专利名称：用于预测NOx量的方法以及使用该方法的排放系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于预测NOx量的方法以及使用该方法的排放系统。更具体而言，本发明涉及一种用于精确预测包含在发动机产生的排放气体中的NOx量的方法，并且涉及一种根据NOx量对还原剂或燃烧大气的供给进行控制的排放系统。
背景技术：
一般而言，穿过排放歧管从发动机流出的排放气体被驱动到安装在排放管上的催化转化器当中，并且在其中被净化。然后，在穿过消声器时排放气体的噪音减小，然后排放气体通过尾管而排入到空气当中。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此夕卜，用于捕获包含在排放气体中的微粒物质(PM)的微粒过滤器安装在排放管中。脱氮催化剂(DE-ΝΟχ催化剂)是这种催化转化器的一种类型，并且对包含在排放气体中的氮氧化物(NOx)进行净化。如果将还原剂(例如，尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC))供给至排放气体，包含在排放气体中的氮氧化物通过与还原剂的氧化还原反应而在DE-NOx催化剂中还原。近来，将稀薄NOx捕获(lean NOx trap, LNT)催化剂用作这样的DE-ΝΟχ催化剂。 当发动机在稀薄大气中运行时，LNT催化剂吸附包含在排放气体中的氮氧化物，并且当发动机在稠密大气中运行时，LNT催化剂释放吸附的氮氧化物。此外，可以将选择性催化还原(SCR)催化剂用作脱氮催化剂。在SCR催化剂中，诸如一氧化碳的还原剂和总碳氢化合物(THC)与氮氧化物的反应比与氧的反应更好。从而， 这样的催化转化器称为选择性催化还原催化剂。在使用这样的脱氮催化剂的情况下，供给至排放气体的还原剂的量根据包含在发动机产生的排放气体中的NOx量而确定。因此，为了改进净化效率，对包含在排放气体中的 NOx量进行预测是非常重要的。用于对包含在排放气体中的NOx量进行预测的常规方法是使用一种映射图，在发动机的每个驱动条件下产生的NOx量存储在该映射图中。也就是说，在每个驱动条件下产生的NOx量每次通过映射图进行计算，通过累计每次的NOx量而对包含在排放气体中的总 NOx量进行预测。然而，由于映射图是在发动机的稳定状态下制作的，基于该映射图预测的 NOx量在发动机的驱动条件每次都改变的瞬时状态下是不准确的。特别地，由于发动机在瞬时状态运行的时间比在稳定状态运行的时间长，实际NOx量和预测NOx量之间的差异非常大。用于对包含在排放气体中的NOx量进行预测的另一种常规方法是使用一种安装在脱氮催化剂的排放管上游的NOx传感器。也就是说，NOx量每次通过NOx传感器而进行检测，通过累计每次的NOx量而对总NOx量进行预测。然而，NOx传感器仅仅在排放气体的温度高于预定温度时才正常运行。因此，直到NOx传感器正常运行才能够对产生的NOx量进行检测。即使使用了 NOx传感器，实际NOx量和检测的NOx量之间的误差也非常大。公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种用于预测NOx量的方法，其具有的优点是，对根据发动机的驱动条件而从基于EGR比率和环境因子的映射图中计算出的NOx量进行修正，从而精确地预测包含在排放气体中的NOx量，并且本发明提供了一种排放系统，其具有的优点是通过根据已预测的NOx量来对还原剂或燃烧大气的供给进行控制，从而提高NOx 的净化效率。在本发明的一个方面当中，一种用于预测NOx量的方法，可以包括根据发动机的驱动条件确定参考NOx量；根据排放气体再循环(EGR)比率来初次修正所述参考NOx量；并且根据环境因子和所述驱动条件来再次修正所述初次修正的NOx量。根据EGR比率对所述参考NOx量的初次修正可以包括检测实际的EGR比率；根据所述发动机的驱动条件来确定参考EGR比率；通过从所述实际的EGR比率减去所述参考 EGR比率来确定EGR比率偏差；并且根据所述EGR比率偏差来修正所述参考NOx量。根据EGR比率偏差来对所述参考NOx量进行修正可以包括通过对所述EGR比率偏差归一化(normalizing)来确定特定的EGR比率偏差；根据所述特定的EGR比率偏差来确定EGR系数；根据所述发动机的驱动条件来确定EGR的闭合状态下的参考NOx量，以及； 根据所述发动机的驱动条件和EGR系数，基于所述参考NOx量和在EGR闭合状态下的参考 NOx量来通过插值法(interpolation)或外推法(extrapolation)来对所述参考NOx量进行修正。