后处理系统NOx和氨的控制策略的制作方法

后处理系统nox和氨的控制策略
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年12月18日提交的题为“aftertreatment system nox and ammoniacontrol strategy”的美国临时申请第63/199,307号的权益和优先权，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于动态管理和控制发动机废气后处理系统的系统和方法。特别地，本公开涉及经由用于系统的控制器的板载集成模型来管理和控制氨(即还原剂)和系统输出nox。
4.背景
5.排气后处理系统通常被设计成减少颗粒物质、氮氧化物(nox)、碳氢化合物和其他对环境有害的污染物(例如，温室气体、硫氧化物等)的排放。通过后处理系统内的催化器(例如，scr催化器)和添加到废气流中的还原剂(例如氨)的组合来实现排放的减少。在某些催化器存在的情况下，废气中注入的还原剂发生反应，以将有害排放物转化为对环境危害较小的排放物(例如，nox转化为氮气和水)。然而，未使用的还原剂可能被释放到大气中或以其他方式积聚在后处理系统(或其他部件)中，从而不利地影响后处理系统的功效。
6.概述
7.一个实施例涉及一种系统，该系统包括后处理系统和联接到后处理系统的控制器。控制器被配置成生成后处理系统的催化器的空间分辨模型。控制器还被配置成基于来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器和一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。通过将催化器离散化成各部分并随后控制系统的部件(例如，发动机、后处理系统加热器等)，系统能够有益地控制排放，同时管理系统中的还原剂(例如氨)。
8.在一些实现中，控制器还被配置成：将来自空间分辨模型的一个或更多个建模值与后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；并且响应于比较，命令后处理系统的发动机、加热器或定量配给器(doser)中的至少一个来实现一个或更多个期望值。在一些实现中，控制器还被配置成：确定来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及基于所确定的梯度将新的建模值分配给一个或更多个部分。
9.在一些实现中，控制器还被配置成：将来自空间分辨模型的一个或更多个建模值与催化器的一个或更多个期望值进行比较；以及基于一个或更多个建模值与一个或更多个期望值之间的差超过误差阈值来识别后处理系统中的故障。在一些实现中，催化器是选择性催化还原(scr)催化器。在一些实现中，催化器是选择性催化还原(scr)催化器和氨氧化催化器(amox)的组合。在一些实现中，催化器是第一选择性催化还原(scr)催化器，并且后处理系统包括位于第一scr催化器上游的第二scr催化器。第二scr催化器相对小于第一scr催化器。在一些实现中，该系统包括流体联接到第一scr催化器的第一还原剂定量配给器和
流体联接到第二scr催化器的第二还原剂定量配给器。在一些实现中，控制器还被配置成：基于针对第一scr催化器和第二scr催化器的空间分辨模型的一个或更多个建模值，控制第一还原剂定量配给器的定量配给命令。在一些实现中，一个或更多个建模值指示第一scr催化器和第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量，并且第一还原剂定量配给器的定量配给命令基于一个或更多个建模值与氨储存阈值的比较，一个或更多个建模值指示第一scr催化器和第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量。
10.在一些实现中，控制器还被配置成：基于针对第一scr催化器和第二scr催化器的空间分辨模型的一个或更多个建模值，控制第二还原剂定量配给器的定量配给命令。一个或更多个建模值可以指示第一scr催化器和第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量。用于第二还原剂定量配给器的定量配给命令基于指示第一scr催化器和第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量的一个或更多个建模值与氨储存阈值的比较。
11.另一实施例涉及一种方法。该方法包括：通过联接到后处理系统的控制器生成后处理系统的催化器的空间分辨模型。空间分辨模型将催化器分成一个或更多个部分。该方法还包括：由控制器基于来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器和一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。
12.在一些实现中，该方法还包括：由控制器将来自空间分辨模型的一个或更多个建模值与后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；并且响应于比较，由控制器命令后处理系统的发动机、加热器或定量配给器中的至少一个来实现一个或更多个期望值。在一些实现中，调整空间分辨模型包括：由控制器确定来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及由控制器基于所确定的梯度向一个或更多个部分分配新的建模值。
13.在一些实现中，该方法还包括：由控制器将来自空间分辨模型的一个或更多个建模值与催化器的一个或更多个期望值进行比较；以及由控制器基于一个或更多个建模值与一个或更多个期望值之间的差超过误差阈值来识别后处理系统中的故障。在一些实现中，催化器是选择性催化还原(scr)催化器。
14.又一实施例涉及一种系统。该系统包括处理电路，该处理电路包括联接到存储器的至少一个处理器。存储器在其中存储指令，该指令当由至少一个处理器执行时使处理电路：生成后处理系统的催化器的空间分辨模型，空间分辨模型将催化器分成一个或更多个部分；以及基于来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器和一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。指令在由至少一个处理器执行时还使处理电路：将来自空间分辨模型的一个或更多个建模值与后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；并且响应于比较，命令后处理系统的发动机、加热器或定量配给器中的至少一个来实现一个或更多个期望值。指令在由至少一个处理器执行时还使处理电路：确定来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及基于所确定的梯度向一个或更多个部分分配新的建模值。
15.一个实施例涉及联接到后处理系统的控制器，控制器被配置成生成后处理系统的催化器的空间分辨模型，空间分辨模型将催化器分成一个或更多个部分。控制器被配置成
基于来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器和一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。
16.本概述仅为说明性的，并不打算以任何方式加以限制。结合附图，在本文阐述的详细描述中，本文描述的设备或过程的其他方面、发明特征和优点将变得明显，其中相同的附图标记指代相同的元件。在这方面，提供大量具体细节以赋予对本公开主题的实施例的透彻理解。在一个或更多个实施例和/或实现中，可以以任何合适的方式组合本公开主题的所描述的特征。本发明的一个方面的一个或更多个特征可以与本发明的不同方面的一个或更多个特征相组合。此外，在某些实施例和/或实现中可以识别可能不存在于所有实施例或实现中的附加特征。
17.附图简述
18.图1是根据示例性实施例的具有控制器的系统的示意图。
19.图2是根据示例性实施例的图1的系统的控制器的示意图。
20.图3是根据示例性实施例的由图1-图2的控制器生成的scr催化器和amox催化器的离散化轴向横截面的图形描述。
21.图4是根据示例性实施例的管理废气后处理系统中的nox和氨的方法的流程图。
22.图5是根据示例性实施例的图1的系统的替代后处理系统的示意图。
23.图6是根据示例性实施例的用于调整图1的系统的模型的过程的流程图。
24.详细描述
25.以下内容是与用于经由板载集成模型管理系统输出nox和氨的方法、装置和系统相关的各种概念和实现的更详细描述。在转向详细示出某些示例性实施例的附图之前，应该理解，本公开不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述的目的，不应被视为限制性的。
