專利名稱：用于預測NOx量的方法以及使用該方法的排放系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于預測NOx量的方法以及使用該方法的排放系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于精確預測包含在發(fā)動機產(chǎn)生的排放氣體中的NOx量的方法，并且涉及一種根據(jù)NOx量對還原劑或燃燒大氣的供給進行控制的排放系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般而言，穿過排放歧管從發(fā)動機流出的排放氣體被驅(qū)動到安裝在排放管上的催化轉(zhuǎn)化器當中，并且在其中被凈化。然后，在穿過消聲器時排放氣體的噪音減小，然后排放氣體通過尾管而排入到空氣當中。催化轉(zhuǎn)化器對包含在排放氣體中的污染物進行凈化。此夕卜，用于捕獲包含在排放氣體中的微粒物質(zhì)(PM)的微粒過濾器安裝在排放管中。脫氮催化劑(DE-ΝΟχ催化劑)是這種催化轉(zhuǎn)化器的一種類型，并且對包含在排放氣體中的氮氧化物(NOx)進行凈化。如果將還原劑(例如，尿素、氨、一氧化碳和碳氫化合物(HC))供給至排放氣體，包含在排放氣體中的氮氧化物通過與還原劑的氧化還原反應而在DE-NOx催化劑中還原。近來，將稀薄NOx捕獲(lean NOx trap, LNT)催化劑用作這樣的DE-ΝΟχ催化劑。 當發(fā)動機在稀薄大氣中運行時，LNT催化劑吸附包含在排放氣體中的氮氧化物，并且當發(fā)動機在稠密大氣中運行時，LNT催化劑釋放吸附的氮氧化物。此外，可以將選擇性催化還原(SCR)催化劑用作脫氮催化劑。在SCR催化劑中，諸如一氧化碳的還原劑和總碳氫化合物(THC)與氮氧化物的反應比與氧的反應更好。從而， 這樣的催化轉(zhuǎn)化器稱為選擇性催化還原催化劑。在使用這樣的脫氮催化劑的情況下，供給至排放氣體的還原劑的量根據(jù)包含在發(fā)動機產(chǎn)生的排放氣體中的NOx量而確定。因此，為了改進凈化效率，對包含在排放氣體中的 NOx量進行預測是非常重要的。用于對包含在排放氣體中的NOx量進行預測的常規(guī)方法是使用一種映射圖，在發(fā)動機的每個驅(qū)動條件下產(chǎn)生的NOx量存儲在該映射圖中。也就是說，在每個驅(qū)動條件下產(chǎn)生的NOx量每次通過映射圖進行計算，通過累計每次的NOx量而對包含在排放氣體中的總 NOx量進行預測。然而，由于映射圖是在發(fā)動機的穩(wěn)定狀態(tài)下制作的，基于該映射圖預測的 NOx量在發(fā)動機的驅(qū)動條件每次都改變的瞬時狀態(tài)下是不準確的。特別地，由于發(fā)動機在瞬時狀態(tài)運行的時間比在穩(wěn)定狀態(tài)運行的時間長，實際NOx量和預測NOx量之間的差異非常大。用于對包含在排放氣體中的NOx量進行預測的另一種常規(guī)方法是使用一種安裝在脫氮催化劑的排放管上游的NOx傳感器。也就是說，NOx量每次通過NOx傳感器而進行檢測，通過累計每次的NOx量而對總NOx量進行預測。然而，NOx傳感器僅僅在排放氣體的溫度高于預定溫度時才正常運行。因此，直到NOx傳感器正常運行才能夠?qū)Ξa(chǎn)生的NOx量進行檢測。即使使用了 NOx傳感器，實際NOx量和檢測的NOx量之間的誤差也非常大。公開于本發(fā)明背景部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個方面致力于提供一種用于預測NOx量的方法，其具有的優(yōu)點是，對根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件而從基于EGR比率和環(huán)境因子的映射圖中計算出的NOx量進行修正，從而精確地預測包含在排放氣體中的NOx量，并且本發(fā)明提供了一種排放系統(tǒng)，其具有的優(yōu)點是通過根據(jù)已預測的NOx量來對還原劑或燃燒大氣的供給進行控制，從而提高NOx 的凈化效率。在本發(fā)明的一個方面當中，一種用于預測NOx量的方法，可以包括根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件確定參考NOx量；根據(jù)排放氣體再循環(huán)(EGR)比率來初次修正所述參考NOx量；并且根據(jù)環(huán)境因子和所述驅(qū)動條件來再次修正所述初次修正的NOx量。根據(jù)EGR比率對所述參考NOx量的初次修正可以包括檢測實際的EGR比率；根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定參考EGR比率；通過從所述實際的EGR比率減去所述參考 EGR比率來確定EGR比率偏差；并且根據(jù)所述EGR比率偏差來修正所述參考NOx量。