CN109915237A - 控制选择性催化还原系统的方法 - Google Patents

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Abstract

当预测和测量的下游NOx值之间的NOx误差超过阈值时，选择性催化还原装置(SCR)系统执行侵入稳态剂量校正(SSDC)。在SSDC中，如果检测到NOx突破或NH3泄漏在SSDC阈值以上，则发生短期还原剂剂量适应。可选地，如果先前短期适应的量值超过短期适应阈值，则发生长期剂量适应。基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和该时间段内的NOx误差的变化，如果SSDC不足以改善SCR性能，则方法包括通过以下一个或多个来修改SSDC协议：增加短期适应的持续时间、降低SSDC阈值、以及减小短期适应阈值。该方法还包括随后抑制侵入事件的发生。

Description

控制选择性催化还原系统的方法
背景技术
从内燃机排出的排气是包含气体排放物的非均相混合物，例如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)以及构成颗粒物质(“PM”)的凝相材料(液体和固体)。通常设置在催化剂载体或基质上的催化剂组合物作为后处理系统的一部分提供在发动机排气系统中，以转化某些或所有这些排气成分。
排气处理系统，例如附属于柴油发动机的排气处理系统，通常包括选择性催化还原装置(SCR)。SCR包括其上设置有SCR催化剂的基质，以减小排气中的NOx量。典型的排气处理系统还包括还原剂输送系统，其注射还原剂，例如氨(NH3)、尿素(CO(NH2)2等)。SCR利用NH3来还原NOx。例如，当在适当条件下向SCR供应适量的NH3时，NH3在SCR催化剂存在下与NOx反应以减小NOx排放。如果还原反应速率太慢，或者如果排气中存在过量的氨，则氨可能从SCR中泄漏。另一方面，如果排气中的氨过少，则SCR NOx转化效率降低。
发明内容
提供了一种用于控制选择性催化还原装置(SCR)系统的方法。SCR配置成接收排气和还原剂，并且该系统还包括控制器，该控制器能够预测SCR下游的NOx浓度并通过计算机实现的化学模型控制SCR的还原剂剂量。迭代地，在稳态条件下，系统通过将SCR下游NOx测量值与预测的NOx值进行比较来执行稳态剂量校正(SSDC)以确定NOx误差，通过调节还原剂剂量来启动侵入事件以确定NOx突破程度，或者如果NOx误差超过NOx误差阈值，则在侵入事件开始之前发生还原剂泄漏，如果NOx突破或还原剂泄漏程度超过相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，则对还原剂剂量进行短期适应，以便在合理性计时器确定的一段时间内减小NOx突破或还原剂泄漏，如果短期适应的量值超过短期适应阈值，则可选地对还原剂剂量进行长期适应。该方法包括基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和该时间段内的NOx误差的变化来确定SSDC不足以改善SCR性能，并修改SSDC协议。可以通过以下一个或多个来修改SSDC协议：增加合理性计时器、降低NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值中的一个或多个、以及减小短期适应阈值。可以通过修改化学模型的还原剂存储估计来进行短期还原剂剂量适应。还原剂可以通过还原剂注射器给料，并且可以通过修改还原剂注射器的通电时间来进行长期还原剂剂量适应。可以针对多个侵入事件修改合理性计时器。排气可以通过内燃机与SCR连通。
还提供了一种用于控制选择性催化还原装置(SCR)系统的方法。SCR配置成接收排气和还原剂，并且该系统还包括控制器，该控制器能够预测SCR下游的NOx浓度并通过计算机实现的化学模型控制SCR的还原剂剂量。迭代地，在稳态条件下，系统通过将SCR下游NOx测量值与预测的NOx值进行比较来执行稳态剂量校正(SSDC)以确定NOx误差，通过调节还原剂剂量来启动侵入事件以确定NOx突破程度，或者如果NOx误差超过NOx误差阈值，则在侵入事件开始之前发生还原剂泄漏，如果NOx突破或还原剂泄漏程度超过相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，则对还原剂剂量进行短期适应，以便在一段时间内减小NOx突破或还原剂泄漏，如果短期适应的量值超过短期适应阈值，则可选地对还原剂剂量进行长期适应。该方法包括基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和该时间段内的NOx误差的变化来确定SSDC不足以改善SCR性能，并抑制侵入事件的发生。抑制侵入事件的发生可以包括防止在抑制期发生侵入事件。短期适应可以在由合理性计时器确定的一段时间内有效，并且抑制期可以在最近的短期适应的合理性计时器到期之后开始。抑制侵入事件的发生可包括临时增加NOx误差阈值。抑制侵入事件的发生可包括永久地增加NOx误差阈值。如果临时NOx误差阈值的量值在一段时间内增加超过永久NOx误差阈值，则NOx误差阈值可以永久地增加。永久NOx误差阈值可以包括在给定时间段内NOx误差阈值的多个临时增加，或者NOx误差阈值在一段时间内增加的集成。可以通过修改化学模型的还原剂存储估计来进行短期还原剂剂量适应。还原剂可以通过还原剂注射器给料，并且可以通过修改还原剂注射器的通电时间来进行长期还原剂剂量适应。排气可以通过内燃机与SCR连通。