26.总体上参考附图，本文公开的各种实施例涉及用于经由控制器的板载集成模型管理系统输出nox(sonox)和氨(特别是氨逃逸(ammonia slip))的系统、装置和方法。排气后处理系统旨在处理废气并减轻不期望的废气排放，例如nox排放。排气后处理系统可以包括柴油氧化催化器(doc)、柴油颗粒过滤器(dpf)、选择性催化还原(scr)系统以及可能的其它部件、氨逃逸(asc)催化器(或amox)。当废气通过这些不同的部件时，有害的污染物和颗粒被从废气中去除。例如，scr可以利用两步过程：定量配给器将还原剂注入排气流中，然后排气流通过scr催化器，该催化器将废气转化为可以释放到大气中的危害较小的成分(特别是，将nox转化为危害较小的化合物)。然而，如果过多的这种还原剂(在一个实施例中是氨)存在于废气中或在scr催化器上(即，在储器中)，则氨不能与催化器完全反应，并且被释放到大气中。“氨逃逸”是指未与催化器反应的过量氨，其可能在后处理系统中积聚和/或释放到大气中。一些后处理系统包括amox，以便减少排气中任何未反应的氨，但是这些amox可能不完全有效。此外，在省略amox的那些实施例中，期望的是对scr和还原剂的适当管理以便减少或消除氨逃逸的量。本公开的系统、装置和方法可操作以减少氨逃逸的量，同时保持nox减少的期望水平。
27.现在参照图1，示出了根据示例实施例的系统100。系统100包括发动机110、后处理系统120、操作者输入/输出(i/o)设备130和控制器140，其中控制器140可通信地联接到前述部件中的每一个。在图1的配置中，系统100被包括在交通工具中。交通工具可以是任何类
型的公路或越野交通工具，包括但不限于轮式装载机、叉车、长途运输卡车、中档卡车(例如，皮卡车等)、轿车、轿跑车、坦克、飞机、船和任何其他类型的交通工具。在另一个实施例中，系统100体现在诸如发电机或发电机组的固定设备件中。
28.发动机110可以是产生废气的任何类型的发动机，例如汽油、天然气或柴油发动机、混合发动机(例如，内燃机和电动机的组合)和/或任何其他合适的发动机。在所示的示例中，发动机110是柴油动力压缩点火发动机。
29.后处理系统120联接到发动机110上，特别是与发动机110进行废气接收连通。后处理系统包括柴油颗粒过滤器(dpf)122、柴油氧化催化器(doc)121、选择性催化还原(scr)系统123、氨氧化催化器(amox)124和加热器125。doc 122被构造成接收来自发动机110的废气并氧化废气中的碳氢化合物和一氧化碳。dpf 121被布置或定位在doc 122的上游，并且被构造成从在废气流中流动的废气中去除颗粒，例如烟灰。dpf 121包括入口和出口，在入口接收废气，在从废气中基本上过滤掉颗粒物质和/或将颗粒物质转化为二氧化碳后，废气在出口处排出。在一些实现中，可以省略dpf 121。
30.后处理系统120还可以包括还原剂输送系统，该还原剂输送系统可以包括分解室(例如，分解反应器、反应器导管、分解管、反应器管等)以将还原剂转化为氨。还原剂可以是例如尿素、柴油机尾气处理液(def)、尿素水溶液(uws)、尿素水溶液(aqueous urea solution)(例如，aus32等)和其他类似的流体。将柴油机尾气处理液(def)添加到废气流中以帮助催化还原。通常可以通过def定量配给器将还原剂注入scr 123(或特别是scr催化器126)的上游，使得scr催化器126接收还原剂和废气的混合物。然而，在其他实施例中，def定量配给器可以在后处理系统中的任何点处注入还原剂，包括在scr催化器126本身内注入。还原剂液滴然后经历蒸发、热解和水解过程以在分解室、scr催化器126和/或废气导管系统内形成气态氨，气态氨离开后处理系统120。定量配给器可以具有用于将还原剂注入到排气后处理系统中的任何构造和结构。后处理系统120还可以包括氧化催化器(例如，doc 122)，氧化催化器流体联接到废气导管系统以氧化废气中的碳氢化合物和一氧化碳。为了适当地帮助这种还原，doc 122可能需要处于特定的操作温度。在一些实施例中，该特定操作温度大约在200℃-500℃之间。在其他实施例中，特定操作温度是doc 122的转化效率超过预定义阈值的温度(例如，hc转化为危害较小的化合物，这被称为hc转化效率)。
31.scr 123包括scr催化器126并且被配置成通过加速氨和废气中的nox之间的nox还原过程而帮助减少nox排放，该还原过程使氨和废气中的nox变成双原子氮、水和/或二氧化碳。如果scr催化器126不处于特定温度或不高于特定温度，则nox还原过程的加速受到限制，并且scr 123可能不会以满足或可能满足规定的效率水平操作。在一些实施例中，该特定温度约为200℃-300℃。scr催化器126可以由非活性材料和活性催化剂的组合制成，使得非活性材料(例如陶瓷金属)将废气引向活性催化剂，该活性催化剂是适合于催化还原的任何种类的材料(例如，贱金属氧化物，如钒、钼、钨等，或贵金属，如铂)。在一些实施例中，amox 124被包括在后处理系统中。amox 124被构造成通过在经处理的排气被释放到大气中之前从经处理的废气中去除或试图去除过量的氨来解决氨逃逸问题。
32.在一些实施例中，后处理系统120被构造为双scr系统。现在参考图5，示出了根据示例实施例的示例双催化器(示为双src催化器)后处理系统520。双催化器后处理系统520基本上与单scr后处理系统120相同，但是包括第一scr系统523(也称为“起燃scr系统”)，其
定位于比(第二)scr 123和dpf 121相对更靠近发动机110(即，上游)。由于主要的空间约束，第一scr系统523在尺寸(例如，封装/容器和催化器尺寸)上与scr 123相比相对较小。第一scr系统523流体联接到其自己的专用def定量配给器。def定量配给器可以具有与上述还原剂定量配给器相似的结构和功能。scr 123是相对较大的scr系统，并且如上所述流体联接到其自己的专用def定量配给器。由于接近发动机110及其尺寸，第一scr系统523比scr 123相对更快地加热。继而，第一scr系统523可能由于其较小的尺寸而快速转化nox，但是封装约束使第一scr系统523过小而不能成为发动机上唯一的scr系统，因为较小的催化器不足以转化与标准发动机110操作相关联的期望量的nox。scr系统123类似于单scr架构中的scr系统，这意味着较大的scr系统需要更多的时间来加热到操作温度，但随后能够转换与标准发动机110操作相关联的nox的量。
33.在一些实施例中，加热器125位于后处理系统120之前的排气流动路径中，并且被构造成可控地加热后处理系统120上游的废气。在一些实施例中，加热器125直接位于doc 122之前，而在其他实施例中，加热器125直接位于scr 123之前或直接结合到scr催化器中。加热器125可以是任何种类的外部热源，该外部热源可以被构造成提高通过废气的温度，这进而提高后处理系统120中的部件(诸如doc 122或scr 123)的温度。因此，加热器可以是电加热器、感应加热器、微波或燃烧燃料(例如，hc燃料)的加热器。如这里所示，加热器125是从系统100的电池(或另一电源，诸如交流发电机、超级电容器等)获取电力的电加热器。加热器125可以由控制器140控制(例如，打开、关闭、转到不同程度的功率以改变加热器输出功率等)。加热器可以定位在期望部件附近，以通过传导(和可能的对流)加热部件(例如，dpf)。多个加热器可以与排气后处理系统一起使用，并且每个加热器的结构可以相同或不同(例如，传导、对流等)。
34.仍然参照图1，还示出了与系统100一起的操作者输入/输出(i/o)设备130。操作者i/o设备130可以可通信地耦合到控制器140，使得信息可以在控制器140和i/o设备130之间交换，其中信息可以涉及图1的一个或更多个部件或控制器140的(下文描述的)测定。操作者i/o设备130使得系统100的操作者能够与控制器140和图1的系统100的一个或更多个部件通信。例如，操作者输入/输出设备130可以包括但不限于交互式显示器、触摸屏设备、一个或更多个按钮和开关、语音命令接收器等。
35.系统100包括多个传感器。传感器联接到控制器140，使得控制器140可以监测和获取指示系统100的操作的数据。在这点上，传感器包括nox传感器128和温度传感器127。nox传感器128被构造成获取指示在其设置位置处或大约在其设置位置处的nox量的数据。温度传感器127获取指示在其设置位置处或大约在其设置位置处的废气的近似温度的数据。在一个实施例中，第一温度传感器127位于被建模的scr催化器126部分的上游，第二温度传感器127位于被建模的scr催化器126部分的下游。在这些实施例中的一些实施例中，第一和第二温度传感器127位于scr催化器126的外部，使得第一温度传感器127位于整个scr催化器126的上游，而第二温度传感器127位于整个scr催化器126的下游。在这些实施例的其他实施例中，第一和第二温度传感器127中的至少一个位于scr催化器126内，使得第一温度传感器127可以位于scr催化器126的正在建模的特定部分的上游，而不是整个scr催化器126的上游，和/或第二温度传感器127可以位于scr催化器126的正在建模的特定部分的下游，而不是整个scr催化器126的下游。此外，系统100包括位于scr催化器126的至少一个部分下游
