CN112789396B - 基于前瞻性数据的前scr氨配给控制 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于控制排气后处理系统的方法，其中，排气后处理系统包括：第一选择性催化还原(SCR)装置、布置在第一SCR装置的下游的催化颗粒过滤器布置、和布置在催化颗粒过滤器布置的下游的第二选择性催化还原(SCR)装置。该方法包括以下步骤：‑基于预测的车辆操作状况来估计未来的排气状况(s403)；‑基于估计的未来排气状况来估计未来的NOX转换需求(s405)；‑以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率从第一还原剂配给装置配给还原剂(s406)。

Description

基于前瞻性数据的前SCR氨配给控制
技术领域
本发明涉及用于控制排气后处理系统的方法。本发明还涉及布置成执行这种方法的排气后处理系统、包括这种后处理系统的车辆、引起控制单元执行该方法的计算机程序、和包括引起控制单元执行该方法的指令的计算机可读介质。
背景技术
用于机动车辆的排放标准变得越来越严格。这样的标准典型地规定了对于多种排气尾管污染物的最大排放水平，该多种排气尾管污染物包含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。为了满足当前的以及可能的未来标准的要求，车辆被要求配备有减排技术。适用于柴油车辆的这样的减排技术包含排气再循环(EGR)、颗粒过滤器、柴油氧化催化剂(DOC)、和选择性催化还原(SCR)。每种技术有它自己独特的优点和缺点，以及可增加一种污染物的发生，同时降低另一污染物的发生。例如，EGR可降低NOX排放，但是降低燃料效率并增加颗粒物质。因此，为了满足排放标准，常常一起应用多种技术。
选择性催化还原(SCR)是降低排气尾管氮氧化物(NOX)排放的有效技术。它涉及添加还原剂(诸如氨)到车辆排气流。还原剂，利用催化剂的帮助，将排气流中的NOX还原到氮气(N2)和水。在机动车辆中的实际实现中，尿素水溶液被用作还原剂，并且该尿素溶液在热排气流中被分解到氨和二氧化碳。
由于SCR作为排气后处理在发动机的下游实现，因此它不以如例如EGR的相同方式影响发动机的燃烧性能。因此，能够在不需要EGR的情况下仅使用SCR从排气流去除基本上所有的NOX是希望的。然而，这实现不是没有困难的，这是因为为了去除基本上所有的NOX，SCR系统的尺寸必须设计成便于从尿素溶液生产大量的氨，并且为所述氨提供足够的催化部位以能够还原排气尾管NOX。非最佳尺寸的SCR系统可导致问题，诸如用于尿素溶液的分解的温度不充分、在排放流动中的还原剂的混合不充分，以及最终导致的氨滑逸和/或排气尾管NOX的还原不充分这两者。
已经提出了包括两个单独的SCR催化剂的排气后处理系统的使用，为了帮助应对合适的SCR系统的尺寸的挑战。例如，WO 2015130211描述了一种排气处理系统，其包括第一还原催化剂装置、布置在所述第一还原催化剂装置的下游的催化颗粒过滤器、和第二还原催化剂装置，其布置在颗粒过滤器的下游的。
仍然有用于处理排气尾管排放的改进装置的需要。
发明内容
本发明的发明人已经认识到，在催化颗粒过滤器(cDPF)布置之前安装有SCR催化剂(前SCR)的顺序SCR系统中，前SCR中的NOX还原可需要被限制，使得cDPF被提供高水平的NOX，以使便于被动再生的高速率。这是因为cDPF催化剂将NOx氧化到NO2，其转而在相对低的温度处(与当烟灰氧化时的氧气相比)氧化烟灰。如果实现被动烟灰氧化的速率不足够，则可需要cDPF的主动再生，这可降低燃油经济性和/或需要在DPF的壳体中提供替代的热源。发明人已经认识到，为了在前SCR处的低NOX转换，前SCR的氨储存量必须保持为低的。然而，这与以从排气流充分地去除NOX而在一些瞬态发动机状况期间需要高的前SCR的NOX转换矛盾。当检测到这种瞬态，向SCR催化剂增加的、以满足SCR系统中的NOX转换需求中急剧增加的要求的氨配给可经常不足够。这是因为必须首先增加SCR催化剂的氨储存量，然后获得催化剂转换能力的相应增加，即每种催化剂的转换能力相对于配给滞后。可花费数十秒的数量级用于配给到SCR催化剂中的氨的增加，以提供NOX转换的预期的增加。这种滞后意味着，由于配给到前SCR的氨低(从被动再生的角度来看这是有利的)，后处理系统整体上可能没有能力充分地应对NOX转换需求中的突然的或急剧的增加。
获得实现克服、或至少减轻上面提到的挑战中的至少一些排气后处理系统将是有利的。特别地，期望提供一种排气后处理系统，该排气后处理系统即使在挑战性的操作状况下，也允许cDPF的被动再生，同时仍然能够充分去除排放的NOX。为了更好地解决这些考虑中的一个或多个，提供排气后处理系统以及用于控制这种系统的方法。
根据本发明的第一方面，本发明的目的通过根据所附独立权利要求的用于控制排气后处理系统的方法实现。
所述排气后处理系统，包括：
-第一还原剂配给装置；
-第一选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第一还原剂配给装置的下游；以及
-催化颗粒过滤器布置，其布置在第一SCR装置的下游，其中，催化颗粒过滤器组件包括催化颗粒过滤器，或其中，催化颗粒过滤器组件包括氧化催化剂和布置在氧化催化剂下游的颗粒过滤器；
-第二还原剂配给装置，其布置在催化颗粒过滤器布置的下游；以及