当特定的EGR偏差可以小于预定值的时候，可以通过插值法来对所述参考NOx量进行修正，当特定的EGR偏差可以大于或等于所述预定值的时候，可以通过外推法来对所述参考NOx量进行修正。所述发动机的驱动条件可以包括当前啮合的齿轮级(gear st印)、发动机速度和当前燃料喷射量。所述环境因子可以包括供给到发动机燃烧室中的总空气量、供给到发动机燃烧室中的空气的温度、和冷却剂温度。根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正可以包括根据供给到发动机燃烧室中的总空气量、发动机速度和当前燃料喷射量来检测第一修正系数；并且根据所述第一修正系数对初次修正的NOx量进行修正。根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正可以包括根据发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度检测第二修正系数；并且根据所述第二修正系数对初次修正的NOx量进行修正。根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正可以包括根据发动机速度、当前燃料喷射量和供给到发动机燃烧室中的空气的温度来检测第三修正系数； 并且根据所述第三修正系数对初次修正的NOx量进行修正。在本发明的另一个方面当中，一种排放系统，可以包括排放管，排放气体流动穿过该排放管，所述排放气体在发动机处产生，该发动机具有将燃料喷射到燃烧室中的第一喷射器；喷射模块，所述喷射模块安装于所述排放管并且喷射还原剂；脱氮催化剂，所述脱氮催化剂在所述喷射模块的下游安装于所述排放管，并且通过使用由所述喷射模块喷射的还原剂而对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原；以及控制部分，所述控制部分对包含在所述排放气体中的NOx量进行预测，并且根据所述NOx量对还原剂或燃烧大气的供给进行控制，其中所述控制部分根据发动机的驱动条件确定参考NOx量，并且根据排放气体再循环(EGR)比率和环境因子对该参考NOx量进行修正。所述控制部分可以根据所述发动机的驱动条件来确定EGR闭合状态下的参考EGR 比率和参考NOx量，该控制部分检测实际EGR比率，并基于所述参考EGR比率、实际EGR比率、参考NOx量和在EGR的闭合状态下的参考NOx量，来通过插值法或者外推法来初次修正所述参考NOx量。根据所述环境因子通过使用第一、第二和第三修正系数，所述控制部分可以对初次修正的参考NOx量进行再次修正，其中所述第一修正系数可以基于供给到发动机燃烧室中的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量而确定，其中所述第二修正系数可以基于发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度而确定，并且其中所述第三修正系数可以基于发动机速度、当前燃料喷射量和供给到发动机燃烧室中的空气的温度而确定。所述还原剂可以是燃料，所述喷射模块可以是第二喷射器。所述还原剂可以是尿素或氨。所述燃烧大气可以通过对燃料和供给到发动机燃烧室中的空气的比率进行控制而受到控制。本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式
中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式
中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式
共同用于解释本发明的特定原理。
