專利名稱：烴能量儲存和釋放控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)，更具體地涉及排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
這里提供的背景技術(shù)描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景。當(dāng)前所署名發(fā)明人的在本背景技術(shù)部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申請時可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的各方面，既非明示也非默示地被承認為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)動機燃燒空氣和燃料的混合物，以產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動扭矩?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門被吸入到發(fā)動機中。由一個或多個燃料噴射器提供的燃料與空氣混合，從而形成空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物在發(fā)動機的一個或多個氣缸內(nèi)燃燒。發(fā)動機控制模塊(ECM) 控制發(fā)動機的扭矩輸出。由空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生的排氣從發(fā)動機排出到排氣系統(tǒng)。ECM可以基于來自測量排氣系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)的傳感器的信號分別調(diào)節(jié)一個或多個發(fā)動機參數(shù)。僅舉例，可以在排氣系統(tǒng)內(nèi)實施一個或多個溫度傳感器、排氣流動速率傳感器、氧傳感器和/或其它適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌碜詡鞲衅鞯臏y量可以使ECM能夠調(diào)節(jié)一個或多個發(fā)動機參數(shù)，從而將所測量的一個或多個參數(shù)分別朝向期望的參數(shù)調(diào)節(jié)。然而，隨著在車輛中實施的傳感器的數(shù)量增多， 生產(chǎn)車輛的成本也增加。增加的成本可歸因于傳感器自身、相關(guān)聯(lián)的布線和硬件，以及研究和開發(fā)。另外，車輛生產(chǎn)商會生產(chǎn)出許多不同的車輛，并且每種不同的車輛會具有不同的排氣系統(tǒng)構(gòu)造。校準并調(diào)節(jié)為每個不同的車輛和排氣系統(tǒng)實施的傳感器也會增加車輛的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
—種排氣控制系統(tǒng)包括吸收速率估計模塊、解吸收速率估計模塊、變化速率模塊、 釋放速率估計模塊和燃料控制模塊。所述吸收速率估計模塊估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率。所述解吸收速率估計模塊估計所述部件的烴能量解吸收速率。所述變化速率模塊基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率。所述釋放速率估計模塊基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率。所述燃料控制模塊基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的所述排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。一種排氣控制方法包括估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率；估計所述部件的烴能量解吸收速率；基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率；基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率；以及基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的所述排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。在其它特征中，上面描述的系統(tǒng)和方法通過由一個或多個處理器執(zhí)行的計算機程序來實施。所述計算機程序可以駐存在有形的計算機可讀介質(zhì)上，例如但不限于存儲器、非易失性數(shù)據(jù)存儲器和/或其它適當(dāng)?shù)挠行未鎯橘|(zhì)。本發(fā)明進一步的適用范圍將通過下文提供的詳細描述而變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，該詳細描述和具體示例僅用于說明目的，而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還提供如下方案 1、一種排氣控制系統(tǒng)，其包括
吸收速率估計模塊，所述吸收速率估計模塊估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率； 解吸收速率估計模塊，所述解吸收速率估計模塊估計所述部件的烴能量解吸收速率； 變化速率模塊，所述變化速率模塊基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率；
