CN109424398A - 内燃机排气系统的排放控制系统 - Google Patents
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Abstract
排放控制系统包括适于减少排放的选择性催化还原(SCR)装置、适于将还原剂注入该装置的还原剂喷射器、被设置在该装置下游的下游NOx传感器、控制器、迭代模型以及表。控制器被配置为通过确认满足至少一个短期启用标准来执行短期和长期控制。一旦确认，控制器利用模型和从传感器接收的信号来计算归一化模型误差，并且对归一化模型误差进行积分。如果积分归一化模型误差超过阈值，则控制器继续进行长期控制。如果满足长期标准，则将当前长期因子和积分归一化模型误差应用于该表以确定新的长期因子。将新的长期自适应因子与还原剂喷射器的通电时间相乘。
Description
引言
本公开涉及用于内燃机的排气系统，并且更具体地涉及使用选择性催化还原(SCR)系统以进行排放控制的排气系统。
从内燃机、特别是柴油发动机排出的排气是一种非均质混合物，其含有诸如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)以及氮氧化物(“NOx”)等气态排放物以及构成颗粒物质(“PM”)的冷凝相材料(液体和固体)。通常被设置在催化剂载体或基板上的催化剂组合物被设置在发动机排气系统中作为后处理系统的一部分，以将这些排气成分中的某些或全部转化为未经调节的排气组分。
排气处理系统通常包括选择性催化还原(SCR)装置。SCR装置包括其上设置有SCR催化剂的基板以减少排气中的NOx的量。典型的排气处理系统还包括喷射还原剂(诸如例如氨(NH3)、尿素(CO(NH2)2等))的还原剂输送系统。SCR装置利用NH3来还原NOx。例如，当在合适的条件下向SCR装置供应适量的NH3时，在SCR催化剂存在下NH3与NOx反应以减少NOx排放。然而，如果还原反应速率太慢，或者如果排气中有过量的氨，则氨可能从SCR中泄漏。另一方面，如果排气中的氨过少，则SCRNOx转化效率将会降低。
发明内容
根据本公开的一个非限制性实施例的排放控制系统处理内燃机的排气。该系统包括适于减少排放的选择性催化还原(SCR)装置、适于将还原剂注入SCR装置的还原剂喷射器、被设置在SCR装置下游的下游NOx传感器、控制器、迭代模型以及查找表。控制器包括处理器和电子存储介质。迭代模型和查找表存储在电子存储介质中。处理器被配置为通过确认满足至少一个短期启用标准来执行短期和长期自适应控制。一旦确认，处理器就部分地利用迭代模型和从下游NOx传感器接收的下游NOx信号来计算归一化化学模型误差。然后，处理器对归一化化学模型误差进行积分以产生积分归一化化学模型误差，并且确认积分归一化化学模型误差超过误差阈值。然后，处理器可以进行长期自适应控制，并且确认满足至少一个长期适应启用标准。然后将当前长期自适应因子和积分归一化化学模型误差应用于查找表以确定新的长期自适应因子。新的长期自适应因子与还原剂喷射器的通电时间相乘。
除了前述实施例之外，排放控制系统包括被设置在还原剂喷射器和SCR装置上游的上游NOx传感器，其中处理器被配置为从上游NOx传感器接收上游NOx信号以计算归一化化学模型误差。
作为其替代或补充，在前述实施例中，归一化化学模型误差与从迭代模型获取的模型预测NOx水平与从下游NOx信号获取的实际NOx水平之间的差值相关联。
作为其替代或补充，在前述实施例中，归一化化学模型误差按幅度归一化。
作为其替代或补充，在前述实施例中，至少一个短期启用标准包括以下至少一项：归一化误差大于第一阈值，NOx梯度小于第二阈值，还原剂消耗量大于第三阈值，温度高于第四阈值并且低于第五阈值，温度梯度小于第六阈值，还原剂存储水平偏差小于第七阈值，以及燃烧模式。
作为其替代或补充，在前述实施例中，至少一个长期启用标准包括以下至少一项：归一化误差大于第八阈值，NOx梯度小于第九阈值，还原剂消耗量大于第十阈值，温度高于第十一阈值并且小于第十二阈值，温度梯度小于第十三阈值，还原剂存储偏差小于第十四阈值，以及燃烧模式。
作为其替代或补充，在前述实施例中，至少一个短期启用标准独立于至少一个长期启用标准。
根据另一个非限制性实施例的一种用于处理内燃机的排气的排放控制系统包括选择性催化还原(SCR)装置、第一NOx传感器以及控制器。控制器被配置为通过将来自第一NOx传感器的第一NOx测量值与至少部分地基于初始化学模型的预测NOx值进行比较来执行短期和长期自适应控制。响应于满足短期启用标准，控制器计算归一化化学模型误差，对归一化化学模型误差进行积分，并且如果积分归一化化学模型误差超过阈值，则计算新的长期自适应因子。
除了前述实施例之外，排放控制系统包括查找表，其存储在控制器中并且被配置为将当前长期自适应因子交叉参考到积分归一化化学模型误差以计算新的长期自适应因子。
作为其替代或补充，在前述实施例中，归一化化学模型误差等于第一NOx测量值与基于初始化学模型的预测NOx值之间的增量，并且基于幅度进行归一化。
