车辆排气后处理系统的控制方法与流程

1.本发明涉及一种用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法。


背景技术：

2.在车辆发动机运转时产生的废气中所含的氮氧化物(no
x
)是引起空气污染的重要因素，因此，将尿素选择性催化还原(scr)装置用作构造为净化车辆排放的氮氧化物(no
x
)的排气后处理装置。
3.scr装置使通过废气中的尿素热解形成的氨在催化剂的辅助下与氮氧化物(no
x
)反应，从而被纯化为水和氮。
4.从scr装置上游注入的尿素的注入量应适合于净化废气中的氮氧化物(no
x
)。
5.当注入过大量的尿素时，会发生“氨泄漏”，其会耗尽未参与反应的过量氨，并且会消耗过多量的尿素，而当注入过少量的尿素时，会排放出未净化的氮氧化物(no
x
)。
6.为了防止scr装置的氨泄漏，可以在scr装置的下游安装氨传感器，但是氨传感器很昂贵，因此增加了车辆的成本。
7.以上描述提供用以帮助理解本公开的背景，并且不应被解释为本领域技术人员已知的常规技术。


技术实现要素：

8.鉴于以上问题而进行此公开，并且本公开的目的是提供一种用于控制车辆排气后处理系统的方法，其中在选择性催化还原(scr)装置下游不设置氨传感器的情况下，可以防止scr装置的氨泄漏，从而避免车辆成本的增加，考虑到scr装置的老化劣化导致的净化效率的变化，可以注入适量的尿素，并最终，scr装置可以将废气中的no
x
净化到最佳状态，以满足各种法规。
9.根据本公开，通过提供一种用于控制车辆排气后处理系统的方法，可以实现上述和其它目的，该方法包括：通过控制器确定指定的再生操作是否完成；通过控制器累加紧接再生操作完成之后的指定第一参考时间段内、分别由选择性催化还原(scr)装置的后端no
x
传感器测量的第一no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的第二no
x
排放量；当第一参考时间段已经过去时，通过控制器确定第一no
x
排放量的累加值和第二no
x
排放量的累加值之间的差是否超过指定参考值；以及当累加值之间的差超过参考值时，通过控制器使用由scr装置的前端no
x
传感器和后端no
x
传感器获取的传感器净化效率，对在no
x
排放量模型中使用的模型净化效率进行校正。
10.在校正模型净化效率时，控制器可以通过计算配置为使模型净化效率等于传感器净化效率的效率校正系数，然后将模型净化效率乘以效率校正系数，来校正模型净化效率。
11.当控制器使用通过将模型净化效率乘以效率校正系数而获得的校正模型净化效率来计算尿素喷射量时，控制器可以使用通过将nh
3-no
x
反应比乘以反应比校正系数而获得的校正的nh
3-no
x
反应比来计算尿素喷射量，该反应比校正系数是效率校正系数的倒数。
12.该方法可以进一步包括，在校正模型净化效率后进行下一次再生操作时，通过控制器累加紧接再生操作完成之后的指定第二参考时间内、分别由scr装置的后端no
x
传感器测量的第三no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的第四no
x
排放量，通过控制器确定由后端nox传感器测量的第三no
x
排放量的累加值是否大于由no
x
排放量模型计算的第四no
x
排放量的累加值，以及当由后端no
x
传感器测得的第三no
x
排放量的累加值大于由no
x
排放量模型计算的第四no
x
排放量的累加值时，通过控制器校正scr装置的氨可吸留量(ammonia occludable amount)。
13.控制器可以通过将氨可吸留量乘以指定吸留系数(occulusion coefficient)来校正scr装置的氨可吸留量，并且吸留系数可以具有0至1范围内的值。
14.控制器可以使用以下方程式计算尿素喷射量：
15.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(校正的nh
3-no
x
反应比)
×
(校正的模型净化效率) (氨可吸留量
×
吸留系数)。
16.在控制器控制计算的待喷射到scr装置前端的尿素喷射量的同时，控制器可以逐渐减小吸留系数，直至由后端no
x
传感器计算的第五no
x
排放量等于由no
x
排放量模型计算的第六no
x
排放量。
17.控制器使用当由后端no
x
传感器计算的第五no
x
排放量等于由no
x
排放量模型计算的第六no
x
排放量时的吸留系数，通过校正scr装置的氨可吸留量，可以计算出校正的氨可吸留量，并且控制器可以使用以下方程式计算尿素喷射量，并控制计算的待喷射的尿素喷射量：
18.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(校正的nh