图1是排放系统的示意图，根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法能够应用于该排放系统。图2是框图，显示了在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中使用的控制部分的输入和输出的关系。图3是根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法的流程图。图4是在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中，根据EGR比率来对参考NOx量进行初次修正的流程图。图5是在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中，根据环境因子对首次修正的NOx量进行再次修正的流程图。图6是显示EGR系数与特定的EGR比率偏差的曲线图。图7是显示通过应用根据本发明的示例性实施方案，NOx根据EGR比率而被初次修正的曲线图。应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。在这些图形中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等效的部分。
具体实施例方式接下来将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的实例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方案。在下文中将参考附图，对本发明的示例性实施方案进行具体描述。图1是排放系统的示意图，根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法能够应用于该排放系统。如图1中所示，用于内燃机的排放净化系统包括发动机10、排放管20、排放气体再循环(EGR)装置80、燃料裂化催化剂32、微粒过滤器30、脱氮催化剂40以及控制部分50。发动机10使得燃料和空气混合的空气-燃料混合物燃烧，从而将化学能转化为机械能。发动机10连接至进气歧管18，从而接收燃烧室12中的空气，并且发动机10连接至排放歧管16，从而使得在燃烧过程中产生的排放气体收集在排放歧管16中并且排放至外部。第一喷射器14安装在燃烧室12中，从而将燃料喷射进入燃烧室12。在这里以柴油发动机作为例子，但是也可以使用稀燃汽油发动机。在使用汽油发动机的情况下，空气-燃料混合物穿过进气歧管18流动进入燃烧室12，火花塞安装于燃烧室12的上部。此外，可以使用具有各种压缩比的发动机，优选为小于或等于16. 5的压缩比。排放管20连接至排放歧管16，从而将排放气体排放至车辆的外部。微粒过滤器 30和脱氮(DE-NOx)催化剂40安装于排放管20以去除包含在排放气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。排放气体再循环装置80安装于排放管20，从发动机10排出的排放气体穿过排放气体再循环装置80。此外，排放气体再循环装置80连接至进气歧管18，从而通过将排放气体的一部分与空气混合而对燃烧温度进行控制。燃烧温度的这种控制是通过由控制部分50 的控制对供给至进气歧管18的排放气体的量进行控制而执行的。第一氧传感器25在排放气体再循环装置80的下游安装在排放管20上，并且穿过排放气体再循环装置80的排放气体中的氧量进行检测。第二喷射器90在排放气体再循环装置80的下游安装到排放管20上，该第二喷射器90电连接至控制部分50，并且根据控制部分50的控制来执行将燃料喷射到排放管20中的附加喷射。微粒过滤器30在第二喷射器90的下游安装于排放管20。燃料裂化催化剂设置在微粒过滤器30的上游。在这种情况下，燃料裂化催化剂32布置在第二喷射器90和DE-NOx 催化剂40之间。在这里，燃料裂化催化剂32与微粒过滤器30分离设置，但是燃料裂化催化剂32可以覆盖在微粒过滤器30的前部。 在这里，燃料裂化催化剂32与微粒过滤器30分离设置，但是柴油燃料裂化催化剂 32可以覆盖在微粒过滤器30的前部。也就是说，燃料裂化催化剂32通过热裂化切断了构成碳氢化合物的链环并且使得燃料分解。因此，附加被喷射的燃料的有效反应面积增大，从而产生了包括高反应性氧(氧合(Oxygenated)HC)、CO和H2的碳氢化合物。
