CN101637702B - 选择性催化还原催化剂当前储存量的估算 - Google Patents

选择性催化还原催化剂当前储存量的估算 Download PDF

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Abstract

选择性催化还原催化剂当前储存量的估算：所涉及的配量控制***包括：选择性催化还原(SCR)分析模块和配量管理模块。SCR分析模块估算SCR催化剂下游的氨(NH3)漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率。SCR分析模块基于所述NH3漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率来估算NH3变化速率并基于所述NH3变化速率来估算NH3储存量变化。SCR分析模块基于所述NH3储存量变化来估算由所述SCR催化剂所储存的NH3。配量管理模块基于由所述SCR催化剂所储存的NH3来控制在所述SCR催化剂的上游向排放物***里的配量剂喷射。

Description

选择性催化还原催化剂当前储存量的估算
相关申请的参见
本发明要求2008年7月31日提交的美国临时申请No.61/084,843的受益权。在此以引用的方式引入上述申请的全部公开内容。
本申请与2009年4月3日提交的美国专利申请No.__(代理人案号No.P003868-PTE-CD)和2009年4月3日提交的美国专利申请No.__(代理人案号No.P003869-PTE-CD)相关。在此以引用的方式引入上述申请的全部公开内容。
技术领域
本发明涉及发动机***，更具体地，涉及排放物处理***。
背景技术
此处提供的背景技术描述，目的是为了从整体上介绍本发明的背景。在背景技术部分中描述的目前署名的发明人的工作，以及在提交时可能不构成现有技术的描述的各个方面，既没有明示地也没有默示地被认为是针对本发明的现有技术。
现在参照图1，示出了发动机***100的功能方块图。空气通过进气歧管104被吸入发动机102中。节流阀106控制进入发动机102的气流。电子节流阀控制器(ETC)108控制节流阀106，并从而控制进入发动机102的气流。空气与来自一个或多个燃料喷射器110的燃料混合以形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机102的一个或多个汽缸中燃烧，例如在汽缸112中。空气/燃料混合物的燃烧生成转矩。
空气/燃料混合物的燃烧所产生的排放物从汽缸排放到排放物***113。排放物可包括颗粒物质(PM)和气体。排放的气体包括氮氧化物(NOx)，例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。排放物***113包括处理***114，处理***114减少排放物中NOx和PM各自的含量。
处理***114包括柴油氧化催化剂(DOC)116、配量剂喷射器118和选择性催化还原(SCR)催化剂120。排放物从发动机102流向DOC116。DOC116从排放物中去除碳氢化合物和/或碳氧化物。配量剂喷射器118在SCR催化剂120的上游向排放物流中喷射配量剂。由配量剂提供的NH3被SCR催化剂120吸收。NH3与经过SCR催化剂120的排放物中的NOx发生反应。
发动机控制模块(ECM)130控制发动机102的转矩输出。ECM130包括配量模块140，其控制配量剂喷射器118所喷射的配量剂的质量流速。这样，配量模块140控制供应给SCR催化剂120的NH3。特别地，配量模块140控制提供给SCR催化剂120的NH3，以调节SCR催化剂120所储存的氧的量。
配量模块140基于来自各种传感器的信号控制所喷射的配量剂的质量流速。仅作为实例，传感器包括：一个或多个NOx传感器，诸如NOx传感器142和144；一个或多个温度传感器，诸如温度传感器146、148和150；和/或一个或多个氧传感器，诸如氧传感器152。
配量模块140可进一步基于来自其它传感器154的信号控制提供给SCR催化剂120的NH3。仅作为实例，其它传感器154可包括歧管绝对压力(MAP)传感器、质量空气流量(MAF)传感器、节流阀位置传感器(TPS)、进气温度(IAT)传感器和/或其它传感器。
SCR催化剂120所储存的NH3的量称为当前储存量(mol)。从排放物中去除的NOx的百分比称为转化效率或NOx转化率。NOx转化率与SCR催化剂120的当前储存量直接相关。例如，NOx转化率随着SCR催化剂120的当前储存量的增加而提高。配量模块140控制所提供的NH3，使得最大限度地提高NOx转化率。
发明内容
一种配量控制***，包括：选择性催化还原(SCR)分析模块和配量管理模块。SCR分析模块估算SCR催化剂下游的氨(NH3)漏失(slip)速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率。SCR分析模块基于NH3漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率来估算NH3变化速率并基于NH3变化速率来估算NH3储存量变化。SCR分析模块基于NH3储存量变化来估算由SCR催化剂所储存的NH3。配量管理模块基于由SCR催化剂所储存的NH3来控制在SCR催化剂的上游向排放物***里的配量剂喷射。
在其它特征中，SCR分析模块估算在SCR催化剂上游的NH3吸收速率和NH3解吸速率，并基于配量剂喷射速率、NH3吸收速率和NH3解吸速率来估算NH3供应速率。
在另一些其它的特征中，SCR分析模块基于NH3吸收速率与配量剂喷射速率和NH3解吸速率之和之间的差来确定NH3供应速率。
在进一步特征中，SCR分析模块基于配量剂喷射速率、预计的上游NH3吸收、上游NH3时间常数和在SCR催化剂的上游所储存的NH3的量来估算NH3吸收速率和NH3解吸速率。
在又进一步的特征中，基于在SCR催化剂上游所测量的排放物温度和排放物流速来确定预计的上游NH3吸收和上游NH3时间常数。
在其它特征中，SCR分析模块估算在SCR催化剂下游的NH3吸收速率和NH3解吸速率，并基于NH3漏失速率、NH3吸收速率和NH3解吸速率来估算NH3输出速率。SCR分析模块基于NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率和NH3输出速率莱估算NH3变化速率。