3-no
x
反应比)
×
(校正的模型净化效率) (校正的氨可吸留量)。
19.当将第二参考时间设定为等于第一参考时间时，控制器在校正模型净化效率之后可以依次打开泄漏诊断标记(slip diagnosis flag)，累加紧接再生操作完成之后的第一参考时间内、分别由scr装置的后端no
x
传感器测量的第三no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的第四no
x
排放量，并且确定由后端no
x
传感器测量的第三no
x
排放量的累加值是否大于由no
x
排放量模型计算的第四no
x
排放量的累加值，和在泄漏诊断标记打开时，校正scr装置的氨可吸留量。
20.在校正scr装置的氨可吸留量后，控制器可以关闭泄漏诊断标记。
21.可以使用以下方程式来计算no
x
排放量模型：
22.no
x
排放量模型＝no
x
入流率
–
no
x
净化量模型＝no
x
入流率
×
(1-模型净化效率)
23.其中，no
x
净化量模型＝no
x
入流率
×
模型净化效率。
附图说明
24.从以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
25.图1是示例性地示出本公开可应用的车辆排气后处理系统的视图；
26.图2是示出根据本公开一个实施方式的用于控制车辆排气后处理系统的方法的流程图；
27.图3是示出随着时间流逝的no
x
排放量的累加值的图；
28.图4是示出第一参考时间的no
x
排放量的累加值的图；
29.图5是示出第一参考时间的no
x
排放量的累加值的另一图；
30.图6是示出随着时间流逝的氨排放概率的图；
31.图7是示出第二参考时间的no
x
排放量的累加值的图；并且
32.图8是示出根据氨量的变化和no
x
量的变化而由no
x
传感器输出的值的变化的图。
具体实施方式
33.现在将详细参考本公开的示例性实施方式，其实例在附图中示出。只要可能，在整个附图中将使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
34.图1是示例性地示出可应用本公开的车辆排气后处理系统的视图，提供了一种配置用于净化从发动机排放的废气中的氮氧化物(no
x
)的选择性催化还原(scr)装置1，在scr装置1的上游区域中提供了配置用于测量流入scr装置1的废气中的氮氧化物(no
x
)的前端no
x
传感器3以及配置用于喷射尿素的尿素喷射装置5，并且在scr装置1的下游区域中提供了配置用于测量已经通过scr装置1的废气中的氮氧化物(no
x
)的后端no
x
传感器7。
35.此处，术语“前端”不一定是指scr装置1的前端，而是应解释为适合于测量流入scr装置1的氮氧化物(no
x
)的scr装置1上游的任何任意位置。此外，术语“后端”不一定是指scr装置1的后端，而是应解释为适合于测量从scr装置1排出的氮氧化物(no
x
)的scr装置1下游的任何任意位置。
36.控制器9从前端no
x
传感器3和后端no
x
传感器7接收信号，并控制尿素喷射装置5喷射尿素。
37.在本公开中，控制器9可以是计算机或诸如cpu的处理器，或更具体地，作为配置为控制车辆中电气系统的嵌入式系统的电子控制单元(ecu)。控制器9可以被编程以与前端nox传感器3、后端nox传感器7和尿素喷射装置5通信，从而控制所连接的装置。
38.在本公开中，在scr装置1的下游没有设置单独的氨传感器。
39.参见图2，根据本公开的用于控制车辆排气后处理系统的方法包括：通过控制器9确定指定的再生操作是否完成(s10)；通过控制器9累加紧接着再生操作完成(s10)之后的指定第一参考时间内、分别由scr装置1的后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量(s20)；当第一参考时间已过去时，通过控制器9确定由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值与由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值之间的差是否超过指定参考值(s30)；以及当累加值之差超过参考值时，由控制器9使用由前端no
x
传感器3和后端no
x
传感器7获得的传感器净化效率对no
x
排放量模型中使用的模型净化效率进行校正(s40)。
40.此处，通过将scr装置1的温度升高至500℃或更高，从而将温度升高到可以将scr1装置中吸留(occlude)的所有氨去除的水平的操作，称为再生操作，诸如柴油颗粒过滤器(dpf)的再生。
41.因此，如果scr装置1包括scr催化的柴油颗粒过滤器(sdpf)(即带有scr涂层的常规dpf)或者通过将scr催化剂负载在载体上而形成，当进行将温度升高到可除去所有吸留的氨的水平的以上操作时，则视为已经进行再生操作。
