[發明專利]用于多罐式選擇性催化還原系統的模型預測控制

在審

• 申請號: 201711144088.4
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN108087066A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: Y-Y·王;G·馬扎拉博洛尼亞;C·I·奧約斯韋拉斯科;V·阿爾菲里
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N11/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 賀紫秋

公開了模型預測控制(MPC)系統、使用這種MPC系統的方法以及具有采用MPC控制的選擇性催化還原(SCR)的機動車輛。公開了一種SCR調節型MPC控制系統，其包括用于檢測由SCR系統接收的氮氧化物(NOx)輸入的NOx傳感器、用于檢測兩種SCR催化劑的NOx輸出的催化劑NOx傳感器以及用于檢測每種SCR催化劑的氨(NH3)逸出的催化劑NH3傳感器。該MPC系統還包括控制單元，該控制單元被編程為：接收SCR催化劑的期望罐轉化效率；確定SCR催化劑的期望罐NOx輸出；確定SCR催化劑的最大NH3存儲容量；計算每種SCR催化劑的當前罐轉化效率；根據當前罐轉化效率計算優化的還原劑脈沖寬度和/或體積；以及基于所計算的脈沖寬度/體積命令SCR配給噴射器將還原劑噴射至SCR導管中。

技術領域

本發明總體上涉及用于調節發動機排放的排氣后處理系統。更具體地，本發明的多個方面涉及用于內燃機(ICE)組件的后處理氧化氮(NOx)還原的預測控制策略。

背景技術

當前的生產用機動車輛(諸如現代汽車)最初配備有動力系，其操作以推進車輛并且為車載電子設備供電。動力系(包括且通常被錯誤地分類為傳動系)通常包括原動機，其通過多擋動力變速器將驅動力傳遞至車輛的最終傳動系統(例如，后差速器、車軸和車輪)。往復式活塞型內燃機容易獲得且成本相對低廉、重量輕以及整體效率佳，因此汽車通常由往復式活塞型內燃機提供動力。作為一些非限制性示例，這類發動機包括二沖程和四沖程壓縮點火(CI)柴油機、四沖程火花點火式(SI)汽油發動機、六沖程架構以及旋轉發動機。另一方面，混合動力式車輛利用替代電源(諸如電池供電電動機-發電機)推進車輛，從而最小化依賴發動機獲取動力的依賴性，因此提高整體燃料經濟性。

頂置閥內燃機通常包括具有一系列缸膛的發動機缸體，每個缸膛具有可在其中可往復移動的活塞。汽缸蓋聯接至發動機缸體的頂部表面，該汽缸蓋與活塞和缸鏜配合以形成可變體積燃燒室。這些往復式活塞用于將通過點燃燃燒室中的燃料和空氣混合物而生成的壓力轉化成旋轉力以驅動曲軸。汽缸蓋限定進氣口，由進氣歧管提供的空氣通過這些進氣口選擇性地引入至每個燃燒室。在汽缸蓋內還限定有排氣口，廢氣和燃燒副產物通過這些排氣口選擇性地從燃燒室排出至排氣歧管。排氣歧管又將用于再循環的廢氣收集并組合至進氣歧管中、輸送至渦輪驅動的渦輪增壓器和/或經由排氣系統從ICE排出。

在ICE組件的每個燃燒工作循環期間產生的廢氣通常包括顆粒物質和其它已知的燃燒副產物，諸如一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、揮發性有機化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)。排氣后處理系統操作地用于將未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水，并且在氣體被釋放至大氣中之前將氮氧化物的混合物還原成氮氣和水。排氣處理可單獨地和以任何組合方式結合氧化催化劑(OC)、NOx吸收器/吸附器、廢氣再循環(EGR)、選擇性催化還原(SCR)系統、顆粒物質(PM)過濾器、催化轉化器和其它排放控制手段。選擇性催化還原是先進的主動排放控制技術，其將諸如無水或含水氨(NH3)或汽車級尿素(否則稱為柴油機排氣流體(DEF))等配給劑噴射至廢氣流中。該配給劑包括還原劑，其被吸收至SCR催化劑表面上，然后與廢氣中的NOx反應。然后SCR催化劑可將NOx分解或還原成水蒸氣(H2O)和氮氣(N2)。

發明內容

本文公開了用于調節內燃機(ICE)組件的選擇性催化還原(SCR)的多變量模型預測控制(MPC)算法和控制系統、制造這樣的MPC控制系統的制造方法和使用方法、具有多變量SCR型MPC控制性能的內燃機，以及配備這樣的發動機的機動車輛。作為示例而非限制，提出了一種用于雙罐式SCR系統的獨特線性參數變化(LPV)MPC控制策略和架構以有助于使氮氧化物(NOx)轉化效率最大化并使氨逸出最小化。這種控制策略考慮了建模當中的氨(NH3)存儲的非均勻分布以及優化罐分級。采用簡化和降階SCR模型來幫助簡化模型和控制校準。通過采用這種優化控制方法，SCR控制器可在NOx轉化與NH3轉移之間實現折衷優化。優化控制算法可采用具有實時數據更新的簡化的擴展卡爾曼濾波器(EKF)。