專利名稱：NOx排放物估算系統及方法
技術領域：
本發明總體上涉及排氣系統，更具體而言，涉及NOx估算系統和估算NOx排放物的 方法。
背景技術：
本文提供的背景技術描述僅僅為了總體上介紹本發明的背景。在此背景技術部分
中所描述的當前署名發明人的工作以及在提交時在不同情形下可能不構成現有技術的該
描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認為是針對本發明的現有技術。 柴油發動機的運行涉及會產生排氣的燃燒。在燃燒期間，空氣/燃料混合物通過
進氣歧管輸送到氣缸中并在其中燃燒。燃燒之后，氣缸內的活塞迫使氣缸中的排氣進入排
氣系統。 排氣系統可包括選擇性催化還原(SCR)單元，該單元在排氣釋放到大氣中之前減 少NOx排放物。定量給料系統將還原劑(如，僅作為示例，尿素)噴射到在SCR單元上游的 排氣中。 為了在SCR單元中有效地減少NOx排放物，監測SCR單元上游排氣中的NOx濃度 確保NOx排放物的有效減少。例如，示例性排氣系統通常包括在SCR單元上游的第一 NOx 傳感器和布置在SCR單元下游的第二 NOx傳感器。第一 NOx傳感器測量處理之前的排氣中 NOx的量。定量給料系統基于測量到的NOx排放物而噴射預定量的還原劑。第二NOx傳感 器監測釋放到大氣中的NOx排放物。NOx傳感器是昂貴的，而且為精確起見也需要監測來自 NOx傳感器的讀數。
發明內容
因此，根據本發明教導的NOx估算系統包括確定發動機運行模式的運行模式確定 模塊，以及排放物預測模塊。排放物預測模塊基于運行模式、多個感測到的參數以及映射圖 (m即)來估算NOx排放物。映射圖基于運行模式將該多個感測到的參數與NOx排放物關聯。
在其它特征中，映射圖創建為所噴射的燃料量和發動機速度的函數。可對基于映 射圖估算的NOx排放物進行修正以補償環境溫度的變化。 估算發動機NOx排放物的方法包括確定發動機的運行模式；以及基于運行模式、 多個感測到的參數和映射圖來確定NOx排放物。映射圖基于運行模式將所述多個感測到的 參數與NOx排放物關聯。 從本文提供的描述中將清楚本發明的進一步應用領域。應該理解，描述和具體示 例僅用于說明之目的，并非意圖限制本發明的范圍。
本文描述的附圖僅用于說明之目的，并非意圖以任何方式限制本發明的范圍。
圖1是根據本發明教導的包含NOx估算模塊的發動機系統的功能框 圖2是根據本發明教導的N0x估算模塊的功能框圖；以及
圖3是根據本發明教導的NOx排放物估算方法的流程圖。
具體實施例方式
下面的描述實質上僅為示例性的，并非意圖限制本發明及其應用或使用。為清楚 起見，附圖中將使用相同的附圖標記來表示相似的元件。在本文中所用時，術語"模塊"是 指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一種或多種軟件或固件程序的處理器(共享的、專 用的或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、或其它提供所述功能的合適構件。
根據本發明教導的NOx估算模塊包括運行模式確定模塊和排放物預測模塊。排放 物預測模塊包括與多個發動機運行模式相對應的多個映射圖。排放物預測模塊基于多個感 測到的參數和與由運行模式確定模塊所確定的運行模式相對應的其中一個映射圖來估算 NOx排放物。 現在參照圖l，柴油發動機系統10包括柴油發動機12、進氣歧管14、排氣歧管16、 排氣再循環(EGR)系統17以及排氣系統18。盡管示出的是柴油發動機系統，但應該認識 到，稍后將作描述的NOx估算模塊可應用于汽油發動機。 空氣通過節氣門20被吸入到進氣歧管14中并被分配給氣缸(未示出)。燃料由 共軌噴射系統(未示出)噴射到氣缸中。空氣在氣缸中壓縮，壓縮空氣的熱點燃空氣/燃 料混合物。空氣/燃料混合物的燃燒產生燃燒力以驅動活塞(未示出)，活塞可旋轉地驅動 曲軸(未示出)。排氣通過排氣歧管16從氣缸排出并進入到排氣系統18中。