的用于气体种类(即，nox或氨)的至少一个传感器，并且一个或更多个传感器可以被包括在scr催化器126的上游，以便监测催化器入口处的状况(例如，nox的量、进入scr催化器126的排气的温度、scr催化器126入口处的排气的质量流量等)。然而，应该理解，所描绘的传感器的位置、数量和类型仅是说明性的。在一些实施例中，一个或更多个传感器可以是虚拟传感器，使得一个或更多个传感器基于系统内的其他操作参数来估计输出变量(例如，指示nox量的数据、指示近似温度的数据等)。在其他实施例中，传感器可以定位在其他位置，可以有比所示更多或更少的传感器，和/或不同的/附加的传感器也可以包括在系统100中(例如，压力传感器、氨传感器、流量传感器等)。
36.控制器140被构造成至少部分地控制系统100和相关联的子系统(诸如发动机110、后处理系统120和操作者输入/输出(i/o)设备130)的操作。部件之间和部件当中的通信可以经由任意数量的有线或无线连接。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、cat5电缆或任何其他形式的有线连接。相比之下，无线连接可以包括互联网、wi-fi、蜂窝、无线电等。在一个实施例中，控制器局域网(can)总线提供信号、信息和/或数据的交换。can总线包括任意数量的有线和无线连接。因为控制器140可通信地联接到图1的系统和部件，所以控制器140被构造成从图1中所示的一个或更多个部件接收数据。关于图2，进一步描述了控制器140的结构和功能。
37.由于图1的部件被示出为包含在交通工具中，因此控制器140可以被构造为一个或更多个电子控制单元(ecu)。在图2中更详细地描述了控制器140的功能和结构。控制器140可以与变速器控制单元、排气后处理控制单元、动力系统控制模块、发动机控制模块等中的至少一个分离或包括在其中。在一个实施例中，控制器140的部件被组合成单个单元。在另一个实施例中，一个或更多个部件可以在地理上分散在整个系统中。所有这些变型旨在落入本公开的范围内。
38.现在参考图2，示出了根据示例实施例的图1的系统100的控制器140的示意图。如图2所示，控制器140包括具有处理器204和存储器206的处理电路202、建模电路220、预测器电路222、校正器电路224和通信接口210。控制器140被配置或构造成基于集成催化器模型来控制系统100的各种部件，以便改进管理后处理系统120的传统方法，以保持减少氨逃逸的可接受排放。
39.在一种配置中，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224被体现为存储由处理器(例如处理器204)可执行的指令的机器或计算机可读介质。如本文所述以及在其他用途中，机器可读介质有助于执行某些操作，以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)来例如采集数据。就这一点而言，机器可读介质可以包括定义数据采集(或数据传输)频率的可编程逻辑。计算机可读介质指令可以包括代码，代码可以用任何编程语言编写，包括但不限于java等以及任何常规的过程编程语言，例如“c”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，can总线等)相互连接。
40.在另一配置中，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224被体现为硬件单元，诸如电子控制单元。因此，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以体现为一个或更多个电路部件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等。在一些实施例中，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以采取一个
或更多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(ic)、分立电路、片上系统(soc)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路和任何其他类型的“电路”的形式。在这方面，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以包括用于完成或促进实现本文描述的操作的任何类型的部件。例如，本文描述的电路可以包括一个或更多个晶体管、逻辑门(例如，nand、and、nor、or、xor、not、xnor等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等。建模电路220、预测器电路222和校正器电路224还可以包括可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以包括用于存储由建模电路220、预测器电路222和校正器电路224的处理器可执行的指令的一个或更多个存储器设备。一个或更多个存储器设备和处理器可以具有与下面关于存储器206和处理器204提供的相同的定义。在一些硬件单元配置中，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以在地理上分散在交通工具中的各个位置。替代地并且如图所示，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以体现在单个单元/外壳中或在单个单元/外壳内，该单元/外壳被示为控制器140。
41.在所示的示例中，控制器140包括具有处理器204和存储器206的处理电路202。处理电路202可以被构造或配置成执行或实现本文中相对于建模电路220、预测器电路222和校正器电路224描述的指令、命令和/或控制过程。所描绘的配置将建模电路220、预测器电路222和校正器电路224表示为存储指令的机器或计算机可读介质。然而，如上所述，该图示并不意味着是限制性的，因为本公开设想了其他实施例，其中建模电路220、预测器电路222和校正器电路224，或者建模电路220、预测器电路222和校正器电路224中的至少一个电路被配置为硬件单元。所有这样的组合和变型都旨在落入本公开的范围内。
42.处理器204可以被实现为单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计用于执行本文所述功能的其任意组合。处理器可以是微处理器。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp内核结合的一个或更多个微处理器或任何其他这样的配置。在一些实施例中，一个或更多个处理器可以由多个电路共享(例如，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224可以包括或以其他方式共享相同的处理器，在一些示例实施例中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域存储或以其他方式访问的指令)。可替代地或附加地，该一个或更多个处理器可以被构造成独立于一个或更多个协处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施例中，两个或更多个处理器可以经由总线耦合，以实现独立、并行、流水线或多线程指令执行。所有这些变型都旨在落入本公开的范围内。
43.存储器206(例如，存储器、存储器单元、存储设备)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或更多个设备(例如，ram、rom、闪存、硬盘储存器)，以完成或促进本公开中描述的各种过程、层和模块。存储器206可以通信地连接到处理器204，以向处理器204提供计算机代码或指令，用于执行本文描述的至少一些过程。此外，存储器206可以是或包括有形的、非瞬时易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器206可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。
44.通信接口210可以包括有线和/或无线接口(例如，插孔、天线、发射器、接收器、收
发器、有线终端)的任意组合，用于与各种系统、设备或网络进行数据通信，这些系统、设备或网络被构造成能够实现交通工具内通信(例如，交通工具的部件之间和当中的通信)以及在一些实施例中能够实现交通工具外通信(例如，经由远程信息处理单元与远程服务器通信)。例如，关于交通工具/系统外通信，通信接口210可以包括用于经由基于以太网的通信网络发送和接收数据的以太网卡和端口和/或用于经由无线通信网络进行通信的wi-fi收发器。通信接口210可以被构造成经由局域网或广域网(例如，互联网)通信并且可以使用各种通信协议(例如，ip、lon、蓝牙、zigbee、无线电、蜂窝、近场通信)。
45.建模电路220被配置成生成后处理系统120的催化器的空间分辨的且特别是离散化轴向模型。建模电路220被构造成利用所生成的催化器的空间矢量化模型来估计或确定催化器的状态。催化器的轴向分辨模型是指通过将催化器划分或分离成多个部分或区来估计或确定催化器的不同部分处的催化器状态的模型。在一些实施例中，被建模的催化器是scr催化器126。在其他实施例中，被建模的催化器是scr催化器126和amox 124的组合。在本文描述的模型中，建模电路220沿与流经催化器126的排气流平行或基本平行的轴线轴向离散化催化器模型。如本文所述，对于该模型，“状态”或“催化器的状态”分别指催化器的氨储存量或温度值(即，催化器的氨储存状态或温度状态)。
