专利名称：用于估计内燃机排气中NO<sub>2</sub>浓度的方法
技术领域：
本发明涉及一种估计流过典型地为柴油发动机的机动车内燃机的后处理系统的排气中NO2浓度的方法。
背景技术：
柴油机传统地配置有后处理系统，该系统包括用来将排气从发动机引导至环境中的排气管，和多个位于该排气管内的后处理设备，以在将排气排出至环境中之前降解和/ 或移除排气中的污染物。更详尽地，传统的后处理系统总体地包括用于使碳化氢(HC)和一氧化碳(CO)氧化成为二氧化碳(CO2)和水(H2O)的柴油氧化催化器(DOC)；和位于D0C31下游，且用来移除排气中柴油颗粒物质或烟灰(soot)的柴油颗粒过滤器(DPF).为了减少NOx排放，多数后处理系统还包括位于DPF32下游的排气管中的选择性还原催化器(SCR)。SCR是催化器，其中包含在排气中的氮氧化物(NOx)在气态还原剂的帮助下被还原成双原子氮汎)和水(H2O),所述还原剂典型地为氨气(NH3),其在催化器中被吸收。氨气被通过诸如尿素(CH4N2O)的柴油排放流体(Diesel Exhaust Fluid(DEF))的热水解反应获得，其被通过位于DPF和SCR之间的专用注入器注入排气管中。这些后处理系统总体地被发动机控制单元(EOT)控制，所述控制在位于处于DOC 上游的排气管中的通用排气氧气(UEGO)传感器和至少一个位于DPF下游和DEF注入器上游的排气管中的NOx传感器的帮助下实现。该UEGO传感器被提供给ECU，用来测量排气中的氧气(O2)浓度，以确定发动机汽缸中的空气和燃料的比值入.NOx传感器被提供给ECU，用来测量排气中的NOx浓度，以计算为在SCR中实现足够的NOx还原所需要被注入至排气管中的DEF的量。但是，尽管传统的NOx传感器提供了测量NOx总体浓度的手段，即，不区别NO和 NO2,发生在SCR中的还原反应却取决于NO2和NO的独立浓度，因此对DEF量的计算有些时候可能是不可靠的。更详尽地，SCR中的NOx还原反应可根据下列化学反应式发生(1) 4NH3+4N0+02 = 4N2+6H20(2) 2NH3+N0+N02 = 2N2+3H20(3)8NH3+6N02 = 7N2+12H20其中反应(1)在NO2浓度低于NO浓度时主导，反应⑵在NO2浓度和NO浓度非常相似时主导，而反应(3)在NO2浓度大于NO浓度时主导。尽管上述反应涉及不同的DEF消耗，由于NOx传感器不能区分NO2和N0，对DEF量的计算现在取决于化学反应中的平均ANR(氨气和NOx的比值)，因此其返回的粗略估计可导致过量的DEF消耗或是降低的SCR还原效率，这取决于排气状况。
此外，传统的NOx传感器总体地受高NO2交叉灵敏度影响，其可使测量得到的NOx浓度偏离真实值。NO2交叉灵敏度是用来表示由传统的NOx产生的响应信号还单独受到N02浓度影响的表达，因此NOx传感器即使在排气中的NOx浓度相同的情况下也可产生不同的响应信号。
发明内容
出于以上因素，本发明的实施例的目的是提供一种估计流过后处理系统的排气中的NO2浓度的方法，以例如补偿NOx传感器读数和/或对被注入排气管中的DEF量进行更准确地估计，以减少DEF消耗并改善SCR还原效率。本发明的实施例的另一个目的是以简单、可行且不昂贵的方案实现上述目标。这些和/或其他目标可由如本发明主要方面所述的本发明的实施例的特征获得。 本发明其它方面详述了本发明的实施例的优选和/或特别具有优势的特征。本发明的一个实施例提供了一种估计流过内燃机的排气管的排气中NO2浓度的方法，其中排气管具有第一部分和第二部分，且被装备有至少一个位于所述第一部分和第二部分之间的后处理设备，且其中该方法包括的步骤-确定和流过第一部分的排气中NO2浓度相关的参数，-对于每个位于第一部分和第二部分之间的后处理设备，确定表示包含在排气中且在后处理设备中氧化成为NO2的NO的比例的氧化指数，和表示包含在排气中且在后处理设备中被还原成为NO的NO2的比例的还原指数；和-计算和第二部分中NO2浓度相关的参数，该参数是第一部分中NO2浓度相关的参数的、以及位于所述第一设备和第二设备之间的各个后处理设备的氧化指数和还原指数的函数。