CN107849957A - 用于包括过滤器上的scr的后处理系统的传感器配置 - Google Patents

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Abstract

一种废气后处理系统包括与发动机废气接收连通的柴油氧化催化剂。过滤器上的选择性催化还原催化剂(过滤器上的SCR)被定位于柴油氧化催化剂的下游。烃加料器被配置成在柴油氧化催化剂的上游将烃注入到废气流中。还原剂加料器被配置成在过滤器上的SCR的上游并且柴油氧化催化剂的下游将还原剂注入到废气流中。后处理控制器是可操作地联接至烃加料器的。后处理控制器被配置成控制烃加料器将烃注入到废气流中的加料速率，以便使过滤器上的SCR再生。

Description

用于包括过滤器上的SCR的后处理系统的传感器配置
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月3日提交的第62/200,449号美国临时专利申请的优先权，并且出于所有的目的，该美国临时专利申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容大体上涉及废气后处理系统的领域。
背景
通常，用于内燃发动机的管制的排放物包括一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒。这样的规定在近年来已经变得更加严格。例如，来自柴油动力的发动机的NOx和颗粒的管制的排放物是足够低的，以致在许多情况下单独使用改进的燃烧技术不能满足排放水平。为了该目的，废气后处理系统越来越多地被用于降低存在于废气中的有害的废气排放物的水平。
常规的废气后处理系统包括用于降低存在于废气中的管制的污染物的水平的若干不同部件中的任何。例如，用于柴油动力的发动机的某些废气后处理系统包括各种部件，例如柴油氧化催化剂(DOC)、选择性催化还原(SCR)催化剂、柴油颗粒过滤器(DPF)、过滤器上的SCR(SCR on filter)和/或氨泄漏催化剂(ammonia slip catalyst)(ASC)(也被称为氨氧化催化剂(AMOX))。DOC、SCR催化剂、DPF、过滤器上的SCR和ASC部件中的每一种都被配置成对穿过或越过相应部件的废气进行特定的废气排放处理操作。
通常，DOC经由氧化技术降低存在于废气中的CO和HC的量，以及将NO转化为NO2用于在DPF上的烟灰(soot)的被动再生，并且促进快速SCR反应。DPF过滤存在于废气中的颗粒物质，包括烟灰。SCR催化剂和过滤器上的SCR系统已经被开发以从废气中除去NOx，其比CO、HC和颗粒物质相对更难以除去。
SCR催化剂被配置成将NOx(以某种分数的NO和NO2)转化成氮气(N2)和水蒸气(H2O)。还原剂(典型地为以某种形式的氨(NH3))被加入到催化剂的上游的废气中。NOx和NH3越过催化剂并且发生催化反应，其中NOx和NH3转化成N2和H2O。过滤器上的SCR是进行SCR和DPF的组合功能的组件。
在许多常规的SCR和过滤器上的SCR系统中，使用NH3作为还原剂。典型地，由于安全考虑、费用、重量、缺乏基础设施和其他因素，而不直接使用纯NH3。相反，许多常规系统利用柴油废气流体(diesel exhaust fluid，DEF)，其典型地是尿素水溶液。为了将DEF转化成NH3，将DEF注入到废气流流过的分解管中。所注入的DEF喷雾(DEF spray)通过废气流加热，以使尿素-水溶液蒸发并且触发尿素分解成NH3。包括从尿素分解的NH3的废气混合物在流动通过分解管时进一步混合，并越过SCR催化剂，其中NOx和NH3主要转化为N2和H2O。
概述
各种实施方案涉及废气后处理系统。一个示例性的废气后处理系统包括与发动机废气接收连通(in exhaust gas receiving communication with)的氧化催化剂。过滤器上的选择性催化还原催化剂被定位于氧化催化剂的下游。烃加料器被配置成在氧化催化剂的上游将烃注入到废气流中。还原剂加料器被配置成在过滤器上的SCR的上游并且氧化催化剂的下游将还原剂注入到废气流中。后处理控制器是可操作地联接至烃加料器的。后处理控制器被配置成控制烃加料器将烃注入到废气流中的加料速率，以使过滤器上的SCR再生。
在一些实施方式中，该系统还包括被定位成邻近氧化催化剂的出口的第一温度传感器和被定位成邻近过滤器上的SCR的入口的第二温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器与后处理控制器是可操作通信的。控制器还被配置成经由与第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值。控制器还被配置成确定第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差(error)，并且调节氧化催化剂出口目标温度以最小化误差。在一些实施方式中，控制器还被配置成经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第三温度测量值，其中第三温度测量值等于第一温度测量值。控制器还被配置成确定第一温度测量值被确定的第一时间与第三温度测量值被确定的第二时间之间的滞后时间，以及基于滞后时间确定还原剂沉积值(reductant deposit value)。在一些实施方式中，烃加料器的加料速率被控制以使第一温度测量值等于氧化催化剂出口目标温度。在一些实施方式中，烃加料器的加料速率还基于废气的质量流量或环境温度。在一些实施方式中，还原剂包括柴油废气流体。在一些实施方式中，烃加料器被配置成将烃注入到发动机的气缸中。在一些实施方式中，后处理控制器还被配置成检测固体还原剂沉积物在废气后处理系统内的形成。在一些实施方式中，系统还包括第一压差传感器(first delta pressure sensor)，该第一压差传感器被定位成横跨过滤器上的SCR并且与后处理控制器是可操作通信的。控制器还被配置成经由与第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，并且基于第一压差测量值来确定烟灰负载值。在一些实施方式中，系统还包括第二压差传感器，该第二压差传感器被定位成横跨废气后处理系统的一部分，所述废气后处理系统包括还原剂加料器并且与后处理控制器是可操作通信的。控制器还被配置成经由与第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，并且基于第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
