专利名称：烃能量储存和释放控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机系统，更具体地涉及排气系统。
背景技术：
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。发动机燃烧空气和燃料的混合物，以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节气门被吸入到发动机中。由一个或多个燃料喷射器提供的燃料与空气混合，从而形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机的一个或多个气缸内燃烧。发动机控制模块(ECM) 控制发动机的扭矩输出。由空气/燃料混合物的燃烧产生的排气从发动机排出到排气系统。ECM可以基于来自测量排气系统内的参数的传感器的信号分别调节一个或多个发动机参数。仅举例，可以在排气系统内实施一个或多个温度传感器、排气流动速率传感器、氧传感器和/或其它适当的传感器。来自传感器的测量可以使ECM能够调节一个或多个发动机参数，从而将所测量的一个或多个参数分别朝向期望的参数调节。然而，随着在车辆中实施的传感器的数量增多， 生产车辆的成本也增加。增加的成本可归因于传感器自身、相关联的布线和硬件，以及研究和开发。另外，车辆生产商会生产出许多不同的车辆，并且每种不同的车辆会具有不同的排气系统构造。校准并调节为每个不同的车辆和排气系统实施的传感器也会增加车辆的生产成本。
发明内容
—种排气控制系统包括吸收速率估计模块、解吸收速率估计模块、变化速率模块、 释放速率估计模块和燃料控制模块。所述吸收速率估计模块估计排气系统的部件的烃能量吸收速率。所述解吸收速率估计模块估计所述部件的烃能量解吸收速率。所述变化速率模块基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率。所述释放速率估计模块基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率。所述燃料控制模块基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的所述排气系统中的燃料喷射速率。一种排气控制方法包括估计排气系统的部件的烃能量吸收速率；估计所述部件的烃能量解吸收速率；基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率；基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率；以及基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的所述排气系统中的燃料喷射速率。在其它特征中，上面描述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序来实施。所述计算机程序可以驻存在有形的计算机可读介质上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储器和/或其它适当的有形存储介质。本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。本发明还提供如下方案 1、一种排气控制系统，其包括
吸收速率估计模块，所述吸收速率估计模块估计排气系统的部件的烃能量吸收速率； 解吸收速率估计模块，所述解吸收速率估计模块估计所述部件的烃能量解吸收速率； 变化速率模块，所述变化速率模块基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率；
释放速率估计模块，所述释放速率估计模块基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率；以及
燃料控制模块，所述燃料控制模块基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的排气系统中的燃料喷射速率。2、根据方案1所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括吸收比率模块，所述吸收比率模块基于输入到所述部件的排气的温度和所述部件的空间速度来估计所述部件的吸收比率，
