用于排气系统的NO_x传感器的过滤方法和过滤器的制作方法

专利名称：用于排气系统的NO_x传感器的过滤方法和过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于排气系统的NOx传感器的过滤方法和过滤器，尤其是涉及具有SCR催化转化器的排气系统，其用于机动车辆的内燃发动机。
背景技术：
具有SCR催化转化器(选择性催化还原)的系统非常适合去除NOx排放，特别是在柴油发动机排气的情况下。在主动SCR系统的情况中，在SCR催化转化器中投配氨(NH3), 其被吸附在催化转化器上，并且与来自排气的NO和NO2反应。通常，NH3不是直接投配，而是绝大多数以尿素溶液的形式，其中尿素溶液在喷射后，部分地转换成NH3。在被动SCR系统的情况中，在催化转化器的上游不存在主动喷射的NH3或尿素。取而代之的是，一旦发动机在富模式下运转时，由催化转化器上游的另一个组件产生NH3，例如LNT (稀NOx捕集器)。如果在催化转化器中没有投配或存储足够的NH3,或如果温度不适合完全的NOx转换，则不是所有NOx都被转换，并且存在通过催化转化器的NOx泄漏。然而，如果在催化转化器中过多投配或存储NH3，则可能出现解吸。通常，在例如上升的发动机载荷引起的快速升温后出现NH3解吸。然而，假设在恒定温度下过量投配NH3,也可能出现解吸。为了精确地监测SCR催化转化器中的过程，关于催化转化器下游或后面的NOx和NH3浓度的信息是感兴趣的。为此目的，存在两种类型的传感器，NH3传感器和NOx传感器。然而，NH3传感器仅测量NH3浓度或数量，但NOx传感器对NOx和NH3都敏感。这导致测量困难，因为要确立传感器是仅测量NOx值还是测量NH3值是困难的。

发明内容
因此，在一个实施例中，用于具有SCR催化转化器的排气系统的NOx传感器的过滤方法包括确定催化转化器上游的NOx浓度、测量催化转化器下游的NOx浓度、建模NOx转换、建模NH3泄漏行为、计算NOx模型的NOx误差、计算NH3模型的NH3误差、当NOx误差与NH3误差的比率大于上限阈值时，NOx传感器的数据被指定为NH3测量值、以及当NOx误差与NH3误差的比率小于下限阈值时，NOx传感器的数据被指定为NOx测量值。借助该过滤方法，例如，可以为随后由排气系统的控制器处理的数据确立或固定由NOx传感器测量的信号是NOx测量值还是NH3测量值。产生和/或连续地适应性修改两种不同的模型。一个模型说明了在催化转化器中的NOx转化，而第二个模型说明了通过催化转化器的NH3泄漏的行为。实际的NH3释放过程是复杂的，并且难以通过简单的模型加以说明，然而，能够使用被说明的两个模型以确立NOx传感器的测量模式，且无需额外的见13传感器。最终，能够计算和比较两个模型的预测质量或误差。在NOx泄漏的情况中，通常两个模型显示相似的精确度水平，但是如果NH3泄漏，则NOx模型的精确度明显降低。基于线性时间算法的NH3模型还能够在受限的时间窗口中预测NOx信号。当单独或结合附图时，根据以下具体实施方式
将易于明白上述优点和其他优点，以及本说明书的特征。应理解，提供上述发明内容是为了以简化的形式介绍所选概念，其将在具体实施方式
中进一步说明。这并不意味着确定所要求保护的主题的要点或实质特征，其范围由具体实施方式
后的权利要求唯一限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本发明中任意部分中指出的任何缺点的实施方式。


图I示出了排气系统的示意性框图，所述排气系统具有配置为过滤根据本发明的 NOx传感器的控制器。图2示出了根据本发明的NOx传感器的过滤方法的框图。图3示出了根据本发明的过滤方法的应用的图示。图4示出了用于调节运转参数以响应经过SCR催化剂的被检测的泄漏的方法400。
