专利名称：识别选择性催化还原应用中氨不漏失的条件的制作方法
技术领域：
本发明涉及排放控制系统，更具体地涉及确定选择性催化还原系统中的氨漏失的 可能性。
背景技术：
本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上呈现本公开的背景。当前署名的 发明人的工作，在本背景技术部分所描述的程度上，以及在申请日时可能不作为现有技术 的那些描述的方面，都既不明示也不暗示地确认为是抵触本公开的现有技术。发动机排放出排气(废气)，排气包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氧化氮 (NOx)。排气处理系统降低排气中的CO、HC和NOx水平。排气处理系统可包括氧化催化剂 (OC)(例如，柴油机0C)、颗粒过滤器(PF)(例如，柴油机PF)和选择性催化还原(SCR)系统。 OC使CO和HC氧化以形成二氧化碳和水。PF从排气中除去颗粒物。SCR系统还原NOx。SCR系统将还原剂(例如，尿素)在SCR催化剂的上游注入排气。还原剂形成氨， 氨与SCR催化剂中的NOx反应。氨与SCR催化剂中NOx的反应还原NOx并产生排放二价氮 和水。当过量的还原剂被注入排气时，过量的还原剂会形成过量的氨，所述氨在不反应的情 况下经过SCR催化剂。
发明内容
—种系统，包括采样模块、相关性确定模块和注射器控制模块。采样模块采样第 一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游和下游的氧化氮 (NOx)的量。第二信号还指示当氨从SCR催化剂释放时SCR催化剂下游的氨量。相关性确 定模块确定第一信号和第二信号之间的相关性的量，其中相关性的量指示氨从SCR催化剂 释放的可能性(概率)。注射器控制模块基于所述相关性的量控制在SCR催化剂上游注入 排气中的还原剂的量。一种方法，包括采样第一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原 (SCR)催化剂上游和下游的氧化氮(NOx)的量。第二信号还指示当氨从SCR催化剂释放时 SCR催化剂下游的氨量。所述方法还包括确定模块确定第一信号和第二信号之间的相关性 的量，其中所述相关性的量指示氨从SCR催化剂释放的可能性。另外，所述方法包括基于所 述相关性的量控制在SCR催化剂上游注入排气中的还原剂的量。本发明还提供如下方案1. 一种系统，包括采样模块，所述采样模块采样第一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游和下游的氧化氮(NOx)的量，其中所述第二信号还指示当氨从所 述SCR催化剂释放时所述SCR催化剂下游的氨的量；相关性确定模块，所述相关性确定模块确定所述第一信号和第二信号之间的相关 性的量，其中所述相关性的量指示氨从所述SCR催化剂释放的可能性；以及注射器控制模块，所述注射器控制模块基于所述相关性的量控制在所述SCR催化 剂上游注入排气的还原剂的量。方案2.如方案1所述的系统，其特征在于，所述第一信号和第二信号之间的所述 相关性的量为统计相关性。方案3.如方案1所述的系统，其特征在于，所述相关性确定模块确定与所述第一 信号和第二信号之间的所述相关性的量相对应的相关系数。方案4.如方案3所述的系统，其特征在于，所述相关系数为所述第一信号和第二 信号之间线性关系的强度和方向的统计测量值。方案5.如方案3所述的系统，其特征在于，所述相关性确定模块基于所述第一信 号和第二信号的协方差、所述第一信号样本的标准差和所述第二信号样本的标准差确定所 述相关系数。方案6.如方案3所述的系统，其特征在于，当所述相关性的量大于预定相关性阈 值时，所述注射器控制模块确定氨没有从所述SCR催化剂释放。方案7.如方案6所述的系统，其特征在于，当所述相关性的量大于所述预定相关 性阈值时，所述注射器控制模块控制注入所述排气的还原剂的量以增加储存在所述SCR催 化剂中的氨的量。方案8.如方案1所述的系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块基于所 述第一信号和第二信号之间的所述相关性的量确定储存在所述SCR催化剂中的氨的量。方案9.如方案8所述的系统，其特征在于，当所述第一信号和第二信号之间的所 述相关性的量大于预定相关性阈值时，所述注射器控制模块控制注入所述排气的还原剂的 量以增加所储存的氨的量。