校正对存储在选择性催化还原系统内NH₃的估算的方法

专利名称：校正对存储在选择性催化还原系统内NH₃的估算的方法
校正对存储在选择性催化还原系统内NH3的估算的方法
技术领域：
本发明涉及校正对存储在选择性催化还原系统内NH3的估算的方法背景技木可通过车辆排气系统中的选择性催化还原系统(SCR, selective reductioncatalyst)处理发动机排气中包含的氮氧化物(例如NOx)，以形成N2和H20。SCR可和还原剂(例如氨(NH3))配合以还原NOx。但是，如果SCR中存在不足量的NH3，穿过SCR的NOx量比期望的高。从另一方面讲，如果过量的NH3引导至SCR，NH3会穿过SCR而泄漏(slip)。由于SCR具有很大表面积，难以感应存储在SCR中的NH3量。所以，希望能估算SCR内NH3的存储量。一旦估算了存储在SCR内的NH3量，可基于存储在SCR中的NH3量采取控制行为(例如调整喷射至排气系统的NH3量)。但是，当存储在SCR中的NH3的估算量与其实际的 量偏离超过阈值量时，可能不会执行控制行为。

发明内容本发明的发明人意识到上述缺陷并且开发了校正对存储在选择性催化还原系统内NH3的估算的方法。在一个示例中，响应于NH3泄漏的指示该方法校正存储在SCR内的NH3的估算量。NH3泄漏的指示可通过位于SCR下游的传感器提供(例如传感器根据排气流的方向位于SCR的下游)。可替代地，响应于SCR效率可校正SCR内NH3的估算存储量。通过校正SCR内NH3的估算存储量，可改善SCR的转化效率。例如，如果改善了估算的SCR内NH3的存储量，在NOx或NH3穿过SCR泄漏之前可开始或停止向排气系统喷入NH3。具体地，如果存储在SCR内的NH3的估算量低，可开始和/或增加喷入NH3。如果存储在SCR内的NH3的估算量高，可停止和/或减小向排气系统喷射NH3。结果，较少的NH3或NOx可穿过SCR而泄漏。根据本发明的一个实施例，进ー步包括估算和感应发动机原料气中的NOx，并且进ー步包括响应于NOx泄漏穿过SCR调整给SCR运送的NH3量。根据本发明的一个实施例，SCR的效率基于发动机原料气中的NOx和位于排气系统内SCR下游位置的NOx传感器输出之间的差异。根据本发明的一个实施例，不存在NH3泄漏的指示基于发动机原料气中的NOx和位于排气系统内SCR下游位置的NOx传感器输出之间的差异超过阈值水平。根据本发明的一个实施例，在选择的SCRエ况期间执行响应于不存在来自至少ー个NOx传感器的NH3泄漏的指示而对SCR内NH3的估算存储量的校正。根据本发明的一个实施例，响应于不存在来自至少ー个NOx传感器的NH3泄漏的指示而将SCR内NH3的估算存储量调整至减小的NH3估算量。根据本发明的一个实施例，没有NH3专用传感器吋，响应于不存在来自至少ー个NOx传感器的NH3泄漏的指示而将SCR内NH3的估算存储量调整至减小的NH3估算量。根据本发明，提供一种存储在SCR内NH3的估算校正方法，包括估算SCR内的NH3存储量；响应于NH3泄漏的指示校正SCR内NH3的估算存储量，通过ー个或多个NOx传感器提供NH3的指示；以及响应于校正的SCR内的NH3存储量而调整给SCR喷射的NH3量。根据本发明的一个实施例，响应于NH3的估算量减小而减小给SCR喷射的NH3量，并且基于探测器校正NH3的估算量。根据本发明的一个实施例，探測器包括基于NH3泄漏数量的増益。根据本发明的一个实施例，探測器的输出基于期望的NH3存储量，期望的NH3存储量基于SCR的效率。本发明可提供数个优点。具体地，由于可在NH3穿过SCR泄漏之前停止 喷射NH3,该方法可減少NH3的消耗。因此，车辆驾驶员可能够减少补给NH3供应箱的次数。此外，由于可在发生较高水平的NOx泄漏之前增加SCR的NH3供应以便减小排放到大气中的NOx量，可减少发动机NOx和NH3的排放。类似地，可在发生较高水平的NH3泄漏之前减少供应至SCR的NH3以便减小排放到大气中的NH3量。単独或结合附图阅读下面的具体实施方式
，本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。应理解，上述概要提供用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式
中进ー步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围仅由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的确定的实施方式。

图I显示了发动机的示意图；图2显示了 SCR控制系统示例图的框图；图3A-3B显示了用于校正NH3存储量的预想示例数据；图4显示了通过存储模型确定的SCR内NH3的存储量；图5显示了响应于SCR的低效率而以NH3存储模型估算NH3存储量的流程图；以及图6显示了用于给SCR供应NH3的控制器的框图。