排氣系統18包括選擇性催化還原(SCR)單元24和柴油機微粒過濾器(DPF) 26。 SCR單元24通過排氣管28與排氣歧管16連通。尾氣管30設置在DPF26的下游。
SCR單元24通過SCR過程從排氣中去除N0x。定量給料系統32將還原劑(如，僅 作為示例，尿素)噴射到在SCR單元24上游的排氣中。為實現有效的SCR過程所要噴射的 還原劑的量，取決于離開排氣歧管16的排氣中N0x排放物(即，"發動機排出的N0x排放 物")的濃度。 DPF26設置在SCR單元24的下游，用于從排氣中去除柴油微粒物質和/或碳煙。 DPF26在排氣釋放到大氣中之前從排氣中濾出微粒。盡管圖1中所示的DPF26設置在SCR 單元24的下游，但SCR單元24和DPF26的布置可以顛倒。 EGR系統17包括與排氣管28連通的EGR導管34、 EGR閥36以及EGR冷卻器38。 EGR閥36控制需要再循環到進氣歧管14的排氣的量。EGR冷卻器38冷卻再循環的排氣。
當排氣離開排氣歧管16時，排氣的一部分通過EGR閥36被弓|向EGR導管34，到達 進氣歧管14。排氣的剩余部分被引向SCR單元24和DPF 26以便在釋放到大氣中之前進行 處理。再循環的排氣在進氣歧管14處與來自進氣節氣門20的空氣混合。進入的空氣的量 由進氣節氣門20控制。再循環的排氣的量由EGR閥28控制。進入的空氣和再循環的排氣 的混合物被送至發動機12。 控制模塊40與多個用于監測發動機運行的傳感器通信并相應地控制發動機運 行。該多個傳感器包括，但不限于，進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器42、發動機速度傳感器 44、質量空氣流量(MAF)傳感器46、進氣溫度(IAT)傳感器48、大氣壓力傳感器49以及設 置在尾氣管30處的N0x傳感器50。 MAP傳感器42測量至發動機12的進氣歧管壓力(增壓)。發動機速度傳感器44測量發動機速度(RPM) 。 MAF傳感器46測量進入進氣歧管14 的MAF。 IAT傳感器48測量IAT。大氣壓力傳感器49測量大氣壓力。N0x傳感器50測量 經SCR單元24和DPF26處理之后的排氣中的N0x排放物。 控制模塊40包括N0x估算模塊54， N0x估算模塊54基于由所述多個傳感器42、
44、46、48和49感測到的多個發動機參數提供估算的發動機排出的N0x排放物。 參照圖2，N0x估算模塊54包括運行模式確定模塊56、海拔確定模塊58、燃料量確
定模塊59以及排放物預測模塊60。發動機12可以多個運行模式之一運行，該多個運行模
式包括，但不限于，穩態模式、瞬態模式和EGR關閉模式。運行模式確定模塊56可基于——
僅作為示例——發動機速度、EGR速率、燃料噴射正時和/或所噴射的燃料量，來確定發動
機的運行模式。海拔確定模塊58基于環境條件(如，僅作為示例，大氣壓力)確定車輛的
海拔。燃料量確定模塊59基于所期望的發動機轉矩確定所期望的燃料量。 排放物預測模塊60與運行模式確定模塊56和海拔確定模塊58通信并從其接收
分別指示發動機運行模式和車輛海拔的信號。排放物預測模塊60還接收來自燃料量確定
