基于缸内内容确定发动机排出NOX的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月10日提交的、申请号为62/114,399的美国临时专利申请的优先权权益，该申请通过引用整体并入本文。

本公开涉及用于确定发动机排出氮氧化物(nox)量的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于从一个或多个缸内数据点/值确定发动机排出nox量的系统和方法。

背景技术：

内燃机的排放规定近年来更加严格。环境问题促使在世界大多数地方实施更严格的内燃机排放要求。政府机构，如美国的环保署(epa)会仔细监察发动机的排放质量并制定发动机必须符合的排放标准。因此，在发动机上使用排气后处理系统来减少排放量正在增加。

排气后处理系统通常设计来减少颗粒物、氮氧化物、烃和其他对环境有害污染物的排放。然而，组成排气后处理系统的各部件易受到故障和劣化的影响。因为部件的故障或劣化可能会对排气后处理系统的性能和排放物减少能力产生不利影响，所以需要对发生故障或劣化的部件进行检测并且如果可能的话进行校正。事实上，一些法规要求对排气后处理系统的许多部件进行机载诊断(obd)监视或测试。当装备在车辆上时，在车辆的道路操作期间(例如，当在道路上驾驶车辆时)执行后处理系统部件的大多数监视和测试。虽然这种监视和测试可能是方便的，但是由于发动机不能在给定的道路校准操作范围之外进行操作，因此监视和测试的效果会受到限制。

此外，由于道路操作要求通常优先于诊断和性能恢复程序，所以这种程序的顺序、时序和控制可能不太理想。因此，排气后处理系统中的各种故障模式的检测和校正会受到限制。

技术实现要素：

一个实施例涉及一种装置。该装置包括发动机模块、缸内内容模块和发动机排出nox模块。发动机模块配置成解释关于发动机气缸内的操作状态的发动机缸内数据，其中发动机缸内数据包括发动机转矩、发动机转速、轨道压力和喷射开始。缸内内容模块配置成解释关于发动机气缸内的操作状态的至少一个附加缸内数据点。发动机排出nox模块配置成响应于发动机缸内数据和至少一个附加缸内数据点来确定发动机排出nox量。有利地，通过利用缸内数据来确定发动机排出nox量，可以获得相对更准确的确定，其可以提供对发动机排气后处理系统中的一个或多个部件的增强的控制。

另一实施例涉及一种系统。该系统包括与发动机流体连通的排气后处理系统，以及可通信地和可操作地连接到排气后处理系统的控制器。根据一个实施例，控制器配置成：解释关于发动机的气缸内的操作状态的发动机缸内数据，其中发动机缸内数据包括发动机转矩和发动机转速；解释关于发动机的气缸内的操作状态的至少一个附加缸内数据点；以及响应于所述发动机缸内数据和所述至少一个附加缸内数据点来确定发动机排出nox量。

另一个实施例涉及一种方法。该方法包括由控制器识别指示发动机的气缸内一个或多个状态的缸内数据点；由控制器选择一个或多个缸内数据点；响应于所选择的一个或多个缸内数据点，由控制器制定指示发动机在稳态条件下的操作状态的稳态近似值；以及由所述控制器基于所述稳态近似值来确定在瞬态发动机循环中的发动机排出nox量。

另一个实施例涉及一种设备。该设备包括用于解释关于发动机的气缸内的操作状态的发动机缸内数据的装置，发动机缸内数据包括发动机转矩和发动机转速；用于解释关于发动机的气缸内的操作状态的至少一个附加缸内数据点的装置；以及用于响应于所述发动机缸内数据和所述至少一个附加缸内数据点来确定发动机排出nox量的装置。

从以下结合附图的详细描述中，这些和其它特征以及组织和操作方式将变得更加明显。

附图简要说明

图1是根据示例实施例的具有控制器的排气后处理系统的示意图。

图2是根据示例实施例的发动机气缸及其内容的示意图。

图3是根据示例实施例与图1的系统一起使用的控制器的示意图。

图4是示出根据示例实施例的特定气缸内数据对发动机排出nox的形成的影响的灵敏度曲线图。

图5是示出根据示例实施例的基于相对于各种其它发动机排出nox模型的缸内数据的稳态和瞬态发动机排出nox估计结果的图表。

图6是根据示例实施例的瞬态发动机循环图。

图7是根据示例实施例的仅使用缸内氧气分数数据作为用于发动机排出nox估计的缸内数据输入的nox流量瞬态分析图。

图8是根据示例实施例的仅使用缸内氧气分数数据和缸内氧气-燃料比作为发动机排出nox估计的缸内数据输入的nox流量瞬态分析图。

图9是根据示例性实施例的仅使用缸内氧气分数数据、缸内排气再循环分数数据和缸内氧气-燃料比数据作为发动机排出nox估计的缸内数据输入的nox流量瞬态分析图。

图10是根据示例实施例的仅使用缸内氧气分数数据、缸内排气再循环分数数据、缸内截留质量数据以及缸内氧气-燃料比数据作为发动机排出nox估计的缸内数据输入的nox流量瞬态分析图。

图11是根据示例实施例的用于有助于基于缸内数据来确定发动机排出nox量的方法的示意流程图。

具体实施方式

以下是与有助于确定内燃机的发动机排出nox量的方法、装置和系统有关的各种概念以及有助于确定内燃机的发动机排出nox量的方法、装置和系统的各实施方式的详细说明。上文介绍并在下文更详细讨论的各种概念可以以许多方式中的任何一种来实现，所描述的概念不限于任何特定的实施方式。主要出于说明的目的而提供具体实施方式和应用的示例。

