選擇性催化還原(scr)催化劑耗盡控制系統和方法

專利名稱：選擇性催化還原(scr)催化劑耗盡控制系統和方法
技術領域：
本公開涉及內燃機，尤其涉及排氣處理系統。
背景技術：
這里提供的背景描述是為了總地示出本公開內容的目的。本發明人在該背景技術部分中所作描述的內容，以及其描述在提交時不會以其它方式被認為現有技術的方面，既不特別地也不含蓄地認為是破壞本公開的現有技術。空氣通過進氣歧管吸入發動機。節流閥控制進入發動機的氣流。空氣與來自一個或多個燃料噴射器的燃料混合，以形成空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物在發動機的一個或多個汽缸中燃燒。空氣/燃料混合物的燃燒產生扭矩。空氣/燃料混合物的燃燒產生的排氣從汽缸排到排氣系統。所述排氣可包括微粒物質(PM)和氣體。所述排氣氣體包括氮氧化物(NOx)，例如一氧化氮(NO)和二氧化氮 (N02)。處理系統減少排氣中的NOx和PM。排氣從發動機流到氧化催化劑(0C)。OC從排氣除去碳氫化合物和/或碳氧化物。 排氣從OC流到選擇性催化還原(SCR)催化劑。配料試劑噴射器在SCR催化劑的上游將配料試劑噴入排氣系統。由配料試劑提供的氨(NH3)被SCR催化劑吸收。氨與通過SCR催化劑的排氣中的NOx反應。配料模塊控制由配料試劑噴射器噴射的配料試劑的質量流量。這樣，配料模塊控制到SCR催化劑的氨供給和SCR催化劑存儲的氨量。SCR催化劑存儲的氨量稱為當前存儲 (例如，克)。輸入到SCR催化劑的從排氣去除的NOx的百分比稱為NOx轉化效率。NOx轉化效率與SCR催化劑的當前存儲相關。例如，NOx催化效率隨著SCR催化劑的當前存儲的增大而提高，反之亦然。配料模塊可控制配料試劑的噴射以便例如最大化NOx轉化效率。

發明內容
一種用于車輛的配料控制系統，包括當前存儲模塊、自適應觸發模塊和自適應結束模塊。所述當前存儲模塊估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量。所述當前存儲模塊估計由選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量。當由位于SCR催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零。所述自適應結束模塊基于NOx第一量與所述 SCR催化劑上游的NOx第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。一種用于車輛的配料控制系統，包括自適應觸發模塊、配料管理模塊和自適應結束模塊。當由位于選擇性催化還原(SCR)催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發自適應事件。所述配料管理模塊在所述自適應事件期間禁用配料試劑噴射。所述自適應結束模塊基于NOx第一量與由位于所述SCR催化劑上游的第二 NOx傳感器測量的NOx第二量的比較來有選擇地延遲結束所述自適應事件。一種用于車輛的配料控制方法，包括估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量；當由位于SCR催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx 第一量的預測值時，觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零；以及基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。從下文提供的詳細描述可清楚本公開適用性的其它方面。應當理解，其詳細描述和具體實例僅僅是示意性目的，而不是限制本公開的范圍。本發明還提供了以下方案
1. 一種用于車輛的配料控制系統，包括 當前存儲模塊，其估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量； 自適應觸發模塊，當由位于SCR催化劑下游的第一NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零；以及
自適應結束模塊，所述自適應結束模塊基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx 第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。2.如方案1所述的配料控制系統，其中所述自適應結束模塊基于所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。3.如方案1所述的配料控制系統，其中當所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異低于預定差異時，所述自適應結束模塊有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。4.如方案3所述的配料控制系統，其中當所述差異低于所述預定差異達預定周期時，所述自適應結束模塊有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。5.如方案3所述的配料控制系統，還包括差異確定模塊，所述差異確定模塊基于所述SCR催化劑的溫度和排氣流量確定所述預定差異。6.如方案3所述的配料控制系統，還包括差異確定模塊，所述差異確定模塊基于發動機速度和發動機負載確定所述預定差異。7.如方案3所述的配料控制系統，還包括
累計模塊，所述累計模塊在所述減少期間確定輸入到所述SCR催化劑的NOx的總量；以