热裂化按照以下方式进行。C16H34 — 2n_C8H17* — n-C6H13* — n-C4H9* — C2H5* — C2H4C16H34 — 8C2H4+H2在这里，*的意思是基团。在这里，碳氢化合物代表包含在排放气体和燃料中的包括碳和氢的所有化合物。微粒物质过滤设备30 (其是一种类型的微粒过滤器30)安装于燃料裂化催化剂32 的下游，并且对包含在穿过排放管20排放的排放气体中的微粒物质(PM)进行捕获。在本说明书中，微粒物质过滤设备30和微粒过滤器30用于表示相同的过滤器。然而，也可以不使用微粒物质过滤设备30而使用其它类型的微粒过滤器30 (例如，催化微粒过滤器(CPF))。此外，氧化催化剂可以覆盖在微粒过滤器30上。这种氧化催化剂将包含在排放气体中的碳氢化合物和一氧化碳氧化为二氧化碳，并且将包含在排放气体中的一氧化氮氧化为二氧化氮。氧化催化剂可以主要覆盖于微粒过滤器30的特定区域，或者可以均勻地覆盖于微粒过滤器30的整个区域。第一温度传感器35在燃料裂化催化剂32的上游安装于排放管20，并且检测燃料裂化催化剂32的入口温度。第二温度传感器36安装于燃料裂化催化剂32的下游，并且检测燃料裂化催化剂32的出口温度或微粒过滤器30的入口温度。同时，压力差传感器55安装于排放管20。压力差传感器55检测微粒过滤器30的入口和出口之间的压力差，并且将与之对应的信号传递至控制部分50。当由压力差传感器 55检测的压力差高于或等于第一预定压力的时候，控制部分50控制微粒过滤器30进行再生。在这种情况下，第一喷射器14能够对燃料进行后喷射，从而使得捕获在微粒过滤器30 中的微粒物质燃烧。相反地，第二喷射器90能够对燃料进行附加地喷射，从而使得微粒过滤器30再生。DE-NOx催化剂40在微粒过滤器30的下游安装于排放管20。DE-NOx催化剂40吸附包含在排放气体中的氮氧化物，并且通过燃料的附加喷射而释放吸附的氮氧化物。此外， DE-NOx催化剂40对被释放的氮氧化物执行还原反应，从而对包含在排放气体中的氮氧化物进行净化。第三温度传感器60和第四温度传感器65可以分别安装于DE-NOx催化剂40的上游和下游，从而对DE-NOx催化剂40的入口温度和出口温度进行检测。在这里，DE-NOx催化剂40分为两个部分。DE-NOx催化剂40分为两个部分的原因是，覆盖每个部分的金属比率可以改变，从而执行特定功能。例如，接近发动机10的第一部分40的抗热能力通过增大钯(Pd)比率而得以增强，并且通过增大钼(Pt)比率而防止第二部分40处碳氢化合物的滑移。相反地，可以使用DE-NOx催化剂40，其中相同的金属比率覆盖于其整个区域。
此外，第二氧传感器62在脱氮催化剂40的上游安装于排放管20，第三氧传感器 70在脱氮催化剂40的下游安装于排放管20。第二氧传感器62检测包含在在脱氮催化剂 40中流动的排放气体中的氧量，并将与之对应的信号传递至控制部分50，从而帮助控制部分50执行排放气体的稀薄/稠密控制。此外，第三氧传感器70用于监测根据本发明的示例性实施方案的用于内燃机的排放净化系统是否正常地对包含在排放气体中的有害材料进行净化。在这里，在本说明书中示例性描述的是第二氧传感器62附加地安装于排放管20。 然而，除了将第二氧传感器62附加地安装于排放管20之外，包含在在脱氮催化剂40中流动的排放气体中的氧量还可以基于第一氧传感器25和第三氧传感器70的检测值、燃料消耗和发动机运行历史的至少一个来进行估计。控制部分50基于从每个传感器传递的信号而确定发动机的驱动条件，并且基于发动机的驱动条件对燃料的附加喷射量和附加喷射正时进行控制。从而，控制部分50对脱氮催化剂40进行控制，以释放吸附的氮氧化物。例如，在吸附在脱氮催化剂40中的氮氧化物量大于或等于预定值的情况下，控制部分50对将被附加喷射的燃料进行控制。此外，控制部分50将排放气体中的碳氢化合物与氮氧化物的比率控制为大于或等于预定比率，从而激活脱氮催化剂40中的氮氧化物的还原反应。预定比率可以是5。同时，控制部分50基于发动机的驱动条件对吸附在脱氮催化剂40中的氮氧化物量、在脱氮催化剂40的后部处的氮氧化物的滑移量以及碳氢化合物与氮氧化物的比率进行计算。这样的计算是根据由各个实验限定的映射表而完成的。此外，控制部分50根据发动机的驱动条件、发动机的状态或者脱氮催化剂40的状态通过第二喷射器90改变燃料的喷射模式。在这里，通过考虑发动机的运行周期来假定发动机的状态，并且通过考虑脱氮催化剂40的降解来假定脱氮催化剂40的状态。此外，控制部分50执行微粒过滤器30的再生。同时，控制部分50可以控制第一喷射器14对燃料进行后喷射从而激活脱氮催化剂40中的氮氧化物的还原反应，而不是进行第二喷射器90的附加喷射。