其中，所述吸收速率估计模块基于所述吸收比率来估计所述烃能量吸收速率。3、根据方案2所述的排气控制系统，其特征在于，所述吸收速率估计模块还基于进入所述部件的烃的质量流率来估计所述烃能量吸收速率。4、根据方案2所述的排气控制系统，其特征在于，所述吸收速率估计模块基于所述吸收比率与进入所述部件的烃的质量流率的乘积来估计所述烃能量吸收速率。5、根据方案1所述的排气控制系统，其特征在于，所述解吸收速率估计模块基于输入到所述部件的排气的温度、所述部件的空间速度和由所述部件储存的烃能量的量来估计所述烃能量解吸收速率。6、根据方案5所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括储存能量估计模块，所述储存能量估计模块基于储存能量变化速率来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。7、根据方案6所述的排气控制系统，其特征在于，所述储存能量估计模块还基于由所述部件储存的烃能量的先前的量来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。8、根据方案1所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括状态确定模块，所述状态确定模块基于所述储存能量变化速率来确定所述部件何时处于能量释放状态。9、根据方案8所述的排气控制系统，其特征在于，当所述烃能量解吸收速率大于所述烃能量吸收速率时，所述状态确定模块确定所述部件处于所述能量释放状态。10、根据方案1所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括
氧化增益估计模块，所述氧化增益估计模块基于所述烃能量释放速率来估计所述部件
4的氧化能量增益速率；
损失确定模块，所述损失确定模块基于所述氧化能量增益速率、与所述部件关联的传导能量损失速率和与所述部件关联的对流能量损失速率来确定所述部件的能量损失速率； 以及
总损失确定模块，所述总损失确定模块基于所述部件的所述能量损失速率来确定所述排气系统中的位置的上游的总能量损失速率，
其中，所述燃料控制模块基于所述总能量损失速率和所述位置的目标温度来控制所述燃料喷射速率。11、一种排气控制方法，其包括 估计排气系统的部件的烃能量吸收速率； 估计所述部件的烃能量解吸收速率；
基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率；
基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率；以及
基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的排气系统中的燃料喷射速率。12、根据方案11所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括
基于输入到所述部件的排气的温度和所述部件的空间速度来估计所述部件的吸收比率；以及
基于所述吸收比率来估计所述烃能量吸收速率。13、根据方案12所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括还基于进入所述部件的烃的质量流率来估计所述烃能量吸收速率。14、根据方案12所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括基于所述吸收比率与进入所述部件的烃的质量流率的乘积来估计所述烃能量吸收速率。15、根据方案11所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括基于输入到所述部件的排气的温度、所述部件的空间速度和由所述部件储存的烃能量的量来估计所述烃能量解吸收速率。16、根据方案15所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括基于所述储存能量变化速率来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。17、根据方案16所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括还基于由所述部件储存的烃能量的先前的量来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。18、根据方案11所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括基于所述储存能量变化速率来确定所述部件何时处于能量释放状态。19、根据方案18所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括当所述烃能量解吸收速率大于所述烃能量吸收速率时，确定所述部件处于所述能量释放状态。20、根据方案11所述的排气控制方法，其特征在于，其还包括 基于所述烃能量释放速率来估计所述部件的氧化能量增益速率；
基于所述氧化能量增益速率、与所述部件关联的传导能量损失速率和与所述部件关联的对流能量损失速率来确定所述部件的能量损失速率；
基于所述部件的所述能量损失速率来确定所述排气系统中的位置的上游的总能量损失速率；以及基于所述总能量损失速率和所述位置的目标温度来控制所述燃料的喷射速率。