及
狀態評估模塊，當所述差異低于所述預定差異時，所述狀態評估模塊基于所述NOx總量與根據所述估計確定的NOx耗盡量的比較有選擇地確定所述估計是大于還是小于所述 SCR催化劑存儲的氨的實際量。8.如方案7所述的配料控制系統，還包括
因數調整模塊，當所述估計低于和高于所述實際量時，所述因數調整模塊分別增大或減小所述配料速率調整因數；以及
配料管理模塊，所述模塊在所述自適應結束模塊結束所述減少并使能配料試劑的噴射之后基于所述配料速率調整因數調整目標配料速率、并控制配料試劑的噴射以獲得所述目標配料速率。9.如方案8所述的配料控制系統，其中所述因數調整模塊基于所述NOx總量與所述NOx耗盡量確定尺度，并基于所述尺度增大或減小所述配料速率調整因數。10.如方案8所述的配料控制系統，其中所述因數調整模塊基于所述NOx總量與所述NOx耗盡量之間的差異確定尺度，并基于所述尺度增大或減小所述配料速率調整因數。11. 一種用于車輛的配料控制系統，包括
自適應觸發模塊，當由位于選擇性催化還原(SCR)催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發自適應事件；
配料管理模塊，所述配料管理模塊在所述自適應事件期間禁用配料試劑噴射； 自適應結束模塊，所述自適應結束模塊基于NOx第一量與由位于所述SCR催化劑上游的第二 NOx傳感器測量的NOx第二量的比較來有選擇地延遲結束所述自適應事件。12. 一種用于車輛的配料控制方法，包括 估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量；
當由位于SCR催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零；以及
基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。13.如方案12所述的配料控制方法，還包括基于所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。14.如方案12所述的配料控制方法，還包括當所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異低于預定差異時，有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。15.如方案14所述的配料控制方法，還包括當所述差異低于所述預定差異達預定周期時，有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。16.如方案14所述的配料控制方法，還包括基于所述SCR催化劑的溫度和排氣流
量確定所述預定差異。17.如方案14的配料控制方法，還包括基于發動機速度和發動機負載確定所述
預定差異。18.如方案14所述的配料控制方法，還包括
確定在所述減少期間輸入到所述SCR催化劑的NOx的總量；以及當所述差異低于所述預定差異時，基于所述NOx總量與根據所述估計確定的NOx耗盡量的第二比較有選擇地確定所述估計是大于還是小于所述SCR催化劑存儲的氨的實際量。19.如方案18所述的配料控制方法，還包括
當所述估計低于和高于所述實際量時，分別增大或減小所述配料速率調整因數；以及在所述自適應結束模塊結束所述減少并使能配料試劑的噴射之后，基于所述配料速率調整因數調整目標配料速率；以及
控制配料試劑的噴射以獲得所述目標配料速率。
20.如方案19所述的配料控制方法，還包括基于所述NOx總量與所述NOx耗盡量之間的差異確定尺度，并基于所述尺度增大或減小所述配料速率調整因數。


從其詳細描述和附圖可更加全面地理解本公開，其中 圖1為根據本公開原理的示例性發動機系統的功能框圖2為根據本公開原理的示例性選擇性催化還原(SCR)催化劑控制系統的功能框圖； 圖3包括根據本公開原理的輸入氮氧化物(NOx)隨時間變化的示例性曲線、當前存儲隨時間變化的示例性曲線、和輸出NOx隨時間變化的示例性曲線；
圖4A-4B包括根據本公開原理的在SCR催化劑欠載時NOx隨時間變化的示例性曲線； 圖5A-5B包括根據本公開原理的在SCR催化劑過載時NOx隨時間變化的示例性曲線；
以及
圖6是示出根據本公開原理的執行自適應事件的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式實質上，下面的描述僅僅是示意性的，而絕不是限制本發明及其應用或使用。為清楚起見，附圖中使用相同的附圖標記來表示相似的元件。如本文所使用的，短語“A、B和C 中至少之一”應當認為是意味著使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應當理解，在不改變本公開原理的情況下，可以不同的順序執行方法中的步驟。如本文中所使用的，術語“模塊”可指的是特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、組合邏輯電路；現場可編程門陣列(FPGA)；執行代碼的處理器(共享、專用或組)；提供所述功能的其他適合部件；或為上述一些或全部的組合，例如片上系統。術語模塊可包括存儲由處理器執行的代碼的存儲器(共享、專用或組)。上面使用的術語“代碼”可包括軟件、固件和/或微碼，并且可涉及程序、例程、函數、類和/或對象。上面使用的術語“共享”意味著多個模塊的一些或全部代碼可使用單個 (共享)處理器來執行。另外，多個模塊的一些或全部代碼可由單個(共享)存儲器存儲。上面使用的術語“組”意味著單個模塊的一些或全部代碼可使用一組處理器來執行。另外，單個模塊的一些或全部代碼可使用一組存儲器存儲。