另一个实施方式涉及包括过滤器再生电路(filter regeneration circuit)的后处理控制器。过滤器再生电路被配置成经由与第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值。第一温度传感器被定位成邻近氧化催化剂的出口，并且第二温度传感器被定位成邻近过滤器上的SCR的入口。过滤器再生电路还被配置成确定第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差，并且调节氧化催化剂出口目标温度以最小化误差。过滤器再生电路还被配置成基于调节的氧化催化剂出口目标温度控制烃加料器将烃注入到废气流中的加料速率，以使过滤器上的SCR再生。
在一些实施方式中，后处理控制器还包括DEF沉积物检测电路。DEF沉积物检测电路被配置成经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第三温度测量值。第三温度测量值等于第一温度测量值。DEF沉积物检测电路被配置成确定第一温度测量值被确定的第一时间与第三温度测量值被确定的第二时间之间的滞后时间，以及基于滞后时间来确定还原剂沉积值。在一些实施方式中，烃加料器的加料速率被控制成使第一温度测量值等于氧化催化剂出口目标温度。在一些实施方式中，烃加料器的加料速率还基于废气的质量流量或环境温度。在一些实施方式中，后处理控制器还包括烟灰负载电路。烟灰负载电路被配置成经由与第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，其中所述第一压差传感器被定位成横跨过滤器上的SCR。烟灰负载电路还被配置成基于第一压差测量值来确定烟灰负载值。在一些实施方式中，后处理控制器包括DEF沉积物检测电路。DEF沉积物检测电路被配置成经由与第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，所述第二压差传感器被定位成横跨包括所述还原剂加料器的废气后处理系统的一部分。DEF沉积物检测电路还被配置成基于第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
又一个实施方式涉及一种废气后处理系统，其包括氧化催化剂、过滤器上的选择性催化还原催化剂、烃加料器、第一温度传感器、第二温度传感器和后处理控制器。氧化催化剂与发动机废气接收连通。过滤器上的选择性催化还原催化剂(过滤器上的SCR)被定位于所述氧化催化剂的下游。烃加料器被配置成在氧化催化剂的上游将烃注入到废气流中。第一温度传感器被定位成邻近氧化催化剂的出口。第二温度传感器被定位成邻近过滤器上的SCR的入口。后处理控制器是可操作地联接至烃加料器、第一温度传感器和第二温度传感器的。后处理控制器被配置成经由与第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值。后处理控制器还被配置成确定第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差，并且调节氧化催化剂出口目标温度以最小化误差。后处理控制器还被配置成基于调节的氧化催化剂出口目标温度控制烃加料器将烃注入到废气流中的加料速率，以使过滤器上的SCR再生。
在一些实施方式中，系统还包括被定位成横跨过滤器上的SCR的第一压差传感器和被定位成横跨包括还原剂加料器的废气后处理系统的一部分的第二压差传感器。第一压差传感器和第二压差传感器与后处理控制器是可操作通信的。后处理控制器还被配置成经由与第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，基于第一压差测量值来确定烟灰负载值，经由与第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，并且基于第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
根据结合附图时进行的以下的详细描述，这些和其他的特征连同其组织和操作的方式将变得明显，其中在所有的下文描述的若干个附图中，相同的元件具有相同的标记。
附图简述
图1是图示发动机和包括SCR催化剂的废气后处理系统的示意图。
图2A是图示根据实施方案的发动机和包括过滤器上的SCR的废气后处理系统的示意图。
图2B是图示根据图2A的废气后处理系统的可选择的实施方案的废气后处理系统的示意图。
图3是根据实施方案的、图示图2A和图2B的后处理控制器的功能和结构的框图。
图4是根据实施方案的、控制过滤器上的SCR的主动再生(active regeneration)的方法的流程图。
详细描述
过滤器上的SCR是一种废气后处理部件技术，其将颗粒物质过滤(例如，常规地通过DPF进行)和NOx还原(例如，常规地通过SCR催化剂进行)的功能集成为单个过滤器上的SCR单元。将过滤器上的SCR单元并入到废气后处理系统中影响系统的各个方面，包括系统构造和控制策略。例如，后处理控制系统管理各种功能，例如还原剂(例如DEF)加料、SCR/过滤器上的SCR性能诊断、用于再生的DPF/过滤器上的SCR温度控制、烟灰负载估计(SLE)、DEF沉积物检测、NH3泄漏检测(NH3slip detection)等。然而，对于包括过滤器上的SCR单元的后处理系统与包括DPF和SCR催化剂的常规后处理系统，需要不同的传感器配置和控制策略。
图1是图示发动机100和包括SCR催化剂104的废气后处理系统102的示意图。通常，废气后处理系统102被配置成除去存在于废气中的管制的污染物。废气后处理系统102与发动机100废气连通。几个废气后处理部件被定位在由废气后处理系统102限定的废气流动路径106内。例如，如图1中所示，废气后处理系统102包括DOC 108、DPF 110、SCR催化剂104和AMOX催化剂112，它们沿着废气流动路径106以该顺序布置，其中DOC 108在最上游(最靠近发动机100)，并且AMOX催化剂112在最下游(离发动机100最远)。换句话说，废气从发动机100流过DOC 108，然后流过DPF 110，然后流过SCR催化剂104，并最终流过AMOX催化剂112。
