度的建模因素，这可以有利地提高该模型的准确性。

在508处，方法500包括重新建立(例如调整)该SCR催化剂的嵌入式模型以便解释在506处所限定的径向区域。这可以涉及将储存重新分配到各种径向离散的储存元件中。如此处所述的，车辆控制器可以包括该车辆系统的SCR催化剂的嵌入式模型，例如该模型在车辆的制造过程中被存储在该控制器的存储器中。该嵌入式模型可以是基于关于该具体的SCR催化剂特性的数据(例如该SCR催化剂的物理结构/尺寸以及形成该SCR催化剂的各种材料和涂层)，该SCR催化剂被包括在该车辆系统中。该嵌入式模型可以在508处被修改以便体现基于该热模型限定的径向区域。然而，在其他示例中，分离模型可以被储存在存储器中，该分离模型包括在506处限定的径向区域，并且该控制器可以基于来自该嵌入式模型的数据而产生该分离模型。

在510处，该方法可以为限定的径向区域中的每个区域建立覆盖率并且根据所希望的储存设定点计算局部储存误差。如在此所使用的，该覆盖率是在给定工况下所考虑的该催化剂区域上的实际储存与可能总储存之比。覆盖率可以利用局部估算的SCR催化剂基质温度(例如，基于该SCR催化剂的热模型)借助动态模型(例如，说明吸附作用、解吸附作用、氧化作用以及通过还原剂产生的NO_x的还原作用的模型)通过模拟该SCR催化剂中的还原剂储存来确立。例如，该动态模型可以包括通过该还原剂(例如氨气)的NO_x还原作用的反应速率以及该还原剂并行的氧化作用的反应速率。该动态模型的其他输入可以包括进入该SCR催化剂的排气的NO_x和NH₃浓度、该SCR催化剂内的局部排气质量流速等等。局部模型化的还原剂储存水平可以然后与对应的所希望的局部储存设定点来进行比较从而确定局部储存误差。例如，局部储存误差可以等于具体的径向区域中模型化的还原剂储存水平与那个区域的还原剂储存设定点之间的差值。在此，该内径向区域的覆盖率被称作为成m_inner，该内径向区域在恰好具有两个径向区域的模型中，然而该外径向区域的覆盖率被称作为m_outer，该外径向区域在恰好具有两个径向区域的模型中。此外，在此，该内径向区域的局部还原剂设定点被称作为成SP_inner，该内径向区域在恰好具有两个径向区域的模型中，然而该外径向区域的局部还原剂储存设定点被称作为SP_outer，该外径向区域在恰好具有两个径向区域的模型中。

在512处，在该模型被恰好分离成两个径向区域的示例中，方法500包括例如以在图5B的方法514中所提出的方式来调节还原剂喷射以便最大地利用储存区域并且以便消耗过度储存区域，这些储存区域具有储存有效性。如在下文中参照图5B所述的，调整还原剂喷射可以包括调整喷射压力、喷射量、和/或喷射正时。调节可以是基于将储存在给定径向区域(例如，恰好具有两个径向区域的模型中的内径向区域和外径向区域)中的还原剂的模拟量与那个区域对应的储存设定点进行比较。下文中的图表描述了对应此类比较结果的对还原剂喷射的不同的示例性调节。

在512后，方法500结束。

现参考图5B，该图示出了方法514的流程图，该方法用于调节还原剂喷射以最大化利用具有储存有效性的储存区域并且以便消耗该SCR催化剂的过度储存区域，该方法对应于在上述图表中概述的还原剂喷射控制策略。如以上所指出的，方法514可以连同方法500的512来执行，并且被特别地调整来适应示例，在该示例中该模型恰好包括两个径向区域。然而，将认识到，类似的方法可以基于类似原理被执行来用于具有更多数量的径向区域模型。

在516处，方法514包括确定模型中的该外径向区域的覆盖率是否大于或等于该外径向区域的局部还原剂储存设定点(SP_outer)，该模型恰好具有两个径向区域(m_outer)。在一个示例中，该确定可以借助两个量之间的比较来在该控制器处做出。