在另一些其它的特征中，SCR分析模块基于NH3吸收速率与NH3解吸速率和NH3漏失速率之和之间的差来估算NH3输出速率。
在进一步特征中，SCR分析模块基于NH3漏失速率、预计的下游NH3解吸、下游NH3时间常数和在SCR催化剂的下游所储存的NH3的量来估算NH3吸收速率和NH3解吸速率。
在又进一步的特征中，基于在SCR催化剂下游所测量的排放物温度和排放物流速来确定预计的下游NH3解吸和下游NH3时间常数。
在其它特征中，SCR分析模块基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂的空速、SCR催化剂上游的氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)占NOx的比率和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3转化速率。
在另一些其它的特征中，SCR分析模块基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂上游的氧和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3氧化速率。
在进一步特征中，SCR分析模块基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂的空速、NH3供应速率和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3漏失速率。
在又进一步的特征中，SCR分析模块基于NH3供应速率与NH3转化速率、NH3氧化速率和NH3漏失速率之和之间的差来估算NH3变化速率。
一种配量控制方法，包括：估算选择性催化还原(SCR)催化剂下游的氨(NH3)漏失速率；估算NH3转化速率；估算NH3供应速率；估算NH3氧化速率；基于NH3漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率来估算NH3变化速率；基于NH3变化速率来估算NH3储存量变化；基于NH3储存量变化来估算由SCR催化剂所储存的NH3。该配量控制方法还包括基于由SCR催化剂所储存的NH3来控制在SCR催化剂的上游向排放物***里的配量剂喷射。
在其它特征中，该配量控制方法还包括：估算在SCR催化剂上游的NH3吸收速率和NH3解吸速率；基于配量剂喷射速率、NH3吸收速率和NH3解吸速率来估算NH3供应速率。
在另一些其它的特征中，该配量控制方法还包括：基于NH3吸收速率与配量剂喷射速率和NH3解吸速率之和之间的差来确定NH3供应速率。
在进一步特征中，该配量控制方法还包括：基于配量剂喷射速率、预计的上游NH3吸收、上游NH3时间常数和在SCR催化剂的上游所储存的NH3的量来估算NH3吸收速率和NH3解吸速率。
在又进一步的特征中，该配量控制方法还包括：基于在SCR催化剂上游所测量的排放物温度和排放物流速来确定预计的上游NH3吸收和上游NH3时间常数。
在其它特征中，该配量控制方法还包括：估算在SCR催化剂下游的NH3吸收速率和NH3解吸速率以及基于NH3漏失速率、NH3吸收速率和NH3解吸速率来估算NH3输出速率。估算NH3变化速率包括：基于NH3转化速率、NH3供应速率、NH3氧化速率和NH3输出速率来估算NH3变化速率。
在另一些其它的特征中，该配量控制方法还包括：基于NH3吸收速率与NH3解吸速率和NH3漏失速率之和之间的差来估算NH3输出速率。
在进一步特征中，该配量控制方法还包括：基于NH3漏失速率、预计的下游NH3解吸、下游NH3时间常数和在SCR催化剂的下游所储存的NH3的量来估算NH3吸收速率和NH3解吸速率。
在又进一步的特征中，该配量控制方法还包括：基于在SCR催化剂下游所测量的排放物温度和排放物流速来确定预计的下游NH3解吸和下游NH3时间常数。
在其它特征中，该配量控制方法还包括：基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂的空速、SCR催化剂上游的氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)占NOx的比率和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3转化速率。
在另一些其它的特征中，该配量控制方法还包括：基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂上游的氧和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3氧化速率。
在进一步特征中，该配量控制方法还包括：基于SCR催化剂的温度、SCR催化剂的空速、NH3供应速率和由SCR催化剂所储存的NH3来估算NH3漏失速率。
在又进一步的特征中，该配量控制方法还包括：基于NH3供应速率与NH3转化速率、NH3氧化速率和NH3漏失速率之和之间的差来估算NH3变化速率。
本发明进一步的应用领域从下面提供的具体实施方式中将变得显而易见。应该理解，具体实施方式和具体实例仅仅用于说明的目的，并非意在限制本发明的范围。
附图说明
从具体实施方式和附图中将对本发明有更充分的理解，其中：
图1是根据现有技术的发动机***的功能方块图；
图2是根据本发明的原理的示例性发动机***的功能方块图；
图3是根据本发明的原理的示例性配量控制模块的功能方块图；
图4A-4B是根据本发明的原理的示例性选择性催化还原(SCR)分析模块的功能方块图；
图5A-5B是根据本发明的原理的在SCR催化剂上游和下游的NH3吸收和解吸的图示；以及
图6是描绘了根据本发明的原理SCR分析模块所执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述实质上只是示例性的，绝不是用来限制本发明、它的应用或使用。为了清楚起见，在附图中采用相同的标记号来标记相似的元件。如本文所使用的，句子“A、B和C中的至少一个”应该被解释成意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应该理解，方法中的各步骤可以不同的顺序执行，而不改变本发明的原理。