在这种情况下，后喷射的燃料在燃料裂化催化剂32处转化为高反应性还原剂，并且促进脱氮催化剂40中氮氧化物的还原反应。因此，可以理解，在本说明书和权利要求书中附加喷射包括了后喷射。在本说明书中举例说明的是，LNT催化剂被用作脱氮催化剂40。然而，SCR催化剂也可以用作脱氮催化剂40。在这种情况下，用于将还原剂喷射到排放气体中的喷射设备在微粒过滤器30和脱氮催化剂40之间安装于排放管20处，控制部分50根据包含在排放气体中的NOx量对还原剂的供给进行控制。此外，还原剂可以是尿素或氨。在下文中，将具体描述脱氮催化剂40的一个例子。脱氮催化剂40包括在载体上覆盖的第一和第二催化剂层。第一催化剂层布置为接近排放气体，第二催化剂层布置为接近载体。第一催化剂层对包含在排放气体中的氮氧化物进行氧化，并且通过与包含在未燃烧的燃料或排放气体中的碳氢化合物的氧化还原反应而对氧化的氮氧化物的一部分进行还原。此外，氧化的氮氧化物的剩余部分扩散到第二催化剂层当中。第二催化剂层吸附从第一催化剂层扩散的氮氧化物，并且通过附加被喷射的燃料而释放吸附的氮氧化物，从而使得吸附的氮氧化物在第一催化剂层处进行还原。第二催化剂层包括吸附材料。弱碱性氧化物用作这样的吸附材料。
在下文中，将具体描述脱氮催化剂40的操作。在燃料并未从第二喷射器90进行附加喷射的情况下，包含在排放气体中的氮氧化物在第一催化剂层中被氧化。氧化的氮氧化物的一部分通过与排放气体中包含的碳氢化合物的氧化还原反应而还原成氮气。在这个阶段，包含在排放气体中的碳氢化合物被氧化为二氧化碳。此外，氧化的氮氧化物的剩余部分以及包含在排放气体中的氮氧化物扩散进入第二催化剂层并且被吸附在其中。在燃料从第二喷射器90进行附加喷射的情况下，该附加被喷射的燃料穿过燃料裂化催化剂，此时燃料转化为低分子量的碳氢化合物。此外，低分子量的碳氢化合物的部分转化为氧合碳氢化合物并且穿过脱氮催化剂40。此时，氮氧化物通过与碳氢化合物的置换反应从第二催化剂层释放。此外，氮氧化物被还原为氮气，碳氢化合物和氧合碳氢化合物通过释放的氮氧化物与碳氢化合物和氧合碳氢化合物的氧化还原反应而在第一催化剂层中氧化为二氧化碳。因此，包含在排放气体中的氮氧化物和碳氢化合物被净化。图2是框图，显示了在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中使用的控制部分的输入和输出的关系。如图2所示，齿轮级检测器100、EGR比率检测器110、发动机速度检测器120、燃料喷射量检测器130、进气量检测器140、EGR量检测器150、进气温度检测器160以及冷却剂温度检测器170电连接至控制部分50，并且它们的检测值传递至控制部分50。齿轮级检测器100检测当前啮合的齿轮级。EGR比率检测器检测实际EGR比率(即，EGR量与进气量的比率)。因为控制部分 50对EGR气阀进行负荷控制(duty-controls)，EGR比率能够通过读取当前负荷值进行检测。发动机速度检测器120根据曲轴的相位改变而检测发动机速度。燃料喷射量检测器130检测当前供给至燃烧室12的燃料喷射量。近来，燃料通过主喷射和引燃喷射(pilot injection)进行喷射。因此，燃料喷射量检测器130检测在一次循环过程中供给至燃烧室12的主喷射量和引燃喷射量。此外，因为燃料喷射量由控制部分50进行负荷控制，所以当前燃料喷射量能够通过读取当前负荷值进行检测。进气量检测器140检测穿过进气路径的空气量。EGR量检测器150检测再循环的气体量。EGR量能够根据进气量和EGR比率进行计算。进气温度检测器160安装于进气路径，并且检测进气的温度。冷却剂温度检测器170检测冷却剂温度。控制部分50基于已检测的值确定发动机的驱动条件、燃料的附加喷射量和附加喷射正时以及附加的喷射模式，并且将用于控制第二喷射器90的信号输出至第二喷射器 90。此外，控制部分50基于由压力差传感器55检测的值来控制微粒过滤器30的再生。如上文所述，微粒过滤器30的再生通过第一喷射器14的后喷射或者第二喷射器90的附加喷射而执行。此外，控制部分50检测包含在排放气体中的参考NOx量，根据EGR比率以及环境因子对参考NOx量进行修正，并且根据最终NOx量对燃料的附加喷射或还原剂的供给进行控制。同时，除了图2中所示的传感器之外，根据本发明的示例性实施方案的排放系统包括多个传感器，但是为了更好地理解以及便于描述，将省略其描述。