本文所述設備和方法可通過由一個或多個處理器執行的一個或多個計算機程序來實施。所述計算機程序包括存儲在非臨時性有形計算機可讀介質上的處理器可執行的指令。所述計算機程序還可包括存儲的數據。非臨時性有形計算機可讀介質的非限制性例子為非易失性存儲器、磁性存儲器和光學存儲器。配料控制模塊控制在選擇性催化還原(SCR)催化劑上游對排氣系統的配料試劑 (例如，尿素)的噴射。SCR催化劑接收由車輛發動機輸出的排氣。排氣包括氮氧化物(NOx)。 通過配料試劑提供給SCR催化劑的氨(NH3)與NOx反應，從而降低從SCR催化劑輸出的NOx的量。配料控制模塊估計被SCR催化劑存儲的氨量(當前存儲)，并基于當前存儲控制配料試劑噴射。配料控制模塊基于當前存儲預測NOx量，該量由位于SCR催化劑下游的NOx 傳感器(下游NOx傳感器)測量。
當下游NOx傳感器測量的NOx大于預測的NOx時，配料控制模塊起動自適應事件的執行。當測量的NOx與預測的NOx不同時，當前存儲的估計可已經大于或小于SCR催化劑的實際當前存儲。在自適應事件期間，配料控制模塊禁用配料試劑噴射，以耗盡SCR催化劑的氨。在自適應事件期間，本公開的配料控制模塊監測由下游NOx傳感器測量的NOx和由位于SRC 催化劑上游的第二 NOx傳感器(S卩，上游NOx傳感器)測量的NOx或者SCR催化劑上游的NOx 模擬值。配料控制模塊基于NOx測量的比較有選擇地結束所述自適應事件。僅舉例來說， 當所述NOx測量之間的差異低于預定差異時，所述配料控制模塊有選擇地結束自適應事件。這樣，所述配料控制模塊在NOx測量會聚時有選擇地結束自適應事件。如果在觸發自適應事件時，SCR催化劑的實際當前存儲低于估計的當前存儲，那么可使用預定數量的相位執行自適應事件來替代基于NOx測量的會聚有選擇地結束自適應事件，可縮短自適應事件的長度(即，周期)。現在參考圖1，示出了示例性發動機系統100的功能框圖。發動機102產生用于車輛的驅動扭矩。盡管發動機102圖示和將描述為柴油類型發動機，但是發動機102可為其它適當類型的發動機，例如火花點燃式發動機或另一類型的壓燃式發動機。一個或多個電動機(或電動機_發電機)可額外地產生驅動扭矩。空氣通過進氣歧管104吸入發動機102。進入發動機102的氣流可使用節流閥106 來改變。節氣門致動器模塊108控制節流閥106的開度。一個或多個燃料噴射器(例如燃料噴射器110)將燃料與空氣混合，以形成空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物在發動機 102的汽缸內燃燒，例如汽缸114。盡管發動機102表現為包括一個汽缸，但是發動機102 可包括不只一個汽缸。排氣從發動機102排出到排氣系統120。排氣可包括微粒物質(PM)和排氣氣體。 排氣(氣體)包括氮氧化物(NOx)，例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)。排氣系統120包括減少排氣中相應NOx和PM的量的處理系統。排氣系統120包括氧化催化劑(OC) 122和選擇性催化還原(SCR)催化劑124。排氣系統120還可包括微粒過濾器(未示出)。排氣從發動機102流到OC 122。僅舉例來說， OC 122可包括柴油氧化催化劑(D0C)。排氣從OC 122流到SCR催化劑124。排氣可從SCR 催化劑124流到微粒過濾器。在各種實施方案中，微粒過濾器可在與SCR催化劑124共同的殼體中實施。僅舉例來說，微粒過濾器可包括柴油微粒過濾器(DPF)。配料試劑噴射器130在SCR催化劑124的上游噴射配料試劑進入排氣系統120。 僅舉例來說，配料試劑噴射器130可在OC 122與SCR催化劑124之間的位置噴射配料試劑。所述配料試劑可包括尿素(C0(NH2)2)、氨(NH3)和/或其它適當類型的配料試劑。所述配料試劑還可指的是排放流體(EF)或柴油排放流體(DEF)。在配料試劑包括尿素的實施方式中，尿素與排氣反應產生氨，并且氨被供應到SCR催化劑124。在各種實施方式中，可使用水(H2O)稀釋配料試劑。在使用水稀釋配料試劑的實施方案中，熱量(例如，來自排氣)蒸發水，并且氨被供應到SCR催化劑124。下面提供表示從示例性配料試劑溶液產生氨的示例性化學式。HCNO + H2O — NH3 + CO2SCR催化劑124存儲(例如，吸收)通過配料試劑供應的氨。僅舉例來說，SCR催化劑124 可包括釩催化劑、沸石催化劑、和/或其它適當類型的SCR催化劑。下面提供表示氨吸收的示例性化學式。NH3 + S — NH3(S)
SCR催化劑124催化存儲的氨與通過SCR催化劑124的NOx之間的反應。SCR催化劑 124存儲的氨量稱為當前存儲。當前存儲可表示為氨的質量(例如，克)、氨的摩爾數、或由 SCR催化劑124存儲的氨量的其它適當量度。NOx和氨以已知的速率反應，其可稱為反應速率。所述反應速率可由下式表示
RJ _ 爾 HH3 1摩爾NOk
其中RR為反應速率，X根據排氣中二氧化氮(NO2)的量變化。僅舉例來說，X可在1. O 到1. 333之間變化。輸入到SCR催化劑124的通過與氨反應從排氣去除的NOx的百分比可稱為NOx轉化效率。該NOx轉化效率直接與SCR催化劑124的當前存儲相關。僅舉例來說，NOx轉化效率隨著SCR催化劑124的當前存儲增大而增大。然而，SCR催化劑124的當前存儲受限于氨的最大量。該氨的最大量指的是SCR催化劑124的最大存儲容量。保持SCR催化劑124的當前存儲接近最大存儲容量確保從排氣去除最大量的NOx。換句話說，保持當前存儲接近最大存儲容量可確保獲得最大可能的NOx 轉化效率。然而，保持當前存儲在或接近最大存儲容量也提高了將從排氣系統120排出氨的可能性。從排氣系統120排出氨可稱為氨泄漏。提高氨泄漏的可能性可歸因于SCR催化劑 124的最大存儲容量與溫度之間的反比關系。更具體地，最大存儲容量隨著SCR溫度的升高而降低，最大存儲容量的降低會引起從SCR催化劑124解吸(S卩，釋放)氨。換句話說，SCR 溫度的升高引起最大存儲容量的降低，存儲的超過該降低了的最大存儲容量的氨會從SCR 催化劑124釋出。因此，SCR溫度的升高會引起氨泄漏。下面提供表示氨解吸的示例性化學式。NH3(S) — NH3 + S
