CN109751105A - 带有正扰动的下流式选择性催化还原稳态氨逸出检测 - Google Patents

带有正扰动的下流式选择性催化还原稳态氨逸出检测 Download PDF

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Abstract

一种处理来自内燃机的废气的方法，所述方法包括确定是否存在稳态条件并扰动对应于稳态的还原剂喷射。测量对应于稳态并且由扰动产生的第一和第二NOx值，并分别计算NOx值相对于稳态的梯度。该方法还包括将第二NOx值的梯度与第一NOx值中的一个进行比较，如果第一NOx值的梯度在第二NOx值的梯度的选定范围内，则识别发动机的低效率运行并且将估计的还原剂储存量设置为零。否则，如果第二NOx值的梯度超过选定阈值，则识别还原剂逸出条件并将估计的储存量设置为最大值，如果不是，则不对估计的储存量进行修正。

Description

带有正扰动的下流式选择性催化还原稳态氨逸出检测
引言
本发明涉及一种用于内燃机的废气系统，并且更具体地涉及一种使用选择性催化还原(SCR)单元以用于排放控制的废气系统。
从内燃机、特别是柴油机排出的废气是包含气体排放物的非均相混合物，所述气体排放物例如为一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)以及构成微粒物质(“PM”)的凝聚相材料(液体和固体)。通常设置在催化剂载体或基底上的催化剂组合物作为后过程系统的一部分提供在发动机废气系统中，以将这些废气成分中的某些或全部转化为非调节的废气组分。
废气过程系统通常包括选择性催化还原(SCR)设备。SCR设备包括基底，该基底上设置有SCR催化剂以减少废气中的NOx量。典型的废气过程系统还包括还原剂输送系统，其喷射例如氨(NH3)、尿素(CO(NH2)2等的还原剂。SCR设备利用NH3来还原NOx。例如，当在适当条件下向SCR设备供应适量的NH3时，NH3在SCR催化剂存在下与NOx反应以减少NOx排放。但是，如果还原反应速度太慢，或者如果废气中存在过量的氨，则氨会从SCR中逸出。另一方面，如果废气中的氨过少，则SCR NOx转化效率降低。
发明内容
本文描述了一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的废气的排放控制系统，该排放控制系统包括：选择性催化还原(SCR)设备、可操作地连接在所述SCR设备的下游并与所述SCR设备流体连通的下流式选择性催化还原(UFSCR)设备、可操作地连接到所述SCR设备下游的废气并与之流体连通的第一NOx传感器以及可操作地连接到所述UFSCR设备下游的废气并与之流体连通的第二NOx传感器。排放控制系统还包括可操作地连接到SCR设备、第一NOx传感器、第二NOx传感器的控制器，该控制器配置为通过以下方面来执行还原剂逸出检测方法：确定SCR设备是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态运行条件；在选定条件下，扰动对应稳态的还原剂喷射；还原剂喷射的扰动具有选定量值和选定持续时间；测量来自对应于稳态的第一NOx传感器的NOx值，并测量来自对应于稳态的第二NOx传感器的NOx值。该检测方法还包括：测量来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；测量来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；将来自所述扰动的所述第二NOx传感器的所述NOx值的所述梯度与来自所述扰动的所述第一NOx传感器的所述NOx值的所述梯度进行比较，并且如果来自所述第一NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值处于来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述NOx值的所述梯度的选定范围内，则识别发动机的低效率运行并且将估计的还原剂储存量设置为零。否则，如果来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值超过选定阈值，则识别还原剂逸出条件并将估计的还原剂储存量设置为最大值，否则，不对估计的还原剂储存量进行修正。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可包括可操作地连接到废气并与废气流体连通的温度传感器，该温度传感器与控制器可操作地通信。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可包括可操作地连接到废气并与废气流体连通的第三NOx传感器，第三NOx设置在SCR设备的上游并且可操作地与控制器通信。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括执行以下方法的控制器，该方法还包括计算SCR设备的温度的梯度和由第一NOx传感器测量的NOx值的梯度并将来自第三NOx传感器的稳态NOx值与预测的稳态NOx值进行比较。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括如下选定条件，所述选定条件：如果所述SCR设备的温度的所述梯度小于第三选定阈值并且由所述第二NOx传感器测量的所述NOx的梯度小于第四选定阈值，则将所述SCR设备识别为处于稳态。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括预测的NOx值基于SCR设备的化学模型。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括执行如下方法的控制器，该方法包括根据比较适配SCR设备的还原剂给料速率。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括位于SCR设备的下游的第一NOx传感器。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括位于UFSCR设备的下游的第二NOx传感器。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括选定范围至少基于UFSCR设备的温度和废气的流量。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括扰动还原剂喷射的选定量值和选定持续时间中的至少一个基于稳态还原剂喷射、废气流量和温度的量值中的至少一个。
本文还在一个实施例中描述了一种用于处理由内燃机排放的废气的方法，该方法被配置为在可操作地连接到第一NOx传感器和第二NOx传感器的控制器中执行废气的选择性催化还原(SCR)，所述每个NOx传感器都设置在废气中。控制器被配置为执行用于氨逸出检测的方法，所述方法包括：在选定条件下确定SCR设备是否处于稳态还原剂喷射的稳态运行条件下；扰动对应于稳态的还原剂喷射；还原剂喷射的扰动具有选定量值和选定持续时间；测量来自对应于稳态的第一NOx传感器的NOx值，并测量来自对应于稳态的第二NOx传感器的NOx值。该检测方法还包括：测量来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；测量来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度。该方法还包括：如果来自所述第一NOx传感器的由扰动产生的NOx值的所述梯度处于来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述NOx值的所述梯度的选定范围内，则识别发动机的低效率运行并且将估计的还原剂储存量设置为零，否则，如果来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述NOx值的所述梯度超过选定阈值，则识别还原剂逸出条件并将估计的还原剂储存量设置为最大值，否则，不对估计的还原剂储存量进行修正。