控制催化單元中的氨水平的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化(還原)系統(tǒng)，例如選擇性催化還原（SCR)系統(tǒng)，并且具體地但不是 唯一地涉及還原劑(例如尿素）的配給的控制，以控制車輛排氣的催化系統(tǒng)的催化單元中的 氨水平。
【背景技術(shù)】
[0002]在控制選擇性催化還原（SCR)催化單元的已知方法中，將正確量的還原劑(例如尿 素)噴到SCR單元的上游，其然后轉(zhuǎn)換成氨。SCR單元中需要足夠的氨水平以提供最大的NOx 轉(zhuǎn)換效率；然而，保持從排氣輸出(逸出）的氨水平為低值也是非常重要的。
[0003]為了滿足排放法規(guī)，SCR催化劑需要閉環(huán)控制以便修正由于催化劑老化、尿素噴射 器偏移、尿素質(zhì)量變化等等可能引起的偏差。NOx傳感器被廣泛地用于執(zhí)行這個閉環(huán)控制。 還已知的是，使用氨傳感器代替常規(guī)的NOx傳感器來控制SCR系統(tǒng)中的尿素配給，也利用閉 環(huán)控制。
[0004]催化系統(tǒng)的閉環(huán)控制中目前使用的氨檢測有兩種主要方式。在一個中，利用氨傳 感器連同NOx傳感器為氨測量做準(zhǔn)備，從而排氣成分能夠被完全地表征。既對NOx又對氨 敏感的NOx傳感器通過氨傳感器信號得以補(bǔ)償。這個控制因此依賴于精確的NOx和氨測量 以相應(yīng)地適當(dāng)調(diào)整尿素配給。
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種有效的方法和系統(tǒng)以控制氨(逸出），其是精確且有效 的。本發(fā)明的另一目的是提供這樣的控制，其不需要相當(dāng)大的處理能力，而且利用最少的傳 感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一個方面，提供一種控制催化排氣系統(tǒng)中的氨水平的方法，包括：i)為 從所述系統(tǒng)或所述系統(tǒng)的催化單元出來的氨逸出/氨輸出提供目標(biāo)值；ii)比較所述目標(biāo) 值與反饋值以根據(jù)所述比較提供指令值，所述指令值用來控制還原劑到所述排氣系統(tǒng)中的 配給；iii)輸入所述指令值給傳遞函數(shù)或模型以提供對從所述催化單元/系統(tǒng)出來的氨逸 出/氨輸出的估計值；iv)測量從所述單元/系統(tǒng)出來的實際氨逸出/氨輸出；v)比較來自 iv)的所述實際值與來自步驟iii)的所述估計值；vi)根據(jù)v)中的所述比較提供ii)中的 所述反饋值。
[0007]該傳遞函數(shù)優(yōu)選為所述催化系統(tǒng)/單元的逸出模型。優(yōu)選地，該傳遞函數(shù)是一階 滯后函數(shù)。該傳遞函數(shù)可包括下列參數(shù)中的一個或多個：測得或估計的排氣流量、催化劑溫 度和所述催化系統(tǒng)/單元內(nèi)的氨水平。
[0008]-階滯后函數(shù)的時間常數(shù)可以是
[0009]式中，mexh是測得或估計的排氣流量。
[0010] 反饋值可以通過應(yīng)用另一傳遞函數(shù)到來自步驟v)的比較的差值來提供。該另一 傳遞函數(shù)可以是一階滯后濾波器。
[0011] 該還原劑可以是尿素。該方法可包括將所述指令信號轉(zhuǎn)換成用于尿素噴射/配給 裝置的信號。
[0012] 該方法可包括用從開環(huán)控制提供的用于尿素噴射/配給裝置的另一信號補(bǔ)充用 于尿素噴射/配給裝置的所述信號。該開環(huán)控制可以具有一個或多個輸入?yún)?shù)，選自：從排 氣和/或發(fā)動機(jī)輸出的NOx水平；排氣質(zhì)量流量；和催化劑溫度。
[0013] 在另一方面中，提供一種控制催化排氣系統(tǒng)中的氨水平的系統(tǒng)，包括：為從所述系 統(tǒng)或所述系統(tǒng)的催化單元出來的氨逸出/氨輸出提供目標(biāo)值的裝置；比較所述目標(biāo)值與反 饋值以根據(jù)所述比較提供指令值的第一比較裝置，和用于根據(jù)所述指令值控制還原劑到所 述排氣系統(tǒng)中的配給的裝置；輸入所述指令值給傳遞函數(shù)或模型以提供對從所述催化單元 /系統(tǒng)出來的氨逸出/氨輸出的估計值的裝置；測量從所述單元/系統(tǒng)出來的實際氨逸出/ 氨輸出的裝置；比較所述實際值與所述估計值的第二比較裝置；根據(jù)來自所述比較裝置的 輸出提供所述反饋值的裝置。
【附圖說明】
[0014] 現(xiàn)在將以舉例的方式描述本發(fā)明，參照附圖，其中： 圖1示意地示出車輛排氣系統(tǒng)的選擇性催化還原系統(tǒng)中使用的部件。
[0015] 圖2a示出用于控制還原劑配給的簡單的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
[0016] 圖2b示出根據(jù)一個例子的用于控制還原劑配給的控制系統(tǒng)。
[0017] 圖3示出根據(jù)優(yōu)選方面的逸出模型的例子，可用來提供控制系統(tǒng)的函數(shù)。
[0018] 圖4示出氨逸出和NOx輸出如何隨SCR單元中的氨水平而變。
[0019] 圖5示出根據(jù)一個例子，尿素配給的閉環(huán)控制如何能連同開環(huán)控制一起使用。