方案10. —种方法，包括采样第一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游 和下游的氧化氮(NOx)的量，其中所述第二信号还指示当氨从所述SCR催化剂释放时所述 SCR催化剂下游的氨的量；确定所述第一信号和第二信号之间的相关性的量，其中所述相关性的量指示氨从 所述SCR催化剂释放的可能性；以及基于所述相关性的量控制在所述SCR催化剂上游注入所述排气的还原剂的量。方案11.如方案10所述的方法，其特征在于，所述第一信号和第二信号之间的所 述相关性的量为统计相关性。方案12.如方案10所述的方法，其特征在于，还包括确定与所述第一信号和第二 信号之间的所述相关性的量相对应的相关系数。方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述相关系数为所述第一信号和第 二信号之间线性关系的强度和方向的统计测量值。方案14.如方案12所述的方法，其特征在于，还包括基于所述第一信号和第二信号的协方差、所述第一信号样本的标准差和所述第二信号样本的标准差确定所述相关系 数。方案15.如方案12所述的方法，其特征在于，还包括当所述相关性的量大于预定 相关性阈值时确定氨没有从所述SCR催化剂释放。方案16.如方案15所述的方法，其特征在于，还包括当所述相关性的量大于所述 预定相关性阈值时控制注入所述排气的还原剂的量以增加储存在所述SCR催化剂中的氨的量。方案17.如方案10所述的方法，其特征在于，还包括基于所述第一信号和第二信 号之间的所述相关性的量确定储存在所述SCR催化剂中的氨的量。方案18.如方案17所述的方法，其特征在于，还包括当所述第一信号和第二信号 之间的所述相关性的量大于预定相关性阈值时控制注入所述排气的还原剂的量以增加所 储存的氨的量。
根据详细描述和附图，本公开将得到更加全面的理解，附图中图1是根据本公开的发动机系统的功能方框图；图2是示出根据本公开的选择性催化还原(SCR)系统转化率的曲线图；图3是根据本公开的发动机控制模块的功能方框图；图4A示出指示与到SCR系统的输入和SCR系统的输出对应的氧化氮的量的信号；图4B示出SCR系统的氨漏失；图4C根据本公开示出指示与到SCR系统的输入对应的氧化氮的量的信号和指示 与SCR系统的输出对应的氧化氮的量的信号之间的相关性的量；图5是根据本公开的流程图，其示出确定氨漏失的可能性的方法。
具体实施例方式下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不意于以任何方式限制本公开、其应用或 用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的，短 语“A、B和C中的至少一个”应当解释为指的是使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应 当理解的是，在不改变本公开原理的情况下，方法内的步骤可按照不同顺序执行。如本文所使用的，术语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个 软件或固件程序的处理器(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路 和/或提供所述功能的其他适合部件。选择性催化还原(SCR)系统包括还原剂注射器，其将还原剂注入排气以形成氨 (NH3)。例如，当还原剂注射器注入过量还原剂或当SCR系统温度升高时，可从SCR系统释 放NH3。NH3从SCR系统的释放此后可被称为"NH3漏失”。根据本公开的漏失检测系统确定NH3漏失发生的可能性。漏失检测系统可对来自 氧化氮(NOx)传感器的信号进行采样，这些信号指示SCR催化剂上游和下游的氧化氮的量。 SCR催化剂下游的NOx传感器还可指示当NH3漏失发生时从SCR系统所释放的NH3量。漏 失检测系统可基于来自SCR催化剂上游和下游的NOx传感器的信号之间的相关性的量确定
