CN108087066A - 用于多罐式选择性催化还原系统的模型预测控制 - Google Patents

用于多罐式选择性催化还原系统的模型预测控制 Download PDF

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Abstract

公开了模型预测控制(MPC)系统、使用这种MPC系统的方法以及具有采用MPC控制的选择性催化还原(SCR)的机动车辆。公开了一种SCR调节型MPC控制系统，其包括用于检测由SCR系统接收的氮氧化物(NOx)输入的NOx传感器、用于检测两种SCR催化剂的NOx输出的催化剂NOx传感器以及用于检测每种SCR催化剂的氨(NH3)逸出的催化剂NH3传感器。该MPC系统还包括控制单元，该控制单元被编程为：接收SCR催化剂的期望罐转化效率；确定SCR催化剂的期望罐NOx输出；确定SCR催化剂的最大NH3存储容量；计算每种SCR催化剂的当前罐转化效率；根据当前罐转化效率计算优化的还原剂脉冲宽度和/或体积；以及基于所计算的脉冲宽度/体积命令SCR配给喷射器将还原剂喷射至SCR导管中。

Description

用于多罐式选择性催化还原系统的模型预测控制
技术领域
本发明总体上涉及用于调节发动机排放的排气后处理系统。更具体地，本发明的多个方面涉及用于内燃机(ICE)组件的后处理氧化氮(NOx)还原的预测控制策略。
背景技术
当前的生产用机动车辆(诸如现代汽车)最初配备有动力系，其操作以推进车辆并且为车载电子设备供电。动力系(包括且通常被错误地分类为传动系)通常包括原动机，其通过多挡动力变速器将驱动力传递至车辆的最终传动系统(例如，后差速器、车轴和车轮)。往复式活塞型内燃机容易获得且成本相对低廉、重量轻以及整体效率佳，因此汽车通常由往复式活塞型内燃机提供动力。作为一些非限制性示例，这类发动机包括二冲程和四冲程压缩点火(CI)柴油机、四冲程火花点火式(SI)汽油发动机、六冲程架构以及旋转发动机。另一方面，混合动力式车辆利用替代电源(诸如电池供电电动机-发电机)推进车辆，从而最小化依赖发动机获取动力的依赖性，因此提高整体燃料经济性。
顶置阀内燃机通常包括具有一系列缸膛的发动机缸体，每个缸膛具有可在其中可往复移动的活塞。汽缸盖联接至发动机缸体的顶部表面，该汽缸盖与活塞和缸镗配合以形成可变体积燃烧室。这些往复式活塞用于将通过点燃燃烧室中的燃料和空气混合物而生成的压力转化成旋转力以驱动曲轴。汽缸盖限定进气口，由进气歧管提供的空气通过这些进气口选择性地引入至每个燃烧室。在汽缸盖内还限定有排气口，废气和燃烧副产物通过这些排气口选择性地从燃烧室排出至排气歧管。排气歧管又将用于再循环的废气收集并组合至进气歧管中、输送至涡轮驱动的涡轮增压器和/或经由排气系统从ICE排出。
在ICE组件的每个燃烧工作循环期间产生的废气通常包括颗粒物质和其它已知的燃烧副产物，诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、挥发性有机化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)。排气后处理系统操作地用于将未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水，并且在气体被释放至大气中之前将氮氧化物的混合物还原成氮气和水。排气处理可单独地和以任何组合方式结合氧化催化剂(OC)、NOx吸收器/吸附器、废气再循环(EGR)、选择性催化还原(SCR)系统、颗粒物质(PM)过滤器、催化转化器和其它排放控制手段。选择性催化还原是先进的主动排放控制技术，其将诸如无水或含水氨(NH3)或汽车级尿素(否则称为柴油机排气流体(DEF))等配给剂喷射至废气流中。该配给剂包括还原剂，其被吸收至SCR催化剂表面上，然后与废气中的NOx反应。然后SCR催化剂可将NOx分解或还原成水蒸气(H2O)和氮气(N2)。
发明内容
本文公开了用于调节内燃机(ICE)组件的选择性催化还原(SCR)的多变量模型预测控制(MPC)算法和控制系统、制造这样的MPC控制系统的制造方法和使用方法、具有多变量SCR型MPC控制性能的内燃机，以及配备这样的发动机的机动车辆。作为示例而非限制，提出了一种用于双罐式SCR系统的独特线性参数变化(LPV)MPC控制策略和架构以有助于使氮氧化物(NOx)转化效率最大化并使氨逸出最小化。这种控制策略考虑了建模当中的氨(NH3)存储的非均匀分布以及优化罐分级。采用简化和降阶SCR模型来帮助简化模型和控制校准。通过采用这种优化控制方法，SCR控制器可在NOx转化与NH3转移之间实现折衷优化。优化控制算法可采用具有实时数据更新的简化的扩展卡尔曼滤波器(EKF)。
本发明的多个方面涉及用于商业和工业锅炉、燃气涡轮和具有SCR功能的往复式活塞型内燃机组件的多变量MPC控制架构。例如，公开了一种用于调节SCR系统的操作的MPC控制系统。SCR系统具有两种流体联接的SCR催化剂(俗称“罐”)和用于存储还原剂(例如，尿素)的储罐。SCR流体导管将储罐流体连接至SCR催化剂，且电子配给喷射器可操作以选择性地将还原剂喷射至通过导管并进入催化剂的夹带NOx的排气流中。MPC控制系统包括用于监控系统操作的各种检测装置。例如，一个或多个NOx传感器检测由导管接收的当前NOx输入，一个或多个催化剂NOx传感器检测每种SCR催化剂的相应当前NOx输出，且一个或多个催化剂NH3传感器检测每种SCR催化剂的相应的当前NH3逸出体积。
可编程电子控制单元(ECU)可通信地连接至导管NOx传感器、SCR催化剂NOx传感器、SCR催化剂NH3传感器和SCR配给注射器。此ECU配置为：接收每种SCR催化剂的相应的期望罐转化效率的指示；根据这些期望罐转化效率确定每种SCR催化剂的相应的期望罐NOx输出；确定每种SCR催化剂的相应的最大NH3存储容量；计算每种SCR催化剂的相应的当前罐转化效率；根据SCR催化剂的当前罐转化效率计算修改的还原剂喷射参数(例如，最佳脉冲宽度和/或还原剂体积)；以及基于修改的还原剂喷射参数命令配给喷射器将还原剂喷射至导管中。可例如根据当前NOx输入、当前NOx输出、期望罐NOx输出、当前罐NH3逸出体积、最大罐NH3存储容量以及第一和第二SCR催化剂的氨覆盖比率来计算当前罐转化效率。
本发明的其它方面涉及具有带有MPC控制能力的往复式活塞型发动机和SCR排气后处理系统的机动车辆。如本文使用的“机动车辆”可包括任何相关的车辆平台，诸如客车(内燃机(ICE)、混合动力、燃料电池、全自主或部分自主等)、商用车辆、工业车辆、履带式车辆、越野和全地形车辆(ATV)、农场设备、船只、飞机、火车等。在示例中，提出了一种机动车辆，其包括具有发动机舱的车身以及存放在发动机舱内的内燃机(ICE)组件。ICE组件包括具有多个缸膛的发动机缸体以及可在每一个缸膛内往复移动的活塞。SCR排气后处理系统流体联接至ICE组件。SCR系统包括与第二SCR催化剂串联流体联接的第一SCR催化剂以及存储流体还原剂的储罐。SCR导管将储罐流体连接至这两种SCR催化剂，且配给喷射器可选择性地操作以将还原剂喷射至通过SCR流体导管的夹带NOx的排气流中。对于某些应用，第二SCR催化剂可被移除以使SCR系统具有单罐。
流体导管NOx传感器实时监控或以其它方式检测由SCR流体导管从ICE组件接收的当前NOx输入。这种发动机排出NOx传感器可由NOx虚拟传感器替代或基于发动机排出NOx模型进行估计。同样，一对SCR催化剂NOx传感器各自实时地监控或以其它方式检测相应的一种SCR催化剂的相应的当前NOx输出，而一对SCR催化剂NH3传感器各自实时地监控或以其它方式检测相应的一种SCR催化剂的相应的当前NH3逸出体积。在可选配置中，SCR催化剂NOx传感器监控第一SCR催化剂的相应的当前NOx输出，而NH3传感器实时监控或以其它方式检测第二SCR催化剂的相应的当前NH3逸出体积。在又一可选配置中，SCR催化剂NH3传感器监控第一SCR催化剂中的相应的当前NH3逸出，而NOx传感器实时监控或以其它方式检测第二SCR催化剂的相应的当前NOx输出。电子控制单元(例如，发动机控制器)与前述传感器和SCR系统通信。电子控制单元被编程为：接收每种SCR催化剂的期望罐转化效率的指示；根据这些期望罐转化效率确定每种SCR催化剂的相应的期望罐NOx输出；确定SCR催化剂的最大的NH3存储容量；例如根据当前SCR NOx输入、当前罐NOx输出、期望罐NOx输出、当前罐NH3逸出和最大罐NH3存储容量来计算SCR催化剂的当前罐转化效率；根据SCR催化剂的当前罐转化效率计算修改的还原剂喷射参数；以及基于所计算的改进的还原剂喷射参数来调节SCR配给喷射器的操作。