-第二选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第二还原剂配给装置的下游；
用于控制排气后处理系统的方法包括以下步骤：
-基于预测的车辆操作状况，估计未来排气状况；
-基于估计的未来排气状况，估计未来NOX转换需求；以及
-以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率从第一还原剂配给装置配给还原剂。
通过从预测的车辆操作状况(即“前瞻性”数据)来估计未来发动机排气状况(例如：像催化剂空间速度、温度和/或NOX-流动)，可估计未来NOX转换需求。该估计的未来NOx转换需求被用作来自第一还原剂配给装置的配给速率的基础。以这种方式，可优化储存在第一(前)SCR装置中的还原剂的量，因此相对于被动的烟灰氧化，允许优化第一SCR中的NOX转换量。也就是说，使用预测的车辆操作状况，可控制配给到第一SCR催化剂的还原剂，以确保即使在NOX转换需求突然增加期间，后处理系统有能力去除来自排气流的基本上所有的NOX，同时确保到催化颗粒过滤器布置的NOX流动是足够的，以确保被动再生的合适的程度。
以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率从第一还原剂配给装置配给还原剂的步骤可包括：
-将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较；以及
-从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，
如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率配给还原剂；以及
如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率配给还原剂，其中，适配速率与基线速率不同。
第一阈值限制可以是上阈值限制，并且适配速率则可以是与基线速率相比更高的升高速率，诸如与基线速率相比至少更高10％。这意味着可使用基线速率，其允许第一SCR装置的下游有足够的NOX，使得在常态操作期间可实现催化颗粒过滤器(cDPF)的被动再生。如果预测到在第一SCR装置中需要高NOX转换的、有限的事件，可“准备好”第一SCR装置，即通过以升高速率暂时地配给，可抢先地增加第一SCR装置的氨储存量。可忽略cDPF中烟灰氧化(被动再生)的影响，因为这是有限的事件。当事件完成，并且对高的前SCR NOX转换的需要减少，配给速率返回到基线水平，其为cDPF再次提供优选的排放成分。
该方法还可包括将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的下阈值限制比较，其中，如果估计的未来NOX转换需求超出下阈值限制，则以降低速率从第一还原剂配给装置配给还原剂。可替代地，第一阈值限制可以是下阈值限制，并且适配速率则可以是降低速率，即可不存在上阈值限制。降低速率与基线速率相比更低，诸如与基线速率相比至少更低10％。这导致第一SCR装置在相对低的总NOX转换需求期间减少NOX转换，并因此允许更高水平的NOX通过cDPF布置以及cDPF的更大的被动再生，同时不危害作为整体的后处理系统的NOX转换效率。
基线速率可适配为对应于估计的未来NOX转换需求的20％到60％。升高速率可适配为对应于估计的未来NOX转换需求的60％到90％。降低速率可适配为对应于估计的未来NOX转换需求的0％至30％。这样的速率可帮助维持足够程度的cDPF布置的被动再生，同时确保后处理系统满足要求的总NOx转换能力。
升高速率和/或降低速率可至少部分地基于估计的未来NOx转换需求而变化。例如，升高速率和/或降低速率可与估计的未来NOx转换需求逐步地或成比例地变化。这可允许对总NOX转换能力和cDPF的被动再生进行更大程度的控制。
可以至少部分地基于估计的未来NOX转换需求的速率，从第二还原剂配给装置配给还原剂。这可允许后处理系统更好地解决要求的NOx转换能力的突然或快速改变。
排气后处理系统还可包括NOX传感器，例如布置在催化颗粒过滤器布置的下游以及第二还原剂配给装置的上游的NOX传感器。可以至少部分地基于由NOx传感器提供的值的速率，从第一还原剂配给装置和/或第二还原剂配给装置则配给还原剂。这可允许将还原剂更精确地配给到第一SCR装置和/或第二SCR装置，因此潜在地阻止或减少超出第一SCR装置和/或第二SCR装置的还原剂的滑逸(即氨滑逸)。这转而可导致在第一SCR装置和/或第二SCR装置的下游对滑逸的催化剂的减少的需要(即滑逸的催化剂可例如大小被减小、在涂层中具有较低比例的催化金属、或在一些情况下被完全避免)。
预测的车辆操作状况可基于来自以下中的至少一个的信息：内燃机的发动机管理系统、变速箱管理系统、导航系统、巡航控制系统和/或配置成确定交通状况的雷达系统。这样的系统常常被并入现代车辆中，并且每个可被单独使用或与其他系统结合使用，以提供对未来操作状况的有用的预测，可基于该预测估计未来NOx转换需求。
根据本发明的其他方面，本发明的目的通过根据所附独立权利要求的排气后处理系统实现。
所述排气后处理系统包括：
-第一还原剂配给装置；
-第一选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第一还原剂配给装置的下游；