模塊59和發動機速度傳感器44的數據。 排放物預測模塊60包括多個映射圖64、66和68，這些映射圖包括N0x排放物與對 NOx排放物有影響的多個發動機參數之間的關聯。該多個發動機參數包括，但不限于，EGR 速率(Kg/min)、增壓(Kpa)、噴射正時(上止點前的度數)、發動機速度(RPM)、所噴射的燃 料量(mmV沖程)、大氣壓力(KPa)、進氣溫度(°C )。可基于發動機測功器測試來確定發動 機排出的N0x排放物與該多個發動機參數之間的關聯。 所述多個映射圖64、66和68與所述多個發動機運行模式相對應并且可進一步基 于車輛的海拔。與映射圖相對應的車輛海拔可包括，但不限于，海平面、5500英尺和12000 英尺。所述多個映射圖64、66和68創建為發動機速度和所噴射的燃料量的函數。
排放物預測模塊60識別出與發動機運行模式和海拔相對應的合適映射圖并基于 該映射圖以及燃料量和發動機速度來確定NOx排放物水平。這樣，可估算出特定發動機速 度下在特定運行模式和/或海拔的發動機排出的NOx排放物。 更具體地，排放物預測模塊60識別出與發動機運行模式和海拔相對應的合適映 射圖。然后，排放物預測模塊60在該合適映射圖上將所噴射的燃料量和發動機速度對應到 NOx排放物。盡管所噴射的燃料量和發動機速度之外的發動機參數也會影響發動機排出的 NOx排放物，但這些發動機參數是EGR速率的函數，而EGR速率可基于所噴射的燃料量和發 動機速度來確定。因此，排放物預測模塊60通過僅僅利用燃料量和發動機速度而無需復雜 的標定就將所述多個感測到的發動機參數關聯到映射圖上。 可替代地，所述多個映射圖64、66、68可以創建為EGR速率的函數。在這種情況下， 排放物預測模塊60可包括EGR確定模塊62， EGR確定模塊62基于所期望的燃料量和發動 機速度來確定EGR速率。當發動機處于EGR打開模式時，排放物預測模塊60可識別出EGR 速率與NOx排放物關聯的映射圖并基于EGR速率和該映射圖來估算NOx排放物。當發動機 處于EGR關閉模式時，排放物預測模塊60可識別出所噴射的燃料量、發動機速度和NOx排 放物相互關聯的映射圖并基于所噴射的燃料量、發動機速度以及該映射圖來估算NOx排放 物。 排放物預測模塊60還包括修正曲線69，用于修正環境溫度的變化。由于所感測到
6的發動機參數取決于環境溫度，因此可利用修正曲線69來修正所估算的NOx排放物以補償
環境溫度的變化。IAT傳感器48所測量的進氣溫度提供對環境溫度的指示。 排放物預測模塊60可將所估算的發動機排出的NOx排放物輸出到定量給料系統
控制模塊70，定量給料系統控制模塊70基于所估算的發動機排出的NOx排放物控制定量給
料系統32。可替代地，當安裝了 NOx傳感器來測量發動機排出的NOx排放物時，排放物預測
模塊60可將所估算的NOx排放物輸出到NOx傳感器診斷模塊72以供診斷。 在再生模式期間可關閉NOx估算模塊54。在發動機再生期間可通過利用尾氣管
30處的NOx傳感器50來估算NOx排放物水平。 參照圖3，發動機排出的NOx排放物的估算方法80開始于步驟82。在步驟84中， 多個傳感器測量并感測多個發動機參數并將所感測到的參數發送到NO x估算模塊。在步驟 86中，運行模式確定模塊56確定運行模式。在步驟88中，海拔確定模塊58確定車輛的海 拔。在步驟90中，燃料量確定模塊59基于所期望的發動機轉矩確定所期望的燃料量。在 步驟92中，排放物預測模塊60識別出與發動機運行模式和車輛海拔相對應的映射圖。在 步驟94中，排放物預測模塊60基于發動機速度、燃料量以及該映射圖估算N0x排放物。然 后在步驟96中，排放物預測模塊60利用修正曲線69修正由環境溫度所引起的變化，若有 的話。該方法結束于步驟98。 根據本發明的NOx估算模塊54可以更精確地監測和估算發動機排出的NOx排放 物，而不使用昂貴的NOx傳感器或任何新的硬件并且無需復雜的校準。因此，本發明的NOx 估算模塊54可節省排氣系統18的制造成本。 從以上描述中本領域技術人員現在可以認識到，本發明的廣泛教導可以多種形式 實施。因此，盡管本發明包括特定示例，但本發明的真實范圍不應該如此局限，因為在研究 了附圖、說明書和所附權利要求之后本領域技術人員將明顯看出其它的修改。