作为其替代或补充，在前述实施例中，第一NOx传感器位于SCR装置的下游。
作为其替代或补充，在前述实施例中，排放控制系统包括第二NOx传感器，其中归一化化学模型误差是基于初始化学模型、第一NOx测量值以及来自位于SCR装置上游的第二NOx的上游NOx测量值，并且其中第一NOx传感器位于SCR装置下游。
作为其替代或补充，在前述实施例中，排放控制系统包括温度传感器，该温度传感器被配置为向控制器发送温度测量值，其中初始化学模型由控制器产生并且至少基于温度测量值、上游NOx测量值以及第一NOx测量值。
作为其替代或补充，在前述实施例中，启用标准是短期启用标准。
作为其替代或补充，在前述实施例中，短期启用标准包括以下至少一项：归一化误差大于第一阈值，NOx梯度小于第二阈值，还原剂消耗量大于第三阈值，温度高于第四阈值并且低于第五阈值，温度梯度小于第六阈值，还原剂存储水平偏差小于第七阈值，以及燃烧模式。
作为其替代或补充，在前述实施例中，当满足长期适应启用标准时，进行长期自适应因子确定。
作为其替代或补充，在前述实施例中，长期适应启用标准独立于短期启用标准。
作为其替代或补充，在前述实施例中，长期适应启用标准包括以下至少一项：归一化误差大于第八阈值，NOx梯度小于第九阈值，还原剂消耗量大于第十阈值，温度高于第十一阈值并且小于第十二阈值，温度梯度小于第十三阈值，还原剂存储偏差小于第十四阈值，以及燃烧模式。
作为其替代或补充，在前述实施例中，第八阈值大于第一阈值。
作为其替代或补充，在前述实施例中，排放控制系统包括还原剂喷射器，其中新的长期自适应因子通常乘以还原剂喷射器的通电时间。
本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点根据以下结合附图取得的具体实施方式将显而易见。
附图说明
其它特征、优点和细节仅以示例的方式出现在具体实施方式中，该详细描述参考附图，其中：
图1是根据一个或多个实施例的包括内燃机和排气系统的机动车辆的示意图；
图2是包括排放控制系统的排气系统的示意图；
图3是排放控制的SCR装置的示意图；
图4是作为长期自适应(LTA)控制特征的一部分存储在SCR装置的控制器中并由其应用的查找表；并且
图5是用于自适应SCR控制和长期自适应(LTA)进入的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式仅仅是有示例性的，而不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器模块、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件的处理电路。
根据示例性实施例的一个方面，机动车辆在图1中总体上以20指示。机动车辆20以皮卡车的形式示出。应当理解的是，机动车辆20可以采用各种形式，包括汽车、商业运输工具、轮船等。机动车辆20包括具有发动机舱24、乘客舱26以及载货车板28的车身22。
机动车辆20的内燃机(ICE)系统30可以包括内燃机32、排气系统34以及控制器36。发动机舱24通常可以容纳内燃机32。内燃机32的示例可以包括柴油发动机、汽油或庚烷发动机等。
ICE系统30的发动机32可以包括附接到曲轴的多个往复式活塞，其可以操作地附接到传动系，诸如车辆传动系，以为车辆提供动力(例如，将牵引转矩传递到传动系)。例如，ICE系统30可以是任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用(例如，汽车、船舶等)以及各种非车辆应用(例如，泵、发电机等)。虽然可以在车辆背景下(例如，产生转矩)描述ICE系统，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，本公开应当被解释为适用于ICE系统30的任何应用。
另外，ICE系统30通常可以表示能够产生通常由排气系统34引导和处理的排气流的任何装置。排气可以包括化学物质或化学物质的混合物；气体、液体或固体形式，其可能需要处理。在一个示例中，排气通常可以包括气态(例如，NOx、O2)、碳质和/或颗粒物质。排气流可以包含一种或多种NOx物质、一种或多种液态碳氢化合物物质以及一种或多种固体颗粒物质(例如，灰)的混合物。应当进一步理解的是，本文公开的实施例可以适用于处理不包括碳质和/或颗粒物质的流出物流。排气颗粒物质通常包括碳质烟灰，以及与燃烧发动机排气密切相关或在排气系统34内形成的其它固体和/或液体含碳物质。
参考图2，ICE系统30的排气系统34可以包括控制器36的至少一部分、排气导管38(即，排气歧管和管)以及排放控制系统40。排气导管通常延伸并且与内燃机32和排气导管38的尾管42流体连通，该尾管可以位于车身22的后部。排放控制系统40流体地连接到排气导管38，使得通过导管38的排气(参见箭头44)由排放控制系统40处理以在通过尾管42离开环境之前减少排放。排放控制系统40还促进控制和监测一种或多种氮氧化物(NOx)和/或处理材料的存储，以控制由内燃机32产生的排气排放。