还提供了一种用于控制选择性催化还原装置(SCR)系统的方法。SCR配置成接收排气和还原剂，并且该系统还包括控制器，该控制器能够预测SCR下游的NOx浓度并通过计算机实现的化学模型控制SCR的还原剂剂量。迭代地，在稳态条件下，系统通过将SCR下游NOx测量值与预测的NOx值进行比较来执行稳态剂量校正(SSDC)以确定NOx误差，通过调节还原剂剂量来启动侵入事件以确定NOx突破程度，或者如果NOx误差超过NOx误差阈值，则在侵入事件开始之前发生还原剂泄漏，如果NOx突破或还原剂泄漏程度超过相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，则对还原剂剂量进行短期适应，以便在合理性计时器确定的一段时间内减小NOx突破或还原剂泄漏，如果短期适应的量值超过短期适应阈值，则可选地对还原剂剂量进行长期适应。该方法包括基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和该时间段内的NOx误差的变化来确定SSDC不足以改善SCR性能、修改SSDC协议、以及随后抑制侵入事件的发生。修改SSDC协议可以包括以下一个或多个：增加合理性计时器、降低NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值中的一个或多个、以及减小短期适应阈值。抑制侵入事件的发生包括防止侵入事件在抑制期发生、临时增加NOx误差阈值、或永久地增加NOx误差阈值中的一个或多个。可以通过修改化学模型的还原剂存储估计来进行短期还原剂剂量适应。还原剂可以通过还原剂注射器给料，并且可以通过修改还原剂注射器的通电时间来进行长期还原剂剂量适应。排气可以通过内燃机与SCR连通。
从以下结合附图的详细描述中，本公开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
图1示出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组件；
图3示出了根据一个或多个实施例的气体通过选择性催化还原装置的示例流程；
图4示出了根据一个或多个实施例的用于实现选择性催化还原装置的稳态剂量校正的方法的流程图；以及
图5示出了根据一个或多个实施例的用于控制选择性催化还原系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记指示相同或相应的部件和特征。如这里所使用的，术语模块指的是处理电路，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。
根据示例性实施例的一方面的机动车辆在图1中总体上以10指示。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的主体12，并且可选地包括乘客舱15和/或货台17。发动机舱14容纳内燃机(ICE)系统24，其可包括柴油发动机26或汽油发动机26等。ICE系统24包括排气系统30，排气系统30流体连接到后处理或排放控制系统34。ICE系统24产生的排气通过排放控制系统34以减小和/或转换可通过排气管36排出到环境的排放物。
本文描述的技术方案与ICE系统密切相关，ICE系统可包括但不限于柴油发动机系统和汽油发动机系统。ICE系统24可包括附接到曲轴的多个往复活塞，其可操作地附接到传动系，例如车辆传动系，以为车辆提供动力(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)。尽管可以在车辆环境中描述ICE(例如，产生扭矩)，但是其他非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，这种公开应被解释为适用于ICE系统的任何应用。
此外，ICE通常可表示能够产生包含气态(例如，NOx、O2)、碳质的、和/或颗粒物种的排气流的任何装置，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，“排气”是指可能需要处理的任何化学物种或化学物种的混合物，并且包括气态、液态和固态物种。例如，排气流可包含一种或多种NOx物种、一种或多种液态烃物种和一种或多种固体颗粒物种(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和/或颗粒物质物种的外排流，并且在这种情况下，ICE 26通常也可表示能够产生包含此类物种的外排流的任何装置。排气颗粒物质通常包括碳质烟灰，以及与ICE排气密切相关或在排放控制系统34内形成的其他固体和/或液体含碳物种。