46.现在参考图3，示出了根据示例性实施例的建模电路220对scr催化器126和amox 124的轴向分辨模型(或分布)的可视化300。在该示例中，scr催化器126的轴向分辨模型示出scr催化器126已经被分成三个部分：前部、中部和后部(其中后部相对于废气流方向位于下游)。在催化器包括amox 124的该实施例中，amox 124代表其自身的区或部分。所以这个示例包括四个部分。在其他实施例中，部分的数量可以不同(例如，大于零的其他数量等)。此外，增加部分的数量可以与整体模型精度相关。然而，增加部分的数量可以增加控制器140上的处理功率需求。此外，利用来自模型的这些部分的控制策略中的许多控制策略不能以超过3-4个部分的精度来靶向催化器，因此尽管增加部分的数量提高了总体模型精度，但是存在一些因素阻碍将部分的数量增加超过一定量。
47.建模电路220被构造成接收与后处理系统120(例如，scr催化器126)的操作有关的特性。这些特性包括后处理系统120(或其部件，诸如分解反应器管)的物理尺寸、scr 123的物理尺寸、scr催化器126的热质量、scr催化器126的质量以及可能影响性能的后处理系统120的其它特性。一般来说，这些特性被设置或固定，使得这些特性在模型的生命周期中不会改变。
48.建模电路220还被配置为基于来自传感器的感测值来构建并调整模型的状态(即，催化器上的氨储存量、催化器的温度值)。如上所述并且关于温度，温度传感器127可以提供指示它们被放置的部件或废气的温度的数据。例如，温度传感器127可以提供scr催化器126的特定部分的上游和下游的废气温度的感测值，并且建模电路220使用这些感测值来通知模型。在一个实施例中，基于感测值，建模电路220基于距上游传感器和下游传感器的距离将温度的建模值分配给每个部分，使得最中间的部分(即，与上游传感器和下游传感器等距的部分)被分配上游传感器的感测值和下游传感器的感测值的平均值。在这个方面，可以基于上游传感器的感测值和下游传感器的感测值之间的梯度为这些部分分配建模值。在一个实施例中，该梯度是线性的，使得所分配的建模值与催化器部分距传感器的距离具有线性关系。在其他实施例中，该梯度是非线性关系(例如，指数关系)，使得所分配的建模值被分
配加权值，该加权值对靠近上游传感器或靠近下游传感器给予更多权重(例如，最中间的部分被分配更接近来自上游传感器的感测值的值)。
49.在其中存在嵌入催化器内的传感器(除了上游和下游的传感器之外)的那些实施例中，建模电路220还可以基于与嵌入的传感器的接近度将建模值分配给各部分。这些值又接近实际值。在这个方面，直接邻近嵌入的传感器的任何部分可以被分配来自嵌入的传感器的感测值作为建模值，并且接近但不直接邻近的部分被分配基于来自嵌入的传感器的感测值和来自上游传感器和/或下游传感器的感测值的建模值。因此，建模电路220能够利用任意数量的传感器将建模值分配给催化器的各部分。
50.建模电路220还可以从一个或更多个nox传感器128接收感测值。这些感测值指示在整个后处理系统120的不同点处的废气中的nox的量，并且可以由建模电路220用来通知模型，类似于如何通知模型催化器温度。建模电路220接收来自催化器上游的nox传感器128和催化器下游的nox传感器128的感测值。然后，建模电路220基于距上游传感器和下游传感器的距离分配用于在每个部分处的nox量的建模值，使得最中间部分(即，与上游传感器和下游传感器等距的部分)被分配来自上游传感器的感测值和来自下游传感器的感测值的平均值。在这个方面，可以基于上游传感器的感测值和下游传感器的感测值之间的梯度为这些部分分配建模值。在一个实施例中，该梯度直接是线性的，使得所分配的建模值与部分距传感器的距离具有线性关系。在另一个实施例中，该梯度具有非线性关系(例如，指数关系)，使得所分配的建模值被分配加权值，该加权值对靠近上游传感器或靠近下游传感器给予更多权重(例如，最中间的传感器被分配更接近来自上游传感器的感测值的值)。建模电路220通过使用针对催化器的每个部分的nox的建模值，可以建模、估计或以其他方式确定针对催化器的每个部分的氨储存量。具体地，对于scr催化器126，废气中的nox与储存在scr催化器126上的氨反应，使得通过对每个部分处的nox量进行建模，建模电路220可以基于从一个部分到另一个部分减少了多少nox来确定每个部分处的近似氨储存量。该确定还可以包括其他因素，诸如发动机输出nox、定量配给量等。
51.因此，换句话说，建模电路220利用来自设置在后处理系统中的传感器的感测值来生成对于催化器的每个部分的“建模值”(即，基于感测值的估计值)。当传感器不直接设置在该部分中时，建模电路220外推感测值以确定或估计催化器的各个部分中的相应值(因此，“建模值”)。可以基于传感器的放置以如上所述的各种方式确定建模值(例如，可以将传感器读数分配给传感器的预定义距离内的部分，可以将两个传感器读数的平均值分配给两个传感器之间的部分，可以应用梯度，等等)。
52.在一些实施例中，建模电路220基于催化器的尺寸限定催化器模型的相同尺寸(即长度)的部分。在其他实施例中，建模电路220限定催化器模型的不相等尺寸(即长度)的部分，例如通过在催化器的前部限定较短部分，以便增加朝向催化器前部的模型分辨率(即，模型精度)并降低朝向催化器后部的模型分辨率。在这些实施例中，通过增加前部部分的模型分辨率，建模电路220以期望的方式平衡控制器140上的计算负担。在其他实施例中，建模电路220基于传感器(温度传感器127或nox传感器128)在整个催化器中的位置来限定催化器模型的各部分。在这种情况下，温度传感器位置(或nox或其他传感器位置)指示催化器模型的各部分的断点。
53.虽然对建模电路220的参考主要是针对具有单scr架构的后处理系统120，但是建
模电路220被配置成开发用于其中后处理系统120具有双scr架构的那些实施例的模型。在这些实施例中，建模电路220被构造或配置成基于前面描述的原理和方法针对较小scr系统(如上所述)和较大scr系统中的每一个开发模型。在这些实施例中的一些实施例中，用于较小scr系统和较大scr系统中的每个系统的模型被其他电路(例如，预测器电路222、校正器电路224)彼此独立地利用，使得控制器140发出影响较小scr系统的命令而不考虑较大scr系统的模型，反之亦然。在这些实施例的其他实施例中，用于较小scr系统和较大scr系统中的每个系统的模型被其他电路组合使用，使得控制器140基于来自用于较小scr系统和较大scr系统的模型的输入发出命令。
54.预测器电路222被构造成将催化器的每个部分的所确定的建模值与预定值进行比较，并响应于该比较来对系统100的部件发出命令。scr催化器126的所确定的建模值可以是scr催化器126(或其一部分)的温度或储存在scr催化器126(或其一部分)上的氨的量。建模的催化器(或部件)可以是scr催化器126、amox 124、doc 122和/或dpf 121。在这个方面，scr催化器126的所确定的建模值可以是scr催化器126的特定部分的所确定的建模值，或者是scr催化器126的多个部分的所确定的建模值的累积或平均值。
55.预测器电路222将所确定的建模值与预定值进行比较。在一些实施例中，该预定值是针对状态(例如，氨储存量、温度)的目标值、针对状态(例如，氨储存量、温度)的阈值或两者的组合。针对状态的阈值指的是所确定的建模值要保持高于(如果阈值是最小值)或低于(如果阈值是最大值)的状态的值，而目标值指的是所确定的建模值试图达到的状态的特定值。如后面参考校正器电路224所讨论的，预定值可以是动态的，并且在系统100的整个操作过程中被调整，使得预定值更接近地表示当前性能。因此，除了下面描述的用于更新预定值的方法之外，还可以基于预期的发动机110负载、环境条件(例如，温度、湿度等)或传感器读数来调整预定值。如果预定值是目标值，则可以基于scr 123的期望操作来设置目标值。例如，如果讨论的状态是温度，则目标值可以是scr 123的nox转化效率处于或高于某个值(例如，95％)的温度值，或者可以是系统的期望温度值。替代地，如果讨论的状态是氨储存量，则目标值可以被设置为足以使nox转化效率达到或超过某一值(例如，95％)的氨储存量。
56.类似地，如果预定值是阈值，则可以基于scr 123的期望操作来设置阈值。例如，如果讨论的状态是温度，则阈值可以被设置为scr 123低于该温度值不能达到期望的nox转化效率(例如，95％)的温度值。替代地，如果讨论的状态是氨储存量，则阈值可以是氨逃逸阈值。
57.在预测器电路222利用目标值和阈值的组合的那些实施例中，预测器电路222利用来自一个或更多个状态的目标值和阈值。例如，预测器电路222可以将scr催化器126的状态与温度目标值和氨储存量的阈值、氨储存量的目标值和温度阈值进行比较。