本发明的附加方面涉及具有用于调节SCR排气后处理系统的操作的闭环功能的多变量MPC控制架构的制造方法和其使用方法。例如，公开了一种用于操作用于调节SCR排气后处理系统的MPC控制系统的方法。该方法以任何顺序和以任何组合包括：从流体导管NOx传感器接收指示由导管接收的当前氮氧化物(NOx)输入的信号；从第一和第二SCR催化剂NOx传感器接收分别指示第一和第二SCR催化剂的第一和第二当前NOx输出的信号；从第一和第二SCR催化剂NH3传感器接收分别指示第一和第二SCR催化剂的第一和第二当前氨(NH3)逸出体积的信号；接收分别第一和第二SCR催化剂的第一和第二期望的罐转化效率的指示；根据第一和第二期望的罐转化效率分别确定第一和第二SCR催化剂的第一和第二期望罐的NOx输出；分别确定第一及第二SCR催化剂的第一及第二最大量NH3存储容量；根据当前NOx输入、第一和第二当前NOx输出、第一和第二期望NOx输出、第一和第二当前NH3逸出体积以及第一和第二最大NH3存储容量来计算每种SCR催化剂的相应的当前罐转化效率；根据SCR催化剂的第一和第二当前罐转化效率来计算修改的还原剂喷射参数；以及基于修改的还原剂喷射参数命令配给喷射器将还原剂喷射至导管中。
上述发明内容并不旨在表示本发明的每个实施例或每个方面。实情是，前述发明内容仅仅提供本文阐述的某些新颖方面和特征的例证。上述特征和优点以及本发明的其它特征和优点从典型实施例的以下详细描述和用于实行结合附图和随附权利要求书取得的本发明的典型模式将容易变得显而易见。另外，本发明明确地包括上下文中提出的元件和特征的任何和全部组合和子组合。
附图说明
图1是根据本发明的方面的具有带多罐式选择性催化还原(SCR)能力的典型往复式活塞型内燃机(ICE)组件的示意插图的典型机动车辆的前视透视图。
图2是根据本发明的方面的典型的双罐式SCR线性参数变化(LPV)模型预测控制(MPC)控制架构的示意图。
图3是说明了用于图2的典型LPV-MPC控制架构的进入氮氧化物(NOx)对NOx转化效率的示例的图表。
图4是根据本发明的多个方面的可对应于由车载控制逻辑电路或机动车辆的其它基于计算机的装置执行的指令的典型MPC控制方案或算法的流程图。
本发明具有各种修改和替代形式，且某些代表性实施例在附图中已作为示例示出并且将在本文进行详细描述。然而，应当理解的是，本发明的新颖方面不限于附图中所说明的特定形式。实情是，本发明涵盖落在如由所附权利要求书限定的本发明的范围和精神内的所有修改、等效、组合、子组合、置换、分组和替代品。
具体实施方式
本发明具有许多不同形式的实施例。在这些典型实施例被认为是本发明的原理的例证并且不旨在将本发明的广泛方面限于所说明实施例的理解下，附图中示出且本文将详细描述本发明的典型实施例。在一定程度上，例如在摘要、发明内容和具体实施方式部分中公开但权利要求书中并未明确陈述的元件和限制不应单独或共同通过隐含、推断或其它方式结合至权利要求书中。为了本详细描述的目的，除非明确地放弃保护，否则：单数包括复数且反之亦然；词语“和”和“或”或应当均为联合的和非联合的；词语“所有”意指“任何和所有”；词语“任何”意指“任何和所有”；且词语“包括(including)”和“包括(comprising)”以及“具有”意指“包括但不限于”。另外，诸如“大约”、“几乎”、“基本上”、“近似”等近似词语在本文可在“为……、接近……或接近为……”或“在……的3％至5％以内”或“在可接受制造公差内”或例如其任何逻辑组合的意义中使用。
现在参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中指代相同的特征，在图1中示出了典型汽车的透视图，该汽车通常用10表示并且为了讨论目的而被描绘为四门轿车式客车。在汽车10的前部(例如，前保险杠和格栅的后部以及乘客车舱的前部)安装了容纳在由发动机罩14覆盖的发动机舱内的内燃机(ICE)组件12。所说明的汽车10(在本文中也简称为“机动车辆”或“车辆”)仅仅是可实践本发明的新颖方面和特征的示例性应用。同样，将本概念实施为火花点火直喷式(SIDI)发动机配置也应理解为本文公开的新颖概念的示例性应用。因而，将理解的是，本发明的方面和特征可应用于针对其它排气后处理系统实施的其它发动机架构，并且可用于任何逻辑相关类型的机动车辆。同样，本发明的多个方面可用于基于非车辆的应用，诸如大型电力锅炉、工业级锅炉、工艺加热器、燃气涡轮等。最后，本文提出的附图不一定按比例绘制且纯粹是为了教学目的而提供的。因此，附图中所示的具体和相对尺寸不应被解释为限制性的。
在图1中示出了多缸双顶置凸轮(DOHC)直列型ICE组件12的示例。所说明的ICE组件12是四冲程往复式活塞发动机配置，其操作以例如作为直喷式汽油发动机推进车辆10，该车辆包括柔性燃料车辆(FFV)和其混合动力车辆变型。ICE组件12可选地以包括均质充量压缩点火(HCCI)燃烧模式和其它压缩点火(CI)燃烧模式的各种可选燃烧模式中的任何一种模式进行操作。另外，ICE组件12可以化学计量的空气/燃料比和/或以主要稀化学计量的空气/燃料比进行操作。该发动机12包括可在发动机缸体13的缸膛15内可滑动地移动的一系列往复活塞16。每个活塞16的顶表面与其对应汽缸15的内周边以及汽缸盖25的凹入的腔室表面19配合以限定可变体积燃烧室17。每个活塞16连接至旋转曲轴11，通过该旋转曲轴，活塞16的直线往复运动例如经由曲轴11作为旋转运动输出至动力传输装置(未示出)。
进气系统通过进气歧管29将进气传输至汽缸15，该进气歧管经由汽缸盖25的进气流道将空气引导并分配至燃烧室17中。发动机的进气系统具有气流管道系统以及用于监控和控制气流的各种电子装置。作为非限制性示例，进气装置可包括用于监控质量气流(MAF)33和进气温度(IAT)35的质量气流传感器32。节流阀34响应于来自可编程发动机控制单元(ECU)5的控制信号(ETC)120而控制至ICE组件12的气流。进气歧管29中的压力传感器36监控例如歧管绝对压力(MAP)37和大气压。外部流动通道将废气(例如，经由废气再循环(EGR)阀38的本质的控制阀)从发动机排气口再循环至进气歧管29。可编程发动机控制单元5通过经由EGR命令139控制EGR阀38的打开来控制至进气歧管29的废气的质量流量。在图1中，连接ECU 5与ICE组件12的各个部件的箭头是电子信号或其它通信交换的象征，通过这些通信交换，数据和/或控制命令从一个部件传输至另一个部件。