如果在516处的答案是“是”，则方法514进入518以确定模型中的该内径向区域的覆盖率是否小于该内径向区域的局部还原剂储存设定点(SP_inner)，该模型恰好具有两个径向区域(m_inner)。在一个示例中，该确定可以借助两个量之间的比较来在该车辆控制器处做出。如果在518处的答案是“是”，则方法514进入520。

在520处，该方法包括降低还原剂(例如尿素)被喷射到该SCR催化剂的压力。例如，该控制器可以发送信号给该还原剂给料系统的致动器，这将导致该还原剂喷射器的喷射压力降低。在520后，该方法或者结束，或者可选地进入522。

在522处，该方法包括调节还原剂喷射正时来在高排气流速期间喷射还原剂。例如，该控制器可以接收来自该排气系统传感器的指示当前排气流速的信号，并且可以将信号发送到还原剂喷射器的致动器以便在排气流速高于阈值时开始还原剂喷射并且以便在排气流速降到低于该阈值时停止还原剂喷射。在522后，方法514或者结束，或者可选地进入524。

在524处，方法514包括在需要更高效率时增加所喷射的还原剂量。例如，该控制器可以确定该SCR催化剂当前的NO_x还原效率，例如基于来自该车辆系统的各种传感器的信号。如果确定当前NO_x还原效率低于所希望的效率水平，则该控制器可以发送信号到该还原剂喷射器的致动器以便增加喷射到该SCR催化剂上游的还原剂的量。在524后，方法514结束。

回到518，如果答案是“否”，则该方法进入526以便以额定喷射压力来喷射还原剂并且减少还原剂喷射量。该额定的喷射压力可以是车辆系统中用于还原剂喷射的默认压力，该额定喷射压力被定义用于最佳的喷射分布从而提供还原剂的最大化均匀径向分化。在526后，方法514结束。

回到516，如果答案是“否”，则该方法进入528例如以所述用于518的方式来确定m_inner是否小于SP_inner。如果在528处的答案是“否”，则方法514进入530。

在530处，方法514包括增加还原剂被喷射到该SCR催化剂上游的压力。例如，该控制器可以发送信号给该还原剂给料系统的致动器，这将影响该还原剂喷射器的喷射压力上升。

在530后，方法514或者结束或者任选地进入532以便在低排气流速期间调节还原剂喷射正时来喷射还原剂。例如，该控制器可以接收来自该排气系统的传感器的信号来指示当前排气流速，并且可以将信号发送到还原剂喷射器的致动器以便在排气流速低于阈值时开始还原剂喷射并且以便在排气流速降到超过该阈值时停止还原剂喷射。在532后，方法514结束。

回到528，如果答案是“是”，则该方法包括以额定喷射压力喷射还原剂并且增加还原剂喷射量。如上所指出的，该额定的喷射压力可以是车辆系统中用于还原剂喷射的默认压力，该额定喷射压力被定义用于最佳的喷射分布从而提供还原剂的最大化均匀径向分化。在534后，方法514结束。

根据方法514，可以采用各种还原剂喷射策略以便实现所希望的结果。以此方式调节还原剂喷射的技术效果是在该SCR催化剂前面处的还原剂分布是还原剂给料压力和排气流速的函数，并且对于给定的混合器设计和喷射位置而言是特定的。以此方式，还原剂的给料压力能够被主动地控制，并且给料能够是定时的，以对应于高或低的排气流速来改变进入该催化剂的还原剂的径向分布。

因此，根据本披露用于车辆排放控制系统的方法可以包括在储存在该外径向区域中的还原剂的量大于或等于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域中的还原剂的量小于该内径向区域的还原剂储存设定点时降低还原剂喷射压力。降低还原剂喷射压力可以有利地产生更高的还原剂浓度，由此增加m_inner，该还原剂储存在该SCR催化剂的径向中心部分。因此，调节还原剂喷射压力可以提供对该SCR催化剂中所储存的还原剂径向分布的控制。