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可包括将温度传感器与控制器可操作地连接，该温度传感器与废气流体连通。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可包括将第三NOx传感器与控制器可操作地连接，第三NOx设置在SCR设备的上游并与废气流体连通。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括执行以下方法的控制器，该方法还包括计算SCR设备的温度的梯度和由第一NOx传感器测量的NOx值的梯度并将来自第三NOx传感器的稳态NOx值与预测的稳态NOx值进行比较。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括如下选定条件，所述选定条件：如果所述SCR设备的温度的所述梯度小于第三选定阈值并且由所述第二NOx传感器测量的所述NOx的梯度小于第四选定阈值，则将所述SCR设备识别为处于稳态。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括预测的NOx值基于SCR设备的化学模型。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括执行以下方法的控制器，该方法包括根据比较适配SCR设备的还原剂给料速率。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可以包括扰动还原剂喷射的选定量值和选定持续时间中的至少一个基于稳态还原剂喷射、废气流量和温度的量值中的至少一个。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代方案，其他实施例可包括选定范围至少基于温度和废气的流量。
此外，在一个或多个示例中，预测的NOx值基于SCR设备的化学模型。
此外，在一个或多个示例中，控制器还确定内燃机的运行状态，并响应于内燃机在稳态下运行而启动氨逸出检测。
从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
仅通过示例的方式，在以下详细描述、参考附图的具体实施方式中说明其他特征、优点和细节，其中：
图1描绘了根据一个或多个实施例的包括内燃机和排放控制系统的机动车辆；
图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统的示例部件；
图3示出了根据一个或多个实施例的气体通过SCR设备的示例流量；
图4示出了根据一个或多个实施例的使用扰动技术检测SCR/SCRF设备中的氨逸出的说明性方法的流程图；
图5示出了根据一个实施例的喷射扰动的示图；以及
图6示出了用于在UFSCR设备中检测稳态下的氨逸出的示例性方法的流程图。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应理解的是，因此不旨在限制本发明的范围。以下描述本质上仅是说明性的，并不旨在限制本发明、其应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。如本文所使用的那样，术语模块指的是过程电路，其可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和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/或提供所述功能的其他合适组件。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计更优选或更具优势。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一个的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括任何整数，该整数大于或等于两个，即两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
如本文所示和所述，将呈现本发明的各种特征。尽管可以在一般意义上使用类似的附图标记，但是将描述各种实施例，并且各种特征可以包括本领域技术人员将理解的改变、变更、修改等，而无论是明确描述的那样还是将被本领域技术人员理解的那样。
根据实施例的一个方面，机动车辆在图1中通常用10表示。机动车辆10以皮卡车的形式示出。应当理解，机动车辆10可以采用各种形式，包括汽车、商业运输、海上交通工具等。机动车辆10包括具有发动机舱14、乘客舱15和货台17的车身12。发动机舱14容纳内燃发动机系统24，在所示的实施例中，内燃发动机系统24可包括柴油机26。内燃发动机系统24包括废气系统30，该废气系统流体连接到后过程或排放控制系统34。由内燃机(ICE)系统24产生的废气通过排放控制系统34以减少可通过废气出口管36排出到环境的排放物。
应当注意，本文描述的技术方案与ICE系统24密切相关，该ICE系统可包括但不限于柴油机系统26和汽油机系统。ICE系统24可包括附接到曲轴的多个往复式活塞，所述曲轴可操作地附接到传动系、例如车辆传动系，从而为车辆提供动力(例如，将牵引扭矩传递到传动系)。例如，ICE系统24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(例如，产生扭矩)中描述ICE 24，但是其他非车辆应用也在本发明的范围内。因此，当参考车辆时，这种公开内容应该被解释为适用于ICE系统24的任何应用。
此外，ICE系统24通常可表示能够产生包括气态的(例如，NOx、O2)、碳质的和/或微粒的物质种类的废气流的任何设备，并且因此本文的公开内容应当被解释为适用于所有这样的设备。如本文所用，“废气”是指可能需要过程的任何化学物质或化学物质的混合物，并且包括气态、液态和固态物质。例如，废气流可包含一种或多种NOx物质、一种或多种液态烃物质和一种或多种固体微粒物质(例如灰分)的混合物。应进一步理解，本文公开的实施例可适用于处理不包含碳质的和/或微粒的物质种类的流出物流，并且在这种情况下，ICE 24通常也可表示能够产生包含此类物质的流出物流的任何设备。废气微粒物质通常包括碳质的烟灰，以及与ICE废气密切相关的或在排放控制系统34内形成的其他固体和/或液体含碳物质。
图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统34的示例性组件。应当注意，尽管在上述示例中ICE系统24包括柴油机26，但是本文描述的排放控制系统34可以在各种发动机系统中实施。排放控制系统34便于控制和监控NOx储存和/或过程材料，以控制由ICE系统24产生的废气。例如，本文的技术方案提供了一种用于控制选择性催化还原(SCR)设备和附属NOx传感器的方法，其中SCR设备配置为接收来自废气源的废气流。如本文所用，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可包括NyOx物质，其中y>0并且x>0。氮氧化物的非限制性示例可包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。如下所述，SCR设备配置为例如以可变的给料速率接收还原剂。
可包括若干区段的废气管道214将废气216从发动机26输送到排放控制系统34的各种废气过程设备。例如，如图所示，排放控制系统34包括SCR设备220。在一个或多个示例中，SCR设备220可包括选择性催化过滤器(SCRF)设备，其除了微粒过滤能力之外还提供SCR的催化方面。替代性地或另外地，SCR设备220也可以涂覆在流通式基底上。可以理解，排放控制系统34可以包括各种附加过程设备，所述附加过程设备包括柴油氧化催化(DOC)设备218和微粒过滤设备(未示出)等。