58.预测器电路222被配置为响应于scr催化器126的所确定的建模值与预定值的比较而采取动作或发出命令。这个命令可以是改变来自定量配给器的def的量(即，增加定量配给的还原剂量或减少定量配给的还原剂量)、通过减少功率输出来改变发动机输出nox(eonox)的量(例如，增加egr量)和激活加热器125中的一项或更多项。改变eonox量(即，当废气进入后处理系统120时废气中的nox量)可以包括改变空气/燃料比(其中通过增加进气口中的空气比例来增加该比率会减少eonox的量，反之亦然)、调整燃料供给量(其中增加燃料供给量会增加eonox的量，反之亦然)和/或改变燃料喷射的正时(timing)(其中延迟该正
时会减少eonox)。该命令还可以包括调整发动机操作，诸如改变发动机110上的负载(其中增加的负载导致更高的发动机输出排气温度，反之亦然)，改变(例如，经由egr系统)重定向回发动机的废气量(其中增加的egr降低发动机110中的燃烧温度，从而降低发动机输出排气温度，反之亦然)，等等。
59.在其中监测的状态是温度的说明性示例中，如果scr催化器126的一部分的温度与目标温度值的比较指示scr催化器的该部分太冷(即，温度低于温度阈值)，则预测器电路222命令系统100的一个或更多个部件提高scr催化器126的受影响部分的温度。预测器电路222基于该部分沿着scr催化器的相对位置来确定要命令的部件和要发出的命令。例如，如果scr催化器126的太冷的部分朝向scr催化器126的前部(即，靠近排气接收入口)，则预测器电路222可以优先处理更有效影响scr催化器126的前部的命令，诸如经由影响egr量来增加发动机输出排气温度。在另一示例中，如果scr催化器的受影响部分朝向scr催化器126的中部或后部(即，远离排气接收入口)，则预测器电路222可以优先处理更有效地影响scr催化器126的中部或后部的命令，诸如加热器125，或者可以优先处理更有效地影响scr催化器126的前部的命令，同时增加效果以便影响scr催化器126的中部和后部(例如，将发动机输出排气温度增加到相对更大的程度)。
60.替代地，在该同一示例中，预测器电路222可以响应于确定scr催化器126的一部分太冷，发出命令以减少eonox的量，从而即使scr 123以潜在低于期望的效率减少nox，但仍维持较低的sonox。在这种情况下，预测器电路222可以基于scr催化器126的受影响部分的位置来改变发出的命令的强度(即，所请求的改变量)。例如，如果scr催化器126的过冷的受影响部分位于scr催化器126的前部(即，靠近排气接收入口)，则预测器电路222可以发出命令以比scr催化器的受影响部分位于scr催化器126的后部(即，远离排气接收入口)的情况更大幅度地降低eonox，因为scr催化器126的前部执行大部分nox还原。在这种情况下，效率较低的前部部分对整个scr 123的还原效率具有更大的负面影响。
61.在监测状态为氨储存量的另一示例性示例中，如果scr催化器126的一部分的储存氨量与氨储存量阈值的比较指示scr催化器的该部分具有太少的氨(即，储存量低于期望阈值量)，则预测器电路222命令系统100的一个或更多个部件增加存储在scr催化器126的受影响部分上的氨量。这些命令可以是，例如，增加def的定量配给量或通过减少eonox的量，这将通过减少反应除去的氨量来间接增加氨量(假设def的定量配给量不变)。预测器电路222可以基于该部分沿着scr催化器126的相对位置来改变命令或优先处理命令。例如，如果scr催化器126的具有太少储存氨量的部分朝向scr催化器126的前部(即，靠近排气接收入口)，则预测器电路222可以优先处理那些直接向scr催化器126添加氨的命令(例如，增加def定量配给量)，因为受影响的部分是接收排气的第一部分之一，这意味着受影响的部分是首先接收包括在废气中的任何其他内容物(例如来自def的氨)的部分。替代地，如果受影响的部分朝向scr催化器126的中部或后部(即，远离排气接收入口)，则预测器电路222可以优先处理那些间接影响储存氨量(例如，降低的eonox)的命令，因为这些命令更可能对scr催化器126的远离排气接收入口的部分具有预期的效果，因为这些命令与在排气流中携带的内容物(例如来自def的氨)的联系较少。此外，如果受影响的部分朝向scr催化器126的中部或后部，则预测器电路可以决定利用氨的直接添加，但是以比面向前部的受影响部分更高的体积进行，以便考虑携带氨的排气在到达受影响部分之前通过scr催化器126的其他部
分。
62.在其中监测的状态是温度和氨储存量的组合的另一个说明性示例中，预测器电路222可以优先处理影响这两个状态的命令，以便更有效地管理scr 123的性能和氨逃逸。例如，如果预测器电路基于scr催化器126的一部分的状态与温度和氨储存量的预定值的比较确定scr催化器126的该部分太冷并且具有太多储存氨量，则预测器电路222可以发出提高温度和减少氨储存量的命令。在该示例中，预测器电路222可以命令增加发动机110的燃料供给，这不仅提高了燃烧温度(从而提高了发动机输出排气温度)，而且还增加了eonox的量。较高的发动机输出排气温度升高了scr催化器126的受影响部分的温度，同时更多量的eonox与储存氨反应，减少了储存在受影响部分上的氨的总量。
63.预测器电路222还可以监测多个催化器部分并发布同时影响多个催化器部分的命令。例如，预测器电路222可以基于scr催化器126的第一部分的状态与预定值的比较以及scr催化器126的第二部分的状态与预定值的比较来确定第一部分太冷(例如，温度低于阈值)以及第二部分具有太少的储存氨(低于阈值)。在该示例中，预测器电路222可以优先处理可能不增加或试图不增加eonox的加热命令(例如接合加热器125)，以便暖化第一部分，同时不遏制第二部分的有限还原能力。类似地，预测器电路222可以优先处理不降低或试图不降低排气温度(例如增加def定量配给水平)的氨增加命令，以便增加第二部分上的储存氨量，而不妨碍第一部分暖化的能力。
64.在一些实施例中，预测器电路222为scr催化器126的每个部分建立不同的预定值(其对于每个部分可以相同或不同)。例如，关于氨储存量，scr催化器126的前部部分的目标值可以相对较高，以便考虑在scr催化器的前部部分处发生的nox还原量的提高。然而，scr催化器126的后部部分的目标值可以相对较低(或甚至为零)，以用作通过scr催化器126的大部分残留在排气流中的任何过量氨的缓冲器，从而将那些未反应的氨中的一些吸收到储器中，而不是允许氨逃逸。
65.预测器电路222还可以基于与一个或更多个预定值(例如，期望值、阈值、目标值)相比较的多个催化器的一个或更多个部分的建模值来发布命令。例如，如上所述，后处理系统可以构造为双催化器后处理系统520，其包括位于发动机110附近的第一scr系统523，并且具有位于该较小scr系统下游的scr 123，其中dpf 121位于两个scr系统之间。一个或更多个传感器可以定位在第一scr系统523附近，以获得第一scr催化器523的各部分的建模值(例如，氨储存量)，这类似于上面针对催化器(例如，scr催化器123)描述的。下游scr催化器123可以被分成多个部分，并针对这些部分确定建模值。基于上游和下游催化器(在这种情况下，scr催化器)的各部分的所确定的建模值，预测器电路222可以发出各种命令。例如，预测器电路222可以基于如由建模值所确定的上游催化器所经受的氨负载相对于下游催化器所经受的氨负载来控制对于上游催化器的还原剂的定量配给量，不同于下游催化器的定量配给量。作为示例，上游催化器的前部部分的建模值可以指示低氨储存量(即，低于阈值)，而下游催化器的前部部分的建模值指示高氨储存量(即，高于阈值)。因此，控制器命令增加上游催化器的定量配给量并减少下游催化器的定量配给量，以便在上游催化器的前部部分积累氨储存量。另外，如上所述，可以为上游催化器提供类似的命令(例如，基于温度)。在一些实施例中，该其他催化器(例如，第一scr系统523)可以具有用于控制定量配给器和潜在的其他部件的专用控制器。因此，在该实施例中，针对每个scr催化器系统可以有一个控制
器。这些控制器中的每一个可以具有与本文中关于控制器140所描述的相同或相似的结构。在该实施例中，控制器彼此“交谈”/通信以优化整体系统性能。换句话说，上游控制器知道下游催化器的储存量，并且下游控制器知道上游催化器的储存信息，并且提供被调节以优化整体性能的命令。
66.关于双催化器后处理系统520，预测器电路222可以发出命令以优先一个scr系统或以其他方式利用一个scr系统而不是另一个scr系统，直到获得特定条件。在一个实施例中，特定条件是催化器(或催化器的一个或更多个期望部分)达到期望的操作温度。在另一实施例中，特定条件是催化器(或其一个或更多个部分)上相对于氨储存量阈值的氨储存量。在又一实施例中，特定条件是温度和氨或还原剂储存量的组合。如上所述，第一scr系统523的尺寸和位置可以允许第一scr系统523比下游scr 123相对更早地达到操作温度。通常，期望的是高浓度的nox进入dpf 121，以便被动地再生过滤器。以这种方式，dpf 121清洁自身，而不是要求系统100进入高热模式以烧掉累积的烟灰。如果第一scr系统523用于转化大量的eonox，则没有太多的nox可用于帮助清洁dpf 121。这导致更频繁的高温再生事件以保持dpf 121清洁，这导致燃料损失并增加催化器的水热老化/退化。