根據(jù)EGR比率偏差來對所述參考NOx量進行修正可以包括通過對所述EGR比率偏差歸一化(normalizing)來確定特定的EGR比率偏差；根據(jù)所述特定的EGR比率偏差來確定EGR系數(shù)；根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定EGR的閉合狀態(tài)下的參考NOx量，以及； 根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件和EGR系數(shù)，基于所述參考NOx量和在EGR閉合狀態(tài)下的參考 NOx量來通過插值法(interpolation)或外推法(extrapolation)來對所述參考NOx量進行修正。當特定的EGR偏差可以小于預定值的時候，可以通過插值法來對所述參考NOx量進行修正，當特定的EGR偏差可以大于或等于所述預定值的時候，可以通過外推法來對所述參考NOx量進行修正。所述發(fā)動機的驅(qū)動條件可以包括當前嚙合的齒輪級(gear st印)、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量。所述環(huán)境因子可以包括供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度、和冷卻劑溫度。根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正可以包括根據(jù)供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量來檢測第一修正系數(shù)；并且根據(jù)所述第一修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正可以包括根據(jù)發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和冷卻劑溫度檢測第二修正系數(shù)；并且根據(jù)所述第二修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正可以包括根據(jù)發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度來檢測第三修正系數(shù)； 并且根據(jù)所述第三修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。在本發(fā)明的另一個方面當中，一種排放系統(tǒng)，可以包括排放管，排放氣體流動穿過該排放管，所述排放氣體在發(fā)動機處產(chǎn)生，該發(fā)動機具有將燃料噴射到燃燒室中的第一噴射器；噴射模塊，所述噴射模塊安裝于所述排放管并且噴射還原劑；脫氮催化劑，所述脫氮催化劑在所述噴射模塊的下游安裝于所述排放管，并且通過使用由所述噴射模塊噴射的還原劑而對包含在所述排放氣體中的氮氧化物進行還原；以及控制部分，所述控制部分對包含在所述排放氣體中的NOx量進行預測，并且根據(jù)所述NOx量對還原劑或燃燒大氣的供給進行控制，其中所述控制部分根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件確定參考NOx量，并且根據(jù)排放氣體再循環(huán)(EGR)比率和環(huán)境因子對該參考NOx量進行修正。所述控制部分可以根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定EGR閉合狀態(tài)下的參考EGR 比率和參考NOx量，該控制部分檢測實際EGR比率，并基于所述參考EGR比率、實際EGR比率、參考NOx量和在EGR的閉合狀態(tài)下的參考NOx量，來通過插值法或者外推法來初次修正所述參考NOx量。根據(jù)所述環(huán)境因子通過使用第一、第二和第三修正系數(shù)，所述控制部分可以對初次修正的參考NOx量進行再次修正，其中所述第一修正系數(shù)可以基于供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、發(fā)動機速度以及當前燃料噴射量而確定，其中所述第二修正系數(shù)可以基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和冷卻劑溫度而確定，并且其中所述第三修正系數(shù)可以基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度而確定。所述還原劑可以是燃料，所述噴射模塊可以是第二噴射器。所述還原劑可以是尿素或氨。所述燃燒大氣可以通過對燃料和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的比率進行控制而受到控制。本發(fā)明的方法和裝置具有其他的特性和優(yōu)點，這些特性和優(yōu)點從并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式
中將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式
中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方式
共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。