可以理解，DOC设备218可以是本领域已知的各种流通式氧化催化设备。在各种实施例中，DOC设备218可包括流通式金属或陶瓷整体式基底224。基底224可以包装在不锈钢壳或罐中，其具有与废气管道214流体连通的入口和出口。基底224可包括设置在其上的氧化催化化合物。氧化催化化合物可以作为涂层施加，并且可以含有铂族金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他合适的氧化催化剂或其组合。DOC设备218可用于处理未燃烧的气态和非挥发性HC和CO，其被氧化形成二氧化碳和水。涂层包括设置在整体式基底224的表面上的组成不同的材料层或下面的涂层。催化剂可含有一个或多个涂层，每个涂层可具有独特的化学催化功能。在SCR设备220中，用于SCR功能和NH3氧化功能的催化剂组合物可以存在于基底224上的离散的涂层中，替代性地，用于SCR设备220和NH3氧化功能的组合物可以存在于基底224上的离散的纵向区域中。
SCR设备220可包括例如流通式陶瓷或金属整体式基底，其可包装在壳或罐中，所述壳或罐具有与废气管道214和任选的其他废气过程设备流体连通的入口和出口。壳或罐理想地可包括相对于废气成分的基本上惰性的材料、例如不锈钢。基底可包括施加于其上的SCR催化剂组合物。
例如，基底主体可以是陶瓷砖、板结构或任何其他合适的结构，例如整体式蜂窝结构，所述整体式蜂窝结构每平方英寸包括数百至数千个平行的流通式单元，但是其他结构也是合适的。每个流通式单元可由壁表面限定，催化剂组合物可涂覆在所述壁表面上。基底主体可以由能够承受与废气216相关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实例包括陶瓷，例如经挤压的堇青石、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、或者耐热和腐蚀金属，如钛或不锈钢。例如，基底可包括非硫酸化TiO2材料。如下所述，基底主体还可以用作微粒过滤器。
SCR催化剂组合物通常是多孔且高表面积的材料，其可在还原剂230(例如氨)存在的情况下有效地运行以转化废气216中的NOx成分。例如，催化剂组合物可含有浸渍有一种或多种贱金属组分的沸石，所述贱金属例如为铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)及其组合。在一个具体实施方案中，催化剂组合物可含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施方案中，沸石可以是β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石，或任何其他结晶沸石结构，例如菱沸石或USY(超稳Y型)沸石。在一个具体实施例中，沸石包含菱沸石。在一个具体实施例中，沸石包含SSZ。合适的SCR催化剂组合物可具有高的热结构稳定性，特别是当与微粒过滤器(PF)设备串联使用时或当结合到SCRF设备中时，其通过高温废气烟灰燃烧技术再生。SCR催化剂组合物可任选地进一步包含一种或多种贱金属氧化物作为促进剂，以进一步减少SO3的形成并延长催化剂寿命。在一些实施例中，一种或多种贱金属氧化物可包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR设备220可以设置在DOC设备218的下游。在一个或多个示例中，SCR设备220包括过滤器部分222，该过滤器部分可以是壁流式过滤器，其构造成从废气216过滤或捕获碳和其他微粒物质。在至少一个实施例中，过滤器部分222形成为微粒过滤器(PF)，例如柴油机微粒过滤器(DPF)。过滤器部分222(即PF)可以例如使用陶瓷壁流式整体式废气过滤器基底(未示出)构造，其被包装在刚性的耐热壳或罐中。过滤器部分222具有与废气管道214流体连通的入口和出口，并且可以在废气216流过其时捕获微粒物质。应当理解，陶瓷壁流式整体式过滤器基底本质上仅是示例性的，并且过滤器部分222可以包括其他过滤设备，例如缠绕式或填充式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。在一个或多个示例中，排放控制系统34还可以执行再生过程，该再生过程通过烧掉捕获在过滤器基底中的微粒物质来再生过滤器部分222。
在一个或多个示例中，SCR设备220接收还原剂230、例如以可变的给料速率。还原剂230可以从还原剂供应源234供应。在一个或多个示例中，使用喷射器236或其他合适的输送方法将还原剂230在SCR设备220上游的位置喷射到废气管道214中。还原剂230可以是气体、液体或水溶液的形式，例如尿素水溶液。在一个或多个实例中，还原剂230可与喷射器236中的空气混合，以帮助喷射的还原剂230的分散。设置在过滤器部分222上的含催化剂的涂层或穿过催化剂或壁流式过滤器的流量可以减少废气216中的NOx成分。SCR设备220利用还原剂230(例如氨(NH3))来还原NOx。含催化剂的涂层可包含沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)，其可在NH3存在的情况下有效地运行以转化废气216中的NOx组分。
排放控制系统34还可包括设置在SCR设备220下游的下流式选择性催化还原(UFSCR)设备226。在一个或多个示例中，UFSCR设备226接收已经通过SCR设备220的废气216。如上所述，UFSCR设备226可以在配置和功能上类似于SCR设备220。例如，UFSCR设备226可包括例如包装在壳或罐中的流通式陶瓷或金属整体式基底，所述壳或罐具有与废气管道214和任选的其他废气过程设备流体连通的入口和出口。
如上所述，还原剂230在SCR设备220的上游位置处被喷射到废气管道214中。在运行中，精确控制还原剂喷射速率以确保SCR设备220充分的NOx还原和氨储存量。喷射速率不足可能导致不可接受的低NOx转化速率，并且从而导致更高的排放。过高的喷射速率导致过量的氨和氨从SCR设备220释放到下游废气214。来自SCR设备220的这些氨排放被称为氨逸出。由于排放以及过快地排出还原剂供应234，氨逸出是不希望的。为了解决这些问题，在一些实施例中，可以采用UFSCR 226。UFSCR 226接收已经通过SCR设备220的废气216作为输入，并且可包括过量的氨。类似于SCR设备220，UFSCR 226包括但不限于类似于上面关于SCR设备220描述的催化剂，其包含可以进一步减少废气216中的NOx成分的涂层。
在一个或多个示例中，排放控制系统34还包括控制模块238，其经由多个传感器可操作地连接以监控发动机26和/或废气排放控制系统34。例如，如下所述，控制模块238可以执行如本文所述的控制过程和SCR化学模型250。控制模块238可以可操作地连接到ICE系统24、SCR设备220、UFSCR 226和/或一个或多个传感器。如图所示，通常示为240的传感器可包括设置在SCR设备220下游的上游NOx传感器242a和下游NOx传感器242b，以及设置在UFSCR226下游的第三NOx传感器242c。每个NOx传感器242a、242b和242c与废气管道214中的废气216流体连通。在一个或多个示例中，上游NOx传感器242a设置在ICE系统24的下游以及SCR设备220和喷射器236的上游。上游NOx传感器242a、下游NOx传感器242b和下游NOx传感器242c检测靠近它们在废气管道214内的位置的NOx水平，并产生对应于检测到的NOx水平的NOx信号。在一些实施例中，NOx水平可包括浓度、质量流动速率或体积流动速率。例如，由NOx传感器242a、242b和242c产生的NOx信号可以由控制模块238解释。此外，控制模块238可以可选地与设置在SCR设备220上游的一个或多个温度传感器(例如，上游温度传感器244)通信。温度传感器244产生指示废气管道214中的废气216的温度的信号。