这一策略基于以下假设，S卩，在经过任一个后处理设备时，排气中的一部分NO可被通过氧化反应转化成为NO2,且反过来一部分排气中的NO2可被通过还原反应转化成为 NO,因此改变了穿过后处理设备的排气中的NO2的浓度。由这一假设出发，该策略包括建立后处理系统的集中元件模型(lumpedelement model)，其中系统的各个后处理设备被建模成对NO2浓度具有确定影响的离散体，所述影响被氧化和还原指数表示，以允许从对单个点上的NO2浓度的确定开始而在后处理系统中的任意点估计NO2的浓度。因此，假设氧化指数和还原指数被适当地校准了，该策略提供了一种简单且可靠的估计NO2浓度的方法，其对于补偿NOx传感器读数和/或对被注入排气管中的DEF的量进行更准确的估计是有用的，以减少DEF的消耗并改善SCR的还原效率。根据本发明的一个方面，与NO2相关的参数是排气中NO2和NOx之间的比值。该方面具有提供了 NO2浓度的即时指示的优势。根据本发明的一个实施例，与流过第一部分的排气中NO2浓度相关的参数在排气管入口处被确定。在排气管入口，排气的NO2浓度总体地对应着由内燃机排出的排气的NO2浓度，这使得该实施例提供了一种可靠的方法来确定在排出管中第一部分内的NO2浓度。根据此实施例的一个方面，和第一部分中流动的排气的NO2浓度相关的参数基于排气的一个或多个物理参数而被确定，所述物理参数例如为排气温度和排气中的氧气(O2) 浓度，其和NO2浓度相关联。该方面具有可靠地确定NO2浓度的优势，因为在上述排气物理参数和NO2浓度之间存在较为严格的关系。此外，上述排气物理参数在排气管的入口已经被总体地测定，以实现其他的发动机管理目的，因此确定排气管上该点的NO2的浓度是非常简单和不昂贵的。根据本实施例的另一个方面，和流过第一部分的排气的NO2浓度相关的参数被通过将和排气的NO2浓度相关的参数与所述一个或多个排气物理参数联系在一起的经验性确定的图所确定。用这种方式，上述图可被通过实验活动确定并被存储在数据载体中，由此简化了对排气管入口处和NO2浓度相关的参数的确定。根据本发明的实施例，所述后处理设备，位于排气管的第一部分和第二部分之间， 且将排气中的碳化氢和一氧化碳氧化成二氧化碳和水。事实上，该后处理设备可为传统型D0C，以使得本发明的当前实施例具有允许对穿过DOC的NO2浓度变化的估计的优势。根据当前实施例的一个方面，该后处理设备的氧化指数和还原指数被在后处理设备的一个或多个运行参数的基础上确定，所述参数例如为穿过后处理设备的排气质量流量，后处理设备入口出的排气温度，后处理设备基底的温度和后处理设备入口处的排气中的碳化氢浓度，其将影响被包含在排气中且在该后处理设备内氧化成为NO2的NO的比率， 以及被包含在排气中且在该后处理设备内被还原成为NO的NO2的比率。由于该运行参数和DOC内NO氧化率以及NO2还原率之间有较严格的关系，本发明的上述方面具有可靠地确定DOC氧化和还原指数的优势。根据此实施例的另一个方面，该后处理设备的氧化指数被通过将后处理设备的氧化指数和所述一个或多个运行参数联系在一起的经验性确定的图所确定。本发明的这一方面的优势是上述图可被通过实验活动确定并被存储在数据载体中，由此简化了氧化和还原指数的确定。根据本发明的又一个实施例，所述位于排气管第一部分和第二部分之间的后处理设备从排气中移除了颗粒物质。事实上，该该后处理设备可为传统型DPF，以使得本发明的当前实施例具有允许对穿过DPF的NO2浓度变化的估计的优势。根据此实施例的一个方面，该后处理设备的氧化指数和还原指数分别被在后处理设备内的烟灰装填水平和后处理设备自己的一个或多个运行参数的基础上确定，所述参数例如为穿过后处理设备的排气质量流量，后处理设备入口处的排气温度，后处理设备基底的温度，其将影响被包含在排气中且在该后处理设备内氧化成为NO2的NO的比率，以及被包含在排气中且在该后处理设备内被还原成为NO的NO2的比率。事实上，已经发现DPF内的NO氧化率和NO2还原率不仅受DPF运行参数影响，也受DPF内的实际烟灰含量影响。烟灰含量的效应是其促进了 DPF的连续再生，这传统地被称作CRT(连续再生陷阱)效应。