圖1是排放系統(tǒng)的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法能夠應用于該排放系統(tǒng)。圖2是框圖，顯示了在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中使用的控制部分的輸入和輸出的關(guān)系。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法的流程圖。圖4是在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中，根據(jù)EGR比率來對參考NOx量進行初次修正的流程圖。圖5是在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中，根據(jù)環(huán)境因子對首次修正的NOx量進行再次修正的流程圖。圖6是顯示EGR系數(shù)與特定的EGR比率偏差的曲線圖。圖7是顯示通過應用根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，NOx根據(jù)EGR比率而被初次修正的曲線圖。應當了解，附圖并不必須是按比例繪制的，其示出了某種程度上經(jīng)過簡化了的本發(fā)明的基本原理的各個特征。在此所公開的本發(fā)明的特定的設(shè)計特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，將部分地由特定目的的應用和使用環(huán)境所確定。在這些圖形中，在貫穿附圖的多幅圖形中，附圖標記指代本發(fā)明的相同或等效的部分。
具體實施例方式接下來將具體參考本發(fā)明的各個實施方案，在附圖中和以下的描述中示出了這些實施方案的實例。雖然本發(fā)明與示例性實施方案相結(jié)合進行描述，但是應當了解，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方案。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種替換、修改、等效形式以及其它實施方案。在下文中將參考附圖，對本發(fā)明的示例性實施方案進行具體描述。圖1是排放系統(tǒng)的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法能夠應用于該排放系統(tǒng)。如圖1中所示，用于內(nèi)燃機的排放凈化系統(tǒng)包括發(fā)動機10、排放管20、排放氣體再循環(huán)(EGR)裝置80、燃料裂化催化劑32、微粒過濾器30、脫氮催化劑40以及控制部分50。發(fā)動機10使得燃料和空氣混合的空氣-燃料混合物燃燒，從而將化學能轉(zhuǎn)化為機械能。發(fā)動機10連接至進氣歧管18，從而接收燃燒室12中的空氣，并且發(fā)動機10連接至排放歧管16，從而使得在燃燒過程中產(chǎn)生的排放氣體收集在排放歧管16中并且排放至外部。第一噴射器14安裝在燃燒室12中，從而將燃料噴射進入燃燒室12。在這里以柴油發(fā)動機作為例子，但是也可以使用稀燃汽油發(fā)動機。在使用汽油發(fā)動機的情況下，空氣-燃料混合物穿過進氣歧管18流動進入燃燒室12，火花塞安裝于燃燒室12的上部。此外，可以使用具有各種壓縮比的發(fā)動機，優(yōu)選為小于或等于16. 5的壓縮比。排放管20連接至排放歧管16，從而將排放氣體排放至車輛的外部。微粒過濾器 30和脫氮(DE-NOx)催化劑40安裝于排放管20以去除包含在排放氣體中的碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物。排放氣體再循環(huán)裝置80安裝于排放管20，從發(fā)動機10排出的排放氣體穿過排放氣體再循環(huán)裝置80。此外，排放氣體再循環(huán)裝置80連接至進氣歧管18，從而通過將排放氣體的一部分與空氣混合而對燃燒溫度進行控制。燃燒溫度的這種控制是通過由控制部分50 的控制對供給至進氣歧管18的排放氣體的量進行控制而執(zhí)行的。第一氧傳感器25在排放氣體再循環(huán)裝置80的下游安裝在排放管20上，并且穿過排放氣體再循環(huán)裝置80的排放氣體中的氧量進行檢測。第二噴射器90在排放氣體再循環(huán)裝置80的下游安裝到排放管20上，該第二噴射器90電連接至控制部分50，并且根據(jù)控制部分50的控制來執(zhí)行將燃料噴射到排放管20中的附加噴射。微粒過濾器30在第二噴射器90的下游安裝于排放管20。燃料裂化催化劑設(shè)置在微粒過濾器30的上游。在這種情況下，燃料裂化催化劑32布置在第二噴射器90和DE-NOx 催化劑40之間。在這里，燃料裂化催化劑32與微粒過濾器30分離設(shè)置，但是燃料裂化催化劑32可以覆蓋在微粒過濾器30的前部。 在這里，燃料裂化催化劑32與微粒過濾器30分離設(shè)置，但是柴油燃料裂化催化劑 32可以覆蓋在微粒過濾器30的前部。也就是說，燃料裂化催化劑32通過熱裂化切斷了構(gòu)成碳氫化合物的鏈環(huán)并且使得燃料分解。因此，附加被噴射的燃料的有效反應面積增大，從而產(chǎn)生了包括高反應性氧(氧合(Oxygenated)HC)、CO和H2的碳氫化合物。
