校正选择性催化还原催化剂的控制逻辑的方法和排气系统

摘要

公开了一种校正选择性催化还原(SCR)催化剂的控制逻辑的方法和排气系统。该控制逻辑可适于至少计算用于SCR催化剂的还原剂的喷射量。该方法可包括检测包括SCR催化剂的温度和排气流量的输入变量，使输入变量离散化，使离散化的输入变量标准化，判定离散化的输入变量是否处在校正范围内，和如果离散化的输入变量处在校正范围内，则校正SCR催化剂的控制逻辑。

说明书

技术领域

本发明涉及校正选择性催化还原催化剂的控制逻辑的方法和使用 该方法的排气系统。更具体地，本发明涉及一种防止由于频繁校正而 引起的SCR催化剂的性能恶化的校正选择性催化还原催化剂的控制逻 辑的方法和使用该方法的排气系统。

背景技术

通常，通过排气歧管从发动机流出的废气被推入安装在排气管上 的催化转化器中并在其中被净化。之后，废气在经过消声器时噪声被 降低，随后废气通过尾管被排放到空气中。催化转化器净化包含在废 气中的污染物。另外，用于捕集包含在废气中的颗粒物(PM)的微粒过 滤器安装在排气管中。

选择性催化还原(SCR)催化剂是一类这样的催化转化器。在SCR 催化剂中与氧相比，诸如尿素、氨、一氧化碳和烃(HC)的还原剂更好 地与氮氧化物反应。

设置有SCR催化剂的车辆的排气系统包括尿素罐和喷射模块。喷 射模块将诸如尿素的还原剂喷射到经过排气管的废气中，从而使SCR 催化剂有效地净化氮氧化物。

从喷射模块喷射的还原剂被吸附在SCR催化剂中，如果包含氮氧 化物的废气经过SCR催化剂则被释放出来，并且与氮氧化物发生反应。 如果从喷射模块喷射出过多的还原剂，则一部分还原剂未被吸附在 SCR催化剂中而是逃逸。氨通常用作SCR催化剂的还原剂。如果氨从 SCR催化剂中逃逸，则逃逸的氨会发出臭味，因而消费者会有报怨。 如果喷射模块不足地喷射还原剂，则包含在废气中的氮氧化物不能被 充分地去除，而是排出到车辆外部。因此，从喷射模块喷射的还原剂 的量应被精确地控制。

在确定还原剂的量的常规方法中，与行驶状况相应的还原剂的量 通过实验被存储在图中，并且根据图确定与当前行驶状况相应的还原 剂的量。然而，由于存在大量影响还原剂的量的行驶状况，因此制作 这种图是冗长且昂贵的过程。

另外，由于在制作图时，行驶状况变化很快，测量装置具有误差， 并且不能在所有行驶状况下进行实验，因此图本身存在误差。为了减 小误差，对图进行校正。然而，很难克服诸如测量装置的误差和行驶 状况的快速变化等固有的局限性。尤其是，在车辆在道路上行驶的情 况下，特定的行驶状况维持很短的时间，并且在该特定行驶状况下计 算的误差不一定反映SCR催化剂的实际特性。

在本背景技术部分中公开的信息只是用于增进对本发明的一般背 景的理解，而不应被视为对所述信息构成本领域技术人员已知的现有 技术的承认或者任何形式的暗示。

发明内容

已作出本发明力图提供一种校正选择性催化还原(SCR)催化剂的 控制逻辑的方法和使用该方法的排气系统，其具有使输入变量离散化 和标准化以便反映SCR催化剂的瞬时特性，并且仅在离散化和标准化 的输入变量处在校正区域内时执行校正的优点。

根据本发明的各个方面的校正选择性催化还原催化剂的控制逻辑 的方法可校正用于控制选择性催化还原催化剂的工作的控制逻辑。该 控制逻辑可适于至少计算用于SCR催化剂的还原剂的喷射量。

该方法可包括：检测包括SCR催化剂的温度和排气流量的输入变 量；使输入变量离散化；使离散化的输入变量标准化；判定离散化的 输入变量是否处在校正范围内；以及如果离散化的输入变量处在校正 范围内，则校正SCR催化剂的控制逻辑。