同时考虑到烟灰填充水平和DPF运行参数，本发明的上述方面的优势是准确地确定了 DPF氧化和还原指数。根据本实施例的另一方面，该后处理设备的氧化指数和还原指数被各自作为至少一对起作用因子的函数被确定，且中每一对因子包括通过将所述第一因子至少和烟灰填充水平相关联的经验性确定的图来确定的第一因子，和通过将所述第二因子和后处理设备的所述一个或多个运行参数相关联的经验性确定的图来确定的第二因子。这一方面的优势是上述图可被通过实验活动确定并被存储在数据载体中，由此简化了对排气管入口处和NO2浓度相关的参数的确定。此外，由于烟灰填充水平效应被独立于其他运行参数之外单独地考虑，上述实验活动变得更简单，迅速和廉价。根据本发明的任一个实施例的方法可在计算机程序的帮助下完成，所述计算机程序包括用来执行上述方法所有步骤的程序编码，且被实现为包括该计算机程序的计算机程
序广品。该计算机程序可被实现为一种内燃发动机，其装备有具有第一部分和第二部分的排气管，和至少一个位于排气管的第一和第二部分之间的后处理设备，其中所述内燃机还装备有ECU，和ECU关联的数据载体，以及被存储在该数据载体中的计算机程序，因此，当 ECU执行计算机程序时，前述方法的所有步骤被执行。该方法可被实现为电磁信号，所述信号被调制以承载代表用以执行该方法全部步骤的计算机程序的数据位序列。
本发明将被通过参照下列附图的示例的方式描述。图1是装备有后处理设备的柴油发动机的示意图。图2是根据本发明实施例的方法的流程图。附图标记
10柴油机
20进气管
30排气管
30A排气管部分
30B排气管部分
30C排气管部分
31DOC
32DPF
33SCR
34DEF注入器
35混合器
36消音器
37UEGO传感器
38温度传感器
39 温度传感器
40 NOx传感器
50 ECU
51 I 据载体
^EngOutDOC上游的Ν02和NOX之间的比值
2，DOCinDOC入口处的氧气浓度
T 1DOCinDOC入口处的排气温度
Qdoc穿过DOC的排气质量流量
^DOCOutDOC出口处的NO2和NOx之间的比值
rL OxyDOCDOC氧化指娄
rL EedDOCDOC还原指娄<1
^DPFOutDPF出口处的NO2和NOx之间的比值
rL OxyDPFDPF氧化指娄
rL EedDPFDPF还原指娄<1
rL OxyDPF,(DPF氧化指_女的第一因子
rL OxyDPF, ^,DPF氧化指_女的第二因子
rL EedDPF,(DPF还原指_女的第一因子
rL EedDPF, ^,DPF还原指_女的第二因子
T 1DPFinDPF入口处排气温度
Qdpf穿过DPF的排气质量流量
SDPFDPF内烟灰填充水平。
具体实施例方式此处参照机动车的柴油发动机10披露了本发明的一个实施例，该柴油发动机10传统地装备有输送新鲜空气进入发动机汽缸的进气管20，以及将排气由发动机器刚排出至环境中的排气管30.由附图标记31-33标示的多个后处理设备位于排气管30中，以总体地限定适合在将排气排出进入环境中之前降解和/移除排气中的污染物的后处理系统。在当前的实施例中，该后处理系统包括用于使碳化氢(HC)和一氧化碳(CO)氧化成为二氧化碳(⑶幻和水(H2O)的柴油氧化催化器(DOC) 31 ；位于D0C31下游，且用来移除排气中柴油颗粒物质或烟灰(soot)的柴油颗粒过滤器(DPF) 32;以及位于DPF32下游，用于将包含在排气中的氮氧化物(NOx)的还原成氮气(N2)和水(H2O)的的选择性还原催化器 (SCR) 33。D0C31和DPF32被紧密联接且包含在单个壳体中。SCR33和位于DPF32至SCR33之间的排气管30内的DEF注入器34相关联，该注入器被用来将通常为尿素的(CH4N2O)的柴油排放流体(DEF)注入排气流中。由于发生在排气管30内的热水解反应，该DEF被转化成气态还原剂，其通常地为氨气(NH3)，并在SCR33内被吸收，以促进NOx的还原反应。混合器35被布置在DEF注入器34和SCR33之间的排气管30内，以促进DEF在排气内的混合，同时传统的消音器36被布置在SCR33的下游。