从进气歧管29进入每个燃烧室17的气流由一个或多个专用进气发动机阀20控制。经由排气歧管39将废气从燃烧室17排出至排气后处理系统55由一个或多个专用排气发动机阀18控制。根据至少某些所公开的实施例，排气后处理系统55包括废气再循环(EGR)系统和/或选择性催化还原(SCR)系统。发动机阀18、20在本文被说明为弹簧偏置的提升阀；然而，可采用其它已知类型的发动机阀。ICE组件12的阀机构系统配备成控制和调整进气阀20和排气阀18的打开和关闭。根据一个示例，可通过控制进气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)装置22和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)装置24来分别调节进气阀20和排气阀18的启动。这两个VCP/VLC装置22、24配置为分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。这些进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转与曲轴11的旋转关联和/或挂钩，因此将进气阀20和排气阀18的打开和关闭关联至曲轴11和活塞16的位置。进气VCP/VLC装置22可制造成具有可操作以响应于控制信号(iVLC)125而切换和控制进气阀20的阀升程的机构，并且响应于控制信号(iVCP)126而可变地调整和控制每个汽缸15的进气凸轮轴21的定相。同样，排气VCP/VLC装置24可制造成具有可操作以响应于控制信号(eVLC)123而可变地切换和控制排气阀18的阀升程的机构，并且响应于控制信号(eVCP)124而可变地调整和控制每个汽缸15的排气凸轮轴23的定相。响应于相应的控制信号eVLC 123、eVCP 124、iVLC125和iVCP 126、VCP/VLC装置22、24可使用电液压、液压、电机械和电控制力中的任何一个来致动。
继续参考图1的典型配置，ICE组件12采用具有多个高压燃料喷射器28的汽油直喷式(GDI)燃料喷射子系统，这些燃料喷射器将燃料的脉冲直接喷射至燃烧室17中。每个汽缸15设置有一个或多个燃料喷射器28，其响应于来自ECU 5的喷射器脉冲宽度命令(INJ_PW)112而启动。这些燃料喷射器28由燃料分配系统供应加压燃料。一个或多个或全部燃料喷射器28在被启动时可操作以将每个工作循环的多个燃料脉冲(例如，一系列第一、第二、第三等燃料质量喷射)喷射至对应的一个ICE组件汽缸15。ICE组件12采用火花点火子系统，通过该火花点火子系统，经由火花塞26提供燃料燃烧起始能量-通常为突然放电的本质-用于响应来自ECU 5的火花命令(IGN)118而点燃或协助点燃每个燃烧室17中的汽缸充气。本发明的多个方面可类似地应用于压缩点火(CI)柴油发动机。
ICE组件12配备有用于监控发动机操作的各种感测装置，包括具有指示曲轴旋转位置的输出(例如，曲柄角和/或速度(RPM)信号43)的曲轴传感器42。温度传感器44配置为监控例如一个或多个发动机相关温度(例如，冷却剂温度、燃料温度、排气温度等)，并且输出指示其的信号45。缸内燃烧传感器30配置为监控诸如缸内燃烧压力、充气温度、燃料质量、空气燃料比等燃烧相关变量，并且输出指示其的信号31。废气传感器40配置为监控废气相关变量，例如实际的空气/燃料比(AFR)、燃烧的气体分数等，并且输出指示其的信号41。ECU 5可监控燃烧压力和曲轴速度，例如以确定燃烧正时，即，相对于每个工作燃烧循环的每个汽缸15的曲轴11的去曲柄角的燃烧压力正时。应当明白的是，燃烧正时可通过其它方法来确定。ECU 5可监控燃烧压力以确定每个工作燃烧循环的每个汽缸15的指示平均有效压力(IMEP)。ICE组件12和ECU 5配合地监控并且确定在每个汽缸点火事件期间每个发动机汽缸15的IMEP的状态。替代地，可使用其它感测系统来监控在本发明的范围内的其它燃烧参数的状态，例如离子感测点火系统、EGR分数和非侵入式汽缸压力传感器。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)以及执行一个或多个软件或固件程序或例程的相关存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路，以及用于提供所述功能性的其它部件中的一个或多个的任何一个或各种组合。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。ECU可设计有经执行以提供期望功能的一组控制例程。控制例程是诸如由中央处理单元执行并且可操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制装置和致动器的操作。例程在正进行的发动机和车辆操作期间可以规则的间隔而执行，例如，每100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行一次。替代地，例程可响应于触发事件的发生而执行。
在图2中呈现了通常表示为200的典型线性参数变化(LPV)模型预测控制(MPC)系统架构，其可操作以例如帮助最大化NOx转化效率并最小化氨逸出，同时减排多罐式SCR系统的还原剂喷射体积。如将在下面进一步详细描述，LPV-MPC架构200采用面向控制的SCR模型，其在数学上描述被识别为对于SCR控制至关重要的选定SCR动态。作为非限制性示例，所说明的MPC架构被设计成在执行面向控制的SCR建模时考虑优化的罐分级和NH3存储的不均匀分布。利用简化和降阶SCR模型来帮助减少模型和控制校准。通过实施优化控制算法，系统控制器可通过优化NOx转化速率、分配还原剂和NH3逸出之间的折衷来改善后处理系统的性能。
在所说明的示例中，LPV-MPC架构200的部分被示为通常被实施为可互操作的控制模块-设置点变换(SPT)模块202和模型预测控制(MPC)模块204-可各自包括相应的软件应用程序，其中处理器可执行指令例如由图1中所示的机动车辆10的车载发动机控制单元(ECU)5或独特的SCR控制器实现。对于至少某些实施例，可设想每个控制模块可包括分立的控制器、微处理器或其它集成电路(IC)装置，所有这些可操作地互连以实行本文公开的任何功能和特征。虽然没有限制，但是系统架构200被描绘为调节基于尿素的选择性催化还原(SCR)排气后处理系统55的操作，用于减少压缩点火(CI)柴油发动机中的NOx排放。SCR系统55可分别对第一SCR催化剂206和第二SCR催化剂208实施尿素的分段均质分布。根据至少某些所公开的概念，SCR催化剂206、208串联地流体连接，其中第一SCR催化剂(或“第一罐”)206构成总催化剂体积的约70％，而第二SCR催化剂(或“第二罐”)208构成总催化剂体积的约30％。实施更少或附加SCR催化剂和/或增加每种催化剂对总催化剂体积的相应贡献当然在本发明的范围内。另外，这两罐SCR之间的总体积SCR的分布是可变的。
继续参考图2，SCR排气后处理系统55(例如，经由图1的ICE组件12的排气歧管39)从例如内燃机的燃烧室接收废气，这些废气可首先通过诸如柴油颗粒过滤器(DPF)或柴油氧化催化剂(DOC)(均未在附图中示出)等周边排气硬件。DPF用于在排出或再循环之前从柴油发动机废气中除去柴油颗粒物质。DOC的一个功能是将NO转化为NO2(在SCR催化剂中更容易处理的NOX形式)。然后将经DOC处理的废气引导至SCR催化剂206、208，其使用含水尿素210(近似32％尿素和近似67％去离子水的混合物)或存储在储罐212中的其它功能性配给剂作为反应物以将NOx还原成其它成分。第一SCR罐206也可与DPF组合以形成集成的DPF/SCR系统。SCR流体管线214(或“导管”)将发动机组件12和储罐212流体连接至SCR催化剂206、208。可具有螺线管驱动的H型或D型喷射阀本质的配给喷射器216可选择性地致动以将尿素210喷射至SCR流体管线214中。
为了提供闭环反馈可操作性，LPV-MPC系统200可与各种车载和车外感测装置(包括图1和2中所示的感测装置以及上下文中所描述的感测装置)进行通信，以汇总用于排气后处理系统55的操作和优化的相关信息。在图2中，例如，ECU 5与一个或多个NOx传感器218、220和222通信，每个传感器均可具有固态电化学或电流型NOx传感器的本质，诸如灵敏度范围从约百万分之500(ppm)至百万分之2000(ppm)的高温陶瓷金属氧化物NOx传感器。NOx传感器218(在本文中也被称为“流体导管NOx传感器”)可操作以系统地/随机地跟踪、实时监控或以其它方式选择性地检测SCR系统55经由SCR流体管线214从发动机12接收的当前NOx输入。同样，NOx传感器220、222(在本文中也被称为“第一和第二SCR催化剂NOx传感器”)中的每一个可操作以系统地/随机地跟踪、实时监控或以其它方式选择性地检测SCR催化剂206、208中相应的一种催化剂的当前NOx输出。