67.在一个示例中，预测器电路222发出命令以利用第一scr系统523，直到下游scr 123处于操作温度(例如，在系统100的初始预热周期期间)，此时预测器电路222发出命令以关闭第一scr系统523的def定量配给。然而，如果当进行“切换”(即，减少或关闭对第一scr系统523的定量配给)时，scr 123没有任何(或超过阈值量)的储存氨量，则在scr 123上积累足够的氨储存量之前，可能存在较差的总sonox。为了解决这个问题，预测器电路222被配置成延迟对第一scr系统523的定量配给关闭命令(或定量配给减少命令)，直到下游scr 123具有足够的氨储存量(大于预定义阈值量)为止。例如，如果scr 123的温度的建模值高于用于操作的预定义阈值，但是scr 123的氨储存量的建模值低于用于操作的预定义阈值，则预测器电路222确定延迟定量配给关闭命令。当用于scr 123的氨储存量的建模值高于用于操作的预定义阈值时，预测器电路222可以发送上游的第一scr系统523的定量配给关闭命令。在这种情况下，由于第一scr系统523的较低的总还原能力，预测器电路222还可以命令较低的eonox(例如，在初始预热周期期间)。
68.此外，在该示例实施例中，预测器电路222可以基于对于系统100的建模值和/或感测值来确定重新接合第一scr系统523。例如，如果当前条件由于急剧的温度或eonox瞬变(例如，由于频繁的硬加速而急剧增加)而特别具有挑战性，或者如果下游催化器(即，scr 123)由于水热老化或化学中毒而具有退化的功能，则预测器电路222可以重新接合第一scr系统523(例如，发出恢复对于第一scr系统523的def定量配给的命令)，以便平衡第一scr系统523和scr 123两者之间的nox还原的负担。以这种方式，预测器电路222在部件退化或发生故障的情况下仍然允许系统保持期望的整体系统输出排放(例如，sonox)。在另一示例中，如果期望的是在更高的eonox水平处运行发动机，则预测器电路222可以利用第一scr系统523和scr 123两者来维持期望的sonox。如果存在导致发动机110在具有较高eonox的“保护模式”下运行的发动机部件故障，则可能是这种情况，这使得系统100能够保持排放性能直到交通工具能够被维修为止。
69.校正器电路224被配置成基于来自传感器的反馈来调整后处理系统120状态的期望值，并将调整后的值与期望值进行比较，以便识别系统100中的故障。这些期望值可以是
预测器电路222的预定值(即，目标值、阈值)，尽管校正器电路224和预测器电路222可以彼此独立地操作。当系统100在系统的生命周期中首次启动时、当系统100在使用期间首次启动时、或者在系统100的生命周期中的任何其他时间，可以建立状态的这些期望值(即，设置用于比较的参考值)。在一些实施例中，通过用户命令(即，经由i/o设备130)建立状态的期望值。这些状态包括温度和氨储存量。
70.如对于校正器电路224所使用的，状态的期望值指的是后处理系统120(以及在特定实施例中，scr 123和scr催化器126)按期望执行的状态的值。例如，温度的期望值是scr 123具有可接受或期望的nox转化效率(例如95％)的温度值。如果状态是氨储存量，则期望值是scr 123具有可接受或期望的转化效率(例如95％)的scr催化器126上(或scr催化器126的一部分上)的储存氨的量和/或氨逃逸量(即，在排气流中保持未反应并释放到大气中的氨)保持在可接受或期望的水平(例如xx％)。
71.校正器电路224在设定状态的期望值之后然后基于来自传感器的反馈来调整期望值。因为期望值表示后处理系统120按期望操作的状态的值，所以当后处理系统120中的部件老化或磨损时，期望值可以被调整，以便继续表示后处理系统120按期望操作的状态的值。例如，随着使用时间的推移，scr催化器126容易磨损并失去一些转化效率，需要更高的温度(即，高于250℃)以达到可接受的nox转化效率。因此，如果在scr催化器126的生命周期期间未调整温度的期望值，则期望值将不再表示scr催化器126按期望还原nox的状态的值。
72.校正器电路224基于对于感测值的期望值和对于感测值的实际值的比较来确定对期望值的调整。例如，如果scr催化器126的温度(其通常可以被给出作为scr催化器126的温度、scr催化器126的大多数部分的温度或scr催化器126的各部分的平均值)处于期望值(例如，250℃)，则校正器电路224可以期望由nox传感器128感测到的nox转化效率处于或接近期望值(例如95％)。因此，如果来自nox传感器128的实际感测值不同于该期望值(例如85％)，则校正器电路224确定待调整的期望值。在一些实施例中，校正器电路224仅在期望值和实际值之间的差超过阈值时才进行调整。该阈值可以是绝对量(例如0.001克差(grams of difference))或相对量(例如10％差)。基于结合到校正器电路224中的算法来确定调整量。
73.现在参考图6，给出了用于调节系统100中的一个或更多个催化器的模型的过程600的示例流程图。过程600可以由校正器电路224存储(或者，在存储器206中用于由校正器电路224执行)，并且由校正器电路224选择性地运行或执行。过程600可以包括一个或更多个算法、模型、查找表等，以促进过程600的执行和完成。作为输入，过程600获取感测值并将感测值与“标称”模型(即，标称上与当前操作的系统100匹配的模型)进行比较。当前标称模型可以从一个或更多个模型中选择。如图6所示，这些模型包括但不限于：“标称”模型，其代表先前选择的标称模型；“严重老化”模型，其代表使用老化部件操作的系统；“高def定量配给器误差”模型，其代表使用故障def喷射器操作的系统；以及“高nox传感器误差”，其代表使用具有偏置或增益误差的传感器操作的系统。校正器电路224可以基于当与系统100的感测值相比较时哪个模型最佳匹配(即，具有最低误差)的确定来决定选择哪个模型(或多个模型)作为标称模型。最低误差的确定可以基于对于单个建模值(例如，温度)的误差计算或对于多个建模值(例如，温度和氨储存量)的误差总和。如果基于对于多个建模值的误差总和，则该确定可以平等地(即，1：1)处理对于每个建模值的误差，或者可以不同地对误差进
行加权(例如，相比于温度对氨储存量建模值中的误差更多加权，以便特别地识别更准确对氨储存量建模的模型)。此外，校正器电路224可以利用扩展卡尔曼滤波器或其他类似的控制技术，以便基于可用传感器随时间缓慢地调节模型参数和/或值。在一些实施例中，校正器电路224在选择标称模型并进行校正/调整之后继续监测建模值中的误差，并且如果建模值中的误差继续增加，则校正器电路224可以“撤销”基于先前选择的标称模型进行的任何校正。这种连续监测对于当前的nox传感器尤其重要，因为当前的nox传感器可能对氨交叉敏感，所以如果校正器电路224基于来自nox传感器的高感测值指示高nox量(这将指示系统100中的氨太少)的印象进行调整，而高感测值实际上指示高氨量(这将指示系统100中的氨太多)，校正器电路224能够通过连续监测来补救这一点。
74.一旦校正器电路224已经选择了标称模型，校正器电路224就可以将温度或氨储存量的建模值与感测值进行比较，并且基于该比较修改一个或更多个参数(例如，反应率、scr 123的热质量、后处理系统120部件的材料特性等)。此外，校正器电路224可以基于该比较修改一个或更多个建模值(例如，氨储存水平、温度)。校正器电路224基于所比较的值确定要调整哪些建模值，以便确定误差更可能是由于氨逃逸还是nox逃逸导致的。例如，如果该算法初始确定(根据比较)是氨逃逸，则校正器电路224将增加氨储存量的建模值。替代地，如果初始确定是nox逃逸(即高于可接受的sonox水平)，则校正器电路224将降低氨储存量的建模值。从功能上讲，差异量导致相对均等的调整(即，差异越大，调整越大)。
75.一旦校正器电路224确定了调整值，在一些实施例中，校正器电路224使用该调整值以便诊断后处理系统120中的故障部件。因为调整值捕获后处理系统120的当前状态，所以通过比较调整值与捕获后处理系统120在先前时间点处的状态的期望值，可以确定后处理系统120的当前状态和先前状态之间的差异。尽管由于部件的预期老化，校正器电路224可以预期随着时间的推移看到某个量的差异，但是如果校正器电路224确定差异是剧烈的(即，大于预定义的误差阈值)，则校正器电路224可以确定系统100中存在误差并引发相应的故障标志(例如，激活故障代码、触发故障指示灯等)。在后处理系统120是双催化器后处理系统520的一些实施例中，校正器电路224可以响应于存在误差的确定，发出命令以利用第一scr系统523和scr 123，以便解决可能伴随系统100误差的一些问题(例如，由于发动机110部件故障导致的更高的eonox)。
76.在这些实施例中的一些实施例中，误差阈值是动态阈值，使得校正器电路224可以调整并改变误差阈值，以便考虑通过老化、周围环境或某个其他预期事件的操作变化。例如，当后处理系统120的部件老化时，校正器电路224可以增加误差阈值(即，需要更大的差来满足)，以便考虑伴随老化的scr催化器126的性能的预期变化。误差阈值的增加量可以基于查找表，该查找表提供基于部件老化的预期差异的值。