42.作为参考，在本公开中，如图2示例性所示，再生操作是指dpf的再生。另外，在车辆
行驶期间，图2的操作会连续重复进行。
43.基于scr装置1中没有吸留氨的时间来设定第一参考时间，因为由于上述再生操作导致scr装置1的温度升高。
44.也就是说，scr装置1的载体或dpf的特征在于，在高温下氨不会被吸留在其中，因而在此期间，可以使用流入scr装置1的no
x
和尿素以及从scr装置1排出的no
x
来更精确地计算no
x
净化量和no
x
排放量，而不必考虑scr装置1中的氨吸留量和氨可吸留量。由于这个原因，在本公开中，使用了这一时间。
45.因此，出于上述原因，基于scr装置1中未进行氨的吸留的时间来设定第一参考时间。特别地，可以将第一参考时间设定为在scr装置1中未进行氨吸留的时间，并且进一步包括在不影响实现本公开目的的情况下进行了一些氨吸留的时间点。
46.如上所述，控制器9通过累加紧接再生操作之后的第一参考时间内、分别由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量，来确定no
x
排放量模型的适用性(适度，suitability)，并且确定累加值之间的差是否超过参考值。
47.此处，可以将通过大量实验和分析获得的、适用于确定是否需要校正上述no
x
排放量模型和模型净化效率的值选择为参考值，并且如图2示例性所示，该参考值可以被设定为2％等。
48.也就是说，参见图2，当由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值(即，基于传感器的累加值)与由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值(即，基于模型的累加值)之间的差超过2％时，确定scr装置1的特性被改变为no
x
排放量模型和模型净化效率处于不适用的状态，并由此校正no
x
排放量模型和模型净化效率。
49.此处，使用以下方程式计算no
x
排放量模型：
50.no
x
排放量模型＝no
x
入流率
–
no
x
净化量模型＝no
x
入流率
×
(1-模型净化效率)。
51.使用以下方程式计算no
x
净化量模型：
52.no
x
净化量模型＝no
x
入流率
×
模型净化效率。
53.模型净化效率可以是控制器9作为scr装置1的净化效率所具有的值，并且no
x
入流率可以通过前端no
x
传感器3来测量。
54.如上所述，在no
x
排放量模型中，使用模型净化效率计算no
x
排放量，并由此，当模型净化效率中存在误差时，由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量会出现误差。
55.图3是示出no
x
排放量的累加值随时间流逝的图，该图示出了由scr装置1的后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值以及由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值，并且指示了两者之间存在的差，并且此差指示了no
x
排放量模型中使用的模型净化效率存在误差。
56.作为参考，图3还示出了基于由前端no
x
传感器3测量的值计算的no
x
入流率的累加值，并且no
x
入流率的累加值与后端no
x
传感器7的no
x
排放量的累加值之间的差可以被解释为由scr装置1净化的no
x
量的累加值。
57.在校正模型净化效率(s40)时，控制器9通过计算使模型净化效率等于传感器净化效率的效率校正系数，并将模型净化效率乘以效率校正系数，来校正模型净化效率。
58.作为参考，使用基于前端no
x
传感器3的测量值的no
x
入流率和基于后端no
x
传感器7的测量值的no
x
排放量，计算传感器净化效率。
59.也就是说，通过将模型净化效率乘以效率校正系数来计算校正的模型净化效率，此后，控制器9使用该校正的模型净化效率计算尿素喷射量。
60.另外，当控制器9使用通过将模型净化效率乘以效率校正系数计算的校正的模型净化效率来计算尿素喷射量时，控制器9使用校正的nh
3-no
x
反应比来计算尿素喷射量，该校正的nh
3-no
x
反应比是将nh
3-no
x
反应比乘以反应比校正系数计算的，该反应比校正系数是效率校正系数的倒数。
61.也就是说，控制器9使用以下方程式计算尿素喷射量，然后控制尿素喷射装置5喷射所计算的尿素喷射量：
62.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(nh
3-no
x
反应比
×
反应比校正系数)
×
(模型净化效率
×
效率校正系数) (氨可吸留量)＝