釋放速率估計模塊，所述釋放速率估計模塊基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率；以及
燃料控制模塊，所述燃料控制模塊基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。2、根據(jù)方案1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括吸收比率模塊，所述吸收比率模塊基于輸入到所述部件的排氣的溫度和所述部件的空間速度來估計所述部件的吸收比率，
其中，所述吸收速率估計模塊基于所述吸收比率來估計所述烴能量吸收速率。3、根據(jù)方案2所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收速率估計模塊還基于進入所述部件的烴的質(zhì)量流率來估計所述烴能量吸收速率。4、根據(jù)方案2所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收速率估計模塊基于所述吸收比率與進入所述部件的烴的質(zhì)量流率的乘積來估計所述烴能量吸收速率。5、根據(jù)方案1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述解吸收速率估計模塊基于輸入到所述部件的排氣的溫度、所述部件的空間速度和由所述部件儲存的烴能量的量來估計所述烴能量解吸收速率。6、根據(jù)方案5所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括儲存能量估計模塊，所述儲存能量估計模塊基于儲存能量變化速率來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。7、根據(jù)方案6所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲存能量估計模塊還基于由所述部件儲存的烴能量的先前的量來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。8、根據(jù)方案1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括狀態(tài)確定模塊，所述狀態(tài)確定模塊基于所述儲存能量變化速率來確定所述部件何時處于能量釋放狀態(tài)。9、根據(jù)方案8所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述烴能量解吸收速率大于所述烴能量吸收速率時，所述狀態(tài)確定模塊確定所述部件處于所述能量釋放狀態(tài)。10、根據(jù)方案1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括
氧化增益估計模塊，所述氧化增益估計模塊基于所述烴能量釋放速率來估計所述部件
4的氧化能量增益速率；
損失確定模塊，所述損失確定模塊基于所述氧化能量增益速率、與所述部件關(guān)聯(lián)的傳導(dǎo)能量損失速率和與所述部件關(guān)聯(lián)的對流能量損失速率來確定所述部件的能量損失速率； 以及
總損失確定模塊，所述總損失確定模塊基于所述部件的所述能量損失速率來確定所述排氣系統(tǒng)中的位置的上游的總能量損失速率，
其中，所述燃料控制模塊基于所述總能量損失速率和所述位置的目標溫度來控制所述燃料噴射速率。11、一種排氣控制方法，其包括 估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率； 估計所述部件的烴能量解吸收速率；
基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率；
基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率；以及
基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。12、根據(jù)方案11所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括
基于輸入到所述部件的排氣的溫度和所述部件的空間速度來估計所述部件的吸收比率；以及
基于所述吸收比率來估計所述烴能量吸收速率。13、根據(jù)方案12所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括還基于進入所述部件的烴的質(zhì)量流率來估計所述烴能量吸收速率。14、根據(jù)方案12所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括基于所述吸收比率與進入所述部件的烴的質(zhì)量流率的乘積來估計所述烴能量吸收速率。15、根據(jù)方案11所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括基于輸入到所述部件的排氣的溫度、所述部件的空間速度和由所述部件儲存的烴能量的量來估計所述烴能量解吸收速率。16、根據(jù)方案15所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括基于所述儲存能量變化速率來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。17、根據(jù)方案16所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括還基于由所述部件儲存的烴能量的先前的量來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。18、根據(jù)方案11所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括基于所述儲存能量變化速率來確定所述部件何時處于能量釋放狀態(tài)。19、根據(jù)方案18所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括當(dāng)所述烴能量解吸收速率大于所述烴能量吸收速率時，確定所述部件處于所述能量釋放狀態(tài)。20、根據(jù)方案11所述的排氣控制方法，其特征在于，其還包括 基于所述烴能量釋放速率來估計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、與所述部件關(guān)聯(lián)的傳導(dǎo)能量損失速率和與所述部件關(guān)聯(lián)的對流能量損失速率來確定所述部件的能量損失速率；