该方法可以进一步包括：如果储存在该外径向区域中的还原剂的量大于或等于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域中的还原剂的量小于该内径向区域的还原剂储存设定点，则当进入该SCR催化剂的排气流速高于阈值时调节还原剂喷射正时发生。以此方式来调节还原剂喷射正时还可以提供对还原剂雾化模式的控制，使得实现所希望的所储存的还原剂的径向分布(在这种情况下，该SCR催化剂中心所储存的更高的还原剂浓度)。

此外，该方法可以包括：如果储存在该外径向区域中的还原剂的量大于或等于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域中的还原剂的量小于该内径向区域的还原剂储存设定点，则增加还原剂的喷射量。在这些条件下增加所喷射的还原剂量可以有利地增加NO_x还原效率。

相反地，该方法可以在储存在该外径向区域中的还原剂的量大于或等于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域中的还原剂的量大于或等于该内径向区域的还原剂储存设定点时将还原剂喷射压力维持在额定水平并且减少所喷射的还原剂量。如此可以在比希望更多的还原剂被储存在该SCR催化剂中的情况期间，有利地确保还原剂均匀的径向分布同时控制还原剂的溢出(例如NH₃)，其可以其他方式发生。

根据方法514，用于车辆排放控制系统的方法可以进一步包括在储存在该外径向区域中的还原剂的量小于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域中的还原剂的量小于该内径向区域的还原剂储存设定点时将还原剂喷射压力维持在额定水平并且增加所喷射的还原剂量。如此可以有利地确保还原剂均匀的径向分布同时增加NO_x还原效率。

相反地，如果储存在该外径向区域中的还原剂量小于该外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在该内径向区域的还原剂量大于或等于该内径向区域的还原剂储存设定点，则该方法可以包括增加还原剂喷射压力，并且当进入该SCR催化剂的排气流速低于阈值时任选地调节还原剂喷射正时以发生。此类操作可以实现储存在该SCR催化剂外围(例如外径向区域)的更高的还原剂浓度。

现转到图6，该图示出了方法600的流程图，该方法用于基于预估的轴向温度梯度来调节还原剂在SCR催化剂中的轴向储存位置。车辆控制器(例如图1中的控制器12)可以包括处理器和永久的、计算机可读媒介，该媒介存储由该处理器可执行的指令以便与各种传感器通信并且控制该车辆系统的各种致动器以便执行方法600。此外，方法600可以结合方法500例如同时地或顺序地执行。

在602处，方法600包括测量和/或估算车辆运行参数，例如以上述用于方法500的步骤502的方式。

在604处，该方法可以基于该SCR催化剂的热模型来估测该SCR催化剂的轴向温度梯度。例如，在602处测量和/或估算的运行参数可以被用为到热模型的输入，该热模型模拟该SCR催化剂内的局部温度，其中该热模型包括轴向温度梯度，该轴向温度梯度代表该SCR催化剂中的随该SCR催化剂轴向长度的温度变化。附加地或替代地，该轴向温度梯度可以基于环境温度和/或该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失来确定。

在605处，方法600包括限定该SCR催化剂的轴向区域，例如以对上述方法500的步骤506中的动作类似的方式。

在606处，该方法可以为限定的轴向区域中的每个区域建立覆盖率并且根据所希望的储存设定点计算局部储存误差。例如，该方法可以基于在604处预测的轴向温度梯度将每个轴向区域的分布与每个区域的还原剂储存设定点进行比较，进而计算局部储存误差。此外，可以使用动态模型来建立局部还原剂储存，例如在SCR催化剂中的轴向温度分布模型可以被用作该动态模型的输入，由此建立轴向的还原剂储存分布模型，其可以与局部的还原剂储存设定点进行比较以便确定局部储存误差。

在608处，方法600包括确定所储存的还原剂分布是否超过界限向该SCR催化剂的前部或后部偏离。例如，该确定可以由该车辆的控制器基于在606处计算的局部储存误差来执行。所储存的还原剂的前部和后部偏离的界限可以是存储在该控制器的存储器中的预定界限。例如，如果该SCR催化剂的前轴向区域的局部储存误差大于阈值同时该SCR催化剂的后轴向区域的局部储存误差不大于阈值时，则所存储的还原剂分布可以超过界限朝前部偏离。作为另一个示例，如果该SCR催化剂的后轴向区域的局部储存误差大于阈值同时该SCR催化剂的前轴向区域的局部储存误差不大于阈值时，则所存储的还原剂分布可以超过界限朝后部偏离。然而，用于执行该确定的其他方法可以被执行而不脱离本披露的范围。