具体实施方式当前的描述涉及给SCR供应NH3。根据本发明的ー个方面，描述了通过探测器(observer)校正SCR内NH3的估算存储量。图I显示了具有用于还原NOx的SCR的示例发动机系统。图2显示了基于SCR的NOx还原系统的示例框图。图3A和3B显示了具有探测器用于校正SCR内NH3估算存储量的系统的相关预想信号。图4-6显示了可単独或组合使用的用于校正SCR内存储的NH3的估算存储量的方法的流程图。图7显示了用于调整供应至SCR的NH3量的控制器的框图。參考图I，包括多个汽缸(图I中显示了其中的一个汽缸)的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10包括带有位于其中并连接至曲轴40的活塞36的燃烧室30和汽缸壁32。燃烧室30显示为通过各自的进气门52、排气门54和进气歧管44、排气歧管48连通。各个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。气凸轮传感器55可确定进气凸轮51的位置。排气凸轮传感器57可确定排气凸轮53的位置。
燃料喷射器66显示为设置以直接将燃料喷射到汽缸30内，本领域内技术人员称之为直接喷射(direct injection)。燃料喷射器66与来自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例地传输液体燃料。燃料通过燃料系统(未示出)运送到燃料喷射器66，所述燃料喷射器包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未示出)。可通过改变调节至燃料泵(未示出)的流量的位置阀调整通过燃料系统运送的燃料压力。此外，计量阀可位于燃料导轨中或附近用于关闭燃料环路控制。从响应于控制器12的驱动器68向燃料喷射器66提供运转电流。进气歧管44显示为和可选的电子节气门62连通，所述电子节气门通过调整节流板64的位置来控制来自进气增压室46的空气流。压缩机162从空气进气道吸取空气提供给增压室46。排气驱动通过轴161和压缩机162相连的涡轮164。当燃料随活塞接近上止点压缩冲程而自动点燃时，在燃料室30中开始燃烧。在一些示例中，通用或宽域排气氧(UEGO)传感器(未显示)可在NOx传感器126附近连接至排 放装置70上游的排气歧管48。在其它示例中，可省略NOx传感器126并且在其位置安装氧传感器。在其它示例中，第二 UEGO传感器可位于ー个或多个排气后处理装置的下游。在当前的示例中，第二 NOx传感器128设置在排放控制装置的下游。排气装置70显示为设置在发动机排气系统中涡轮增压器涡轮164的下游。在一个示例中，排放装置70可包括微粒过滤器和氧化催化剂砖(oxidation catalyst bricks)。可替代的，排放装置70可配置为SCR。如果排放装置70配置为SCR，NOx传感器128可移动至排放装置70和排放装置72之间。排放装置72显示为位于排放装置70的下游(沿排气流的方向)，并且当排放装置70配置为微粒过滤器或氧化催化剂时排放装置72配置为SCR0当排放装置72是SCR时，NOx传感器128显示为位于排放装置72的下游。在替代的示例中，排放装置70和72以及NOx传感器128可位于涡轮164的上游。NH3 (尿素)喷射器75显示为位于排放控制装置72的上游。当排放控制装置70配置为SCR吋，NH3喷射器128可位于排放控制装置70的上游。NH3喷射器通过泵和NH3存储箱(未示出)给排放装置72提供液态NH3。给排放装置72提供液态NH3使得促进NH3的汽化。应指出，传感器126和128具有对NOx和NH3的交叉感应能力(cross-sensitivity)。所以，当存在NOx和NH3时，NOx传感器的单一输出反应了 NOx和NH3的组合浓度。此外，在一些示例中，NOx传感器128可由选择性NH3传感器替代或作为补充。例如，可用只探測NH3的传感器代替NOx传感器128。图I中控制器12显示为常见的微型计算机，包括微处理器単元102、输入/输出端ロ 104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常见的数据总线。控制器12显示为接收来自和发动机10相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括来自和冷却套筒114相连的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);和加速踏板130相连的用于感应通过脚132调整的加速踏板位置的位置传感器134的信号；来自和增压室46相连压カ传感器122的增压压力测量值；来自和进气歧管44相连的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)测量值；来自和进气歧管44相连的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)测量值；来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号；来自传感器120 (例如热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；来自传感器58的节气门位置的測量值。也可感应大气压カ(传感器未示出)用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每个旋转时产生预订数目的间隔相等的脉冲，根据其可确定发动机转速(RPM)。