配料試劑供應的所有或部分氨可在被SCR催化劑124吸收之前或之后氧化。例如，氨可與排氣中的氧氣反應生產氮氣(N2)和水(H20)。例如，可通過熱量觸發氨氧化。下面提供表示氨氧化的示例性化學式。4NH3 + 302 — 2N2 + 6H20 2NH3 + 202 — N2O + 3H20 4NH3 + 502 — 4N0 + 6H20
氨與NOx的反應產生氮氣和水。排氣中的其它成分例如氧氣(O2)也可被包含在氨和 NOx反應中。下面提供的示例性化學式表示氨和NOx的反應。4NH3 + 4N0 + O2 — 4N2 + 6H20 4NH3 + 2N0 + 2N02 — 4N2 + 6H20 8NH3 + 6N02 — 7N2 + 12H20
上游NOx傳感器142在OC 122上游的位置測量排氣中的NOx。僅舉例來說，上游NOx
9傳感器142可測量NOx的質量流量(例如，克/秒)、Ν0χ的濃度(例如，百萬分之幾)或NOx量的其它適當量度。上游NOx傳感器142基于OC 122上游排氣中的NOx產生輸入NOx信號。 在多個實施方案中，可省略上游NOx傳感器142，基于一個或多個發動機運行參數可模擬輸入NOx。第一溫度傳感器144測量OC 122上游排氣的溫度。第一溫度傳感器144基于OC 122上游排氣的溫度產生第一溫度信號160。氧氣傳感器146在OC 122與SCR催化劑124之間的位置測量排氣中的氧氣(02)。 氧氣傳感器146基于OC 122與SCR催化劑124之間的排氣中的氧氣產生氧氣信號162。第二溫度傳感器在OC 122與SCR催化劑124之間的位置測量排氣的溫度。第二溫度傳感器 148基于OC 122與SCR催化劑124之間的排氣的溫度產生第二溫度信號164。僅舉例來說， 氧氣傳感器146和第二溫度傳感器148可位于配料試劑噴射器130噴射配料試劑的地方與 SCR催化劑124之間。下游NOx傳感器150在SCR催化劑124下游的位置測量排氣中的NOx。僅舉例來說，下游NOx傳感器150可測量NOx的質量流量(例如，克/秒)、Ν0χ的濃度(例如，百萬分之幾)或NOx量的其它適當量度。下游NOx傳感器150基于SCR催化劑124下游排氣中的NOx 產生輸出NOx信號166。下游NOx傳感器150還對氨交互感應，因此，輸出NOx信號還可反應SCR催化劑124下游排氣中的氨。第三溫度傳感器152測量SCR催化劑124下游排氣的溫度。第三溫度傳感器152基于SCR催化劑124下游排氣的溫度產生第三溫度信號168。在發動機系統100中可應用一個或多個其它傳感器156。僅舉例來說，其它傳感器 156可包括質量空氣流量(MAF)傳感器、排氣流量(EFR)傳感器、進氣溫度(IAT)傳感器、冷卻劑溫度傳感器、歧管絕對壓力(MAP)傳感器、發動機速度(RPM)傳感器、排氣壓力傳感器和/或其它適當的傳感器。發動機控制模塊(ECM) 170控制發動機102的扭矩輸出。ECM 170可包括控制配料試劑的噴射的配料控制模塊190。僅舉例來說，配料控制模塊190可控制配料試劑噴射的正時和速率。配料控制模塊190通過控制配料試劑的噴射控制SCR催化劑124的氨供應和 SCR催化劑124的當前存儲。配料試劑噴射的速率可稱為配料速率(例如，克/秒)，氨供應到SCR催化劑124的速率可稱為氨供應速率(例如，克/秒)。配料控制模塊190可確定用于向SCR催化劑124 供應氨的目標供應速率，確定獲得目標供應速率的目標配料速率，并以目標配料速率控制配料試劑的噴射。配料控制模塊190預測將由下游NOx傳感器150測量的NOx量，并將預測的NOx 量與下游NOx傳感器150測量的NOx量作比較。配料控制模塊190基于預測的NOx量與下游NOx傳感器150測量的NOx量的比較有選擇地開始自適應事件的執行。僅舉例來說，當下游NOx傳感器150測量的NOx大于預測NOx量時，配料控制模塊190可觸發自適應事件的執行。當測量的NOx大于預測的NOx量時，配料控制模塊190估計的當前存儲可能大于或小于SCR催化劑124存儲的實際氨量。配料控制模塊190預測由下游NOx傳感器150測量的NOx量，并將預定的NOx量與下游NOx傳感器150測量的NOx量作比較。配料控制模塊190基于預測的NOx量與下游 NOx傳感器150測量的NOx量的比較有選擇地開始自適應事件的執行。例如，當下游NOx傳感器150測量的NOx大于預測NOx量時，配料控制模塊190可觸發自適應事件的執行。當測量的NOx大于預定的NOx量時，配料控制模塊190估計的當前存儲可能已經大于或小于 SCR催化劑124存儲的實際氨量。自適應事件包括禁用(或減慢)配料試劑的噴射，以耗盡SCR催化劑124的氨。配料控制模塊190基于觸發自適應事件時的當前存儲確定輸入NOx的耗盡量。在自適應事件期間，配料控制模塊190分別監測收上游NOx傳感器142測量的輸入NOx和下游NOx傳感器150測量的輸出NOx，以確定何時SCR催化劑124被耗盡氨。配料控制模塊190基于輸入NOx測量與輸出NOx測量的比較有選擇地觸發自適應事件的結束。更具體地，當輸入NOx與輸出NOx之間的差異低于預定差異時，配料控制模塊 190觸發自適應事件的結束。