-催化颗粒过滤器布置，其布置在第一SCR装置的下游，其中，催化颗粒过滤器组件包括催化颗粒过滤器，或其中，催化颗粒过滤器组件包括氧化催化剂和布置在氧化催化剂的下游的颗粒过滤器；
-第二还原剂配给装置，其布置在催化颗粒过滤器布置的下游；
-第二选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第二还原剂配给装置的下游；
-布置成基于预测的车辆操作状况来估计未来排气状况的装置；和
-布置成基于估计的未来排气状况来估计未来NOX转换需求的装置；
其中，排气后处理系统布置成至少基于估计的未来NOX转换需求，从第一还原剂配给装置配给还原剂。
这样的排气后处理系统的优点与在此讨论的、结合用于控制排气后处理系统的公开的方法相同。
所述排气后处理系统还可包括：
-布置成将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较的装置；
其中，排气后处理系统布置成如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率从第一还原剂配给装置配给还原剂；
并且其中，排气后处理系统布置成，如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，适配速率与基线速率不同。
NOX传感器可布置在排气后处理系统中，例如在催化颗粒过滤器布置的下游以及第二还原剂配给装置的上游。这允许将还原剂更精确地配给到第二SCR装置，因此潜在地阻止或减少超出第二SCR装置的还原剂的滑逸(即氨滑逸)。
一个或多个滑逸催化剂可布置在第一选择性催化还原(SCR)装置的下游和/或第二选择性催化还原(SCR)装置的下游。所述一个或多个滑逸催化剂可例如是氨滑逸催化剂。滑逸催化剂的使用允许对NOX使用更大比率的还原剂，因此进一步减少排气尾管NOX排放，同时有助于避免还原剂的排气尾管排放。
根据本发明的另一方面，本发明的目的通过根据所附独立权利要求的计算机程序实现。所述计算机程序包括程序代码，该程序代码用于引起控制单元或连接到控制单元的计算机执行正如在此公开的用于控制排气后处理系统的方法。
根据本发明的又一其他方面，本发明的目的通过根据所附独立权利要求的计算机可读介质实现。计算机可读介质包括指令，当该指令被控制单元或连接到控制单元的计算机执行时，引起控制单元或计算机执行正如在此公开的用于控制排气后处理系统的方法。
从以下具体实施方式，本发明的其他目的、优点和新颖性特征对于本领域技术人员将变得明显。
附图说明
为了更全面地理解本发明及进一步其目的和优点，以下列出的具体实施方式应与附图一起阅读，其中相同的附图标记在各个图中指示相似物，并且其中：
图1示意性地示出包括排气后处理系统的车辆。
图2示意性地示出根据本发明的排气后处理系统的实施方式。
图3示意性地示出根据本发明的排气后处理系统的另一实施方式。
图4a是示意性示出根据本发明的方法的流程图。
图4b是示意性示出具有上阈值限制的方法的实施方式的流程图。
图4c是示意性示出具有上阈值限制和下阈值限制的方法的实施方式的流程图。
图5示意性地示出根据本发明的实施方式来自还原剂配给装置的配给。
图6a示意性地示出了比较示例，由此建立了非发明性的后处理系统以允许cDPF的被动再生。
图6b示意性地示出比较示例，由此建立了非发明性的后处理系统以允许最大的NOX转换。
图6c示意性地示出根据本发明的排气后处理装置的操作。
图7示意性地示出一种装置，诸如控制单元。
具体实施方式
本发明涉及排气后处理系统，以及用于控制这种排气后处理系统的方法和装置。
排气后处理系统，包括：
-第一还原剂配给装置；
-第一选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第一还原剂配给装置的下游；
-催化颗粒过滤器(cDPF)布置，其布置在第一SCR装置的下游；
-第二还原剂配给装置，其布置在催化颗粒过滤器布置的下游；以及
-第二选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第二还原剂配给装置的下游。
在此使用术语“下游”和“上游”是指排气流动的一般方向，其从排气后处理系统的入口，经由第一SCR装置、cDPF布置和第二SCR装置，到排气后处理系统的出口。
第一还原剂配给装置和第二还原剂配给装置可以是本领域已知的任何类型。配给装置可例如是仅液体装置，也称为无气喷射器。这意味着配给装置不利用压缩空气以将还原剂喷射进入排气管道。然而，配给装置可替代地是空气辅助的，即利用压缩空气以便于喷射还原剂的装置。一个或多个配给装置可以是还原剂配给系统的部件。还原剂配给系统的其他部件可包含一个或多个还原剂储存罐、一个或多个控制单元、和一个或多个加压装置(诸如一个或多个泵)。
还原剂优选地是柴油排气流体，其包括尿素在水中的溶液，其与ISO22241的标准AUS 32一致并且商业上作为“AdBlue”出售。当还原剂被配给到排气管道时，该还原剂通过水解和/或热解分解以提供氨，氨是在SCR反应中的主要还原剂。在此，术语“氨”、“还原剂”及其各种形式将可互换地使用。
第一SCR装置和第二SCR装置可以是本领域已知的任何类型的选择性催化还原催化剂。使用氨作为还原剂，选择性催化还原(SCR)被用来将氮氧化物(NOX)转换到良性氮气(N2)。SCR中的主要反应是：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+2NO→4N2+6H2O