如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的，专用的或分组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或其它提供所述功能的合适构件。
根据本发明的配量控制***控制在选择性催化还原(SCR)上游所喷射的配量剂的质量流速。配量控制***基于SCR催化剂所储存的NH3来控制配量剂的喷射。SCR催化剂所储存的NH3的量称为当前储存量。
配量控制***估算NH3供应给SCR催化剂的速率(即，NH3供应速率)和所储存的NH3通过与NOx反应而从SCR催化剂中去除的速率(即，NH3转化速率)。配量控制***也估算NH3被氧化的速率(即，NH3氧化速率)和SCR催化剂下游NH3的流速(即，NH3漏失速率)。配量控制***基于NH3供应速率、NH3转化速率、NH3氧化速率和NH3漏失速率来确定当前储存量。配量控制***可基于上游和下游NH3的吸收和解吸来调节当前储存量。
现在参照图2，示出了示例性发动机***200的功能方块图。发动机102可为，例如，汽油型内燃发动机、柴油型内燃发动机、混合动力型发动机和/或另一种类型的发动机。发动机102通过在发动机102的汽缸中燃烧空气/燃料混合物而生成转矩。发动机102可包括多个汽缸，例如汽缸112。仅作为实例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10或12个汽缸。空气/燃料混合物的燃烧产生排放物。
由空气/燃料混合物的燃烧所产生的排放物从汽缸排放到排放物***213。排放物***213包括处理***214，处理***214减少排放物中颗粒物质(PM)和氮氧化物(NOx)。处理***214包括柴油氧化催化剂(DOC)116、配量剂喷射器118和SCR催化剂120。
配量剂喷射器118在SCR催化剂120的上游向排放物流中喷射配量剂。配量剂可为尿素(CO(NH2)2)、氨(NH3)和/或其它配量剂。在喷射尿素的实施例中，尿素与排放物反应并产生NH3。在某些例子中，配量剂可以用例如水(H2O)来稀释。在这样的实施例中，来自废气的热量使水蒸发，也是产生NH3。下面提供了用于说明从配量剂溶液产生NH3的示例性化学方程式。HCNO+H2→NH3+CO2
SCR催化剂120储存(即吸收)由配量剂供应的NH3。仅作为实例，SCR催化剂120可包括钒催化剂和/或沸石催化剂。SCR催化剂120可实施成带有柴油颗粒过滤器(DPF)或实施成另外合适的结构。下面提供了用于说明NH3吸收的化学方程式。NH3+S→NH3(S)
SCR催化剂120催化所储存的NH3和经过SCR催化剂120的NOx之间的反应。SCR催化剂120所储存的NH3的量称为当前储存量(mol)。NOx和NH3以已知率反应，该率称为k3ox。反应率k3ox由以下方程描述： k 3 ox = XmolNH 3 1 molNOx 其中，X根据排放物中NO2的量而变化。仅作为实例，X在1.0和1.333之间变化。
通过NOx和NH3的反应而从排放物中去除的NOx的百分比称为转化效率或NOx转化率。NOx转化率与SCR催化剂120的当前储存量直接相关。仅作为实例，NOx转化率随着当前储存量的增加而提高。
但是，SCR催化剂120的当前储存量受限于NH3的最大量(mol)。该NH3的最大量称为SCR催化剂120的最大储存容量。将SCR催化剂120的当前储存量保持在最大储存容量能确保最大量的NOx从排放物中去除。换言之，将当前储存量保持在最大储存容量能确保达到最大的NOx转化率。
将当前储存量保持在最大储存容量或接近最大储存容量也能够增大NH3将从处理***214排出的可能性。这个增大的可能性可归因于最大储存容量和SCR催化剂的温度之间的反比关系。例如，最大储存容量随着SCR温度的升高而减小。被称为NH3漏失的情况发生在NH3从排放物***213中排出时。
当SCR温度在当前储存量等于最大储存容量的时刻升高时，NH3从SCR催化剂120解吸(即，释放)。换言之，SCR温度的升高导致最大储存容量的减小，所储存的超过该减小后的最大储存容量的NH3被解吸。因此，SCR温度的升高可导致NH3漏失。下面提供了用于说明NH3解吸的示例性化学方程式。NH3(S)→NH3+S
配量剂所供应的NH3的全部或者一部分在被SCR催化剂120吸收之前或之后可氧化。例如，NH3可与排放物中的氧反应，产生氮气(N2)和水(H2O)。NH3氧化可由例如排放物提供的热量所诱发。下面提供了用于说明NH3氧化的示例性化学方程式。4NH3+3O2→2N2+6H2O
NH3和NOx的反应产生氮气和水。排放物的其它成分，例如氧(O2)，也可参与NH3和NOx的反应。下面提供的示例性化学方程式说明了NH3和NOx的反应。4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O8NH3+6NO2→7N2+12H2O
处理***214包括NOx传感器142和144，以及温度传感器146、148和150。处理***214也包括氧传感器152。NOx传感器142位于DOC116的上游，NOx传感器144位于SCR催化剂120的下游。在其它实施例中，NOx传感器142位于DOC116和SCR催化剂120之间。
NOx传感器142和144分别测量SCR催化剂120上游和下游的NOx。换言之，NOx传感器142和144测量流入和流出SCR催化剂120的NOx。NOx传感器142和144产生对应于它们各自位置处的NOx的浓度(ppm)的信号，这些信号分别称为NOxIN和NOxOUT。
温度传感器146、148和150位于排放物***213的不同地方。仅作为实例，如图2所示，温度传感器148位于DOC116的下游和SCR催化剂120的上游，温度传感器150位于SCR催化剂120的下游。温度传感器146位于DOC116的上游。温度传感器146、148和150分别测量在它们各自位置处的排放物温度并输出对应于该测量温度的信号。由温度传感器146、148和150输出的信号分别称为TA、TB和TC。
