控制将还原剂喷射至内燃机的排气系统内的喷射器的方法 |
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| 申请号 | CN201710274856.1 | 申请日 | 2017-04-25 | 公开(公告)号 | CN107448263A | 公开(公告)日 | 2017-12-08 |
| 申请人 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司; | 发明人 | V.阿尔菲里; G.马扎拉博洛尼亚; G.康特; A.本波拉德; D.贝尔纳迪尼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的一个 实施例 提供了一种控制用于将还原剂(286)喷射至 内燃机 (110)的 选择性催化还原 系统(282)内的喷射器(287)的方法，该方法包括以下步骤：测量所述选择性催化还原系统(282)下游的排气后处理系统(270)中的氮 氧 化物浓度的值；计算所述氮氧化物浓度的测量值与其预定参考值之间的第一差值；测量所述选择性催化还原系统(282)下游的所述排气后处理系统(270)中的 氨 浓度的值；计算所述氨浓度的测量值与其预定参考值之间的第二差值；根据所计算的第一差值和第二差值计算将被所述喷射器(287)喷射的还原剂的量；以及操作所述喷射器(287)喷射所计算的还原剂(286)的量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种控制用于将还原剂(286)喷射至内燃机(110)的选择性催化还原系统(282)中的喷射器(287)的方法，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 控制将还原剂喷射至内燃机的排气系统内的喷射器的方法技术领域背景技术[0003] 在示例性排气后处理系统中，计量系统将还原剂(例如尿素的水溶液)喷射到选择性催化还原(SCR)催化剂上游的排气中。还原剂分解以形成存储在SCR催化剂中的氨(NH3)。存储在SCR催化剂中的NH3与NOx反应形成双原子氮(N2)和水，这降低了释放到大气中的NOx水平。 [0004] 为了最小化排放，确保NOx转化的最大效率，并且同时确保还原剂从SCR系统到大气的最小消耗和最小释放，需要改善对喷射SCR系统上游的排气流中的还原剂的剂量的控制。 [0005] 鉴于上述情况，本公开的目的在于提供一种针对这一需求的解决方案。 发明内容[0007] 本公开的实施例提供了一种控制用于将还原剂喷射至内燃机的选择性催化还原系统内的喷射器的方法，所述方法包括以下步骤： [0008] -测量选择性催化还原系统下游的排气后处理系统中的氮氧化物浓度的值； [0009] -计算氮氧化物浓度的测量值与其预定参考值之间的第一差值； [0010] -测量选择性催化还原系统下游的排气后处理系统中氨浓度的值； [0011] -计算氨浓度的测量值与其预定参考值之间的第二差值； [0012] -根据所计算的第一差值和第二差值计算由喷射器喷射的还原剂的量； [0013] -操作喷射器以喷射所计算的还原剂的量。 [0014] 所述方法可以包括根据所计算的第一个差值和第二个差值计算由喷射器将被喷射的还原剂的量，以便使用选择性催化还原系统使氮氧化物最大化转化为氮，并使由选择性催化还原系统消耗的氨最小化且/或进而释放到外部环境的氨最小化。由于该解决方案，可以改善对喷射到SCR系统上游的排气流中的还原剂的量的控制，具体地，可以最大化SCR系统的NOx转化，并且可以同时最小化由SCR系统消耗的氨和由SCR系统释放到外部环境的氨。 [0016] 根据该解决方案的实施例的一方面，计算将被喷射的还原剂的量的步骤可以包括基于所计算出的第一差值和第二差值来求解优化控制问题的步骤，其中优化控制问题设置为使得所计算的第一差值和第二差值以及将要计算的量受制于各个预定约束条件。 [0017] 由于该解决方案，相对于已知的控制方法，需要可观的还原校准效果用于控制还原剂的量。 [0018] 根据该解决方案的实施例的一方面，计算将被喷射的还原剂的量的步骤可以包括计算受制于预定约束条件的二次性能指标的最小值的步骤，其中将被喷射的还原剂的量是二次性能指标的操纵变量，而第一差值和第二差值分别是二次性能指标的第一状态量和第二状态量。 [0019] 由于该解决方案，将被喷射的还原剂的量可以被计算为与利用最少数量的控制循环导致目标的约束条件一致的可能解决方案中的最佳(或最优)解。 [0020] 根据解决方案的实施例的另一方面，二次性能指标可以包括通过在每个控制循环将被喷射的还原剂的量的变化来确定的第三状态量。 [0021] 由于该解决方案，避免了两个连续控制循环之间喷射的还原剂过于剧烈的变化，从而允许控制循环中更平滑的还原剂量喷射曲线。 [0022] 根据该解决方案的实施例的一个方面，二次性能指标可以由下面等式限定：其中NOx,k为氮氧化物浓度的测量值，NOx,ref为氮氧化物浓度的参考值，NH3,k为氨浓度的测量值，NH3,ref为氨浓度的参考值， 为第一权重因子， 为第二权重因子，NH3in,k为将被计算的还原剂的量，Wu为第三权重因子，ΔREDin,k为在每个控制循环中还原剂的量的变化，Wdu为第四权重因子，以及N是落入预定离散时间预测范围的控制循环的预定数量。 [0023] 由于该解决方案，通过利用使用标准算法的求解器，可以容易且快速地计算出还原剂的计算量，而且等式中的所有项都被各自的权重因子加权，各自的权重因子根据状态条件(即受控的后处理系统的实际状态条件)确定每项的实际贡献。 [0024] 作为示例，根据该解决方案的该实施例的一个方面，该方法还可以包括基于进入选择性催化还原系统的排气的温度值确定二次性能指标的第一权重因子、第二权重因子、第三权重因子和第四权重因子的步骤。 [0025] 由于该解决方案，控制策略可以允许根据进入选择性催化还原系统的排气的温度来调节选择性催化还原系统的NOx转化效率与选择性催化还原系统下游的氨滑移的权衡，温度是强烈影响NOx转化效率的参数，并且对选择性催化还原系统的氨存储能力有影响，也强烈地影响氨的滑移。 [0026] 根据解决方案的实施例的一个方面，预定约定条件可以包括将被喷射的还原剂的量必须被包含在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0027] 由于该解决方案，将被喷射至选择性催化还原系统上游的还原剂的量不能超过其最大值，以便最小化氨滑移和还原剂消耗。 [0028] 根据解决方案的实施例的一个方面，预定约束条件还可以包括第一差值必须被包括在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0029] 由于该解决方案，控制策略可以考虑到在控制时由内部燃烧排出的NOx的总量，其表示利用存储在选择催化还原系统中的氨将被转化的和/或在选择催化还原系统上游将被喷射的NOx的总量。 [0030] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约束条件可以包括第二差值必须被包括在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0031] 由于该解决方案，控制策略可以考虑到在排气管处滑移的稳固其极限的氨的总量。 [0032] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约定条件还可以包括在每个控制循环中将被喷射的还原剂的量的变化必须被包括在范围从最小负阈值到其最大正阈值的条件。 [0033] 由于该解决方案，控制策略可以导致更平滑且逐渐的还原剂喷射模式，有利于选择性还原系统转化和存储效率。 [0034] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约束条件还可以包括在每个控制循环中存储到选择性催化还原系统中的氨的量必须被包括在范围从最小阈值到其最大阈值的区间内的条件。 [0035] 由于该解决方案，控制策略可以允许维持存储到选择性催化还原系统中氨的最小量，并且同时该方面允许平滑喷射还原剂，从而使还原剂喷射最小化，维持选择性催化还原系统的NOx转化效率。 [0036] 本解决方案还可以以计算机程序产品的形式体现，该计算机程序产品包括计算机程序被存储在其上的载体。具体地，本发明可以以用于将还原剂喷射内燃机的选择性催化还原系统中的喷射器的控制装置的形式来体现，该控制装置包括电子控制单元、与电子控制单元相关的数据载体和存储在数据载体中的计算机程序。另一实施例可以提供经调制以承载表示计算机程序的数据位序列的电磁信号。 [0037] 基本实现如上所述方法的相同效果的实施例提供了一种内燃机，其包括用于将还原剂喷射至选择性催化还原系统内的喷射器和电子控制单元，该电子控制单元被配置为： [0038] -测量选择性催化还原系统下游排气后处理系统中氮氧化物浓度的值； [0039] -计算氮氧化物浓度的测量值与其预定参考值之间的第一差值； [0040] -测量选择性催化还原系统下游排气后处理系统中氨浓度的值； [0041] -计算氨浓度的测量值与其预定参考值之间的第二差值； [0042] -根据第一差值和第二差值计算将被喷射排气后处理系统的还原剂的量；和[0043] -操作喷射器喷射所计算的还原剂的量。 [0044] 此外，该解决方案的另一个实施例提供了一种配备有如上所述的内燃机的汽车系统。 [0045] 该解决方案的另一实施例提供了一种用于控制将还原剂喷射至内燃机的选择性催化还原系统内的喷射器的装置，该装置包括： [0046] -用于测量选择性催化还原系统下游的排气后处理系统中的氮氧化物浓度的值的装置； [0047] -用于计算氮氧化物浓度的测量值与其预定参考值之间的第一差值的装置； [0048] -用于测量选择性催化还原系统下游的排气后处理系统中氨浓度的值的装置； [0049] -用于计算氨浓度的测量值与其预定参考值之间的第二差值的装置； [0050] -用于根据所计算的第一差值和第二差值计算将被所述喷射器喷射的还原剂的量的装置；和 [0051] -用于操作喷射器喷射所计算的还原剂的量的装置。 [0052] 由于该解决方案，可以改善对喷射到SCR系统上游的排气流中的还原剂的量的控制，具体地，可以最大化SCR系统的NOx转化，并且可以同时最小化在外部环境中由SCR系统消耗和释放的氨。 [0053] 根据该解决方案的实施例的一个方面，用于计算将被喷射的还原剂的量的装置可以包括基于所计算出的第一差值和第二差值用于求解优化控制问题的装置，其中优化控制问题设置为使得所计算的第一差值和第二差值以及将被计算的量受制于各个预定约定条件。 [0054] 由于该解决方案，相对于已知的控制方法，需要可观的还原校准效果用于控制还原剂的量。 [0055] 根据该解决方案的实施例的一方面，用于计算将被喷射的还原剂的量的装置可以包括用于计算受制于预定约束条件的二次性能指标的最小值的装置，其中将被喷射的还原剂的量是二次性能指标的操纵变量，而第一差值和第二差值分别是二次性能指标的第一状态量和第二状态量。 [0056] 由于该解决方案，将被喷射的还原剂的量可以被计算为与利用最少数量的控制循环导致目标的约束条件一致的可能解决方案中的最佳解。 [0057] 根据解决方案的实施例的另一方面，二次性能指标可以包括通过在每个控制循环将被喷射的还原剂的量的变化来确定的第三状态量。 [0058] 由于该解决方案，避免了两个连续控制循环之间喷射的还原剂过于剧烈的变化，从而允许控制循环中更平滑的还原剂量喷射曲线。 [0059] 根据该解决方案的实施例的一个方面，二次性能指标可以由下面等式限定：其中NOx,k为氮氧化物浓度的测量值，NOx,ref为氮氧化物浓度的参考值，NH3,k为氨浓度的测量值，NH3,ref为氨浓度的参考值， 为第一权重因子， 为第二权重因子，NH3in,k为将被计算的还原剂的量，Wu为第三权重因子，ΔREDin,k为在每个控制循环中还原剂的量的变化，Wdu为第四权重因子，以及N是落入预定离散时间预测范围的控制循环的预定数量。 [0060] 由于该解决方案，通过利用使用标准算法的求解器，可以容易且快速地计算出还原剂的计算量，而且等式中的所有项都被各自的权重因子加权，各自的权重因子根据状态条件(即受控的排气后处理系统的实际状态条件)确定每项的实际贡献。 [0061] 作为示例，根据该解决方案的该实施例的一个方面，该装置还可以包括基于进入选择性催化还原系统的排气的温度值用于确定二次性能指标的第一权重因子、第二权重因子、第三权重因子和第四权重因子的装置。 [0062] 由于该解决方案，控制策略可以允许根据进入选择性催化还原系统的排气的温度来调节选择性催化还原系统的NOx转化效率与选择性催化还原系统下游的氨滑移的权衡，温度是强烈影响NOx转化效率的参数，并且对选择性催化还原系统的氨存储能力有影响，也强烈地影响氨滑移。 [0063] 根据解决方案的实施例的一个方面，预定约束条件可以包括将被喷射的还原剂的量必须被包含在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0064] 由于该解决方案，将被喷射至选择性催化还原系统上游的还原剂的量不能超过其最大值，以便最小化氨滑移和还原剂消耗。 [0065] 根据解决方案的实施例的一个方面，预定约束条件还可以包括第一差值必须被包括在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0066] 由于该解决方案，控制策略可以考虑到在控制时由内部燃烧排出的NOx的总量，其表示利用存储在选择催化还原系统中的氨将被转化的和/或在选择催化还原系统上游将被喷射的NOx的总量。 [0067] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约定条件可以包括第二差值必须被包括在范围从零到其最大阈值的区间内的条件。 [0068] 由于该解决方案，控制策略可以考虑到在排气管处滑移的稳固其极限的氨的总量。 [0069] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约定条件还可以包括在每个控制循环中将被喷射的还原剂的量的变化必须被包括在范围从最小负阈值到其最大正阈值的条件。 [0070] 由于该解决方案，控制策略可以导致更平滑且逐渐的还原剂喷射模式，有利于选择性还原系统转化和存储效率。 [0071] 根据该解决方案的实施例的一个方面，预定约定条件还可以包括在每个控制循环中存储到选择性催化还原系统中的氨的量必须被包括在范围从最小阈值到其最大阈值的区间内的条件。 [0073] 现在将参考附图通过示例的方式描述各种实施例，其中现在将参考附图通过示例的方式描述各种实施例，在附图中： [0074] 图1示出了汽车系统。 [0075] 图2是属于图1的汽车系统的内燃机的截面图。 [0076] 图3是属于图1的汽车系统的SCR系统的示意表示。 [0077] 图4是表示根据本发明的实施例的控制SCR系统的还原剂喷射器的方法的流程图。 [0078] 图5是表示根据本发明的实施例的控制SCR系统的还原剂喷射器的方法的步骤的另一流程图。 具体实施方式[0079] 一些实施例可以包括如图1和图2所示的汽车系统100，其包括具有汽缸体120的内燃机(ICE)110，汽缸体120限定至少一个汽缸125，该汽缸具有被联接以旋转曲轴145的活塞140。汽缸盖130与活塞140配合以限定燃烧室150。 [0080] 燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中并被点燃，导致热膨胀的排气引起活塞140的往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，并且空气至少通过一个进气口210。