排放控制系统40可以包括氧化催化剂(OC)装置46、选择性催化还原(SCR)组件48、颗粒过滤装置(未示出)以及其它排气处理装置。SCR组件48可以相对于排气导管38位于OC装置46的下游。
排放控制系统40的OC装置46可以是本领域已知的各种溢流氧化催化装置中的一种。OC装置46可以包括溢流金属或陶瓷块体基板50。基板50可以包装在具有与排气导管38流体连通的入口和出口的不锈钢壳体或罐中。基板50可以包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可以作为修补基面涂层涂覆，并且可以含有铂族金属，诸如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其它合适的氧化催化剂或者它们的组合。OC装置46用于处理未燃烧的气态和非挥发性HC和CO，它们被氧化形成二氧化碳和水。修补基面涂层包括被设置在块体基板50或下面的修补基面涂层表面上的组成不同的材料层。催化剂可以包含一个或多个修补基面涂层，并且每个修补基面涂层可以具有独特的化学催化功能。
排放控制系统40的SCR组件48可以适于接收由OC装置46处理的和/或源自内燃机32的排气44，并且减少排气44中的氮氧化物(NOx)成分。NOx成分可以包括NyOx物质，其中y>0并且x>0。NOx的非限制性示例可以包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4以及N2O5。更具体地，SCR组件48可以将NOx转化为双原子氮(N2)和水。
SCR组件48可以包括控制器36的至少一部分、SCR装置或罐52、上游NOx传感器54、下游NOx传感器56、至少一个温度传感器58、至少一个压力传感器60、还原剂喷射器62以及还原剂供应源64。SCR装置52与排气导管44流体连通以用于处理排气44。NOx传感器54可以位于SCR装置52的上游和OC装置46的下游以用于在排气进入SCR装置52之前测量排气44中的NOx成分。NOx传感器56可以位于SCR装置52的下游以用于在排气离开SCR装置52之后测量排气44中的NOx成分。温度传感器58可以位于SCR装置52的上游和还原剂喷射器62的下游以用于测量排气温度。虽然SCR装置52被说明为处于OC装置46的下游，但是可以预期并理解的是，SCR装置52可以位于OC装置46的上游。
至少一个压力传感器60(例如，差压传感器)可以适于确定SCR装置52两端的压差。虽然示出了单个差压传感器60，但是应当明白的是，可以使用多个压力传感器来确定SCR装置52的压差。例如，第一压力传感器可以被设置在SCR装置52的入口处，并且第二压力传感器可以被设置在SCR装置52的出口处。因此，由第二压力传感器检测的压力与由第一压力传感器检测的压力之间的差值可以指示SCR装置52两端的压差。应当注意的是，在其它示例中，传感器可以包括与所描述的传感器54、56、58、60不同，附加或更少的传感器。
SCR组件48的还原剂喷射器62通常可以安装到SCR装置52上游的排气导管38(即，在上游NOx传感器54与温度传感器58之间)，并且被配置为将受控量的还原剂66分散到排气流44中。还原剂66通过还原剂供应源64存储并供应到喷射器62，并且可以是气体、液体或水溶液(例如，尿素水溶液)的形式。还原剂66可以与喷射器62中的空气混合以帮助喷射喷雾的分散。SCR装置52利用还原剂66(诸如氨(NH3))来还原NOx。
SCR组件48的SCR装置52可以包括基板68。基板68通常可以是颗粒过滤器(PF)，诸如涂覆有SCR催化剂并且适于从排气44中过滤或捕集碳和其它颗粒物质的柴油颗粒过滤器(DPF)。基板68通常包括与排气导管38流体连通的入口和出口。在另一个示例中，基底可以是溢流整体类型的基板，其通常可以由陶瓷制成。基板68的其它示例可以包括卷绕或包装式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。排放控制系统40还可以执行再生过程，该再生过程通过燃烧被捕集在过滤器基板中的颗粒物质来再生基板68。
被设置在基板68上的含修补基面涂层的催化剂(即，溢流催化剂或壁流式过滤器)可以减少排气44中的NOx成分。含修补基面涂层的催化剂可以含有沸石和一种或多种贱金属成分，诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)，其可以在存在NH3的情况下有效地操作以转化排气44的NOx成分。在一个或多个示例中，湍流器(即，混合器，未示出)也可以被设置在排气导管38内紧邻喷射器62和/或SCR装置52，以进一步帮助还原剂66与排气44完全混合和/或均匀分布在整个SCR装置52中。应当理解的是，用于SCR功能和NH3氧化功能的催化剂组合物可以驻留在基板68上的不连续的修补基面涂层中，或者替代地，用于SCR和NH3氧化功能的组合物可以驻留在基板68上的不连续的纵向区域中。