图3是根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法的流程图，图4是在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中，根据EGR比率来对参考NOx 量进行初次修正的流程图，图5是在根据本发明的示例性实施方案的用于预测NOx量的方法中，根据环境因子对初次修正的NOx量进行再次修正的流程图。在步骤S210中，齿轮级检测器100检测齿轮级，在步骤S220中，EGR比率检测器 110检测实际EGR比率，在步骤S230中，发动机速度检测器120检测发动机速度，在步骤 S240中，燃料喷射量检测器130检测当前被喷射的燃料量。此外，在步骤S250中，通过对进气量检测器140检测到的进气量和EGR量检测器150检测到的EGR量进行相加来检测出供给至发动机燃烧室的总空气量，在步骤S260中，进气温度检测器160对供给至发动机燃烧室的空气的温度进行检测，并且在步骤S270中，冷却剂温度检测器170检测冷却剂温度。控制部分50基于被检测到的值来检测参考NOx量，在步骤S280中根据EGR比率来初次修正该参考NOx量，并在步骤S290中根据环境因子来再次修正所述初次修正的参考 NOx量。以下将详细描述参考NOx量的初次修正。如图4所示，在步骤S310中，控制部分50根据发动机的驱动条件(齿轮级、发动机速度和当前燃料喷射量)来计算参考NOx量，在步骤S320中，控制部分50根据发动机的驱动条件来计算EGR的闭合状态下(亦即，在EGR气阀关闭的状态下)的参考NOx量，并在步骤S330中根据发动机的驱动条件来计算参考EGR比率。通过使用预定的映射图来执行步骤S310-S330。亦即，将根据发动机驱动条件的参考NOx量、EGR闭合状态下的参考NOx 量和参考EGR比率存储在映射图当中。亦即，通过实验来检测出根据发动机每个驱动条件的参考NOx量、EGR闭合状态下的参考NOx量和参考EGR比率，并且将被检测的值存储在映射图当中。在步骤S340中，控制部分50从实际EGR比率和根据发动机的驱动条件的参考EGR 比率中计算出EGR比率偏差，并确定该EGR比率偏差是否小于0。EGR比率偏差是通过从实际EGR比率中减去参考EGR比率而计算得出的。如果EGR比率偏差小于0，则通过插值法来修正参考NOx量。然而，如果EGR比率偏差大于或等于0，则通过外推法来修正参考NOx量。为此，在步骤S350和S360中对EGR 比率归一化。亦即，在步骤S350中，从[等式1]中计算出特定的EGR比率偏差。[等式1]特定的EGR比率偏差=EGR比率偏差/参考EGR比率此外，在步骤S360中，从[等式2]中计算出特定的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-参考EGR比率)如果在步骤S350和S360中计算出特定的EGR比率偏差，则在步骤S370中，特定的EGR比率偏差的最大值和最小值受到限制。此处，最大值可以是1，最小值可以是-1。此后，在步骤S380中，控制部分50根据特定的EGR比率偏差来确定EGR系数。图6是显示EGR系数与特定的EGR比率偏差关系的曲线图。图6显示了 EGR系数和EGR比率偏差之间的某些示例性关系，并且应当理解，EGR系数和EGR比率偏差之间的关系并非限制于图6中所示的关系。在确定了 EGR系数之后，在步骤S390和S400中，控制部分50通过使用EGR系数、 在EGR闭合状态下的参考NOx量和参考NOx量，来通过插值法或外推法对参考NOx量进行初次修正。亦即，如果EGR比率偏差小于0，则在步骤S390中通过插值法来对参考NOx量进行修正。相反，如果EGR比率偏差大于或等于0，则在步骤S400中通过外推法来对参考NOx 量进行修正。图7是显示通过应用本发明的示例性实施方案，NOx量根据EGR比率而被初次修正的曲线图。在图7中，虚线表示实际NOx量，实线表示通过插值法或外推法而被修正的参考NOx量。此外，图7示例性地显示了参考NOx量通过插值法或外推法而被修正为直线形状，但是对参考NOx量的修正并不限定于此种类型。亦即，可以将参考NOx量修正为多项式类型。以下将参考图7来简单描述通过插值法或外推法而对参考NOx量的修正。此处的示例中，EGR系数与特定的EGR比率偏差相同。当特定的EGR比率偏差是-1的时候，NOx量表示在EGR闭合状态下的参考NOx量， 当特定的EGR比率偏差是0的时候，NOx量表示参考NOx量。