对于后处理系统控制，ECU 5还可或替代地与一个或多个NH3传感器通信，每个NH3传感器可具有红外、化学吸附(MOS)、电化学或固态(SS)载流喷射(CCI)传感器的本质。这些NH3传感器224、226(在本文中也被称为“第一和第二SCR催化剂NH3传感器”)可操作以系统地/随机地跟踪、实时监控或以其它方式选择性地检测SCR催化剂206、208中相应的一种催化剂的当前氨逸出体积。氨“逸出”的特征可在于从SCR催化剂(也称为“SCR出口NH3”)排出的未反应氨的可测量体积。在正常使用期间，被喷射至每种SCR催化剂中的氨主要吸附在催化剂表面上；然而，某些部分将从催化剂表面解吸至排气流中并从催化剂中“逸出”。可设想，LPV-MPC系统200利用比图中所示更多、更少和/或不同的感测装置。
在图2中示为与设置点变换(SPT)模块202、排气后处理系统55和SCR系统传感器218、220、222、224和226通信地互连的模型预测控制(MPC)模块204接收动态系统输入、闭环反馈数据以及预定系统参数，例如以基于排气系统的面向控制的建模来计算尿素喷射的优化量。作为示例而非限制，SPT模块202接收指示第一SCR催化剂206的(第一)期望罐转化效率η1des和第二SCR催化剂208的(第二)期望罐转化效率η2des的信号。夹带废气的NOx与存储在每种SCR催化剂表面上的NH3反应，并且在被称为“NOx还原”的化学过程中被还原成氮气N2和水H2O。通常，可将罐转化效率η定义为SCR催化剂将NOx转化成这些污染较少的成分的速率，其中
η＝(NOx,in–NOx,out)/NOx,in
在SCR催化剂内部，存在确定在催化剂表面上存储多少氨的四个主要反应：(1)氨吸附，其中喷射的氨被吸附至催化剂表面上；(2)NH3解吸，其中SCR表面上的某些NH3将被解吸至废气中；(3)如上所述的NOx还原；以及(4)氨氧化，其中某些NH3将被氧化成氧气和水。图3描绘了图2的第一罐206和第二罐208的期望的NOx罐转化效率对进入的NOx的示例。
基于从ICE发动机12排出/接收NOx的量，可以将设置点变换(SPT)模块202的特征描述为将期望NOx转化η1des和η2des转换成针对这两个SCR罐206和208的期望出口NOxy1des和y2des的框，这将允许MPC模块204指定对喷射的尿素的最佳控制u2＝NH3,in。为第一SCR催化剂206和第二SCR催化剂208中的每一种催化剂确定相应的最大NH3存储容量。最大NH3存储容量可表示给定时间可存储在催化剂中的氨的最大量。通过比较，SCR催化剂氨覆盖比率是当前存储的氨与SCR催化剂的最大氨存储容量的比率，其值在0与1之间。对于所说明的SCR催化剂，第一罐206的第一氨覆盖比率θ1和第二罐208的第二氨覆盖比率θ2可由以下项确定
其中rox1和rox2分别是第一罐206和第二罐208中作为催化剂温度T的函数的SCR催化剂NH3氧化速率；rde1和rde2分别是第一罐206和第二罐208中作为催化剂温度T的函数的SCR催化剂NH3解吸速率；rrd1和rrd2分别是第一罐206和第二罐208中作为催化剂温度T的函数的SCR催化剂NOx还原速率；rad1和rad2分别是第一罐206和第二罐208中作为催化剂温度T的函数的SCR催化剂NH3吸附速率；u1是进入SCR系统的NOx输入(NOx,in)；u2是被喷射至SCR系统中的氨。MPC控制可要求来自第一SCR罐的NOx输出的闭环反馈y1、来自第二SCR罐的NOx输出y2、来自第一SCR罐的NH3逸出y3，以及来自第二SCR罐的NH3逸出y4，其中
y1＝(1-η1)u1＝f1(θ1,u1)
y2＝(1-η)u1＝f2(θ1,θ2,u1)
y3＝(1-ξ1)u2＝f3(θ1,u2)
y4＝(1-ξ)u2＝f4(θ1,θ2,u1,u2)
其中ζ是SCR催化剂的总NH3转化效率，且ζ1是第一SCR催化剂的NH3转化效率。η1和η以及ζ和ζ1可由等式(2)、(3)和(4)计算或以其它方式如下面进一步详细描述般确定。
模型预测控制(MPC)模块204可实施独特的二阶离散化的面向控制的SCR模型(1)以计算每种SCR催化剂206、208的罐转化效率。NOx和NH3罐转化效率可取决于以下项或可为以下项的函数：(1)催化剂NH3最大存储容量、(2)催化剂NH3覆盖比率、(3)排气流空间速度，以及(4)四种催化剂反应速率。排气流空间速度可被定义为排气体积流量除以总SCR体积。第一NOx转化效率η1和第二NOx转化效率η2的详细计算可被定义为
其中Q是排气流空间速度，且Θ1和Θ2分别是第一SCR罐206和第二SCR罐208中的最大NH3存储容量。整个SCR系统的NOx转化效率可被定义为
η＝η1+η2-η1η2 (3)
整个SCR系统的总NH3转化效率ζ和第一SCR催化剂206的NH3转化效率ζ1可被定义为：
因此，这种SCR模型可能会采取以下形式的一般非线性系统：
这种开环模型可被实施用于预测氨覆盖比率θ1和θ2，但是缓慢地收敛至真值以改进预测，而不考虑覆盖比率的任何初始值。这种扩展卡尔曼滤波器(EKF)可应用于这种非线性系统模型以使用SCR系统的可用测量输入和输出来估计真值θ1和θ2。
然后MPC模块204被设计为根据上面计算的NOx和NH3罐转化效率来计算修改的还原剂喷射参数(例如，最优喷射脉冲宽度和/或最佳还原剂喷射体积)。配给喷射器116的操作可基于所计算的改进的还原剂喷射参数同时进行调节以优化SCR系统性能。作为非限制性示例，图2的LPV-MPC架构的一个控制目标可为找到尿素的最优喷射u2＝CNH3,in，以便根据最小化成本函数J，该成本函数受到系统动态方程(1)以及输入和输出约束
这可能需要在给出期望NOx转化效率η1和η2的情况下将设置点变换定义为
状态空间模型(5)可连续地线性化，或可采取准状态相关的LPV形式，例如由面向控制的模型(1)描述。在极端情况下，y1,des和y2des可被设置为零。对于至少某些系统设计，第一SCR催化剂在物理上大于第二SCR催化剂；因此，第一罐的NOx转化占主导地位，这可能取决于氨覆盖比率的水平，其中此期望氨覆盖比率由以下关系确定：
可在具有N个样本k＝1,2...N的移动平均窗口上计算成本函数J，该成本函数受到上面描述为y1、y2、y3和y4的SCR系统约束。这种优化的物理意义可为：使来自第一SCR罐的实际出口NOx y1(k)跟踪y1des(k)(例如，如果y1des(k)＝0，那么最小化SCR出口NOx)；使来自第二SCR罐的实际出口NOx y2(k)跟踪y2des(k)(例如，如果y2des(k)＝0，那么最小化SCR出口NOx)；最小化NH3逸出，即y4(k)；将第一SCR罐氨覆盖比率维持在期望水平，例如，其中成本函数中的第四项可由约束条件θ1>θ1,des替代；最小化喷射的尿素量u2；和/或限制尿素喷射的速率。在成本函数J中，值S1、S2、S3、S4、R和W可被指定为用于平衡优化项的“权重”。可存在几种方法来解决这种优化控制问题，包括应用称为NMPC(非线性模型预测控制)的标准非线性优化技术、在选定操作条件下或在每次抽样时间t将非线性系统线性化，然后对该组线性化系统应用MPC来寻找控制u2
设置点变换(SPT)框可将期望NOx转化转换为两个SCR罐的期望出口NOx，且MPC框可找到对喷射的的最优控制u2＝NH3,in，其中反馈信号由卡尔曼滤波器提供。
如果已知各种动态状态的初始条件，那么这种模型可模拟SCR系统响应。根据至少某些所公开的概念，使用简化的扩展卡尔曼滤波器(EKF)来估计这些状态。作为示例，可使用递归卡尔曼滤波器来基于非线性模型将氨覆盖比率估计为
离散化
以及