基板68的主体可以(例如)为陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构(诸如块体蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔)，但是其它配置也是合适的。每个溢流孔可以由壁表面定义，在壁表面上可以对SCR催化剂组合物进行修补基面涂敷。基板68的主体可以由能够承受与排气44相关联的温度和化学环境的材料形成。可以使用的材料的一些具体示例包括陶瓷，诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、透锂长石或耐热和耐腐蚀金属(诸如钛或不锈钢)。例如，基板68可以包括例如非硫酸化TiO2材料。基板68的主体可以为如下面将讨论的PF装置。
SCR催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可以在还原剂66(例如，氨)的存在下有效地操作以转化排气44中的NOx成分。在一些实施例中，沸石可以为β-型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。沸石可以包括菱沸石或SSZ。特别是当与基板68串联使用作为颗粒过滤器(PF)装置时或者当被结合到经由高温排气烟尘燃烧技术再生的SCRF装置中时，合适的SCR催化剂组合物可以具有高热结构稳定性。
SCR催化剂组合物可选地进一步包括一种或多种贱金属氧化物作为促进剂以进一步降低SO3形成并延长催化剂寿命。一种或多种贱金属氧化物可以包括WO3、Al2O3以及MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3以及MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR催化剂(即，基板68)通常使用还原剂66以将NOx物质(例如，NO和NO2)还原为未调节组分。这些组分包括不是NOx物质的一种或多种物质，诸如双原子氮(N2)、含氮惰性物质或被认为是可接受排放物的物质。还原剂66可以为氨(NH3)(诸如无水氨或氨水)或由氮和富氢物质(诸如尿素(CO(NH2)2)产生。另外或替代地，还原剂66可以为能够在排气44和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)到(5)提供了用于涉及氨的NOx还原的示例性化学反应：
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应当明白的是，反应式(1)到(5)仅仅是说明性的，而并不意味着将SCR装置52限制为特定的NOx还原机制或多个NOx还原机制，也不排除其它机制的操作。SCR装置52可以被配置为执行任何一种上述NOx还原反应、反应式(1)到(5)的NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。
还原剂66可以用水稀释，其中热量(例如，来自排气)使水蒸发，并且将氨供应到SCR装置52。根据需要，非氨还原剂可以用作氨的完全或部分替代物。在还原剂66包括尿素的实施例中，尿素与排气44反应以产生氨，并且将氨供应到SCR装置52。下面的反应(6)提供了经由尿素分解产生氨的示例性化学反应：
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应当明白的是，反应式(6)仅仅是说明性的，而并不意味着将尿素或其它还原剂66分解限制为特定的单一机制，也不排除其它机制的操作。
基板68(即，SCR催化剂)可以存储与排气44相互作用的还原剂66。SCR装置52具有还原剂容量，或其能够存储的还原剂或还原剂衍生物的量。相对于基板68的SCR催化剂容量，存储在SCR装置52内的还原剂66的量可以被称为SCR“还原剂装载量”，并且可以被指示为％装载量(例如，90％还原剂装载量)。在SCR装置52的操作期间，喷射的还原剂66存储在基板68的SCR催化剂中并且在与非期望的NOx物质的还原反应期间消耗，并且必须连续补充。确定要喷射的还原剂66的精确量对于保持排气排放处于可接受的水平是至关重要的。SCR装置52的还原剂66的水平不足可能导致非期望的NOx物质排放(称为NOx渗漏)，其可以排出排气出口管42。过量水平的还原剂66喷射到SCR装置52中可能导致非期望量的还原剂66未反应地通过SCR装置52或者作为非期望反应产物(也称为还原剂泄漏)排出SCR装置52。当基板68的SCR催化剂低于“起燃”温度时，还可能发生还原剂泄漏和NOx渗漏。SCR配量逻辑可以由控制器36用于命令还原剂配量。