排放控制系统34的传感器还可包括至少一个压力传感器246(例如，Δ压力传感器)。Δ压力传感器246可确定SCR设备220两端的压力差(即Δp)。尽管示出了单个Δ压力传感器246，但是应当理解，可以使用多个压力传感器来确定SCR设备220的压力差。例如，第一压力传感器(未示出)可以设置在SCR设备220的入口处，并且第二压力传感器(也未示出)可以设置在SCR设备220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异可以指示SCR设备220两端的压力差。应当注意，在其他示例中，传感器可以包括与本文所示/所述的传感器不同的、额外的或更少的传感器。
SCR设备220和UFSCR 226包括SCR催化剂，其通常使用还原剂230将NOx物质(例如NO和NO2)还原成无害组分。无害组分包括一种或多种不是NOx物质的物质，例如双原子氮、含氮惰性物质，或被认为是可接受的排放物的物质。还原剂230可以是氨(NH3)，例如无水氨或氨水，或者由富含氮和氢的物质、如尿素(CO(NH2)2)产生。附加地或替代性地，还原剂230可以是能够在废气216和/或热的存在的情况下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)-(5)提供了涉及氨的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)
应当理解，反应式(1)-(5)仅仅是说明性的，并不意味着将SCR设备220和/或UFSCR设备226限制于特定的NOx一种还原机制或多种还原机制，也不排除其他机制的操作。SCR设备220和/或UFSCR设备226可以配置为执行上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合和其他NOx还原反应中的任何一种。
在各种实施方式中，还原剂230可以用水稀释。在还原剂230用水稀释的实施方式中，热(例如，来自废气)蒸发水，并且氨被供应到SCR设备220。根据需要，非氨还原剂可以用作氨的全部或部分替代物。在还原剂230包括尿素的实施方式中，尿素与废气反应以产生氨，并且氨被供应到SCR设备220。下面的反应(6)提供了通过尿素分解产生氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应当理解，反应式(6)仅仅是说明性的，并不意味着将尿素或其他还原剂230分解限制在特定的单一机制中，也不排除其他机制的操作。
SCR催化剂可以储存(即吸收和/或吸附)还原剂230以与废气216相互作用。例如，还原剂230可以储存在SCR设备220和/或UFSCR设备226内。给定的SCR设备220和/或UFSCR设备226具有还原剂容量，或其能够储存的还原剂或还原剂衍生物的量。实际储存在SCR设备220和/或UFSCR设备226内的还原剂230的量相对于其还原剂储存容量可称为SCR“还原剂负载”，并且可表示为a％负载(例如，90％还原剂负载)。在SCR设备220的操作期间，喷射的还原剂230分别储存在SCR设备220和UFSCR设备226的SCR催化剂中，并且在还原反应期间被消耗，其中NOx物质需要连续补充。确定待喷射的还原剂230的精确量对于将废气排放维持在可接受的水平是至关重要的：排放控制系统34内的还原剂水平不足(例如，在SCR设备220和UFSCR设备226内)可导致不期望的NOx物质排放(“NOx泄漏”)。过量的还原剂喷射会导致不希望量的还原剂230以未反应的方式通过SCR设备220和UFSCR设备226(“还原剂逸出”)。当SCR催化剂低于“起燃”温度时，例如如果SCR设备220和UFSCR设备226被NH3饱和(即，不再具有储存位置)，也会发生还原剂逸出和NOx泄漏。SCR给料逻辑可用于命令还原剂给料及其适配，并且例如可由控制模块238实施。
控制施加到SCR设备220以进行反应和储存并随后通过UFSCR设备226的精确氨量确保在SCR设备220和最终UFSCR设备226中保持足够的还原剂储存量水平以促进维持废气排放在可接受的水平。如前所述，UFSCR中的还原剂储存量水平不足可导致NOx泄漏，而过量还原剂230以未反应的方式通过UFSCR设备226或作为还原剂逸出离开UFSCR设备226。在操作中，利用UFSCR设备，当UFSCR催化剂低于“起燃”温度时，例如如果UFSCR设备226被NH3饱和(即，不再具有储存位置)并且没有发生起燃，则也会发生还原剂逸出和NOx泄漏。SCR给料逻辑可用于命令还原剂230定量给料及其适配，并且可由控制模块238实施，例如以控制SCR设备220中的给料，并且在那里通过向下游提供给UFSCR设备226的氨。
还原剂喷射给料速率(例如，每秒克数)可以由SCR化学模型250确定，其中，SCR化学模型250基于来自一个或多个还原剂喷射(例如，来自喷射器236的反馈)和上游NOx(例如，来自上游NOx传感器242a的NOx信号也表示为NOx1)的信号来预测储存在SCR设备220和可选地UFSCR设备226中的还原剂230的量。SCR化学模型250进一步预测从SCR设备220排出并提供给UFSCR设备226的废气216的NOx水平。同样地，SCR化学模型还可以预测从UFSCR设备226排出并排放到大气中的废气216的NOx水平。SCR化学模型250可以由控制模块238实现。例如，SCR化学模型250可以通过一个或多个过程值随时间更新。给料调节器(未示出)、例如由控制模块238控制的给料调节器监控由SCR化学模型250预测的还原剂储存量水平，并基于离开SCR设备220的废气216和离开UFSCR设备226的废气216的条件将其与期望的还原剂230储存量水平进行比较。可以连续监控预测的还原剂储存量水平与期望的还原剂储存量水平之间的偏差，并且可以触发给料适配以增加或减少还原剂给料以消除或减少偏差。例如，还原剂给料速率可以适配于在SCR设备220下游的废气216中实现期望的氨水平和/或NOx浓度。从SCR设备220排出的所需氨水平作为还原剂输入到UFSCR设备226以便储存在其中。期望的转化速率可以由许多因素确定，例如SCR催化剂类型的特征和/或系统的运行条件(例如，ICE系统24的运行参数)。
随着时间的推移，SCR化学模型250的不准确性可以分别在SCR设备220和UFSCR设备226中复合到模拟还原剂储存量水平与实际还原剂储存量水平之间的相关误差。因此，可以连续地修正SCR化学模型250以最小化或消除误差。用于修正SCR化学模型250的一种方法包括将模拟的SCR和UFSCR排放废气NOx水平与实际NOx水平(例如，由下游NOx传感器242b测量)进行比较，以确定两者之间的差异。在选定条件下，可以修正或更新模型250以消除或减少差异。因为NOx传感器(特别是下游NOx传感器242b)对还原剂(例如NH3)和NOx交叉敏感，所以区分还原剂信号和NOx信号是关键的，因为还原剂逸出可能与不充分的NOx转化相混淆。
可以使用被动分析技术来区分还原剂信号和NOx信号。一旦这种技术是相关方法，其包括将SCR设备(例如，SCR设备220或UFSCR设备226)上游的NOx浓度(例如，由上游NOx传感器242a测量)与设备下游的NOx浓度进行比较(例如，由下游NOx传感器242b测量，也表示为NOx2)。分散的浓度方向表示废气216中还原剂的增加或减少。
替代性地或另外地，比较可以包括频率或频谱分析。由于NOx浓度和/或还原剂浓度的变化，由NOx传感器产生的NOx信号可包括多个频率分量(例如，高频和低频)。高频信号通常主要涉及NOx浓度，而低频信号通常涉及NOx浓度和还原剂浓度。基于信号的光谱成分的变化，可以确定还原剂何时通过该设备。
被动分析技术的缺点在于，当排放控制系统34和SCR设备220或UFSCR设备226处于稳态时，它们不能实现。在一些情况下，例如，通过在移动时间帧上取SCR设备220上游的NOx信号的均方根值(例如，由上游NOx传感器242a测量)来确定“稳态”。足够小的值表示上游NOx浓度的最小变化，并且SCR设备220可以被认为处于稳态。例如，稳态条件可以包括上游NOx浓度的均方根值小于预定值，例如约30ppm，小于约20ppm，或小于约10ppm。SCR稳态条件通常可与ICE系统24稳态条件(例如，通常一致的RPM、燃料喷射、温度等)相关联。侵入式测试可用于区分还原剂信号和NOx信号，其包括停止全部或大部分还原剂给料一段时间。虽然可以在稳态条件下进行侵入式测试，但在某些情况下，它们可能在测试期间产生不希望的废气排放，例如NOx浓度增加的排放。