当离散化的输入变量处在校正范围内的时间大于或等于预定时间 时，可进行SCR催化剂的控制逻辑的校正。

可根据等式$f_{\mathrm{Temp}}=\frac{T_{\mathrm{Cat}}-T_0}{{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{Discret}}}$和$f_{d{m}_{\mathrm{EG}}}=\frac{{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}-{\mathrm{dm}}_0}{{\mathrm{\Delta dm}}_{\mathrm{Discret}}},$使输入变量离 散化，其中f_Temp是离散化的SCR催化剂温度，T_Cat是SCR催化剂温度， T₀是基准温度，ΔT_Discret是单位温度，是离散化的排气流量，dm_EG是排气流量，dm₀是基准排气流量，且Δdm_Discret是单位排气流量。

可通过等式n_Temp＝int(f_Temp+0.5)和使离 散化的输入变量标准化，其中n_Temp是标准化的SCR催化剂温度，且 是标准化的排气流量。

如果不等式abs{f_Temp-n_Temp}＜ΔT_range和得到 满足，则可确定离散化的输入变量处在校正范围内，其中ΔT_range是预定 温度范围，且Δdm_range是预定排气流量范围。

该方法还可包括如果离散化的输入变量不在校正范围内，则对 SCR催化剂的控制逻辑进行插值。

可关于标准化的输入变量，进行SCR催化剂的控制逻辑的校正。

根据本发明的各个其它方面的排气系统可包括：适于在燃烧燃料 和空气的同时产生废气的发动机；连接至发动机并将空气供给至发动 机的进气管；连接至发动机的排气管，废气流经所述排气管；安装在 排气管上并且适于使用还原剂使包含在废气中的氮氧化物还原的SCR 催化剂；安装在发动机与SCR催化剂之间的废气管上并且适于喷射还 原剂的还原剂供应器；适于检测输入变量的输入变量检测器；以及控 制器，其包括用于至少计算SCR催化剂的还原剂的喷射量的控制逻辑， 并且适于根据还原剂的喷射量控制还原剂供应器，其中控制器适于使 输入变量离散化，使离散化的输入变量标准化，和如果离散化的输入 变量处在校正范围内，则校正控制逻辑。

当离散化的输入变量处在校正范围内的时间大于或等于预定时间 时，控制器可校正控制逻辑。

控制器可通过等式$f_{\mathrm{Temp}}=\frac{T_{\mathrm{Cat}}-T_0}{{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{Discret}}}$和$f_{d{m}_{\mathrm{EG}}}=\frac{{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}-{\mathrm{dm}}_0}{{\mathrm{\Delta dm}}_{\mathrm{Discret}}},$使输入 变量离散化，其中f_Temp是离散化的SCR催化剂温度，T_Cat是SCR催化 剂的温度，T₀是基准温度，ΔT_Discret是单位温度，是离散化的排 气流量，dm_EG是排气流量，dm₀是基准排气流量，且Δdm_Discret是单位 排气流量。

控制器可用等式n_Temp＝int(f_Temp+0.5)和使离散化的输入变量标准化，其中n_Temp是标准化的SCR催化剂温度， 且是标准化的排气流量。

如果不等式abs{f_Temp-n_Temp}＜ΔT_range和得到 满足，则控制器可确定离散化的输入变量处在校正范围内，其中ΔT_range是预定温度范围，且Δdm_range是预定排气流量范围。

控制器可适于如果离散化的输入变量不在校正范围内，则对控制 逻辑进行插值。

控制器可适于关于标准化的输入变量校正控制逻辑。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点根据 文中结合的附图和以下具体实施方式将是显而易见的或在其中得以更 详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于说明本发明的某些原理。

附图说明

图1是根据本发明的示例性排气系统的示意图。

图2是示出根据本发明的示例性排气系统的控制器的输入和输出 的关系的框图。

图3是根据本发明的示例性校正选择性催化还原催化剂的控制逻 辑的方法的流程图。

图4是用于说明输入变量的离散化和标准化的图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在 下面予以说明。尽管将结合示例性实施例说明本发明，然而将会理解 的是，本说明并非意图将本发明局限于这些示例性实施例。相反，本 发明意图不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求 限定的本发明的实质和范围内的各种替换形式、改型、等同形式和其 它实施例。

图1是根据本发明的各个实施例的排气系统的示意图。如图1中 所示，在发动机20中产生的废气经过选择性催化还原(SCR)催化剂40 时，废气中的氮氧化物被去除。如果必要，可以使用用于捕集包含在 废气中的颗粒物的微粒过滤器，和/或用于氧化包含在废气中的一氧化 碳或烃的氧化催化剂。图1中所示的排气系统示出本发明的实质可应 用于的排气系统的简化布局，并且应当理解本发明的范围并不局限于 图1中所示的排气系统。