熱裂化按照以下方式進行。C16H34 — 2n_C8H17* — n-C6H13* — n-C4H9* — C2H5* — C2H4C16H34 — 8C2H4+H2在這里，*的意思是基團。在這里，碳氫化合物代表包含在排放氣體和燃料中的包括碳和氫的所有化合物。微粒物質(zhì)過濾設(shè)備30 (其是一種類型的微粒過濾器30)安裝于燃料裂化催化劑32 的下游，并且對包含在穿過排放管20排放的排放氣體中的微粒物質(zhì)(PM)進行捕獲。在本說明書中，微粒物質(zhì)過濾設(shè)備30和微粒過濾器30用于表示相同的過濾器。然而，也可以不使用微粒物質(zhì)過濾設(shè)備30而使用其它類型的微粒過濾器30 (例如，催化微粒過濾器(CPF))。此外，氧化催化劑可以覆蓋在微粒過濾器30上。這種氧化催化劑將包含在排放氣體中的碳氫化合物和一氧化碳氧化為二氧化碳，并且將包含在排放氣體中的一氧化氮氧化為二氧化氮。氧化催化劑可以主要覆蓋于微粒過濾器30的特定區(qū)域，或者可以均勻地覆蓋于微粒過濾器30的整個區(qū)域。第一溫度傳感器35在燃料裂化催化劑32的上游安裝于排放管20，并且檢測燃料裂化催化劑32的入口溫度。第二溫度傳感器36安裝于燃料裂化催化劑32的下游，并且檢測燃料裂化催化劑32的出口溫度或微粒過濾器30的入口溫度。同時，壓力差傳感器55安裝于排放管20。壓力差傳感器55檢測微粒過濾器30的入口和出口之間的壓力差，并且將與之對應的信號傳遞至控制部分50。當由壓力差傳感器 55檢測的壓力差高于或等于第一預定壓力的時候，控制部分50控制微粒過濾器30進行再生。在這種情況下，第一噴射器14能夠?qū)θ剂线M行后噴射，從而使得捕獲在微粒過濾器30 中的微粒物質(zhì)燃燒。相反地，第二噴射器90能夠?qū)θ剂线M行附加地噴射，從而使得微粒過濾器30再生。DE-NOx催化劑40在微粒過濾器30的下游安裝于排放管20。DE-NOx催化劑40吸附包含在排放氣體中的氮氧化物，并且通過燃料的附加噴射而釋放吸附的氮氧化物。此外， DE-NOx催化劑40對被釋放的氮氧化物執(zhí)行還原反應，從而對包含在排放氣體中的氮氧化物進行凈化。第三溫度傳感器60和第四溫度傳感器65可以分別安裝于DE-NOx催化劑40的上游和下游，從而對DE-NOx催化劑40的入口溫度和出口溫度進行檢測。在這里，DE-NOx催化劑40分為兩個部分。DE-NOx催化劑40分為兩個部分的原因是，覆蓋每個部分的金屬比率可以改變，從而執(zhí)行特定功能。例如，接近發(fā)動機10的第一部分40的抗熱能力通過增大鈀(Pd)比率而得以增強，并且通過增大鉬(Pt)比率而防止第二部分40處碳氫化合物的滑移。相反地，可以使用DE-NOx催化劑40，其中相同的金屬比率覆蓋于其整個區(qū)域。
此外，第二氧傳感器62在脫氮催化劑40的上游安裝于排放管20，第三氧傳感器 70在脫氮催化劑40的下游安裝于排放管20。第二氧傳感器62檢測包含在在脫氮催化劑 40中流動的排放氣體中的氧量，并將與之對應的信號傳遞至控制部分50，從而幫助控制部分50執(zhí)行排放氣體的稀薄/稠密控制。此外，第三氧傳感器70用于監(jiān)測根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于內(nèi)燃機的排放凈化系統(tǒng)是否正常地對包含在排放氣體中的有害材料進行凈化。在這里，在本說明書中示例性描述的是第二氧傳感器62附加地安裝于排放管20。 然而，除了將第二氧傳感器62附加地安裝于排放管20之外，包含在在脫氮催化劑40中流動的排放氣體中的氧量還可以基于第一氧傳感器25和第三氧傳感器70的檢測值、燃料消耗和發(fā)動機運行歷史的至少一個來進行估計。控制部分50基于從每個傳感器傳遞的信號而確定發(fā)動機的驅(qū)動條件，并且基于發(fā)動機的驅(qū)動條件對燃料的附加噴射量和附加噴射正時進行控制。從而，控制部分50對脫氮催化劑40進行控制，以釋放吸附的氮氧化物。例如，在吸附在脫氮催化劑40中的氮氧化物量大于或等于預定值的情況下，控制部分50對將被附加噴射的燃料進行控制。此外，控制部分50將排放氣體中的碳氫化合物與氮氧化物的比率控制為大于或等于預定比率，從而激活脫氮催化劑40中的氮氧化物的還原反應。預定比率可以是5。同時，控制部分50基于發(fā)動機的驅(qū)動條件對吸附在脫氮催化劑40中的氮氧化物量、在脫氮催化劑40的后部處的氮氧化物的滑移量以及碳氫化合物與氮氧化物的比率進行計算。這樣的計算是根據(jù)由各個實驗限定的映射表而完成的。此外，控制部分50根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件、發(fā)動機的狀態(tài)或者脫氮催化劑40的狀態(tài)通過第二噴射器90改變?nèi)剂系膰娚淠Ｊ健Ｔ谶@里，通過考慮發(fā)動機的運行周期來假定發(fā)動機的狀態(tài)，并且通過考慮脫氮催化劑40的降解來假定脫氮催化劑40的狀態(tài)。此外，控制部分50執(zhí)行微粒過濾器30的再生。同時，控制部分50可以控制第一噴射器14對燃料進行后噴射從而激活脫氮催化劑40中的氮氧化物的還原反應，而不是進行第二噴射器90的附加噴射。在這種情況下，后噴射的燃料在燃料裂化催化劑32處轉(zhuǎn)化為高反應性還原劑，并且促進脫氮催化劑40中氮氧化物的還原反應。因此，可以理解，在本說明書和權(quán)利要求書中附加噴射包括了后噴射。