控制器36可以适于与内燃机32、还原剂供应源64、喷射器62、传感器54、56、58、60以及ICE系统30的其它部件的各方面进行电子通信。控制器36可以包括处理器70(例如，微处理器)和可以是计算机可写和可读的电子存储介质72。在一个实施例中，控制器36可以是专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的电子存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件。
在操作中，控制器36的处理器70可以执行存储在存储介质72中的SCR配量逻辑，并且可以进一步从相应的NOx传感器54、56接收和处理NOx信号(参见图2中的箭头74、76)，其指示排气44中的NOx水平并且沿着排气导管38接近相应的传感器位置。类似地，处理器70可以接收并处理来自温度传感器58的温度信号(参见箭头78)和来自压力传感器60的压力信号(参见箭头80)。
还原剂喷射配量速率(例如，每秒克数)可以由处理器70通过应用SCR化学模型82并从喷射器62的还原剂供应源64处理反馈信号(参见箭头84)来确定。通常，SCR化学模型82与反馈信号84和上游NOx信号74组合有助于产生存储在SCR装置52中的还原剂66的量的预测。SCR化学模型82可以进一步预测从SCR装置52排出的排气44的NOx水平。随着时间推移，SCR化学模型82可以通过一个或多个过程值来更新。例如，SCR化学模型82可以通过短期校正因子来更新。
参考图3，排气44总体上被说明为流过SCR装置52。控制器36可以被配置为测量气体体积的流量(F)和气体的浓度(C)。例如，排放控制系统40确定NOx的输入流量(参见箭头86)为FCNOx,in，其中F是进入气体44的体积，而CNOx,in是进入排气44的NOx的浓度。类似地，FCNH3的输入流量(参见箭头88)是进入排气44中NH3(即，还原剂)的流量的体积，CNH3,in为NH3的入口浓度。另外，补偿吸附量(参见箭头90)和脱附量(参见箭头92)以及在催化剂表面上反应的量，控制器36可以将CNH3确定为NH3的SCR浓度，确定CNOx为NOx的SCR浓度。因此，FCNOx是通过SCR装置52的出口的NOx的NOx出口体积流量(参见箭头94)。在一个或多个示例中，控制器36可以将WNOxFCNOx确定为NOx的质量流量，其中WNOx是NOx的分子量。类似地，对于NH3，出口体积流量(参见箭头96)是FCNH3，NH3的质量流量是WNH3FCNH3。
再次参考图2，控制器36部分地基于化学模型82和期望的还原剂存储设定点来控制喷射器62的操作以确定要喷射的还原剂66的量，如本文所述。控制器36可以基于监测一个或多个传感器54、56来确定与还原剂存储对应的长期因子(即，长期校正系数)，并且可以更精确地控制由喷射器62提供的喷射的还原剂的量。例如，控制器36确定还原剂喷射器通电时间、长期校正系数以进一步减少或消除化学模型82与SCR装置52的出口处的实际NOx排放之间的差值。替代地或另外，控制器36确定还原剂设定点校正(即，短期校正系数)以减少或消除化学模型82与SCR装置52的出口处的实际NOx排放之间的差值。即，化学模型82可以通过短期校正因子更新，并且从查找表100(参见图4)获取的长期因子可以直接应用于DEF喷射器控制(即，控制器36)。因此，可以更有效地利用还原剂66的供应。控制器36可以控制被供应给SCR装置52的还原剂的量以调节还原剂存储水平(即，由基板68存储的量)。
在一个或多个示例中，从进入SCR装置52的排气44中除去的NOx的百分比可以被称为SCR装置52的转化效率。控制器36可以基于由相应的NOx传感器54、56产生的NOxin信号74和NOxout信号76来确定SCR装置52的转化效率。例如，控制器36可以基于以下反应式来确定SCR装置52的转化效率：
SCReff＝(NOxin–NOxout)/NOxin(7)
由于SCR催化剂的温度升高，也可能导致还原剂(例如，NH3)泄漏。例如，当NH3存储水平接近最大NH3存储水平时，在温度升高的情况下，NH3可以从基板68的SCR催化剂脱附。由于排放控制系统34的误差(例如，存储水平估计误差)或部件有故障(例如，喷射器有故障)也可能发生NH3泄漏。
通常，控制器36基于化学模型82来估计SCR装置52的NH3存储水平。在一个或多个示例中，NH3存储量设定点(“设定点”)能够进行校准。即，NH3存储设定点可以是排气流量和温度的函数。基于当前的排气流量和温度，可以定义设定点。
控制器36使用化学模型82来估计SCR装置52中NH3的当前存储水平，并且存储水平调节器向喷射控制提供反馈以确定还原剂的喷射速率以根据化学模型82为反应提供NH3，并且保持目标存储水平。设定点可以指示给定操作条件(例如，基板68的SCR催化剂的温度)下的目标存储水平。因此，设定点可以指示SCR装置52的存储水平(S)和温度(T)，参见图3。设定点可以被标示为(S,T)。控制器36控制还原剂喷射器62以管理喷射到排气44中的还原剂的量，以将SCR装置52的存储水平调整到设定点。例如，当确定新的设定点时，控制器36命令喷射器62增加或减小存储水平以达到设定点。另外，控制器36命令还原剂喷射器62增加或降低存储水平，以在达到设定点时保持设定点。