63.no
x
入流率
×
(校正的nh
3-no
x
反应比)
×
(校正的模型净化效率) (氨可吸留量)。
64.此处，反应比校正系数
×
效率校正系数＝1。
65.例如，假设当nh
3-no
x
反应比为0.37且模型净化效率为70％时传感器净化效率为80％，则当前状态下模型净化效率的误差为10％，并且为了减小该误差，按以下方式校正模型净化效率。
66.《校正前》
67.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(0.37)
×
(0.7)
68.《校正后》
69.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(0.37
×
0.875)
×
(0.7
×
1.142)＝no
x
入流率
×
(0.324)
×
(0.8)
70.此处，0.875
×
1.142＝1。
71.作为参考，用于计算尿素喷射量的氨可吸留量是一个常数，仅将其相加，为简洁起见，将其省略。
72.也就是说，在上述示例中，因为校正的模型净化效率变为0.8(80％)且正好等于传感器净化效率，使用校正的模型净化效率通过no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值(即，重新计算的基于模型的累加值)将等于基于传感器的累加值，由此消除了误差。
73.图2示出了模型净化效率被校正，使用校正的模型净化效率重新计算基于模型的累加值，将重新计算的基于模型的累加值与基于传感器的累加值进行比较，确认重新计算的基于模型的累加值和基于传感器的累加值之间的差小于参考值，然后将校正的模型净化效率反映为学习值(learning value)。
74.作为参考，图4显示，当第一参考时间之后基于传感器的累加值大于基于模型的累加值时，使用上述校正的净化效率重新计算基于模型的累加值，并且重新计算的基于模型的累加值成为基于传感器的累加值，并且图5显示，当第一参考时间之后基于传感器的累加值小于基于模型的累加值时，使用上述校正的净化效率重新计算基于模型的累加值，并且重新计算的基于模型的累加值成为基于传感器的累加值。
75.此处，反应比校正系数是效率校正系数的倒数的原因是要使尿素喷射量保持等于其先前状态，以避免改变本公开中的实际净化效率，因为如果通过校正用于计算尿素喷射量的模型而降低了该排气后处理系统的净化效率，则排气后处理系统被认为是不合格的装置，这是非法的。
76.因此，根据本公开，考虑到由于scr装置1的老化劣化而导致的模型净化效率的变化，在将模型净化效率校正为合适值的同时，scr装置1可以始终保持符合法定的合适净化。
77.根据本公开的用于控制车辆排气后处理系统的方法进一步包括：在校正模型净化效率后进行下一次再生操作时，通过控制器9累加紧接完成该再生操作之后的指定第二参考时间内、分别由scr装置1的后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量(s110)；通过控制器9确定由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值是否大于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值(s120)；和当由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值大于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值时，通过控制器9校正scr装置1的氨可吸留量(s130)。
78.也就是说，当重复进行再生操作时，如果进行了学习在先前的再生操作中校正的模型净化效率的过程，则根据下一次再生操作的情况校正用来计算尿素喷射量的scr装置1的氨可吸留量。
79.其原因是为了防止氨泄漏，其中如果未适当考虑由于scr装置1的老化劣化而导致的氨可吸留量降低，则由于过量的尿素喷射量，从scr装置1的下游排放出未反应的氨量。
80.参见图6，当随时间流逝而重复dpf的再生时，则可能从scr装置1泄漏出氨随时间而逐渐增加，当可能的氨泄漏超过指定水平时则急剧增加，然后由于dpf的再生而被消除，并且重复该过程。
81.可以使用以下方程式来表达scr装置1的氨吸留量：
82.氨吸留量＝尿素喷射量
–
用于减少no
x
的尿素量
–
尿素氧化量
–
未反应的尿素量。
83.此处，准确模拟尿素的氧化量和不参与反应的尿素的量(即，被吸留在scr装置1的壁中但反应速率非常低的尿素的量，或被吸留在scr装置1的壁中并由此未实际参与反应的尿素的量)是不可能的，因此，无法精确检测scr装置1的氨可吸留量。