发动机20燃烧燃料和空气混合的空气/燃料混合物，以便将化学能 转换成机械能。发动机20连接至进气歧管以便在燃烧室中获得空气， 并且连接至排气歧管使得在燃烧过程中产生的废气被聚集在排气歧管 中并排放到外部。在燃烧室中安装喷油器，以便将燃料喷入燃烧室中。

进气管10连接至发动机20的进气歧管并适于将空气供给至发动 机20。空气流量计12安装在进气管10上并检测经过进气管10的空气 的流量。

排气管30连接至排气歧管并适于将废气排放到车辆外部。

SCR催化剂40安装在排气管30上，并适于使用还原剂将包含在 废气中的氮氧化物还原成氮气。

为了这些目的，排气系统还包括尿素罐、尿素泵和喷射模块34。 为了简洁说明起见，在图中未示出尿素罐和尿素泵。另外，在本说明 书中由喷射模块34喷射尿素，但喷射模块34并不限于仅喷射尿素。 即，喷射模块34可喷射氨。此外，除氨以外的还原剂可与氨一起或单 独地喷射。

喷射模块34将由尿素泵泵送的尿素喷射到排气管30中。喷射模 块34安装在发动机20与SCR催化剂40之间的排气管30上，并将尿 素喷射到进入SCR催化剂40之前的废气中。喷射到废气中的尿素被 分解成氨，且被分解的氨用作氮氧化物的还原剂。在本说明书和权利 要求书中应当理解，由喷射模块34喷射的还原剂包括将成为还原剂的 材料。

同时，在本说明书中所述的尿素罐、尿素泵和喷射模块是还原剂 供给装置的示例，应当理解的是本发明的范围并不局限于所述还原剂 供给装置的示例。即，在本发明中可使用其它类型的还原剂供给装置。

排气系统还包括多个传感器，其包括第一NOx传感器32、温度传 感器36和/或第二NOx传感器38。

第一NOx传感器32安装在SCR催化剂40上游的排气管30上， 并检测包含在SCR催化剂上游的废气中的NOx浓度。在各个示例性实 施例中，可基于排气流量、发动机的运转历史、SCR催化剂40的温度、 还原剂的喷射量和/或SCR催化剂40中吸收的还原剂的量，而不使用 第一NOx传感器32，来预测SCR催化剂40的上游的NOx浓度。

温度传感器36安装在SCR催化剂40上游的排气管30上或安装 在SCR催化剂40中，并且检测处在SCR催化剂40的上游或处在SCR 催化剂40中的废气的温度。为了更好地理解和易于说明，在本说明书 和权利要求书中所述的SCR催化剂40的温度可以是处在SCR催化剂 40上游的废气的温度，或者处在SCR催化剂40中的废气的温度。

第二NOx传感器38安装在SCR催化剂40下游的排气管30上， 并检测包含在SCR催化剂40下游的废气中的NOx浓度。

排气系统还包括控制器50。控制器50基于第一和第二NOx传感 器32、38及温度传感器36的检测，控制喷油器和喷射模块34的操作。

控制器50可基于经过进气管10的空气的流量计算排气流量。

控制器50还包括SCR催化剂40的反应模型60，用于预测SCR 催化剂40的反应。反应模型60由m个参数限定。这里，m是自然数。 例如，该参数可包括与净化NOx的速度相关的参数，与氧化氨的速 度相关的参数，与氨的吸收量相关的参数，等等。另外，反应模型60 适于预测包含在SCR催化剂40的下游的废气中的NOx浓度，并至少 计算还原剂的目标喷射量(即，尿素的目标喷射量)。通过比较预测的 NOx浓度与利用第二NOx传感器38检测的NOx浓度，可计算误差。 另外，反应模型60具有n个输入变量。这里，n是小于m的自然数。 输入变量可包括但不限于排气流量、包含在SCR催化剂40的上游的 废气中的NOx浓度、还原剂的喷射量和SCR催化剂40的温度。

本说明书中举例说明使用反应模型60作为用于控制SCR催化剂 40的工作的控制逻辑。该控制逻辑可以是各种控制逻辑中的任何一种， 例如通过使用图来计算还原剂的喷射量的控制逻辑，和通过使用特定 变量来计算还原剂的喷射量的控制逻辑。即，由于本发明的实质可应 用于所有用于控制SCR催化剂40的工作的控制逻辑，因此应当理解 所有用于控制SCR催化剂40的工作的控制逻辑均包括在本发明的范 围内。