总体上参照各附图，本文公开的各实施例涉及一种有助于确定内燃机的发动机排出nox量的系统和方法。根据本公开，控制器识别多个缸内数据点，选择用于发动机排出nox量模型(例如公式、算法、过程等)的一个或多个缸内数据点，以及确定发动机排出nox量。估计或确定发动机排出nox量的常规系统利用进气歧管气缸数据(例如，进气歧管压力数据、进气歧管温度数据、进气歧管氧气分数数据等)和排气歧管气缸数据(例如，排气歧管压力数据、排气歧管温度数据，排气歧管氧气分数数据等)中的至少一个。通常而言，这些常规系统没有考虑发动机气缸内发生的燃烧动力学。结果，在稳定状态和瞬态发动机循环(例如，高速或转矩偏移的时刻)中的至少一个中确定发动机排出nox量时，这些系统往往不准确。如本文更全面地描述的，申请人已经开发了一种系统、方法和装置，其通过利用一个或多个缸内数据(指示发动机的气缸内发生的情况的数据)来促进在稳定状态和瞬态发动机循环处相对精确地确定发动机排出nox量。此外并且有利地，本公开的系统、方法和装置有助于并提供对发动机排出nox的确定，其由于使用缸内数据而可以广泛应用于各种发动机类型。在这方面，这种确定可以独立于发动机构架(例如，六缸、四缸、存在或不存在涡轮增压器等)。根据一实施例，缸内数据包括缸内氧气分数数据。根据其他实施例，缸内数据包括被截留的空气质量数据、缸内排气再循环(egr)数据、进气阀关闭温度(tivc)数据和缸内氧气-燃料比数据。上述提供的缸内数据列表并不是穷尽的，因此控制器可以使用特定缸内数据和其它未提及的缸内数据点的各种组合来确定发动机排出nox量。

通过实验，申请人已经发现，利用缸内数据有助于相对于常规系统和方法相对更准确地确定发动机排出nox。在技术上和有利地，本公开的结果提高了对排气后处理系统中的一个或多个部件的控制水平。例如，当发动机排出nox没有被准确确定时，将柴油排放流体喷射到排气流中的给料器可能会喷射不正确量的柴油排放流体。这种不正确的喷射量可能会导致obd故障触发、后处理系统中包括的一个或多个传感器的诊断不良、后处理系统可能不必要的维修以及(其它中的)柴油排放流体的浪费。因此并且有利地，本公开的系统和方法可以降低不必要维修的成本(例如，柴油排放流体补充等)，便于在稳定状态和瞬态发动机循环中相对精确地确定发动机排出nox、通过降低模型复杂度来聚焦本文所描述的缸内数据以提高对发动机输出nox的动态确定、并且有助于提高对各种后处理部件(例如，给料器等)的控制水平。本公开的这些和其它特征在本文中更全面地解释。

现在参考图1，示出了根据示例实施例的具有控制器的发动机排气后处理系统。应理解的是，图1描绘的原理图只是发动机排气后处理系统的一个实施方式。可以实现利用本文所述的系统和方法的许多不同配置。在一些实施例中，本公开通常可以用于内部燃烧(例如，包括排气后处理系统和不包括排气后处理系统)。因此，虽然本文所述的系统和方法主要涉及发动机排气后处理系统，但是应当理解，本公开的系统和方法可以用于包括和不包括排气后处理系统的多种配置中，从而图1所描绘的实施例并不旨在进行限制。

如图1所示，发动机系统10包括内燃机20和与发动机20排气接收通信的排气后处理系统22。根据一个实施例，发动机20配置成使用柴油燃料的压缩点火内燃机。然而，在各种替代实施例中，发动机20可以被配置为利用任何类型的燃料(例如汽油)的任何其它类型的发动机(例如火花点火)。在内燃机20中，来自大气的空气与燃料混合并燃烧，从而为发动机提供动力。发动机20的压缩室(例如气缸)中的燃料和空气的燃烧产生可操作地排放到排气歧管和排气后处理系统22的排气。

在所示的示例中，排气后处理系统22包括柴油特定过滤器(dpf)40、柴油氧化催化剂(doc)30、具有scr催化剂50的选择性催化还原(scr)系统52和氨氧化(amox)催化剂60。scr系统52还包括还原剂输送系统，该还原剂输送系统具有柴油排放流体(def)源54，该def源54经由def管线58向def给料器56供应def。在排气流动方向上，如方向箭头29所示，排气从发动机20流入排气后处理系统22的入口管24。从入口管24排出的排气流入doc30并离开doc进入到排气管的第一部分28a。从排气管的第一部分28a排出的排气流入dpf40，并离开dpf进入到排气管的第二部分28b。从排气管的第二部分28b排出的排气流入scr催化剂50，并离开scr催化剂进入到排气管的第三部分28c。当排气流过排气管的第二部分28b时，其通过def给料器56被周期性地给予def。因此，排气管的第二部分28b用作分解室或管，以便将def分解成氨。从排气管的第三部分28c排出的排气从排气后处理系统22排出之前，流入amox催化剂60并离开amox催化剂进入出口管26中。基于前述，在图示的实施例中，doc30位于dpf40和scr催化剂50的上游，并且scr催化剂50位于dpf40的下游和amox催化剂60的上游。然而，在替代实施例中，排气后处理系统22的各部件的其它布置也是可以的。