基于所述部件的所述能量損失速率來確定所述排氣系統(tǒng)中的位置的上游的總能量損失速率；以及基于所述總能量損失速率和所述位置的目標溫度來控制所述燃料的噴射速率。


通過詳細描述和附圖將會更全面地理解本發(fā)明，附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性排氣系統(tǒng)的功能框圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性排氣控制模塊的功能框圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性存儲模塊的功能框圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性氧增益估計模塊的功能框圖6是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性存儲能量釋放補償模塊的功能框圖；以及
圖7是描述可由根據(jù)本發(fā)明原理的方法執(zhí)行的示例性步驟的流程圖。
具體實施例方式下面的描述本質(zhì)上僅是示例性的并且決不是要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記標識相似的元件。如這里所使用的，短語A、B和 C中的至少一個應(yīng)當(dāng)被解釋為是指使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解的是， 在不改變本發(fā)明的原理的情況下，可以以不同的順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。如這里所使用的，術(shù)語模塊指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件程序或固件程序的處理器(共用的、專用的、或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所描述功能的其它適合部件。內(nèi)燃發(fā)動機通過空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。由空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生的排氣從發(fā)動機排出到排氣系統(tǒng)。排氣在從排氣系統(tǒng)排出之前流經(jīng)排氣系統(tǒng)的部件。在排氣從排氣系統(tǒng)排出之前，排氣系統(tǒng)可以對排氣進行處理，以減少一種或多種排氣成分的量。排氣控制模塊估計輸入到排氣系統(tǒng)的部件中的給定的一個部件的能量的速率。排氣在從部件的輸入流到輸出的同時可以使能量增益和損失。僅舉例，排氣可以通過對流損失能量。排氣還可以通過傳導(dǎo)損失能量。排氣可以通過排氣的烴的氧化使能量增益。排氣控制模塊估計與部件相關(guān)聯(lián)的對流能量損失速率、傳導(dǎo)能量損失速率和氧化能量增益速率。排氣控制模塊還基于能量輸入速率、對流和傳導(dǎo)能量損失速率以及氧化能量增益速率來估計部件的能量輸出速率。排氣控制模塊基于能量輸出速率估計從部件輸出的排氣的溫度。因為可以省去一個或多個溫度傳感器，所以估計排氣系統(tǒng)中的多個位置處的排氣的溫度可以降低車輛的生產(chǎn)成本。部件可以吸收(S卩，儲存)烴。吸收的烴可以從部件解吸收(即，釋放)。本發(fā)明的排氣控制模塊估計由部件吸收的烴能量的速率和從部件解吸收的烴能量的速率。排氣控制模塊基于烴能量吸收速率和解吸收速率來估計儲存能量變化速率。排氣控制模塊基于儲存能量變化速率來判斷部件是否正在釋放烴能量。當(dāng)部件正在釋放烴能量時，排氣控制模塊基于能量釋放速率來估計部件的氧化增益速率。以這種方式，從部件輸出的能量的速率反映出能量釋放速率?，F(xiàn)在參照圖1，給出了發(fā)動機系統(tǒng)100的示例性實施方案的功能框圖?？諝?燃料混合物在發(fā)動機102內(nèi)燃燒，從而產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動扭矩。盡管將發(fā)動機102作為柴油類型的發(fā)動機來討論，但本發(fā)明可適用于其它類型的發(fā)動機，例如汽油類型的發(fā)動機和其它適當(dāng)類型的發(fā)動機。空氣經(jīng)進氣歧管104和節(jié)氣門106被吸入到發(fā)動機102中。節(jié)氣門106被致動， 以控制進入發(fā)動機102的空氣的流量。節(jié)氣門致動器模塊108通過節(jié)氣門106控制空氣的流率。僅舉例，節(jié)氣門致動器模塊108可以控制節(jié)氣門106的開度。燃料致動器模塊110噴射燃料，燃料與空氣混合，從而形成空氣/燃料混合物。燃料致動器模塊Iio可以在與發(fā)動機102的氣缸112相關(guān)聯(lián)的一個或多個進氣門(未示出)附近將燃料噴射到例如進氣歧管104中，直接噴射到氣缸112中，或者在其它適當(dāng)?shù)奈恢脟娚?。僅舉例，對于發(fā)動機102的每個氣缸，燃料致動器模塊110可以包括一個燃料噴射器(未示出)。