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中 图1是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图2是根据本发明原理的示例性排气系统的功能框图3是根据本发明原理的示例性排气控制模块的功能框图4是根据本发明原理的示例性存储模块的功能框图5是根据本发明原理的示例性氧增益估计模块的功能框图6是根据本发明原理的示例性存储能量释放补偿模块的功能框图；以及
图7是描述可由根据本发明原理的方法执行的示例性步骤的流程图。
具体实施例方式下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和 C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是， 在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。如这里所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共用的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它适合部件。内燃发动机通过空气/燃料混合物的燃烧产生驱动扭矩。由空气/燃料混合物的燃烧产生的排气从发动机排出到排气系统。排气在从排气系统排出之前流经排气系统的部件。在排气从排气系统排出之前，排气系统可以对排气进行处理，以减少一种或多种排气成分的量。排气控制模块估计输入到排气系统的部件中的给定的一个部件的能量的速率。排气在从部件的输入流到输出的同时可以使能量增益和损失。仅举例，排气可以通过对流损失能量。排气还可以通过传导损失能量。排气可以通过排气的烃的氧化使能量增益。排气控制模块估计与部件相关联的对流能量损失速率、传导能量损失速率和氧化能量增益速率。排气控制模块还基于能量输入速率、对流和传导能量损失速率以及氧化能量增益速率来估计部件的能量输出速率。排气控制模块基于能量输出速率估计从部件输出的排气的温度。因为可以省去一个或多个温度传感器，所以估计排气系统中的多个位置处的排气的温度可以降低车辆的生产成本。部件可以吸收(S卩，储存)烃。吸收的烃可以从部件解吸收(即，释放)。本发明的排气控制模块估计由部件吸收的烃能量的速率和从部件解吸收的烃能量的速率。排气控制模块基于烃能量吸收速率和解吸收速率来估计储存能量变化速率。排气控制模块基于储存能量变化速率来判断部件是否正在释放烃能量。当部件正在释放烃能量时，排气控制模块基于能量释放速率来估计部件的氧化增益速率。以这种方式，从部件输出的能量的速率反映出能量释放速率。现在参照图1，给出了发动机系统100的示例性实施方案的功能框图。空气/燃料混合物在发动机102内燃烧，从而产生用于车辆的驱动扭矩。尽管将发动机102作为柴油类型的发动机来讨论，但本发明可适用于其它类型的发动机，例如汽油类型的发动机和其它适当类型的发动机。空气经进气歧管104和节气门106被吸入到发动机102中。节气门106被致动， 以控制进入发动机102的空气的流量。节气门致动器模块108通过节气门106控制空气的流率。仅举例，节气门致动器模块108可以控制节气门106的开度。燃料致动器模块110喷射燃料，燃料与空气混合，从而形成空气/燃料混合物。燃料致动器模块Iio可以在与发动机102的气缸112相关联的一个或多个进气门(未示出)附近将燃料喷射到例如进气歧管104中，直接喷射到气缸112中，或者在其它适当的位置喷射。仅举例，对于发动机102的每个气缸，燃料致动器模块110可以包括一个燃料喷射器(未示出)。尽管示出了单个气缸112，但发动机102可以包括多于一个气缸。气缸可以布置在一个或多个气缸组中。空气/燃料混合物在发动机102的气缸内燃烧。空气/燃料混合物的燃烧产生驱动扭矩，并可旋转地驱动曲轴(未示出)。发动机控制模块(ECM) 130控制发动机102的扭矩输出。ECM 130可以基于由驾驶员输入模块132提供的驾驶员输入来控制发动机102的扭矩输出。驾驶员输入模块132 可以基于加速器踏板位置、制动器踏板位置、巡航控制输入和其它适当的驾驶员输入产生驾驶员输入。ECM 130可以控制各种发动机致动器和各种发动机参数，以控制发动机102的扭矩输出。仅举例，ECM 130可以控制节气门106的开度、燃料喷射的速率、气缸停用(例如， 被停用的气缸的数量)、涡轮增压器增压、进气门和排气门的打开/关闭和/或其它发动机参数。ECM 130可以与车辆的一个或多个模块或系统通信。仅举例，ECM 130可以与混合动力控制模块1 通信，以协调发动机102和一个或多个电马达例如电马达(EM) 156的操作。EM 156还可以用作为发电机，并可以用于选择性地产生电能，以供车辆电系统使用和/ 或储存在能量储存装置(未示出)中。ECM 130基于由各种传感器测量的参数选择性地做出控制决策。