从这些反应中可以看出，NH3到NOX的最佳化学计量大约为1：1。氨的亚化学计量配给导致NOX的不完全转换，而氨的过量配给导致氨滑逸。由于氨排放也受到约束，因此不期望氨滑逸。在实践中，由于还原剂在排气流中的不一致分布，因此需要轻微过量的氨，以去除基本上所有的NOX，并且即使以亚化学计量配给还原剂，氨滑逸也发生。由于使用两个分开的SCR装置，因此总NOX转换需求可在两个装置之间共享。因此，例如，较低份额的NOX可使用第一SCR装置转换。
催化颗粒过滤器组件包括催化颗粒过滤器，或可替代地氧化催化剂和布置在氧化催化剂的下游的颗粒过滤器。催化颗粒过滤器可以是本领域已知的任何类型。氧化催化剂和/或颗粒过滤器的催化涂层将NO氧化到NO2。形成的NO2，以及已经存在于排气流中的任何NO2，将沉积在颗粒过滤器中的烟灰氧化到CO2。这已知为被动再生，这是由于颗粒过滤器不要求任何另外的能量输入以将烟灰从其自身除去。颗粒过滤器的被动再生是高度期望的，这是由于它消除了对额外加热装置的需要，并且避免了与主动再生相关联的能量损耗。然而，为了使被动再生机制有效，到达cDPF的合适的NOX流动是必须的。
因此，在后处理系统中，诸如在此描述的在cDPF布置的上游采用SCR装置的那些，重要的是确保在第一SCR装置处适当低的NOx转换，以实现足够的被动再生。然而，在一些情况中，这可与对于一些瞬态发动机状况在第一SCR处需要高NOx转换矛盾，尤其是在总NOX转换需求骤然增加的情况下。
该问题可通过在此公开的用于控制排气后处理系统的方法改善。该方法包括以下步骤：
-基于预测的车辆操作状况，估计未来排气状况；
-基于估计的未来排气状况，估计未来NOX转换需求；以及
-以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率，从第一还原剂配给装置配给还原剂。
术语“基于”、“至少基于”和“至少部分地基于”将被阐释为以下意思：使用配给速率“基于”、“至少基于”和“至少部分地基于”的参数至少作为控制算法中的因子，控制配给速率。控制算法可只利用所述参数，在这种情况中是估计的未来NOX转换需求。然而，控制算法可考虑其他参数，诸如阈值限制或NOX传感器输出。
通过基于“前瞻性”数据来控制对第一SCR装置的配给，可确保后处理系统可处理NOX生产中的暂时性猛增，同时确保对cDPF布置的足够的总NOX水平，以获得足够的被动再生。这可以通过以下进行：例如控制从第一配给装置的配给，以允许大量比例的NOX未转换地通过第一SCR装置，并到达cDFP布置，从而获得被动再生。注意这种控制策略仅在SCR催化剂中的一个在cDPF布置的上游的双SCR系统中是有利的。在所有SCR催化剂布置在cDPF的下游的系统中，SCR催化剂的NOX转换不影响cDPF的被动再生，而在利用单个SCR催化剂的系统中，必须不可避免地控制对单个SCR催化剂的配给，以最大化NOX转换以满足排放控制标准。
当预测到要求高的操作状况以及相应地估计到增加的未来NOX转换需求时，能够以升高速率从第一配给装置配给还原剂，因此为即将到来的NOX峰“准备好(priming)”第一SCR装置。这允许抢先地增加储存在第一SCR装置中的氨的量，以在适当的时间中增加第一SCR装置的NOX转换能力。仅为了说明，典型地在升高配给速率开始后的最初数十秒，能够获得NOX转换能力的完全增加。因此，利用根据本发明的方法，当NOX峰到达时，对该峰的响应没有滞后，并且后处理系统作为整体可因此有效地处理NOX生产中的这种峰。还应当注意，NOX转换作为储存的氨的功能，是非线性的，并且它可例如要求SCR催化剂中储存的氨以约10倍更多的因子，以将NOX转换从40％增加到60％。由于这个原因，在满足突然增加的NOX转换需求中，抢先增加第一SCR装置的氨储存量是极度有利的。
对第一SCR的配给的升高速率可暂时地导致传递到cDPF的NOX量对于被动再生是次最佳的，但是由于这是有限的事件，所以可忽略对烟灰氧化的影响。当事件完成时，以及对高前SCR NOX转换的需要减少时，对第一SCR装置的配给可返回到基线速率，这再次为cDPF的被动再生提供优选的排放成分。可替代地，可选择一基线速率，所述基线速率对于被动再生是低于最佳的，但是允许满足甚至最大的NOX转换需求。当预测到非高要求的操作状况并且估计到减少的未来NOX转换需求时，则能够以降低速率从第一配给装置配给还原剂，以允许一段时间的被动再生。自然地，可通过具有上和下阈值限制两者组合这两种场景。使用预测数据控制对第一SCR装置的配给的其他优势在于，它可消除对在第一配给装置的上游的NOX传感器的需要，该传感器也常常在这样的系统中使用。
基于预测的车辆操作状况，估计未来排气状况。预测的车辆操作状况，也已知为“前瞻性”数据，可从车辆的一个或多个电子控制单元获得，其包含但不限于内燃机的发动机管理系统(又名发动机控制单元)、变速箱管理系统(又名传动件控制单元)、导航系统(又名远程信息处理控制单元)、巡航控制系统(又名速度控制单元)和/或配置成确定交通状况的雷达系统。从这样的控制系统可预测的相关的未来场景可例如是即将到来的陡的上坡或下坡、前方繁忙的交通、或即将到来的速度限制改变。基于预测的操作状况可估计的相关的未来排气状况包含入口排放温度、体积流动、催化剂空间时间/速度(如果需要的话，对于后处理系统中存在的催化成分中的每一个)、以及入口总NOX流动。