盡管示出了單個氣缸112，但發(fā)動機102可以包括多于一個氣缸。氣缸可以布置在一個或多個氣缸組中?？諝?燃料混合物在發(fā)動機102的氣缸內(nèi)燃燒?？諝?燃料混合物的燃燒產(chǎn)生驅(qū)動扭矩，并可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動曲軸(未示出)。發(fā)動機控制模塊(ECM) 130控制發(fā)動機102的扭矩輸出。ECM 130可以基于由駕駛員輸入模塊132提供的駕駛員輸入來控制發(fā)動機102的扭矩輸出。駕駛員輸入模塊132 可以基于加速器踏板位置、制動器踏板位置、巡航控制輸入和其它適當(dāng)?shù)鸟{駛員輸入產(chǎn)生駕駛員輸入。ECM 130可以控制各種發(fā)動機致動器和各種發(fā)動機參數(shù)，以控制發(fā)動機102的扭矩輸出。僅舉例，ECM 130可以控制節(jié)氣門106的開度、燃料噴射的速率、氣缸停用(例如， 被停用的氣缸的數(shù)量)、渦輪增壓器增壓、進氣門和排氣門的打開/關(guān)閉和/或其它發(fā)動機參數(shù)。ECM 130可以與車輛的一個或多個模塊或系統(tǒng)通信。僅舉例，ECM 130可以與混合動力控制模塊1 通信，以協(xié)調(diào)發(fā)動機102和一個或多個電馬達例如電馬達(EM) 156的操作。EM 156還可以用作為發(fā)電機，并可以用于選擇性地產(chǎn)生電能，以供車輛電系統(tǒng)使用和/ 或儲存在能量儲存裝置(未示出)中。ECM 130基于由各種傳感器測量的參數(shù)選擇性地做出控制決策。例如，進氣空氣溫度可以使用進氣空氣溫度(IAT)傳感器140來測量。周圍環(huán)境空氣溫度(Tamb)可以使用周圍環(huán)境溫度傳感器142來測量。通過節(jié)氣門106的空氣的質(zhì)量流率可以使用質(zhì)量空氣流率 (MAF)傳感器144來測量。進氣歧管104內(nèi)的壓力可以使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器146來測量。在各種實施方案中，可以測量發(fā)動機真空度，其中，發(fā)動機真空度基于周圍環(huán)境空氣壓力和進氣歧管104內(nèi)的壓力之間的差來確定。發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)可以使用ECT傳感器148來測量。ECT傳感器148可以定位在發(fā)動機102內(nèi)，或者定位在發(fā)動機冷卻劑被循環(huán)的其它其他位置處，例如定位在散熱器(未示出)中。車輛速度傳感器150測量車輛速度。車輛速度傳感器150可以基于變速器輸出軸速度、車輪速度或車輛速度的其它適當(dāng)測量值來測量車輛速度?，F(xiàn)在參照圖2，給出了與發(fā)動機102相關(guān)聯(lián)的示例性排氣系統(tǒng)200的功能框圖。盡管排氣系統(tǒng)200將被描述為如在圖2中所構(gòu)造，但本發(fā)明可適用于可包括更少或更多數(shù)量的部件的其它排氣系統(tǒng)構(gòu)造。由空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生的排氣從發(fā)動機102排出到排氣歧管202。排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)204可以實施為選擇性地將排氣引導(dǎo)回至進氣歧管104。EGR系統(tǒng)204 可以包括EGR閥206、第一 EGR管208和第二 EGR管210。EGR閥206通過第一 EGR管208 接收來自排氣歧管202的排氣。EGR閥206通過第二 EGR管210選擇性地將來自排氣歧管 202的排氣引導(dǎo)回至進氣歧管104。沒有被EGR系統(tǒng)204引導(dǎo)的排氣可以從排氣歧管202流到渦輪增壓器216。渦輪增壓器216將加壓空氣提供到進氣歧管104。更具體地說，渦輪增壓器216包括壓縮機(在圖1中未示出)，壓縮機吸入空氣，將空氣加壓，并將加壓空氣提供到進氣歧管104。渦輪增壓器壓縮機可以壓縮從進氣歧管104、從環(huán)境和/或從其它適當(dāng)空氣源吸入的空氣。渦輪增壓器壓縮機由排氣供以動力。更具體地說，渦輪增壓器216的葉輪(未示出)可旋轉(zhuǎn)地由排氣驅(qū)動，并且葉輪可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動壓縮機。渦輪增壓器216可以包括可變幾何技術(shù)、可變?nèi)~片技術(shù)、可變噴嘴技術(shù)和/或其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。渦輪增壓器216可以包括另一渦輪增壓器(例如，雙渦輪增壓器)，和/或在排氣系統(tǒng)200中可包括一個或多個額外的渦輪增壓器。廢氣門214可以選擇性地打開，以使排氣旁路通過渦輪增壓器216。以這種方式， 廢氣門214可以用于控制渦輪增壓器216的輸出(S卩，增壓)。ECM 130可以通過增壓致動器模塊218控制渦輪增壓器216的輸出。僅舉例，增壓致動器模塊218可以通過控制廢氣門 214、渦輪增壓器216處于排氣路徑的程度和/或其它適當(dāng)?shù)膮?shù)來控制渦輪增壓器216的輸出。增壓致動器模塊218還可以控制EGR閥206的開度。增壓致動器模塊218可以基于來自ECM 130的一個或多個信號來控制渦輪增壓器216、廢氣門214和/或EGR閥206。排氣可以從渦輪增壓器216流到第一排氣管220。排氣可以通過第一排氣管220 流到第一圓錐截頭體222。第一圓錐截頭體222可以在第一圓錐截頭體222的頂部處接收排氣，并且排氣可以流向第一圓錐截頭體222的基部。第一圓錐截頭體222可以包括從第一排氣管220到第一催化劑224的增加開度。