權利要求
一種NOx估算系統，包括運行模式確定模塊，其確定發動機的運行模式；以及排放物預測模塊，其基于所述運行模式、多個感測到的發動機參數以及基于所述運行模式將所述多個感測到的發動機參數關聯到NOx排放物的映射圖，來估算NOx排放物。
2. 如權利要求l所述的NOx估算系統，其中，所述映射圖為所期望噴射的燃料量和發動 機速度的函數。
3. 如權利要求1所述的N0x估算系統，其中，所述映射圖為EGR速率的函數。
4. 如權利要求1所述的NOx估算系統，其中，所述多個感測到的發動機參數包括EGR 速率、進氣歧管壓力、燃料噴射正時、發動機速度、所噴射的燃料量、質量絕對壓力和進氣溫度。
5. 如權利要求l所述的NOx估算系統，其中，所述運行模式是穩態模式、瞬態模式和 EGR關閉模式中的一種。
6. 如權利要求1所述的NOx估算系統，其中，所述多個感測到的發動機參數和所述NOx 排放物之間的關聯是基于發動機測功器測試來確定的。
7. 如權利要求1所述的NOx估算系統，還包括確定車輛海拔的海拔確定模塊，其中，所 述映射圖與所述車輛海拔相對應。
8. 如權利要求7所述的NOx估算系統，其中，所述海拔確定模塊基于大氣壓力確定所述 車輛海拔。
9. 如權利要求l所述的NOx估算系統，還包括燃料量確定模塊，該燃料量確定模塊基于 所期望的發動機轉矩確定所期望噴射的燃料量。
10. 如權利要求9所述的NOx估算系統，所述排放物預測模塊基于所述所期望噴射的燃 料量、發動機速度和所述映射圖來估算所述NOx排放物。
11. 一種估算發動機NOx排放物的方法，包括 確定發動機的運行模式； 接收多個感測到的發動機參數；以及基于所述運行模式、所述多個感測到的發動機參數以及基于所述運行模式將所述多個 感測到的發動機參數關聯到NOx排放物的映射圖，來確定NOx排放物。
12. 如權利要求11所述的方法，其中，所述映射圖為所噴射的燃料量和發動機速度的 函數。
13. 如權利要求11所述的方法，其中，所述映射圖為EGR速率的函數。
14. 如權利要求11所述的方法，其中，所述多個感測到的發動機參數包括EGR速率、進 氣歧管壓力、燃料噴射正時、發動機速度、所噴射的燃料量、質量絕對壓力和進氣溫度。
15. 如權利要求11所述的方法，其中，所述運行模式是穩態模式、瞬態模式和EGR關閉 模式中的一種。
16. 如權利要求11所述的方法，還包括基于發動機測功器測試來確定所述多個感測 到的發動機參數和所述N0x排放物之間的關聯。
17. 如權利要求11所述的方法，還包括確定車輛海拔并基于該車輛海拔確定N0x排 放物。
18. 如權利要求11所述的方法，還包括基于大氣壓力確定所述車輛海拔。
19. 如權利要求11所述的方法，還包括基于所期望的發動機轉矩確定所期望噴射的 燃料量。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括在所述映射圖上將所述所期望噴射的燃料量和發動機速度關聯到所述N0x排放物。
全文摘要
本發明涉及NOx排放物估算系統及方法。該NOx估算系統包括確定發動機運行模式的運行模式確定模塊以及排放物預測模塊。排放物預測模塊基于所述運行模式、多個感測到的發動機參數以及映射圖來估算NOx排放物。所述映射圖基于所述運行模式將所述多個感測到的參數關聯到所述NOx排放物。
文檔編號F01N11/00GK101761377SQ20091025418
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月10日 優先權日2008年12月10日
發明者R·拉馬墨菲, S·任 申請人:通用汽車環球科技運作公司