燃料从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨170以高压提供至燃料喷射器160，高压燃料泵180增加从燃料源190接收到的燃料的压力。具有上述所公开部件的燃料喷射系统被称为共轨柴油喷射系统(CR系统)。CR系统是用于乘用车的相对新的喷射系统。与其他喷射系统相比，该喷射系统的主要优点是由于该系统和电磁受控的喷射器中的高压，使得可能在正确的时刻喷射正确量的燃料。这意味着更低的燃料消耗和更少的排放。 [0081] 每个汽缸125具有由与曲轴145随时间旋转的凸轮轴135致动的至少两个阀215。阀215选择性地允许空气从进气口210进入燃烧室150，并且交替地允许排气通过排气口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。 [0082] 空气可以通过进气歧管200分配到(一个或多个)进气口210。进气管道205可以将空气从周围环境提供至进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节气门阀330以调节进入进气歧管200的空气流。在其他实施例中，可以提供具有旋转地联接到涡轮250的压缩机240的强制空气系统，例如涡轮增压器230。压缩机240的旋转增加进气管道205和进气歧管200中的空气的压力和温度。设置在进气管道205中的中间冷却器260可以降低空气的温度。 [0083] 涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，该排气歧管225在排气膨胀通过涡轮250之前引导来自排气口220的排气并引导通过一系列叶片。排气离开涡轮250并引导至排气后处理系统270。该示例示出了具有可变几何涡轮(VGT)致动器255的可变几何涡轮(VGT)250，VGT致动器被布置为移动叶片以改变通过涡轮250的排气流。 [0084] 排气后处理系统270可以包括具有一个或更多个排气后处理设备280的排气管线275。后处理设备280可以是被配置为改变排气组成的任何设备。后处理设备280的一些示例包括但不限于催化转化器(两路和三路)、氧化催化剂(例如柴油氧化催化剂(DOC)281)、稀NOx捕集器(LNT)、烃吸附剂、还原剂存储设备(例如选择性催化还原(SCR)系统)和微粒过滤器(DPF)。 [0085] 作为示例，图中未示出，SCR系统282可以包括在DOC 281下游的单个SCR催化剂。 [0086] 单个SCR催化剂可以是过滤器(SCRoF，即具有SCR涂层的颗粒过滤器)上的紧密耦合的选择性催化还原催化剂。 [0087] 作为替代示例，如所示的实施例所示出的，SCR系统282是多砖SCR系统，其包括第一选择性催化还原(SCR)催化剂283和第二选择性催化还原(SCR)催化剂284。排气管线275，并且例如DOC 281，在排气歧管225和第一SCR催化剂283之间提供流体连通，使得排气管线275通过DOC 281将排气从ICE 110输送到第一SCR催化剂283。排气管线275限定了在第一SCR催化剂283和第二SCR催化剂284之间提供流体连通的通道。 [0088] 排气管线275中的第一SCR催化剂283位于第二SCR催化剂284的上游。 [0089] 在所示的实施例中，第一SCR催化剂283可以是过滤器(SCRoF，即具有SCR涂层的颗粒过滤器)上的紧密耦合的选择性催化还原催化剂。 [0090] 第二SCR催化剂284可以是地板下(underfloor)选择性催化还原催化剂(SCR U/F)。 [0091] SCR系统282还可以包括位于单个SCR催化剂下游的(在图中未示出的实施例中)或第二SCR催化剂284的下游(在所示实施例中)的NH3捕集器(ROC)，其被配置为阻止氨从第一SCR催化剂和/或第二SCR催化剂284滑移。 [0092] SCR系统282包括用于存储还原剂286(例如存储在罐体285中的尿素水溶液(尿素—水溶液HWL)或尿素)的罐体285。 [0093] 还原剂喷射器287被配置为将还原剂286从罐体285喷射到第一SCR催化剂283上游的排气管线274中。 [0094] 由于排气管线275的地方存在高温度排气，因此尿素水溶液被热降解，这是释放实际的还原剂(即氨(NH3))的过程。 [0096] 泵288可用于使还原剂286(即尿素水溶液或尿素)从罐体285流到还原剂喷射器287。可选地，促进尿素的均化和/或降解的处理装置也可以存在于还原剂喷射器287和第一SCR催化剂283之间的排气管线275中。 [0097] 释放的还原剂(即氨)被存储在第一SCR催化剂283的第一催化剂底物283’和/或第二SCR催化剂284的第二催化底物284’中，或者直接用氮气催化转化ICE 110的排气的氧化物，由此这些氧化物然后被还原以形成氮气N2。 [0098] 汽车系统100还可以包括电子控制单元(ECU)450，该电子控制单元与ICE 110相关联的一个或更多个传感器和/或设备通信。ECU 450可以接收来自被配置为产生与ICE 110相关联的各种物理参数成比例的信号的各种传感器的输入信号。传感器包括但不限于质量气流、压力、温度传感器340；歧管压力和温度传感器350；燃烧压力传感器360；冷却剂和油温度及液位传感器380；燃料轨压力传感器400；凸轮位置传感器410；曲柄位置传感器420；排气压力和温度传感器430；氧传感器(例如通用排气氧(UEGO)传感器或λ传感器)或氮氧化物传感器和加速器踏板位置传感器445。 [0099] 传感器还包括被配置为确定排气中的NOx(氮氧化物)的浓度和/或量的NOx传感器，例如以百万分之几。 [0100] 例如，第一NOx传感器440’可以设置在第一SCR催化剂283上游的排气管线275中。 [0101] 第二NOx传感器440”设置在排气管线275中，例如在第二SCR催化剂284的下游(NH3捕集器的上游)。 [0102] 传感器还可以包括被配置为确定排气中的NH3(氨)的浓度和/或量的传感器，例如传感器可以设置在第二SCR催化剂284下游(NH3捕集器的上游)的排气管线275中。 [0103] 根据所示的实施例，第二NOx传感器440”可以是适于对还原剂(例如氨(NH3))交叉敏感的传感器，并且可以用于检测NOx浓度(和/或在一段时间间隔内按计量给的量)和NH3浓度(和/或在一段时间间隔内按计量给的量)。 [0104] 使用质量空气流(MAF)传感器441测量流入进气歧管200的空气的质量流率。 [0105] 第一排气温度传感器442’设置在第一SCR催化剂283的入口处或入口附近，例如在第一SCR催化剂283上游的排气管线275中。 [0106] ECU 450可以被配置为估计设置在第一SCR催化剂283中的第一催化底物283’的温度，即涂覆陶瓷的底物，例如由堇青石材料制成并且具有多个溢流通道，该通道涂覆有涂层和催化材料以存储用于与存在于排气进料流中的NOx分子反应的还原剂(即氨)。具体地，ECU 450可以基于进入第一SCR催化剂283的排气的(由第一排气温度传感器442’测量的)温度和排气的质量流率来估计催化剂底物283’的温度。 [0107] ECU 450被配置为确定通过排气后处理系统270来自ICE 110的排气的质量流率。 [0108] 作为示例，ECU 450可以基于进入ICE 110的空气的质量流率和ICE 110的供油速率来确定来自ICE 110的排气的质量流率。为此，ECU 450可以接收来自MAF传感器441的空气的质量流率和来自燃料计量器的供油速率，其确定通过燃料轨170的燃料的质量流率。排气的质量流量可以基于(或等于)进入ICE 110的空气的质量流率和ICE 110的供油速率的总和。 [0109] 每个SCR催化剂(即其催化底物)的温度影响SCR催化剂内的还原氮氧化物的反应效率，并影响SCR催化剂存储还原剂(即氨)的能力。当SCR催化剂的温度低(诸如小于144摄氏度(℃))时，SCR催化剂内的还原氮氧化物的反应效率接近零。因此，即使SCR催化剂包含氨，氨也不与氮氧化物反应并还原。当SCR催化剂的温度高(诸如大于400℃)时，SCR催化剂不能存储氨。 [0110] ECU 450被配置为确定第一SCR催化剂283上游的排气中的氮氧化物浓度(或量)。ECU 450可以基于来自NOx传感器(例如第一NOx传感器440’)的输入确定进入第一SCR催化剂 283的氮氧化物浓度(或量)。 [0111] 此外，ECU 450可以产生至被布置为控制ICE 110的操作的各种控制设备的输出信号，各种控制设备包括但不限于，燃料喷射器160、节气门阀330、EGR阀320、VGT致动器255、凸轮相位器155、泵288和还原剂喷射器287。注意，虚线用于指示ECU 450与各种传感器和设备之间的通信，但是为了清楚起见，省略了一些。 [0112] 现在转向ECU 450，该装置可以包括与存储器系统和接口总线通信的数字中央处理单元(CPU 460)。CPU被配置为执行作为程序存储在存储器系统中的指令，并且向接口总线发送信号/从接口总线接收信号。存储器系统可以包括各种存储器类型，包括光存储器、磁存储器、固态存储器和其它非易失性存储器。接口总线可以被配置为向各种传感器和控制设备发送模拟和/或数字信号/接收并调制来自各种传感器和控制设备的模拟和/或数字信号。程序可以体现本文公开的方法，允许CPU执行这些方法的步骤并控制ICE 110。 [0113] 存储在存储器系统中的程序通过电缆或以无线方式从外部发送。在汽车系统100外部，它通常可视化为计算机程序产品，该计算机程序产品在本领域中也称为计算机可读介质或机器可读介质，并且应被理解为驻留在载体上的计算机程序代码，所述载体本质上是暂时的或非暂时的，其结果是计算机程序产品本质上可被视为暂时性或非暂时性的。 [0114] 暂时性计算机程序产品的示例是信号，例如诸如光信号的电磁信号，其是用于计算机程序代码的暂时性载体。可以通过诸如用于数字数据的QPSK的常规调制技术调制信号来实现承载该种计算机程序代码，使得表示所述计算机程序代码的二进制数据被外加在暂时性电磁信号上。这样的信号例如当经由Wi-Fi连接到膝上型计算机以无线方式发送计算机程序代码时使用。 [0115] 在非暂时性计算机程序产品的情况下，计算机程序代码被体现在有形的存储介质中。存储介质是如上提到的非暂时性载体，使得计算机程序代码以可检索的方式永久地或非永久地存储在该存储介质中或其上。存储介质可以是计算机技术中已知的常规类型，例如闪存、Asic、CD等。 [0117] 电子控制器(即ECU 450)可操作地连接到还原剂喷射器287，用于控制由还原剂喷射器287喷射的还原剂286的量。 [0118] 具体地，ECU 450可以通过控制由泵288传输到还原剂喷射器287的还原剂286的压力和还原剂喷射器287的操作时间来控制由还原剂喷射器287喷射的还原剂286的量。 [0119] 实际上，ECU 450启动还原剂喷射器287，以对应于其所需量的还原剂喷射一定量的还原剂286。 [0120] ECU 450根据多基于变量模型的控制被配置为循环地控制并确定将被还原剂喷射器287喷射的所需量的还原剂286，以便最大化在SCR系统282两端的NOx转化并使外部环境中的氨滑移最小化。 [0121] 为此，ECU 450被配置为估计(图块S1)SCR系统282的当前状态，即ECU 450可以被配置为确定(估计)存储在SCR系统282中的第一量的还原剂(即氨)。具体地，ECU 450可以基于排气的质量流率估计第一量(如上公开所确定的)、进入第一SCR催化剂283的氮氧化物浓度(或量)(如上公开所确定的)、以及进入第一SCR催化剂283的排气的温度。进入第一SCR催化剂283的排气的温度可以例如由第一排气温度传感器442’测量，或者根据本领域已知的任何估计方法以其他方式来估计。 [0122] 该第一量可以存储在存储器系统中，并且可以用作适于控制还原剂喷射器287的操作的控制循环的初始值。 [0123] 从第一量开始，在控制循环k处，ECU 450被配置为在每个随后的控制循环k+1处预测将被还原剂喷射器287喷射的还原剂286的最优量，以便最大化在SCR系统282两端的NOx的转换并使得外部环境中的氨滑移最小化。 [0124] 具体地，ECU 450被配置为在每个控制循环k处测量(图块S2)在SCR系统282的第二SCR催化剂284下游的排气中的氮氧化物(NOx)的浓度(或量)的值NOx,k，例如利用第二NOx传感器440”。 [0125] 在相同的采样时间(或控制循环k)下，ECU 450被配置为测量(图块S3)SCR系统282的第二SCR催化剂284下游的排气中的氨的浓度(或量)的值NH3,k，例如利用相同的第二NOx传感器440” [0126] 然后，ECU 450被配置为计算(图块S4)NOx浓度的测量值NOx,k和其预定参考值NOx,ref之间的第一差值E1。 [0127] NOx浓度的预定参考值NOx,ref可以是在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中的值。 [0128] 作为示例，NOx浓度的预定参考值NOx,ref可以被设置为等于零。 [0129] 在这种情况下，第一差值E1可以按如下计算：E1＝NOx,k-NOx,ref，在该示例中为E1＝NOx,k。 [0130] 然后，ECU 450被配置为计算(图块S5)NH3浓度的测量值NH3,k与其预定参考值NH3,ref之间的第二差值E2。 [0131] NH3浓度的预定参考值NH3,ref可以是在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中的值。 [0132] 作为示例，将NH3浓度的预定参考值NH3,ref可以设置为等于零。 [0133] 在这种情况下，第二差值E2可以按如下计算：E2＝NH3,k-NH3,ref,在该示例中为E2＝NH3,k。 [0134] 已知第一差值E1和第二差值E2，ECU 450可以被配置为根据所计算的第一差值E1和第二差值E2来计算(图块S6)将被还原剂喷射器287喷射的还原剂286的最优量NH3,in。 [0135] 例如，所计算的第一差值E1和第二差值E2可以用作嵌入在ECU 450中的反馈多输入控制器500的输入，该反馈多输入控制器500产生将被还原剂喷射器287喷射的还原剂286的最优量NH3,in的输出，以便最小化第一差值E1和第二差值E2两者。 [0136] 作为示例，控制器500被配置为根据所计算的第一差值E1和第二差值E2计算将被还原剂喷射器287喷射的还原剂286的最优量NH3,in。 [0137] 一旦计算出控制循环k处的最优量NH3,in，则ECU 450被配置为操作(图块S7)还原剂喷射器287喷射所计算最优量NH3,in的还原剂286。 [0138] 控制器500可以被配置为在每个控制循环k处计算在随后控制循环k+1处将被喷射的还原剂286的最优量NH3,in作为基于所计算的第一差值E1和第二差值E2的优化控制问题的解，其中优化控制问题设置为使得所计算的第一差值E1和第二差值E2以及将被计算的最优量的还原剂286受制于各个预定约束条件，如下文所公开的。 [0139] 具体地，优化控制问题可以是有限时间范围的离散时间优化控制问题。 [0140] 这样的优化控制问题的一个示例是在预定的有限预测范围(t0，T)上寻找最优量NH3,in，该最优量最小化成本函数J＝J(NOx,k,NH3,k,ΔREDin,k NH3,in)，例如受制于预定约束条件的二次性能指标。 [0141] 优化控制问题的成本函数J＝J(NOx,k,NH3,k,ΔREDin,k NH3,in)是操纵变量(即最优量NH3,in)和一个或更多个状态量(即至少第一差值E1和第二差值E2)的函数。预定约束条件与相同的操纵变量和状态量相关。 [0142] 成本函数J可以是各种惩罚的加权和，例如在有限预测范围上的状态量或跟踪误差(例如第一差值E1和第二差值E2等)的第二范数的平方之和、通过还原剂喷射器287的操作将被喷射的还原剂286的量(例如，最优量NH3,in)第二范数的平方之和等等。