控制催化单元中的氨水平的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及催化(还原)系统，例如选择性催化还原（SCR)系统，并且具体地但不是 唯一地涉及还原剂(例如尿素）的配给的控制，以控制车辆排气的催化系统的催化单元中的 氨水平。
【背景技术】
[0002]在控制选择性催化还原（SCR)催化单元的已知方法中，将正确量的还原剂(例如尿 素)喷到SCR单元的上游，其然后转换成氨。SCR单元中需要足够的氨水平以提供最大的NOx 转换效率；然而，保持从排气输出(逸出）的氨水平为低值也是非常重要的。
[0003]为了满足排放法规，SCR催化剂需要闭环控制以便修正由于催化剂老化、尿素喷射 器偏移、尿素质量变化等等可能引起的偏差。NOx传感器被广泛地用于执行这个闭环控制。 还已知的是，使用氨传感器代替常规的NOx传感器来控制SCR系统中的尿素配给，也利用闭 环控制。
[0004]催化系统的闭环控制中目前使用的氨检测有两种主要方式。在一个中，利用氨传 感器连同NOx传感器为氨测量做准备，从而排气成分能够被完全地表征。既对NOx又对氨 敏感的NOx传感器通过氨传感器信号得以补偿。这个控制因此依赖于精确的NOx和氨测量 以相应地适当调整尿素配给。
[0005] 本发明的目的是提供一种有效的方法和系统以控制氨(逸出），其是精确且有效 的。本发明的另一目的是提供这样的控制，其不需要相当大的处理能力，而且利用最少的传 感器。
【发明内容】
[0006]在本发明的一个方面，提供一种控制催化排气系统中的氨水平的方法，包括：i)为 从所述系统或所述系统的催化单元出来的氨逸出/氨输出提供目标值；ii)比较所述目标 值与反馈值以根据所述比较提供指令值，所述指令值用来控制还原剂到所述排气系统中的 配给；iii)输入所述指令值给传递函数或模型以提供对从所述催化单元/系统出来的氨逸 出/氨输出的估计值；iv)测量从所述单元/系统出来的实际氨逸出/氨输出；v)比较来自 iv)的所述实际值与来自步骤iii)的所述估计值；vi)根据v)中的所述比较提供ii)中的 所述反馈值。
[0007]该传递函数优选为所述催化系统/单元的逸出模型。优选地，该传递函数是一阶 滞后函数。该传递函数可包括下列参数中的一个或多个：测得或估计的排气流量、催化剂温 度和所述催化系统/单元内的氨水平。
[0008]-阶滞后函数的时间常数可以是
[0009]式中，mexh是测得或估计的排气流量。
[0010] 反馈值可以通过应用另一传递函数到来自步骤v)的比较的差值来提供。该另一 传递函数可以是一阶滞后滤波器。
[0011] 该还原剂可以是尿素。该方法可包括将所述指令信号转换成用于尿素喷射/配给 装置的信号。
[0012] 该方法可包括用从开环控制提供的用于尿素喷射/配给装置的另一信号补充用 于尿素喷射/配给装置的所述信号。该开环控制可以具有一个或多个输入参数，选自：从排 气和/或发动机输出的NOx水平；排气质量流量；和催化剂温度。
[0013] 在另一方面中，提供一种控制催化排气系统中的氨水平的系统，包括：为从所述系 统或所述系统的催化单元出来的氨逸出/氨输出提供目标值的装置；比较所述目标值与反 馈值以根据所述比较提供指令值的第一比较装置，和用于根据所述指令值控制还原剂到所 述排气系统中的配给的装置；输入所述指令值给传递函数或模型以提供对从所述催化单元 /系统出来的氨逸出/氨输出的估计值的装置；测量从所述单元/系统出来的实际氨逸出/ 氨输出的装置；比较所述实际值与所述估计值的第二比较装置；根据来自所述比较装置的 输出提供所述反馈值的装置。
【附图说明】
[0014] 现在将以举例的方式描述本发明，参照附图，其中： 图1示意地示出车辆排气系统的选择性催化还原系统中使用的部件。
[0015] 图2a示出用于控制还原剂配给的简单的现有技术系统。
[0016] 图2b示出根据一个例子的用于控制还原剂配给的控制系统。
[0017] 图3示出根据优选方面的逸出模型的例子，可用来提供控制系统的函数。