換句話說，當輸入NOx測量與輸出NOx測量彼此在預定范圍內時，配料控制模塊190有選擇地觸發自適應事件的結束。在自適應事件期間，配料控制模塊190還確定輸入到SCR催化劑124的NOx累計 (或總)量(累計輸入NOx)。配料控制模塊190可基于累計輸入NOx與耗盡量的比較來確定 SCR催化劑124的實際當前存儲是否大于估計的當前存儲(即，過載)或小于估計的當前存儲(即，欠載)。例如，當累計輸入NOx大于耗盡量時，配料控制模塊190可確定SCR催化劑 124過載。相反，當累計輸入NOx低于耗盡量時，配料控制模塊190可確定SCR催化劑124 欠載。配料控制模塊190向目標配料速率應用配料速率調整因數。換句話說，配料控制模塊190基于配料速率調整因數調節目標配料速率。配料控制模塊190可基于觸發自適應事件時SCR催化劑124是過載還是欠載而有選擇地增大或減小配料速率調整因數。更具體地，在觸發自適應事件時，當SCR催化劑124過載或欠載時，配料控制模塊190分別增大和減小配料速率調整因數。這樣，配料控制模塊可增大或減小目標供應速率，以防止自適應事件之后的未來過載或欠載。配料控制模塊190可基于累計輸入NOx與耗盡量之間的差異確定用于配料速率調整因數的調整量。例如，配料速率調整因數的調整量可隨著所述差異的增大而增大。這樣， 配料控制模塊190基于觸發自適應事件時SCR催化劑124過載或欠載的程度可變地調整配料速度調整因數。現在參考圖2，示出了示例性配料控制模塊200的功能框圖。配料控制模塊190可包括配料管理模塊202、噴射器控制模塊206、百分比設置模塊210、當前存儲模塊214、轉化效率模塊218、預測NOx輸出模塊222和N02輸入模塊226。配料控制模塊190還可包括自適應觸發模塊240、自適應結束模塊244、計時器模塊248、累計模塊260、狀態評估模塊256、 因數調整模塊260和差異確定模塊270。配料管理模塊202確定目標配料速率272。在向噴射器控制模塊206提供目標配料速率272之前，配料管理模塊202基于配料速率調整因數調整目標配料速率272。僅舉例來說，配料速率調整因數273可為在2. 0與0. 0之間的值，包括2. 0和0. 0。在向噴射器控制模塊206提供目標配料速率272之前，配料管理模塊202可通過配料速率調整因數273 調整(例如，相乘)目標配料速率272來調整目標配料速率272。噴射器控制模塊206向配料試劑噴射器130應用信號274，以獲得目標配料速率 272。例如，應用至配料試劑噴射器130的信號274可為脈寬調制(PWM)信號或其它適當類型的信號。噴射器控制模塊206可設置信號274的工作循環(即，預定時間周期期間ON(打開)的時間百分比)，以獲得目標配料速率272，并向配料試劑噴射器130應用PWM信號。目標配料速率272對應于獲得對SCR催化劑124的氨的目標供應速率的配料試劑噴射速率。目標供應速率對應于向SRC催化劑124供應氨的期望速率。在噴射氨作為配料試劑的實施方案中，目標配料速率272可等于或約等于目標供應速率。配料管理模塊202 可基于SCR催化劑124的目標當前存儲、SCR催化劑124的當前存儲276、輸入NOx 158、和 /或一個或多個其它適當參數來確定目標供應速率272。例如，配料管理模塊202可確定目標供應速率，以最大化NOx轉化效率、最小化輸出NOx 166、最小化氨泄漏、和/或實現一個或多個其它適當目標。配料管理模塊202可基于SCR催化劑124的最大存儲容量的百分比來確定目標當前存儲。最大存儲容量可基于SCR溫度278來確定。僅舉例來說，最大存儲容量隨著SCR 溫度278的升高而降低，反之亦然。百分比設置模塊210可基于例如發動機速度280、發動機負載282和SCR溫度278來確定所述百分比。在多個實施方案中，SCR溫度278可分別基于第一溫度160、第二溫度164和第三溫度168來估計。在其它實施方案中，SCR溫度278 可使用SCR溫度傳感器(未示出)來測量，或以其它適當的方式確定。例如，SCR溫度278可為SCR催化劑124的平均溫度。當前存儲模塊214估計SCR催化劑124的當前存儲276。僅舉例來說，當前存儲模塊214可基于目標供應速率、輸入NOx 158、輸出NOx 166和/或一個或多個適當參數來估計SCR催化劑124的當前存儲276。更具體地，當前存儲模塊214可基于目標供應速率、 NOx轉化效率284和/或一個或多個其它適當參數來估計SCR催化劑124的當前存儲276。轉化效率模塊218估計NOx轉化效率284。僅舉例來說，轉化效率模塊218可基于 SCR催化劑124的當前存儲276、目標供應速率、輸入NOx 158、一個或多個溫度、EFR 288和 /或一個或多個其它適當參數來估計NOx轉化效率284。EFR 288可使用EFR傳感器(未示出)測量，或基于例如MAF來確定。預測NOx輸出模塊222預測將由下游NOx傳感器150測量的輸出NOx。輸出NOx 的預測值可稱為預測輸出NOx 286。僅舉例來說，預測NOx輸出模塊222可基于輸入NOx 158、NOx轉化效率284、EFR 288、SCR溫度278、輸入SCR催化劑124的二氧化氮290的量、 微粒過濾器存儲的HC 292的量、和/或一個或多個其它適當參數來確定。N02輸入模塊226估計輸入SCR催化劑124的二氧化氮290的量。N02輸入模塊 226可基于輸入NOx 158和輸入NOx 158為二氧化氮的估計比率來估計輸入SCR催化劑124 的二氧化氮290的量。輸入NOx 158為二氧化氮的估計比例可基于排氣狀態和輸入NOx 158 來估計。