5NH3漏失发生的可能性。因此，漏失检测系统可基于该相关性的量控制注入SCR系统的还原 剂的量以便增加SCR催化剂的效率并避免NH3漏失的风险。现在参照图1，发动机系统20 (例如，柴油发动机系统)包括发动机22，其燃烧空 气/燃料混合物以产生驱动扭矩。空气通过入口 26被抽入进气歧管24。可包括节气门(未 示出)以调节流入进气歧管24的空气流量。进气歧管24内的空气分配到气缸28中。尽 管图1描绘了六个气缸28，但是发动机22可包括更多或更少的气缸28。尽管示出了压燃 式发动机，但是也可以考虑火花点燃式发动机。发动机系统20包括发动机控制模块(ECM) 32，其与发动机系统20的部件通信。所 述部件可包括发动机22、传感器和致动器，如本文所述。ECM 32可实施本公开的漏失检测 系统。空气从入口 26通过质量型空气流量(MAF)传感器34。MAF传感器34生成MAF信 号，其可指示流入进气歧管24的空气质量。歧管压力(MAP)传感器36放置在入口 26和发 动机22之间的进气歧管24中。MAP传感器36生成MAP信号，其指示进气歧管24中的空气 压力。位于进气歧管24中的进气空气温度(IAT)传感器38生成IAT信号，其指示进气空 气温度。发动机曲轴(未示出)以发动机速度或与发动机速度成比例的速率旋转。曲轴传 感器40生成曲轴位置(CSP)信号。CSP信号可指示曲轴的旋转速度和位置。ECM 32致动燃料注射器42以将燃料注入气缸28。进气门44选择性地打开和关 闭以使空气能够进入气缸28。进气凸轮轴(未示出)调节进气门44的位置。活塞(未示 出)使气缸28内的空气/燃料混合物压缩并燃烧。替代地，空气/燃料混合物可使用火花 点燃式发动机中的火花塞点燃。活塞在动力冲程过程中驱动曲轴以产生驱动扭矩。当排气 门48处于打开位置时，气缸28内的燃烧产生的排气被迫使通过排气歧管46排出。排气凸 轮轴(未示出)调节排气门48的位置。排气歧管压力(EMP)传感器50生成EMP信号，其 指示排气歧管压力。排气处理系统52可处理排气。排气处理系统52可包括氧化催化剂(OC) 54 (例如， 柴油机0C)、SCR催化剂56 (此后为“SCR 56”)和颗粒过滤器(PF) 58 (例如，柴油机PF)。 OC 54使排气中的一氧化碳和碳氢化合物氧化。SCR 56使用还原剂以还原排气中的NOx。 PF 58除去排气中的颗粒物。发动机系统20包括定量给料系统60。定量给料系统60储存还原剂。例如，还原 剂可包括尿素/水溶液。ECM 32致动定量给料系统60和还原剂注射器62 (此后为“注射 器62”)以控制注入SCR 56上游排气中的还原剂的量。当注入排气时，注入排气的还原剂可形成NH3。因此，ECM 32控制供给到SCR 56的 NH3量。SCR 56吸收(即，储存)NH3。由SCR56储存的NH3量此后可称为"NH3储存水平”。 ECM 32可控制供给到SCR 56的NH3量以调节NH3储存水平。储存在SCR 56中的NH3与通 过SCR 56的排气中的NOx反应。排气处理系统52可包括第一 NOx传感器64和第二 NOx传感器65。NOx传感器 64,65中的每个生成NOx信号，其指示排气中的NOx的量。第一 NOx传感器64可放置在注 射器62上游并可指示进入SCR 56的NOx量。第一 NOx传感器64生成的信号可称作NOxin 信号。第二 NOx传感器65可放置在SCR 56下游并可指示离开SCR 56的NOx量。第二 NOx传感器65生成的信号可称作N0x。ut信号。从进入SCR 56的排气除去的NOx的百分比可被称为SCR 56的转化效率。ECM 32 可基于NOxil^P NOx-信号确定SCR 56的转化效率。例如，ECM 32可基于下列等式确定SCR 56的转化效率
知 NOxi - NOxoul效率SCR= ^^--一H (等式 1)
NOxin其中效率SCK表示SCR 56的转化效率，NOxin和N0x。ut分别表示由NOxin和N0x。ut指 示的NOx的量。SCR 56的转化效率可与储存在SCR 56中的NH3量有关。因此，ECM 32可控制注入 排气中的还原剂的量以控制SCR 56的转化效率。将SCR 56的NH3储存水平维持接近最大 NH3储存水平确保实现最大转化效率。然而，将NH3储存水平维持处于或接近最大NH3储存水 平也增加了 NH3漏失的可能性。第二 NOx传感器65也对NH3交互敏感(cross-sensitive)。 因此，NOxout信号可指示流出SCR 56的排气中的NOx量和NH3量二者。SCR 56的温度升高可导致NH3漏失。