如果在608处的答案是“否”，则方法600结束。否则，如果在608处的答案是“是”，则方法600进入609。如果该分布向前偏离，则方法600从609进入到610。

在610处，该方法包括确定是否存在温度波动进入条件。例如，如果当前车辆工况允许对排气温度的调节而不影响车辆运行，则温度波动进入条件存在，这可基于车辆运行参数(例如在602处测量和/或估算的那些参数)来确定。

如果在610处确定温度波动进入条件不存在，则方法600结束。否则，该方法进入612以便暂时地增加进入该SCR催化剂的排气温度(即原料气温度)，以通过将还原剂溢出到该SCR催化剂的中间或下游侧，减少储存在该SCR催化剂上游侧处的还原剂量。例如该方法可以通过调节进入该SCR催化剂的排气温度来将轴向的还原剂储存位置从该催化剂的前部调整到后部。在一个示例中，调节排气的温度可以包括通过调节发动机工况/参数和/或通过激活电热塞或燃烧器来主动地增加温度，该电热塞或燃烧器被安排在该SCR催化剂上游的排放控制系统中。在612后，方法600结束。

回到609，如果还原剂储存分布向后偏离，则该方法进入到614以便确定原料气NO_x波动进入条件是否存在。例如，如果当前车辆工况允许对排气NO_x浓度的调节而不影响车辆运行，则温度波动进入条件可存在，这可以是基于车辆运行参数(例如在602处测量和/或估算的那些参数)来确定的。如果在614处的答案是“否”，则方法600结束。

否则，如果在614处的答案是“是”，则方法600进入616以暂时地增加原料气NO_x浓度，以加速储存在该SCR催化剂下游侧处的还原剂消耗(例如，在该SCR催化剂的后部轴向区域)。在一个示例中，该方法可以包括通过迟滞火花正时、降低发动机空燃比、和/或降低EGR速率来主动增加进入该SCR催化剂的排气中的NOx浓度。然而，主动地增加原料气NO_x浓度的替代方法也被设想。

在616后，方法600进入618。在618处，该方法包括增加还原剂给料来补充在该SCR催化剂的上游侧处所消耗的还原剂。例如，该控制器可以发送信号给该还原剂喷射器的致动器以便增加喷射到该SCR催化剂中的还原剂的量。在618后，该方法结束。

当方法500、514和600被一起使用时，所储存的还原剂在SCR催化剂的多个轴向区域和多个径向区域中的预期分布可以被模拟，该SCR催化剂被放置在发动机排气道中。车辆控制器然后可以将该预期分布与每个区域的还原剂储存设定点进行比较，并且基于该比较，通过调节被喷射到该SCR催化剂上游的还原剂的喷射形状来调节还原剂的径向储存位置并且进一步通过调节进入SCR催化剂的排气温度和NO_x浓度来调节还原剂的轴向储存位置。在一个非限制性示例中，储存在这些区域中的所存储的还原剂的分布模型可以基于储存在该控制器的永久存储器中的SCR催化剂热模型、环境温度以及该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个。此外，调节喷射到该SCR催化剂上游的还原剂雾化模式可以包括调节喷射压力、喷射量和喷射正时中的一个或多个。