图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统34的示例组件。排放控制系统34便于控制和监测NOx存储和/或处理材料，以控制由ICE系统24产生的排气。例如，本文的技术方案提供用于控制选择性催化还原装置(SCR)和附属NOx传感器的方法，其中SCR配置成接收来自排气源的排气流。如本文所用，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物种可包括NyOx物种，其中y>0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。SCR被配置为接收还原剂，例如以如下所述的可变的剂量率。
可包括若干段的排气管道214将排气216从发动机26输送到排放控制系统34的各种排气处理装置。例如，如图所示，排放控制系统34包括SCR 220。在一个或多个示例中，SCR220可包括选择性催化过滤器(SCRF)装置，其除了颗粒过滤能力之外还提供SCR的催化方面。附加地或替代地，SCR催化剂也可以涂覆在流通基质上。可以理解，系统34可以包括各种附加处理装置，包括氧化催化装置(OC)218和颗粒过滤装置(未示出)等。
可以理解，OC 218可以是本领域已知的各种流通式氧化催化装置之一。在各种实施例中，OC 218可包括流通金属或陶瓷整体式基质224。基质224可包装在不锈钢壳或罐中，其具有与排气导管214流体连通的入口和出口。基质224可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活化涂层施加，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。OC 218可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。活化涂层包括设置在整体式基质表面或下面的活化涂层上的组成独特的材料层。催化剂可含有一个或多个活化涂层，每个活化涂层可具有独特的化学催化功能。在SCR 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质上的离散的活化涂层中，或者，用于SCR和NH3氧化功能的组合物可以存在于基质上的离散的纵向区域中。
SCR 220可以设置在OC 218的下游。在一个或多个示例中，SCR 220包括过滤部分222，该过滤部分222可以是壁流式过滤器，其被配置为过滤或捕集来自排气216的碳和其他颗粒物质。在至少一个示例性实施例中，过滤部分222形成为颗粒过滤器(PF)，例如柴油颗粒过滤器(DPF)。过滤部分(即PF)可以例如使用陶瓷壁流式整体式排气过滤器基质构造，其被包装在刚性的耐热壳或罐中。过滤部分222具有与排气管道214流体连通的入口和出口，并且可以在排气216流过其时捕集颗粒物质。应当理解，陶瓷壁流式整体式过滤器基质本质上仅是示例性的，并且过滤部分222可以包括其他过滤装置，例如缠绕或填充纤维过滤器、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集在过滤器基质中的颗粒物质来再生过滤部分222。
在一个或多个示例中，SCR 220接收还原剂，例如以可变的剂量率。还原剂246可以从还原剂供应源234供应。在一个或多个示例中，使用注射器236或其他合适的输送方法将还原剂246在SCR 220上游的位置注射到排气管道214中。还原剂246可以是气体、液体或水溶液的形式，例如尿素水溶液。在一个或多个示例中，还原剂246可与注射器236中的空气混合，以帮助注射喷雾的分散。设置在过滤部分222上的含催化剂的活化涂层或流通催化剂或壁流式过滤器可以减小排气216中的NOx成分。SCR220利用还原剂246(例如氨(NH3))来还原NOx。含催化剂的活化涂层可包含沸石和一种或多种碱金属组分，例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)，其可有效地操作以转化在NH3存在下排气216中的NOx成分。在一个或多个示例中，湍流器(即，混合器)(未示出)也可以布置在排气管道214内紧邻注射器236和/或SCR220，以进一步帮助还原剂246与排气216的完全混合和/或甚至在整个SCR 220中均匀分布。
排放控制系统34还包括还原剂输送系统232，其将还原剂246引入排气216。还原剂输送系统232包括还原剂供应234和注射器236。还原剂供应234存储还原剂246并且与注射器236流体连通。还原剂246可以包括但不限于NH3。因此，注射器236可将可选择量的还原剂246注射到排气管道214中，使得还原剂246在SCR 220的上游位置处被引入排气216。