例如，进气空气温度可以使用进气空气温度(IAT)传感器140来测量。周围环境空气温度(Tamb)可以使用周围环境温度传感器142来测量。通过节气门106的空气的质量流率可以使用质量空气流率 (MAF)传感器144来测量。进气歧管104内的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器146来测量。在各种实施方案中，可以测量发动机真空度，其中，发动机真空度基于周围环境空气压力和进气歧管104内的压力之间的差来确定。发动机冷却剂温度(ECT)可以使用ECT传感器148来测量。ECT传感器148可以定位在发动机102内，或者定位在发动机冷却剂被循环的其它其他位置处，例如定位在散热器(未示出)中。车辆速度传感器150测量车辆速度。车辆速度传感器150可以基于变速器输出轴速度、车轮速度或车辆速度的其它适当测量值来测量车辆速度。现在参照图2，给出了与发动机102相关联的示例性排气系统200的功能框图。尽管排气系统200将被描述为如在图2中所构造，但本发明可适用于可包括更少或更多数量的部件的其它排气系统构造。由空气/燃料混合物的燃烧产生的排气从发动机102排出到排气歧管202。排气再循环(EGR)系统204可以实施为选择性地将排气引导回至进气歧管104。EGR系统204 可以包括EGR阀206、第一 EGR管208和第二 EGR管210。EGR阀206通过第一 EGR管208 接收来自排气歧管202的排气。EGR阀206通过第二 EGR管210选择性地将来自排气歧管 202的排气引导回至进气歧管104。没有被EGR系统204引导的排气可以从排气歧管202流到涡轮增压器216。涡轮增压器216将加压空气提供到进气歧管104。更具体地说，涡轮增压器216包括压缩机(在图1中未示出)，压缩机吸入空气，将空气加压，并将加压空气提供到进气歧管104。涡轮增压器压缩机可以压缩从进气歧管104、从环境和/或从其它适当空气源吸入的空气。涡轮增压器压缩机由排气供以动力。更具体地说，涡轮增压器216的叶轮(未示出)可旋转地由排气驱动，并且叶轮可旋转地驱动压缩机。涡轮增压器216可以包括可变几何技术、可变叶片技术、可变喷嘴技术和/或其它适当的技术。涡轮增压器216可以包括另一涡轮增压器(例如，双涡轮增压器)，和/或在排气系统200中可包括一个或多个额外的涡轮增压器。废气门214可以选择性地打开，以使排气旁路通过涡轮增压器216。以这种方式， 废气门214可以用于控制涡轮增压器216的输出(S卩，增压)。ECM 130可以通过增压致动器模块218控制涡轮增压器216的输出。仅举例，增压致动器模块218可以通过控制废气门 214、涡轮增压器216处于排气路径的程度和/或其它适当的参数来控制涡轮增压器216的输出。增压致动器模块218还可以控制EGR阀206的开度。增压致动器模块218可以基于来自ECM 130的一个或多个信号来控制涡轮增压器216、废气门214和/或EGR阀206。排气可以从涡轮增压器216流到第一排气管220。排气可以通过第一排气管220 流到第一圆锥截头体222。第一圆锥截头体222可以在第一圆锥截头体222的顶部处接收排气，并且排气可以流向第一圆锥截头体222的基部。第一圆锥截头体222可以包括从第一排气管220到第一催化剂224的增加开度。第一催化剂2M包括氧化催化剂(0C)。虽然可以包括其它类型的0C，但是第一催化剂2M将被描述为包括柴油氧化催化剂(DOC)。DOC 2M可以在与第一排气管220类似的壳体内实施。排气可以通过DOC 2 流到第二圆锥截头体226。第二圆锥截头体2 可以在第二圆锥截头体226的基部接收排气，并且排气可以流向第二圆锥截头体226的顶部。第二圆锥截头体2 可以包括从DOC 2M到第二排气管 228的减小开度。排气可以通过第二排气管2 流到第三圆锥截头体230。第三圆锥截头体230可以在第三圆锥截头体230的顶部处接收排气，并且排气可以流向第三圆锥截头体230的基部。第三圆锥截头体230可以包括从第二排气管2 到催化剂/过滤器单元232的增加开度。催化剂/过滤器单元232可以包括催化剂234和颗粒过滤器236。虽然可以包括其它类型的催化剂和颗粒过滤器，但是催化剂234将被描述为包括选择性催化还原(SCR)催化剂，并且过滤器236将被描述为包括柴油颗粒过滤器(DPF)。SCR催化剂234和DPF 236 可以一起实施在一个壳体内，如图2所示，或者SCR催化剂234和DPF 236可以在独立的壳体内实施。排气可以通过第四圆锥截头体238从催化剂/过滤器单元232流到第三排气管 2400第四圆锥截头体238可以在第四圆锥截头体238的基部处接收排气，并且排气可以流向第四圆锥截头体238的顶部。第四圆锥截头体238可以包括从催化剂/过滤器单元232 到第三排气管240的减小开度。排气系统200还可以包括未在图2中示出的一个或多个额外部件。