图3示出了根据一个或多个实施例的废气216通过SCR设备220并且类似地用于UFSCR设备226的示例流程。控制模块238(图2)测量气体体积的流动速率(F)和气体的浓度C。例如，SCR设备220将NOx 310的输入流动速率确定为FCNOx,in，其中F是进入的废气216的体积，并且CNOx,in是进入气体216中的NOx的入口浓度。类似地，作为NH3的入口浓度的FCNH3,in是进入气体216(CNH3,in)中的NH3 315的流动速率的体积。此外，补偿吸附量322和脱附量324以及在催化剂表面上反应的量，控制模块238可以将CNH3确定为NH3的SCR浓度，并且将CNOx确定为NOx的SCR浓度。
因此，FCNOx是通过SCR设备220(或类似地，UFSCR设备226)的出口的NOx的NOx出口体积流动速率320。在一个或多个示例中，控制模块238可以将WNOx、FCNOx确定为NOx的质量流动速率320，其中WNOx是NOx的分子量。类似地，对于NH3，出口体积流动速率325是具有作为WNH3FCNH3的NH3的质量流动速率的FCNH3。
如前所述，控制模块238精确地控制还原剂喷射速率，以确保排放控制系统34的有效操作，同时保持可接受的排放。如上所述，在一些实施例中，UFSCR设备226还储存从SCR设备220传递的氨作为进一步的还原剂储存量，以用于进一步的NOx排放还原。同样，控制施加到UFSCR设备226的精确氨的量确保将废气排放维持在可接受的水平：排放控制系统34内的不充分的还原剂水平(例如，在UFSCR设备226内)可导致来自排放控制系统34(例如，通过车辆尾管)的不期望的NOx物质排放(“NOx泄漏”)，而过量的还原剂230以未反应的方式通过UFSCR设备226或离开UFSCR设备226作为不期望的反应产物(“UFSCR还原剂逸出”)。可以理解的是，SCR给料逻辑可用于命令还原剂230给料及其适配，以控制SCR设备220中的给料，并且从而控制提供给UFSCR设备226的下游的氨，以进一步改善排放。
因此，返回参考图2，控制模块238基于化学模型250和期望的NH3储存设定点来控制喷射器236的操作，以确定如本文所述的待喷射的还原剂230的量。控制模块238可基于监控一个或多个传感器确定对应于还原剂储存量的修正系数，并且可更精确地控制由喷射器236提供的喷射的还原剂230的量。例如，控制模块238确定还原剂喷射器激励时间修正系数，以进一步减少或消除化学模型250与实际SCR出口NOx排放或UFSCR出口NOx排放之间的差异。替代性地或另外地，控制模块238确定NH3设定点修正以减少或消除化学模型250与实际SCR出口NOx排放之间的差异。因此，可以更有效地利用还原剂230的供应。例如，喷射到废气216中的还原剂在喷射到废气216中时可形成NH3。因此，控制模块238控制供应到SCR设备220的NH3的量。SCR催化剂吸附(即储存)NH3。由SCR设备220和/或UFSCR设备226储存的NH3的量在下文中可称为“NH3储存量水平”。控制模块238可控制供应到SCR设备220的NH3的量以调节NH3储存量水平。储存在SCR设备220中的NH3与通过其中的废气216中的NOx反应。同样地，控制模块238可以控制供应到SCR设备220的NH3的量，以将NH3储存量水平或SCR设备220之外的氨逸出量作为UFSCR设备226的输入进行调节。储存在UFSCR设备226中用于氨逸出的NH3与通过其中的废气216中的NOx反应。
在一个或多个示例中，从进入SCR设备220的废气216中去除的NOx的百分比可以被称为SCR设备220的转化效率。控制模块238可以基于分别由第一(上游)NOx传感器242a和第二(下游)NOx传感器242b产生的NOxin和NOxout信号来确定SCR设备220的转化效率。例如，控制模块238可以基于以下反应式确定SCR设备220的转化效率：
SCReff＝(NOxin–NOxout)/NOxin (7)
由于SCR催化剂的温度升高，也可能引起NH3逸出。例如，当NH3储存量水平接近最大NH3储存量水平时温度升高时，NH3可从SCR催化剂脱附。由于排放控制系统34中的错误(例如，储存量水平估计误差)或故障组件(例如，故障喷射器)，也可能发生NH3逸出。
通常，控制模块238基于化学模型250估计SCR设备220的NH3储存量水平。在一个或多个示例中，NH3储存设定点(“设定点”)是可校准的。控制模块238使用化学模型250来估计SCR设备220中的NH3的当前储存量水平，并且储存量水平调节器向喷射控制提供反馈以确定喷射速率以根据化学模型250为反应提供NH3并保持目标储存量水平。设定点可指示给定运行条件(例如，SCR催化剂的温度)的目标储存量水平。因此，设定点可以指示SCR设备220的储存量水平(S)和温度(T)。设定点可以表示为(S、T)。控制模块238控制还原剂喷射器236以管理喷射到废气216中的还原剂的量，以将SCR设备220的储存量水平调节到设定点。例如，控制模块238命令喷射器236增加或减少还原剂236流量，并且从而当确定新的设定点时，储存量水平达到设定点。另外，控制模块238命令还原剂喷射器236增加或减少还原剂流量以增加或减少还原剂储存量水平，以在达到设定点之后维持设定点。
本文描述的技术特征有助于排放控制系统34基于下游NOx进入稳态氨逸出检测。在一些系统中，通过禁用柴油机排气流体(DEF)喷射来执行稳态，氨逸出检测。然而，这些技术可能在DEF喷射给料关闭事件期间潜在地增加NOx排放。因此，在一个或多个实施例中，氨逸出和/或NOx泄漏检测通过扰动排放控制系统34来执行，并且更具体地，在一个实施例中，扰动DEF喷射速率，并监控SCR设备220和NOx响应。而不是通过禁用DEF喷射来在稳态运行条件下侵入性地检测NH3逸出或NOx泄漏的存在。这种扰动技术的使用有利地可以防止可能由DEF喷射禁用所导致的NOx排放增加。
在一个或多个示例中，控制模块238使用SCR催化剂的化学模型250来预测进入SCR设备220的废气216中的NOx浓度。此外，基于预测的NOx浓度，控制模块238确定用于对废气216进行给料以满足排放阈值的NH3的量。控制模块238通常实施适配半闭环控制策略以根据化学模型250维持SCR性能，其中控制模块根据机动车辆10的持续性能连续学习与化学模型250相关联的一个或多个参数。然而，使用适配控制策略的废气系统的技术挑战是，如果存在下游NOx误差(下游NOx传感器相对于下游NOx进行建模)，该误差足够高以引起稳态逸出检测事件，则这可导致废气系统在没有任何适配的情况下循环进出稳态逸出检测。在一个或多个示例中，误差足够大以使排放控制系统34进入稳态逸出检测，但不足以在检测过程完成时引起适配。在一些实施例中，稳态条件可以对应于ICE速度或负载恒定的条件。
图4示出了根据一个或多个实施例的用于检测SCR设备220中的氨逸出的示例性方法400的流程图。在一个或多个示例中，方法400由控制器238实现。替代性地，方法400由一个或多个电路实现。在一个或多个示例中，方法400通过执行可以以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或储存的逻辑来实现。