[0020] 圖6示出用于實施圖5實施例的傳感器的略圖。
[0021] 圖7a和b示出本發(fā)明的實施例子的結(jié)果，分別針對過量配給和不足配給。
[0022] 圖1示意地示出選擇性催化還原系統(tǒng)中使用的部件。示出了發(fā)動機(jī)1，其具有排氣 系統(tǒng)2,包括柴油機(jī)氧化催化劑（D0C)單元3、柴油機(jī)顆粒單元上的SCR催化劑（SCRF) 4以 及SCR催化單元5。配給噴射器6包括在D0C與SCRF單元之間，并且供自尿素輸送模塊7， 其包括SCR罐8。尿素供應(yīng)是通過電熱進(jìn)給管路9的。配給噴射器適合于噴射尿素到SCRF 單元上游的排氣系統(tǒng)里。因為配給噴射器鄰近排氣系統(tǒng)定位，為了冷卻它，供應(yīng)來自（例如 發(fā)動機(jī)）冷卻系統(tǒng)的水；冷卻系統(tǒng)可包括熱交換器/散熱器10。配給噴射器由SCR驅(qū)動模 塊11控制，其進(jìn)一步地由發(fā)動機(jī)電子控制單元（E⑶）12控制。
[0023]當(dāng)把尿素噴入排氣中時，它轉(zhuǎn)變成氨。在SCRF中，氨把NOx氣體轉(zhuǎn)變成氮和水。 為了有效地起作用，SCRF單元需要操作成接近滿的氨容量。然而，因為不希望通過排氣散 發(fā)氨，加入可選的SCR催化單元以分解氨。可以包含氨傳感器13和控制器14;這些可以與 E⑶和SCR驅(qū)動模塊通信。
【具體實施方式】
[0024] 根據(jù)例子，單個氨傳感器用來實施尿素配給/噴射的控制以提供所需水平的氨在 SCRF或其它催化單元中。這個控制能被用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。SCR催化單元中的氨水平優(yōu) 選為保持在獲得最優(yōu)NOx轉(zhuǎn)換效率的水平。氨逸出，也就是氨從SCRF單元出來，會存在并 且優(yōu)選為由氨傳感器可測量；這將會是當(dāng)氨存儲位置幾乎充滿著氨時的情形。利用氨進(jìn)行 的NOx還原用儲存的氨發(fā)生在催化劑表面。
[0025] 在第一SCR下游增加第二催化劑（SCR或凈化催化劑）能夠防止氨從排氣管逸出， 同時進(jìn)一步提高NOx轉(zhuǎn)換效率。這樣的系統(tǒng)也是符合所描述的發(fā)明。
[0026] 圖2a中示出傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，用于與圖2b示出的根據(jù)一個例子的控制系統(tǒng)作比 較。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，設(shè)定氨目標(biāo)水平，其可以由發(fā)動機(jī)控制單元設(shè)定或者被裝載到發(fā)動機(jī) 控制單元上。這個提供輸入給實際(真實)系統(tǒng)15,尿素配給應(yīng)據(jù)此而調(diào)整以便維持逸出中 的期望氨水平。適當(dāng)定位的氨傳感器(例如，在催化/SCR單元的正下游）測量氨水平，并且 在閉環(huán)控制中，反饋表征氨的信號，從而在20處比較氨水平的需求和實際值。根據(jù)這個比 較適當(dāng)?shù)乜刂颇蛩嘏浣o以改變指令值，并且適當(dāng)?shù)乜刂颇蛩嘏浣o單元。
[0027] 圖2b示出根據(jù)一個例子的實施例，其包括另一閉環(huán)控制16,總體上用虛線表示。 如前所述，設(shè)定目標(biāo)氨水平并且輸入到控制系統(tǒng)中。這又在20處與反饋水平作比較以提供 指令水平(信號)，其被輸入實際系統(tǒng)。指令信號又被饋入傳遞函數(shù)P。該傳遞函數(shù)可以被看 做模型或〃逸出緩沖器"。本領(lǐng)域人員很清楚如何能夠提供和實施這樣的傳遞函數(shù)P。傳 遞函數(shù)對尿素噴射/指令建模并將其與氨逸出關(guān)聯(lián)；優(yōu)選以計算有效方式進(jìn)行建模。
[0028] 逸出模型(或傳遞函數(shù))P提供逸出中的氨水平的估計值。這然后在17與實際(測 量值）作比較以提供反饋信號，其然后在20處與目標(biāo)值作比較以調(diào)整尿素的控制，如所示。 傳遞函數(shù)P優(yōu)選為一階滯后濾波器，具有與排氣質(zhì)量流量成反比的時間常數(shù)。
[0029] 在所示例子中，反饋環(huán)路優(yōu)選地包括另一傳遞函數(shù)F，其在優(yōu)選例子中可以是一階 滯后濾波器。
[0030] 在下面的控制結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)也優(yōu)選為一階滯后濾波器，具有固定的可標(biāo)定時間常數(shù)從 而確?？刂品€(wěn)定性和快速擾動抑制。因為傳遞函數(shù)P有效地嵌入催化系統(tǒng)/單元的動態(tài)模 型，所以傳遞函數(shù)F的標(biāo)定是直接了當(dāng)?shù)牟⑶遗c已經(jīng)實施在P中的系統(tǒng)的特性無關(guān)。
[0031] 在一個優(yōu)選實施例中，如所提及的，傳遞函數(shù)P是具有時間常數(shù)t的一階滯后濾 波器，該常數(shù)與排氣質(zhì)量流量mMh成反比，見下文：
傳遞函數(shù)由現(xiàn)象邏輯物理模型產(chǎn)