排气系统200可以在DOC 224的上游位置包括燃料致动器模块250，燃料致动器模块250喷射燃料或其它烃，从而将流体提供到排气系统200。燃料致动器模块250可以包括一个或多个燃料喷射器。喷射到排气系统200中的燃料可以蒸发。仅举例，来自排气的热可以使喷射的燃料蒸发。DOC 2M使烃氧化，氧化产生热。由烃氧化产生的热通过排气的流动引导到DOC 224的下游。还可以包括将配量剂(例如脲)喷射到排气系统200中的配量剂致动器模块(未示出)。配量剂致动器模块可以在DOC 2 和SCR催化剂234之间的位置处喷射配量剂。SCR 催化剂234可以选择性地吸收由配量剂提供的氨(NH3),氨可以与经过SCR催化剂234的氧化氮(NOx)反应。通过与氨反应从排气中去除的排气的NOx的百分比可以称作NOx转化效率。NOx转化效率可以与SCR催化剂234的储存容量有关，而储存容量可以与SCR催化剂234的温度逆相关。由DOC 2 转化(例如氧化)的HC的百分比可以称作HC转化效率。HC转化效率可以与排气温度有关。DPF 236可以过滤来自经过DPF 236的排气的颗粒。从排气过滤的颗粒会随时间累积在DPF 236内。可以通过称作再生的方法从DPF 236中去除在DPF 236内捕获的颗粒。DPF 236的再生可包括来自DPF 236的所捕获颗粒的清除。颗粒会在比预定温度 (例如，大约600-800°C)高的温度下燃烧。通过DPF 236上游的烃氧化(例如通过DOC 224) 产生的热可以用于产生用于再生的温度条件。ECM 130可以包括排气控制模块270，后者控制燃料向排气系统200的喷射。仅举例，排气控制模块270可以通过燃料致动器模块250控制喷射到排气系统200中的燃料的质量流率(例如g/s)。喷射到排气系统200中的燃料可以称作后燃烧燃料，因为其喷射到发动机102的下游。排气控制模块270和/或ECM 130可以基于来自一个或多个传感器的信号做出控制决策。排气系统200可以包括涡轮出口温度传感器观0、氧传感器282和排气流率(EFR) 传感器观4。涡轮出口温度传感器280测量从涡轮增压器216输出的排气的温度，并相应地产生涡轮出口温度信号(Ttu__ott)。换言之，涡轮出口温度传感器280测量输入到第一排气管220的排气的温度。氧传感器282测量输入到第一排气管220的排气的氧浓度，并基于氧浓度产生02 (氧)信号。在其它实施方案中，可以实施λ (lambda)传感器(未示出)，并且可以省去氧传感器观2。EFR传感器284测量输入到第一排气管220的排气的质量流率，并相应地产生 EFR信号。虽然排气控制模块270示出并描述为定位在ECM 130内，但是排气控制模块270 可以定位在其它适当的位置，例如定位在ECM 130的外部。排气控制模块270确定输入到给定部件的能量的速率。排气控制模块270还估计可归因于传导的能量损失速率和可归因于通过对流的能量损失速率。排气控制模块270还可以估计部件的可归因于烃氧化的能量增益速率。排气控制模块270基于输入到部件的能量的速率、对流能量损失速率、传导能量损失速率和氧化能量增益速率来估计来自给定部件的净能量输出速率。排气控制模块270 基于从部件输出的能量的净速率估计从部件输出的排气的温度。排气控制模块270可以使用部件的温度和净能量输出速率作为下一个部件的温度和输入能量速率。排气控制模块270可以估计下一个部件的对流能量损失速率、传导能量损失速率、氧化能量增益速率、净输出能量速率和出口温度，依此类推。排气控制模块270可以在部件的入口和出口之间的期望位置处例如在DPF 236内额外地或替代地估计排气的净能量。排气控制模块270可以基于部件的能量输入速率、入口和期望位置之间的对流损失速率、入口和期望位置之间的传导损失速率以及入口和期望位置之间的氧化增益速率估计期望位置处的净能量。排气控制模块270可以基于期望位置处的净能量估计期望位置处的排气的温度。排气控制模块270可以基于一个或多个温度控制一个或多个参数。现在参照图3，给出了排气控制模块270的示例性实施方案的功能框图。排气控制模块270可以包括输入能量模块302、存储模块306、对流损失估计模块310、传导损失估计模块314和氧化增益估计模块318。排气控制模块270还可以包括动能模块322、净能量确定模块净能量输出模块326、温度估计模块334、时间常数确定模块338和EFR估计模块 342。排气控制模块270还可以包括损失确定模块346和总损失确定模块350。输入能量模块302估计输入到第一排气管220的能量的速率，并可以估计输入到在第一排气管220的下游实施的每个部件的能量的速率。在下文中将第一排气管220和在第一排气管220的下游实施的部件统称为部件220140。输入能量模块302可以基于输入到部件的排气的温度、到部件的EFR和输入到部件的排气的比热来确定部件220140中的给定的一个部件的输入能量速率。仅举例，输入能量模块302可以使用以下等式来确定部件220-240中的给定的一个部件的输入能量速率 (例如，J/s)