其中u1是例如经由SCR导管214进入SCR系统的当前NOx输入，ζ是SCR催化剂的总NH3转化效率，rrd1和rrd2分别是第一和第二SCR催化剂中的SCR催化剂NOx还原速率，Θ1和Θ2分别是第一和第二SCR催化剂的最大NH3存储容量；θ1和θ2分别是第一和第二SCR催化剂的氨覆盖比率；T是当前的NOx传感器温度，Q是排气流空间速度，且K是增益值，使得K(T,Q)是作为T和Q的非线性函数的增益值。由于化学物种的交叉敏感性，在SCR出口处的当前NOx传感器的测量值受到进入NOx传感器的所逸出的NH3的影响。在这种扩展的卡尔曼滤波器中，将考虑这种交叉敏感性影响的NOx传感器模型添加至原始SCR模型；NOx传感器输出y2,sen被建模为实际SCR出口NOx和NH3逸出的函数。
例如，取决于如何选择SCR传感器及其安装位置，EKF设计也可被简化并针对每个SCR罐单独设计。作为非限制性示例，可通过虚拟传感器或模型来估计发动机排出NOx；NOx传感器可安装在第一SCR罐的出口处，且第二NOx传感器可安装在第二SCR罐的出口处。对于这种配置，可为每个SCR罐设计两个EKF来估计氨覆盖比率。基于第一罐SCR的模型设计第一EKF：
yNOx,Sen1＝f2(θ1,u1)+K1(T1,Q)·f3(θ1,u2)
其中yNOx,sen1是来自第一NOx传感器的测量值。EKF将预测第一SCR罐中的氨覆盖比率、NOx和NH3排出量
然后可基于第二SCR罐模型设计第二EKF：
其中yNOx,sen2是来自第二NOx传感器的测量值。EKF将预测第二SCR罐中的氨覆盖比率、NOx和NH3排出量
作为另一个示例性示例，可通过虚拟传感器或模型来估计发动机排出的NOx，NH3传感器安装在第一SCR罐的出口处，且NOx传感器安装在第二SCR罐的出口处。对于这种配置，基于第一罐SCR模型设计第一EKF：
yNH3,Sen＝f3(θ1,u2)
其中yNH3,sen是来自NH3传感器的测量值。EKF将预测第一SCR罐中的氨覆盖比率、NOx排出量
然后基于第二SCR罐模型设计第二EKF：
其中yNOx,sen是来自NOx传感器的测量值。EKF将预测第二SCR罐中的氨覆盖比率、NOx和NH3排出量
作为又一个典型示例，可通过虚拟传感器或模型来估计发动机排出的NOx，NOx传感器安装在第一SCR罐的出口处，且NH3传感器安装在第二SCR罐的出口处。对于这种配置，基于第一罐SCR模型设计第一EKF：
yNOx,Sen＝f2(θ1,u1)+K(T1,Q)·f3(θ1,u2)
其中yNOx,sen是来自NOx传感器的测量值。EKF将预测第一SCR罐中的氨覆盖比率、NOx和NH3排出量
然后基于第二SCR罐模型设计第二EKF：
其中yNH3,sen是来自NH3传感器的测量值。EKF将预测第二SCR罐中的氨覆盖比率、NOx排出量
使用来自SCR催化剂出口的NOx传感器和/或NH3传感器测量值结合来自发动机排出的NOx的测量值和NH3喷射量的数据输入，可采用扩展卡尔曼滤波器来估计一个或多个SCR状态和输出，诸如采样时间k处的氨覆盖比率θ1和θ2。这些估计的状态可用于更新系统反馈控制信息和/或计算NOx转化效率和NH3转化效率，然后可将其反馈至SCR模型。卡尔曼滤波器可被设置为在下一个采样时间k＝k+1处重复此过程。
在SCR系统设计中，第一SCR催化剂的大小可大于第二SCR催化剂；在这样做的情况下，可以看出在第一SCR催化剂内发生大部分NOx转化效率。定义了第一罐和第二罐的期望SCR NOx转化效率，且定义了期望SCR出口NH3逸出速率以反向计算从下面的模型预测的第一SCR罐的期望出口NOx和NH3
y1des＝(1-η1des)u1,
y4des＜γ(slip constraint),
y3,des[k]＝[y4des(Q+rad2Θ2(1-θ2))-rde2Θ2θ2]/Q,
其中η1des(T,Q,NOx_eng)可被定义为第一罐的SCR温度、空间速度和发动机排出的NOx的函数。可通过最小化成本函数来定义最佳的喷射尿素量：
在这种情况下，第一优化项可控制第一SCR催化剂中的NOx排出量以达到目标性能，且第二优化项可控制第一SCR催化剂中的NH3排出量以满足NH3逸出目标。控制u2的最终格式是反馈控制器
卡尔曼滤波器然后可以与上述类似的方式运行。在这种简化算法中，添加的前馈控制项将要喷射的NH3的摩尔数与从发动机排出的NOx的摩尔数相同。MPC控制可进一步优化这个量，使得总控制u2将使成本函数J最小化。
可设想，MPC架构200包括不同的控制硬件配置以提供相同或类似的SCR控制。一种选项是在SCR系统上的不同位置处安装NOx传感器和/或NH3传感器。还可设想，将一个或多个传感器用虚拟传感器替代。其它选项包括利用替代性面向控制的SCR模型。作为非限制性示例，该系统可采用以下状态方程
并更新了以下信息
y3＝(1-ξ1)u2
y4＝(1-ξ)u2
双罐式SCR模型的另一个选项包括奇异摄动，例如，对于覆盖比率具有theta1和theta2的慢系统，其余可被认为是快速系统，其中
其中前三个方程分别表示第一SCR催化剂的NOx、氨存储比率和NH3，且后三个方程分别表示第二SCR催化剂的NOx、氨存储比率和NH3。另一个选项是采用二阶线性化SCR LPV离散模型，其中
以及
x＝[θ1 θ2]T,u＝[u1 u2]T,y＝[y1 y2 y3]T
且其中系统是离散的。
现在参考图4的流程图，根据本发明的多个方面的用于机动车辆(诸如汽车10)的内燃机(诸如图1的ICE组件12)的操作期间用于MPC控制的改进方法或算法例如通常表示为300。图4可表示对应于至少某些指令的算法，这些指令例如可存储在主存储器或辅助存储器中，并且例如由ECU、CPU、车载或远程车辆控制逻辑电路或其它装置，以执行与所公开的概念相关联的任何一个或全部上文和/或下文描述的功能。
图4的方法300在框301处开始，接收第一和第二SCR催化剂的期望罐转化效率。根据这些值，在框303处计算每个罐的期望NOx排出量。方法300继续至框305，确定SCR系统的NOx输入量(例如，经由图2的流体导管NOx传感器218)。在框307处，确定排气流空间速度。根据前述值，例如在框309处为SCR系统中的每个罐计算相应的罐转化效率。
图4的方法300接下来进行至框311以测量、计算或以其它方式确定SCR系统中的每种SCR催化剂的实际NH3和NOx排出量。使用这些值，在框313处为每个罐确定NH3转化速率。在框315中将这些值反馈给MPC模块进行系统更新。图4的方法300可被修改为包括比在附图中示出的块更多或更少的框。同样，所说明的控制方法可包括本文描述的特征、选项和备选方案中的任一个。
在某些实施例中，本发明的多个方面可通过计算机可执行指令程序(诸如程序模块，通常被称为软件应用程序或由车载计算机执行的应用程序)来实施。在非限制性示例中，软件可包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件和数据结构。该软件可形成接口以允许计算机根据输入源做出反应。该软件还可与其它代码段配合以响应于结合所接收的数据源接收的数据来起始各项任务。该软件可存储在诸如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器和半导体存储器(例如，各种类型的RAM或ROM)等各种存储器介质中的任何一种上。
另外，本发明的多个方面可用包括多处理器系统、基于微处理器或可编程消费类电子设备、小型计算机、大型计算机等各种计算机系统和计算机网络配置来实践。另外，本发明的多个方面可在其中由通过通信网络链接的远程处理装置执行任务的分布式计算环境中实践。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质中。因此，可结合计算机系统或其它处理系统中的各种硬件、软件或其组合来实施本发明的多个方面。