从这些未来排气状况，估计未来NOX转换需求，这是对于第一SCR装置和第二SCR装置两者的总NOX转换需求。基于该预测的转换需求，设计用于至少第一配给装置和第一SCR装置的配给策略。在本发明的一些实施方式中，将预测的需求与用于NOX转换需求的至少一个阈值限制比较。该阈值可例如是上阈值或下阈值。这可使用以下方法步骤执行：
-将估计的未来NOX转换需求与用于NOx转换需求的预定的第一阈值限制比较；以及
-从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，
如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率配给还原剂；以及
如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率配给还原剂，其中，适配速率与基线速率不同。
如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则可以预定的基线速率配给还原剂。在阈值限制内的意思是指在上阈值限制之下、在下阈值限制之上、或如果使用上和下阈值限制两者，在上和下阈值限制的界限范围内。基线速率可被表示为从第一配给装置配给的还原剂的质量流动速率或体积流动速率。可替代地，基线速率可被表示为总NOX转换需求的比例，例如总NOX转换需求的50％。在这种情况中，尽管基线速率保持不变，但是从第一配给装置配给的还原剂的质量或体积流动速率可与总NOX转换需求成比例地变化。基线速率基于的总NOX转换需求可以是估计的未来NOX转换需求或从NOX传感器(如果有的话)获得的NOX转换需求，所述NOX传感器诸如例如布置在第一SCR装置的上游的NOX传感器。
如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则可以适配速率配给还原剂。超出阈值限制的意思是在上阈值限制之上或下阈值限制之下。适配速率与基线速率不同，并且当估计的未来NOX转换需求与上阈值限制相比更高时，适配速率典型地与基线速率相比更高，并且当估计的未来NOX转换需求与下阈值限制相比更低时，适配速率与基线速率相比更低。适配速率以与基线速率相同的单位表示，即如质量流动速率、体积流动速率、或总NOX转换需求的比例。也可以至少部分地基于估计的未来NOX转换需求，选择适配速率以变化。适配速率可连续地或逐步地变化。例如，如果估计的NOX转换需求近似地在上阈值限制之上，适配速率可以是基线速率的1.5倍，而如果估计的NOX转换需求远超过上阈值限制，则适配速率是可使用例如基线速率的5倍。
典型地，从第一配给装置配给的基线速率对应于估计的未来NOX转换需求的约20％到约60％。升高配给速率与基线速率相比至少更高10％，诸如至少更高30％或至少更高50％，并且典型地对应于估计的未来NOX转换需求的约60％到约90％。降低配给速率与基线速率相比至少更低10％，诸如至少更低30％或至少更低50％，并且典型地对应于估计的未来NOX转换需求的0％到30％。
该方法可采用多阈值限制。例如，该方法可使用上阈值限制和下阈值限制，在该上阈值限制之上使用升高配给速率，在该下阈值限制之下使用降低配给速率。也可使用多上限制或下限制，以便例如在第一上阈值限制之上，但是在第二上阈值限制之下使用第一升高配给速率，以及在第二上阈值限制之上使用第二升高配给速率，第二升高配给速率与第一升高配给速率相比更大。
从第二还原剂配给装置的配给也可至少部分地基于估计的未来NOX转换需求。然而，优选地可主要基于来自位于排气后处理系统中的一个或多个NOX传感器的信号，控制从第二还原剂配给装置的配给。这样的NOX传感器可例如位于催化颗粒过滤器布置的下游以及第二配给装置的上游、第一配给装置的上游、或第二SCR装置的下游。这提供了在第二个SCR装置中对氨NOX定量的精确控制，并且帮助防止过量的氨滑逸或排气尾管NOX排放。
排气后处理系统可包括用于执行在此描述的方法的装置。也就是说，排气后处理系统可包括：
-布置成基于预测的车辆操作状况来估计未来排气状况的装置；
-布置成基于估计的未来排气状况来估计未来NOX转换需求的装置；和
-布置成将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较的装置；
其中，排气后处理系统布置成，如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率从第一还原剂配给装置配给还原剂；
并且其中，排气后处理系统布置成，如果估计的未来NOx转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，适配速率与基线速率不同。
这样的装置可例如是被编程为执行该方法的一个或多个控制单元。然而，该方法也可通过与排气后处理系统分开的装置实现，诸如通过使用嵌入在车辆中其他位置并按照要求连接到排气后处理系统的电子控制单元(ECU)。
排气后处理系统可包括本领域已知的其他部件。除了已经描述的第一SCR装置和/或第二SCR装置的上游的NOX传感器以外，其他部件可包含紧接地在第一SCR装置和/或第二SCR装置的下游的氨滑逸催化剂。将氨滑逸催化剂与第一SCR装置结合使用阻止氨到达催化颗粒过滤器，在其中氨可被非选择性地氧化到NOX。将氨滑逸催化剂与第二SCR装置结合使用允许更完全地从排气流中去除NOX，同时帮助避免排气尾管氨排放。