此外，当方法500、514和600一起使用时，所储存的还原剂在SCR催化剂中的估算空间分布可以与所存储的还原剂在该催化剂中所希望的空间分布进行比较。基于该比较，如果该空间分布的径向调节是所希望的，则可以调节还原剂被喷射该SCR催化剂的压力，然而，如果该空间分布的轴向调节是所希望的，则可以调节排气温度和/或NO_x浓度。此外，如果空间分布的轴向调节是所希望的，则可以确定(例如在该控制器处)空间分布相对排气流的方向而言向该SCR催化剂的上游侧还是下游侧偏离。如果空间分布朝该SCR催化剂的上游侧偏离，则进入SCR催化剂的排气温度可以被主动地增加，然而，如果空间分布朝该SCR催化剂的下游侧偏离，则进入SCR催化剂的排气中的NO_x浓度可以被主动地增加。在一些示例中，主动增加进入该SCR催化剂的排气温度可以包括调节发动机工况和/或激活安排在该SCR催化剂上游的排放控制系统中的电热塞或燃烧器。此外，在一些示例中，主动增加进入该SCR催化剂的排气中的NOx浓度可以包括迟滞火花正时、降低发动机空燃比、以及降低排气再循环速率中的一个或多个。此外，在调节NOx浓度后可以在一定期间内增加喷射到该SCR催化剂中的还原剂的量，这可以有利地提高该SCR催化剂的效率。

在一个披露的实施例中，一种车辆系统(例如在图1中所示出的车辆系统)可以包括SCR催化剂，该SCR催化剂被放置在还原剂喷射器下游的发动机排气道中。该车辆系统进一步包括控制器，该控制器包括处理器和永久的、计算机可读的媒介，该媒介存储由该处理器可执行的指令以便将存储在该控制器的永久存储器中的SCR催化剂的嵌入式虚拟模型划分成多个径向区域，并且基于该区域的体积和估算温度来确定每个区域的还原剂储存设定点。该控制器可以进一步包括存储在该媒介中的指令，这些指令是由该处理器可执行的，以便通过调节喷射到该SCR催化剂上游的还原剂的雾化模式基于储存在每个区域中的还原剂当前水平与那个区域的还原剂储存设定点的比较，来调节该SCR催化剂中还原剂的径向分布。在一个非限制性示例中，调节喷射到该SCR催化剂上游的还原剂雾化模式包括调节还原剂喷射压力、还原剂喷射量和还原剂喷射正时中的一个或多个。该控制器可以进一步包括存储在该媒介中的指令，这些指令由该处理器执行以便进一步将该SCR催化剂的嵌入式虚拟模型划分成多个轴向区域，基于该区域的体积和估算温度来确定每个轴向区域的还原剂储存设定点，并且通过调节进入到该SCR催化剂排气温度和/或调节进入该SCR催化剂排气中的NO_x浓度，基于储存在每个轴向区域中的还原剂当前水平与那个区域的还原剂储存设定点的比较，来调节还原剂在该SCR催化剂中的轴向分布。每个径向和轴向区域的估算温度可以基于储存在该存储器中的热模型、环境温度以及该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个来确定。此外，将该SCR催化剂的虚拟模型划分成多个径向区域可以包括：将该SCR催化剂虚拟模型划分成内径向区域以及至少一个外径向区域。在一些示例中，该内径向区域横截面的半径以及每个外径向区域的径向厚度基于储存在该计算机可读媒介中的SCR催化剂热模型、环境温度以及该SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个来限定。此外，在该SCR催化剂虚拟模型中可以恰好存在一个外径向区域，其中该内半径区域被模型化为圆柱体，并且其中该外半径区域被模型化为空心圆柱体，并且其中该外径向区域的内圆周与该内径向区域的圆周是同延的并且在该模型中的内外径向区域之间形成边界。

现在转到图7，该图示出了在轴向和径向尺寸中的所测得的SCR催化剂基质温度(摄氏温度)随时间(秒)变化的曲线数据。图7所示出的数据是在FTP-75袋1和袋2的行驶循环期间来自热电偶9.89L催化剂的实验数据，其中该热电偶被布置在靠近该催化剂的前面和后面以及在中心和在其他径向位置处。

图7的曲线图720描述了在该SCR催化剂各种轴向位置处所测得的该SCR催化剂温度梯度随时间变化。在曲线图720中，特性曲线702描述了该SCR催化剂前面(例如前面214)处的温度，特性曲线704描述了该SCR催化剂长度中间处的温度，并且特性曲线706描述了该SCR催化剂后面(例如端面216)处的温度。