在本說明書中舉例說明的是，LNT催化劑被用作脫氮催化劑40。然而，SCR催化劑也可以用作脫氮催化劑40。在這種情況下，用于將還原劑噴射到排放氣體中的噴射設(shè)備在微粒過濾器30和脫氮催化劑40之間安裝于排放管20處，控制部分50根據(jù)包含在排放氣體中的NOx量對還原劑的供給進行控制。此外，還原劑可以是尿素或氨。在下文中，將具體描述脫氮催化劑40的一個例子。脫氮催化劑40包括在載體上覆蓋的第一和第二催化劑層。第一催化劑層布置為接近排放氣體，第二催化劑層布置為接近載體。第一催化劑層對包含在排放氣體中的氮氧化物進行氧化，并且通過與包含在未燃燒的燃料或排放氣體中的碳氫化合物的氧化還原反應而對氧化的氮氧化物的一部分進行還原。此外，氧化的氮氧化物的剩余部分擴散到第二催化劑層當中。第二催化劑層吸附從第一催化劑層擴散的氮氧化物，并且通過附加被噴射的燃料而釋放吸附的氮氧化物，從而使得吸附的氮氧化物在第一催化劑層處進行還原。第二催化劑層包括吸附材料。弱堿性氧化物用作這樣的吸附材料。
在下文中，將具體描述脫氮催化劑40的操作。在燃料并未從第二噴射器90進行附加噴射的情況下，包含在排放氣體中的氮氧化物在第一催化劑層中被氧化。氧化的氮氧化物的一部分通過與排放氣體中包含的碳氫化合物的氧化還原反應而還原成氮氣。在這個階段，包含在排放氣體中的碳氫化合物被氧化為二氧化碳。此外，氧化的氮氧化物的剩余部分以及包含在排放氣體中的氮氧化物擴散進入第二催化劑層并且被吸附在其中。在燃料從第二噴射器90進行附加噴射的情況下，該附加被噴射的燃料穿過燃料裂化催化劑，此時燃料轉(zhuǎn)化為低分子量的碳氫化合物。此外，低分子量的碳氫化合物的部分轉(zhuǎn)化為氧合碳氫化合物并且穿過脫氮催化劑40。此時，氮氧化物通過與碳氫化合物的置換反應從第二催化劑層釋放。此外，氮氧化物被還原為氮氣，碳氫化合物和氧合碳氫化合物通過釋放的氮氧化物與碳氫化合物和氧合碳氫化合物的氧化還原反應而在第一催化劑層中氧化為二氧化碳。因此，包含在排放氣體中的氮氧化物和碳氫化合物被凈化。圖2是框圖，顯示了在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中使用的控制部分的輸入和輸出的關(guān)系。如圖2所示，齒輪級檢測器100、EGR比率檢測器110、發(fā)動機速度檢測器120、燃料噴射量檢測器130、進氣量檢測器140、EGR量檢測器150、進氣溫度檢測器160以及冷卻劑溫度檢測器170電連接至控制部分50，并且它們的檢測值傳遞至控制部分50。齒輪級檢測器100檢測當前嚙合的齒輪級。EGR比率檢測器檢測實際EGR比率(即，EGR量與進氣量的比率)。因為控制部分 50對EGR氣閥進行負荷控制(duty-controls)，EGR比率能夠通過讀取當前負荷值進行檢測。發(fā)動機速度檢測器120根據(jù)曲軸的相位改變而檢測發(fā)動機速度。燃料噴射量檢測器130檢測當前供給至燃燒室12的燃料噴射量。近來，燃料通過主噴射和引燃噴射(pilot injection)進行噴射。因此，燃料噴射量檢測器130檢測在一次循環(huán)過程中供給至燃燒室12的主噴射量和引燃噴射量。此外，因為燃料噴射量由控制部分50進行負荷控制，所以當前燃料噴射量能夠通過讀取當前負荷值進行檢測。進氣量檢測器140檢測穿過進氣路徑的空氣量。EGR量檢測器150檢測再循環(huán)的氣體量。EGR量能夠根據(jù)進氣量和EGR比率進行計算。進氣溫度檢測器160安裝于進氣路徑，并且檢測進氣的溫度。冷卻劑溫度檢測器170檢測冷卻劑溫度。控制部分50基于已檢測的值確定發(fā)動機的驅(qū)動條件、燃料的附加噴射量和附加噴射正時以及附加的噴射模式，并且將用于控制第二噴射器90的信號輸出至第二噴射器 90。此外，控制部分50基于由壓力差傳感器55檢測的值來控制微粒過濾器30的再生。如上文所述，微粒過濾器30的再生通過第一噴射器14的后噴射或者第二噴射器90的附加噴射而執(zhí)行。此外，控制部分50檢測包含在排放氣體中的參考NOx量，根據(jù)EGR比率以及環(huán)境因子對參考NOx量進行修正，并且根據(jù)最終NOx量對燃料的附加噴射或還原劑的供給進行控制。同時，除了圖2中所示的傳感器之外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的排放系統(tǒng)包括多個傳感器，但是為了更好地理解以及便于描述，將省略其描述。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法的流程圖，圖4是在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中，根據(jù)EGR比率來對參考NOx 量進行初次修正的流程圖，圖5是在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于預測NOx量的方法中，根據(jù)環(huán)境因子對初次修正的NOx量進行再次修正的流程圖。在步驟S210中，齒輪級檢測器100檢測齒輪級，在步驟S220中，EGR比率檢測器 110檢測實際EGR比率，在步驟S230中，發(fā)動機速度檢測器120檢測發(fā)動機速度，在步驟 S240中，燃料噴射量檢測器130檢測當前被噴射的燃料量。