具体实施例方式能够借助传感器确定在催化转化器上游的NOx浓度。传感器传递NOx浓度或量的准确值。能够使用可能的已存在的传感器。能够借助模型确定在催化转化器上游的NOx浓度，其中该模型确定由发动机产生的NOx的量和/或浓度，该发动机连接至排气系统的上游。在该模型的情况中，能够省略额外的硬件。另外能够实施该模型，或者能够使用或修改已存在的模型，例如马达控制器或排气后处理的已存在的模型。对于NOx转化的建模，能够使用NOx转化的动力学模型，其能够优选为简化的动力学模型，以减少计算的费用和数据的后期处理。线性时间算法能够用于NH3泄漏行为的建模。通过受限的时间窗口，该简单的算法足够用于说明NH3泄漏。在一个示例中，能够在采样瞬时以I秒的采样时间执行计算。过小数量的采样瞬时不能启动稳定的模型，而过高的数量增加了不必要的计算费用。另外，例如，正确选择采样时间能够允许使NOx模型假设为在时间窗口或时间帧中，NH3存储水平或催化转化器的温度无实质性变化。这种假设能够简化所述建模。另外，为了计算NOx误差和NH3误差，例如在20秒的时间帧中，使用时间上更早的采样瞬时的值。这提高了计算和固定所测量的测量值的可靠度。催化转化器的温度能够被考虑确定测量值的类型。例如，由于NH3泄漏非常不可能处于低温，因此这能够改善该方法的有效性。绝对传感器和/或误差信号能够被考虑用于确定、建模、计算和/或固定。这能够被用于以下目的，即当操作状态或工况不适合时，不允许采取决定。因此，本方法变得更鲁棒，并且更不易于出错。根据控制器的存储器中存储的指令，可在例如控制器的过滤器单元内执行过滤。过滤器单元可接收用于NOx传感器的信号的信号输入，在控制器的算术单元中执行上述过滤方法、以及输出用于输出所述方法的结果的信号。应用上述优点和改进。图I示出了用于内燃发动机2的排气后处理系统I的一部分，所述内燃发动机例如为机动车辆的柴油发动机。排气后处理系统或排气系统I包含催化转化器3，例如SCR(选择性催化还原)催化转化器，其被布置在发动机2的下游。布置在催化转化器3下游的是NOx传感器4，其用于测量排气中的NOx浓度或NOx量。NOx传感器4不必直接布置在催化转化器3之后；其还能够位于更下游的位置。NOx传感器4的测量值到达用于NOx传感器4的过滤器或NH3过滤器5。该过滤器5处理或准备测量值，以便其能够识别由NOx传感器4测量的值是NOx值还是NH3值。例如， 过滤器5向发动机控制器或排气后处理的控制器输出适当的信号。过滤器5能够是独立的单元，其具有用于NOx传感器4的信号的信号输入5a、用于执行过滤方法的算术单元和用于输出所述方法的结果的信号输出5b。过滤器5还能够是控制器的组件，例如，发动机控制器或排气后处理的控制器。这能够以软件程序或软件模块的形式实施。同样地，能够在软件中实现信号输出5b。控制器可以接收来自不同传感器(例如NOx传感器4和6)的输入数据、处理输入数据、以及触发执行器(例如SCR系统的燃料喷射器、还原剂喷射器等等)，从而基于在控制器中对应于一个或更多个程序被编程的指令或代码而响应被处理的输入数据。参考图2，在此描述示例性控制程序。除由在催化转化器3下游的NOx传感器4传递的测量值之外，过滤器5利用由发动机2产生的NOx浓度或NOx量，并在催化转化器3的方向上离开所述发动机2。存在位于催化转化器3上游的额外的NOx传感器6，或者借助模型确定催化转化器3上游的NOx浓度，其中该模型确定由发动机2产生的NOx的量和/或浓度。例如，所述模型能够被提供来自发动机控制器和/或排气后处理的控制器的数据。能够在例如两个控制器中的一个控制器中实施本模型。假设在催化转化器3上游的可选的NOx传感器6和催化转化器3之间为同样可选的喷射点7，该喷射点7用于尿素溶液或NH3或其他还原剂的喷射。为了避免NH3横向灵敏度，NOx传感器6被布置在喷射点7的上游。借助图2，现在说明过滤器5的操作模式或过滤方法。所述过滤方法从催化转化器3后面的NOx传感器4和从关于进入催化转化器3的NOx的信息开始，所述信息通过传感器6或模型获得。本方法的目标是决定由NOx传感器4测量的数据是NOx值还是NH3值。为此，在催化转化器3的后面或下游，算法检查产生的NH3泄漏和NOx泄漏中的动态差异。当催化转化器3不能转化所有进入催化转化器3的NOx时，出现NOx泄漏。通常，转化效率为温度、存储在催化转化器中的NH3水平、和空间速度(排气质量流量)的函数。