方法400包括接收来自上游NOx传感器242a的NOx测量值，以及来自如405所示的温度传感器244的SCR设备220温度。此外，检查ICE系统24是否处于预选的发动机运行状态，例如“稳态”运行条件，其中由发动机产生的NOx基本恒定，如过程步骤410和415所示。例如，在一个实施例中，稳态运行条件可以对应于车辆10正在驾驶的状况，例如发动机速度或负载基本恒定。在一个实施例中，测量/确定SCR设备220上游的SCR温度和NOx的梯度。每个小于选定阈值的梯度表示ICE 26在稳态条件下运行。在一个实施例中，这两个梯度是标量并且取决于SCR催化剂性能。例如，在一个实施例中，使用的温度梯度小于0.5-1℃/s，而上游NOx的梯度小于1-5ppm/s。应当理解，虽然已经提供了ppm特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其他梯度和值是可能的并且在权利要求的覆盖宽度和范围内。例如，用于稳态识别的一种可能技术是使用上游NOx传感器242a的频率分析。在发动机稳态条件下，NOx浓度保持稳定，并且在这种情况下，来自NOx 242a的信号的高频成分的RMS值较低(例如，对于高于0.01Hz的频率，阈值约为5至10ppm)。
该方法继续检测ICE 26的其他运行状态下的NH3逸出检测，并循环通过这些步骤，直到检测到预选的稳态运行条件，如430所示。如果确定ICE系统24在稳态下运行，则该方法针对ICE系统24的稳态运行执行稳态NH3逸出检测，如420所示。稳态NH3逸出检测包括基于SCR设备220的化学模型250计算预测的下游NOx值，如421所示。预测的下游NOx值基于本文所述的半闭环计算以及一个或多个传感器值确定，例如入口/出口温度、入口/出口压力和较早的NOx测量等。逸出检测还包括将来自传感器242b的NOx测量值(如422所示)与预测的下游NOx值进行比较和/或确定两个值之间的差值。在一个或多个示例中，该差值可以被称为NOx测量误差。
该方法还包括将NOx测量误差的绝对值(即，量值)与阈值进行比较，如425所示。如果差值较小，则排出的NOx与由化学模型250计算出的作为排出的NOx相对应并且不需要进一步评估。换句话说，如果NOx测量误差的量值小于(或等于)选定阈值，则认为SCR设备220在没有NH3逸出的情况下运行，并且运行继续循环，如426所示。如果NOx测量误差的量值大于阈值，则过程继续到所描述的实施例的扰动测试，如线428所示。再一次，应当理解，选定阈值可以是简单的标量，并且可以作为系统的组件和配置的函数来进行选择。在一个实施例中，采用30-60ppm/s的阈值差值，但是其他值也是可能的。
应当理解，NOx测量值和预测值可以指示废气216中的NOx浓度。在这种情况下，在一个或多个示例中，预定阈值可以对应于NOx的预定浓度，例如37.5ppm(或任何其他值)。在一个或多个示例中，可以基于指定的统计值(例如标准偏差，例如1.5的标准偏差)来确定预定值。例如，可以将预定值校准到被认为可接受的建模的下游NOx值。在一个实施例中，测量的下游NOx因此相对于传感器的预期误差进行归一化。然后将归一化误差(在该示例中为1.5)与进入稳态逸出检测逻辑的阈值进行比较。在这种情况下，基于由NOx传感器242b测量的NOx的较早值来计算用作用于比较的阈值的NOx浓度的预定值。换句话说，在上述示例场景中，37.5ppm用作阈值，因为37.5是较早NOx测量的1.5标准偏差值。应当注意，在一个或多个示例中，来自所使用的化学模型250的NOx测量值和预测值可以是NOx流动速率或任何其他NOx属性(而不是NOx浓度)。
继续参照图4，其示出了根据实施例的用于检测NH3逸出条件400的方法。在线428之后，在过程块430处，该方法继续储存关于所采用的NOx传感器信息和当前DEF喷射的数据。产生扰动输入并应用于NH3喷射。在一个实施例中，扰动输入基本上是具有相反极性峰值的方波的单个周期，也称为双峰。喷射扰动的量值是用于排放控制系统34的稳态运行的当前DEF喷射的百分比。在一个实施例中，量值对应于储存的DEF喷射的稳态值加上前半部分的增量和减去后半部分的增量。同样地，可以选择扰动的持续时间作为与排放控制系统相关联的可校准的依赖因素和运行参数。例如，在一个实施例中，扰动的百分比量值和持续时间可以是通过SCR设备220的稳态废气流量和由温度传感器244测量的温度的函数。应该理解的是，通常应该选择扰动的量值和持续时间足够大以至少对系统的响应表现出足以用于测量的可测量的影响，而不会导致对排放控制系统34的稳态运行的总体影响。图5描绘了示例图表时间历程500，其描绘了添加到标称DEF喷射的扰动502。在该图中，可以看出标称稳态给料为50mg/s的NH3。当如504所示的NOx模型250值如箭头505所示从NOx传感器数据偏离超过阈值时(如506所示)。如508所示，启动扰动。
现在继续如图4所示，随着扰动的引入，如过程步骤435所示，将由下游传感器242b测量的NOx的梯度与扰动之前的稳态值进行比较并在步骤430期间储存。基于该比较，如在任选的过程步骤440中所描绘的那样，如果添加的NH3的量未被SCR设备220中的催化剂完全消耗并且超过选定阈值，则如线442所示停止/重复该过程。在一个实施例中，阈值是SCR特性的函数。例如，在一个实施例中，阈值是由温度传感器244测量的SCR设备220的温度的函数。此外，阈值可以是NOx水平和/或废气流量的函数。在一个实施例中，阈值在0.2-2.0g的量级。应当理解，虽然已经提供了特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其他梯度和值是可能的并且在权利要求的覆盖宽度和范围内。
返回该图，如果SCR设备220中的催化剂消耗的NH3超过选定阈值，则任选地，如过程判定块445所示，评估从稳态值测量的NOx的梯度。如果梯度超过另一个选定阈值，则检测并识别NH3逸出条件，如线446和过程块450所示。如果梯度小于或等于选定阈值，则如线447和过程块455所示，检测并识别出效率低并因此可能过量的NOx。在一个实施例中，阈值再次是SCR特性的函数。例如，在一个实施例中，阈值是由温度传感器244测量的SCR设备220的温度的函数。此外，阈值可以是NOx水平和/或废气流量的函数。在一个实施例中，阈值为0.1ppm/s-5.0ppm/s是可能的。应当理解，虽然已经提供了特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其他梯度和值是可能的并且在权利要求的覆盖宽度和范围内。
图6示出了根据一个或多个实施例的用于在UFSCR设备226中检测稳态下的氨逸出的示例性方法600的流程图。在一个实施例中，方法600与采用如关于图4和图5所述的扰动的方法400同时实现和执行。方法600采用由DEF喷射中引入的扰动产生的干扰，以用于检查SCR设备220的状态，从而评估UFSCR设备226中的还原剂储存量的操作，并推断其状态。在一个或多个示例中，方法600还由控制器238实现。替代性地，方法600由一个或多个电路实现。在一个或多个示例中，方法600通过执行可以以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或储存的逻辑来实现。
方法600通过验证ICE 26启动，更具体地说，SCR设备220处于预选的发动机运行条件，例如由ICE 26产生的NOx为基本恒定的“稳态”运行条件，如过程步骤605所示。例如，如上所述，在关于图4的实施例中，稳态运行条件可对应于车辆10正在行驶的状况，例如，发动机速度或负载基本恒定并且在其中的过程步骤410和415处确定。例如，如过程步骤415所示，小于选定阈值的梯度表示ICE系统24在稳态条件下运行。例如，再次，在实施例中，使用温度小于0.5-1℃/s的梯度，而上游NOx的梯度小于1-5ppm/s。应当理解，虽然已经关于用于确定排放控制系统34并且特别是SCR设备220的稳态运行的特定方法描述了本文的实施例，但是其他技术也是可能的。例如，用于稳态识别的一种可能技术是使用SCR设备220上游的NOx传感器242a的频率分析。在发动机稳态条件下，NOx浓度保持稳定，并且在这种情况下，来自NOx 242a的信号的高频成分的RMS值较低(例如，对于0.01Hz以上的频率，阈值约为5至10ppm)