此外，在步驟S250中，通過對進氣量檢測器140檢測到的進氣量和EGR量檢測器150檢測到的EGR量進行相加來檢測出供給至發(fā)動機燃燒室的總空氣量，在步驟S260中，進氣溫度檢測器160對供給至發(fā)動機燃燒室的空氣的溫度進行檢測，并且在步驟S270中，冷卻劑溫度檢測器170檢測冷卻劑溫度?？刂撇糠?0基于被檢測到的值來檢測參考NOx量，在步驟S280中根據(jù)EGR比率來初次修正該參考NOx量，并在步驟S290中根據(jù)環(huán)境因子來再次修正所述初次修正的參考 NOx量。以下將詳細描述參考NOx量的初次修正。如圖4所示，在步驟S310中，控制部分50根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件(齒輪級、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量)來計算參考NOx量，在步驟S320中，控制部分50根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件來計算EGR的閉合狀態(tài)下(亦即，在EGR氣閥關(guān)閉的狀態(tài)下)的參考NOx量，并在步驟S330中根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件來計算參考EGR比率。通過使用預定的映射圖來執(zhí)行步驟S310-S330。亦即，將根據(jù)發(fā)動機驅(qū)動條件的參考NOx量、EGR閉合狀態(tài)下的參考NOx 量和參考EGR比率存儲在映射圖當中。亦即，通過實驗來檢測出根據(jù)發(fā)動機每個驅(qū)動條件的參考NOx量、EGR閉合狀態(tài)下的參考NOx量和參考EGR比率，并且將被檢測的值存儲在映射圖當中。在步驟S340中，控制部分50從實際EGR比率和根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件的參考EGR 比率中計算出EGR比率偏差，并確定該EGR比率偏差是否小于0。EGR比率偏差是通過從實際EGR比率中減去參考EGR比率而計算得出的。如果EGR比率偏差小于0，則通過插值法來修正參考NOx量。然而，如果EGR比率偏差大于或等于0，則通過外推法來修正參考NOx量。為此，在步驟S350和S360中對EGR 比率歸一化。亦即，在步驟S350中，從[等式1]中計算出特定的EGR比率偏差。[等式1]特定的EGR比率偏差=EGR比率偏差/參考EGR比率此外，在步驟S360中，從[等式2]中計算出特定的EGR比率偏差。[等式2]特定的EGR比率偏差=EGR比率偏差/ (最大EGR比率-參考EGR比率)如果在步驟S350和S360中計算出特定的EGR比率偏差，則在步驟S370中，特定的EGR比率偏差的最大值和最小值受到限制。此處，最大值可以是1，最小值可以是-1。此后，在步驟S380中，控制部分50根據(jù)特定的EGR比率偏差來確定EGR系數(shù)。圖6是顯示EGR系數(shù)與特定的EGR比率偏差關(guān)系的曲線圖。圖6顯示了 EGR系數(shù)和EGR比率偏差之間的某些示例性關(guān)系，并且應當理解，EGR系數(shù)和EGR比率偏差之間的關(guān)系并非限制于圖6中所示的關(guān)系。在確定了 EGR系數(shù)之后，在步驟S390和S400中，控制部分50通過使用EGR系數(shù)、 在EGR閉合狀態(tài)下的參考NOx量和參考NOx量，來通過插值法或外推法對參考NOx量進行初次修正。亦即，如果EGR比率偏差小于0，則在步驟S390中通過插值法來對參考NOx量進行修正。相反，如果EGR比率偏差大于或等于0，則在步驟S400中通過外推法來對參考NOx 量進行修正。圖7是顯示通過應用本發(fā)明的示例性實施方案，NOx量根據(jù)EGR比率而被初次修正的曲線圖。在圖7中，虛線表示實際NOx量，實線表示通過插值法或外推法而被修正的參考NOx量。此外，圖7示例性地顯示了參考NOx量通過插值法或外推法而被修正為直線形狀，但是對參考NOx量的修正并不限定于此種類型。亦即，可以將參考NOx量修正為多項式類型。以下將參考圖7來簡單描述通過插值法或外推法而對參考NOx量的修正。此處的示例中，EGR系數(shù)與特定的EGR比率偏差相同。當特定的EGR比率偏差是-1的時候，NOx量表示在EGR閉合狀態(tài)下的參考NOx量， 當特定的EGR比率偏差是0的時候，NOx量表示參考NOx量。為了在特定的EGR比率偏差介于-1和0之間的時候通過插值法獲得NOx量，將EGR閉合狀態(tài)下的參考NOx量和參考NOx 量連接起來，以形成直線。此外，為了在特定的EGR比率偏差介于0和1之間的時候通過外推法獲得NOx量，將當特定的EGR比率偏差為1的時候的NOx量(在圖7中該值為0)和參考NOx量連接起來，以形成直線。通過如上所述的插值法或者外推法來根據(jù)實際EGR比率來修正參考NOx量。然后，在步驟S295中，控制部分50輸出初次修正的參考NOx量，并且在步驟S290 中，根據(jù)環(huán)境因子對初次修正的參考NOx量進行再次修正。如圖5中所示，控制部分50在步驟S420、S430和S440中計算第一、第二和第三修正系數(shù)。