T
⑴eIN = CgsEFR，
其中，Ein是输入到部件的能量的速率，Te是输入到部件的排气的温度，Ce是输入到部件的排气的比热，EFR是输入到部件的排气的质量流率。对于第一排气管220，Te可以是涡轮出口温度，EFR可以是由EFR传感器284测量的EFR。输入能量模块302可以通过存储模块306内的部件存储输入能量速率。输入到部件220-240中的每个部件的排气的比热可以由对流损失估计模块310确定。下面可以结合图4和图5的示例性实施例看到确定比热的更详细的描述。总之，基于排气的氧浓度来校正比热。可以将部件220-240中的每个部件分类为三组中的一组。仅举例，部件220-240中的每个部件可以表征为管、块(brick)或圆锥截头体。可以将第一排气管220、第二排气管 228和第三排气管240分类为管。可以将第一圆锥截头体220、第二圆锥截头体226、第三圆锥截头体230和第四圆锥截头体238分类为圆锥截头体。可以DOC 2M、SCR催化剂234 和DPF 236分类为块。因为DOC 224、SCR催化剂2；34和DPF 236容纳在壳体内，所以DOC 224、SCR催化剂234和DPF 236也可以认为包括块和管。对流损失估计模块310可以确定部件220-240中的每个部件的排气的比热。对流损失估计模块310可以基于输入到部件220-240中的给定的一个部件的排气的温度来确定该部件内的排气的比热。对于第一排气管220，例如，对流损失估计模块310可以基于涡轮出口温度来确定排气的比热。输入到在第一排气管220的下游实施的部件的排气的温度可以等于从直接在该部件的上游实施的另一部件输出的排气的温度。仅举例，输入到第二排气管228的排气的温度可以等于从第二圆锥截头体2 输出的排气的温度。下面详细描述从部件输出的温度的估计。对流损失估计模块310可以通过存储模块306内的部件存储比热。对流损失估计模块310可以估计部件220-240中的每个部件的可归因于对流的能量损失速率。尽管将可归因于对流的能量损失速率论述称为损失，但在一些情况下，对流能量损失速率可以是能量增益速率。仅举例，对流损失估计模块310可以例如使用以下等式来估计部件220140中的给定的一个部件的对流能量损失速率(例如，J/s)
(2)Ecv=(Ts-Tg)Hcv,
其中，Ecv是对流能量损失速率，Ts是在排气和部件之间发生对流时部件的表面区域的温度，Te是输入到部件的排气的温度，A是发生对流的部件的表面积，1^是预定的对流系数。对于给定的块，对流损失估计模块310可以估计排气和块之间的一个对流能量损失速率以及排气和壳体之间的一个对流能量损失速率。仅举例，对流损失估计模块310可以基于这两个对流能量损失速率的总和来确定块的对流能量损失速率。对流损失估计模块310可以例如基于下式的积分来估计给定部件的表面区域的温度(即，Ts):
(3)EcV-L
其中，Ew+是在最后控制环期间部件的对流能量损失，V是部件的体积，D是部件的密度，C。是部件的预定比热。对流损失估计模块310还可以将表面区域的温度限制到预定的最小温度(例如，0K)和预定的最大温度(例如，1500K)之间，两个端点也包括在内。对流损失估计模块310可以使用等式( 和等式C3)来估计给定管、给定圆锥体和给定块的壳体的对流损失速率。然而，为了估计给定块的对流损失速率，对流损失估计模块310可以例如基于下式的积分结果来估计给定块的表面区域的温度
(4)EcV-L
其中，m是块的质量，Cc是块的预定比热。部件220-M0中的每个部件的特征可以存储在存储模块306内，并可以在需要时从存储模块306取回。仅举例，可以通过存储模块306内的部件存储部件220-M0中的每个部件的表面积、部件220-240中的每个部件的预定对流系数、部件220-240中的每个部件的体积、部件220-M0中的每个部件的比热和未示出的其它适当特征。可以例如在车辆离开组装位置之前存储部件220140中的每个部件的特征。当需要时，对流损失估计模块310和/或其它模块可以从存储模块306取回部件特征。对流损失估计模块310可以通过存储模块306内的部件存储对流能量损失速率。传导损失估计模块314可以估计部件220-240中的每个部件的可归因于传导的能量损失速率。仅举例，传导损失估计模块314可以使用以下等式来估计部件220140中的给定的一个部件的传导能量损失速率(例如，J/s)
(5) ECD=-ksA* 手，