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测发动机26和/或排气处理系统34。如本文所用，术语模块指的是专用集成电路(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、组合逻辑电路和/或其他提供所描述的功能的合适组件。例如，模块238可以执行SCR化学模型，如下所述。控制模块238可以可操作地连接到ICE系统24、SCR220和/或一个或多个传感器。如图所示，传感器可包括上游NOx传感器242和下游NOx传感器242'，其设置在SCR220的下游，其中每一个均与排气管道214流体连通。在一个或多个示例中，上游NOx传感器242是设置在ICE 26的下游以及SCR 220和注射器236的上游。上游NOx传感器242和下游NOx传感器242'检测靠近它们在排气管道214内的位置的NOx水平，并产生NOx信号，其对应于到NOx水平。在一些实施例中，NOx水平可包括浓度、质量流速或体积流速。例如，由NOx传感器产生的NOx信号可以由控制模块238解释。控制模块238可以可选地与一个或多个温度传感器连通，例如设置在SCR 220上游的上游温度传感器244。
排放控制系统34的传感器还可包括至少一个压力传感器230(例如，Δ压力传感器)。Δ压力传感器230可以确定穿过SCR 220的压差(即，Δp)。尽管示出了单个Δ压力传感器230，但是应当理解，可以使用多个压力传感器来确定SCR的压差。例如，第一压力传感器可以设置在SCR 220的入口处，第二压力传感器可以设置在SCR 220的出口处。因此，第二压力传感器检测到的压力之间的差值和由第一Δ压力传感器检测到的压力可以指示穿过SCR220的压差。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、附加或更少的传感器。
在一个或多个示例中，SCR 220包括利用还原剂246和催化剂从排气216转化NO和NO2的一个或多个组件。SCR 220可包括例如流通陶瓷或者金属整体式基质，其可以包装在壳或罐中，所述壳或罐具有与排气管道214和任选的其他排气处理装置流体连通的入口和出口。壳或罐理想地可包括相对于排气成分的基本上惰性的材料，例如不锈钢。基质可包括施加于其上的SCR催化剂组合物。
例如，基质主体可以是陶瓷砖、板结构或任何其他合适的结构，例如整体式蜂窝结构，其每平方英寸包括数百至数千个平行的流通单元，尽管其他配置很合适。每个流通单元可由壁表面限定，SCR催化剂组合物可以是活化涂层。基质主体可以由能够承受与排气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示例包括陶瓷(例如挤出的堇青石)、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、或耐热和耐腐蚀的金属(如钛或不锈钢)。例如，基质可包括非硫酸化TiO2材料。基质主体可以是PF装置，如下所述。
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246(例如氨)存在下有效地操作以转化排气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碱金属组分(例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)及其组合)的沸石。在一个具体实施例中，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。在一些实施例中，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，特别是当与颗粒过滤器(PF)装置串联使用时或当结合到SCRF装置中时，其通过高温排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碱金属氧化物作为促进剂，以进一步降低SO3的形成并延长催化剂寿命。在一些实施例中，一种或多种碱金属氧化物可包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR催化剂通常使用还原剂246将NOx物种(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物种的物种，例如双原子氮、含氮惰性物种、或被认为是可接受的排放物的物种。还原剂246可以是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)，来产生。附加地或替代地，还原剂246可以是能够在排气216和/或热的存在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 220限制在特定的NOx还原机制，也不排除其他机制的操作。SCR 220可以配置成执行上述NOx还原反应中的任何一种、上述NOx还原反应的组合和其他NOx还原反应。