例如，在当SCR 56的温度在NH3储存水平接 近最大NH3储存水平时升高时NH3可从SCR 56释放。NH3漏失还可由于排气处理系统52中 的误差(例如，储存水平估计误差)或故障部件(例如，故障注射器)而发生。发动机系统20可包括排气温度传感器66-1、66_2和66_3 (总的为排气温度传感 器66)。排气温度传感器66的每个都生成指示排气温度的排气温度信号。ECM 32可基于 所述排气温度信号确定SCR 56的温度。尽管图1示出了三个温度传感器66，但是发动机系 统20可包括多于或少于三个排气温度传感器66。 现在参照图2，示出了 SCR 56的转化率(η)和SCR 56的NH3储存水平之间的示 例性关系。NH3储存水平可被分成三个储存范围低储存范围、最佳储存范围和过量储存范 围。转化率可基于NOxil^P N0x。ut信号。例如，转化率可由下列等式表达
NOxin — NOxow - NOx SUP _ ^η =——^一-^fi-----—(等式 2)
NOx “丨其中NOxsup表示由于NH3漏失而引起的N0x。ut信号的分量。因此，通过第二 NOx传 感器65对NH3的检测可减小转化率。转化率可根据NH3储存水平表示转化效率和/或NH3漏失量。当NH3储存水平处 于低储存范围和最佳储存范围时，转化率可表示SCR56的转化效率。例如，当NH3储存水平 为低时(例如，接近零)，SCR 56的转化效率可为低(例如，接近零)。随着NH3储存水平向 过量储存范围增加，SCR 56的转化效率并且因此转化率可增加到最大值1。NH3漏失可能不在低储存范围和最佳储存范围发生，因为所注射的NH3由SCR 56吸 收和/或与NOx反应。因此，NOx-信号主要反映排气中的NOx和很少的或没有NH3。随着 NH3储存水平从低储存范围增加到最佳储存范围，N0x。ut信号相对于NOxiJf号减小(即，转 化效率增加)。当NH3储存水平增加到过量储存范围中时，转化率可表示NH3漏失的量。例如， NOxout信号的大小可由于检测到NH3和NOx两者而增加，而NOxin信号的大小仅指示NOx。因 此，当NH3储存水平处于过量储存范围时，NOxout信号大小的增加可导致转化率的减小。现在参照图3，ECM 32包括采样模块100、相关性确定模块102、漏失确定模块104
7和注射器控制模块106。ECM 32接收来自发动机系统20的输入信号。所述输入信号包括， 但不限于，MAF, MAP、IAT、CSP、EMP、排气温度和NOx信号。ECM 32处理所述输入信号并生 成定时的发动机控制命令，所述命令被输出到发动机系统20。发动机控制命令可致动燃料 注射器42、定量给料系统60和注射器62。采样模块100分别从第一 NOx传感器64和第二 NOx传感器6465接收NOxin和 NOxout信号。采样模块100在采样周期采样NOxil^P N0x。ut信号。相关性确定模块102确定 所述采样周期期间NOxil^P N0x。ut信号之间的相关性的量。漏失确定模块104基于所述相 关性的量确定N H3漏失发生的可能性。注射器控制模块106基于NH3漏失发生的所述可能 性控制定量给料系统60和注射器62。采样模块100可在所述采样周期以预定采样率采样NOxin和N0x。ut信号。仅举例 来说，预定采样率可包括IHz且采样周期可为100秒。现在参照图4A-4C，示出示例性采样得到的NOx信号、对应于采样得到的NOx信号 的NH3漏失和对应于采样得到的NOx信号的相关系数。现在参照图4A，示出示例性采样得 到的NOx信号。数据点(S卩，虚线)表示采样得到的NOxin信号。NOxin信号可指示SCR 56 上游的排气中的NOx的量。实线表示采样得到的N0x。ut信号。因此，采样得到的N0x。ut信号 可指示SCR 56下游的排气中的NOx和/或NH3的量。图4A的采样得到的NOx信号可表示在第一周期期间不注入还原剂、接着在第二周 期期间注入还原剂的情况下发动机系统20的运行。例如，发动机系统20可使注射器62从 0秒到约1250秒关闭(即，不注入还原剂)。发动机系统20可使注射器62从约1250秒直 到2500秒打开(即，注入还原剂)。在约1800-2000秒之间发生的N0x。ut信号(实线)的 峰可能由于NH3漏失所致。现在参照图4B，示出由于NH3漏失所致的N0x。ut信号的一部分。NH3漏失在约1800 至2100秒期间发生。N0x。ut传感器可能没有区分NH3和NOx。因此，图4B的N0x。ut浓度数 据可基于测量实际NH3漏失的NH3传感器与N0x。ut传感器而被确定。现在参照图4C，相关性确定模块102在采样周期期间可确定NOxin和N0x。ut信号之 间的相关性的量。相关性确定模块102可确定对应于NOxin和N0x。ut信号的相关性程度的 相关系数。在一些实施方式中，相关系数可为NOxil^P N0x。ut信号之间线性关系的强度和方 向的统计测量值。仅举例来说，相关性确定模块102可基于下列等式确定相关系数