第一修正系數(shù)是基于供給到發(fā)動機的燃燒室中的總空氣量、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量而計算的，第二修正系數(shù)是基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和冷卻劑溫度而計算的，第三修正系數(shù)是基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度而計算的。第一、第二和第三修正系數(shù)可以從預定的映射圖中獲得。然后，在步驟S450、S460和S470中，控制部分50通過使用初次修正的參考NOx量以及第一、第二和第三修正系數(shù)對參考NOx量進行再次修正。參考NOx量的再次修正能夠通過將初次修正的參考NOx量和第一、第二和第三修正系數(shù)相乘而執(zhí)行。最后，在步驟S300中控制部分50輸出根據(jù)環(huán)境因子修正的NOx量。如果包含在排放氣體中的NOx量按照上述方式進行預測，那么控制部分50根據(jù) NOx量對燃料的附加噴射或者還原劑的供給進行控制。相反地，控制部分50可以根據(jù)NOx 量，通過控制燃料與供給至發(fā)動機燃燒室的空氣的比率而對燃燒大氣進行控制。如上文所述，因為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案能夠精確預測包含在排放氣體中的NOx量，所以能夠改進NOx的凈化效率。因為根據(jù)準確的NOx量對還原劑或燃燒大氣的供給進行控制，所以可以改進燃料經(jīng)濟性。
因為不需要用于預測NOx量的附加傳感器，所以可以降低產(chǎn)品成本。為了方便解釋和精確限定所附權(quán)利要求，術(shù)語“內(nèi)，，和“外”是用于參考圖中顯示的這些特征的位置來描述示例性實施方式的特征。前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導， 可以進行很多改變和變化。對示例性實施方案進行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由所附的權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于預測NOx量的方法，包括 根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件確定參考NOx量；根據(jù)排放氣體再循環(huán)比率來初次修正所述參考NOx量；并且根據(jù)環(huán)境因子和所述驅(qū)動條件來再次修正所述初次修正的NOx量。
2.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中根據(jù)排放氣體再循環(huán)比率對所述參考NOx量的初次修正包括檢測實際的排放氣體再循環(huán)比率；根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定參考排放氣體再循環(huán)比率； 通過從所述實際的排放氣體再循環(huán)比率減去所述參考排放氣體再循環(huán)比率來確定排放氣體再循環(huán)比率偏差；并且根據(jù)所述排放氣體再循環(huán)比率偏差來修正所述參考NOx量。
3.如權(quán)利要求2所述的用于預測NOx量的方法，其中根據(jù)排放氣體再循環(huán)比率偏差對所述參考NOx量的修正包括通過對所述排放氣體再循環(huán)比率偏差歸一化來確定特定的排放氣體再循環(huán)比率偏差；根據(jù)所述特定的排放氣體再循環(huán)比率偏差來確定排放氣體再循環(huán)系數(shù)； 根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定排放氣體再循環(huán)的閉合狀態(tài)下的參考NOx量；并且根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件和排放氣體再循環(huán)系數(shù)，基于所述參考NOx量和在排放氣體再循環(huán)閉合狀態(tài)下的參考NOx量來通過插值法或外推法來對所述參考NOx量進行修正。
4.如權(quán)利要求3所述的用于預測NOx量的方法，其中當特定的排放氣體再循環(huán)偏差小于預定值的時候，通過插值法來對所述參考NOx量進行修正，當特定的排放氣體再循環(huán)偏差大于或等于所述預定值的時候，通過外推法來對所述參考NOx量進行修正。
5.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中所述發(fā)動機的驅(qū)動條件包括當前嚙合的齒輪級、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量。