图7的曲线图722描述了该SCR催化剂前面的各种径向位置处所测得的温度梯度随时间变化。例如，特性曲线708描述了该前面中心处的温度，特性曲线710描述了前面处的从该SCR催化剂的外围径向向内1英寸处的温度，并且特性曲线712描述了前面处的从该SCR催化剂的外围径向向内1/8英寸处的温度。如从曲线图722中所见的，特性曲线708和710在所示出的时间段期间大体上相同并且因此彼此重叠，使得在该曲线图中总共仅有两个特性曲线是可见的。

图7的曲线图724描述了该SCR催化剂后面的各种径向位置处所测得的温度梯度随时间变化。例如，特性曲线714描述了该后面中心处的温度，特性曲线716描述了后面处从该SCR催化剂的外围向内1英寸处的温度，并且特性曲线716描述了该SCR催化剂的后面处从该SCR催化剂的外围径向向内1/8英寸处的温度。如从曲线图724中所见的，特性曲线714和716在所示出的时间段期间大体上相同并且因此彼此重叠，使得在该曲线图中总共仅有两个特性曲线是可见的。

如在图720、722和724中可见的，尽管在该催化剂大部分处的径向温度梯度是可忽略的，温度在边缘附近显著地下降。尽管具有较大的径向温度梯度(例如温度下降)的SCR催化剂部分的径向距离是相对短的，这个较冷区域(例如外径向区域N_r1)占大于25％的该SCR催化剂体积。此外，因为径向梯度在这个行驶周期中是稳定不变的，平均的径向梯度大于轴向梯度。此外，因为该SCR催化剂典型地将大多数还原剂储存在前面附近(例如在该SCR催化剂的前面附近)，该轴向梯度在小距离内是小的但该前面处的径向梯度依然重要。以下图表包括整个SCR催化剂的平均和最大温度差值的实验测量。

所测的温度梯度

方向	平均差值(℃)	最大差值(℃)
			轴向	5.6	103.8
径向-前面	13.7	32.5
			径向-后面	29.2	66.3

发明人在此处已意识到分布式模型可以捕获由不均匀的径向或径向和轴向还原剂储存和温度曲线引起的催化剂动态。保持还原剂储存不变，该催化剂边缘附近较低温度降低了局部NO_x效率和还原剂溢出。与内区域相比，这进而增加了还原剂在外区域中的储存。该还原剂储存差异能够实时地增加并且驱动整体系统动态，在未模拟这两个不同的径向区域的情况下，该整体系统动态是不可再生的。该催化剂内的还原剂存储位置和局部温度曲线是强烈关联的。

图8提供了实验结果的曲线描述，这些曲线将径向和轴向分布模型的NH₃储存、尾管NO_x浓度以及NH₃溢出预期与仅有轴向模型比较。在每个轴向位置处的该仅有轴向模型基质温度根据该四象限模型被限定为内外基质温度的加权平均值。

曲线图820，该图描述了NH₃储存(克每升)随时间(秒)的变化，示出了这些外元件具有高得多的存储密度，该储存密度几乎是该轴向和径向模型的内元件的两倍。特性曲线802表示了该SCR催化剂的径向和轴向模型的外区域，特性曲线804表示了根据该轴向和径向模型的整个SCR催化剂，特性曲线806表示了根据仅有轴向模型的整个SCR催化剂，并且特性曲线808表示了该SCR催化剂的径向和轴向模型的内区域。如所示出的，该整个(总)SCR催化剂的储存密度相对接近该内区域的储存密度，因为该内区域被限定成包含该催化剂的总体积的75％。在这个示例中，这两种模型之间的差异可对NO_x溢出具有很小的影响，如在曲线图822中能够见到的，该曲线图关注的是模拟过程的最后一个周期。

在曲线图822中，该图描述了NO_x溢出(百万分之一)随时间(秒)变化，特性曲线810表示进入SCR催化剂的排气的NO_x浓度，特性曲线812表示在轴向和径向模型中的NO_x溢出量，并且特性曲线814表示在仅有轴向模型中的NO_x溢出量。