通常，DPF包括过滤器表面(例如，陶瓷或烧结金属)以从废气中除去颗粒物质，例如烟灰微粒。有时，颗粒物质在DPF中积聚，并且必须被清除。换句话说，DPF必须被“再生”。DPF通过氧化(即，烧掉)过滤器中已经收集的颗粒而被再生。颗粒内的碳微粒被废气中存在的氧气氧化以形成CO2。通常，需要高于500摄氏度的温度以实现显著的利用氧气的颗粒氧化速率，该氧化速率强烈地依赖于温度和浸渍在DPF上的贵金属的量。另外，在较低的温度(例如，大约200摄氏度-450摄氏度)，烟灰微粒被NO2(例如，由DOC产生或在催化的DPF内产生)氧化。
在正常的交通工具运行期间，典型地没有达到用氧再生所需的温度。因此，可以通过提高废气温度来实施各种控制策略以起动“主动”再生。例如，主动再生可以通过以下来起动：将HC(例如，柴油燃料、汽油等)注入到废气流(例如，二次注入或后注入)、使进气节流、调节废气回收(EGR)速率、注入过量的燃料和通过利用电加热系统以及其他方式。例如，在一些系统中，DOC可以通过用废气流中未燃烧的HC来触发放热反应而充当“催化燃烧器”，由此增加进入DPF的废气的温度。
废气后处理系统102还包括HC加料器114和还原剂加料器116。HC加料器114被配置成将HC注入到DOC 108的上游的废气流动路径106中。注入的HC被配置成在DOC 108上氧化以升高从其中通过的废气的温度。废气的温度被周期性地升高，以便引起DPF 110的主动再生。
废气后处理系统还包括与诸如温度传感器120和差压传感器122(differentialpressure sensor)的各种传感器可操作通信的电子后处理控制器118。其他实施方案还可以包括另外的传感器，诸如，例如表压传感器和/或绝对压力传感器、NOx传感器、NH3传感器、O2(器、传感器、流量传感器等。如图1中所示，温度传感器120被定位在DOC 108的出口处，并且差压传感器122被定位成横跨DPF 110。其他配置可以使用以如图1中所示的相同或不同的布置的更多或更少的传感器。例如，一些配置可以利用中间床温度传感器(mid-bedtemperature sensor)来代替入口和/或出口温度传感器，或者利用两个压力传感器来代替差压传感器。
后处理控制器118可以被配置成控制DPF 110的主动再生。如上所述，主动再生通常在高于大约400摄氏度-500摄氏度的温度在DPF 110上发生。DPF 110的温度依赖于进入DPF 110的废气的温度。DOC 108可以触发废气流中未燃烧的HC(例如，由HC加料器114注入的)的放热反应，由此增加进入DPF的废气的温度。
图2A是图示根据实施方案的发动机200和包括过滤器上的SCR 204的废气后处理系统202的示意图。发动机200可以是压缩点火式发动机(compression-ignited engine)或火花点火式的，并且可以由诸如柴油、天然气、汽油等的各种燃料中的任何燃料提供动力。通常，废气后处理系统202被配置成除去存在于废气中的各种管制的排放物。
废气后处理系统202流体联接至发动机200(例如，与发动机200废气连通)。几个废气后处理部件被定位在由废气后处理系统202限定的废气流动路径206内。例如，如图2A中所示，废气后处理系统202包括DOC 208、过滤器上的SCR 204和AMOX催化剂210，它们沿着废气流动路径206以该顺序布置，其中DOC 208在最上游(最靠近发动机200)，并且AMOX催化剂210在最下游(离发动机200最远)。换句话说，废气从发动机200流过DOC 208，然后流过过滤器上的SCR 204，并最终流过AMOX催化剂112。DOC 208可以是柴油氧化催化剂或另一种类型的氧化催化剂。
废气后处理系统202还包括HC加料器212和还原剂加料器214。在图2A中所示的实施方案中，还原剂加料器214是被配置成将DEF注入或插入到废气流动路径206中的DEF加料器。应当理解的是，其他实施方案可以利用纯NH3或不同于DEF的还原剂。HC加料器212可以被安装至限定废气流动路径206的废气管。在一个实施方案中，HC加料器212被配置成将HC注入到DOC 208的上游的废气流动路径206中。注入的HC被配置成在DOC 208上氧化以升高从其中通过的废气的温度。废气的温度被周期性地升高，以便引起过滤器上的SCR 204的主动再生。
在一些实施方案中，可以使用气缸内加料(in-cylinder dosing)来代替经由HC加料器212的HC加料，以升高废气的温度以便引起过滤器上的SCR204的主动再生。气缸内加料指的是在发生初级燃烧(primary combustion)之后致使燃料喷射器将一定剂量的燃料注入到发动机200的气缸中。未燃烧的燃料从气缸排出并且穿过废气流动路径206。类似于上文，过量的燃料被配置成在DOC 208上氧化以升高从其中通过的废气的温度。加热的废气被配置成引起过滤器上的SCR 204的主动再生。包括经由HC加料器212的HC加料的本文描述的任何系统和方法也可以类似地使用气缸内加料来应用。
废气后处理系统202还包括可通信地联接至后处理系统202的后处理控制器216。在部件之间和之中的通信可以经由任何数量的有线或无线连接。例如，有线连接可以包括串行电缆、纤维光缆、CAT5电缆、或任何其他形式的有线连接。作为比较，无线连接可以包括互联网、Wi-Fi(无线保真技术)、蜂巢式(cellular)、无线电，等。在一个实施方案中，控制器局域网(，控AN”)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线包括任何数量的有线和无线连接。因为控制器216可通信地联接至后处理系统202中的系统和部件，所以控制器216被构造成接收来自图2A中所示的部件中的一个或更多个的数据。系统操作数据可以经由一个或更多个传感器(例如，第一温度传感器和第二温度传感器218、220以及第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器222、224、226、228)或附接至图2A的部件的其他传感器被接收。如本文中更充分地描述的，由于控制器216与图2A的部件的集成，控制器216可以获取该数据以动态地调节HC加料器212的HC加料，以基本上获得一个或更多个系统操作参数的各种操作特性，例如过滤器上的SCR 204的主动再生。