排氣狀態包括例如排氣壓力294，溫度160、164和168中的一個或多個，EFR 288， 供應到發動機102的空氣/燃料混合物的當量比(EQR)JP /或一個或多個其它適當參數。自適應觸發模塊240有選擇地觸發自適應事件的執行。自適應觸發模塊240基于輸出NOx 166和預測輸出NOx 286有選擇地觸發自適應事件的執行。僅舉例來說，當輸出 NOx 166大于預測輸出NOx 286時，自適應觸發模塊240觸發自適應事件的執行。現在參考圖3，并繼續參考圖2，示出了累計的輸入NOx相對于時間的示例性曲線 310、當前存儲276相對于時間的示例性曲線320、和輸出NOx 166相對于時間的示例性曲線 330。自適應事件的執行在圖3中的大約時間340觸發。當觸發自適應事件的執行時，配料管理模塊202禁用配料試劑噴射。配料管理模塊202可禁用配料試劑噴射，直到自適應結束模塊224觸發自適應事件的結束。在多個實施方式中，配料管理模塊202可減慢配料試劑噴射來替代禁用配料試劑噴射。示例性軌跡 344跟蹤SCR催化劑124的當前存儲276。在觸發自適應事件之后，由于配料試劑噴射的禁用(或減慢)，當前存儲276降低。當自適應觸發模塊240觸發自適應事件的執行時，計時器模塊248起動計時器。當自適應觸發模塊240觸發自適應事件的執行時，計時器模塊248還可將計時器重置為預定重置值，例如零。自從自適應事件的執行被觸發之后，計時器就跟蹤消逝的時間周期。自適應事件的執行通常可在N個連續的相位中完成。N為大于或等于2的整數。M 為N個連續相位的預定個數，在該期間，將從SCR催化劑124耗盡氨，M等于N-I。M為大于或等于1的整數。僅舉例來說，M可等于2，N可等于3。圖3中示出了 N等于3和M等于2 的示例性自適應事件。自適應事件執行的觸發可使能累計模塊252。累計模塊252監測由上游NOx傳感器142測量的輸入NOx 158，并基于輸入NOx 158確定累計的輸入NOx 296。累計輸入NOx 296可指的是從自適應事件被觸發以來已經輸入SCR催化劑124的NOx總量(例如，克)。當通過自適應觸發模塊240觸發自適應事件的執行時，累計模塊252可重置累計輸入NOx 296。累計模塊252可將累計輸入NOx 296重置為預定重置值，例如零。示例性軌跡348跟蹤累計輸入NOx 296。隨著時間的過去，NOx被輸入SCR催化劑124 (從發動機 102輸出)，因此，累計輸入NOx 296增大。當通過自適應觸發模塊240觸發自適應事件的執行時，累計模塊252可重置累計輸入NOx 296。累計模塊252可將累計輸入NOx 296重置為預定重置值，例如零。示例性軌跡348跟蹤累計輸入NOx 296。隨著時間的過去，NOx被輸入SCR催化劑124 (從發動機 102輸出)，因此，累計輸入NOx 296增大。自適應結束模塊244監測累計輸入NOx 296。每次完成自適應事件N個相位的一個相位時，自適應結束模塊244都可提示累計模塊252重置累計輸入NOx。例如，自適應結束模塊244在圖3的示例性時間352和356提示累計模塊252重置累計輸入NOx 296。預定差異(或范圍)297是可變的。差異確定模塊270可基于SCR溫度278和EFR 288來設定預定差異。差異確定模塊270可額外地或可選地基于發動機速度280、發動機負載282和/或一個或多個其它適當參數來設定預定差異297。在自適應事件期間，自適應結束模塊244監測計時器。當計時器大于預定最大周期時，自適應結束模塊244也觸發自適應事件的結束。這樣，如果輸出NOx 166和輸入NOx 158彼此并未充分地在預定范圍內有預定最大時期，那么自適應結束模塊244仍觸發自適應事件的結束。例如，預定最大時間可為大致10分鐘。當輸出NOx 166與輸入NOx 158之間的差異低于預定差異時，自適應結束模塊244 還觸發狀態評估模塊256。在觸發之后，狀態評估模塊256確定觸發自適應事件的執行時 SCR催化劑124的負載狀態298。負載狀態298可為過載、欠載或不確定之一。當觸發自適應事件時，自適應結束模塊244可基于SCR催化劑124的當前存儲276 估計NOx的耗盡量299。NOx的耗盡量299可對應于將當前存儲276減少至零和耗盡SCR催化劑124的氨所估計的NOx的量(例如，克)。因此，在自適應事件期間，當累計輸入NOx 296 大于耗盡量299時，SCR催化劑124應當被耗盡氨。自適應結束模塊244可提供耗盡量299給狀態評估模塊256。狀態評估模塊256可基于累計輸入NOx 296與NOx耗盡量299的比較確定負載狀態298。例如，當累計輸入N0x296大于NOx耗盡量299時，狀態評估模塊256可確定SCR催化劑124過載。當累計輸入N0x296大于NOx耗盡量299時，在SCR催化劑124耗盡氨之前比預期更多的NOx (例如，比耗盡量299多)被輸入SCR催化劑124。因此，當累計輸入NOx 296大于耗盡量299時，狀態評估模塊256可確定SCR催化劑124過載。相反，當累計輸入 NOx 296小于耗盡量299時，狀態評估模塊256可確定SCR催化劑124欠載。狀態評估模塊256將負載狀態298通知因數調整模塊260。狀態評估模塊256可向因數調整模塊260提供累計輸入NOx 296和/或NOx耗盡量299。因數調整模塊260基于負載狀態298、累計輸入NOx 296和/或耗盡量299有選擇地調整配料速率調整因數273。更具體地，因數調整模塊260基于累計輸入NOx 296和耗盡量299有選擇地調整配料速率調整因數273。例如，當累計輸入NOx 296低于耗盡量299時(S卩，當SCR催化劑 124欠載時)，因數調整模塊260可增大配料速率調整因數273。