doc30可以具有各种流通(flow-through)设计中的任何一种。通常，doc30配置成氧化排气中的至少一些颗粒物质，例如烟灰的可溶性有机部分，并将排气中的未燃烧的烃和co减少为对环境危害更小的化合物。例如，doc30可以配置成减少排气中的烃和co浓度，以满足排气中那些组分的必要排放标准。doc30的氧化能力的间接结果是doc将no氧化成no2的能力。除了处理排气中的烃和co浓度之外，doc30还可用于dpf40、scr催化剂50以及amox催化剂60的受控再生。这可以通过将未燃烧的hc注射或给料进入doc30上游的排气中来实现。在与doc30接触时，未燃烧的hc经历放热氧化反应，这引起离开doc30并随后进入dpf40、scr催化剂50和/或amox催化剂60的排气的温度升高。选择添加到排气中的未燃烧hc的量，以实现所需的温度升高或目标受控再生温度。

dpf40可以是各种流通(flow-through)或壁流(wall-flow)设计中的任何一种，并且配置成减少排气中的颗粒物质浓度，例如烟灰和灰分，以满足或基本满足必要的排放标准。dpf40捕获颗粒物质和其他成分，因此可能需要定期再生以燃烧掉捕获的成分。另外，dpf40可以配置为氧化no以形成独立于doc30的n02。

如上文简要描述，scr系统52可以包括具有还原剂(例如，def)源54、泵和输送机构或给料器56的还原剂输送系统。还原剂源54可以是能够保留还原剂，例如氨(nh3)，def(例如尿素)或柴油的容器或箱体。还原剂源54与上述泵形成还原剂供给连通，该泵配置成经由还原剂输送管线58将还原剂从还原剂源泵送到输送机构56。输送机构56位于scr催化剂50的上游。输送机构56选择性地可控，以在还原剂进入scr催化剂50之前将其直接注入排气流中。排气流中的nox包括no2和no。通常，在nh3存在下，通过由scr催化剂的催化元素驱动的各种化学反应，no2和no都被还原成n2和h2o。scr催化剂50可以是本领域已知的各种催化剂中的任何一种。例如，在一些实施方式中，scr催化剂50是钒基催化剂，在其它实施方式中，scr催化剂是沸石基催化剂，例如cu-沸石或fe-沸石催化剂。

amox催化剂60可以是配置成与氨反应以主要产生氮气的各种流通催化剂中的任何一种。如上简要描述，amox催化剂60配置成去除已经通过scr催化剂50或者从scr催化剂50中离开而没与排气中的nox反应的氨，。在某些情况下，排气后处理系统22可以使用或不使用amox催化剂来运行。此外，尽管在图1中amox催化剂60示为与scr催化剂50分开的单元，然而在一些实施方式中，amox催化剂可以与scr催化剂集成，例如amox催化剂和scr催化剂可以位于相同的壳体内。根据本公开，scr催化剂和amox催化剂连续定位，其中scr催化剂在amox催化剂之前。在各种其它实施例中，amox催化剂不被包括在排气后处理系统22中。在这些实施例中，nox传感器14也可以被排除在排气后处理系统22之外。

如图所示，多个传感器被包括在后处理系统22中。包括在系统22中的各传感器的数量、布置和类型仅出于示例的目的示出。在其他配置中，各传感器的数量、布置和类型可以不同。如图所示，系统22包括nh3传感器72，nox传感器12、14、55、57，温度传感器16、18和颗粒物质(pm)传感器70。nn3传感器72配置成获取指示scr50中的nh3量的数据。温度传感器16、18配置成获取指示其位置处的温度的数据。nox传感器12、14、55和57配置成获取指示nox传感器所在的每一个位置处的nox量的数据。pm传感器70配置成监测流经排气后处理系统22的颗粒物质。控制器100可通信地联接到后处理系统22中的每个传感器。因此，控制器100配置成从一个或多个传感器接收数据。所接收的数据可以由控制器100用于控制后处理系统中的一个更多的组件和/或用于监视和诊断目的。

虽然后处理系统22被示出为包括位于发动机20之后的nox传感器12，但是由于传感器的采样速率和灵敏度，由nox传感器12提供的数据在瞬态循环期间可能相当不准确，转而不能代表真正发动机排出nox量。例如，发动机20的转矩偏移可能是瞬时的(例如，两秒)，而传感器的采样速率比偏移更长，使得来自偏移的数据被错过并且不被考虑。此外，nox传感器12位于离发动机20一定距离处。因此，nox传感器12可能不反映来自发动机20的真实发动机排出nox量。由于这些缺点，对给料器56(在其它后处理系统部件中)的控制可能不准确。如上所述，这种缺乏控制可能会导致保修索赔、意外的obd故障触发以及后处理系统22的诊断不良。因此，本公开的系统和方法配置成促进相对更精确的发动机排出nox确定过程。

如上所述，虽然示出的排气后处理系统22包括沿着排气流动路径相对于彼此定位在特定位置的doc30、dpf40、scr催化剂50以及amox催化剂60之一，但在其它实施例中，排气后处理系统可以根据需要包括沿着排气流动路径相对于彼此在任意各种位置定位的多种催化剂中的任何一种催化剂以上。此外，尽管doc30和amox催化剂60是非选择性催化剂，但在一些实施例中，doc和amox催化剂可以是选择性催化剂。