该后处理系统还设置有多个传感器，包括在DOC入口处测量排气中氧气(0 浓度的通用排气氧气(UEGO)传感器37 ；在DOC入口处测量排气温度的第一温度传感器38 ；在 DPF入口处测量排气温度的第二温度传感器39 ；以及测量DPF32下游和DEF注入器34上游的排气中的NOx浓度的NOx传感器40.这些传感器37-40被连接至发动机控制单元50，其总体被设置用来控制后处理系统的运行。通过示例的方法，E⑶50被设置来经由传感器40读取排气中的NOx浓度，且将所述读取内容应用在用来计算被注入排气管30中的DEF的数量的程序中，并相应地指挥DEF注入器34.本发明的一个实施例提供了估计流动在排气管30中不同部分的排气中的NO2和 NOx的比值的方法。为了方便，此后NO2和NOx的比值被标示做R。如图2所示，该方法首先确定在排气管30的入口 30A，即，在柴油发动机10下游和 D0C31上游处流动的排气中的比值REn_t
权利要求
1.一种用来估计流过内燃机的排气管(30)的的排气中NO2浓度的方法，其中，所述排气管(30)具有第一部分(30A)和第二部分(30B、30C)，且被装备有位于所述第一部分 (30A)和所述第二部分(30B、30C)之间的后处理设备(31、32)，且其中，所述方法包括的步骤-确定和流过所述第一部分(30A)的排气中NO2浓度相关的参数(REn_t)，-确定表示所述排气中在所述后处理设备(31、32)中氧化成为NO2的NO的比率的氧化 旨数(rI OxyDOC' rUxyDPF)，-确定表示所述排气中在所述后处理设备(31、32)中被还原成为NO的NO2的比率的还原指数( rI RedDOC，rI RedDPF/，-计算和所述第二部分(30B、30C)中NO2浓度相关的参数(Rimxit，RdpfqJ，其为和所述第一部分(30A)中NO2浓度相关的参数(RE_ut)的、以及所述后处理设备(31、3幻的氧化指数和还原指数的函数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述和NO2相关的参数(REn_t，R_ut，R_ut)为所述排气中NO2和NOxW比值。
3.如权利要求1所述的方法，其中，和所述第一部分(30A)中流动的排气中NO2浓度相关的参数(REn_t)在所述排气管(30)的入口处被测定。
4.如权利要求3所述的方法，其中，和所述第一部分(30A)中流动的排气的NO2浓度相关的参数(REn_t)在排气的一个或多个物理参数(Tiwai^O2iiwran)的基础上被确定，所述物理参数(TMein，02,DOCin)和所述NO2浓度相关联。
5.如权利要求4所述的方法，其中，和所述第一部分(30A)中流动的排气的NO2浓度相关的参数(REn_t)被通过将和排气的NO2浓度相关的所述参数(REn_t)与排气的所述一个或多个物理参数(Tiraai^2Jran)关联在一起的经验性确定的图(60)确定。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述后处理设备(31)将排气中的碳化氢和一氧化碳氧化成为二氧化碳和水。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述后处理设备(31)的氧化指数和还原指数(Hmkk)被在所述后处理设备(31)的一个或多个运行参数Ororan, Qto)的基础上分别地确定，所述运行参数(TMran，(iD(K)影响排气中的在所述后处理设备(31)中氧化成为NO2W NO比率，以及排气中的在所述后处理设备(31)中被还原成为NO的NO2比率。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述后处理设备(31)的氧化指数被通过将所述氧化指数(n0xyD0C)和所述后处理设备(31)的一个或多个运行参数(TM。in，QTO。)关联在一起的经验性确定的图(6 确定，且其中，所述后处理设备(31)的还原指数(IIimkk)被通过将所述还原指数(ηΚε_。)和所述后处理设备(31)的一个或多个运行参数(TiwaMQiwc) 关联在一起的经验性确定的图(6 确定.