77.替代地，校正器电路224可以在系统100的整个生命周期中保持基本恒定的误差阈值。校正器电路224然后可以监测调整值和期望值之间的差异的变化率，而不是总的变化量。在该实施例中，在每个占空比开始时设置或建立期望值，以便提供更相关的变化率。如上所述，因为调整值由于预期老化可能在系统100的生命周期中改变，所以校正器电路224可以在接近恒定的基础上预期调整值的某个变化量。然而，因为该变化量是预期的，所以大大超过该预期量的任何变化量都可能指示系统100中的错误或故障部件。
78.一旦校正器电路224确定存在错误或故障部件，则校正器电路224可以与传感器协
作来确定特定部件或部件的种类(即，后处理系统120部件、发动机110部件等)。例如，如果氨储存状态已经超过误差阈值并且nox传感器128指示了不可接受的高sonox值，则校正器电路224可以确定scr催化器126由于具有异常高的储存氨水平而退化，同时仍然没有将nox降低到可接受的水平。
79.在一些实施例中，校正器电路224通过向预测器电路222提供调整值而与预测器电路222一起工作，然后预测器电路222使用该调整值来更新建立scr催化器126状态的目标值或阈值的预定值。因此，预测器电路222能够更有效地向各种系统100部件发出命令，以便管理后处理系统120的性能，因为用于做出关于这些命令的决策的预定值与当前系统100的性能更紧密地一致。
80.现在参考图4，根据示例性实施例，管理废气后处理系统中的nox和氨的方法的流程图。方法400开始于步骤410，其中控制器140接收关于系统100操作的信息，该信息包括来自传感器的感测值(例如，nox、温度、排气流量等)、发动机110上的负载、关于环境条件的信息(例如，温度、湿度等)和/或关于系统100的操作的其他信息。来自步骤410的信息用作步骤420和430的输入。在步骤420处，控制器140经由建模电路220使用来自步骤410的输入来生成或通知催化器(在该示例中，scr催化器126)的轴向分辨模型。在步骤430处，控制器140经由校正器电路224使用来自步骤410的输入来更新模型，以改进方法400的整体效用。该方法然后进行到步骤440，其中控制器140经由预测器电路222基于建模电路220主动地管理后处理系统120(具体地，scr催化器126)，以便维持可接受的sonox水平并减少氨逃逸。最后，方法400前进到步骤450，其中控制器140基于预测器电路222在步骤440处做出的确定向系统100的部件发出命令。在一些实施例中，步骤440和450可以组合在单个步骤中。
81.此外，虽然主要参考提供scr催化器126的模型的建模电路220，该模型具有通常针对nox还原和氨储存的监测状态，但建模电路220可被配置为生成doc 122的类似轴向分辨模型，该模型具有通常针对doc 122上的烟灰积聚和相关再生事件的监测状态。在这些烟灰相关的实施例中，监测状态是烟灰积聚量，使得建模doc 122的监测状态是每个部分上的烟灰积聚量。建模电路220基于来自传感器的感测值开发和更新doc 122的轴向分辨模型，感测值与穿过doc 122的部分的废气流量和压力相关(因为烟灰积聚限制了流动并增加了压力)。因此，在这些烟灰相关实施例中，由预测器电路222发出的命令主要针对去除烟灰的热管理命令(即，提高通过后处理系统120的废气的温度，以便烧掉积聚的烟灰)。如上面关于nox还原和氨储存实施例所讨论的，预测器电路222可以利用来自对doc 122的多个部分建模的附加效用，以便更有效地再生doc 122的最受烟灰积聚影响的那些部分。例如，如果在doc 122的后部部分上有比前部部分上更大量的烟灰积聚，则增加排气温度将不是有效的再生策略，因为热排气将最直接地影响doc 122的前部部分，在该示例中，前部部分不需要再生。
82.类似地，本文所讨论的原理和方法也适用于生成dpf 121的轴向分辨模型，该模型聚焦于例如dpf 121的各部分上的碳氢化合物(hc)积聚。在这些与hc相关的实施例中，监测的状态是hc积聚量，使得建模的dpf 121的监测的状态是每个部分上的hc积聚量。建模电路220基于来自传感器的与dpf 121各部分上的排气流量和压力相关的感测值(当hc积聚限制流动并增加压力时)来开发和更新dpf 121的轴向分辨模型。因此，在这些与hc相关实施例中，由预测器电路222发出的命令主要针对热管理命令(即，提高通过后处理系统120的废气
的温度，以便烧掉积聚的hc)。如上面关于nox还原和氨储存实施例以及烟灰相关实施例所讨论的，预测器电路222可以利用来自对dpf 121的多个部分建模的附加效用，以便更有效地再生dpf 121中受烟灰积聚影响最大的那些部分。例如，如果在dpf 121的前部部分上有比后部部分上更大量的烟灰积聚，则增加排气温度将是特别有效的再生策略，因为热排气将最直接地影响doc 122的前部部分，在该示例中，该前部部分是最需要再生的部分。
83.如本文所使用的，术语“近似”、“大约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本公开主题所涉及的本领域普通技术人员的共同和接受的用法相一致的广泛含义。回顾本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述所描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制在所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应被解释为指示对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在所附权利要求书中所述的公开的范围内。
84.应当注意，如本文中用于描述各种实施例的术语“示例性的”及其变型旨在指示这些实施例是可能实施例的可能示例、表示或图示(并且这些术语并不旨在暗示这些实施例必然是特别的或最高级的示例)。
85.如本文所使用的，术语“耦合的”及其变型是指两个构件直接或间接地相互联接。这种联接可以是静止的(例如，永久的或固定的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种联接可以通过两个构件直接彼此耦合来实现，通过使用一个或更多个单独的介入构件将两个构件彼此耦合来实现，或者通过使用与两个构件中的一个整体形成为单个整体主体的介入构件将两个构件彼此耦合来实现。如果“耦合的”或其变体被附加术语(例如，直接耦合的)修饰，则上面提供的“耦合的”的通用定义被附加术语的简单语言含义修改(例如，“直接耦合的”意味着两个构件的联接，而没有任何单独的介入构件)，导致比上面提供的“耦合的”的通用定义更窄的定义。这种耦合可以是机械的、电的或流体的。例如，电路a通信地“耦合”到电路b可以表示电路a直接与电路b通信(即，没有中介)或间接与电路b通信(例如，通过一个或更多个中介)。
86.本文中对元件位置的提及(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”)仅用于描述附图中各种元件的取向。应当注意，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这种变型旨在包含在本公开中。
87.尽管在图2中示出了具有特定功能的多种电路，但是应当理解，控制器140可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的电路。例如，建模电路220、预测器电路222和校正器电路224的活动和功能可以组合成多个电路或作为单个电路。还可以包括具有附加功能的附加电路。此外，控制器140可以进一步控制超出本公开范围的其他活动。
88.如上所述，并且在一种配置中，“电路”可以在机器可读介质中实现，用于由诸如图2的处理器204的各种类型的处理器执行。例如，可执行代码可以包括计算机指令的一个或更多个物理或逻辑块，这些物理或逻辑块可以例如被组织为对象、过程或功能。然而，可执行文件不需要物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，当逻辑地连接在一起时，这些指令构成电路并实现电路的所述目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令或多个指令，并且甚至可以分布在几个不同的代码段上、不同的程序之间以及跨几个存储器设备。类似地，操作数据可以在本文在电路中被识别和示出，并且可以以任何合适的形式被体现并在任何合适类型的数据结构中被组织。操作数据可以作为单个数
据集来收集，或者可以分布在不同的位置上，包括不同的存储设备上，并且可以至少部分地仅仅作为电子信号存在于系统或网络上。