因此，NOx泄漏通过以下等式直接与进入的NOx混合物相关N0x_slip=(l-conv_eff)*N0x_preSCR,其中COnV_eff等于转化效率(其数值范围为0-1)。一方面，当出现NH3泄漏时，这与催化转化器3上游的NOx值不是直接相关。通常，NH3吸附和释放(解吸)是缓慢的过程，其对于吸附，主要取决于NH3投配率、已存储在催化转化器内的NH3和温度。NH3解吸与进入的NOx具有大体较弱的相关性。图2中示意性地示出的过程具有数据调制或预处理的第一阶段10。在步骤11，确定催化转化器3上游和下游的NOx值，以及排气质量流量。在步骤12，最后N个采样值被存储在存储器中，而在步骤13，这些采样值被用于在排气质量流量上游和下游产生NOx值的向量。可在20秒内以每秒一次收集样本，或以其他适合的时间量收集。在第二阶段14，开始构建模型，或者换句话说，产生NOx和NH3模型，更准确地，产生NOx转化和NH3泄漏行为。在步骤15，建立和/或适应性修改模型。在步骤16，例如，根据下列算法确定催化转化器3下游的NOx和NH3的估算NOxPostEstV和NH3P0stEstV。确定估算能够被认为是建立模型的一部分。在此，具有一级动力学的OD CSTR (连续的搅拌槽型反应器)模型在此处被用于NOx建模 NOxPos Ih s tv =--1 | kR
KxhFhnv V信号可以是标量(样本或采样)或向量(带有元件类型操作的时间窗)。假设反应速率(kK)的系数对于时间窗是常量。使用最小二乘降维法，能够解析地确定反应速率的最优系数
T I I Γ NOxPrel I 、
ExhFlowlNOxPosil
INOx Pr e2ε = ExhFlow2 kR — NOxPost2 +1 = (ffcs — y)
INOxVx eN
^ ExhFlow N _ NOxPost N ^其中
INOx Pr e{
ExhFlowlNOxPost t
INOx Pr e2Θ = ExhFlow2,J = I— NOxPost 2
INOx Prev
ExhFIow NNOxPost N最优化准则min( ε τ ε )导致kE= ( θ τ θ ) θ Ty借助线性时间算法，执行NH3泄漏或册13泄漏行为的建模NH3Po s tE s t V=an+ba和b是将被适应性修改的常量，而η是从O到时间范围_1的样本数量。通过使最小二乘准则最小化而计算a和b,如在NOx模型的情况中
权利要求
1.一种用于具有SCR催化转化器的排气系统的NOx传感器的过滤方法，所述过滤方法包括 确定所述催化转化器上游的NOx浓度； 测量所述催化转化器下游的NOx浓度； 建模NOx转化； 建模NH3泄漏行为； 计算NOx模型的NOx误差； 计算NH3模型的NH3误差； 当所述NOx误差与所述NH3误差的比率大于上限阈值时，将所述NOx传感器的数据指定为NH3测量值；以及 当所述NOx误差与所述NH3误差的比率小于下限阈值时，将所述NOx传感器的数据指定为NOjJiJ量值。
2.根据权利要求I所述的过滤方法，其中通过传感器确定所述催化转化器上游的所述NOx浓度。
3.根据权利要求I所述的过滤方法，其中通过模型确定所述催化转化器上游的所述NOx浓度，所述模型确定由发动机产生的NOx的数量和/或浓度，所述发动机连接至所述排气系统的上游。
4.根据权利要求I所述的过滤方法，其中所述NOx转化的动力学模型用于所述建模NOx转化。
5.根据权利要求I所述的过滤方法，其中线性时间算法用于所述建模NH3泄漏行为。
6.根据权利要求I所述的过滤方法，其中用I秒的采样时间，在采样瞬时执行所述NOx和NH3误差的所述计算。
7.根据权利要求6所述的过滤方法，其中为了所述NOx误差和所述NH3误差的所述计算，在20秒的时间帧中，使用时间上更早的采样瞬时的值。
8.根据权利要求I所述的过滤方法，其中所述催化转化器的温度被考虑为指定所述测量值。
9.根据权利要求I所述的过滤方法，其中绝对传感器和/或误差信号被考虑用于确定、建模、计算和/或指定。