控制器50还包括用于使用误差来校正各个参数的校正逻辑70。校 正逻辑70可包括至少一个校正函数f1、f2……fl。校正逻辑70适于使 用输入变量和误差来计算校正系数。控制器50根据校正系数来校正各 个参数。

图2是示出根据本发明的各个实施例的排气系统的控制器的输入 和输出的关系的框图。如图2中所示，由输入变量检测器1检测的输 入变量被传送给控制器50，且控制器50基于输入变量控制喷射模块 34。输入变量检测器1包括空气流量计12、第一NOx传感器32、温 度传感器36和/或第二NOx传感器38。

空气流量计12检测经过进气管10的空气的流量，并将与之对应 的信号传送给控制器50。控制器50可基于空气的流量计算排气流量。

第一NOx传感器32检测包含在SCR催化剂40的上游的废气中的 NOx浓度，并将与之对应的信号传送给控制器50。

温度传感器36检测SCR催化剂40的温度，并将与之对应的信号 传送给控制器50。

第二NOx传感器38检测包含在SCR催化剂40的下游的废气中的 NOx浓度，并将与之对应的信号传送给控制器50。

控制器50通过将排气流量、包含在SCR催化剂40的上游的废气 中的NOx浓度、还原剂的喷射量和SCR催化剂40的温度代入反应模 型60中来计算还原剂的目标喷射量，并根据还原剂的目标喷射量控制 喷射模块34。

控制器50通过将排气流量、包含在SCR催化剂40的上游的废气 中的NOx浓度、还原剂的喷射量和SCR催化剂40的温度代入反应模 型60中，预测包含在SCR催化剂40的下游的废气中的NOx浓度。另 外，控制器50计算预测的NOx浓度与利用第二NOx传感器38检测 的NOx浓度之间的误差。

此外，控制器50通过将误差、排气流量、包含在SCR催化剂40 的上游的废气中的NOx浓度和SCR催化剂40的温度代入校正逻辑70 中来计算用于校正各个参数的校正系数，并根据校正系数校正各个参 数。

控制器50可由通过预定程序启动的一个或多个处理器来实现，并 且该预定程序可被编程为执行根据本发明的示例性实施例的校正选择 性催化还原催化剂的控制逻辑的方法的各个步骤。

同时，控制器50可包括存储器。反应模型60和校正逻辑70可存 储在存储器中。另外，存储器可以是非易失性存储器。

图3是根据本发明的各个实施例的校正选择性催化还原催化剂的 控制逻辑的方法的流程图。如图3中所示，校正选择性催化还原催化 剂的控制逻辑的方法开始于在步骤S110检测输入变量。输入变量可包 括排气流量、包含在SCR催化剂40的上游的废气中的NOx浓度、还 原剂的喷射量和/或SCR催化剂40的温度。

如果检测到输入变量，则控制器50在步骤S120判定校正必要条 件是否被满足。如果在当前输入变量下，预测的NOx浓度与利用第二 NOx传感器38检测的NOx浓度之间的误差大于预定值，则校正必要 条件被满足。该预定值可以是预先设定的适当值。

如果在步骤S120校正必要条件未被满足，则方法返回步骤S110。

如果在步骤S120校正必要条件被满足，则控制器50在步骤S130 判定校正可行性条件是否被满足。如果SCR催化剂40的当前温度处 在预定温度范围内，并且当前排气流量处在预定排气流量范围内，则 校正可行性条件被满足。例如，如果SCR催化剂40的温度过低或者 排气流量过小，则通过反应模型60预测的NOx浓度会无意义。如果 基于无意义的值校正参数，则校正的可靠性会很低，并且会重复不必 要的校正。因此，仅当通过反应模型60预测的SCR催化剂40的反应 能够表示在SCR催化剂40中实际发生的反应时，才执行校正。

如果在步骤S130校正可行性条件未被满足，则方法返回步骤 S110。

如果在步骤S130校正可行性条件被满足，则控制器50在步骤S140 使输入变量离散化。可通过等式$f_{\mathrm{Temp}}=\frac{T_{\mathrm{Cat}}-T_0}{{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{Discret}}}$和$f_{d{m}_{\mathrm{EG}}}=\frac{{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}-{\mathrm{dm}}_0}{{\mathrm{\Delta dm}}_{\mathrm{Discret}}},$使输入变量离散化。这里，f_Temp是离散化的SCR催化剂40的温度，T_Cat是SCR催化剂40的温度，T₀是基准温度，ΔT_Discret是单位温度，是离散化的排气流量，dm_EG是排气流量，dm₀是基准排气流量，且 Δdm_Discret是单位排气流量。即，如图4中所示，控制器50将输入变 量(即，行驶状况)划分成多个区域。基准温度和基准排气流量可分别是 可校正控制逻辑的区域中的SCR催化剂40的温度和排气流量的最小 值，但不局限于此。另外，单位温度和单位排气流量可任意确定。单 位温度和单位排气流量越小，校正越精确。然而，如果单位温度和单 位排气流量太小，则校正可能会不准确。因此，在确定单位温度和单 位排气流量时，应考虑校正的精度。