89.虽然上面对术语“处理器”作了简要定义，但术语“处理器”和“处理电路”应作广义解释。就这一点而言，并且如上所述，“处理器”可以被实现为一个或更多个处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)或被构造成执行由存储器提供的指令的其他合适的电子数据处理部件。一个或更多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器(例如，双核处理器、三核处理器、四核处理器等)、微处理器等的形式。在一些实施例中，一个或更多个处理器可以在装置外部，例如，一个或更多个处理器可以是远程处理器(例如，基于云的处理器)。替代地或附加地，一个或更多个处理器可以是装置内部的和/或本地的。就这一点而言，给定电路或其部件可以被布置在本地(例如，作为本地服务器、本地计算系统等的一部分)或远程布置(例如，作为诸如基于云的服务器的远程服务器的一部分)。为此，如本文所述的“电路”可以包括分布在一个或更多个位置上的部件。
90.尽管附图和说明书可示出方法步骤的特定顺序，但这些步骤的顺序可与所描绘和描述的不同，除非上面有不同的说明。此外，两个或更多个步骤可以同时执行或部分同时执行，除非上面有不同的规定。例如，这种变型可以取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变型都在本公开的范围内。同样，所描述的方法的软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。

技术特征：
1.一种系统，包括：后处理系统；以及控制器，所述控制器联接到所述后处理系统，所述控制器被配置成：生成所述后处理系统的催化器的空间分辨模型，所述空间分辨模型将所述催化器分成一个或更多个部分；以及基于来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器和所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整所述空间分辨模型。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：将来自所述空间分辨模型的一个或更多个建模值与所述后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；以及响应于所述比较，命令所述后处理系统的发动机、加热器或定量配给器中的至少一个来实现所述一个或更多个期望值。3.根据权利要求2所述的系统，其中，调整所述空间分辨模型，所述控制器还被配置成：确定来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及基于所确定的梯度向所述一个或更多个部分分配新的建模值。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：将来自所述空间分辨模型的一个或更多个建模值与所述催化器的一个或更多个期望值进行比较；以及基于所述一个或更多个建模值与所述一个或更多个期望值之间的差超过误差阈值来识别所述后处理系统中的故障。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化器是选择性催化还原(scr)催化器。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化器是选择性催化还原(scr)催化器和氨氧化催化器(amox)的组合。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化器是第一选择性催化还原(scr)催化器，其中所述后处理系统包括位于所述第一scr催化器上游的第二scr催化器，并且其中所述第二scr催化器相对小于所述第一scr催化器。8.根据权利要求7所述的系统，还包括流体联接到所述第一scr催化器的第一还原剂定量配给器和流体联接到所述第二scr催化器的第二还原剂定量配给器。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：基于针对所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的空间分辨模型的一个或更多个建模值，控制针对所述第一还原剂定量配给器的定量配给命令。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述一个或更多个建模值指示所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量，并且其中所述第一还原剂定量配给器的定量配给命令基于所述一个或更多个建模值与氨储存阈值的比较，所述一个或更多个建模值指示所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的所述一个或更多个部分的储存氨量。11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：基于针对所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的空间分辨模型的一个或更多个
建模值，控制针对所述第二还原剂定量配给器的定量配给命令。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述一个或更多个建模值指示所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的一个或更多个部分的储存氨量，并且其中所述第二还原剂定量配给器的定量配给命令基于所述一个或更多个建模值与氨储存阈值的比较，所述一个或更多个建模值指示所述第一scr催化器和所述第二scr催化器的所述一个或更多个部分的储存氨量。13.一种方法，包括：通过联接到后处理系统的控制器生成所述后处理系统的催化器的空间分辨模型，所述空间分辨模型将所述催化器分成一个或更多个部分；以及由所述控制器基于来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器和所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整所述空间分辨模型。14.根据权利要求13所述的方法，还包括：由所述控制器将来自所述空间分辨模型的一个或更多个建模值与所述后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；以及响应于所述比较，由所述控制器命令所述后处理系统的发动机、加热器或定量配给器中的至少一个来实现所述一个或更多个期望值。15.根据权利要求14所述的方法，其中，调整所述空间分辨模型包括：由所述控制器确定来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及由所述控制器基于所确定的梯度向所述一个或更多个部分分配新的建模值。16.根据权利要求13所述的方法，还包括：由所述控制器比较来自所述空间分辨模型的一个或更多个建模值与所述催化器的一个或更多个期望值；以及由所述控制器基于所述一个或更多个建模值与所述一个或更多个期望值之间的差超过误差阈值来识别所述后处理系统中的故障。17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述催化器是选择性催化还原(scr)催化器。18.一种系统，包括：处理电路，所述处理电路包括联接到存储器的至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使所述处理电路：生成后处理系统的催化器的空间分辨模型，所述空间分辨模型将所述催化器分成一个或更多个部分；以及基于来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器和所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整所述空间分辨模型。19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述指令在由所述至少一个处理器执行时还使所述处理电路：将来自所述空间分辨模型的一个或更多个建模值与所述后处理系统的一个或更多个期望值进行比较；以及响应于所述比较，命令所述后处理系统的发动机、加热器或定量配给器中的至少一个
来实现所述一个或更多个期望值。20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述指令在由所述至少一个处理器执行时还使所述处理电路：确定来自所述一个或更多个部分上游的至少一个传感器的一个或更多个感测值与来自所述一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值之间的梯度；以及基于所确定的梯度向所述一个或更多个部分分配新的建模值。

技术总结
一种系统包括后处理系统和联接到后处理系统的控制器。控制器被配置成生成后处理系统的催化器的空间分辨模型。控制器还被配置成基于来自一个或更多个部分上游的至少一个传感器和一个或更多个部分下游的至少一个传感器的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。的一个或更多个感测值来调整空间分辨模型。


技术研发人员：迈克尔
受保护的技术使用者：康明斯公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2023/9/23