[0018] 图4示出氨逸出和NOx输出如何随SCR单元中的氨水平而变。
[0019] 图5示出根据一个例子，尿素配给的闭环控制如何能连同开环控制一起使用。
[0020] 图6示出用于实施图5实施例的传感器的略图。
[0021] 图7a和b示出本发明的实施例子的结果，分别针对过量配给和不足配给。
[0022] 图1示意地示出选择性催化还原系统中使用的部件。示出了发动机1，其具有排气 系统2,包括柴油机氧化催化剂（D0C)单元3、柴油机颗粒单元上的SCR催化剂（SCRF) 4以 及SCR催化单元5。配给喷射器6包括在D0C与SCRF单元之间，并且供自尿素输送模块7， 其包括SCR罐8。尿素供应是通过电热进给管路9的。配给喷射器适合于喷射尿素到SCRF 单元上游的排气系统里。因为配给喷射器邻近排气系统定位，为了冷却它，供应来自（例如 发动机）冷却系统的水；冷却系统可包括热交换器/散热器10。配给喷射器由SCR驱动模 块11控制，其进一步地由发动机电子控制单元（E⑶）12控制。
[0023]当把尿素喷入排气中时，它转变成氨。在SCRF中，氨把NOx气体转变成氮和水。 为了有效地起作用，SCRF单元需要操作成接近满的氨容量。然而，因为不希望通过排气散 发氨，加入可选的SCR催化单元以分解氨。可以包含氨传感器13和控制器14;这些可以与 E⑶和SCR驱动模块通信。
【具体实施方式】
[0024] 根据例子，单个氨传感器用来实施尿素配给/喷射的控制以提供所需水平的氨在 SCRF或其它催化单元中。这个控制能被用于稳态和瞬态运转。SCR催化单元中的氨水平优 选为保持在获得最优NOx转换效率的水平。氨逸出，也就是氨从SCRF单元出来，会存在并 且优选为由氨传感器可测量；这将会是当氨存储位置几乎充满着氨时的情形。利用氨进行 的NOx还原用储存的氨发生在催化剂表面。
[0025] 在第一SCR下游增加第二催化剂（SCR或净化催化剂）能够防止氨从排气管逸出， 同时进一步提高NOx转换效率。这样的系统也是符合所描述的发明。
[0026] 图2a中示出传统的控制系统，用于与图2b示出的根据一个例子的控制系统作比 较。在传统的系统中，设定氨目标水平，其可以由发动机控制单元设定或者被装载到发动机 控制单元上。这个提供输入给实际(真实)系统15,尿素配给应据此而调整以便维持逸出中 的期望氨水平。适当定位的氨传感器(例如，在催化/SCR单元的正下游）测量氨水平，并且 在闭环控制中，反馈表征氨的信号，从而在20处比较氨水平的需求和实际值。根据这个比 较适当地控制尿素配给以改变指令值，并且适当地控制尿素配给单元。
[0027] 图2b示出根据一个例子的实施例，其包括另一闭环控制16,总体上用虚线表示。 如前所述，设定目标氨水平并且输入到控制系统中。这又在20处与反馈水平作比较以提供 指令水平(信号)，其被输入实际系统。指令信号又被馈入传递函数P。该传递函数可以被看 做模型或〃逸出缓冲器"。本领域人员很清楚如何能够提供和实施这样的传递函数P。传 递函数对尿素喷射/指令建模并将其与氨逸出关联；优选以计算有效方式进行建模。
[0028] 逸出模型(或传递函数)P提供逸出中的氨水平的估计值。这然后在17与实际(测 量值）作比较以提供反馈信号，其然后在20处与目标值作比较以调整尿素的控制，如所示。 传递函数P优选为一阶滞后滤波器，具有与排气质量流量成反比的时间常数。
[0029] 在所示例子中，反馈环路优选地包括另一传递函数F，其在优选例子中可以是一阶 滞后滤波器。
[0030] 在下面的控制结构中，F也优选为一阶滞后滤波器，具有固定的可标定时间常数从 而确保控制稳定性和快速扰动抑制。因为传递函数P有效地嵌入催化系统/单元的动态模 型，所以传递函数F的标定是直接了当的并且与已经实施在P中的系统的特性无关。
[0031] 在一个优选实施例中，如所提及的，传递函数P是具有时间常数t的一阶滞后滤 波器，该常数与排气质量流量mMh成反比，见下文：
传递函数由现象逻辑物理模型产