图1还示出包括操作者输入/输出(i/o)装置120。操作者i/o装置120可以可通信地联接到控制器100，使得可以在控制器100和i/o装置120之间交换信息，其中该信息可以涉及图1的一个或多个部件或控制器100的确定(如下文所述)。操作者i/o装置120使得发动机系统10的操作者能够与图1的发动机系统10的控制器100和一个或多个部件通信。例如，操作者输入/输出装置120可以包括但不限于交互式显示器、触摸屏设备、一个或多个按钮和开关、语音命令接收器等。在各种替代实施例中，控制器100以及本文描述的各部件可以实施于非车辆应用(例如，发电机)。因此，i/o装置可以特定于那些应用。例如，在那些情况下，i/o装置可以包括笔记本电脑、平板电脑、台式电脑、电话、手表、个人数字助理等。控制器100配置成控制发动机系统10和相关联的子系统(例如内燃机20和排气后处理系统22)(以及每个系统的各种部件，例如给料器56)的操作。根据一个实施例，图1的各部件被嵌入到车辆中。在各种替代实施例中，如上所述，控制器100可以与任何发动机系统和/或任何发动机排气后处理系统(例如发电机)一起使用。车辆可以包括公路车辆或越野车辆，包括但不限于长途运输卡车、中型卡车(例如，皮卡车)、坦克、飞机和任何其他类型的利用排气后处理系统的车辆。两个部件之间和多个部件之间的通信可以经由任何数量的有线或无线连接。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、cat5电缆或任何其他形式的有线连接。相比之下，无线连接可以包括因特网、wi-fi、蜂窝、无线电等。在一个实施例中，控制器局域网(can)总线提供信号、信息和/或数据的交换。can总线包括任何数量的有线和无线连接。因为控制器100可通信地联接到图1的系统和各部件，控制器100配置为从图1所示的一个或多个部件接收数据。关于图3进一步描述控制器100的结构和功能。

现在参考图2，示出了根据示例性实施例的发动机气缸的横截面图。如图所示，气缸200是图1的发动机20的一部分。因此，气缸200便于对燃料(例如柴油)进行压缩点火。如图所示，气缸200接纳活塞201，该活塞201配置成压缩燃料(来自燃料喷射器208)和空气(来自进气歧管)以引起燃烧。气缸200还包括进气阀202和排气阀204。进气阀202联接到进气歧管和egr管道206(例如油管、导管等)。egr管道206可连通地联接到排气歧管和进气歧管。egr管道206被示为包括阀，该阀选择性地控制从排气歧管到进气歧管的排气量。因此，在所示的示例中，气缸200接收充气(例如一定量的空气)加上来自管道206的egr量。活塞201-气缸200利用空气充气、egr和来自喷射器208的燃料以引起燃烧，该燃烧产生发动机20的动力。

nox(包括no和no2的氮氧化物)是燃烧的副产物。由于nox(以及其它化合物)具有形成烟雾、酸雨和其它污染类型的能力，从发动机排放的nox可能是不期望的。可以关于等式(1)-(3)描述nox的形成：

0+n2→no+n

(1)

n+02→0+no

(2)

n+oh→h+no

(3)

等式(1)-(3)是可逆的以及指的是描述如何形成nox的维奇(zeldovich)原理。

还参考图2，如图所示，根据示例性实施例的对应于在先(进气边界数据)、在其中(缸内数据)和在后(排气边界数据)的燃烧条件的各种不同参数被示出。进气边界数据210是指由气缸200接收的充气和egr的状况。进气边界数据210可以包括但不限于进气歧管温度值211、进气歧管压力值212、湿度值213、充气流量值(例如，进气的质量流量)214、进氧量或值215、以及egr分数值216。排气边界数据230可以包括但不限于排气歧管温度231、排气歧管压力232、排气流量速率233和排氧量234。如本文所示和所描述的，当使用进气和/或排气边界数据210、230可以有助于确定发动机排出nox，所述发动机排出nox确定的精度在瞬态和稳态发动机循环中的至少一个期间往往是低的。申请人已经发现，使用缸内数据有助于在稳态和瞬态发动机循环期间相对更准确地确定发动机排出nox。

因此，申请人已经确定了几个缸内数据点。在没有特定顺序的情况下，缸内数据或值220可以包括但不限于发动机转矩225、发动机转速226、喷射开始227和轨道压力228。虽然这些数据点可以提供对于真实发动机排出nox量的近似，但是申请人已经发现，包括截留空气质量值221、缸内氧气分数值222、缸内egr分数值223、tivc值224、缸内氧气-燃料分数229和缸内湿度240的附加缸内数据单独地和组合地对发动机排出nox具有相当大的影响。该影响如图4所示。因此，现在参考图4，根据一个实施例，基于实验数据的一系列曲线图显示出特定缸内数据对nox形成的影响。在曲线图402-414中的每个曲线图中，y轴表示以g/hr(克/小时)为单位的nox量，而x轴表示有兴趣的缸内数据点。曲线图402描绘了根据示例实施例的作为缸内氧气分数(例如，缸内氧气分数数据222)的函数的nox形成。如图所示，增加缸内氧气分数增加了nox的形成。曲线图404描绘了根据示例性实施例的作为喷射开始(例如，喷射开始数据227)的函数的nox形成。如图所示，延迟喷射开始(即，在上止点(btdc)之前更早地开始喷射)与减少nox形成相关。曲线图406描绘了根据示例性实施例的作为轨道压力(例如，轨道压力228数据)的函数的nox形成。轨道压力指的是导轨(例如导管、管道、通道等)中的流体压力，该导轨将流体地连接发动机的一系列燃料喷射器。如曲线图406所示，增加轨道压力与增加nox形成相关。曲线图408描绘了根据示例性实施例的作为缸内氧气-燃料比(ofr)的函数的nox形成。如图所示，ofr的增加与nox形成的增加(例如缸内ofr229数据)相关。曲线图410描绘了作为进气阀关闭时温度(例如，tivc224数据)的函数的nox形成。如图所示，增加tivc与增加nox形成相关。曲线图412描绘了根据示例实施例的作为截留质量(例如，截留空气质量221数据)的函数的nox形成。如图所示，截留空气质量的增加与nox形成的增加相关。曲线图414描绘了根据示例实施例的作为缸内egr分数(例如，缸内egr分数223数据)的函数的nox形成。如图所示，减小缸内egr分数与减少nox形成相关。基于上文，申请人已经确定了缸内氧气分数数据222对nox的产生具有实质性的影响。因此，如图5所示，申请人已经发现，通过利用该缸内数据点(缸内氧气分数数据222)可以实现相对精确地确定发动机输出nox。此外，如下文所述，对用于发动机排出nox模型中的有限数量的缸内数据点的识别降低了模型的复杂性，从而有利地减少计算时间并提高控制器的效率。