6.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中所述環(huán)境因子包括供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度、和冷卻劑溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正包括根據(jù)供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、發(fā)動機速度和當前燃料噴射量來檢測第一修正系數(shù)；并且根據(jù)所述第一修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。
8.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正包括根據(jù)發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和冷卻劑溫度檢測第二修正系數(shù)；并且根據(jù)所述第二修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。
9.如權(quán)利要求1所述的用于預測NOx量的方法，其中根據(jù)所述環(huán)境因子和驅(qū)動條件對初次修正的NOx量的再次修正包括根據(jù)發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度來檢測第三修正系數(shù)；并且根據(jù)所述第三修正系數(shù)對初次修正的NOx量進行修正。
10.一種排放系統(tǒng)，包括排放管，排放氣體流動穿過所述排放管，所述排放氣體在發(fā)動機處產(chǎn)生，該發(fā)動機具有將燃料噴射到燃燒室中的第一噴射器；噴射模塊，所述噴射模塊安裝于所述排放管并且噴射還原劑；脫氮催化劑，所述脫氮催化劑在所述噴射模塊的下游安裝于所述排放管，并且通過使用由所述噴射模塊噴射的還原劑而對包含在所述排放氣體中的氮氧化物進行還原；以及控制部分，所述控制部分對包含在所述排放氣體中的NOx量進行預測，并且根據(jù)所述 NOx量對還原劑或燃燒大氣的供給進行控制，其中所述控制部分根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件確定參考NOx量，并且根據(jù)排放氣體再循環(huán)比率和環(huán)境因子對該參考NOx量進行修正。
11.如權(quán)利要求10所述的排放系統(tǒng)，其中所述控制部分根據(jù)所述發(fā)動機的驅(qū)動條件來確定排放氣體再循環(huán)閉合狀態(tài)下的參考排放氣體再循環(huán)比率和參考NOx量，該控制部分檢測實際排放氣體再循環(huán)比率，并基于所述參考排放氣體再循環(huán)比率、實際排放氣體再循環(huán)比率、參考NOx量和在排放氣體再循環(huán)的閉合狀態(tài)下的參考NOx量，來通過插值法或者外推法來初次修正所述參考NOx量。
12.如權(quán)利要求10所述的排放系統(tǒng)，其中發(fā)動機的驅(qū)動條件包括當前嚙合的齒輪級、 發(fā)動機速度和當前燃料噴射量。
13.如權(quán)利要求11所述的排放系統(tǒng)，其中根據(jù)所述環(huán)境因子通過使用第一、第二和第三修正系數(shù)，所述控制部分對初次修正的參考NOx量進行再次修正。
14.如權(quán)利要求13所述的排放系統(tǒng)，其中所述第一修正系數(shù)基于供給到發(fā)動機燃燒室中的總空氣量、發(fā)動機速度以及當前燃料噴射量而確定。
15.如權(quán)利要求13所述的排放系統(tǒng)，其中所述第二修正系數(shù)基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和冷卻劑溫度而確定。
16.如權(quán)利要求13所述的排放系統(tǒng)，其中所述第三修正系數(shù)基于發(fā)動機速度、當前燃料噴射量和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的溫度而確定。
17.如權(quán)利要求10所述的排放系統(tǒng)，其中所述還原劑是燃料，所述噴射模塊是第二噴射器。
18.如權(quán)利要求10所述的排放系統(tǒng)，其中所述還原劑是尿素或氨。
19.如權(quán)利要求10所述的排放系統(tǒng)，其中所述燃燒大氣通過對燃料和供給到發(fā)動機燃燒室中的空氣的比率進行控制而受到控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于預測NOx量的方法以及使用該方法的排放系統(tǒng)，所述方法可以包括根據(jù)發(fā)動機的驅(qū)動條件確定參考NOx量；根據(jù)排放氣體再循環(huán)(EGR)比率來初次修正所述參考NOx量；并且根據(jù)環(huán)境因子和所述驅(qū)動條件來再次修正所述初次修正的NOx量。
文檔編號F01N3/28GK102465742SQ201110192099
公開日2012年5月23日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者C·謝韋林, T·維特卡, 樸鎮(zhèn)佑, 李津夏 申請人:Fev有限責任公司, 現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社