约束可以包括对还原剂喷射器287的操作(将被喷射的还原剂量、操作时间或其他……)的限制和对有限预测范围(t0，T)上的各种变量的限制。 [0143] 具体地，状态量可以包括为第一差值E1的第一状态量、为第二差值E2的第二状态量和在每个控制循环k处为将被还原剂喷射器287喷射的最优量NH3,in的变化的第三状态量。 [0144] 控制器500可以被编程为求解器，其被配置为根据适当的计算算法来求解公式化的优化控制问题。例如，快速优化控制问题的求解器可以基于在线解决方案或参数优化控制问题的明确解决方案。在线解决方案可以基于有效集(标准公式、梯度投影等)、内部点等。明确的解决方案可以基于多参数方法、原始对偶可行性方法等。 [0145] 作为示例，二次性能指标J由以下等式限定：其中，NOx,k是氮氧化物浓度的测量值，NOx,ref是氮氧化物浓度的参考值，NH3,k是氨浓度的测量值，NH3,ref是氨浓度的参考值， 是第一权重因子， 是第二权重因子，NH3in,k是将被计算的还原剂的最优量，Wu是第三权重因子，ΔREDin,k是每个控制步骤下还原剂的最优量的变化，Wdu是第四权重因子，以及N是落入预定的离散时间预测范围(t0，T)的控制循环k的预定数量。 [0146] ECU 450可以被配置为基于进入SCR系统282(即进入SCR系统282的第一SCR催化剂283)的排气的温度的当前值tk来确定二次性能指标J的每个权重因子，即第一权重因子第二权重因子 第三权重因子Wu和第四权重因子Wdu。 [0147] 例如，排气温度的当前值tk可以在控制循环k的正时间处由第一排气温度传感器442’测量。 [0148] 例如，ECU 450可以使用排气温度的当前值tk作为多个映射(即四个映射(针对每个权重因子存在一个映射))的输入，每个映射产生相应权重因子的对应值作为输出。这样的映射可以用实验活动确定，并且然后存储在存储器系统中。 [0149] 如上公开的优化控制问题的预定约束条件包括对还原剂286的最优量NH3in,k的约束条件，其中这种约束条件规定还原剂286的最优量NH3in,k将被包括在范围从零到最大阈值NH3in,max的区间(即0 [0150] ECU 450可以被配置为基于(在当前循环k处如上所公开确定的)排气的质量流率的值、(例如在当前循环k处如上所公开的(例如通过第一排气温度传感器442’)测量的)进入SCR系统282的第一SCR催化剂283的排气的温度、SCR系统282的第一SCR催化剂283上游的(例如在当前循环k处由如上所公开的第一NOx传感器440’测量的)NOx浓度(或量)和(基于如上公开所估计的、由从第一控制循环喷射的最佳量NH3in,k与在当前循环k之前的控制循环k-1的最佳量之和所更新的或以其他方式所测量或估计的第一量的还原剂286的)在先前循环k-1处喷射的还原剂286的量。 [0151] 作为示例，最大阈值NH3in,max可以被提供为预先校准的映射的输出，该映射接收排气的质量流率、NOx浓度和进入第一SCR催化剂283的排气的温度和在第一SCR催化剂283上游喷射的还原剂的量作为输入。该映射可以在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中。 [0152] 作为替代方案，最大阈值NH3in,max可以被提供为还原剂喷射器287可以(例如，以克/秒)喷射还原剂286的最大值；该值可以由还原剂喷射器287的供应商的数据表检索并存储在存储器系统中。 [0153] 如上所公开的优化控制问题的预定约束条件还包括对第一差值E1的约束条件，其中这种约束条件规定第一差值E1将被包括在范围从零到其最大阈值NOxMAX-NOx,ref的区间(即0 [0154] ECU 450可以被配置为基于SCR系统282的第一SCR催化剂283上游的NOx浓度(或量)来确定最大阈值NOxMAX-NOx,ref，例如在当前循环k处由如上所公开的第一NOx传感器440’测量。 [0155] 作为示例，最大阈值NOxMAX-NOx,ref可以被设置为等于SCR系统282的第一SCR催化剂283上游的NOx浓度(或量)与NOx浓度的参考值之间的差。该映射可以在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中。 [0156] 如上所公开的优化控制问题的预定约束条件可以包括对第二差值E2的约束条件，其中这种约束条件规定第二差值E2被包含在范围从零到其最大阈值NH3MAX-NH3,ref的区间(即0 [0157] 作为示例，可以将最大阈值NH3MAX-NH3,ref设置为等于SCR系统282的最大氨存储容量NH3MAX与NH3浓度的参考值NH3,ref之间的差。最大氨存储容量NH3MAX可以计算为SCR系统282的每个SCR催化剂(例如，第一SCR催化剂283和第二SCR催化剂284)的最大氨存储容量的总和，其中每个氨存储容量可以是由SCR催化剂的供应商的数据表提供的标称值。 [0158] 作为替代方案，最大阈值NH3MAX-NH3,ref可以在实验活动期间被预先确定并存储在存储器系统中。 [0159] 可以基于进入各个SCR催化剂(即第一SCR催化剂283和第二SCR催化剂284)的排气的温度来确定SCR系统282的最大氨存储容量。 [0160] 如上所公开的优化控制问题的预定约束条件可以进一步包括对每个控制循环k处的还原剂286的最优量的变化ΔREDin,k的约束条件，其中这种约束条件规定了还原剂286的最优量的变化ΔREDin,k被包括在范围从最小负阈值到其最大正阈值的区间内，其中例如最大正阈值和最小负阈值在幅值上相等，即-ΔREDinMAX<ΔREDin,k<+ΔREDinMAX。 [0161] 最大正阈值和最小负阈值可以在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中，以此方式来避免在两个连续的控制循环之间对还原剂286的喷射过于剧烈的变化。 [0162] 如上所公开的优化控制问题的预定约束条件还可以包括对每个控制循环k下存储在SCR系统282中的氨(即第一SCR催化剂283和第二SCR催化剂284)的量θk的约束条件，其中这种约束条件规定了在每个控制循环k存储到SCR系统282中的氨(即第一SCR催化剂283和第二SCR催化剂284)的量θk将被包括在范围从最小阈值θMIN到其最大阈值θMAX的区间(即θMIN<θk<θMAX)内。 [0163] 具体地，存储至SCR系统282中的氨的量θk可以根据解决如上所公开的优化控制问题的最优量NH3,in来计算。 [0164] 存储至SCR系统282中的氨的量θk的最小阈值θMIN和最大阈值θMAX可以在实验活动期间预先确定并存储在存储器系统中，以此方式来避免SCR系统282的过多排空和过量的氨存储至SCR系统282中。 [0165] 实际上，在使二次性能指标J最小化的所计算出的最优量NH3,in中，求解器计算存储至SCR系统282中的氨的量θk的相应值，并选择满足第四约束条件的一个(或更多个)值。 [0166] 实际上，在图块S7处用于操作还原剂喷射器287的最优量NH3,in是使成本函数J最小化并且符合第一、第二和第三约束条件并且对应于存储到SCR系统282的符合第四约束条件的氨的量θk的一个值。 [0167] 虽然在前面的发明内容和具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量变体。还应当理解，一个示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并且并非旨在以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前面的发明内容和具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的路线图，应当理解，在不会背离所附权利要求及其法定等同物所阐述的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置做出各种改变。 [0168] 附图标记列表 [0169] 100 汽车系统 [0170] 110 内燃机 [0171] 120 汽缸体 [0172] 125 汽缸 [0173] 130 汽缸盖 [0174] 135 凸轮轴 [0175] 140 活塞 [0176] 145 曲轴 [0177] 150 燃烧室 [0178] 155 凸轮相位器 [0179] 160 燃料喷射器 [0180] 170 燃料轨 [0181] 180 燃料泵 [0182] 190 燃料源 [0183] 200 进气歧管 [0184] 205 进气管道 [0185] 210 进气口 [0186] 215 阀 [0187] 220 排气口 [0188] 225 排气歧管 [0190] 240 压缩机 [0191] 250 涡轮 [0192] 255 VGT致动器 [0193] 260 中间冷却器 [0194] 270 排气后处理系统 [0195] 275 排气管线 [0196] 280 后处理设备 [0197] 281 DOC [0198] 282 SCR系统 [0199] 283 第一SCR催化剂 [0200] 283’ 第一催化底物 [0201] 284 第二SCR催化剂 [0202] 284’ 第二催化底物 [0203] 285 罐体 [0204] 286 还原剂助催化剂 [0205] 287 还原剂喷射器 [0206] 288 泵 [0207] 300 排气再循环管道 [0208] 310 EGR冷却器 [0209] 320 EGR阀 [0210] 330 节气门阀 [0211] 340 质量气流、压力、温度传感器 [0212] 350 歧管压力和温度传感器 [0213] 360 燃烧压力传感器 [0214] 380 冷却剂温度和液位传感器 [0215] 385 润滑油温度和液位传感器 [0216] 400 燃料轨数字压力传感器 [0217] 410 凸轮位置传感器 [0218] 420 曲柄位置传感器 [0219] 430 排气压力和温度传感器 [0220] 440’ 第一NOx传感器 [0221] 440” 第二NOx传感器 [0222] 441 MAF传感器 [0223] 442’ 第一排气温度传感器 [0224] 442” 第二排气温度传感器 [0225] 445 加速器踏板位置传感器 [0226] 450 ECU [0227] 460 中央处理单元 [0228] 500 控制器 [0229] S1-S7 图块 |
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