本文描述的任何方法均可包括用于由(a)处理器、(b)控制器和/或(c)任何其它合适的处理装置执行的机器可读指令。本文公开的任何算法、软件或方法均可存储在有形介质(诸如，例如闪存、CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多功能盘(DVD)或其它存储器装置)上的软件来实施，但是本领域一般技术人员将容易明白的是，整个算法和/或其部分可替代地由除控制器的装置来执行和/或在固件或专用硬件中以公知方式来实施(例如，它可通过专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程逻辑装置(FPLD)、离散逻辑等来实施)。另外，虽然参考本文描绘的流程图描述了具体算法，但是本领域一般技术人员将容易明白的是，可替代地使用实施示例机器可读指令的许多其它方法。例如，框的执行顺序可改变，和/或所描述的某些框可被改变、消除或组合。
虽然已经参考所说明实施例详细地描述了本发明的多个方面，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下可以对实施例做出许多修改。本发明不限于本文所公开的精确结构和组成；上述描述中显而易见的任何和所有修改、改变和变动均在如所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围内。另外，本概念明确地包括前述元件和特征的任何和所有组合和子组合。

Claims (10)

1.一种用于调节选择性催化还原(SCR)系统的模型预测控制(MPC)系统，所述SCR系统包括第一和第二SCR催化剂、存储还原剂的储罐、将所述储罐流体连接至所述SCR催化剂的导管，以及用于将所述还原剂喷射至所述导管中的配给喷射器，所述MPC系统包括：
流体导管NOx传感器，其配置为检测由所述导管接收的当前氮氧化物(NOx)输入；
第一和第二SCR催化剂NOx传感器，其各自配置为检测所述第一和第二SCR催化剂中的相应一种SCR催化剂的相应当前NOx输出；
第一和第二SCR催化剂NH3传感器，其各自配置为检测所述SCR催化剂中的相应一种SCR催化剂的相应当前氨(NH3)逸出体积；以及
可编程电子控制单元，其可通信地连接至所述流体导管NOx传感器、所述SCR催化剂NOx传感器、所述SCR催化剂NH3传感器和所述配给喷射器，所述电子控制单元配置为：
接收所述第一和第二SCR催化剂中的每一种SCR催化剂的相应的期望罐转化效率的指令；
根据所述第一和第二期望罐转化效率确定每种所述SCR催化剂的相应的期望罐NOx输出；
确定所述第一和第二SCR催化剂中的每一种SCR催化剂的相应最大NH3存储容量；
根据所述当前NOx输入、第一和第二当前NOx输出、第一和第二期望罐NOx输出、第一和第二当前NH3逸出体积以及第一和第二最大NH3存储容量计算每种所述SCR催化剂的相应当前罐转化效率；
根据所述SCR催化剂的所述第一和第二当前罐转化效率计算修改后的还原剂喷射参数；以及
基于所述修改后的还原剂喷射参数命令所述配给喷射器将所述还原剂喷射至所述导管中。
2.根据权利要求1所述的MPC系统，其中所述电子控制单元进一步配置为确定所述第一和第二SCR催化剂的相应氨覆盖比率，且其中计算所述SCR催化剂的所述第一和第二当前罐转化效率进一步基于所述第一和第二氨覆盖比率。
3.根据权利要求2所述的MPC系统，其中所述电子控制单元进一步配置为确定排气流空间速度，且其中计算所述SCR催化剂的所述第一和第二当前罐转化效率进一步基于所述排气流空间速度。
4.根据权利要求3所述的MPC系统，其中将分别表示为η1和η2的所述第一和第二当前罐转化效率计算为
其中rrd1和rrd2分别是所述第一和第二SCR催化剂中的催化剂NOx还原速率，Θ1和Θ2分别是所述第一和第二SCR催化剂的所述最大NH3存储容量，θ1和θ2分别是所述第一和第二SCR催化剂中的氨覆盖比率，且Q是所述排气流空间速度。
5.根据权利要求2所述的MPC系统，其中确定所述第一和第二氨覆盖比率包括应用递归卡尔曼滤波器来估计每个所述氨覆盖比率。
6.根据权利要求5所述的MPC系统，其中应用所述递归卡尔曼滤波器包括对所述第二SCR催化剂的当前NOx输出进行建模。
7.如权利要求6所述的MPC系统，其中将表示为y2,sen的所述第二SCR催化剂的模型化当前NOx输出计算为
其中u1是所述SCR导管的所述当前NOx输入，ζ是所述SCR催化剂的总NH3转化效率，rrd1和rrd2分别是所述第一和第二SCR催化剂中的催化剂NOx还原速率，Θ1和Θ2分别是所述第一和第二SCR催化剂的所述NH3存储容量，θ1和θ2分别是所述第一和第二SCR催化剂中的氨覆盖比率，T是当前NOx传感器温度，Q是所述排气流空间速度，且K是作为T和Q的非线性函数的增益值。
8.根据权利要求7所述的MPC系统，其中所述递归卡尔曼滤波器进一步应用于计算每种所述SCR催化剂的相应的NH3转化效率。
9.根据权利要求1所述的MPC系统，其中所述电子控制单元进一步配置为根据分别表示为η1和η2的所述第一和第二当前罐转化效率将所述SCR系统的总当前罐转化效率ηtot计算为
η＝η1+η2-η1η2.。
10.根据权利要求1所述的MPC系统，其中经由设置点变换(SPT)将表示为y1,des的所述第一SCR催化剂的所述第一期望罐NOx输出和表示为y2,des的所述第二SCR催化剂的所述第二期望罐NOX输出计算为
y1des＝(1-η1des)u1,
y2des＝(1-η2des)(1-η1des)u1,
其中η1和η2分别是所述第一和第二当前罐转化效率，u1是所述SCR导管的所述当前NOx输入。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108762111A (zh) * 2018-06-05 2018-11-06 北京航空航天大学 一种基于apso算法的柴油机双串联scr系统建模方法
CN109296425A (zh) * 2018-12-18 2019-02-01 安徽江淮汽车集团股份有限公司 基于scr系统的氨气喷射量控制方法
CN110552764A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 卡特彼勒公司 尿素沉积物生长热管理
CN112253299A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 潍柴动力股份有限公司 发动机尾气NOx的净化系统及其控制方法、发动机

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016201602A1 (de) * 2016-02-03 2017-08-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms
US10465589B2 (en) * 2018-03-19 2019-11-05 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction fault detection
DE102018211573A1 (de) * 2018-07-12 2020-01-16 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Stickoxidkonzentration und eines Stickoxidverhältnisses im Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs
US10954838B2 (en) 2018-10-05 2021-03-23 GM Global Technology Operations LLC System and methods of integrated control of combustion and SCR systems
CN109260948B (zh) * 2018-11-29 2021-04-09 华电国际电力股份有限公司技术服务分公司 波动负荷下脱硝均匀性测量优化系统及方法