为了在特定的EGR比率偏差介于-1和0之间的时候通过插值法获得NOx量，将EGR闭合状态下的参考NOx量和参考NOx 量连接起来，以形成直线。此外，为了在特定的EGR比率偏差介于0和1之间的时候通过外推法获得NOx量，将当特定的EGR比率偏差为1的时候的NOx量(在图7中该值为0)和参考NOx量连接起来，以形成直线。通过如上所述的插值法或者外推法来根据实际EGR比率来修正参考NOx量。然后，在步骤S295中，控制部分50输出初次修正的参考NOx量，并且在步骤S290 中，根据环境因子对初次修正的参考NOx量进行再次修正。如图5中所示，控制部分50在步骤S420、S430和S440中计算第一、第二和第三修正系数。第一修正系数是基于供给到发动机的燃烧室中的总空气量、发动机速度和当前燃料喷射量而计算的，第二修正系数是基于发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度而计算的，第三修正系数是基于发动机速度、当前燃料喷射量和供给到发动机燃烧室中的空气的温度而计算的。第一、第二和第三修正系数可以从预定的映射图中获得。然后，在步骤S450、S460和S470中，控制部分50通过使用初次修正的参考NOx量以及第一、第二和第三修正系数对参考NOx量进行再次修正。参考NOx量的再次修正能够通过将初次修正的参考NOx量和第一、第二和第三修正系数相乘而执行。最后，在步骤S300中控制部分50输出根据环境因子修正的NOx量。如果包含在排放气体中的NOx量按照上述方式进行预测，那么控制部分50根据 NOx量对燃料的附加喷射或者还原剂的供给进行控制。相反地，控制部分50可以根据NOx 量，通过控制燃料与供给至发动机燃烧室的空气的比率而对燃烧大气进行控制。如上文所述，因为根据本发明的示例性实施方案能够精确预测包含在排放气体中的NOx量，所以能够改进NOx的净化效率。因为根据准确的NOx量对还原剂或燃烧大气的供给进行控制，所以可以改进燃料经济性。
因为不需要用于预测NOx量的附加传感器，所以可以降低产品成本。为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“内，，和“外”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导， 可以进行很多改变和变化。对示例性实施方案进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。
权利要求
1.一种用于预测NOx量的方法，包括 根据发动机的驱动条件确定参考NOx量；根据排放气体再循环比率来初次修正所述参考NOx量；并且根据环境因子和所述驱动条件来再次修正所述初次修正的NOx量。
2.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中根据排放气体再循环比率对所述参考NOx量的初次修正包括检测实际的排放气体再循环比率；根据所述发动机的驱动条件来确定参考排放气体再循环比率； 通过从所述实际的排放气体再循环比率减去所述参考排放气体再循环比率来确定排放气体再循环比率偏差；并且根据所述排放气体再循环比率偏差来修正所述参考NOx量。
3.如权利要求2所述的用于预测NOx量的方法，其中根据排放气体再循环比率偏差对所述参考NOx量的修正包括通过对所述排放气体再循环比率偏差归一化来确定特定的排放气体再循环比率偏差；根据所述特定的排放气体再循环比率偏差来确定排放气体再循环系数； 根据所述发动机的驱动条件来确定排放气体再循环的闭合状态下的参考NOx量；并且根据所述发动机的驱动条件和排放气体再循环系数，基于所述参考NOx量和在排放气体再循环闭合状态下的参考NOx量来通过插值法或外推法来对所述参考NOx量进行修正。
4.如权利要求3所述的用于预测NOx量的方法，其中当特定的排放气体再循环偏差小于预定值的时候，通过插值法来对所述参考NOx量进行修正，当特定的排放气体再循环偏差大于或等于所述预定值的时候，通过外推法来对所述参考NOx量进行修正。
5.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中所述发动机的驱动条件包括当前啮合的齿轮级、发动机速度和当前燃料喷射量。