发动机控制模块(ECM)230控制发动机102的转矩输出。ECM230包括配量控制模块240，其控制配量剂喷射器118所喷射的配量剂的质量流速。这样，配量控制模块240控制供应给SCR催化剂120的NH3。所供应的配量剂的质量流速称为DAIN(g/s)，NH3供应给SCR催化剂120的速率称为NH3供应速率。
配量控制模块240控制DAIN以最大限度地提高NOx转化率和最大限度地减少NH3漏失。配量控制模块240基于供应给SCR催化剂120的NH3的量、通过与NOx反应而转化的NH3的量、解吸的NH3的量、被氧化的NH3的量和/或其它参数来估算SCR催化剂120的当前储存量。
配量控制模块240也估算将由NOx传感器144测量的下游NOx浓度(即，NOxOutPred)。配量控制模块240将这个对下游NOx的估算与来自NOx传感器144的反馈一起使用。但是，NOx传感器144对NH3交叉敏感(crosssensitive)。因此，NOxOUT包括在SCR催化剂120下游所测量的NOx和在SCR催化剂120下游所测量的NH3。
配量控制模块240调节NOxOutPred以解决NOx传感器144的交叉敏感性。此外，配量控制模块240调节NOxOutPred以解决NOx传感器144的特性，诸如NOx传感器144的时间常数。针对NOx传感器144的交叉敏感性和NOx传感器144的特性而调节的NOxOutPred称为NOxOutADJ。
配量控制模块240也基于排放物经过处理***214到达NOx传感器144位置处所需的时间来延迟NOxOutADJ。这段时间称为运输延迟(秒)。配量控制模块240存储NOxOutADJ并延迟NOxOutADJ的使用，直到对应于运输延迟的那段时间已经过去。这样，配量控制模块240避免了将NOxOutADJ与来自NOx传感器144的反馈一起使用，直到NOx传感器144产生相应的NOxOUT信号。
配量控制模块240基于NOxOutADJ和NOxOUT之差来确定误差项(即，NOxERR)。配量控制模块240也确定可能的NOxERR来源。仅作为实例，配量控制模块240确定NOxERR是否归因于SCR催化剂120的中毒、SCR催化剂120的老化和/或确定SCR催化剂120的当前储存量时的不准确。其它可能的NOxERR来源包括，例如，调节NOxOutPred时的不准确，确定NH3漏失时的不准确，和/或另外的来源。
配量控制模块240选择性地调节数据，诸如当前储存量。配量控制模块240基于例如NOxERR来确定是否要调节当前储存量。如果配量控制模块240确定要调节当前储存量，那么配量控制模块240将确定该调节应该是增加还是减少以及该调节的幅度。这样，配量控制模块240调节当前储存量以便将来控制供应给SCR催化剂120的NH3和/或对NOx输出的估算。尽管示出的配量控制模块240位于ECM230中，但是配量控制模块240可位于其它位置，诸如ECM230的外面。
现在参照图3，示出了配量控制模块240的示例性实施例的功能方块图。配量控制模块240包括比率确定模块302、SCR分析模块304、SCR温度模块306、配量管理模块308和配量启动模块310。配量控制模块240也包括调节模块312、求差模块314和误差模块316。
比率确定模块302估算流入SCR催化剂120的NOx中NO2的比率，并相应地产生NO2∶NOxIN信号。流入SCR催化剂120的NOx中NO2的比率称为NO2比率。
比率确定模块302基于排放物状况和NOxIN来确定NO2比率。排放物状况包括，例如，排放物压力、排放物温度、排放物流速(EFR)、空气/燃料混合物、和/或其它排放物参数。排放物压力可测量，例如，在DOC116的上游。比率确定模块302可将例如TA用作排放物温度。EFR，例如可使用传感器(未示出)来测量和/或基于进入发动机102的MAF来确定。
SCR分析模块304估算与供应给SCR催化剂120的NH3的控制相关的各种参数。仅作为实例，SCR分析模块304确定前馈参数，诸如SCR催化剂120的最大储存容量(即，NH3Max)和SCR催化剂120的当前储存量(即，NH3St)。SCR分析模块304也估算各种反馈相关的参数，诸如SCR催化剂120下游的NOx(即，NOxOutPred)和SCR催化剂120下游的NH3(即，NH3Slip)。
SCR分析模块304基于SCR温度确定SCR催化剂120的最大储存容量。例如，当SCR温度升高时，最大储存容量减小。SCR分析模块304也可基于其它参数诸如EFR来确定最大储存容量。
SCR温度模块306基于温度TA、TB和/或TC来确定SCR温度。也可基于SCR催化剂120的结构来确定SCR温度。例如，在一些实施例中，SCR催化剂120被分割成区段。SCR催化剂120中可包含缓冲剂，诸如在各区段之间和/或在SCR催化剂120之后。SCR温度模块306可确定每个区段的温度或SCR催化剂120中各种位置处的温度曲线。
根据本发明的原理的SCR分析模块304估算SCR催化剂120的当前储存量并相应地生成NH3St信号。当前储存量对应于SCR催化剂120所储存的NH3的量(mol)。SCR分析模块304可选择性地将当前储存量设置为一个已知值。
SCR分析模块304然后去定当前储存量的变化并相应地调节当前储存量。SCR分析模块304基于供应给SCR催化剂的NH3、被氧化的NH3、NH3漏失、通过与NOx反应而转化的NH3、和/或其它参数来确定当前储存量的变化。这些参数可包括，例如，SCR温度、流入SCR催化剂120的氧、排放物压力、SCR催化剂120的空速、EFR和/或其它参数。
配量管理模块308通过控制所喷射的配量剂的质量流速(即，DAIN)(g/s)来控制供应给SCR催化剂120的NH3。配量管理模块308基于SCR催化剂120的最大储存容量、SCR催化剂120的当前储存量和NOxIN来控制DAIN。配量管理模块308也可基于NO2比率来控制DAIN。更具体地，配量管理模块308确定当前储存量的一个设定点，其将产生最大的NOx转化率和最大限度地减小NH3漏失的潜在可能性。配量管理模块308基于该设定点控制DAIN。
喷射器控制器或驱动器309，接收DAIN并基于DAIN向配量剂喷射器118施加信号。施加给配量剂喷射器118的信号可以是任何合适类型的信号。仅作为实例，可以以对应于DAIN的占空比(即，在一段预定的时间内“开”所占的时间百分比)施加PWM信号。通过控制DAIN，配量管理模块308控制了供应给SCR催化剂120的NH3。