第一催化劑2M包括氧化催化劑(0C)。雖然可以包括其它類型的0C，但是第一催化劑2M將被描述為包括柴油氧化催化劑(DOC)。DOC 2M可以在與第一排氣管220類似的殼體內(nèi)實施。排氣可以通過DOC 2 流到第二圓錐截頭體226。第二圓錐截頭體2 可以在第二圓錐截頭體226的基部接收排氣，并且排氣可以流向第二圓錐截頭體226的頂部。第二圓錐截頭體2 可以包括從DOC 2M到第二排氣管 228的減小開度。排氣可以通過第二排氣管2 流到第三圓錐截頭體230。第三圓錐截頭體230可以在第三圓錐截頭體230的頂部處接收排氣，并且排氣可以流向第三圓錐截頭體230的基部。第三圓錐截頭體230可以包括從第二排氣管2 到催化劑/過濾器單元232的增加開度。催化劑/過濾器單元232可以包括催化劑234和顆粒過濾器236。雖然可以包括其它類型的催化劑和顆粒過濾器，但是催化劑234將被描述為包括選擇性催化還原(SCR)催化劑，并且過濾器236將被描述為包括柴油顆粒過濾器(DPF)。SCR催化劑234和DPF 236 可以一起實施在一個殼體內(nèi)，如圖2所示，或者SCR催化劑234和DPF 236可以在獨立的殼體內(nèi)實施。排氣可以通過第四圓錐截頭體238從催化劑/過濾器單元232流到第三排氣管 2400第四圓錐截頭體238可以在第四圓錐截頭體238的基部處接收排氣，并且排氣可以流向第四圓錐截頭體238的頂部。第四圓錐截頭體238可以包括從催化劑/過濾器單元232 到第三排氣管240的減小開度。排氣系統(tǒng)200還可以包括未在圖2中示出的一個或多個額外部件。排氣系統(tǒng)200可以在DOC 224的上游位置包括燃料致動器模塊250，燃料致動器模塊250噴射燃料或其它烴，從而將流體提供到排氣系統(tǒng)200。燃料致動器模塊250可以包括一個或多個燃料噴射器。噴射到排氣系統(tǒng)200中的燃料可以蒸發(fā)。僅舉例，來自排氣的熱可以使噴射的燃料蒸發(fā)。DOC 2M使烴氧化，氧化產(chǎn)生熱。由烴氧化產(chǎn)生的熱通過排氣的流動引導(dǎo)到DOC 224的下游。還可以包括將配量劑(例如脲)噴射到排氣系統(tǒng)200中的配量劑致動器模塊(未示出)。配量劑致動器模塊可以在DOC 2 和SCR催化劑234之間的位置處噴射配量劑。SCR 催化劑234可以選擇性地吸收由配量劑提供的氨(NH3),氨可以與經(jīng)過SCR催化劑234的氧化氮(NOx)反應(yīng)。通過與氨反應(yīng)從排氣中去除的排氣的NOx的百分比可以稱作NOx轉(zhuǎn)化效率。NOx轉(zhuǎn)化效率可以與SCR催化劑234的儲存容量有關(guān)，而儲存容量可以與SCR催化劑234的溫度逆相關(guān)。由DOC 2 轉(zhuǎn)化(例如氧化)的HC的百分比可以稱作HC轉(zhuǎn)化效率。HC轉(zhuǎn)化效率可以與排氣溫度有關(guān)。DPF 236可以過濾來自經(jīng)過DPF 236的排氣的顆粒。從排氣過濾的顆粒會隨時間累積在DPF 236內(nèi)?？梢酝ㄟ^稱作再生的方法從DPF 236中去除在DPF 236內(nèi)捕獲的顆粒。DPF 236的再生可包括來自DPF 236的所捕獲顆粒的清除。顆粒會在比預(yù)定溫度 (例如，大約600-800°C)高的溫度下燃燒。通過DPF 236上游的烴氧化(例如通過DOC 224) 產(chǎn)生的熱可以用于產(chǎn)生用于再生的溫度條件。ECM 130可以包括排氣控制模塊270，后者控制燃料向排氣系統(tǒng)200的噴射。僅舉例，排氣控制模塊270可以通過燃料致動器模塊250控制噴射到排氣系統(tǒng)200中的燃料的質(zhì)量流率(例如g/s)。噴射到排氣系統(tǒng)200中的燃料可以稱作后燃燒燃料，因為其噴射到發(fā)動機102的下游。排氣控制模塊270和/或ECM 130可以基于來自一個或多個傳感器的信號做出控制決策。排氣系統(tǒng)200可以包括渦輪出口溫度傳感器觀0、氧傳感器282和排氣流率(EFR) 傳感器觀4。渦輪出口溫度傳感器280測量從渦輪增壓器216輸出的排氣的溫度，并相應(yīng)地產(chǎn)生渦輪出口溫度信號(Ttu__ott)。換言之，渦輪出口溫度傳感器280測量輸入到第一排氣管220的排氣的溫度。氧傳感器282測量輸入到第一排氣管220的排氣的氧濃度，并基于氧濃度產(chǎn)生02 (氧)信號。在其它實施方案中，可以實施λ (lambda)傳感器(未示出)，并且可以省去氧傳感器觀2。EFR傳感器284測量輸入到第一排氣管220的排氣的質(zhì)量流率，并相應(yīng)地產(chǎn)生 EFR信號。雖然排氣控制模塊270示出并描述為定位在ECM 130內(nèi)，但是排氣控制模塊270 可以定位在其它適當(dāng)?shù)奈恢?，例如定位在ECM 130的外部。排氣控制模塊270確定輸入到給定部件的能量的速率。排氣控制模塊270還估計可歸因于傳導(dǎo)的能量損失速率和可歸因于通過對流的能量損失速率。排氣控制模塊270還可以估計部件的可歸因于烴氧化的能量增益速率。排氣控制模塊270基于輸入到部件的能量的速率、對流能量損失速率、傳導(dǎo)能量損失速率和氧化能量增益速率來估計來自給定部件的凈能量輸出速率。排氣控制模塊270 基于從部件輸出的能量的凈速率估計從部件輸出的排氣的溫度。排氣控制模塊270可以使用部件的溫度和凈能量輸出速率作為下一個部件的溫度和輸入能量速率。排氣控制模塊270可以估計下一個部件的對流能量損失速率、傳導(dǎo)能量損失速率、氧化能量增益速率、凈輸出能量速率和出口溫度，依此類推。排氣控制模塊270可以在部件的入口和出口之間的期望位置處例如在DPF 236內(nèi)額外地或替代地估計排氣的凈能量。排氣控制模塊270可以基于部件的能量輸入速率、入口和期望位置之間的對流損失速率、入口和期望位置之間的傳導(dǎo)損失速率以及入口和期望位置之間的氧化增益速率估計期望位置處的凈能量。