由于图2A的部件被示出以体现在后处理系统202中，控制器216可以被构造为电子控制模块(以被构造为电。ECM可以包括发动机控制单元和被包括在交通工具中的任何其他控制单元(例如，传输控制单元、动力系统控制单元等)。
如上文简要提及的，后处理系统202包括第一温度传感器和第二温度传感器218、220、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器222、224、226以及第一差压传感器和第二差压传感器228、230。其他实施方案还可以包括附加的传感器，例如诸如NOx传感器和NH3传感器。如图2中所示，第一温度传感器218和第一压力传感器222被定位在DOC 208的出口处；第二压力传感器224被定位在还原剂加料器214的上游；第二温度传感器220和第三压力传感器226被定位在过滤器上的SCR 204的入口处；第一差压传感器228被定位成横跨还原剂加料器214，并且第二差压传感器230被定位成横跨过滤器上的SCR 204。第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器222、224、226可以是表压传感器或绝对压力传感器。在其他实施方案中，传感器可以与图2A中所示的那些不同地被定位和配置。一些实施方案包括比图2A中所示的那些更多或更少的传感器。一些实施方案可以不包括第二温度传感器220，并且替代地可以基于来自定位于DOC 208的出口处的第一温度传感器218的测量值来推断过滤器上的SCR 204的入口处的温度。代替第三压力传感器226或除了第三压力传感器226之外，一些实施方案可以包括在过滤器上的SCR的出口处的压力传感器(例如，表压传感器或绝对压力传感器)。此外，一些实施方案可以包括中间床传感器来代替入口传感器和出口传感器中的一种或两种。例如，一个实施方案可以包括嵌入过滤器上的SCR 204的催化剂床内的过滤器上的中间床SCR 204温度传感器，来代替第二温度传感器220。
图2B是图示废气后处理系统232的示意图，废气后处理系统232是图2A的废气后处理系统202的可选择的实施方案。图2B的废气后处理系统232类似于图2A的废气后处理系统202。然而，图2B的废气后处理系统232还包括被定位于过滤器上的SCR 204的下游并且AMOX催化剂210的上游的SCR催化剂234。废气后处理系统232还包括被定位于过滤器上的SCR204的出口处的第三温度传感器236以及被定位于AMOX催化剂210的出口处的第四温度传感器。在可选择的实施方案中，SCR催化剂234被定位于过滤器上的SCR 204的上游。在这种布置中，温度传感器可以被包括在SCR催化剂234与过滤器上的SCR 204之间。
图3是根据实施方案的、图示图2A和图2B的后处理控制器216的功能和结构的框图。控制器216包括处理电路302，该处理电路302包括处理器304和存储器306。存储器306可以储存数据和/或计算机代码以用于促进本文描述的各种过程。因此，存储器306可以可通信地连接至控制器216并且为控制器216提供计算机代码或指令以用于执行关于本文中的控制器216描述的过程。此外，存储器306可以是或可以包括有形的、非临时的易失性存储器或非易失性存储器。
存储器306被示出为包括用于完成本文描述的活动的多个模块。更具体地，存储器306包括过滤器再生模块308、烟灰负载模块310、DEF沉积物检测模块312和发动机输出(EO)NOx传感器补偿模块314。虽然在图3中示出了具有特定功能的多个模块，但应当理解的是，控制器216和存储器306可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的模块。例如，多个模块的活动可以被组合为单个模块，因为可以包括具有附加功能的附加模块，等等。另外，应当理解的是，控制器216还可以控制超出本公开内容的范围的其他交通工具的活动。
本文所描述的控制器216的某些操作包括解释和/或确定一个或更多个参数的操作。如在本文使用的，解释或确定包括通过本领域中已知的任何方法接收数值，其包括至少从数据链路或网络通信接收数值，接收指示该数值的电子信号(例如电压、频率、电流或PWM信号)，接收指示该数值的计算机产生的参数，从非临时计算机可读存储介质上的存储器位置读取数值，通过本领域中已知的任何手段和/或通过接收所解释的参数通过其可被计算的值和/或通过参考被解释为参数值的默认值来接收作为运行参数的值。例如，后处理控制器216可以从第一温度传感器和第二温度传感器218、220中的任何传感器接收温度测量信号316，并且基于相应的温度测量信号来确定对应的温度测量值。类似地，后处理控制器216可以接收来自第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器222、224、226中的任何传感器的压力测量信号318以及来自第一差压传感器和第二差压传感器228、230中的任何差压传感器的差压测量信号，并且基于相应的压力和差压测量信号来确定对应的压力测量值。
过滤器再生模块308被构造成控制过滤器上的SCR 204的主动再生。类似于图1的DPF 110，主动再生通常在高于大约400摄氏度-500摄氏度的温度在过滤器上的SCR 204上发生。过滤器上的SCR 204的温度依赖于进入过滤器上的SCR 204的废气的温度。废气的温度可以以各种方式被控制。例如，废气温度可以通过将HC注入废气流(例如，二次注入或后注入)以及其他方式来控制。例如，在一些系统中，DOC 208可以触发废气流中未燃烧的HC(例如，由HC加料器212注入的)的放热反应，由此增加废气温度。
过滤器再生控制策略对于包括过滤器上的SCR 204的图2A和图2B的废气后处理系统202与包括SCR催化剂104的图1的废气后处理系统102是不同的。在图1的废气后处理系统102中，DOC 108出口邻近DPF 110入口，因此DOC 108出口温度近似等于DPF 110入口温度。因此，后处理控制器118可以使用监测到的DOC 108出口温度(例如，经由与温度传感器120的可操作通信)作为控制参数而控制来自HC加料器114的HC加料以实现目标DPF 110再生温度。