返回参照图6，在一个实施例中，方法600继续接收来自UFSCR设备226上游的NOx传感器242b的和UFSCR设备226下游的NOx传感器242c的NOx的测量，如610所示。与关于图4的过程步骤430描述的扰动喷射同时进行，在一个实施例中，确定相对于由UFSCR设备226上游(SCR设备220的下游)的NOx传感器242b测量的NOx浓度或流量的过程步骤610的储存的NOx值的梯度。同样地，如过程步骤615所示，确定相对于储存值以及UFSCR设备226下游的NOx传感器242c(也表示为NOx3)的梯度。
转到过程步骤620，在一个实施例中，该方法继续评估排放控制系统34的状态。如果关于图4描述的SCR设备220的包括其中描述的扰动测试的稳态氨逸出检测过程是激活的，则该方法在系统响应期间等待选定持续时间。应当理解，在SCR设备220和UFSCR设备226的选定运行条件和储存量水平下，可导致响应的延迟或废气216中的NOx的显著的变化。为了解决这个问题，引入了选定延迟或阈值。例如，在一个实施例中，延迟可以是通过UFSCR设备226的稳态废气流量和/或由温度传感器244测量的温度的函数。例如在操作中，在低流量、低温条件下，可能需要更长的延迟来记录系统响应。在一个实施例中，选择延迟以考虑UFSCR设备226的惯性。在一个实施例中，采用大约1-5秒的延迟或阈值。在其他运行条件下，响应可能更快，并且几乎不需要或不需要延迟。换句话说，在UFSCR设备226几乎没有能力影响NOx转化的低储存条件下，在UFSCR设备的上游测量的响应表现出与在UFSCR设备226的上游测量的NOx具有很小的偏差或没有偏差。因此，如果选定阈值延迟已经过去，则该方法如线623所示继续到过程步骤625。如果延迟尚未完成，则该方法返回，如线621所示。
继续过程步骤625，如果在过程步骤620中确定的特定运行条件期间，即稳态，DEF喷射是激活的，则由UFSCR设备226下游的NOx传感器242c(NOx3)测量的NOx的梯度为处于由UFSCR设备226(NOx2)上游的NOx传感器242b检测到的NOx梯度的选定公差范围内，则得出结论：UFSCR 226在很少或没有储存能力的情况下运行，如过程块630所示，并且将用于模型的估计的储存量设置为零。相反，如果UFSCR设备226(NOx3)下游的NOx的梯度超出由NOx传感器242b(NOx2)检测到的NOx的梯度的公差(即，与选定量相差)，则得出结论：在UFSCR设备226中发生一定程度的排放物减少，并且该过程通过线627继续到过程块635。方法600在过程块635处继续，其中确定由NOx传感器242b检测到的NOx的梯度(NOx2)是否超过选定阈值。如果梯度小于或等于选定阈值，则不需要进一步的动作或修正，如过程块640所示。另一方面，如果梯度超过选定阈值，则将用于UFSCR设备226的估计的储存量设置为最大值，并且过程继续并重复，如过程块645所示。在一个实施例中，基于UFSCR设备226中的废气216的温度和流量确定选定公差范围和选定阈值。例如，针对较低温度或较低流量应用，公差范围可能更大。同样，如果温度较高，或废气流量较高，则较小的公差范围就足够了。而且，在一个实施例中，阈值可以是0.1ppm/s至5.0ppm/s的量级。例如，针对较低温度或较低流量应用，阈值可以设置为较小值。同样，如果温度较高，或废气流量较高，则较小的阈值就足够了。在一个实施例中，阈值可以取决于特定应用、车辆特性、SCR设备特性和UFSCR设备特性和技术。作为示例，在用于提供UFSCR设备226的最佳可用条件的一个策略中的一个实施例的值为上游温度210-350℃和废气流量20-80g/s。
应当理解，NOx测量值和预测值可以指示废气216中的NOx浓度。在这种情况下，在一个或多个示例中，预定阈值可以对应于预定浓度的NOx，例如为37.5ppm(或任何其他值)。在一个或多个示例中，可以基于指定的统计值(诸如标准偏差，例如1.5标准偏差)来确定预定值。例如，可以将预定值校准到被认为可接受的建模的下游NOx值。在一个实施例中，所测量的下游NOx因此相对于传感器的预期误差进行归一化。然后将归一化误差(在该示例中为1.5)与进入稳态逸出检测逻辑的阈值进行比较。在这种情况下，基于由NOx传感器242b、242c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，在上述示例场景中，37.5ppm用作阈值，因为37.5是较早NOx测量的1.5标准偏差值。应当注意，在一个或多个示例中，来自所使用的化学模型250的NOx测量值和预测值可以是NOx流动速率或任何其他NOx属性(而不是NOx浓度)。
排放控制系统34和SCR设备220适配于保持足够的储存量水平并且还防止NH3逸出事件。例如，还原剂给料速率适配于实现期望的储存量，从而确保SCR设备220下游的废气216中的NOx浓度或流动速率，以确保控制NOx排放。通常，基于NOx测量误差调节还原剂给料速率。然而，在一些情况下，在ICE系统24的稳态运行模式中，与观察到的用于启动适配的值相同的NOx测量误差可能不重复，从而导致该适配被放弃。这导致排放控制系统34在没有任何适配的情况下循环进出稳态NH3逸出检测。在一个或多个示例中，NOx误差足够大以使排放控制系统34进入稳态逸出适配，但是不足以在检测过程完成时引起适配。此外，还原剂给料速率适配于在UFSCR设备226下游的废气216中实现所需的NOx浓度或流动速率，或实现所需的NOx转化速率。
本文描述的技术方案有助于改进用于内燃机的排放控制系统，例如用于车辆的那些排放控制系统。例如，技术方案基于比用于进入稳态NH3逸出检测逻辑的更小的误差的积分来确定储存量修正和适配，该误差指示下游NOx传感器测量与下游NOx化学模型250之间的差异。当NOx误差刚好足以引起稳态NH3逸出检测事件时，这种改进有助于防止稳态NH3逸出检测的循环，但是误差足够低以使系统在没有任何适配的情况下循环进出稳态NH3逸出检测。所描述的实施例提供了在SCR模型内建模的氨储存的逸出和直接补偿的检测，从而将其设置为最大容量。一旦氨储存量被修正，SCR控制就与如本文所述的NH3储存控制回路一起起作用，从而补偿给料并由此补偿NH3逸出。
在硬件架构方面，这样的计算设备可以包括处理器、存储器，以及经由本地接口通信地耦联的一个或多个输入和/或输出(I/O)设备接口。本地接口可以包括例如但不限于一个或多个总线和/或其他有线或无线连接。本地接口可以具有附加元件，为简单起见省略了这些元件，例如控制器、缓冲器(高速缓存器)、驱动器、转发器和接收器以实现通信。此外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现上述组件之间的适当通信。
当计算设备在运行中时，处理器可以被配置为执行储存在存储器内的软件，将数据传送到存储器和从存储器传送数据，并且通常根据软件控制计算设备的运行。存储器中的全部或部分软件由处理器读取，可能在处理器内缓冲，并且然后得到执行。处理器可以是用于执行软件的硬件设备，尤其是储存在存储器中的软件。处理器可以是定制的或可商购获得的处理器、中央处理单元(CPU)、与计算设备相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)，或通常任何执行软件的设备。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM等)中的任何一个或组合。此外，存储器可以包含电子、磁、光和/或其他类型的储存介质。注意，存储器也可以具有分布式架构，其中各种组件彼此远程地定位，但是可以由处理器访问。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。体现为软件的系统组件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括待执行的一组指令的任何其他实体。当构造为源程序时，该程序通过编译器、汇编器、解释器等翻译，其可以包括或不包括在存储器中。
可以耦合到系统I/O接口的输入/输出设备可以包括输入设备，诸如键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、相机、接近设备等。此外，输入/输出设备还可以包括输出设备，例如但不限于打印机、显示器等。最后，输入/输出设备还可以包括作为输入和输出进行通信的设备，例如但不限于调制器/解调器(调制解调器；用于访问其他设备、系统或网络)、射频(RF)或其他收发器、电话接口、网桥、路由器等。