权利要求
一种系统，包括采样模块，所述采样模块采样第一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游和下游的氧化氮(NOx)的量，其中所述第二信号还指示当氨从所述SCR催化剂释放时所述SCR催化剂下游的氨的量；相关性确定模块，所述相关性确定模块确定所述第一信号和第二信号之间的相关性的量，其中所述相关性的量指示氨从所述SCR催化剂释放的可能性；以及注射器控制模块，所述注射器控制模块基于所述相关性的量控制在所述SCR催化剂上游注入排气的还原剂的量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号和第二信号之间的所述相关 性的量为统计相关性。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相关性确定模块确定与所述第一信号 和第二信号之间的所述相关性的量相对应的相关系数。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述相关系数为所述第一信号和第二信号 之间线性关系的强度和方向的统计测量值。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述相关性确定模块基于所述第一信号和 第二信号的协方差、所述第一信号样本的标准差和所述第二信号样本的标准差确定所述相 关系数。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述相关性的量大于预定相关性阈值时， 所述注射器控制模块确定氨没有从所述SCR催化剂释放。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述相关性的量大于所述预定相关性阈 值时，所述注射器控制模块控制注入所述排气的还原剂的量以增加储存在所述SCR催化剂 中的氨的量。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块基于所述第 一信号和第二信号之间的所述相关性的量确定储存在所述SCR催化剂中的氨的量。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，当所述第一信号和第二信号之间的所述相 关性的量大于预定相关性阈值时，所述注射器控制模块控制注入所述排气的还原剂的量以 增加所储存的氨的量。
10.一种方法，包括采样第一信号和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游和下 游的氧化氮(NOx)的量，其中所述第二信号还指示当氨从所述SCR催化剂释放时所述SCR 催化剂下游的氨的量；确定所述第一信号和第二信号之间的相关性的量，其中所述相关性的量指示氨从所述 SCR催化剂释放的可能性；以及基于所述相关性的量控制在所述SCR催化剂上游注入所述排气的还原剂的量。
全文摘要
本发明涉及识别选择性催化还原应用中氨不漏失的条件。具体地，公开了一种系统，其包括采样模块、相关性确定模块和注射器控制模块。采样模块采样第一和第二信号，所述信号分别指示选择性催化还原(SCR)催化剂上游和下游的氧化氮(NOx)的量。第二信号还指示当氨从SCR催化剂释放时SCR催化剂下游的氨的量。相关性确定模块确定第一信号和第二信号之间的相关性的量，其中所述相关性的量指示氨从SCR催化剂释放的可能性。注射器控制模块基于所述相关性的量控制在SCR催化剂上游注入排气的还原剂的量。
文档编号B01D53/56GK101949317SQ20101022893
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者K·A·加迪 申请人:通用汽车环球科技运作公司