相反，在图2A和图2B的后处理系统202中，DOC 208出口不邻近过滤器上的SCR 204(颗粒过滤器)入口。例如，DEF分解管(未示出)必须位于DOC出口与过滤器上的SCR入口之间。DEF分解配置可以被设计成紧凑的或非紧凑的。在两种情况下，因为DOC 208出口不邻近过滤器上的SCR 204，所以废气的温度可能在DOC 208出口与过滤器上的SCR 204入口之间下降。这种差异在非紧凑配置中会更显著。因此，所测量的DOC 208出口温度可能不足以被用于精确地控制来自HC加料器114的HC加料以便控制过滤器上的SCR 204的再生。除了温度下降之外，DOC 208与过滤器上的SCR 204之间的间隔还在控制DOC 208的上游的HC加料中导致固有的时间滞后，以基于废气流动路径206中的废气的质量流量实现过滤器上的SCR204目标再生温度。
根据各种实施方案，过滤器再生模块308基于DOC 208出口温度和过滤器上的SCR204入口温度中的一种或两者来控制过滤器上的SCR 204的再生。后处理控制器216被构造成经由与第一温度传感器218的可操作通信来确定DOC 208出口温度值。后处理控制器216还被构造成经由与第二温度传感器220的可操作通信来确定过滤器上的SCR 204入口温度。
过滤器再生模块308基于以下的两个目标温度控制来自HC加料器212的HC加料：DOC 208出口目标温度和过滤器上的SCR 204目标再生温度。更具体地，DOC 208出口目标温度是动态目标，该动态目标基于过滤器上的SCR 204入口温度与目标再生温度之间的测量的误差来调节。因此，动态调节的DOC 208出口目标温度补偿DOC 208出口与过滤器上的SCR204入口之间的温度下降。在操作中，基于动态调节的DOC 208出口目标温度而动态调节来自HC加料器212的HC加料，以便使过滤器上的SCR 204入口温度等于目标再生温度。
过滤器再生模块308还可以基于废气质量流量控制来自HC加料器212的HC加料，以说明(account for)HC加料与其对过滤器上的SCR 204入口温度的对应效果之间的时间滞后。在一些实施方案中，过滤器再生模块308进一步补偿环境温度的变化。例如，可以使用可以从几十分钟至数小时的范围变化的自适应时间尺度(adaptive time scale)来监测和说明环境温度的变化，这也可能影响过滤器上的SCR 204入口温度。
在另一个实施方案中，过滤器再生模块308基于DOC 208出口温度和过滤器上的SCR 204入口温度中的一种以及被配置成预测DOC 208出口与过滤器上的SCR 204入口之间的温度下降和滞后的模型来控制过滤器上的SCR 204的再生。该模型被配置成估计环境热损失以及由于在DOC 208出口与过滤器上的SCR 204入口之间的废气流动路径206中的废气的加热和冷却以及由于DEF蒸发的影响而导致的热滞后。在一个实施方案中，过滤器再生模块308被配置成经由与第一温度传感器218的可操作通信、基于测量的DOC 208出口温度值来预测过滤器上的SCR 204入口温度。在另一个实施方案中，过滤器再生模块308被配置成经由与第二温度传感器220的可操作通信、基于测量的过滤器上的SCR 204入口温度来预测DOC208出口温度。
烟灰负载模块310被构造成检测在过滤器上的SCR 204上收集的烟灰的量。在操作中，过滤器上的SCR 204的过滤器部分收集来自废气的颗粒物质例如烟灰，这可能导致废气背压的增加。例如，可以使用烟灰负载以经由过滤器再生模块308触发过滤器上的SCR 204的再生。
根据各种实施方案，烟灰负载模块310被配置成基于横跨过滤器上的SCR 204所测量的差压来确定基于压差的烟灰负载估计(delta pressure-based soot load estimate)(DPSLE)。横跨过滤器上的SCR 204的差压可以经由与第二差压传感器230的可操作通信、通过烟灰负载模块310来计算。
DEF沉积物检测模块312被构造成检测在废气通道和/或分解管(未示出)的内壁上的固体DEF沉积物的形成。由于注入的DEF的不充分的分解和混合，DEF沉积物可能形成。例如，废气流动路径206内的低温区域可能导致不充分的混合或分解，这可能导致固体DEF沉积物的形成。由于DEF喷雾偏离预定目标，因此DEF沉积物也可能形成。固体DEF沉积物的形成可能导致过滤器上的SCR 204的入口面处较低量的NH3浓度和较低的NH3分布均匀性，这可能降低过滤器上的SCR 204的性能和控制。另外，固体DEF沉积物可以增加后处理系统202内的废气背压，这可能不利地影响发动机200和后处理系统202的性能。在检测到DEF沉积物时，后处理控制器216可以执行清除或再生程序以除去DEF沉积物。
DEF沉积物检测策略对于包括过滤器上的SCR 204的图2A和图2B的废气后处理系统202与包括SCR催化剂104的图1的废气后处理系统102是不同的。例如，对于图1的废气后处理系统102，通常使用DPF 110出口处的绝对压力(例如，经由与差压传感器122的可操作通信)来检测DEF沉积物。然而，对于图2A和图2B的废气后处理系统202，主差压传感器–副差压传感器230–在可能的DEF沉积物形成的下游。为了该目的，在一些实施方案中，DEF沉积物检测模块312还可以经由与第一差压传感器228的可操作通信而考虑横跨还原剂加料器214的差压。DEF沉积物检测模块312还可以使用EFA模型来说明通过DEF加料系统的预期压力损失。可选择地，DEF沉积物检测模块312可以经由与第二压力传感器224的可操作通信来考虑还原剂加料系统214的直接上游的绝对压力。该压力与横跨过滤器上的SCR 204的差压测量结合，可以被用于确定是否存在显著的DEF沉积物。
DEF沉积物检测模块312还可以监测DOC 208出口温度与过滤器上的SCR 204入口温度之间的相关性。DOC 208出口温度与过滤器上的SCR204入口温度之间的滞后可以指示DEF沉积物形成。在实施方案中，如果该滞后超过预定值，则后处理控制器216可以执行清除或再生程序以除去DEF沉积物。在一些实施方案中，除了温度滞后之外还分析了横跨整个后处理系统202的压差以检测DEF沉积物形成。
EO NOx传感器补偿模块314被构造成调节EO NOx确定以说明后处理系统202对NOx水平的各种影响。EO NOx传感器补偿策略对于包括过滤器上的SCR 204的图2A和图2B的废气后处理系统202与包括SCR催化剂104的图1的废气后处理系统102是不同的。例如，对于图1的废气后处理系统102，DPF 110出口处的绝对压力和/或横跨DPF 110的差压(例如，经由与差压传感器122的可操作通信)可以被用于EO NOx传感器补偿。典型地基于废气体积流量来估计横跨DOC 108和DOC 108入口锥体(inlet cone)的差压。估计的差压被用于补偿EONOx传感器测量。