配量启动模块310选择性地启动配量管理模块308。否则，配量管理模块308以及因此供应给SCR催化剂120的NH3被停止。仅作为实例，当排放物温度高于预定温度时，配量启动模块310启动配量管理模块308。当排放物温度低于该温度时，配量剂可能不能转化成NH3。此外，当排放物温度低于预定温度时，SCR催化剂120所储存的NH3可能不能与NOx反应。
SCR分析模块304估算将由NOx传感器144测量的NOx并相应地生成NOxOutPred信号。SCR分析模块304基于SCR催化剂120的空速和SCR温度来估算NOxOutPred。也可基于SCR催化剂120的当前储存量、NO2比率和/或其它参数来估算NOxOutPred。但是，NOxOutPred不能解决NOx传感器144的交叉敏感性。此外，NOxOutPred不能解决运输延迟或NOx传感器144的特性。
SCR分析模块304估算当排放物到达NOx传感器144时所发生的NH3漏失并相应地生成NH3slip信号。将利用估算的NH3漏失来针对NOx传感器144的交叉敏感性而调节NOxOutPred。NH3漏失可包括从SCR催化剂120解吸的NH3、未被吸收而穿过SCR催化剂120的NH3、和/或在SCR催化剂120下游另外来源的NH3。SCR分析模块304基于SCR催化剂120的空速、SCR温度、SCR催化剂120的当前储存量、SCR催化剂120的最大储存容量、和/或其它参数来估算NH3漏失。
调节模块312针对NOx传感器144的交叉敏感性和NOx传感器144的特性而调节NOxOutPred。调节后的NOxOutPred称为NOxOutADJ。调节模块312也基于运输延迟而延迟NOxOutADJ的使用，并输出当对应于运输延迟的那段时间已经过去时的NOxOutADJ。
求差模块314从NOx传感器144接收NOxOUT，从调节模块312接收NOxOutADJ。求差模块314确定NOx误差项并相应地生成NOxERR信号。求差模块314基于NOxOutADJ和NOxOUT之差来确定NOxERR误差项。仅作为实例，NOxERR误差项可确定为NOxOutADJ减去NOxOUT。
误差模块316基于NOxERR来确定一个或多个参数是否应该被调节。误差模块316可确定，例如，SCR催化剂120的当前储存量是否应该被调节。仅作为实例，当NOxERR大于预定值时，误差模块316可确定当前储存量应该被调节。
误差模块316确定调节方向(即，增加还是减少)和调节幅度并相应地调节当前储存量。仅作为实例，当当前储存量小于最大储存容量，NH3slip是小的或为零，NOxERR是大的，误差模块316可增加当前储存量。在这些情况下的大NOxERR可归因于测量NH3漏失的NOx传感器144，NH3漏失发生在当前储存量达到最大储存容量时。仅作为实例，误差模块316可基于最大储存容量或NOxERR来调节当前储存量。
现在参照图4A，示出了SCR分析模块304的示例性实施例的功能方块图。SCR分析模块304包括转化模块402、NH3输入模块403、氧化模块404和漏失模块406。SCR分析模块304也包括加和模块408、积分模块410和当前储存量模块412。
转化模块402确定NH3通过与NOx反应而正在被转化的速率并相应地输出d/dt(NH3CV)信号。换言之，转化模块402确定所储存的NH3因排放物中的NOx而从SCR催化剂120中去除的速率。NH3正在被转化或去除的速率称为NH3转化速率。转化模块402基于SCR温度、SCR催化剂120的空速、NOxIN、NO2比率和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3转化速率。
NH3输入模块403确定NH3正在供应给SCR催化剂120的速率并相应地生成d/dt(NH3IN)信号。NH3正在供应给SCR催化剂120的速率称为NH3供应速率。NH3输入模块403基于DAIN来确定NH3供应速率。NH3输入模块403可进一步基于排放物状况诸如EFR和/或TB来确定NH3供应速率。
氧化模块404估算NH3正在被氧化的速率并相应地输出d/dt(NH3OX)信号。NH3正在被氧化的速率称为NH3氧化速率。NH3氧化可发生在NH3被SCR催化剂120吸收之前和/或NH3被SCR催化剂120储存之时。氧化模块404基于SCR温度、进入SCR催化剂120的氧(即，O2IN)和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3氧化速率。
漏失模块406估算在SCR催化剂120下游NH3漏失的速率并相应地输出d/dt(NH3Slip)信号。NH3漏失的速率称为NH3漏失速率。漏失模块406基于SCR温度、SCR催化剂120的空速、NH3供应速率和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3漏失速率。漏失模块406可进一步基于SCR催化剂120的最大储存容量来确定NH3漏失速率。
加和模块408确定当前储存量的变化速率并相应地输出d/dt(NH3St)信号。加和模块408基于NH3转化速率、NH3供应速率、NH3氧化速率和NH3漏失速率来确定当前储存量的变化速率。仅作为实例且如图4A所示，加和模块408利用以下方程确定当前储存量的变化速率：d/dt(NH3St)＝d/dt(NH3IN)-d/dt(NH3OX)-d/dt(NH3CV)-d/dt(NH3Slip)其中，d/dt(NH3St)是当前储存量的变化速率，d/dt(NH3IN)是NH3供应速率d/dt(NH3OX)是NH3氧化速率，d/dt(NH3CV)是NH3转化速率，以及d/dt(NH3Slip)是NH3漏失速率。
积分模块410基于当前储存量的变化速率确定SCR催化剂120的当前储存量的变化并相应地生成ΔNH3信号。更具体地，积分模块410基于当前储存量的变化速率在一段时间上的积分来确定当前储存量的变化。该段时间可为预定的时长，例如100.0ms。
当前储存量模块412基于当前储存量的变化确定SCR催化剂120的当前储存量。更具体地，当前储存量模块412存储SCR催化剂120的当前储存量。可将当前储存量选择性地设定为一个已知值，例如设定为最大储存容量，此时会发生NH3漏失。当前储存量模块412然后基于当前储存量的变化调节(即，更新)当前储存量。