其中，Ecd是部件的传导能量损失速率，k是部件的预定传导系数，A是两个热场之间的给定部件的表面积，ΔΤ是输入到部件的排气的温度和环境温度之间的温度差，χ是两个热场之间的部件的厚度。下面更详细地讨论环境温度。对于给定的块，传导损失估计模块314可以估计块和壳体之间的一个传导能量损失速率以及壳体和环境之间的一个传导能量损失速率。仅举例，传导损失估计模块314可以基于这两个传导能量损失速率的总和来确定块的传导能量损失速率。传导损失估计模块314可以通过基于车辆速度调节周围环境温度来确定环境温度。更具体地说，传导损失估计模块314可以基于车辆速度来确定温度校正，并基于温度校正来调节周围环境温度，以确定环境温度。传导损失估计模块314可以通过存储模块306 内的部件存储传导能量损失速率。能量可以在部件220-M0中的一个或多个部件内通过HC氧化而增益。可以在给定部件内氧化的HC可以由发动机102内的燃烧产生，可以由燃料致动器模块250提供，可以从上游部件逸出，可以从上游部件释放出来，和/或来自于其它适当的源。氧化增益估计模块318可以估计部件220-M0中的每个部件的氧化能量增益速率。仅举例，氧化增益估计模块318可以基于转化能量增益速率和相变能量损失速率来估计部件220140中的给定的一个部件的氧化能量增益速率(例如，J/s)。给定部件可以通过HC的转化(例如，氧化)使氧化能量增益。可以将通过HC转化所增益的能量的速率称作转化能量增益速率。给定部件可以通过使燃料的相从液体变为气体(即，使燃料蒸发)使氧化能量损失。可以将改变燃料的相损失的能量的速率称作相变能量损失速率。氧化增益估计模块318可以基于转化能量增益速率和相变能量损失速率的总和来确定部件220140中的给定的一个部件的氧化能量增益速率。氧化增益估计模块318还可以确定部件220-240中的每个部件的燃料逸出速率和未蒸发的HC输出速率。氧化增益估计模块318可以通过存储模块306内的部件存储氧化能量增益速率。氧化增益估计模块318还可以通过存储模块306内的部件存储燃料逸出速率和/或未蒸发的HC输出速率。下面结合图5的示例性实施例进一步讨论氧化增益估计模块318。排气可以在一些部件内例如在第一圆锥截头体222、第二圆锥截头体226、第三圆锥截头体230和第四圆锥截头体238内使动能增益或损失。动能增益可归因于例如沿排气流动的方向的开度面积的减小(因此压力增大)。动能损失可归因于排气流动的方向的开度面积的增大(因此，压力减小)。仅举例，排气可以在第一圆锥截头体222和第三圆锥截头体 230内使动能损失，而排气可以在第二圆锥截头体2 和第四圆锥截头体238使动能增益。动能模块322可以确定每个圆锥截头体的出口温度。动能模块322可以确定基于流入给定圆锥截头体的排气的温度来确定流入该圆锥截头体的排气的焓。动能模块322还可以基于进入圆锥截头体的排气的体积流率和圆锥截头体的开度面积的变化来确定焓变。 动能模块322可以基于焓变来调节焓，并可以将经调节的焓转变为出口温度。出口温度可以由温度估计模块334使用，例如用于估计或调节圆锥截头体的出口温度。在一些实施方案中，圆锥截头体的动能增益或损失可以是可忽略的。因此，在一些实施方案中，为了存储分配和保持计算效率，可以省去动能模块322。净能量输出模块3 可以确定通过排气从部件220-240中的每个部件输出的净速率能量。净能量输出模块3 可以基于输入到部件220-240中的给定的一个部件的能量的速率、该部件的对流能量损失速率、该部件的传导能量损失速率和该部件的氧化能量增益速率来确定从该部件输出的净能量速率(例如，J/s)。仅举例，净能量输出模块3 可以使用以下等式来确定部件的净能量输出速率
(6)E肥τ = Ε|Μ+Εο+Ε。ν+Ε。0，
其中，Enet是从部件输出的净能量速率，Ein是输入到部件的能量的速率(正的)，E0是部件内的氧化能量增益速率(正的或零)，Ecv是部件的对流能量损失速率(正的或负的)，Ecd是部件的传导能量损失速率(通常为负的)。净能量输出模块3 可以通过存储模块306内的部件存储净能量输出速率。来自于部件220-M0中的一个部件的净能量输出速率(即，Enet)可以用作为输入到部件220-240 中的下一个部件的能量的速率(即，Ein)。基于部件的入口和出口之间的期望位置的上游的能量增益和损失，净能量输出模块3 可以确定期望位置处的净能量速率。仅举例，净能量输出模块3 可以使用等式(6) 来确定期望位置处的净能量速率，其中，Ein是到第一排气管220的输入能量速率，Etj是期望位置的上游的总氧化能量增益速率，Ecv是期望位置的上游的总对流能量损失速率，Ecd是期望位置的上游的总传导能量损失速率。仅对于另一示例，净能量输出模块3 可以使用等式(6)来确定期望位置处的净能量速率，其中，Ein是部件的输入能量速率，&是部件的入口和期望位置之间的氧化能量增益速率，Ect是部件的入口和期望位置之间的对流能量损失速率，Em是部件的入口和期望位置之间的传导能量损失速率。当期望位置在部件的入口和出口之间时，可以使用期望位置的上游的部件的特征、平均值或其它适当的测量值。温度估计模块334可以基于某个位置处的净能量速率来估计该位置处的排气的温度。温度估计模块334可以基于从部件220-240中的给定的一个部件输出的净能量速率来估计从该部件输出的排气的温度。温度估计模块334可以基于部件的入口和出口之间的期望位置处的净能量速率来估计该期望位置处的排气的温度。