然而，对于图2A和图2B的废气后处理系统202，主绝对压力或表压测量是经由与第三压力传感器226的可操作通信而在过滤器上的SCR 204的入口处。因为过滤器上的SCR204在还原剂加料系统214的下游，所以EO NOx传感器补偿模块被配置成调节EO NOx确定，以说明还原剂加料系统214以及DOC 208的入口锥体和出口锥体和DOC 208本身。在一个实施方案中，开发了两个基于EFA的模型。第一EFA模型是用于还原剂加料系统214，并且第二基于EFA的模型是用于DOC 208，包括其入口锥体和出口锥体。经由第三压力传感器226在过滤器上的SCR 204的入口处而不是在出口处来测量绝对压力。测量过滤器上的SCR 204的入口处的绝对压力相对于测量出口处的绝对压力降低了不确定性。然后使用绝对压力测量来补偿EO NOx传感器测量。
图4是根据实施方案的、控制过滤器上的SCR的主动再生的方法的流程图。关于图2A和图2B的废气后处理系统202来描述方法400。然而，方法400可以类似地通过其他废气后处理系统执行。
在402处，测量DOC 208出口温度和过滤器上的SCR入口温度。更具体地，后处理控制器216被构造成经由与第一温度传感器218的可操作通信来确定DOC 208出口温度值，并且经由与第二温度传感器220的可操作通信来确定过滤器上的SCR 204入口温度值。
在404处，计算或以其他方式确定过滤器上的SCR 204入口温度值与过滤器上的SCR目标再生值之间的误差。过滤器上的SCR目标再生值可以是过滤器上的SCR经历主动再生的温度。
在406处，动态调节DOC 208出口目标温度，以便使在404处计算的误差最小化。最后，在408处，控制来自HC加料器212的HC加料，以便使DOC 208出口温度等于DOC 208出口目标温度。
应当注意的是，尽管关于特定方法进行了描述，但是本文描述的方法的过程可以与其他方法一起使用。还应当注意，如在本文用于描述各种实施方案的术语“实例”意图表示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示和/或图示(并且这样的术语并不意图暗示这样的实施方案必须是特别的或最好的实例)。
示例性和非限制性模块实施元件包括：提供本文中所确定的任何值的传感器(例如，联接至图1和图2中的部件和/或系统的传感器)；提供是本文中所确定的值的先导的任何值的传感器；数据链和/或网络硬件，其包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、缆线、双芯绞合线、同轴布线、屏蔽布线、发送器、接收器和/或收发器；根据模块规格配置的以特定非瞬态状态的逻辑电路、硬连线逻辑电路、可重构逻辑电路；任何驱动器，该任何驱动器包括至少电动的、液压的或气动的驱动器；电磁阀；运算放大器；模拟控制元件(弹簧、过滤器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数据控制元件。
上文描述的示意性流程图和方法示意图通常作为逻辑流程图被陈述。这样，所描绘的顺序和标注的步骤表示代表性的实施方案。可以设想其他步骤、顺序和方法，其在功能、逻辑或效果上等效于示意性图中图示的方法的一个或更多个步骤或其部分。
另外，提供所采用的格式和符号以解释示意性图的逻辑步骤并且所采用的格式和符号被理解为不限制由图所图示的方法的范围。尽管可在示意性图中采用各种箭头类型和线类型，但是它们被理解为不限制相应的方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接器(connector)可以被用于仅指示方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示所描绘方法的列举步骤之间的未指定期间的等待或监测周期。另外，其中特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵守所示出的相应步骤的顺序。还应注意，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过执行指定的功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件和程序代码的组合被实施。
本说明书中所描述的许多功能性单元已经被标记为模块，以便更特别地强调其实现的独立性。例如，模块可以作为硬件电路实现，该硬件电路包括定制的VLSI电路或门阵列，现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管、或其他分立部件。模块也可以在诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备中实现。
模块也可以在机器可读介质中实现以用于由各种类型的处理器执行。可执行代码的识别模块可以例如包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，该计算机指令可以例如被组织为对象、过程或功能。然而，识别模块的可执行文件不需要被物理地放置在一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，该不同指令当被逻辑上接合在一起时包括模块并实现该模块的所述目的。
实际上，计算机可读程序代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以在不同的程序之中分布在若干不同的代码段上以及跨越若干存储器设备分布。类似地，可操作数据在本文中可以在模块内被识别并图示，并且可以以任何合适的形式来体现且被组织在任何适当类型的数据结构内。可操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同的位置上，包括分布在不同的存储设备上，并且可以至少部分地仅作为电信号存在于系统或网络上。在模块或模块的部分在机器可读介质(或计算机可读介质)中实现的情况下，计算机可读程序代码可以在一个或更多个计算机可读介质上存储和/或传播。