6.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中所述环境因子包括供给到发动机燃烧室中的总空气量、供给到发动机燃烧室中的空气的温度、和冷却剂温度。
7.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正包括根据供给到发动机燃烧室中的总空气量、发动机速度和当前燃料喷射量来检测第一修正系数；并且根据所述第一修正系数对初次修正的NOx量进行修正。
8.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正包括根据发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度检测第二修正系数；并且根据所述第二修正系数对初次修正的NOx量进行修正。
9.如权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中根据所述环境因子和驱动条件对初次修正的NOx量的再次修正包括根据发动机速度、当前燃料喷射量和供给到发动机燃烧室中的空气的温度来检测第三修正系数；并且根据所述第三修正系数对初次修正的NOx量进行修正。
10.一种排放系统，包括排放管，排放气体流动穿过所述排放管，所述排放气体在发动机处产生，该发动机具有将燃料喷射到燃烧室中的第一喷射器；喷射模块，所述喷射模块安装于所述排放管并且喷射还原剂；脱氮催化剂，所述脱氮催化剂在所述喷射模块的下游安装于所述排放管，并且通过使用由所述喷射模块喷射的还原剂而对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原；以及控制部分，所述控制部分对包含在所述排放气体中的NOx量进行预测，并且根据所述 NOx量对还原剂或燃烧大气的供给进行控制，其中所述控制部分根据发动机的驱动条件确定参考NOx量，并且根据排放气体再循环比率和环境因子对该参考NOx量进行修正。
11.如权利要求10所述的排放系统，其中所述控制部分根据所述发动机的驱动条件来确定排放气体再循环闭合状态下的参考排放气体再循环比率和参考NOx量，该控制部分检测实际排放气体再循环比率，并基于所述参考排放气体再循环比率、实际排放气体再循环比率、参考NOx量和在排放气体再循环的闭合状态下的参考NOx量，来通过插值法或者外推法来初次修正所述参考NOx量。
12.如权利要求10所述的排放系统，其中发动机的驱动条件包括当前啮合的齿轮级、 发动机速度和当前燃料喷射量。
13.如权利要求11所述的排放系统，其中根据所述环境因子通过使用第一、第二和第三修正系数，所述控制部分对初次修正的参考NOx量进行再次修正。
14.如权利要求13所述的排放系统，其中所述第一修正系数基于供给到发动机燃烧室中的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量而确定。
15.如权利要求13所述的排放系统，其中所述第二修正系数基于发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度而确定。
16.如权利要求13所述的排放系统，其中所述第三修正系数基于发动机速度、当前燃料喷射量和供给到发动机燃烧室中的空气的温度而确定。
17.如权利要求10所述的排放系统，其中所述还原剂是燃料，所述喷射模块是第二喷射器。
18.如权利要求10所述的排放系统，其中所述还原剂是尿素或氨。
19.如权利要求10所述的排放系统，其中所述燃烧大气通过对燃料和供给到发动机燃烧室中的空气的比率进行控制而受到控制。
全文摘要
本发明公开了一种用于预测NOx量的方法以及使用该方法的排放系统，所述方法可以包括根据发动机的驱动条件确定参考NOx量；根据排放气体再循环(EGR)比率来初次修正所述参考NOx量；并且根据环境因子和所述驱动条件来再次修正所述初次修正的NOx量。
文档编号F01N3/28GK102465742SQ201110192099
公开日2012年5月23日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年11月18日
发明者C·谢韦林, T·维特卡, 朴镇佑, 李津夏 申请人:Fev有限责任公司, 现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社