在一些实施例中，在混合动カ汽车上发动机可连接至电动马达/电池系统。混合动カ汽车可包括并联结构、串联结构，或其变型或组合。在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四行程循环循环包括进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。在进气行程中，通常排气门54关闭且进气门52打开。空气通过进气歧管44流入燃烧室30，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36接近汽缸的底部并且在其行程的终点时(例如当燃烧室30处于最大容积时)所处的位置称为下止点(BDC)。在压缩行程中，进气门52和排气门54关闭。活塞36向汽缸的顶部运动以便压缩燃烧室30内的空气。本领域技术人员将活塞36处于其行程的終点并且接近汽缸的顶部时(例如当燃烧室30处于最小容积时)所处的位置称为上止点(TDC)。
在一些示例中，单个汽缸循环期间可向汽缸多次喷射燃料。在下文称为点火的过程中，通过压缩点火或其它已知的点火装置(例如火花塞，未显示)点燃喷射的燃料致使燃烧。在下文称为点火的过程中，通过压缩燃烧或已知的点火装置(例如火花塞，未显示)点燃喷射的燃料致使燃烧。在膨胀行程中，膨胀的气体将活塞36推回至下止点。曲轴40将活塞的运动转换为旋转轴的扭カ矩。最后，在排气过程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞回到上止点。需要指出的是上文仅描述为实施例，并且进气门、排气门的打开和/或关闭时间可以改变，例如以提供气门正重叠或气门负重叠、推迟进气门关闭，或各种其它的实施例。此外，在一些示例中可使用ニ冲程循环而不是四冲程循环。现在參考图2，显示了 SCR控制系统示例的框图。发动机10通过排气管210给SCR72供应排气。将发动机エ况、喷射给SCR的NH3量、来自探测器204的校正參数和SCR的エ况输入至NH3存储模型202。如图6更详细地解释的，NH3存储模型将SCR72内的NH3估算量输出至探测器204和NH3控制系统206。NH3控制系统206基于来自NH3存储模型和发动机的输入提供电子信号以运转NH3喷射器75。探測器204接收来自NOx传感器126、128以及NH3存储模型202的输入，以确定NH3存储模型202中NH3存储量进行校正的正时和量。可替代地，模型可取代NOx传感器。探測器204以图5中所述方法运转。现在參考图3A，显示了用于校正NH3存储量的预想示例数据。具体地，显示了来自位于SCR上游和下游的NOx传感器的输出信号。曲线302表示位于SCR上游的NOx传感器的信号。在一个示例中，上游的NOx传感器的信号表示发动机原料气的NOx浓度。曲线304表示来自位于SCR下游的NOx传感器的信号。在一个示例中，本发明认识到当下游NOx传感器的输出比上游NOx传感器的输出大时导致SCR的负效率并且确定SCR中的NH3已经泄漏。基于NH3泄漏的信息，可确定存储在SCR中的NH3处于SCR的阈值存储能力(TSC，threshold storage capacity)(例如SCR能存储的NH3量)。这样，可确定存储在SCR中的NH3量比TSC水平高或者和TSC水平相等。相应地，在这样的エ况期间可根据NH3存储模型更新SCR中NH3的存储量。曲线306反映了 SCR运转期间何时更新NH3存储模型时的正吋。具体地，曲线306处于高水平指示的时间表示确定的NH3存储量处于TSC水平的时间。曲线306是下游NOx传感器的输出比上游NOx传感器的输出高的时间。所以，在此期间可将通过NH3存储模型确定的估算的要存储在SCR中的NH3量更新至TSC或其一部分。现在參考图3B,显示了通过NH3存储模型和高存储探测器(high storageobserver)确定的SCR内的NH3存储量的预想示例。曲线310表示TSC的參考存储值。TSC曲线随氨的浓度和SCR砖的温度而改变。曲线312表示根据模型计算的SCR内的NH3存储量。从模型计算的NH3存储水平基于具体的催化剂模型，并且探測的存储模型(observedstorage model)为在适合基于探测器的校正的エ况下(如下文讨论)參考TSC的计算值。曲线306为与图3A中所示相同的信号，并且它代表基于NH3泄漏(例如NH3穿过SCR)的确定将通过NH3存储模型估算的SCR中的NH3量更新至TSC的时间。图3B的图表中大约第250秒处，在修正的时间将估算的SCR中的NH3存储量修正至TSC水平。因此，从SCR的NH3存储模型确定的NH3水平显示出类似于阶跃变化的变化。阶跃变化在时间上从信号306首先变高并指示可更新SCR的NH3存储模型的NH3水平的时 间有所迟延。在一些示例中，时间迟延是低通过滤信号306的結果。在其它示例中，在SCR的NH3模型中NH3量更新之前信号306可能需要预定量的时间处于高态。在这个示例中，在单个时间将通过SCR的NH3存储基本模型确定的NH3存储量更新至TSC水平。在一个示例中，将SCR的NH3存储模型的NH3水平更新至TSC的期间需要预定的时间量。