排氣控制模塊270可以基于期望位置處的凈能量估計期望位置處的排氣的溫度。排氣控制模塊270可以基于一個或多個溫度控制一個或多個參數(shù)?，F(xiàn)在參照圖3，給出了排氣控制模塊270的示例性實施方案的功能框圖。排氣控制模塊270可以包括輸入能量模塊302、存儲模塊306、對流損失估計模塊310、傳導(dǎo)損失估計模塊314和氧化增益估計模塊318。排氣控制模塊270還可以包括動能模塊322、凈能量確定模塊凈能量輸出模塊326、溫度估計模塊334、時間常數(shù)確定模塊338和EFR估計模塊 342。排氣控制模塊270還可以包括損失確定模塊346和總損失確定模塊350。輸入能量模塊302估計輸入到第一排氣管220的能量的速率，并可以估計輸入到在第一排氣管220的下游實施的每個部件的能量的速率。在下文中將第一排氣管220和在第一排氣管220的下游實施的部件統(tǒng)稱為部件220140。輸入能量模塊302可以基于輸入到部件的排氣的溫度、到部件的EFR和輸入到部件的排氣的比熱來確定部件220140中的給定的一個部件的輸入能量速率。僅舉例，輸入能量模塊302可以使用以下等式來確定部件220-240中的給定的一個部件的輸入能量速率 (例如，J/s)
T
⑴eIN = CgsEFR，
其中，Ein是輸入到部件的能量的速率，Te是輸入到部件的排氣的溫度，Ce是輸入到部件的排氣的比熱，EFR是輸入到部件的排氣的質(zhì)量流率。對于第一排氣管220，Te可以是渦輪出口溫度，EFR可以是由EFR傳感器284測量的EFR。輸入能量模塊302可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲輸入能量速率。輸入到部件220-240中的每個部件的排氣的比熱可以由對流損失估計模塊310確定。下面可以結(jié)合圖4和圖5的示例性實施例看到確定比熱的更詳細的描述?？傊谂艢獾难鯘舛葋硇Ｕ葻?。可以將部件220-240中的每個部件分類為三組中的一組。僅舉例，部件220-240中的每個部件可以表征為管、塊(brick)或圓錐截頭體?？梢詫⒌谝慌艢夤?20、第二排氣管 228和第三排氣管240分類為管。可以將第一圓錐截頭體220、第二圓錐截頭體226、第三圓錐截頭體230和第四圓錐截頭體238分類為圓錐截頭體。可以DOC 2M、SCR催化劑234 和DPF 236分類為塊。因為DOC 224、SCR催化劑2；34和DPF 236容納在殼體內(nèi)，所以DOC 224、SCR催化劑234和DPF 236也可以認為包括塊和管。對流損失估計模塊310可以確定部件220-240中的每個部件的排氣的比熱。對流損失估計模塊310可以基于輸入到部件220-240中的給定的一個部件的排氣的溫度來確定該部件內(nèi)的排氣的比熱。對于第一排氣管220，例如，對流損失估計模塊310可以基于渦輪出口溫度來確定排氣的比熱。輸入到在第一排氣管220的下游實施的部件的排氣的溫度可以等于從直接在該部件的上游實施的另一部件輸出的排氣的溫度。僅舉例，輸入到第二排氣管228的排氣的溫度可以等于從第二圓錐截頭體2 輸出的排氣的溫度。下面詳細描述從部件輸出的溫度的估計。對流損失估計模塊310可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲比熱。對流損失估計模塊310可以估計部件220-240中的每個部件的可歸因于對流的能量損失速率。盡管將可歸因于對流的能量損失速率論述稱為損失，但在一些情況下，對流能量損失速率可以是能量增益速率。僅舉例，對流損失估計模塊310可以例如使用以下等式來估計部件220140中的給定的一個部件的對流能量損失速率(例如，J/s)
(2)Ecv=(Ts-Tg)Hcv,
其中，Ecv是對流能量損失速率，Ts是在排氣和部件之間發(fā)生對流時部件的表面區(qū)域的溫度，Te是輸入到部件的排氣的溫度，A是發(fā)生對流的部件的表面積，1^是預(yù)定的對流系數(shù)。對于給定的塊，對流損失估計模塊310可以估計排氣和塊之間的一個對流能量損失速率以及排氣和殼體之間的一個對流能量損失速率。僅舉例，對流損失估計模塊310可以基于這兩個對流能量損失速率的總和來確定塊的對流能量損失速率。對流損失估計模塊310可以例如基于下式的積分來估計給定部件的表面區(qū)域的溫度(即，Ts):
(3)EcV-L
其中，Ew+是在最后控制環(huán)期間部件的對流能量損失，V是部件的體積，D是部件的密度，C。是部件的預(yù)定比熱。對流損失估計模塊310還可以將表面區(qū)域的溫度限制到預(yù)定的最小溫度(例如，0K)和預(yù)定的最大溫度(例如，1500K)之間，兩個端點也包括在內(nèi)。對流損失估計模塊310可以使用等式( 和等式C3)來估計給定管、給定圓錐體和給定塊的殼體的對流損失速率。然而，為了估計給定塊的對流損失速率，對流損失估計模塊310可以例如基于下式的積分結(jié)果來估計給定塊的表面區(qū)域的溫度
(4)EcV-L
其中，m是塊的質(zhì)量，Cc是塊的預(yù)定比熱。部件220-M0中的每個部件的特征可以存儲在存儲模塊306內(nèi)，并可以在需要時從存儲模塊306取回。僅舉例，可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲部件220-M0中的每個部件的表面積、部件220-240中的每個部件的預(yù)定對流系數(shù)、部件220-240中的每個部件的體積、部件220-M0中的每個部件的比熱和未示出的其它適當(dāng)特征?？梢岳缭谲囕v離開組裝位置之前存儲部件220140中的每個部件的特征。當(dāng)需要時，對流損失估計模塊310和/或其它模塊可以從存儲模塊306取回部件特征。對流損失估計模塊310可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲對流能量損失速率。傳導(dǎo)損失估計模塊314可以估計部件220-240中的每個部件的可歸因于傳導(dǎo)的能量損失速率。僅舉例，傳導(dǎo)損失估計模塊314可以使用以下等式來估計部件220140中的給定的一個部件的傳導(dǎo)能量損失速率(例如，J/s)