考虑到上述描述，现在参考图3，示出了根据一个实施例的控制器100的示例性结构。如图所示，控制器100包括处理电路101，处理电路101包括处理器102和存储器103。处理器102可以被实现为通用处理器、专用集成电路(asic)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、一组处理组件或其它合适的电子处理组件。一个或多个存储器装置103(例如，ram、rom、闪存、硬盘存储器等)可以存储用于促进本文所述的各种处理的数据和/或计算机代码。因此，一个或多个存储器装置103可以可通信地连接到处理器102，并且向处理器102提供计算机代码或指令，以执行本文中关于控制器100描述的处理。此外，一个或多个存储器装置103可以是或包括有形的、非瞬态的易失性存储器或非易失性存储器。因此，一个或多个存储器装置103可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。

存储器103被示为包括用于完成本文所描述的至少一些活动的各种模块。更具体地，存储器103包括配置成便于确定发动机排出nox量的各模块。虽然在图3中示出具有特定功能的各种模块，但是应当理解，控制器100和存储器103可以包括用于完成本文所描述的功能的任何数量的模块。例如，可以将多个模块的活动组合为单个模块，可以包括具有附加功能的附加模块等。此外，应当理解，控制器100可以控制超出本公开范围的其他活动，例如其他车辆系统的控制。在这方面，控制器100可以实现为包括在车辆中的电子控制模块(ecm)，或者包括在现有的ecm中，例如变速器控制单元和任何其它车辆控制单元(例如，排气后处理控制单元、动力总成控制模块、发动机控制模块等)。控制器100的所有这样的结构配置旨在落入本公开的精神和范围内。

本文描述的控制器100的某些操作包括解释和/或确定一个或多个参数的操作。如本文所使用的解释或确定包括通过本领域已知的任何方法接收各值、包括至少从数据链路或网络通信接收各值、接收指示该值的电子信号(例如电压、频率、电流或pwm信号)、接收指示该值的计算机生成的参数、从非瞬时计算机可读存储介质上的存储器位置读取该值、通过本领域已知的任何方式将该值接收为运行时参数、和/或通过接收可以计算被解释参数的值、和/或通过引用被解释为参数值的默认值。

如图所示，控制器100包括发动机模块105、缸内内容模块106、发动机排出nox模块107、后处理模块108和通知模块109。发动机模块105可配置成提供发动机操作命令(例如，指令、指示等)至发动机20，其中这种发动机操作命令可以至少部分地控制发动机20的一个或多个操作方面。发动机操作命令可以包括但不限于点火定时调节、发动机转速调节、排气再循环(egr)流量调节、燃料喷射定时调节、燃料喷射压力调节、燃料喷射量调节、空气流量、燃料喷射脉冲数、燃料流量和发动机转矩输出等。发动机操作命令可以单独提供或与其他命令一起提供。任何前述发动机操作命令可以使用的程度以及进行哪种组合可以基于发动机设计和/或发动机应用而变化。

发动机模块105还配置成接收发动机缸内数据。如图2所示，发动机缸内数据可以包括但不限于发动机转矩或燃料数据225、发动机转速数据226、喷射数据227(例如，喷射开始数据)和轨道压力数据228。发动机转速数据226是指发动机的速度(例如，每分钟转数)。发动机转矩数据225是指发动机的转矩输出(例如牛顿米等)。发动机转矩数据225也可以基于加燃料命令。喷射数据227是指喷射开始(例如，下止点之前或之后的程度等)、喷射燃料量、发动机中每个气缸的喷射次序等中的至少一个。轨道压力数据228指的是流体连接到一个或多个喷射器的轨道(例如油管、管道、导管、通道等)中的流体压力。根据一个实施例，每个发动机缸内数据可由传感器提供。例如，发动机20包括发动机转速传感器、发动机转矩传感器、喷射开始传感器和轨道压力传感器，并且这些传感器可通信地连接到控制器100。根据另一个实施例，可以从一个或多个模型、查找表、公式、算法等确定(例如，估计等)一个或多个上述发动机缸内数据。所有这些变型旨在落入本公开的精神和范围内。

缸内内容模块106配置成接收更多的至少一种缸内数据。如下文和在其它实施例中所描述的，缸内内容模块106配置成确定至少一种更多的缸内数据。该确定可以基于一个或多个公式、算法、查找表、模型等，并且使用一个或多个发动机操作参数，诸如前述的发动机缸内数据。如图2所示，至少一种更多的缸内数据包括但不限于截留空气质量数据221、缸内氧气分数数据222、缸内egr分数数据223、tivc数据224、缸内氧气-燃料比数据229和缸内湿度数据240。如图4所示，申请人已经发现缸内数据221-224和229会影响nox产生。