应该注意的是，图3、4和6示出了软件的可能实现的体系结构、功能和/或操作。在这方面，可以将一个或多个块解释为表示模块、片段或代码的一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代性实施方式中，块中提到的功能可以不按顺序发生和/或根本不发生。例如，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
应当注意，本文描述的任何功能可以体现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用，例如基于计算机的系统、包含处理器的系统，或者可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统。在本文档的上下文中，“计算机可读介质”包含、储存、传送、传播和/或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用。计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(电子)、只读存储器(ROM)(电子)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)(电子)和便携式光盘只读存储器(CDROM)(光学)。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。如本文所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素组件和/或其组。
虽然已经参考说明性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适配本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的废气的排放控制系统，所述排放控制系统包括：
选择性催化还原(SCR)设备；
可操作地连接在所述SCR设备的下游并与所述SCR设备流体连通的下流式选择性催化还原(UFSCR)设备；
可操作地连接到所述SCR设备下游的废气并与所述SCR设备下游的废气流体连通的第一NOx传感器；
可操作地连接到所述UFSCR设备下游的废气并与所述UFSCR设备下游的废气流体连通的第二NOx传感器；
控制器，其可操作地连接到所述SCR设备、所述第一NOx传感器、所述第二NOx传感器，所述控制器被配置为通过以下方式执行还原剂逸出检测方法：
确定所述SCR设备是否处于稳态还原剂喷射的稳态运行条件；
在选定条件下，扰动对应所述稳态的还原剂喷射；所述还原剂喷射的所述扰动具有选定量值和选定持续时间；
测量来自对应于所述稳态的所述第一NOx传感器的NOx值；
测量来自对应于所述稳态的所述第二NOx传感器的NOx值；
测量来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；
测量来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；
将来自所述扰动的所述第二NOx传感器的所述NOx值的所述梯度与来自所述扰动的所述第一NOx传感器的所述NOx值的所述梯度进行比较；以及
如果来自所述第一NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值处于来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述NOx值的所述梯度的选定范围内，则识别发动机的低效率运行并且将估计的还原剂储存量设置为零，否则
如果来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值超过选定阈值，则识别还原剂逸出条件并将估计的还原剂储存量设置为最大值，
否则，不对估计的还原剂储存量进行修正。
2.根据权利要求1所述的排放控制系统，其还包括温度传感器，所述温度传感器可操作地连接到所述废气并与所述废气流体连通，所述温度传感器与所述控制器可操作地通信。
3.根据权利要求2所述的排放控制系统，其还包括第三NOx传感器，所述第三NOx传感器可操作地连接到所述废气并且与所述废气流体连通，所述第三NOx设置在所述SCR设备的上游并且与所述控制器可操作地通信。
4.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述选定条件包括：如果所述SCR设备的温度的所述梯度小于第三选定阈值并且由所述第二NOx传感器测量的所述NOx的梯度小于第四选定阈值，则将所述SCR设备识别为处于稳态。
5.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述第一NOx传感器位于所述SCR设备的下游。
6.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述第二NOx传感器位于所述UFSCR设备的下游。
7.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述选定范围至少基于所述UFSCR设备的温度和所述废气的流量。
8.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述扰动还原剂喷射的选定量值和选定持续时间中的至少一个基于所述稳态还原剂喷射的量值、废气流量和温度中的至少一个。
9.一种用于处理由内燃机排放的废气的方法，其被配置为在可操作地连接到第一NOx传感器和第二NOx传感器的控制器中执行对废气的选择性催化还原(SCR)，每个传感器设置在所述废气中，所述控制器配置用于执行氨逸出检测的方法，所述方法包括：
确定所述SCR设备是否处于稳态还原剂喷射的稳态运行条件；
在选定条件下，扰动对应所述稳态的还原剂喷射；所述还原剂喷射的所述扰动具有选定量值和选定持续时间；
测量来自对应于所述稳态的所述第一NOx传感器的NOx值；
测量来自对应于所述稳态的所述第二NOx传感器的NOx值；
测量来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第一NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；
测量来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值，并且计算来自所述第二NOx传感器的由扰动所述还原剂喷射而产生的NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；
将来自所述扰动的所述第二NOx传感器的所述NOx值的所述梯度与来自所述扰动的所述第一NOx传感器的所述NOx值的所述梯度进行比较；以及
如果来自所述第一NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值处于来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述NOx值的所述梯度的选定范围内，则识别发动机的低效率运行并且将估计的还原剂储存量设置为零，否则
如果来自所述第二NOx传感器的由扰动产生的所述梯度NOx值超过选定阈值，则识别还原剂逸出条件并将估计的还原剂储存量设置为最大值，
否则，不对估计的还原剂储存量进行修正。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述扰动还原剂喷射的选定量值和选定持续时间中的至少一个基于所述稳态还原剂喷射的量值、废气流量和温度中的至少一个。
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