控制器36可以使用基板68的SCR催化剂的化学模型82来预测进入SCR装置52的排气44中的NOx浓度。另外，基于预测的NOx浓度，控制器36可以确定给排气44配量以满足排放阈值所需的NH3的量。控制器36可以实施自适应半闭环控制策略以根据化学模型82维持SCR装置52的性能，其中控制器根据正在进行的机动车辆20的性能连续地学习与化学模型82相关联的一个或多个参数。
在一个或多个示例中，可以基于诸如标准偏差(例如1.5个标准偏差)等指定统计值来确定预定值。另外，可以将预定值校准为建模的下游NOx值。因此，测量的下游NOx相对于下游NOx传感器56的预期误差归一化。然后可以将归一化误差(在该示例中为1.5)与进入稳态泄漏检测逻辑的阈值进行比较。在这种情况下，基于由NOx传感器56测量的NOx的较早值来计算用作比较阈值的NOx浓度的预定值。换句话说，在上述情况中，37.5ppm用作阈值，因为37.5是早期NOx测量的1.5标准偏差值。应当注意的是，在一个或多个示例中，所使用的NOx测量值和预测值可以是NOx流量或任何其它NOx属性(即，代替NOx浓度)。
配量调节器(未示出)可以由控制器36控制，并且被配置为监测通常由SCR化学模型82预测的还原剂存储水平(即，在SCR装置52的基板68中)，并且将预测的还原剂存储水平与预编程的、期望的还原剂存储水平进行比较。可以连续地监测预测的还原剂存储水平与期望的还原剂存储水平之间的偏差，并且可以触发配量适应(即，短期校正因子和长期因子)以增加或降低还原剂剂量以消除或减小偏差。
例如，还原剂配量速率可以适于在SCR装置52下游的排气44中实现期望的NOx浓度或流量，或者实现期望的NOx转化率。期望的转化率可以由许多因素确定，诸如SCR催化剂类型的特性和/或ICE系统30的操作条件(例如，发动机32的操作参数)。为了实现最佳还原剂配量速率，短期校正因子可以应用于SCR化学模型82，其通常表示建模的NH3存储。如果建模和请求的存储不同，则修改配量以实现期望的存储。即，长期因子可以直接应用于喷射器通电时间，并且可以相应地增加或降低配量。短期校正可以即时应用，但是长期校正仅在一段时间后应用。
随着时间推移，SCR化学模型82的不准确性可能与建模的SCR还原剂存储水平和实际存储水平之间的相关误差相关。因此，可以连续地校正SCR化学模型82以最小化或消除误差。用于校正SCR化学模型82的一种方法包括将建模的SCR排出的排气NOx水平与由下游NOx传感器56测量的实际NOx水平进行比较以确定差异，并且随后校正SCR化学模型82以消除或减小差异。因为下游NOx传感器56可以对还原剂66和排气NOx交叉敏感，所以区分还原剂测量值和NOx测量值是关键的，因为否则还原剂泄漏可能与不充分的NOx转化相混淆。
可以使用被动分析技术来区分还原剂测量值和NOx测量值，是一种包括将由上游NOx传感器54测量的上游NOx浓度与由下游NOx传感器56测量的下游NOx浓度进行比较的相关方法。如果浓度差值示出了发散趋势(即，差值增加)，则这可以指示还原剂泄漏的增加或降低。相关性分析识别来自下游NOx传感器56的测量值何时遵循来自上游NOx传感器54的测量模式(即，两个传感器测量值一样地移动)。该相关性是两个NOx传感器54、56之间的线性关系的强度和方向的统计度量。
例如，该比较包括如下相关方法：包括将下游NOx浓度与上游NOx测量值或预测的NOx测量值进行比较，其中发散浓度方向可以指示还原剂泄漏的增加或降低。例如，如果上游NOx浓度降低并且下游NOx浓度增加，则还原剂泄漏可以被识别为增加。类似地，如果上游NOx浓度增加并且下游NOx浓度降低，则还原剂泄漏可以被识别为降低。因此，两个NOx测量值序列之间的发散可以用于确定SCR装置52的配量状态。
替代地或另外，该比较可以包括频率分析。由于在调制/解调期间NOx和还原剂浓度的变化，由NOx传感器54、56产生的NOx信号74、76可以包括多个频率分量(例如，高频和低频)。高频信号通常仅涉及NOx浓度，而低频信号通常涉及NOx浓度和还原剂浓度。用于上游NOx和下游NOx的高频信号被隔离并且用于计算SCR NOx转化率，然后将其应用于隔离的低通上游NOx测量值以确定低频下游NOx测量值。然后将计算的低频下游NOx测量值与实际隔离的低频下游NOx测量值进行比较，其中这两个值之间的偏差可以指示还原剂泄漏。
诸如上述相关方法和频率方法等被动分析技术(即，短期技术)的缺点是依赖于两个NOx传感器54、56的正确操作。例如，有故障的上游NOx传感器54可以产生NOx信号74，其低于靠近上游NOx传感器的实际NOx水平，导致SCR化学模型82预测比实际存储水平更高的还原剂存储水平。因此，NOx渗漏将被错误地识别为还原剂泄漏，并且将命令还原剂配量使得NOx渗漏将加剧(即，还原剂配量将降低)。另外，SCR化学模型82将使用不准确的上游NOx测量值来更新，并且加剧的NOx渗漏将持续。另外或替代地，以类似方式，还原剂泄漏可以被错误地解释为NOx渗漏。