截留空气质量数据221指的是气缸200中空气的量(例如，质量)。截留空气质量数据221可以由缸内内容模块106从一个或多个传感器接收和/或由缸内内容模块106通过一个或多个过程、公式、算法、模型等确定。模块106可以使用的示例性方法如下：

截留空气质量＝残余质量+补充空气质量

(4)

(5)

α＝2540

(6)

ηexh＝0.3

(7)

可以通过maf传感器或虚拟估计器来感测变量“补充空气质量”。变量“emp”和“emt”分别指排气歧管压力和排气歧管温度。可以使用位于排气歧管中的压力和温度传感器(参见图2)来获取这些值中的每一个值。变量“α”是常量，变量“ηexh”也是常量。这些常量可以基于应用来配置/选择，使得等式(4)-(7)仅示出一个示例确定。可以使用许多其它公式、方程等来确定截留空气质量。

缸内氧气分数数据222是指被气缸中压缩用于燃烧的的氧气的分数。在一个实施例中，缸内氧气分数数据222可以由传感器获取并提供给缸内内容模块106。在另一个实施例中，缸内氧气分数数据222可以由缸内内容模块106基于一个或多个获取的值和/或公式、过程、等式等确定。在另一个实施例中，可以通过由传感器获取的值和一个或多个公式、过程、等式等来确定缸内氧气分数。例如，氧气传感器可以放置在进气歧管和排气歧管中。因此，进气歧管氧气传感器可以提供进气氧气值，并且排气歧管氧气传感器可以提供排气氧气值。基于这两个值，可以使用一个或多个公式来估计缸内氧气分数。用于计算缸内氧气分数的这两种不同的方法识别出不同的发动机系统可能具有不同的结构(例如，在进气歧管和排气歧管中不包括氧气传感器的情况下可以使用第一种方法)。这两种方法仅用于示例性目的而不旨在限制，使得确定或获取指示缸内氧气分数量的数据的其他过程、方程、公式、传感器、模型等旨在落入本公开的精神和范围内。

缸内egr分数数据223是指提供给气缸200的egr的分数。根据一个实施例，缸内egr分数数据223由传感器(例如管道206中的质量流量传感器，其获取表示提供给进气歧管和气缸200的egr量的数据)提供。

根据另一个实施例，缸内egr分数数据223由缸内内容模块106通过一个或多个公式、过程、等式、算法等来确定。示例性的公式由下面的等式(8)(与上文示出的用于计算截留空气质量数据221的等式关联)提供：

其他公式、等式、算法、方法等也可以用于确定缸内egr分数数据223。tivc数据224是指在进气阀关闭时指示气缸内的温度的温度数据。根据一个实施例，温度传感器位于气缸处、气缸内或气缸附近并配置成获取指示进气阀关闭时气缸内的温度的温度数据。根据另一实施例，使用公式、算法、过程等来获取tivc数据224。用于确定tivc数据224的一个这样的示例公式如下面等式(9)(与等式(8)和上述用来计算截留空气质量数据221的等式相关)所示：

在等式(9)中，“imt”指的是进气歧管温度以及“turbointemp”指的是进入涡轮增压器(或与发动机20流体连接的其它空气处理装置)的流体的温度。在另一个实施例中，残余质量(turbointemp)可以用排气歧管温度数据代替。由于位于排气歧管内的温度传感器可以相对较快地获得排气歧管温度数据，这种代替可以促进相对更快的确定时间。因此，由上可以看到，缸内内容模块106可以利用其他和不同的过程来确定tivc数据224。缸内氧气燃料比(ofr)数据229指的是指示气缸200内氧气-燃料比的数据。根据一个实施例，缸内ofr数据229可以由一个或多个传感器提供。根据另一个实施例，缸内内容模块106配置成确定缸内ofr。在该实施例中，缸内内容模块106可以使用一个或多个公式、算法、模型、查找表、等式等。例如，缸内内容模块106可以使用以下等式(10)：

缸内湿度数据240指的是指示气缸200内的湿度(或在一些实施例中为相对湿度)量的数据。因此，根据一个实施例，缸内湿度数据240表示湿度数据213。在这种情况下以及如图2所示，可以使用进气歧管处的湿度传感器感测湿度。根据另一个实施例，缸内湿度数据240经由一个或多个传感器被提供给缸内内容模块106(例如，经由湿度传感器)。在另一个实施例中，缸内内容模块106配置成确定气缸中的湿度量。在该配置中，缸内内容模块106可以使用一个或多个公式、算法、模型、查找表、等式等。在最后两个实施例中的每一个中，缸内湿度数据240可以基于关于气缸内的一个或多个条件的数据(在第一实施例中，湿度数据基于湿度数据213，湿度数据213指示进气中的湿度并用于表示气缸中的湿度)。申请人已经确定使用缸内湿度数据240会影响发动机排出nox量。为此，湿度会以下列方式影响发动机排出nox量：湿度取代影响发动机排出nox的缸内氧气；以及，湿度如同egr那样增加缸内混合物的热容量，从而影响燃烧温度并因此影响发动机排出nox。

响应于缸内数据，发动机排出nox模块107配置成确定发动机排出nox量。虽然确定发动机排出nox的常规系统利用排气歧管数据230和/或进气歧管数据220(参见图2)，但发动机排出nox模块107利用指示气缸中内容的数据。如图5所示，利用一个或多个缸内数据点的本公开的发动机排出nox确定有助于在稳态和瞬态发动机循环中进行相对更精确的发动机排出nox确定。此外，通过利用缸内数据，发动机排出nox模块107利用独立于发动机架构的基于物理的发动机排出nox确定程序。因此，本公开相对于许多不同的发动机系统是可扩展和模块化的。有利地，该结构降低了成本，同时改善了系统的技术性能。发动机排出nox模块107可以利用一个或多个算法、公式、过程、神经网络、模型、查找表等来确定发动机排出nox量。发动机排出nox的过程的选择是基于应用高度可配置的。