排放物***213或处理***214也可影响SCR催化剂120的当前储存量和/或NOx的转化。例如，排放物***213的各种构件例如排放物管道可能吸收NH3。该被吸收的NH3稍后解吸。如果不解决，这种吸收和解吸可影响由SCR分析模块304计算的各种参数，例如当前储存量和NOx转化。
现在参照图5A，示出了上游NH3吸收和解吸的影响。迹线502对应于在SCR催化剂120出口处所测量的NOx的量(ppm)。虚迹线504对应于所预计的在SCR催化剂120出口处的NOx的示例量(ppm)。
在时刻506，DAIN增加了，因此NH3的供应增加了。SCR分析模块从而预计被转化的NOx的量将增加，直到SCR催化剂120的NH3当前储存量达到最大储存容量。预计的NOx迹线504下降并在大约750s时达到大约0.0ppm。
可是，测量的NOx迹线502偏离了预计的NOx迹线504并以更慢的速率下降。该偏离可归因于在SCR催化剂120上游的NH3吸收，它导致更少量的NH3可在SCR催化剂120处用于NOx转化。
在时刻508，DAIN被停止，给SCR催化剂120的NH3供应停止了。预计的NOx迹线504随着SCR催化剂120的当前储存量的降低而升高。而测量的NOx迹线502则偏离预计的NOx迹线504并以更慢的速率升高，如箭头510所示。在SCR催化剂120的出口处的这种偏离和更慢的NOx增加可归因于在SCR催化剂120上游的NH3解吸。【0100】现在参照图5B，示出了下游NH3吸收和解吸的影响。虚迹线512对应于包含了SCR催化剂120的处理***的NH3漏失的预计量(ppm)。虚迹线514对应于包含了SCR催化剂120和缓冲剂的处理***的NH3漏失的预计量(ppm)。迹线516对应于所测量的NH3漏失的示例量(ppm)。
在时刻518，供应给SCR催化剂120的NH3超过了最大储存容量。因此，预计的NH3漏失迹线512和514升高。而测量的NH3漏失迹线516偏离了且以比预计的NH3漏失迹线512和514更慢的速率升高。这种NH3漏失的偏离可归因于在SCR催化剂120下游和测量NH3漏失的所在位置的上游的NH3吸收。
在时刻522，DAIN被停止，因此NH3供应也被停止了。预计的NH3漏失迹线512和514以及测量的NH3漏失迹线516因而降低。不过，测量的NH3漏失迹线516以比预计的NH3漏失迹线512更慢的速率降低，如箭头524所示。这种更慢的降低速率可归因于从SCR催化剂120下游和测量NH3漏失的所在位置的上游处发生的解吸。
现在参照图4B，示出了SCR分析模块304的另一个示例性实施例的功能方块图。图4B的SCR分析模块基于上游NH3吸收、上游NH3解吸、下游NH3吸收和下游NH3解吸来调节当前储存量。
SCR分析模块304包括转化模块402、氧化模块404和漏失模块406、积分模块410和当前储存量模块412。图4B的SCR分析模块304也包括上游分析模块430、NH3输入模块432、下游分析模块434、NH3输出模块436以及加和模块438。
上游分析模块430确定在SCR催化剂120上游的NH3吸收速率和在SCR催化剂120上游的NH3解吸速率。该吸收速率称为上游吸收速率，该解吸速率称为上游解吸速率。
上游分析模块430分别基于上游吸收速率和上游解吸速率来生成d/dt(USAbs)信号和d/dt(USDes)信号。仅作为实例，上游分析模块430可利用以下方程来确定上游吸收速率和上游解吸速率：d/dt(USAbs)＝XUS*DAIN-(1/τUS)*NH3US；和d/dt(USDes)＝(1-XUS)*DAIN+(1/τUS)*NH3US其中，XUS是所喷射的NH3预计在SCR催化剂120的上游被吸收的百分比，τUS是在SCR催化剂120上游的NH3解吸的时间常数，以及NH3US是在SCR催化剂120的上游所储存的NH3的量。
上游分析模块430基于TA和EFR来确定XUS和τUS。仅作为实例，上游分析模块430可从由TA和/或EFR索引的查询表中确定XUS和τUS。
NH3输入模块432确定NH3供应速率并相应地生成d/dt(NH3IN)信号。NH3输入模块432基于DAIN、d/dt(USAbs)和d/dt(USDes)来确定NH3供应速率。仅作为实例，NH3输入模块432可基于从DAIN和d/dt(USDes)之和中减去d/dt(USAbs)来确定NH3供应速率。
类似于处理***214的上游吸收和解吸，NH3也在SCR催化剂120的下游吸收和解吸。下游分析模块434确定在SCR催化剂120下游的NH3吸收速率和在SCR催化剂120下游的NH3解吸速率。该吸收速率称为下游吸收速率，该解吸速率称为下游解吸速率。
下游分析模块434分别基于下游吸收速率和下游解吸速率来生成d/dt(DSAbs)信号和d/dt(DSDes)信号。仅作为实例，下游分析模块434可利用以下方程来确定下游吸收速率和下游解吸速率：d/dt(DSAbs)＝XDS*d/dt(NH3Slip)-(1/τDS)*NH3DS；和d/dt(DSDes)＝(1-XDS)*d/dt(NH3Slip)+(1/τDS)*NH3DS其中，XDS是NH3slip预计在SCR催化剂120的下游被吸收的百分比，τDS是在SCR催化剂120下游的NH3解吸的时间常数，以及NH3DS是在SCR催化剂120的下游所储存的NH3的量。在各种实施例中，d/dt(DSAbs)和d/dt(DSDes)可相对于一预定位置来确定，例如在NOx传感器144的位置处或在测量NH3slip的位置处。
下游分析模块43基于TC和EFR来确定XDS和τDS。仅作为实例，下游分析模块434可从由TC和/或EFR索引的查询表中确定XDS和τDS。
NH3输出模块436确定NH3离开处理***214的摩尔流速并相应地生成d/dt(NH3EX)。NH3输出模块436基于d/dt(NH3Slip)、d/dt(DSDes)和d/dt(DSAbs)来确定NH3离开处理***214的摩尔流速。仅作为实例，NH3输出模块436可基于从d/dt(NH3Slip)和d/dt(DSDes)之和中减去d/dt(DSAbs)来确定NH3离开处理***214的摩尔流速。