仅举例，温度估计模块334 可以通过对下式相对于时间求积分且调节部件的时间常数来估计部件的期望位置处的排气的温度(Tmut)其中，Enet是该位置处的净能量速率，Ce是输入到该部件的排气的比热，EFR是输入到该部件的排气的EFR。EFR估计模块342可以基于由EFR传感器284提供的EFR和在部件的上游实施的部件220-240的特征来估计所述位置处的EFR。EFR估计模块342可以通过存储模块306 内的部件存储EFR。时间常数确定模块338可以确定时间常数。时间常数确定模块338可以确定部件220-240中的每个部件的时间常数，并可以通过温度估计模块334使用的部件将时间常数存储在存储模块306内。仅举例，时间常数确定模块338可以使用以下等式来确定部件 220-240中的给定的一个部件的时间常数
权利要求
1.一种排气控制系统，其包括吸收速率估计模块，所述吸收速率估计模块估计排气系统的部件的烃能量吸收速率；解吸收速率估计模块，所述解吸收速率估计模块估计所述部件的烃能量解吸收速率；变化速率模块，所述变化速率模块基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率；释放速率估计模块，所述释放速率估计模块基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率；以及燃料控制模块，所述燃料控制模块基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的排气系统中的燃料喷射速率。
2.根据权利要求1所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括吸收比率模块，所述吸收比率模块基于输入到所述部件的排气的温度和所述部件的空间速度来估计所述部件的吸收比率，其中，所述吸收速率估计模块基于所述吸收比率来估计所述烃能量吸收速率。
3.根据权利要求2所述的排气控制系统，其特征在于，所述吸收速率估计模块还基于进入所述部件的烃的质量流率来估计所述烃能量吸收速率。
4.根据权利要求2所述的排气控制系统，其特征在于，所述吸收速率估计模块基于所述吸收比率与进入所述部件的烃的质量流率的乘积来估计所述烃能量吸收速率。
5.根据权利要求1所述的排气控制系统，其特征在于，所述解吸收速率估计模块基于输入到所述部件的排气的温度、所述部件的空间速度和由所述部件储存的烃能量的量来估计所述烃能量解吸收速率。
6.根据权利要求5所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括储存能量估计模块， 所述储存能量估计模块基于储存能量变化速率来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。
7.根据权利要求6所述的排气控制系统，其特征在于，所述储存能量估计模块还基于由所述部件储存的烃能量的先前的量来估计由所述部件储存的所述烃能量的量。
8.根据权利要求1所述的排气控制系统，其特征在于，其还包括状态确定模块，所述状态确定模块基于所述储存能量变化速率来确定所述部件何时处于能量释放状态。
9.根据权利要求8所述的排气控制系统，其特征在于，当所述烃能量解吸收速率大于所述烃能量吸收速率时，所述状态确定模块确定所述部件处于所述能量释放状态。
10.一种排气控制方法，其包括估计排气系统的部件的烃能量吸收速率；估计所述部件的烃能量解吸收速率；基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率；基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率；以及基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的排气系统中的燃料喷射速率。
全文摘要
本发明涉及烃能量储存和释放控制系统及方法。一种排气控制系统包括吸收速率估计模块、解吸收速率估计模块、变化速率模块、释放速率估计模块和燃料控制模块。所述吸收速率估计模块估计排气系统的部件的烃能量吸收速率。所述解吸收速率估计模块估计所述部件的烃能量解吸收速率。所述变化速率模块基于烃吸收速率和烃解吸收速率之间的差值来确定储存能量变化速率。所述释放速率估计模块基于所述储存能量变化速率来估计所述部件的烃能量释放速率。所述燃料控制模块基于所述烃能量释放速率来控制到氧化催化剂的上游的所述排气系统中的燃料喷射速率。
文档编号F01N3/025GK102235215SQ201110108418
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者巴拉萨 P. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司