(5) ECD=-ksA* 手，
其中，Ecd是部件的傳導(dǎo)能量損失速率，k是部件的預(yù)定傳導(dǎo)系數(shù)，A是兩個熱場之間的給定部件的表面積，ΔΤ是輸入到部件的排氣的溫度和環(huán)境溫度之間的溫度差，χ是兩個熱場之間的部件的厚度。下面更詳細地討論環(huán)境溫度。對于給定的塊，傳導(dǎo)損失估計模塊314可以估計塊和殼體之間的一個傳導(dǎo)能量損失速率以及殼體和環(huán)境之間的一個傳導(dǎo)能量損失速率。僅舉例，傳導(dǎo)損失估計模塊314可以基于這兩個傳導(dǎo)能量損失速率的總和來確定塊的傳導(dǎo)能量損失速率。傳導(dǎo)損失估計模塊314可以通過基于車輛速度調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度來確定環(huán)境溫度。更具體地說，傳導(dǎo)損失估計模塊314可以基于車輛速度來確定溫度校正，并基于溫度校正來調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度，以確定環(huán)境溫度。傳導(dǎo)損失估計模塊314可以通過存儲模塊306 內(nèi)的部件存儲傳導(dǎo)能量損失速率。能量可以在部件220-M0中的一個或多個部件內(nèi)通過HC氧化而增益。可以在給定部件內(nèi)氧化的HC可以由發(fā)動機102內(nèi)的燃燒產(chǎn)生，可以由燃料致動器模塊250提供，可以從上游部件逸出，可以從上游部件釋放出來，和/或來自于其它適當(dāng)?shù)脑?。氧化增益估計模塊318可以估計部件220-M0中的每個部件的氧化能量增益速率。僅舉例，氧化增益估計模塊318可以基于轉(zhuǎn)化能量增益速率和相變能量損失速率來估計部件220140中的給定的一個部件的氧化能量增益速率(例如，J/s)。給定部件可以通過HC的轉(zhuǎn)化(例如，氧化)使氧化能量增益?？梢詫⑼ㄟ^HC轉(zhuǎn)化所增益的能量的速率稱作轉(zhuǎn)化能量增益速率。給定部件可以通過使燃料的相從液體變?yōu)闅怏w(即，使燃料蒸發(fā))使氧化能量損失。可以將改變?nèi)剂系南鄵p失的能量的速率稱作相變能量損失速率。氧化增益估計模塊318可以基于轉(zhuǎn)化能量增益速率和相變能量損失速率的總和來確定部件220140中的給定的一個部件的氧化能量增益速率。氧化增益估計模塊318還可以確定部件220-240中的每個部件的燃料逸出速率和未蒸發(fā)的HC輸出速率。氧化增益估計模塊318可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲氧化能量增益速率。氧化增益估計模塊318還可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲燃料逸出速率和/或未蒸發(fā)的HC輸出速率。下面結(jié)合圖5的示例性實施例進一步討論氧化增益估計模塊318。排氣可以在一些部件內(nèi)例如在第一圓錐截頭體222、第二圓錐截頭體226、第三圓錐截頭體230和第四圓錐截頭體238內(nèi)使動能增益或損失。動能增益可歸因于例如沿排氣流動的方向的開度面積的減小(因此壓力增大)。動能損失可歸因于排氣流動的方向的開度面積的增大(因此，壓力減小)。僅舉例，排氣可以在第一圓錐截頭體222和第三圓錐截頭體 230內(nèi)使動能損失，而排氣可以在第二圓錐截頭體2 和第四圓錐截頭體238使動能增益。動能模塊322可以確定每個圓錐截頭體的出口溫度。動能模塊322可以確定基于流入給定圓錐截頭體的排氣的溫度來確定流入該圓錐截頭體的排氣的焓。動能模塊322還可以基于進入圓錐截頭體的排氣的體積流率和圓錐截頭體的開度面積的變化來確定焓變。 動能模塊322可以基于焓變來調(diào)節(jié)焓，并可以將經(jīng)調(diào)節(jié)的焓轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹跍囟?。出口溫度可以由溫度估計模塊334使用，例如用于估計或調(diào)節(jié)圓錐截頭體的出口溫度。在一些實施方案中，圓錐截頭體的動能增益或損失可以是可忽略的。因此，在一些實施方案中，為了存儲分配和保持計算效率，可以省去動能模塊322。凈能量輸出模塊3 可以確定通過排氣從部件220-240中的每個部件輸出的凈速率能量。凈能量輸出模塊3 可以基于輸入到部件220-240中的給定的一個部件的能量的速率、該部件的對流能量損失速率、該部件的傳導(dǎo)能量損失速率和該部件的氧化能量增益速率來確定從該部件輸出的凈能量速率(例如，J/s)。僅舉例，凈能量輸出模塊3 可以使用以下等式來確定部件的凈能量輸出速率
(6)E肥τ = Ε|Μ+Εο+Ε。ν+Ε。0，
其中，Enet是從部件輸出的凈能量速率，Ein是輸入到部件的能量的速率(正的)，E0是部件內(nèi)的氧化能量增益速率(正的或零)，Ecv是部件的對流能量損失速率(正的或負的)，Ecd是部件的傳導(dǎo)能量損失速率(通常為負的)。凈能量輸出模塊3 可以通過存儲模塊306內(nèi)的部件存儲凈能量輸出速率。來自于部件220-M0中的一個部件的凈能量輸出速率(即，Enet)可以用作為輸入到部件220-240 中的下一個部件的能量的速率(即，Ein)?；诓考娜肟诤统隹谥g的期望位置的上游的能量增益和損失，凈能量輸出模塊3 可以確定期望位置處的凈能量速率。僅舉例，凈能量輸出模塊3 可以使用等式(6) 來確定期望位置處的凈能量速率，其中，Ein是到第一排氣管220的輸入能量速率，Etj是期望位置的上游的總氧化能量增益速率，Ecv是期望位置的上游的總對流能量損失速率，Ecd是期望位置的上游的總傳導(dǎo)能量損失速率。