后处理模块108配置成控制排气后处理系统(例如后处理系统22)中的一个或多个部件。例如，后处理模块108可以控制经由给料器56喷射的柴油排放流体的频率和量。因此，响应于由发动机排出nox模块107确定的发动机排出nox，后处理模块108可以控制一个或多个部件。相对更精确的发动机排出nox确定可以促进提高后处理模块108的控制水平(例如，相对更精确的柴油排放量可以由给料器56注入)。这种提高的控制水平可以防止触发obd故障代码的风险，obd故障代码否则会由定量器56将不准确量的def注入到排气流中引起。

通知模块109配置成向输入/输出设备120提供一个或多个通知(例如，警报等)。例如，如果所确定的发动机排出nox在警报范围内，则可以将以车辆仪表板上的指示灯的形式的通知被提供给操作者。通常，通知模块109可以经由输入/输出设备120将所选择的信息或数据传播(relay)至操作者。

现在参考图5，示出了根据示例实施例的图表，该图表示出了稳态和瞬态发动机循环的发动机排出nox估计结果，其基于相对于各种其它发动机输出nox模型的缸内数据。图表500中的每列表示用于在稳态条件和瞬态发动机循环条件下确定发动机排出nox量的不同模型。图6描绘了作为转矩(曲线620)和发动机转速(曲线610)的函数的示例性瞬态发动机循环条件。为了填充图表500，申请人已使用图6所描绘的瞬态条件进行了一系列实验并且对相应于这些实验的数据进行了编译。

列512、514、516和518(统称为列510)描绘了在模型中仅使用缸内内容数据(体现在发动机输出nox模块107内)来确定发动机排出nox量。列512表示使用发动机转矩数据225、发动机转速数据226、喷射数据227、轨道压力数据228和仅缸内氧气分数数据222的发动机排出nox模块107。列512后面的实验数据在图7中示出(曲线700和710)。列514表示使用发动机转矩数据225、发动机转速数据226、喷射数据227、轨道压力数据228、缸内氧气分数数据222和缸内ofr数据229的发动机排出nox模块107。列514后面的实验数据在图8中示出(曲线800和810)。列516表示使用发动机转矩数据225、发动机转速数据226、喷射数据227、轨道压力数据228、缸内氧气分数数据222、缸内ofr数据229和缸内egr分数数据223的发动机排出nox模块107。图9描绘了列516后面的实验数据(曲线900)。列518表示使用发动机转矩数据225、发动机转速数据226、喷射数据227、轨道压力数据228、缸内氧气分数数据222、缸内截留空气质量数据221、tivc数据224和缸内egr分数数据223的发动机排出nox模块107。图10描绘了列518后面的实验数据(曲线1000)。如图5底部的归一化部分-条形图所示，相对于描绘使用非缸内内容数据(例如，进气歧管数据或排气歧管数据)或也与非缸内内容数据一起的仅某些缸内内容数据的列520，列510具有更好的稳态和瞬态发动机运行特性。这在条形图530中容易地描绘。条形图部分描绘了由申请人执行的每个测试的相对统计。

参见图7-10和图5，明显地图7-8(即列512-514)对应于相对最精确的发动机排出nox确定。在图7-10中，在浅色(灰色)曲线中示出了由缸内内容模块106确定的发动机排出nox量，而深色(黑色)曲线对应于真实或基本上真实的发动机排出nox量。这至少部分是由于减少了在模型中使用的可能会不利地导致各种数据点之间的交叉互动的数据量。此外，这种相对较高的精确确定也是由于申请人至少部分地将它们的发动机排出nox确定模型集中使用缸内氧气分数数据引起的。如上所述并如图4所示，申请人已经确定并发现缸内氧气分数对发动机排出nox确定具有显著影响。因此，申请人还发现，通过集中呈现出对产生nox具有强大影响的缸内数据点(如缸内氧气分数)，以简化模型来估计发动机排出nox，申请人能够减少计算时间同时也提高了精度。此外，申请人已经通过利用适用于稳态和瞬态发动机循环的确定过程取得了图表500、列510中的结果。有利地，这通过避免使用用于各种发动机操作循环的多个发动机排出nox确定过程来减少存储空间。

现在参考图11，根据一个实施例，示出了识别和选择用于确定发动机排出nox模型的输入变量的方法的流程图。方法1100表示申请人用于汇编图表500并比较发动机排出nox确定过程中各种缸内数据点的影响的示例性分析。根据一个实施例，方法1100表示基于实验室的方法(例如，在测试发动机设置中)。基于方法1100的结果，控制器100中的各模块可以被校准(例如，发动机排出nox确定过程被改进，缸内数据点的识别和选择被执行等)。根据另一个实施例，方法1100可以在技术人员使用的维修工具中实施。在这方面，技术人员可以对控制器100的一个或多个模块进行故障排除。在另一个实施例中，方法1100可以体现在控制器100中，使得控制器100可以连续地经历确定发动机排出nox的过程改进和细化。所有这些变型旨在落入本公开的精神和范围内。