84.然而，因为紧接进行再生操作(例如，dpf的再生)之后除去了scr装置1中吸留的所有氨并且由此scr装置1中未吸留氨，在本公开中，使用维持上述情形的第二参考时间来适当地校正氨可吸留量。
85.也就是说，因为在先前的再生操作中对模型净化效率进行了校正，并从而对no
x
排放量模型进行了校正，因此针对第二参考时间由后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量的累加值(即，基于传感器的累加值)应当几乎等于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值(即，基于模型的累加值)。然而，如图7所示，当基于传感器的累加值大于基于模型的累加值时，认为从scr装置1的下游泄漏的氨量被后端no
x
传感器7错误地感测为no
x
排放量，并且此错误感测是由于用来计算尿素喷射量的氨可吸留量的误差引起的。
86.作为参考，图8是示例性地示出根据氨量的变化和no
x
量的变化而由no
x
传感器7输出的值的变化的图，并且具有同时测量no
x
和氨的特性的no
x
传感器7错误地将从scr装置1的下游泄漏的氨感测为no
x
排放量。
87.因此，当第二参考时间的基于传感器的累加值大于基于模型的累加值时，如上所述，控制器9校正氨可吸留量，从而最终将尿素喷射量减少到最佳水平，由此能够防止基于不必要的尿素喷射量的氨的排放。
88.控制器9通过将氨可吸留量乘以指定吸留系数来校正scr装置1的氨可吸留量，并且吸留系数的值在0至1的范围内。
89.也就是说，氨可吸留量将由于scr装置1的老化劣化而逐渐降低，由此通过将先前的氨可吸留量乘以在0到1范围内的吸留系数，可以很容易地计算出校正的氨可吸留量。
90.更详细地，控制器9使用以下方程式计算尿素喷射量：
91.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(校正的nh
3-no
x
反应比)
×
(校正的模型净化效率) (氨可吸留量
×
吸留系数)。
92.当控制器9控制尿素喷射装置5将计算的尿素喷射量喷射到scr装置1的前端时，控制器9通过逐渐减小吸留系数直至由后端no
x
传感器7计算的no
x
排放量等于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量来求出吸留系数的值。
93.也就是说，当由后端no
x
传感器7计算的no
x
排放量变为等于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量时，控制器9使用吸留系数值校正scr装置1的氨可吸留量，并且使用以下方程式用校正的氨可吸留量来计算尿素喷射量：
94.尿素喷射量＝no
x
入流率
×
(校正的nh
3-no
x
反应比)
×
(校正的模型净化效率) (校正的氨可吸留量)。
95.控制器9控制尿素喷射装置5以喷射计算的尿素喷射量，从而使scr装置1表现出最佳的净化功能而不会排出氨。
96.此处，第二参考时间可以被设定为等于第一参考时间或者与第一参考时间略有不同。
97.也就是说，可以基于从scr装置1中去除了所有氨的时间来设定第二参考时间，因为紧接着再生操作之后，scr装置1的温度仍然很高，并且scr装置1沿未开始吸留新的氨，并且可以根据需要将第二参考时间设定为与第一参考时间不同的时间。
98.作为参考，在图2所示的实施方式中，将第二参考时间设定为等于第一参考时间，并且在校正模型净化效率之后，控制器9顺次打开泄漏诊断标记，累加紧接再生操作完成之后的第一参考时间分别由scr装置1的后端no
x
传感器7测量的no
x
排放量和由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量(s110)，并且确定由后端no
x
传感器7的no
x
排放量的累加值是否大于由no
x
排放量模型计算的no
x
排放量的累加值(s120)，和当泄漏诊断标记被打开时，校正scr装置1的氨可吸留量(s130)。
99.校正scr装置1的氨可吸留量后，控制器9可以关闭泄漏诊断标记，并由此根据紧接着进行下一次再生操作之后的情形来再次校正模型净化效率。
100.从以上描述显而易见，本公开提供了一种用于控制车辆排气后处理系统的方法，其中可以在不向scr装置下游提供氨传感器的情况下防止scr装置的氨泄漏，从而避免车辆成本增加，考虑到由于scr装置的老化劣化导致的净化效率的变化，可以注入适量的尿素，最终scr装置可以将废气中的no
x
净化到最佳状态，以满足各种法规。
101.尽管已经出于说明性目的公开了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书中公开的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。