僅對于另一示例，凈能量輸出模塊3 可以使用等式(6)來確定期望位置處的凈能量速率，其中，Ein是部件的輸入能量速率，&是部件的入口和期望位置之間的氧化能量增益速率，Ect是部件的入口和期望位置之間的對流能量損失速率，Em是部件的入口和期望位置之間的傳導(dǎo)能量損失速率。當(dāng)期望位置在部件的入口和出口之間時，可以使用期望位置的上游的部件的特征、平均值或其它適當(dāng)?shù)臏y量值。溫度估計模塊334可以基于某個位置處的凈能量速率來估計該位置處的排氣的溫度。溫度估計模塊334可以基于從部件220-240中的給定的一個部件輸出的凈能量速率來估計從該部件輸出的排氣的溫度。溫度估計模塊334可以基于部件的入口和出口之間的期望位置處的凈能量速率來估計該期望位置處的排氣的溫度。僅舉例，溫度估計模塊334 可以通過對下式相對于時間求積分且調(diào)節(jié)部件的時間常數(shù)來估計部件的期望位置處的排氣的溫度(Tmut)其中，Enet是該位置處的凈能量速率，Ce是輸入到該部件的排氣的比熱，EFR是輸入到該部件的排氣的EFR。EFR估計模塊342可以基于由EFR傳感器284提供的EFR和在部件的上游實施的部件220-240的特征來估計所述位置處的EFR。EFR估計模塊342可以通過存儲模塊306 內(nèi)的部件存儲EFR。時間常數(shù)確定模塊338可以確定時間常數(shù)。時間常數(shù)確定模塊338可以確定部件220-240中的每個部件的時間常數(shù)，并可以通過溫度估計模塊334使用的部件將時間常數(shù)存儲在存儲模塊306內(nèi)。僅舉例，時間常數(shù)確定模塊338可以使用以下等式來確定部件 220-240中的給定的一個部件的時間常數(shù)
權(quán)利要求
1.一種排氣控制系統(tǒng)，其包括吸收速率估計模塊，所述吸收速率估計模塊估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率；解吸收速率估計模塊，所述解吸收速率估計模塊估計所述部件的烴能量解吸收速率；變化速率模塊，所述變化速率模塊基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率；釋放速率估計模塊，所述釋放速率估計模塊基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率；以及燃料控制模塊，所述燃料控制模塊基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括吸收比率模塊，所述吸收比率模塊基于輸入到所述部件的排氣的溫度和所述部件的空間速度來估計所述部件的吸收比率，其中，所述吸收速率估計模塊基于所述吸收比率來估計所述烴能量吸收速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收速率估計模塊還基于進入所述部件的烴的質(zhì)量流率來估計所述烴能量吸收速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收速率估計模塊基于所述吸收比率與進入所述部件的烴的質(zhì)量流率的乘積來估計所述烴能量吸收速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述解吸收速率估計模塊基于輸入到所述部件的排氣的溫度、所述部件的空間速度和由所述部件儲存的烴能量的量來估計所述烴能量解吸收速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括儲存能量估計模塊， 所述儲存能量估計模塊基于儲存能量變化速率來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲存能量估計模塊還基于由所述部件儲存的烴能量的先前的量來估計由所述部件儲存的所述烴能量的量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括狀態(tài)確定模塊，所述狀態(tài)確定模塊基于所述儲存能量變化速率來確定所述部件何時處于能量釋放狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述烴能量解吸收速率大于所述烴能量吸收速率時，所述狀態(tài)確定模塊確定所述部件處于所述能量釋放狀態(tài)。
10.一種排氣控制方法，其包括估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率；估計所述部件的烴能量解吸收速率；基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率；基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率；以及基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及烴能量儲存和釋放控制系統(tǒng)及方法。一種排氣控制系統(tǒng)包括吸收速率估計模塊、解吸收速率估計模塊、變化速率模塊、釋放速率估計模塊和燃料控制模塊。所述吸收速率估計模塊估計排氣系統(tǒng)的部件的烴能量吸收速率。所述解吸收速率估計模塊估計所述部件的烴能量解吸收速率。所述變化速率模塊基于烴吸收速率和烴解吸收速率之間的差值來確定儲存能量變化速率。所述釋放速率估計模塊基于所述儲存能量變化速率來估計所述部件的烴能量釋放速率。所述燃料控制模塊基于所述烴能量釋放速率來控制到氧化催化劑的上游的所述排氣系統(tǒng)中的燃料噴射速率。
文檔編號F01N3/025GK102235215SQ201110108418
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者巴拉薩 P. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司