现在将参考一些示例性实施方式和附图更详细地描述本发明。然而，本发明不限于在此讨论和/或在附图中示出的示例性实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。此外，由于一些特征可被放大以便更清楚地示出某些特征，因此不应被认为附图按比例绘制。
图1在示意性侧视图中描绘了车辆1，在此是卡车的形式。然而，该车辆可以是任何其他机动车辆，例如公共汽车、船只或乘用车。该车辆包括内燃机2，该内燃机经由变速箱(未示出)和驱动轴(未示出)为车辆的牵引轮3提供动力。该车辆设置有排气后处理系统4，其用于处理由发动机2排出的排气。
图2示意性地示出了根据本发明的排气后处理系统4的一个示例性实施方式。箭头9指示排放流动的方向。术语“下游”和“上游”是参照排放流动的方向使用的。该系统包括第一还原剂配给装置11、第一SCR装置13、催化颗粒过滤器布置15、第二还原剂配给装置17和第二SCR装置19。第一配给装置11和第二配给装置17与还原剂储存罐21流体连接。电子控制单元23控制从配给装置11、17配给还原剂。在该实施方案中，催化颗粒过滤器布置15由催化颗粒过滤器表示，由此过滤器的表面被涂覆有催化涂层。
图3示意性地示出了根据本发明的排气后处理系统4的另一示例性实施方式。在此，氨滑逸催化剂25和27已经紧接地分别地布置在SCR装置13和19的下游。催化颗粒过滤器布置15包括在非催化颗粒过滤器31的紧接地上游的氧化催化剂29。然而，注意如何组合氧化催化剂29与催化过滤器31也是可行的并且在本领域中是已知的。NOX传感器33布置在催化颗粒过滤器布置15的下游以及在第二配给装置17的上游。NOX传感器布置成与ECU 23连通。
图4a是示意性地示出根据本发明的方法的流程图。步骤s401表示该方法的开始。在步骤s403中，基于预测的车辆操作状况，估计未来的排气状况。在步骤S405中，基于估计的未来排气状况，估计未来NOX转换需求。在步骤s406中，以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率，从第一还原剂配给装置配给还原剂。然后该方法恢复到开始，即形成连续的控制环路。
图4b是示意性地示出根据本发明的方法的实施方式的流程图。步骤s401表示该方法的开始。在步骤s403中，基于预测的车辆操作状况，估计未来的排气状况。在步骤S405中，基于估计的未来排气状况，估计未来NOX转换需求。在步骤s407中，将估计的未来NOX转换需求(NOX)与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制(Th1)比较。这确定了来自第一还原剂配给装置的还原剂的配给。在此情况中，第一阈值限制是上阈值限制。如果估计的未来NOX转换需求(NOX)与第一阈值限制(Th1)相比更低，则以预定的基线速率配给还原剂(s409)。但是，如果估计的未来NOX转换需求(NOX)与第一阈值限制相比更大，则以升高速率配给还原剂(s411)。然后该方法恢复到开始，即形成连续的控制环路。
图4c是示意性地示出根据本发明的方法的替代的实施方式的流程图。该方法类似于图4b中所示的方法。然而，在步骤s407中，将估计的未来NOX转换需求(NOX)与用于NOx转换需求的两个单独的阈值(上阈值限制(Th1)和下阈值限制(Th2))比较。如果估计的未来NOX转换需求(NOX)与第一阈值限制(Th1)相比更低并且与第二阈值限制(Th2)相比更大，则以预定的基线速率配给还原剂(s409)。然而，如果估计的未来NOX转换需求(NOX)与第二阈值限制(Th2)相比更低，则以降低速率配给还原剂(s413)，并且如果估计的未来NOX转换需求(NOX)与第一阈值限制(Th1)相比更大，则以升高速率配给还原剂(s411)。然后该方法恢复到开始，即形成连续的控制环路。
图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的来自还原剂配给装置的配给。上方的图表示出了估计的未来NOX转换需求作为时间的函数(线501)。线503表示第一阈值限制(在这种情况中，为上阈值限制)。下方的图表示出了来自第一配给装置的配给速率作为时间的函数(线505)和第二配给装置的配给速率作为时间的函数(线507)，其中，两个图表中的时间比例是相同的。可以看到，估计的未来NOX转换需求可以有所变化，这取决于预测的车辆操作状况。只要估计的未来NOX转换(线501)需求在阈值限制(线503)之下，则第一还原剂配给装置以基线速率配给还原剂。然而，如果估计的未来NOX转换需求超过阈值限制，则调整来自第一配给装置的配给速率(线505)，以提供适配速率(在这种情况中，为升高速率)。注意，配给速率会花费一些时间才能达到新的适配速率。一旦估计的未来NOX转换需求再次降到阈值限制之下，来自第一配给装置的配给速率返回到基线速率。在此实施方式中，来自第二配给装置的配给速率(线507)被示为恒定的。然而，根据本发明，此配给速率也可基于估计的未来NOX转换需求，和/或基于来自位于后处理系统中的NOX传感器的输出变化。