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述后处理设备(3 从所述排气中移除颗粒物质。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述后处理设备(32)的氧化指数(IUxyllJ和还原指数(在所述后处理设备(32)内的烟灰填充水平以及所述后处理设备(32)的一个或多个运行参数(TDPFin，(iDPF)的基础上分别地被确定，所述运行参数影响排气中的在所述后处理设备(32)中氧化成为NO2的NO比率、以及排气中的在所述后处理设备(32)中被还原成为NO的NO2比率。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述后处理设备(32)的氧化指数和还原指数( L RedDOC )被各自作为至少一对起作用因子( rL OxyDPF, 1 ‘ rL OxyDPF,2'叮 EedDPF, 1 ‘叮 EedDPF,2/ 、」函数被确定，由此每一对因子包括通过将所述第一因子(Hmdpf,i，至少和烟灰填充水平(Sdpf)相关联的经验性确定的图(65，67)来确定的第一因子(ncuDPM，Himipf,i)，和通过将所述第二因子(n。xyDPF,2，nEedDPF,2)和后处理设备(3 的所述一个或多个运行参数 (TDPFin，Qdpf)相关联的经验性确定的图(66，68)来确定的第二因子(nQxyDPF,2，nbdDPM)。
12.一种包括执行如前述任意一项权利要求所述的方法的计算机编码的计算机程序
13.一种存储有如权利要求12所述的计算机程序的计算机程序产品。
14.一种内燃发动机(10)，装备有具有第一部分(30A)和第二部分(30B、30C)的排气管(30)，以及位于所述第一部分(30A)和所述第二部分(30B、30C)之间的后处理设备(31、 32)，其中所述内燃发动机(10)还装备有ECU (50)，和所述ECU (50)相关的数据载体(51)， 和被存储在所述数据载体(51)中的如权利要求12所述的计算机程序。
15.一种电磁信号，其被调制成为用于代表如权利要求12所述的计算机程序的数据位序列的载体。
全文摘要
本发明一实施例提供估计流过内燃机排气管的(30)排气中NO2浓度的方法，其中所述排气管(30)具有第一部分(30A)和第二部分(30B、30C)，且装备有位于所述第一部分(30A)和所述第二部分(30B、30C)之间的后处理设备(31、32)，且其中所述方法包括步骤确定和流过所述第一部分(30A)的排气中NO2浓度相关的参数；确定表示所述排气中在所述后处理设备(31、32)中氧化成为NO2的NO的比率的氧化指数以及确定表示所述排气中在所述后处理设备(31、32)中被还原成为NO的NO2的比率的还原指数；计算和所述第二部分(30B、30C)中NO2浓度相关的参数，其为和所述第一部分(30A)中NO2浓度相关的参数、以及所述后处理设备(31、32)的氧化指数和还原指数的函数。
文档编号F01N11/00GK102235219SQ20111010033
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者伊戈·扎内蒂, 马科·佩特龙齐 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司