GB2615000B (en) * 2019-01-22 2023-11-22 Cummins Emission Solutions Inc Systems and Methods for Implementing Corrections to a Reductant Delivery System in an Exhaust Aftertreatment System of an Internal Combustion Engine
EP4010572A4 (en) * 2019-08-07 2023-02-22 Cummins, Inc. SCR CATALYST NOX STORAGE AND EXHAUST GAS SPECIES MEASUREMENT SYSTEMS AND METHODS FOR SCR RELATED CONTROLS AND DIAGNOSTICS
CN114650879A (zh) * 2019-09-24 2022-06-21 爱荷华谷类推广协会 碳水化合物转化为乙二醇的连续方法
DE102019128496B3 (de) * 2019-10-22 2020-12-03 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung mit einer Einbindung von NH3- und NOx-Schlupferkennungsfunktionen in eine SCR-Dosiersoftware mit Erweitertem Kalman-Filter
US11193413B2 (en) 2019-12-12 2021-12-07 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Exhaust aftertreatment system with virtual temperature determination and control
US11319853B2 (en) 2020-03-31 2022-05-03 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Automotive exhaust aftertreatment system with doser
US11022014B1 (en) 2020-04-28 2021-06-01 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Exhaust aftertreatment system with heated flash-boiling doser
US11092054B1 (en) 2020-04-29 2021-08-17 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Flash-boiling doser with thermal transfer helix
US11511239B2 (en) 2020-04-29 2022-11-29 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Heated flash-boiling doser with integrated helix
DE102020206358A1 (de) 2020-05-20 2021-11-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Anpassung einer Dosiermenge an Reduktionsmittel in einem SCR-Katalysator
US11384667B2 (en) 2020-05-29 2022-07-12 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Exhaust aftertreatment system with heated dosing control
US11225894B1 (en) 2020-06-30 2022-01-18 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Exhaust aftertreatment system with thermally controlled reagent doser
CN112459870B (zh) * 2020-11-18 2022-06-28 潍柴动力股份有限公司 一种后处理系统及后处理方法
CN112627953A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 上海海事大学 基于armax和mmpc的船舶scr系统喷氨量控制方法
EP4095362B1 (en) 2021-05-26 2024-05-01 Volvo Truck Corporation Controlling urea injection in exhaust aftertreatment systems
EP4183987A1 (en) * 2021-11-22 2023-05-24 Scania CV AB Control device and method for deriving engine-out nox concentration

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012118430A1 (en) * 2011-03-02 2012-09-07 Scania Cv Ab Method for fault detection in an exhaust system
CN103069121A (zh) * 2010-08-13 2013-04-24 斯堪尼亚商用车有限公司 控制引入内燃机排气管线中的还原剂量的设备和方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0614445D0 (en) * 2006-07-20 2006-08-30 Ricardo Uk Ltd Control of selective catalytic reduction
US7438061B2 (en) 2006-08-22 2008-10-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for estimating exhaust pressure of an internal combustion engine
US7810476B2 (en) 2007-03-06 2010-10-12 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for estimating exhaust temperature of an internal combustion engine
US8555623B2 (en) * 2008-04-18 2013-10-15 Honda Motor Co., Ltd. Exhaust purification apparatus for internal combustion engine
DE112009000997B4 (de) 2008-04-30 2024-02-08 Cummins Ip, Inc. Vorrichtung, System und Verfahren zum Bestimmen der Degradation eines SCR-Katalysators
US7858060B2 (en) * 2008-07-30 2010-12-28 Gm Global Technology Operations, Inc Current storage estimation for selective catalytic reduction catalysts