曲线图824描述了NH₃溢出(百万分之一)随时间(秒)变化。如所示出的，对于各种模型，预期的NH₃溢出中具有很大差异。在曲线图824中，特性曲线816表示轴向和径向模型，并且特性曲线818表示仅有轴向的模型。该轴向和径向的模型预计早得多的NH₃溢出开始时间，因为与仅有轴向模型相比，外元件具有如此高的储存。这个较早的NH₃溢出指示对于SCR控制可以是非常重要的，因为一有NH₃突破NH₃的输入应当被减少以便防止大量的NH₃溢出。

注意，此处所包含的示例性控制和估算程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。此处所披露的控制方法和程序可以在永久存储器中被储存为可执行的指令并且可以由包括控制器的控制器连同各种传感器、致动器和其他发动机硬件来实施。此处所述的特定程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。如此，所示的各种动作、操作、和/或功能可以以所示出的顺序、并行地执行，或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序不一定需要实现此处所述的示例性实施例的特征和优点，而是被提供用来易于展示和说明的。所示出动作、操作、和/或功能中的一个或多个可以根据所使用的具体策略重复执行。此外，所述动作、操作和/或功能可以图解地表示为有待被编程到该控制器中计算机可读的存储媒介的永久存储器中的代码，其中所述的动作是通过执行系统中的指令结合电子控制器来实施的，该系统包括各种发动机硬件部件。

应认识到，此处所披露的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不是以限定的意义来考虑的，因为大量变体是可能的。例如，上述技术能够被要用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本披露的主题包括此处所披露的各种系统和配置、以及其他特征、功能和/或特征的所有新颖和不明显的组合和子组合。

下文中的权利要求特别指出了某些被称为新颖并且不明显的组合和子组合。这些权利要求可以被称为“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求可以被理解成包括此类元件的一个或多个结合，既不要求也不排除两个或多个此类元件。所披露的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以在本申请或相关申请中通过本权利要求书的修正或通过呈现新的权利要求书来要求保护。此权利要求书，在范围上无论是比原始权利要求书更宽泛、更狭窄、相同或不同，也被认为是包含在本披露的主题之内。

Claims

1.一种用于车辆排放控制系统的方法，包括：

利用控制器，模拟已储存还原剂在SCR催化剂的多个轴向区域和多个径向区域中的预期分布，所述SCR催化剂被安排在发动机排气道中，并且将所述预期分布与每个区域的还原剂储存设定点进行比较；

基于所述比较，

通过调节所述SCR催化剂上游喷射的还原剂的雾化模式来调节还原剂的径向储存位置；以及

通过调节进入SCR催化剂的排气的温度和NOx浓度来调节还原剂的轴向储存位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中在所述区域中储存的所储存的还原剂的所述分布的模拟基于储存在所述控制器的永久存储器中的所述SCR催化剂热模型、环境温度以及所述SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个。

3.如权利要求1所述的方法，其中调节在所述SCR催化剂上游喷射的所述还原剂的雾化模式包括调节喷射压力、喷射量和喷射正时中的一个或多个。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述SCR催化剂的所述多个径向区域包括内径向区域和外径向区域，所述方法进一步包括：

如果储存在所述外径向区域中的还原剂的量大于或等于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的量小于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则降低还原剂喷射压力；以及

如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量小于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则增加还原剂喷射压力。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：

如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则将还原剂喷射压力维持在额定水平并且减少还原剂的喷射量；以及

如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量小于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量小于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则将还原剂喷射压力维持在所述额定水平并且增加还原剂的所述喷射量。

6.如权利要求4所述的方法，进一步包括：如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量小于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则当进入所述SCR催化剂的排气的流速高于阈值时调节还原剂喷射正时发生。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量小于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则增加还原剂的喷射量。

8.如权利要求4所述的方法，进一步包括：如果储存在所述外径向区域中的还原剂的所述量小于所述外径向区域的还原剂储存设定点并且储存在所述内径向区域中的还原剂的所述量大于或等于所述内径向区域的还原剂储存设定点，则当进入所述SCR催化剂的排气的流速低于阈值时调节还原剂喷射正时发生。