计算机可读介质可以是存储计算机可读程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于，电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的、全息的、微机械的或半导体的系统、装置或设备或前述的任何合适的组合。
计算机可读介质的更具体的实例可以包括但不限于便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光碟(DVD)、光学存储设备、磁存储设备、全息存储介质、微机械存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以为任何有形介质，该有形介质可以包含和/或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用的和/或与指令执行系统、装置或设备结合使用的计算机可读程序代码。
计算机可读介质还可以是计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，其中计算机可读程序代码在其中体现，例如在基带中或作为载波的一部分。这种传播的信号可以采取多种形式中的任何一种，包括但不限于电子、电磁、磁、光学或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且可以传输、传播或输送用于由指令执行系统、装置或设备使用或与该指令执行系统、装置或设备结合使用的计算机可读程序代码。在计算机可读信号介质上体现的计算机可读程序代码可以使用任何适当的介质来传输，该任何适当的介质包括但不限于无线的、有线的、光缆、射频(RF)等或前述的任何合适的组合。
在一个实施方案中，计算机可读介质可以包括一个或更多个计算机可读存储介质和一个或更多个计算机可读信号介质的组合。例如，计算机可读程序代码不仅可以作为电磁信号通过光纤电缆传播用于被处理器执行而且还可以存储在RAM存储设备上用于被处理器执行。
用于实施本实用新型的方面的操作的计算机可读程序代码可以以一种或更多种编程语言的任何组合来编写，该一种或更多种编程语言包括面向对象的编程语言，诸如Java、Smalltalk、C++或类似语言，以及常规程序编程语言，诸如“如“编程语言或类似编程语言。该计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立的计算机可读包，部分地在用户的计算机上执行且部分地在远程计算机上执行或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况中，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN))的任何类型的网络被连接至用户的计算机，或者可以连接至外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
该程序代码也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得存储在该计算机可读介质中的指令产生制造的物品，包括执行在示意性流程图和/或示意性框图的一个块或更多个块中指定的功能/动作的指令。
因此，在不背离其精神或实质特征的情况下，本公开内容可以以其他具体形式来实施。所描述的实施方案将在所有方面被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本公开内容的范围由所附权利要求指示而不是由前面的描述指示。在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化将被包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种废气后处理系统，包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂与发动机废气接收连通；
过滤器上的选择性催化还原催化剂(过滤器上的SCR)，所述过滤器上的SCR被定位于所述氧化催化剂的下游；
烃加料器，所述烃加料器被配置成在所述氧化催化剂的上游将烃注入到废气流中；
还原剂加料器，所述还原剂加料器被配置成在所述过滤器上的SCR的上游并且所述氧化催化剂的下游将还原剂注入到所述废气流中；以及
后处理控制器，所述后处理控制器是可操作地联接至所述烃加料器的，所述后处理控制器被配置成控制所述烃加料器将烃注入到所述废气流中的加料速率，以使所述过滤器上的SCR再生。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
第一温度传感器，所述第一温度传感器被定位成邻近所述氧化催化剂的出口，所述第一温度传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；以及
第二温度传感器，所述第二温度传感器被定位成邻近所述过滤器上的SCR的入口，所述第二温度传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；
其中所述后处理控制器还被配置成：
经由与所述第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与所述第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值，
确定所述第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差，以及
调节氧化催化剂出口目标温度以使所述误差最小化。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述后处理控制器还被配置成：
经由与所述第二温度传感器的可操作通信来确定第三温度测量值，所述第三温度测量值等于所述第一温度测量值，
确定所述第一温度测量值被确定的第一时间与所述第三温度测量值被确定的第二时间之间的滞后时间，以及