在步骤1102，识别缸内数据点。缸内数据点对应于指示发动机气缸内的一个或多个条件的数据。缸内数据点可以包括但不限于发动机缸内数据点和附加缸内数据点。发动机缸内数据可以包括但不限于发动机转矩数据、发动机转速数据、喷射数据(例如喷射开始的数据)和轨道压力数据。附加缸内数据点可以包括但不限于截留空气质量数据221、缸内氧气分数数据222、缸内egr分数数据223、tivc数据224、缸内氧气-燃料比数据229和缸内湿度数据240。

在步骤1104-1106，选择一个或多个缸内数据点用于构建稳态发动机模型。稳态发动机模型用于在稳态条件(例如，有限的转矩或速度偏移)下建模发动机的运行条件。稳态模型用于基于所选择的缸内数据点估计或确定发动机排出nox。因此，稳态模型可以利用一个或多个算法、过程、方程式、公式、神经网络等。

在步骤1108，使用构建的稳态模型来确定(例如，估计等)在瞬态发动机循环中的发动机排出nox。例如，步骤1108可以包括图6所示的发动机转速和转矩偏移的利用。在步骤1108中，确定发动机排出nox。在实验室设置中，可以将确定的发动机排出nox与真实的发动机排出nox量进行比较。在这方面，可以如图表500所示将在稳态模型中使用的所选择的缸内数据点的效果相互比较。因此，方法1100有助于识别可以提供相对准确的发动机排出nox确定的缸内数据点。

应当理解的是，这里没有任何权利要求要素根据35u.s.c§112(f)的规定来解释，除非使用短语“用于(meansfor)…的装置”明确地记载该要素。

上述示意流程图和方法示意图通常被描述为逻辑流程图。因此，所描绘的顺序和标记的步骤指示代表性的实施例。可以设想在功能、逻辑或效果上等同于示意图中所示方法的一个或多个步骤或其部分的其他步骤、顺序和方法。

此外，提供了所使用的格式和符号来解释示意图的逻辑步骤，并且被理解为不限制图示方法的范围。尽管在示意图中可以采用各种箭头类型和线型，但是应理解为不限制相应方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接器可以用于仅指示方法的逻辑流。例如，箭头可以指示所示方法的枚举步骤之间的未指定持续时间的等待或监视期间。此外，特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵守所示相应步骤的顺序。还将注意到，框图和/或流程图的每个块以及框图和/或流程图中各块的组合可以由执行指定功能或动作的专用基于硬件的系统来实现，或专用硬件和程序代码的组合来实现。

本说明书中描述的许多功能单元已被标记为模块，以便更加特别地强调它们的实现独立性。例如，模块可以被实现为包括定制vlsi电路或门阵列，诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立组件的现成半导体的硬件电路。模块还可以在可编程硬件设备中实现，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。

模块也可以在机器可读介质中实现，以便由各种类型的处理器执行。在一些情况下，用于由各种类型的处理器执行的机器可读介质可以在上述硬件电路中实现。可执行代码的识别模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可以例如被组织为对象、过程或功能。然而，识别模块的可执行文件不需要物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位置的不同的指令，当在逻辑上一起组合时，它们包括模块并实现模块的所述目的。

实际上，计算机可读程序代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以分布在几个不同的代码段上、不同程序之间以及跨越多个存储器设备。类似地，操作数据可以在本文中在模块内被识别和示出，并且可以以任何合适的形式来体现并且被组织在任何合适类型的数据结构内。操作数据可以被收集为单个数据集，或者可以分布在包括不同存储设备在内的不同位置，并且可以至少部分地仅存在为系统或网络上的电子信号。在机器可读介质(或计算机可读介质)中实现模块或模块的一部分的情况下，计算机可读程序代码可以在一个或多个计算机可读介质中被存储和/或传播。

计算机可读介质可以是存储计算机可读程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外、全息、微机械或半导体系统、装置或设备或前述的任何合适的组合。

计算机可读介质的更具体示例可以包括但不限于便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)或闪存、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用盘(dvd)、光学存储设备、磁存储设备、全息存储介质、微机械存储设备或任何合适的上述的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含和/或存储由指令执行系统、装置或设备使用和/或与指令执行系统、设备或设备结合使用的计算机可读程序代码的任何有形介质。

计算机可读介质也可以是计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可以包括其中包含计算机可读程序代码的传播数据信号，例如在基带中或作为载波的一部分。这种传播信号可以采取各种形式的任何形式，包括但不限于电气、电磁、磁性、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质并且可以通信、传播或传送计算机可读程序代码以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的任何计算机可读介质。包含在计算机可读信号介质上的计算机可读程序代码可以使用包括但不限于无线、有线、光纤电缆、射频(rf)等的任何适当的介质或上述的任何合适的组合来发送。

在一个实施例中，计算机可读介质可以包括一个或多个计算机可读存储介质和一个或多个计算机可读信号介质的组合。例如，计算机可读程序代码可以作为电磁信号通过光纤电缆传播，以便由处理器执行并存储在ram存储设备上以供处理器执行。

用于执行本发明各方面操作的计算机可读程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如java，smalltalk，c++等的面向对象的编程语言和常规程序性编程语言，例如“c”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立的计算机可读包、部分地在远程计算机上并部分地在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。

程序代码也可以存储在可引导计算机的计算机可读介质、其他可编程数据处理设备或其他以特定方式工作的设备中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现示意性流程图和/或示意性框图块或多个块中的功能/动作的指令的制品。

贯穿本说明书对“一个实施例”，“实施例”或类似语言的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”和类似的语言的出现可以但不一定都是指相同的实施例。

因此，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本公开可以以其他具体形式实施。所描述的实施例在所有方面被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是前面的描述来指示。属于权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。