通常，可以使用被动分析或短期技术来部分地预测NH3泄漏和/或NOx渗漏的存在。然而，仅仅应用短期技术将不会补偿系统漂移、零件对零件变差(part-to-partvariation)以及其它因素，因此导致做出错误的泄漏决策，导致错误的短期存储水平校正。错误的短期存储水平校正可能导致错误的长期适应决策。即，如果存在系统漂移问题，则仅应用任何短期技术可能导致NH3泄漏和/或NOx渗漏预测的饱和。因此，排放控制系统40应用短期校正和长期校正。更具体地，应用仅取决于累积误差的长期适应。
参考图4，映射或查找表100可以存储在控制器36的电子存储介质72中(参见图1)以供处理器70在执行作为排放控制系统34的SCR组件48的一部分的长期自适应(LTA)控制时使用。表100可以包括多行积分的短期归一化误差类别或值102，其包括NH3泄漏误差行和NOx渗漏误差行。即，相对于NH3泄漏的归一化误差包括被表达为正值的多个值102S(即，行)，并且相对于NOx渗漏的归一化误差包括多个值102B(即，行)。查找表100中的多个列与当前长期适应因子104相关联。在操作中，控制器36的处理器70将当前长期适应因子104交叉参考到积分短期归一化误差102以确定新的长期适应因子106。
参考图5，说明了用于自适应SCR控制和长期自适应(LTA)进入的方法200的流程图。方法200可以由控制器36和/或一个或多个电路来实施。方法200可以通过执行可以在控制器36的存储介质72中以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实施。在框202处，满足至少一个短期启用标准。短期启用标准的示例包括以下至少一项：归一化化学模型误差大于第一阈值，NOx梯度小于第二阈值，还原剂(例如，NH3)消耗量大于第三阈值(即，SCR装置稳定性)，温度窗(即，温度高于第四阈值并且低于第五阈值)，温度梯度小于第六阈值，还原剂存储水平偏差小于第七阈值，以及燃烧模式。
归一化化学模型误差大于第一阈值，并且作为短期启用的一部分，通常可以是来自SCR化学模型82的模型预测的NOx与按幅度归一化的实际NOx之间的差值。NOx梯度小于第二阈值，并且作为短期启用的一部分，可以是进入SCR装置52的NOx的变化率(例如，ppm/s)。大梯度可以是需要校正的高度瞬态车辆操纵的指示符。还原剂(例如，NH3)消耗量大于预先建立的阈值通常是SCR装置52的稳定性标准。
作为短期启用的一部分，温度窗通常指示温度高于低温阈值并且低于高温阈值。温度窗标准可以允许短期校正与SCR化学模型82最准确的操作范围对准。即，SCR化学模型82在性能降低时的非常低的温度下可能不准确，或者在存在NH3泄漏倾向的非常高的温度下可能不准确。
温度梯度小于第六阈值标准，并且作为短期启用的一部分，指示SCR装置52的入口处的温度变化率。大梯度可以是不需要排气校正的高度瞬态车辆操纵的指示符。
还原剂存储水平偏差小于第七阈值标准，并且作为短期启用的一部分，允许将短期校正与SCR化学模型82最准确的操作范围对准。当SCR催化剂上的实际还原剂存储水平远高于或低于设定点(即，第七阈值)时，SCR化学模型82可能不准确。
燃烧模式标准允许阻止燃烧模式的短期校正(例如，DPF再生、SCR预热等)。某些燃烧模式可能具有更高的温度升高倾向，降低的存储水平以及增加的NH3泄漏。在这种模式或条件下，应避免短期校正。
在框204处，并且如果满足短期启用标准，则控制器可以计算归一化化学模型误差。归一化化学模型误差的输入包括来自相应上游NOx传感器54和下游NOx传感器56的信号74、76，以及SCR化学模型82。SCR化学模型82可以由与温度传感器58、NOx传感器54、56以及包含在控制器36内的先前SCR化学模型82相关联的输入形成和开发。归一化化学模型误差可以等于与下游NOx信号76相关联的测量NOx与基于值的幅度归一化的建模的或预测的下游NOx之间的差值。
在框206处，对与短期控制相关联的归一化化学模型误差进行积分。在一个示例中，该积分的任务速率可以是约五十毫秒。在框208处，如果积分归一化化学模型误差超过阈值，则方法200可以进行长期自适应因子确定。在框210处并且继续进行长期自适应因子确定，确定是否满足长期适应启用标准。除了相应的阈值可以不同之外，长期适应启用标准可以类似于短期适应启用标准。即，长期适应启用标准之间的阈值可以独立于短期适应启用标准。通常，所有阈值可以是SCR策略和硬件相关的。
长期启用标准的示例可以包括：归一化误差大于第八阈值，NOx梯度小于第九阈值，还原剂(例如，NH3)消耗量大于第十阈值(即，SCR装置稳定性)，温度高于第十一阈值并且低于第十二阈值，温度梯度小于第十三阈值，还原剂存储偏差小于设定点(即，第十四阈值)，以及燃烧模式。
在一个实施例中，长期自适应的归一化误差阈值(即，第八阈值)可以远大于短期校正的归一化误差阈值(即，第一阈值)。另外，长期适应启用标准的各种阈值可以是短期适应标准的相应阈值的约两倍。在其它实施例中，阈值可以是约相等的。