在各种实现方式中，还原剂246可以用水稀释。在还原剂246用水稀释的实现方式中，热(例如，来自排气)蒸发水，并将氨供应到SCR 220。非氨还原剂可根据需要用作氨的全部或部分替代物。在还原剂246包括尿素的实现方式中，尿素与排气反应以产生氨，并且氨被供应到SCR 220。下面的反应式(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246分解限制于特定的单一机制，也不排除其他机制的操作。
SCR催化剂可以存储(即吸收和/或吸附)还原剂以与排气216相互作用。例如，还原剂246可以作为氨存储在SCR 220或催化剂内。给定的SCR220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。一些例子中，存储在SCR 220内的还原剂相对于SCR催化剂容量的量可以称为SCR“还原剂负载”/“NH3存储水平”，并且可以表示为％负载(例如，90％还原剂负载)。在SCR 220的操作期间，注射的还原剂246存储在SCR催化剂中并在与NOx物种的还原反应期间被消耗，并且必须连续补充。确定要注射的还原剂246的精确量对于将排气排放维持在可接受的水平是至关重要的：系统34内的还原剂水平不足(例如，在SCR220内)可导致来自系统的不期望的NOx物种排放(“NOx突破”)(例如，通过车辆尾管)，而过量的还原剂246注射可导致不希望量的未反应的还原剂246通过SCR220或作为不期望的反应产物离开SCR 220(“还原剂泄漏”)。当SCR催化剂低于“起燃”温度时，例如如果SCR 220被NH3饱和(即不再有存储位置)，也会发生还原剂泄漏和NOx突破。SCR剂量逻辑可以用于命令还原剂246剂量及其适应，并且可以由模块238实现。例如，控制模块238可以基于化学模型和期望的还原剂(例如，NH3)存储设定点来控制注射器236的操作以确定如本文所述的待注射的还原剂246的量。
如刚才所述，图3示出了根据一个或多个实施例的通过SCR 220的排气的示例流程。控制模块238测量排放控制系统34的特性，例如气体体积的流速(F)和气体的浓度C。例如，SCR 220将NOx 310的输入流速确定为FCNOx,in，其中F是进入气体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，FCNH3,in，in是进入气体216中NH3 315的流速的体积，CNH3,in是NH3的入口浓度。此外，补偿吸附322的量和解吸附324的量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CNOx确定为NOx的SCR浓度。因此，FCNOx是通过SCR 220的出口的NOx的NOx出口体积流速320。
还原剂注射剂量率(例如，每秒克数)可以通过SCR化学模型确定，该SCR化学模型基于来自一个或多个还原剂246注射(例如，来自注射器236的反馈)和上游NOx(例如，来自上游NOx传感器242的NOx信号)中的信号来预测SCR 220的NH3存储水平。SCR化学模型进一步预测从SCR 220排出的排气216的NOx水平。SCR化学模型以及下面描述的策略和方法可以由控制模块238实现，或者由一个或多个电路实现，或者由可以以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑的执行来实现。在一个或多个示例中，NH3存储设定点(“设定点”)是可校准的。控制模块238使用化学模型来估计SCR 220中NH3的当前存储水平，并且存储水平调节器向注射控制提供反馈以确定注射速率以根据化学模型为反应提供NH3并维持目标存储水平。设定点可指示给定操作条件(例如，SCR催化剂的温度)的目标存储水平。因此，设定点可以指示SCR 220的存储水平(S)和温度(T)。设定点可以表示为(S，T)。控制模块238控制还原剂注射器236以管理注射到排气216中的还原剂的量，以将SCR 220的存储水平调整到设定点。例如，当确定新的设定点时，控制模块238命令注射器236增加或降低存储水平以达到设定点。另外，控制模块238命令还原剂注射器236增加或降低存储水平，以在达到设定点时维持设定点。
例如，SCR化学模型可以通过一个或多个过程值随时间更新。剂量调节器(未示出)，例如由模块238控制的剂量调节器，监测由SCR化学模型预测的还原剂存储水平，并将其与期望的还原剂存储水平进行比较。可以连续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，并且可以触发剂量适应(即，校正)以增加或降低还原剂剂量，以消除或减小偏差。例如，还原剂给料速率可以适应于在SCR 220下游的排气216中获得期望的NOx浓度或流速，或者获得期望的NOx转化率。期望的转化率可以由许多因素确定，例如SCR催化剂类型的特征和/或系统的操作条件(例如，ICE 26操作参数)。
随着时间的过去，SCR化学模型的不准确性可能加剧模型化SCR还原剂存储水平与实际存储水平之间的明显误差。因此，可以连续地校正SCR化学模型以最小化或消除误差。用于校正SCR化学模型的一种方法包括将模型化SCR排放排气NOx水平与实际NOx水平(例如，由下游NOx传感器242'测量)进行比较以确定差异，并随后校正模型以消除或减小差异。因为NOx传感器(例如，下游NOx传感器242')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，因为还原剂泄漏可能与不充分的NOx转化相混淆。