基于所述滞后时间确定还原剂沉积值。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述烃加料器的加料速率被控制成使所述第一温度测量值等于所述氧化催化剂出口目标温度。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述烃加料器的加料速率还基于所述废气的质量流量。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述烃加料器的加料速率还基于环境温度。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述还原剂包括柴油废气流体。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述烃加料器被配置成将所述烃注入到所述发动机的气缸中。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述后处理控制器还被配置成检测固体还原剂沉积物在所述废气后处理系统内的形成。
10.如权利要求1所述的系统，还包括：
第一压差传感器，所述第一压差传感器被定位成横跨所述过滤器上的SCR，所述第一压差传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；
其中所述后处理控制器还被配置成：
经由与所述第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，以及
基于所述第一压差测量值来确定烟灰负载值。
11.如权利要求10所述的系统，还包括：
第二压差传感器，所述第二压差传感器被定位成横跨包括所述还原剂加料器的所述废气后处理系统的一部分，所述第二压差传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；
其中所述后处理控制器还被配置成：
经由与所述第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，以及
基于所述第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
12.一种后处理控制器，包括：
过滤器再生电路，所述过滤器再生电路被配置成：
经由与第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值，所述第一温度传感器被定位成邻近氧化催化剂的出口，所述第二温度传感器被定位成邻近过滤器上的SCR的入口；
确定所述第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差；
调节氧化催化剂出口目标温度以使所述误差最小化；以及
基于调节的氧化催化剂出口目标温度控制烃加料器将烃注入到废气流中的加料速率，以使所述过滤器上的SCR再生。
13.如权利要求12所述的后处理控制器，还包括DEF沉积物检测电路，所述DEF沉积物检测电路被配置成：
经由与所述第二温度传感器的可操作通信来确定第三温度测量值，所述第三温度测量值等于所述第一温度测量值，
确定所述第一温度测量值被确定的第一时间与所述第三温度测量值被确定的第二时间之间的滞后时间，以及
基于所述滞后时间来确定还原剂沉积值。
14.如权利要求12所述的后处理控制器，其中所述烃加料器的加料速率被控制成使所述第一温度测量值等于所述氧化催化剂出口目标温度。
15.如权利要求12所述的后处理控制器，其中所述烃加料器的加料速率还基于所述废气的质量流量。
16.如权利要求12所述的后处理控制器，所述烃加料器的加料速率还基于环境温度。
17.如权利要求12所述的后处理控制器，还包括烟灰负载电路，所述烟灰负载电路被配置成：
经由与第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，所述第一压差传感器被定位成横跨所述过滤器上的SCR；以及
基于所述第一压差测量值来确定烟灰负载值。
18.如权利要求17所述的后处理控制器，还包括DEF沉积物检测电路，所述DEF沉积物检测电路被配置成：
经由与第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，所述第二压差传感器被定位成横跨包括所述还原剂加料器的所述废气后处理系统的一部分；以及
基于所述第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
19.一种废气后处理系统，包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂与发动机废气接收连通；
过滤器上的选择性催化还原催化剂(过滤器上的SCR)，所述过滤器上的SCR被定位于所述氧化催化剂的下游；
烃加料器，所述烃加料器被配置成在所述氧化催化剂的上游将烃注入到废气流中；
第一温度传感器，所述第一温度传感器被定位成邻近所述氧化催化剂的出口；
第二温度传感器，所述第二温度传感器被定位成邻近所述过滤器上的SCR的入口；以及
后处理控制器，所述后处理控制器是可操作地联接至所述烃加料器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的，所述后处理控制器被配置成：
经由与所述第一温度传感器的可操作通信来确定第一温度测量值，以及经由与所述第二温度传感器的可操作通信来确定第二温度测量值；
确定所述第二温度测量值与过滤器上的SCR目标再生温度之间的误差；
调节氧化催化剂出口目标温度以使所述误差最小化；以及
基于调节的氧化催化剂出口目标温度控制所述烃加料器将烃注入到所述废气流中的加料速率，以使所述过滤器上的SCR再生。
20.如权利要求20所述的废气后处理系统，还包括：
第一压差传感器，所述第一压差传感器被定位成横跨所述过滤器上的SCR，所述第一压差传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；以及
第二压差传感器，所述第二压差传感器被定位成横跨包括还原剂加料器的所述废气后处理系统的一部分，所述第二压差传感器与所述后处理控制器是可操作通信的；
其中所述后处理控制器还被配置成：
经由与所述第一压差传感器的可操作通信来确定第一压差测量值，
基于所述第一压差测量值来确定烟灰负载值，
经由与所述第二压差传感器的可操作通信来确定第二压差测量值，以及
基于所述第二压差测量值来确定还原剂沉积值。
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