图6a-c是示意性地示出本发明的影响的图表。x轴代表时间单位，而y轴代表排气后处理系统的NOX转换需求。图6a和图6b是比较示例，其示出了可比较的、不利用预测的车辆操作状况控制来自第一还原剂配给装置配给的后处理系统。线601示出了总NOX转换需求作为时间的函数。图603的较低的阴影部分示出了第二SCR装置对总NOX转换需求的贡献，而图605的上方的阴影部分示出了第一SCR装置对总NOX转换的贡献。虚线607示出了可以从第二SCR装置获得的对总NOX转换需求的最大贡献。
图6a示出了比较示例，由此建立了非发明性的后处理系统以允许cDPF的被动再生。第一SCR最初以其总能力的小部分操作，允许将足够的NOX穿过cDPF以确保被动再生。第二SCR装置，其以接近最大能力操作，转换了基本上所有的离开cDPF的NOX。然而，在总NOX转换需求瞬时增加的事件中，可以看到，第一SCR会花费一段时间增加氨储存量，并且因此使转换斜升以应对增加的NOX。第二SCR装置，由于其以最大能力操作，因此不能够弥补不足，以及结果是暂时无法满足总NOX转换要求。
图6b示出了比较示例，由此第一SCR装置连续地以高能力操作，以确保可满足总NOX转换的任何瞬时增加的需求(假定第二SCR装置对突然增加的NOX转换需求充分地响应)。然而，在该示例中，没有足够的NOX离开第一SCR装置以提供cDPF的足够的被动再生。因此，除非执行能量消耗的主动再生操作，否则cDPF将因此随着时间变得被烟灰阻塞。
图6c示出了根据本发明的排气后处理装置的操作。预测到总NOX转换需求即将到来的瞬时增加，并且增加来自第一配给装置的配给，以增加储存在第一SCR装置中的氨并使其NOX转换能力斜升。系统现在准备转换NOX的快速增加。可以看到，对于大部分，NOX的合适的量穿通第一SCR装置，以提供被动再生。在短时间段内，不足够的NOX穿过第一SCR装置，以提供被动再生，但是由于该时间段太短，因此其是可忽略的结果。因此可以看到，根据本发明的系统有能力满足总NOX转换要求的瞬时增加，同时确保cDPF布置的足够的被动再生。
图7示意性地示出了装置500。在此参照图2描述的控制单元23和/或计算机可在某种形式上包括装置500。术语“链接”在此指通信链接，该通信链接可以是物理连接(诸如光电通信线)或非物理连接(诸如无线连接，例如无线电链接或微波链接)。装置500包括非易失性存储器520、数据处理单元510和读/写存储器550。非易失性存储器520具有第一存储元件530，在该第一存储元件中，计算机程序，例如操作系统，储存用于控制装置500的功能。装置500还包括总线控制器、串行通信端口、I/O装置、A/D转换器、时间和日期输入和传输单元、事件计数器和中断控制器(未显示)。非易失性存储器520还具有第二存储元件540。
提供了计算机程序P，该计算机程序包括用于控制根据本发明的排气后处理系统4的方法的例程。计算机程序P包括用于基于预测的车辆操作状况来估计未来排气状况的例程。计算机程序P包括用于基于估计的未来排气状况来估计未来NOX转换需求的例程。该计算机程序包括用于至少基于估计的未来NOX转换需求从第一还原剂配给装置配给还原剂的例程。计算机程序P可包括用于将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较的例程。计算机程序P可包括用于从第一还原剂配给装置配给还原剂的例程，其中，如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率配给还原剂，以及如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率配给还原剂。程序P能够以可执行的形式或以压缩形式储存在存储器560中和/或在读/写存储器550中。
在数据处理单元510被描述为执行某种功能的情况下，其意味着数据处理单元510影响储存在存储器560中的程序的某个部分或储存在读/写存储器550中的程序的某个部分。
数据处理装置510可以经由数据总线515与数据端口599通信。非易失性存储器520旨在经由数据总线512与数据处理单元510通信。单独的存储器560旨在经由数据总线511与数据处理单元510通信。读/写存储器550适配为经由数据总线514与数据处理单元510通信。
当在数据端口599上接收数据时，这些数据临时储存在第二存储元件540中。当将接收到的输入数据已经临时储存时，数据处理单元510准备影响如上描述的代码执行。
装置500可通过数据处理单元510，影响在此描述的方法的部分，该数据处理单元运行储存在存储器560或读/写存储器550中的程序。当装置500运行该程序时，在此描述的方法被执行。

Claims (11)

1.用于控制排气后处理系统的方法，其中，排气后处理系统包括：
-第一还原剂配给装置；
-第一选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第一还原剂配给装置的下游；
-催化颗粒过滤器布置，其布置在第一SCR装置的下游，其中，催化颗粒过滤器组件包括催化颗粒过滤器，或其中，催化颗粒过滤器组件包括氧化催化剂和布置在氧化催化剂下游的颗粒过滤器；
-第二还原剂配给装置，其布置在催化颗粒过滤器布置的下游；以及
-第二选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第二还原剂配给装置的下游；
并且其中，所述方法包括以下步骤：
-基于预测的车辆操作状况来估计未来排气状况(s403)；
-基于估计的未来排气状况来估计未来NOX转换需求(s405)；以及