加和模块438确定当前储存量的变化速率并相应地输出d/dt(NH3St)信号。加和模块438基于d/dt(NH3CV)、d/dt(NH3IN)、d/dt(NH3OX)和d/dt(NH3EX)来确定当前储存量的变化速率。仅作为实例且如图4B所示，加和模块438利用以下方程确定当前储存量的变化速率：d/dt(NH3St)＝d/dt(NH3IN)-d/dt(NH3OX)-d/dt(NH3CV)-d/dt(NH3EX)其中，d/dt(NH3St)是当前储存量的变化速率，d/dt(NH3IN)是NH3供应速率d/dt(NH3OX)是NH3氧化速率，d/dt(NH3CV)是NH3转化速率，以及d/dt(NH3EX)是NH3离开处理***214的摩尔流速。
积分模块410基于当前储存量的变化速率输出SCR催化剂120的当前储存量的变化并相应地生成ΔNH3信号。仅作为实例，积分模块41O将当前储存量的变化速率在一段时间上积分。该段时间可为预定的时长，例如100.0ms。当前储存量模块412基于当前储存量的变化确定SCR催化剂12O的当前储存量。
现在参照图6，示出了描绘由SCR分析模块所执行的示例性步骤的流程图。图6的各步骤可以以不同的顺序执行而不改变本申请的原理。控制可以以预定速率完成图6的步骤，例如每100.0ms一次。
控制开始于步骤602，在该步骤，控制确定NH3转化速率(即，d/dt(NH3CV))。控制基于SCR温度、SCR催化剂120的空速、NOxIN、NO2比率、和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3转化速率。在步骤604，控制确定NH3供应速率(即，d/dt(NH3IN))。控制基于所喷射的配量剂的质量流速来确定NH3供应速率。控制也可基于上游NH3吸收和/或上游NH3解吸来确定NH3供应速率。
【O117】在步骤606，控制确定NH3氧化速率(即，d/dt(NH3OX))。控制基于SCR温度、进入SCR催化剂120的氧、和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3氧化速率。在步骤608，控制确定NH3漏失速率(即，d/dt(NH3Slip))。控制基于SCR温度、SCR催化剂120的空速、NH3供应速率和SCR催化剂120的当前储存量来确定NH3漏失速率。
在其它实施例中，控制也可确定NH3离开处理***214的速率(即，d/dt(NH3EX))。在这样的实施例中，控制确定NH3下游解吸速率(即，d/dt(DSDes))和NH3下游吸收速率(即，d/dt(DSAbs))。控制基于NH3漏失速率、NH3下游解吸速率、和NH3下游吸收速率来确定NH3离开处理***214的速率。
在步骤61O，控制确定当前储存量的变化速率(即，d/dt(NH3St))。仅作为实例，控制利用以下方程确定当前储存量的变化速率：d/dt(NH3St)＝d/dt(NH3IN)-d/dt(NH3OX)-d/dt(NH3CV)-d/dt(NH3Slip)其中，d/dt(NH3St)是当前储存量的变化速率，d/dt(NH3IN)是NH3供应速率d/dt(NH3OX)是NH3氧化速率，d/dt(NH3CV)是NH3转化速率，以及d/dt(NH3Slip)是NH3漏失速率。
在控制确定NH3离开处理***214的速率的实施例中，控制可利用以下方程确定当前储存量的变化速率：d/dt(NH3St)＝d/dt(NH3IN)-d/dt(NH3OX)-d/dt(NH3CV)-d/dt(NH3EX)其中，d/dt(NH3St)是当前储存量的变化速率，d/dt(NH3IN)是NH3供应速率d/dt(NH3OX)是NH3氧化速率，d/dt(NH3CV)是NH3转化速率，以及d/dt(NH3EX)是NH3离开处理***214的摩尔流速。
在步骤612，控制基于当前储存量的变化速率来确定SCR催化剂120的当前储存量的变化(即，ΔNH3)。仅作为实例，控制基于当前储存量的变化速率在一段时间上的积分来确定当前储存量的变化。该段时间可为预定的时长，例如100.0ms。
在步骤614，控制基于当前储存量的变化确定SCR催化剂120的当前储存量。例如，在步骤614，控制可基于当前储存量的变化来调节所存储的当前储存量。然后，控制返回到步骤602。
从前面的描述中，本领域技术人员现在能够理解，本发明的广泛的教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定实例，但是本发明的真实范围不应该如此局限，因为本领域技术人员在研读了附图、说明书和下面的权利要求之后，其它的修改将变得显而易见。

Claims (26)

1.一种配量控制***，包括：
选择性催化还原(SCR)分析模块，其估算SCR催化剂下游的氨(NH3)漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率，其基于所述NH3漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率来估算NH3变化速率，其基于所述NH3变化速率来估算NH3储存量变化，以及其基于所述NH3储存量变化来估算由所述SCR催化剂所储存的NH3；以及
配量管理模块，其基于由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来控制在所述SCR催化剂的上游向排放物***里的配量剂喷射。
2.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块估算在所述SCR催化剂上游的NH3吸收速率和NH3解吸速率，并基于配量剂喷射速率、所述NH3吸收速率和所述NH3解吸速率来估算所述NH3供应速率。
3.权利要求2的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述配量剂喷射速率和所述NH3解吸速率之和与所述NH3吸收速率之间的差来确定所述NH3供应速率。
4.权利要求2的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述配量剂喷射速率、预计的上游NH3吸收、上游NH3时间常数和在所述SCR催化剂的上游所储存的NH3的量来估算所述NH3吸收速率和NH3解吸速率。
5.权利要求4的配量控制***，其中，基于在所述SCR催化剂上游所测量的排放物温度和排放物流速来确定所述预计的上游NH3吸收和所述上游NH3时间常数。