侵入测试可用于区分还原剂信号和NOx信号，其包括在一段时间内调节还原剂剂量。调节还原剂剂量包括以与通常在当前条件下给料不同的量和/或频率给料还原剂。具体地，调节可以包括在一段时间内停止所有还原剂剂量，在一段时间内减小还原剂剂量，和/或在一段时间内增加还原剂剂量的量。在一个实施例中，调节还原剂剂量包括少于通常由化学模型命令的还原剂的量的剂量，并任选地随后给料还原剂。在一些实施例中，随后的还原剂剂量可以高于通常由化学模型命令的还原剂的量。当排放控制系统34处于稳态时可以使用侵入测试，并且可以将其称为稳态泄漏检测(SSSD)测试。在稳态下，调节还原剂剂量允许区分由NOx传感器(例如，传感器242')检测的NH3和NOx浓度。
“稳态”通常是指与SCR 220连通的排气216的NOx浓度足够恒定的条件。例如，可以通过在移动时间帧上取SCR 220上游的NOx信号的均方根(RMS)值(例如，由上游NOx传感器242测量)来确定稳态。足够小的RMS值指示上游NOx浓度的最小变化，并且SCR可以被认为处于稳态。应当注意，可以使用其他技术来确定车辆是否在稳态下运行，例如使用发动机燃料NOx梯度，或任何其他测量。例如，稳态条件可以包括上游NOx浓度的RMS值小于预定值，例如约30ppm、小于约20ppm、或小于约10ppm。SCR稳态条件通常与ICE 26稳态条件(例如，通常一致的RPM、燃料注射、温度等)相关联。
SSSD测试可以用于稳态剂量校正(SSDC)策略或方法400，如图4的流程图所示。通常，方法400是根据化学模型维持SCR性能的自适应半闭环控制策略，其中控制模块根据机动车辆10的持续性能连续地学习与化学模型相关联的一个或多个参数。
方法400包括确定410：确定SCR 220和/或ICE 26是否处于“稳态”(例如，发动机产生的NOx基本恒定的预选发动机运行条件)。例如，稳态操作条件可以对应于车辆10正在驾驶的条件，例如，发动机速度或负载基本恒定。方法400继续迭代地执行该方法的后续步骤，同时稳态条件持续。一旦确定了稳态条件，方法400还包括测量412：测量下游NOx测量值(例如，来自下游NOx传感器242')；预测413：预测的下游NOx值(例如，通过SCR220的化学模型)，并且将NOx测量值与预测的NOx值进行比较以确定414：NOx误差。预测的下游NOx值可以基于本文所述的化学模型和半闭环计算以及一个或多个传感器值来确定，例如入口/出口温度、入口/出口压力和较早的NOx测量值等。将来自传感器的NOx测量值与预测的NOx值进行比较可以包括确定414：确定两个值之间的差异。例如，来自传感器的NOx测量值与预测的NOx值的比较414可以包括来自传感器的NOx测量值与化学模型的预测的NOx值之间的差值。
方法400还包括比较415：将NOx误差与SSSD NOx误差阈值进行比较。如果NOx误差小于NOx误差阈值，则方法400迭代回到确定410：确定SCR 220和/或ICE 26是否处于稳态。如果NOx误差大于NOx误差阈值，则方法400前进到SSSD 420。例如，NOx测量值和预测的NOx值可以指示排气216中的NOx浓度。在这种情况下，在一个或多个中例如，NOx误差阈值可以是预定的NOx浓度，例如37.5ppm(或任何其他值)。在一个或多个示例中，可以基于诸如标准偏差(例如1.5标准偏差)的指定统计值来确定NOx误差阈值。例如，NOx误差阈值可以校准到模型化的下游NOx值。因此，测量的下游NOx相对于传感器的预期误差进行归一化。然后将该示例中的归一化误差(1.5)与进入SSSD逻辑的阈值进行比较。在这种情况下，基于由NOx传感器242'测量的NOx的较早值来计算用作比较阈值的NOx浓度的NOx误差阈值。换句话说，在上述示例场景中，37.5ppm用作阈值，因为37.5是早期NOx测量值的1.5标准偏差值。应当注意，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流速或任何其他NOx属性(而不是NOx浓度)。
实施SSSD 420以校正化学模型，从而减小或消除NOx突破和/或NH3泄漏。SSSD 420包括调节还原剂246的给料421，并确定NOx突破或还原剂泄漏的程度。例如，确定NOx突破或还原剂泄漏的程度可以包括测量422：测量下游NOx测量值(例如，来自下游NOx传感器242')；预测423：预测的下游NOx值(例如，通过SCR 220的化学模型)；比较424：将NOx测量值与预测的NOx值进行比较，以确定SSSD NOx误差；以及比较425：将NOx误差与SSSD NOx误差阈值进行比较。调节还原剂246的给料421减小和/或增加SCR 220中还原剂246的量，使得下游NOX传感器242'对NOx和NH3的交叉敏感性可以被解释为确定是否发生NOx突破或NH3泄漏。SSSD NOx误差阈值可包括相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，这取决于是否识别出NOx突破或还原剂泄漏。如果SSSD NOx误差小于SSSD NOx误差阈值，则方法400迭代回到确定410：确定SCR 220和/或ICE 26是否处于稳态。如果SSSD NOx误差大于SSSD NOx误差阈值，则方法400通过短期适应来适应430。设置SSSD NOx误差阈值是为了适应430：如果SSSD NOx误差足够大以证明短期适应是合理的。