在本说明书中举例说明使输入变量当中的SCR催化剂40的温度 和排气流量离散化，但不局限于此。即，所有输入变量均可被离散化。

如果在步骤S140输入变量被离散化，则控制器50在步骤S150使 离散化的输入变量标准化。即，控制器140计算代表多个区域的代表 值。可通过等式n_Temp＝int(f_Temp+0.5)和使离散 化的输入变量标准化。这里，n_Temp是标准化的SCR催化剂的温度， 且是标准化的排气流量。另外，“int”函数输出比括号中的值小的 最大整数，并且为了使离散化的输入变量四舍五入，需要0.5。

如果在步骤S150输入变量被标准化，则控制器50在步骤S160判 定离散化的输入变量是否处在校正范围内。如果不等式 abs{f_Temp-n_Temp}＜ΔT_range和得到满足，则确定离散 化的输入变量处在校正范围内。这里，ΔT_range是预定温度范围，且Δdm_range是预定排气流量范围。即，如果离散化的输入变量与标准化的输入变 量之间的差异处在预定的输入变量范围之内，则确定离散化的输入变 量处在校正范围内。预定温度范围和预定排气流量范围可由本领域的 普通技术人员自由确定。预定温度范围和预定排气流量范围越小，校 正越精确。然而，如果预定温度范围和预定排气流量范围太小，则校 正可能会不准确。因此，在确定预定温度范围和预定排气流量范围时， 应考虑校正的精度。

如果在步骤S160离散化的输入变量处在校正范围内，则控制器50 在步骤S170判定离散化的输入变量处在校正范围内的时间是否大于或 等于预定时间。

如果在步骤S170离散化的输入变量处在校正范围内的时间小于预 定时间，则方法返回步骤S110。即，由于如果离散化的输入变量处在 校正范围内的时间较短，则控制器50不能精确地校正，因此控制器50 不校正控制逻辑。所以，可避免不准确或频繁校正。

如果在步骤S170离散化的输入变量处在校正范围内的时间大于或 等于预定时间，则控制器50校正控制逻辑。此时，关于标准化的输入 变量校正控制逻辑。即，尽管离散化的输入变量的位置在校正范围内 变化，然而假定离散化的输入变量不改变并保持标准化的输入变量。 如果控制逻辑是反应模型60，则通过将标准化的输入变量代入校正逻 辑70中，来校正定义反应模型60的参数。如果控制逻辑包括图，则 校正与标准化的输入变量对应的输出值。

同时，如果在步骤S160离散化的输入变量不在校正范围内，则控 制器50在步骤S190对控制逻辑进行插值。控制逻辑的插值是基于包 围离散化输入变量的标准化输入变量的补偿值来进行的。相反，控制 逻辑可被插值为包围离散化输入变量的标准化输入变量的补偿值的平 均值。另外，可以仅当离散化的输入变量处在预定区域内的时间大于 或等于预定时间时，对控制逻辑进行插值。

如果在步骤S180完成校正或者在步骤S190完成插值，则方法返 回步骤S110。

如上所述，根据本发明的各个实施例，可以避免由于频繁校正而 引起的存储器浪费和选择性催化还原催化剂的性能恶化。另外，通过 考虑选择性催化还原催化剂的瞬时特性而校正控制逻辑，可以确保控 制逻辑的鲁棒性。

在所附权利要求中，为了方便说明和准确定义，术语“上游”或“下 游”等用于参照示例性实施例的各个特征在附图中所示的位置来描述 这些特征。

为了解释和说明的目的，已给出关于本发明的具体示例性实施例 的上述说明。该说明并非意在穷尽或将本发明局限于所公开的确切形 式，并且鉴于以上教导，显然多种改型和变化是可能的。选择和说明 示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本 领域技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替 换形式和改型。意在由所附权利要求及其等同形式来限定本发明的范 围。