當累計輸入NOx 296大于耗盡量299時(S卩，當SCR催化劑124過載時)，因數調整模塊260可減小配料速率調整因數 273。因數調整模塊260基于累計輸入NOx 296和耗盡量299確定配料速率調整因數 273調整多大(例如，調整量)。例如，當累計輸入NOx 295與耗盡量299之間的差異增大時， 因數調整模塊260可增大調整量。當所述差異減小時，因數調整模塊260可減小調整量。這樣，使配料速率調整因數273的調整與觸發自適應事件時SCR催化劑124有多少過載或多少欠載相關聯。因數調整模塊260還可基于一個或多個其它參數確定調整量。例如，因數調整模塊260可基于配料速率調整因數273 (之前)的值和/或配料速率調整因數273在配料速率調整因數273最大和最小值附近的值來確定調整量。因數調整模塊260提供配料速率調整因數273到配料管理模塊202。當觸發自適應事件的結束時，配料管理模塊202使能配料試劑噴射。配料管理模塊202確定目標配料賴床272、基于(調整的)配料速率調整因數273調整目標配料速率272、并提供目標配料速率272給噴射器控制模塊206。當觸發自適應事件的結束時，當前存儲模塊214將當前存儲 276重置為預定重置值，例如零。因為一但知道已經從SCR催化劑124耗盡氨(如輸入NOx 156與輸出NOx 166的會聚所示)就觸發自適應事件的結束，所以在觸發自適應事件的結束時將當前存儲276重置為預定重置值確保了當前存儲276從準確開始值開始。現在參考圖4A，示出了 SCR催化劑124欠載時NOx隨時間變化的示例性曲線。自適應事件的執行大致在時間402觸發。示例性軌跡404跟蹤由上游NOx傳感器142測量的輸入NOx 158，示例性軌跡408跟蹤由下游NOx傳感器150測量的輸出NOx 166。圖4A的示例性曲線表示完成第N個相位(圖4中，N等于3)時自適應事件結束的例子。例如，圖4A 中，自適應事件大致在時間412結束。現在參考圖4B，示出了 SCR催化劑124欠載時NOx隨時間變化的另一示例性曲線。 自適應事件的執行大致在時間402觸發。示例性軌跡454跟蹤由上游NOx傳感器142測量的輸入NOx 158，示例性軌跡458跟蹤由下游NOx傳感器150測量的輸出NOx 166。如上所述，當輸入NOx 158與輸出NOx 166之間的差異低于預定差異297時，本公開的自適應結束模塊244有選擇地觸發自適應事件的結束。不管自適應事件的相位，根據本公開的自適應結束模塊244有選擇地觸發自適應事件的結束。這樣，如果當觸發自適應事件的執行時SCR催化劑124欠載，那么自適應結束模塊 244可在以其它方式完成第N個相位之前觸發自適應事件的結束。例如，當輸入NOx 158與輸出NOx 166之間的差異低于預定差異時，自適應結束模塊244可有選擇地大致在時間462 觸發自適應事件的結束。現在參考圖5A，示出了 SCR催化劑124過載時NOx隨時間變化的示例性曲線。自適應事件的執行大致在時間502觸發。示例性軌跡554跟蹤由上游NOx傳感器142測量的輸入NOx 158，示例性軌跡558跟蹤由下游NOx傳感器150測量的輸出NOx 166。圖5A的示例性曲線表示完成第N個相位(圖5中，N等于3)時自適應事件結束的例子。例如，圖5A 中，自適應事件大致在時間512結束
現在參考圖5B，示出了 SCR催化劑124過載時NOx隨時間變化的另一示例性曲線。自適應事件的執行大致在時間502觸發。示例性軌跡554跟蹤由上游NOx傳感器142測量的輸入NOx 158，示例性軌跡558跟蹤由下游NOx傳感器150測量的輸出NOx 166。如上所述， 當輸入NOx 158與輸出NOx 166之間的差異低于預定差異297時，本公開的自適應結束模塊244有選擇地觸發自適應事件的結束。不管自適應事件的相位，根據本公開的自適應結束模塊244有選擇地觸發自適應事件的結束。這樣，如果當觸發自適應事件的執行時SCR催化劑124過載，那么自適應結束模塊 244可在以其它方式完成第N個相位之后觸發自適應事件的結束。例如，當輸入NOx 158與輸出NOx 166之間的差異低于預定差異297時，自適應結束模塊244可有選擇地大致在時間562觸發自適應事件的結束。然而，輸入NOx 158與輸出NOx 166的會聚表示SCR催化劑124被耗盡氨。因此，在自適應事件結束之后，可準確地重置SCR催化劑124的當前存儲 276。現在參考圖6，示出了描述執行自適應事件的示例性方法600的流程圖。控制開始于602，其中控制確定預定輸出NOx 286。在606，控制確定下游NOx傳感器150測量的輸出 NOx 166是否大于預測輸出NOx 286。如果是，那么控制繼續至610 ；如果否，那么控制可返回 602。在610，控制可觸發自適應事件，禁用配料試劑噴射并起動計時器。在614，控制確定NOx耗盡量299。控制可基于當前存儲276確定NOx耗盡量299。在622，控制確定累計輸入NOx 296。在622，控制確定預定差異297。例如，控制可基于SCR溫度278和EFR 288 確定預定差異297。可選地或另外地，控制可基于發動機速度280、發動機負載282和/或一個或多個其它適當參數確定預定差異297。在626，控制監測分別由上游NOx傳感器142和下游NOx傳感器150測量的輸入 NOx 158和輸出NOx 166，并確定輸入NOx 158與輸出NOx 166之間的差異是否低于預定差異297。如果否，那么控制可繼續至630;如果是，那么控制可轉至634。下面進一步描述 634。在630，控制可確定計時器是否大于預定最大周期。如果是，那么控制可轉至634 ； 如果否，控制可返回618。這樣，當計時器大于預定最大周期時(在630)，或者當所述差異低于預定差異時(在626)，控制繼續至634。