通常，短期适应性影响还原剂246的剂量变化，与所识别的系统需求相称。具体地，如果发生NOx突破，则还原剂246的剂量增加，并且如果发生NH3泄漏，则还原剂246的剂量降低。短期适应可以以一种或多种方式操纵还原剂246的剂量，例如通过操纵SCR 220还原剂负载(例如，由化学模型确定)，通过操纵注射器236的通电时间，或通过调整其他例子中的α比。例如，如果发生NH3泄漏，则可以降低SCR 220还原剂负载的化学模型估计。在另一个示例中，如果发生NOx突破，则可以增加注射器236的通电时间。在一些实施例中，系统30通过寻求维持恒定的α比来控制剂量，作为化学模型的补充或替代。α比包括NH3与NOx的比，其中NH3可以包括存储在SCR 220中的NH3(例如，每升SCR体积的NH3克数)，并且NOx包括NOx转化百分比(例如，使用上游NOx浓度和下游NOx浓度计算)。因此，短期适应可以包括操纵α比(例如，通过倍增器)。可以设置合理性计时器以定义短期适应保持有效的持续时间。在一些实施例中，防止SSSD 420的连续实现，直到合理性计时器到期为止。
如果满足某些条件，则方法400可以通过长期适应进一步适应还原剂剂量440。与短期适应类似，长期适应会影响还原剂246的剂量变化，与系统的确定需求相称。具体地，如果发生NOx突破，则还原剂246的剂量增加，并且如果发生NH3泄漏，则还原剂246的剂量降低。长期适应可以以一种或多种方式操纵还原剂246的剂量，例如通过操纵SCR 220还原剂负载(例如，由化学模型确定)，或通过操纵注射器236的通电时间。在一个实施例中，将通电时间倍增器应用于化学模型以增加或降低为给定剂量事件注射的还原剂246的量。例如，这种长期适应可以校正系统问题，例如注射器漂移(即，不规则的、不可预测的或不期望的注射器性能)和系统偏差。例如，如果一段时间内的一个或多个短期适应的量值(例如，车辆的经过的操作时间)超过短期适应阈值，则化学模型可以通过长期适应来适应。除了其他示例之外，短期适应的量值可以包括一段时间内的短期适应的数量的计数，和/或一段时间内的一个或多个短期适应的集成。在一些另外或替代实施例中，长期适应可包括操纵α比(例如，通过倍增器)。在一些实施例中，在可以考虑长期适应之前，可能需要阈值数量的短期适应。
SSDC策略(例如方法400)的缺点是在实现期间NOx排放可能增加。此外，在稳态下，SSSD NOx测量值误差可能不够高不足以触发短期适应。附加地或替代地，系统可以循环进出SSSD和/或SSDC，而不会对NOx误差(例如，在测量的下游NOx值和化学模型的预测的NOx值之间)进行适当的改进。因此，图5示出了用于控制SCR系统的方法500，包括在一段时间内执行400SSDC(方法400)，确定510SSDC在一段时间内不充分地改善SCR性能，并且抑制530SSSD。方法500可以可选地进一步包括修改520SSDC协议。在SSDC处确定510在一段时间内不充分地改善SCR性能可以基于在一段时间内发生的SSSD事件的数量和该时间段内的NOx误差的变化。换句话说，确定510：评估SSSD事件在改善化学模型准确性和相应的SCR220性能方面的功效。
修改520SSDC协议可包括以下中的一个或多个：增加合理性计时器、降低NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值(即，SSSD NOx误差阈值)中的一个或多个、以及减小短期适应阈值。通过增加合理性计时器，一个或多个短期适应对系统的影响，以及因此长期适应将发生的概率将增加。对于一个短期适应，或者对于多个短期适应，可以增加合理性时间。通过降低NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值中的一个或多个，通过短期适应的适应的概率将增加。例如，SSSD NOx误差阈值可以被映射到一段时间内的侵入SSSD事件的数量，并且可选地进一步映射到该时间段内的NOx误差(如方法400所确定的414)的平均变化。通过减小短期适应阈值，通过长期适应的适应概率将增加。因此，在上述SSDC协议修改中的一个或多个中，每个侵入SSSD事件更可能提高化学模型和SCR 220性能的准确性。
抑制530SSSD可以包括防止在抑制期发生侵入事件。例如，在最近的短期适应的合理性计时器到期之后，可以开始抑制期。在其他实施例中，抑制530SSSD可以包括临时增加NOx误差阈值。在其他实施例中，抑制530SSSD可以包括永久地增加NOx误差阈值。如果在一段时间内临时NOx误差阈值的量值增加超过阈值，则可以永久地增加NOx误差阈值。例如，阈值可以是在给定时间段内NOx误差阈值的多个临时增加，或者NOx误差阈值在一段时间内增加的集成。