在框212处，并且如果满足长期适应启用标准，则将积分归一化化学模型误差102和当前长期自适应因子104用作映射或查找表100的输入以确定新的(即，后续的)长期适应因子106。例如，如果积分短期归一化误差102是0.3(即，与NH3泄漏相关的积分短期归一化误差)并且当前长期适应因子是约0.8，则新的长期适应因子106将为约0.77(即，作为示例写照)。然后可以使用新的长期适应因子106来补偿系统漂移和/或零件间变差。在一个示例中，新的长期适应因子106通常可以乘以DEF喷射器通电时间(即，喷射器保持打开的时间量)。
本文描述的技术方案促进改进用于内燃机的排放控制系统，诸如用于车辆的排放控制系统。例如，这些技术方案基于比用于进入稳态还原剂泄漏检测逻辑的误差更小的误差的积分来确定存储校正和适应，该误差指示下游NOx传感器测量值与下游NOx模型之间的差值。当NOx误差刚好足以引起稳态还原剂泄漏检测事件但是该误差足够低以使系统在没有任何适应的情况下循环进出稳态还原剂泄漏检测时，这种改进促进防止稳态还原剂泄漏检测的循环。
其他优点和益处包括被配置为独立地处理短期和长期适应的系统40。这种独立性有助于提高适应稳健性、减少错误故障，以及降低DEF结晶的可能性。
虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种用于处理内燃机的排气的排放控制系统，所述排放控制系统包括：
选择性催化还原(SCR)装置，其适于减少排放；
还原剂喷射器，其适于将还原剂喷射到所述SCR装置中；
下游NOx传感器，其被设置在所述SCR装置下游；
控制器，其包括处理器和电子存储介质；
迭代模型，其存储在所述电子存储介质中；以及
查找表，其存储在所述电子存储介质中，并且其中所述处理器被配置为通过以下项来执行短期和长期自适应控制：
确认满足至少一个短期启用标准；
部分利用所述迭代模型和从所述下游NOx传感器接收的下游NOx信号来计算归一化化学模型误差；
对所述归一化化学模型误差进行积分以产生积分归一化化学模型误差；
确认所述积分归一化化学模型误差超过误差阈值；
进行所述长期自适应控制；
确认满足至少一个长期适应启用标准；
将所述当前长期自适应因子和所述积分归一化化学模型误差应用于所述查找表以确定新的长期自适应因子；以及
将所述新的长期自适应因子与所述还原剂喷射器的通电时间相乘。
2.根据权利要求1所述的排放控制系统，进一步包括：
上游NOx传感器，其被设置在所述还原剂喷射器和所述SCR装置上游，其中所述处理器被配置为从所述上游NOx传感器接收上游NOx信号以计算所述归一化化学模型误差。
3.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述归一化化学模型误差与从所述迭代模型获取的模型预测NOx水平与从所述下游NOx信号获取的实际NOx水平之间的差值相关联。
4.根据权利要求3所述的排放控制系统，其中所述归一化化学模型误差按幅度归一化。
5.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述至少一个短期启用标准包括以下至少一项：归一化误差大于第一阈值，NOx梯度小于第二阈值，还原剂消耗量大于第三阈值，温度高于第四阈值并且低于第五阈值，温度梯度小于第六阈值，还原剂存储水平偏差小于第七阈值，以及燃烧模式。
6.根据权利要求5所述的排放控制系统，其中所述至少一个长期启用标准包括以下至少一项：所述归一化误差大于第八阈值，所述NOx梯度小于第九阈值，所述还原剂消耗量大于第十阈值，所述温度高于第十一阈值并且小于第十二阈值，所述温度梯度小于第十三阈值，所述还原剂存储偏差小于第十四阈值，以及所述燃烧模式。
7.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述至少一个短期启用标准独立于所述至少一个长期启用标准。
8.一种用于处理内燃机的排气的排放控制系统，所述排放控制系统包括：
选择性催化还原(SCR)装置；
第一NOx传感器；以及
控制器，其被配置为通过以下项来执行短期和长期自适应控制：
将来自所述第一NOx传感器的第一NOx测量值与至少部分地基于初始化学模型的预测NOx值进行比较，并且
响应于满足短期启用标准：
计算归一化化学模型误差；
对所述归一化化学模型误差进行积分；以及
如果所述积分归一化化学模型误差超过阈值，则计算新的长期自适应因子。
9.根据权利要求8所述的排放控制系统，进一步包括：
查找表，其存储在所述控制器中并且被配置为将当前长期自适应因子交叉参考到所述积分归一化化学模型误差以计算所述新的长期自适应因子。
10.根据权利要求9所述的排放控制系统，其中所述归一化化学模型误差等于所述第一NOx测量值与基于所述初始化学模型的预测NOx值之间的增量，并且基于幅度进行归一化。
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