10.一种用于具有SCR催化转化器的排气系统的NOx传感器的过滤器，所述过滤器具有用于所述NOx传感器的信号的信号输入、用于执行如权利要求I所述的过滤方法的算术单元以及用于输出所述过滤方法的结果的信号输出。
11.一种用于耦合至排气系统的发动机的方法，该方法包括 基于NOx和NH3泄漏的量，调节供应至催化剂的还原剂的量，所述催化剂布置在所述排气系统中，通过来自共用传感器的输出确定所述NOx和NH3泄漏，所述输出基于NOx和NH3误差仅被指定至NH3泄漏和NOx泄漏中的一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述共用传感器为所述催化剂下游的NOx传感器。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将来自所述催化剂上游的NOx传感器的输出和来自所述催化剂下游的NOx传感器的输出应用至NOx模型和NH3模型，以及计算来自所述NOx模型的所述NOx误差和来自所述NH3模型的所述NH3误差。
14.根据权利要求13所述的方法，其中如果NOx模型误差与NH3模型误差的比率超过阈值，则来自所述催化剂下游的所述NOx传感器输出被指定为NOx泄漏量，并且如果所述NOx泄漏量大于零，则增 大所述还原剂的量。
15.根据权利要求13所述的方法，其中如果NOx模型误差与NH3模型误差的比率低于阈值，则将来自所述催化剂下游的所述NOx传感器输出指定为所述NH3泄漏量，并且如果所述NH3泄漏量大于零，则降低供应的所述还原剂的量。
16.—种方法,包括 如果经过SCR催化剂的NOx泄漏超过了第一阈值，则增大供应至所述SCR催化剂的还原剂的量；以及 如果经过所述SCR催化剂的NH3泄漏超过了第二阈值，则降低供应至所述SCR催化剂的所述还原剂的量，根据下游NOx传感器以及NOx模型误差与NH3模型误差的比率而确定所述NOjJttt漏和NH3泄漏。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括通过将测量的上游NOx值、测量的下游NOx值和排气质量流量值的集合应用至NOx模型，估算下游NOx值，以及通过将测量的上游NOx值、测量的下游NOx值和排气质量流量值的集合应用至NH3模型，估算下游NH3值。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过将估算的所述下游NOx值与测量的NOx值比较而确定所述NOx模型误差，以及通过将估算的所述下游NH3值与所述测量的NOx值比较而确定所述NH3模型误差。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括如果所述NOx模型误差超过所述NH3模型误差阈值量，则将来自所述下游NOx传感器的输出指定为所述NH3泄漏。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括如果所述NH3模型误差超过所述NOx模型误差阈值量，则将来自所述下游NOx传感器的输出指定为所述NOx泄漏。
全文摘要
本发明涉及用于排气系统的NOx传感器的过滤方法和过滤器。本发明涉及一种确定经过催化剂的NH3泄漏的实施例。在一个例子中，用于具有SCR催化转化器的排气系统的NOx传感器的过滤方法包括确定催化转化器上游的NOx浓度、测量催化转化器下游的NOx浓度、建模NOx转化；建模NH3泄漏行为、计算NOx模型的NOx误差、计算NH3模型的NH3误差、当NOx误差与NH3误差的比率大于上限阈值时，将NOx传感器的数据指定为NH3测量值、以及当NOx误差与NH3误差的比率小于下限阈值时，将NOx传感器的数据指定为NOx测量值。以此方式，可以根据共用传感器确定NOx泄漏和NH3泄漏。
文档编号F01N11/00GK102817685SQ201210189099
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月8日 优先权日2011年6月9日
发明者M·巴莱诺维奇, Y·M·S·雅各布 申请人:福特环球技术公司