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要素。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应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制选择性催化还原装置(SCR)系统的方法，其中所述SCR配置成接收排气和还原剂，并且所述系统还包括控制器，所述控制器能够预测所述SCR下游的NOx浓度并通过计算机实现的化学模型控制所述SCR的还原剂剂量，其中迭代地在稳态条件下，所述系统通过将SCR下游NOx测量值与预测的NOx值进行比较来执行稳态剂量校正(SSDC)以确定NOx误差，通过调节还原剂剂量来启动侵入事件以确定NOx突破程度，或者如果所述NOx误差超过NOx误差阈值，则在所述侵入事件开始之前发生还原剂泄漏，如果NOx突破或还原剂泄漏程度超过相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，则对还原剂剂量进行短期适应，以便在合理性计时器确定的一段时间内减小NOx突破或还原剂泄漏，如果短期适应的量值超过短期适应阈值，则可选地对还原剂剂量进行长期适应；所述方法包括：
基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和所述时间段内的NOx误差的变化来确定所述SSDC不足以改善SCR性能；以及
通过以下一个或多个来修改所述SSDC协议：
增加所述合理性计时器，
降低所述NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值中的一个或多个，以及
减小所述短期适应阈值；以及
随后抑制侵入事件的发生。
2.一种用于控制选择性催化还原装置(SCR)系统的方法，其中所述SCR配置成接收排气和还原剂，并且所述系统还包括控制器，所述控制器能够预测所述SCR下游的NOx浓度并通过计算机实现的化学模型控制所述SCR的还原剂剂量，其中迭代地在稳态条件下，所述系统通过将SCR下游NOx测量值与预测的NOx值进行比较来执行稳态剂量校正(SSDC)以确定NOx误差，通过调节还原剂剂量来启动侵入事件以确定NOx突破程度，或者如果所述NOx误差超过NOx误差阈值，则在所述侵入事件开始之前发生还原剂泄漏，如果NOx突破或还原剂泄漏程度超过相应的NOx突破阈值或还原剂泄漏阈值，则对还原剂剂量进行短期适应，以便在合理性计时器确定的一段时间内减小NOx突破或还原剂泄漏，如果短期适应的量值超过短期适应阈值，则可选地对还原剂剂量进行长期适应；所述方法包括：
基于在一段时间内发生的侵入事件的数量和所述时间段内的NOx误差的变化来确定所述SSDC不足以改善SCR性能；或者
通过以下一个或多个来修改所述SSDC协议：
增加所述合理性计时器，
降低所述NOx突破阈值和还原剂泄漏阈值中的一个或多个，以及
减小所述短期适应阈值；或
随后抑制侵入事件的发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过修改所述化学模型的还原剂存储估计来进行所述短期还原剂剂量适应。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述还原剂由还原剂注射器给料，并且通过修改所述还原剂注射器的通电时间来进行所述长期还原剂剂量适应。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，针对多个侵入事件修改所述合理性计时器。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中抑制侵入事件的发生包括防止侵入事件在抑制期发生、临时增加所述NOx误差阈值、或永久地增加所述NOx误差阈值中的一个或多个。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述抑制期在用于最近的短期适应的所述合理性计时器到期之后开始。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中如果在一段时间内所述临时NOx误差阈值的量值增加超过永久NOx误差阈值，则永久地增加所述NOx误差阈值。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述永久NOx误差阈值包括在给定时间段内所述NOx误差阈值的多个临时增加，或者所述NOx误差阈值在一段时间内增加的集成。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述排气通过为车辆提供动力的内燃机与所述SCR连通。
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