例如，如果将SCR的NH3存储模型的NH3水平更新至TSC水平，在预先确定的时间段(例如300秒)内不再次更新SCR的NH3存储模型的NH3水平。以这种方式，当检测到氨泄漏时，可将通过SCR的NH3存储模型确定的NH3水平更新至TSC水平。这样，可将SCR的NH3存储模型的输出调整至期望的NH3存储量。现在參考图4,显示了通过NH3存储模型和低存储探测器(low storage observer)确定的SCR内NH3的存储量的预想示例。曲线402表示通过NH3存储模型确定的SCR内NH3的存储值。曲线404表示低效率时的參考存储量。曲线408表示从NOx泄漏确定的低效率标志。这样，当SCR显示为低效率并且没有检测到NH3泄漏吋，可減少SCR内的NH3估算存储量以便反映SCR内存储的NH3的修正量。需要指出，当通过曲线408表示的低效率标记指示低SCR效率エ况时，SCR内存储的NH3估算量变换到较低的NH3量。所以，取决于NH3泄漏或NOx泄漏的探測，可上调或下调SCR的NOx存储模型的输出。现在參考图5，显示了响应于SCR低效率而校正NH3存储模型中估算的NH3存储量的流程图。例如，可通过图I中控制器10中存储的指令执行图5中的方法。在502中，方法500确定SCR的エ况。在一个示例中，SCR的エ况可包括SCR的温度、流入SCR的NOx的浓度和流速以及流出SCR的NOx的浓度和流速。流入和流出SCR的NOx的浓度可通过对NH3具备交叉感应能力的NOx传感器确定。确定SCR的エ况之后，方法500前进至504。在504中，方法500判断发动机排气系统中SCR的效率是否比预先确定的水平低。在一个示例中，SCR的效率可基于位于排气系统中SCR上游(沿排气流动的方向)的NOx传感器的输出和位于排气系统中SCR下游的NOx传感器的输出确定。在ー个不例中，SCR的效率可根据以下的方程式确定
权利要求
1.一种用于校正对存储在SCR内的NH3的估算的方法，包括 响应于NH3泄漏的指示而校正所述SCR内的NH3估算存储量；以及 响应于所述校正的SCR内估算存储量而调整给所述SCR运送的NH3量。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述NH3泄漏的指示通过两个NOx传感器的输出或者NOx模型和NOx传感器的输出而确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述NH3泄漏的指示通过基于所述两个NOx传感器输出或者基于所述NOx模型和所述NOx传感器输出的SCR负效率确定。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述NH3泄漏的指示通过第一NOx传感器的输出和第二 NOx传感器的输出之间的关联而确定。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述NH3泄漏的指示基于NH3传感器的输出。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，将所述NH3的存储量校正到阈值SCR存储能力，并且所述NH3的估算存储量的校正量基于综合的NH3泄漏数量。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，当所述NH3指示存在的时间比预先确定的时间量长时，校正所述的NH3存储量。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，响应于来自至少ー个NOx传感器的NH3泄漏的指示基于探测器将所述SCR内的NH3的估算存储量上调至SCR的阈值NH3存储能力。
9.一种用于校正对SCR内存储的NH3的估算的方法，包括 基于期望的NH3存储量而校正所述SCR内的NH3估算存储量，所述期望的NH3存储量与所述SCR的效率和温度相关，响应于不存在NH3穿过所述SCR泄漏的指示和穿过所述SCR泄漏的NOx比阈值水平高的指示而校正所述NH3的估算存储量，通过至少ー个NOx传感器提供不存在NH3泄漏的指示和存在NOx泄漏；并且响应于所述校正的SCR内NH3的估算存储量而调整运送给所述SCR的NH3量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少ー个NOx传感器包括位于排气系统内所述SCR的下游位置的NOx传感器，并且对所述SCR内NH3的估算存储量的校正基于探测器，并且进一歩包括响应于NH3泄漏穿过所述SCR的指示将所述SCR内NH3的估算存储量校正至阈值存储能力。
全文摘要
本发明描述了一种校正对存储在选择性催化还原系统(SCR)内NH3的估算的方法。在一个示例中，从NOx传感器输出确定SCR的效率，并且基于SCR的效率校正NH3的估算量。至少在某些工况期间，通过改善估算的NH3存储水平可减少发动机的排放。
文档编号F01N11/00GK102691551SQ201210055890
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月5日 优先权日2011年3月24日
发明者D·尤帕海雅, M·J·范尼马斯塔特 申请人:福特环球技术公司