例如，預定周期可為大致10分鐘。在634，控制觸發自適應事件的結束。在638，控制將SCR催化劑124的當前存儲276設定成等于零。在642，控制調整配料速率調整因數273的調整量。換句話說，在642， 控制確定是增大還是減小配料速率調整因數273，并且控制確定應當增大或減小配料速率調整因數273多大。例如，當累計輸入NOx 296小于和大于耗盡量299時，控制可分別增大或減小配料速率調整因數273。高大或減小的量可隨著累計輸入NOx 296與耗盡量299之間差異的增大而增大。在646，控制調整配料速率調整因數273。然后控制可結束。在觸發自適應事件的結束之后，控制重新使能配料試劑噴射，控制基于配料速率調整因數273調整目標配料速率272。這樣，自適應事件之后配料試劑噴射的速率被調整成最小化了 SCR催化劑124的未來過載或欠載。本發明廣泛的教導可以多種形式執行。因此，盡管本公開包括具體實施例，但是本公開的真實范圍不應當這樣限制，因為通過對附圖、說明書和所附權利要求的研究，其它修改對于技術人員將是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于車輛的配料控制系統，包括當前存儲模塊，其估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量；自適應觸發模塊，當由位于SCR催化劑下游的第一NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零；以及自適應結束模塊，所述自適應結束模塊基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx 第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
2.如權利要求1所述的配料控制系統，其中所述自適應結束模塊基于所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
3.如權利要求1所述的配料控制系統，其中當所述NOx第一量與所述NOx第二量之間的差異低于預定差異時，所述自適應結束模塊有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
4.如權利要求3所述的配料控制系統，其中當所述差異低于所述預定差異達預定周期時，所述自適應結束模塊有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
5.如權利要求3所述的配料控制系統，還包括差異確定模塊，所述差異確定模塊基于所述SCR催化劑的溫度和排氣流量確定所述預定差異。
6.如權利要求3所述的配料控制系統，還包括差異確定模塊，所述差異確定模塊基于發動機速度和發動機負載確定所述預定差異。
7.如權利要求3所述的配料控制系統，還包括累計模塊，所述累計模塊在所述減少期間確定輸入到所述SCR催化劑的NOx的總量；以及狀態評估模塊，當所述差異低于所述預定差異時，所述狀態評估模塊基于所述NOx總量與根據所述估計確定的NOx耗盡量的比較有選擇地確定所述估計是大于還是小于所述 SCR催化劑存儲的氨的實際量。
8.如權利要求7所述的配料控制系統，還包括因數調整模塊，當所述估計低于和高于所述實際量時，所述因數調整模塊分別增大或減小所述配料速率調整因數；以及配料管理模塊，所述模塊在所述自適應結束模塊結束所述減少并使能配料試劑的噴射之后基于所述配料速率調整因數調整目標配料速率、并控制配料試劑的噴射以獲得所述目標配料速率。
9.一種用于車輛的配料控制系統，包括自適應觸發模塊，當由位于選擇性催化還原(SCR)催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發自適應事件；配料管理模塊，所述配料管理模塊在所述自適應事件期間禁用配料試劑噴射；自適應結束模塊，所述自適應結束模塊基于NOx第一量與由位于所述SCR催化劑上游的第二 NOx傳感器測量的NOx第二量的比較來有選擇地延遲結束所述自適應事件。
10.一種用于車輛的配料控制方法，包括估計選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量；當由位于SCR催化劑下游的第一 NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零；以及基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
全文摘要
本發明涉及選擇性催化還原(SCR)催化劑耗盡控制系統和方法。具體地，一種用于車輛的配料控制系統，包括當前存儲模塊、配料管理模塊和自適應結束模塊。所述當前存儲模塊估計由選擇性催化還原(SCR)催化劑存儲的氨量。當由位于SCR催化劑下游的第一NOx傳感器測量的氮氧化物(NOx)第一量大于NOx第一量的預測值時，所述自適應觸發模塊觸發將所述SCR催化劑存儲的氨量減少至零。所述自適應結束模塊基于NOx第一量與所述SCR催化劑上游的NOx第二量的比較來有選擇地結束所述減少并使能配料試劑的噴射。
文檔編號F01N9/00GK102287252SQ20111016403
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月17日 優先權日2010年6月18日
發明者D. 馬林斯 J., M. 佩林 J., E. 克勞福德 K., 賈辛基維奇 P., J. 達 R. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司