-以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率从第一还原剂配给装置配给还原剂(s406)，并且其中，以至少基于估计的未来NOX转换需求的速率从第一还原剂配给装置配给还原剂的步骤(s406)包括：
-将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较(s407)；以及
-从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，
如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率配给还原剂(s409)；以及
如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，则以适配速率配给还原剂(s411)，其中，适配速率与基线速率不同，并且其中，第一阈值限制是上阈值限制，并且其中，适配速率是与基线速率相比更高的升高速率，诸如与基线速率相比至少更高10％，
或其中，第一阈值限制是下阈值限制，并且其中，适配速率是与基线速率相比更低的降低速率，诸如与基线速率相比至少更低10％。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的下阈值限制比较，其中，
-如果估计的未来NOX转换需求超出下阈值限制，则以降低速率从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，降低速率与基线速率相比更低，诸如与基线速率相比至少更低10％。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，
基线速率适配为对应于估计的未来NOX转换需求的20％到60％；和/或
升高速率适配为对应于估计的未来NOX转换需求的60％到90％；和/或
降低速率适配为对应于估计的未来NOX转换需求的0％到30％。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，升高速率和/或降低速率至少部分地基于估计的未来NOX转换需求而变化。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：以至少部分地基于估计的未来NOX转换需求的速率，从第二还原剂配给装置配给还原剂。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，排气后处理系统还包括NOX传感器，并且其中，所述方法包括：以至少部分地基于由NOX传感器提供的值的速率，从第一还原剂配给装置和/或第二还原剂配给装置配给还原剂。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，预测的车辆操作状况基于来自以下中的至少一个的信息：内燃机的发动机管理系统、变速箱管理系统、导航系统、巡航控制系统和/或配置成确定交通状况的雷达系统。
8.排气后处理系统，包括：
-第一还原剂配给装置；
-第一选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第一还原剂配给装置的下游；
-催化颗粒过滤器布置，其布置在第一SCR装置的下游，其中，催化颗粒过滤器组件包括催化颗粒过滤器，或其中，催化颗粒过滤器组件包括氧化催化剂和布置在氧化催化剂的下游的颗粒过滤器；
-第二还原剂配给装置，其布置在催化颗粒过滤器布置的下游；
-第二选择性催化还原(SCR)装置，其布置在第二还原剂配给装置的下游；
-布置成基于预测的车辆操作状况来估计未来排气状况的装置；和
-布置成基于估计的未来排气状况来估计未来NOX转换需求的装置；
其中，排气后处理系统布置成至少基于估计的未来NOX转换需求，从第一还原剂配给装置配给还原剂，所述排气后处理系统还包括：
-布置成将估计的未来NOX转换需求与用于NOX转换需求的预定的第一阈值限制比较的装置；
其中，排气后处理系统布置成，如果估计的未来NOX转换需求在第一阈值限制内，则以预定的基线速率从第一还原剂配给装置配给还原剂；
并且其中，排气后处理系统布置成，如果估计的未来NOX转换需求超出第一阈值限制，以适配速率从第一还原剂配给装置配给还原剂，其中，适配速率与基线速率不同，
并且其中，第一阈值限制是上阈值限制，并且其中，适配速率是与基线速率相比更高的升高速率，诸如与基线速率相比至少更高10％，
或其中，第一阈值限制是下阈值限制，并且其中，适配速率是与基线速率相比更低的降低速率，诸如与基线速率相比至少更低10％。
9.车辆，包括：内燃机，其特征在于，所述车辆进一步包括根据权利要求8所述的排气后处理系统。
10.计算机程序(P)，其中，所述计算机程序包括程序代码，该程序代码用于引起控制单元或连接到控制单元的计算机执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法。
11.计算机可读介质，包括：指令，当该指令被控制单元或连接到控制单元的计算机执行时，引起控制单元或计算机执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法。
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