9.一种车辆排气排放控制系统，包括：

SCR催化剂，所述SCR催化剂被安排在还原剂喷射器下游的发动机排气道中；

控制器，所述控制器包括处理器和永久的、计算机可读的媒介，所述媒介用于储存所述处理器可执行的指令以：

将储存在所述控制器的永久存储器中的SCR催化剂的嵌入式虚拟模型划分成多个径向区域；

基于所述区域的体积和估算温度确定每个区域的还原剂储存设定点；以及

基于储存在每个区域中的还原剂的当前水平与该区域的所述还原剂储存设定点的比较，通过调节喷射到所述SCR催化剂上游的还原剂的雾化模式调节所述SCR催化剂中还原剂的径向分布。

10.如权利要求9所述的系统，其中调节喷射到所述SCR催化剂上游的所述还原剂的雾化模式包括调节还原剂喷射压力、还原剂喷射量和还原剂喷射正时中的一个或多个。

11.如权利要求9所述的系统，进一步包括储存在所述媒介中的可由所述处理器执行的指令以：

进一步将所述SCR催化剂的所述嵌入式虚拟模型划分成多个轴向区域；

基于所述区域的体积和估算温度来确定每个轴向区域的还原剂储存设定点；并且

基于储存在每个轴向区域中的还原剂的当前水平与该区域的所述还原剂储存设定点的比较，通过调节进入到所述SCR催化剂的排气的温度和/或调节进入所述SCR催化剂的所述排气中的NOx浓度，调节所述SCR催化剂中还原剂的轴向分布。

12.如权利要求11所述的系统，其中每个径向和轴向区域的所述估算温度是基于储存在所述存储器中的热模型、环境温度以及所述SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个确定的。

13.如权利要求9所述的系统，其中将所述SCR催化剂的所述虚拟模型划分成多个径向区域包括：将所述SCR催化剂的所述虚拟模型划分成内径向区域和至少一个外径向区域。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述内径向区域的横截面的半径以及每个外径向区域的径向厚度是基于储存在所述计算机可读的媒介中的所述SCR催化剂的热模型、环境温度以及所述SCR催化剂到其周围环境的预计热损失中的一个或多个限定的。

15.如权利要求13所述的系统，其中在所述SCR催化剂的所述虚拟模型中只存在一个外径向区域，其中所述内径向区域被模型化为圆柱体，并且其中所述外径向区域被模型化为空心圆柱体，并且其中所述外径向区域的内圆周与所述内径向区域的圆周是同延的并且在所述模型的所述内径向区域和所述外径向区域之间形成边界。

16.一种用于车辆发动机排放控制系统的方法，包括：

将储存在SCR催化剂中的还原剂的估算的空间分布与储存在所述催化剂中的还原剂的希望的空间分布进行比较；

如果所述空间分布的径向调整是希望的，调整还原剂被喷射到所述SCR催化剂中的压力；

如果所述空间分布的轴向调整是希望的，调整排气温度和/或NOx浓度。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括，如果所述空间分布的轴向调整是希望的，

确定所述空间分布相对排气流的方向朝所述SCR催化剂的上游侧还是下游侧倾斜；

如果所述空间分布朝所述SCR催化剂的所述上游侧倾斜，主动地增加进入所述SCR催化剂的所述排气的温度；以及

如果所述空间分布朝所述SCR催化剂的所述下游侧倾斜，主动地增加进入所述SCR催化剂的所述排气中的NOx浓度。

18.如权利要求17所述的方法，其中主动地增加进入所述SCR催化剂的所述排气的所述温度包括调节发动机工况和/或致动安排在所述SCR催化剂上游的所述排放控制系统中的电热塞或燃烧器。

19.如权利要求17所述的方法，其中主动地增加进入所述SCR催化剂的所述排气中的所述NOx浓度包括延迟火花正时、降低发动机空燃比、以及降低EGR率中的一个或多个。

20.如权利要求16所述的方法，进一步包括在调整所述NOx浓度后增加喷射到所述SCR催化剂中的还原剂的量一段持续时间。