US8201444B2 (en) 2008-08-19 2012-06-19 GM Global Technology Operations LLC Aftertreatment device NOx conversion efficiency diagnostics using on board adaptive diagnostic algorithm
US8392091B2 (en) 2008-08-22 2013-03-05 GM Global Technology Operations LLC Using GPS/map/traffic info to control performance of aftertreatment (AT) devices
US8596042B2 (en) * 2008-08-28 2013-12-03 Delphi International Operations Luxembourg S.A.R.L. System and method for selective catalytic reduction control
EP2181756B1 (en) * 2008-10-30 2014-12-17 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Method for controlling a SCR catalyst
WO2010065963A2 (en) 2008-12-05 2010-06-10 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for estimating an nox conversion efficiency of a selective catalytic reduction catalyst
US8091416B2 (en) 2009-01-16 2012-01-10 GM Global Technology Operations LLC Robust design of diagnostic enabling conditions for SCR NOx conversion efficiency monitor
US9133750B2 (en) 2009-07-30 2015-09-15 GM Global Technology Operations LLC Method and system for verifying the operation of an SCR catalyst
US8671666B2 (en) * 2010-03-11 2014-03-18 Cummins Inc. System and apparatus for enhancing exhaust aftertreatment startup emissions control
US9038373B2 (en) * 2010-05-03 2015-05-26 Cummins Inc. Ammonia sensor control of an SCR aftertreatment system
US8276373B2 (en) 2010-07-01 2012-10-02 GM Global Technology Operations LLC Adaptive control of SCR urea injection to compensate errors
US8495862B2 (en) 2010-10-06 2013-07-30 GM Global Technology Operations LLC System and method for detecting low quality reductant and catalyst degradation in selective catalytic reduction systems
DE102010060099A1 (de) * 2010-10-21 2012-04-26 Ford Global Technologies, Llc. Verfahren zum Anpassen eines SCR Katalysators in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs
US8281578B2 (en) * 2011-03-24 2012-10-09 Ford Global Technologies, Llc Method for correcting an estimate of NH3 stored within a selective catalyst reduction system
US20120286063A1 (en) 2011-05-12 2012-11-15 GM Global Technology Operations LLC Urea injector diagnostics using spectral analysis for scr nox reduction system
US8612119B2 (en) 2011-05-23 2013-12-17 GM Global Technology Operations LLC Adaptation control of lean NOx trap regeneration with biodiesel during engine transient operation
US8694197B2 (en) 2011-05-26 2014-04-08 GM Global Technology Operations LLC Gain/amplitude diagnostics of NOx sensors
WO2013134539A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Cummins Inc. Method and algorithm for performing an nh3 sensor rationality diagnostic
US9890678B2 (en) * 2013-10-03 2018-02-13 Baohua Qi Multi-stage SCR control and diagnostic system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103069121A (zh) * 2010-08-13 2013-04-24 斯堪尼亚商用车有限公司 控制引入内燃机排气管线中的还原剂量的设备和方法
WO2012118430A1 (en) * 2011-03-02 2012-09-07 Scania Cv Ab Method for fault detection in an exhaust system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110552764A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 卡特彼勒公司 尿素沉积物生长热管理
CN108762111A (zh) * 2018-06-05 2018-11-06 北京航空航天大学 一种基于apso算法的柴油机双串联scr系统建模方法
CN109296425A (zh) * 2018-12-18 2019-02-01 安徽江淮汽车集团股份有限公司 基于scr系统的氨气喷射量控制方法
CN109296425B (zh) * 2018-12-18 2020-05-29 安徽江淮汽车集团股份有限公司 基于scr系统的氨气喷射量控制方法
CN112253299A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 潍柴动力股份有限公司 发动机尾气NOx的净化系统及其控制方法、发动机

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