6.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块估算在所述SCR催化剂下游的NH3吸收速率和NH3解吸速率，并基于所述NH3漏失速率、所述NH3吸收速率和所述NH3解吸速率来估算NH3输出速率，其中，所述SCR分析模块基于所述NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率和NH3输出速率来估算所述NH3变化速率。
7.权利要求6的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述NH3解吸速率和所述NH3漏失速率之和与所述NH3吸收速率之间的差来估算所述NH3输出速率。
8.权利要求6的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述NH3漏失速率、预计的下游NH3解吸、下游NH3时间常数和在所述SCR催化剂的下游所储存的NH3的量来估算所述NH3吸收速率和NH3解吸速率。
9.权利要求8的配量控制***，其中，基于在所述SCR催化剂下游所测量的排放物温度和排放物流速来确定所述预计的下游NH3解吸和所述下游NH3时间常数。
10.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂的空速、所述SCR催化剂上游的氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)占所述NOx的比率和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3转化速率。
11.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂上游的氧和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3氧化速率。
12.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂的空速、所述NH3供应速率和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3漏失速率。
13.权利要求1的配量控制***，其中，所述SCR分析模块基于所述NH3转化速率、所述NH3氧化速率和所述NH3漏失速率之和与所述NH3供应速率之间的差来估算所述NH3变化速率。
14.一种配量控制方法，包括：
估算选择性催化还原(SCR)催化剂下游的氨(NH3)漏失速率；
估算NH3转化速率；
估算NH3供应速率；
估算NH3氧化速率；
基于所述NH3漏失速率、NH3转化速率、NH3供应速率和NH3氧化速率来估算NH3变化速率；
基于所述NH3变化速率来估算NH3储存量变化；
基于所述NH3储存量变化来估算由所述SCR催化剂所储存的NH3；以及
基于由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来控制在所述SCR催化剂的上游向排放物***里的配量剂喷射。
15.权利要求14的配量控制方法，还包括：
估算在所述SCR催化剂上游的NH3吸收速率和NH3解吸速率；
基于配量剂喷射速率、所述NH3吸收速率和所述NH3解吸速率来估算所述NH3供应速率。
16.权利要求15的配量控制方法，还包括：基于所述配量剂喷射速率和所述NH3解吸速率之和与所述NH3吸收速率之间的差来确定所述NH3供应速率。
17.权利要求15的配量控制方法，还包括：基于所述配量剂喷射速率、预计的上游NH3吸收、上游NH3时间常数和在所述SCR催化剂的上游所储存的NH3的量来估算所述NH3吸收速率和NH3解吸速率。
18.权利要求17的配量控制方法，还包括：基于在所述SCR催化剂上游所测量的排放物温度和排放物流速来确定所述预计的上游NH3吸收和所述上游NH3时间常数。
19.权利要求14的配量控制方法，还包括：
估算在所述SCR催化剂下游的NH3吸收速率和NH3解吸速率；以及
基于所述NH3漏失速率、所述NH3吸收速率和所述NH3解吸速率来估算NH3输出速率，
其中，所述估算NH3变化速率包括：基于所述NH3转化速率、所述NH3供应速率、所述NH3氧化速率和所述NH3输出速率来估算所述NH3变化速率。
20.权利要求19的配量控制方法，还包括：基于所述NH3解吸速率和所述NH3漏失速率之和与所述NH3吸收速率之间的差来估算所述NH3输出速率。
21.权利要求19的配量控制方法，还包括：基于所述NH3漏失速率、预计的下游NH3解吸、下游NH3时间常数和在所述SCR催化剂的下游所储存的NH3的量来估算所述NH3吸收速率和NH3解吸速率。
22.权利要求21的配量控制方法，还包括：基于在所述SCR催化剂下游所测量的排放物温度和排放物流速来确定所述预计的下游NH3解吸和所述下游NH3时间常数。
23.权利要求14的配量控制方法，还包括：基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂的空速、所述SCR催化剂上游的氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)占所述NOx的比率和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3转化速率。
24.权利要求14的配量控制方法，还包括：基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂上游的氧和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3氧化速率。
25.权利要求14的配量控制方法，还包括：基于所述SCR催化剂的温度、所述SCR催化剂的空速、所述NH3供应速率和由所述SCR催化剂所储存的所述NH3来估算所述NH3漏失速率。
26.权利要求14的配量控制方法，还包括：基于所述NH3转化速率、所述NH3氧化速率和所述NH3漏失速率之和与所述NH3供应速率之间的差来估算所述NH3变化速率。
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