CN102465779A - 用于预测NOx量的方法以及使用该方法的排放系统 - Google Patents

Abstract

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。所述用于预测NOx量的方法可以包括检测进气中的O₂量，根据发动机的驱动条件计算进气中的参考O₂量，根据发动机的所述驱动条件确定包含在排放气体中的参考NOx量，并且基于根据发动机的所述驱动条件的检测的进气中的O₂量和进气中的参考O₂量对参考NOx量进行首次修正。

Description

用于预测NOx量的方法以及使用该方法的排放系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2010-0115238号的优先权和权益，上述申请的全部内容通过引用的方式结合于此。

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准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进入安装在排放管上的催化转化器，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排入空气。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此外，用于俘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-NOx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俘获(lean NOx trap，LNT)催化剂用作这样的DE-NOx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，通过整合每次的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，通过整合每次的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。

公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域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，对根据基于进气中的O2量和环境因子的映射图并根据发动机的驱动条件而计算的NOx量进行修正，从而准确预测包含在排放气体中的NOx量。

在本发明的一个方面，用于预测NOx量的方法可以包括：检测进气中的O2量，根据发动机的驱动条件确定进气中的参考O2量，根据发动机的所述驱动条件确定包含在排放气体中的参考NOx量(ψ_{NOx，Exh，Ref})，并且基于根据发动机的所述驱动条件的检测的进气中的O2量(ψ_O2，Intk)和确定的进气中的参考O2量(ψ_{O2，Intk，Ref})对确定的参考NOx量(ψ_{NOx，Exh，Ref})进行修正。

进气中的O2量可以根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、EGR比率、发动机速度、氧传感器的拉姆达(lambda)以及基于总燃料喷射量检测的排放气体中的O2量和空气中的O2量而进行检测。

排放气体中的O2量可以通过如下关系确定

${\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Exhaust}}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Air}}\·L_{\mathrm{st}}\·({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}-1)}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}\·L_{\mathrm{st}}+1},$

其中ψ_O2，Air代表空气中的O2量，L_st代表化学计量的空气/燃料比，λ_in代表穿过EGR装置的氧的拉姆达。

修正的参考NOx量可以通过以下关系确定，

${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh}}={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh},\mathrm{Ref}}\·{\left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk}}}{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk},\mathrm{Ref}}}\right)}^x$

其中ψ_NOx，Exh代表修正的参考NOx量，x可以是关联指数。

发动机的驱动条件可以包括发动机速度、当前啮合齿轮级(gearstep)、当前燃料喷射量、供给进入发动机燃烧室的进气的温度以及冷却剂温度。

该方法可以进一步包括根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正。

根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正可以包括：根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量确定第一修正系数，以及根据所述第一修正系数对修正的参考NOx量进行修正。

根据环境因子对修正的NOx量进行二次修正可以包括：根据发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度确定第二修正系数，以及根据所述第二修正系数对修正的参考NOx量进行修正。

根据环境因子对修正的NOx量进行二次修正可以包括：根据发动机速度、当前燃料喷射量和供给进入发动机燃烧室的进气的温度确定第三修正系数，以及根据所述第三修正系数对修正的参考NOx量进行修正。

在本发明的另一方面，所述排放系统可以包括：排放管，排放气体流动穿过所述排放管，所述排放气体在具有将燃料喷射进入燃烧室的第一喷射器的发动机处产生；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所述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，其中所述控制部分检测进气中的O2量，根据发动机的驱动条件确定进气中的参考O2量，根据发动机的所述驱动条件确定参考NOx量，并且根据检测的进气中的O2量和确定的进气中的参考O2量对确定的参考NOx量进行修正。

进气中的O2量可以根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、EGR比率、发动机速度、氧传感器的拉姆达以及基于总燃料喷射量检测的排放气体中的O2量和空气中的O2量而进行检测。

发动机的驱动条件可以包括发动机速度、当前啮合齿轮级、当前燃料喷射量、供给进入发动机燃烧室的进气的温度以及冷却剂温度。

所述控制部分可以根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正。

通过使用根据所述环境因子的第一、第二和第三修正系数，所述控制部分可以对修正的参考NOx量进行二次修正。

所述第一修正系数可以基于供给进入发动机燃烧室的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量而确定。

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。

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进入发动机燃烧室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进入发动机燃烧室的空气的比率进行控制而进行控制。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。

附图说明

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，根据进气中的O2量和参考O2量对参考NOx量进行首次修正的流程图。

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量进行二次修正的流程图。

应理解的是，附图呈现了阐述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表示，从而不一定是按比例绘制的。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状，将部分地由具体意图的应用以及使用环境所确定。

在附图中，附图标记在全部的几个附图中表示本发明的相同或者等效的部分。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，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选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

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可以包括发动机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排放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的下游安装于排放管20，并且检测穿过排放气体再循环装置80的排放气体中的氧量。

第二喷射器90在排放气体再循环装置80的下游安装于排放管20，电连接至控制部分50，并且根据控制部分50的控制执行将燃料附加喷射进入排放管20。

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^*→C2H4

C16H34→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，并且俘获包含在穿过排放管20排放的排放气体中的微粒物质(PM)。在本说明书中，微粒物质过滤设备30和微粒过滤器30用于代表相同的过滤器。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于微粒过滤器30。这样的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，或者可以均匀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(regenerated)。在这种情况下，第一喷射器14能够对燃料进行后喷射，从而使得俘获在微粒过滤器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执行释放的氮氧化物的还原反应，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，并且通过增大铂(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附加安装于排放管20。然而，除了将第二氧传感器62附加安装于排放管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对待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可以包括后喷射。

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，用于将还原剂喷射进入排放气体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可以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。

第一催化剂层使得包含在排放气体中的氮氧化物氧化，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进入第二催化剂层。

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。

第二催化剂层可以包括吸附材料。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的运行。

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，附加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中所示，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、第一氧传感器25、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。

第一氧传感器25检测穿过EGR装置80的排放气体中的氧量。由第一氧传感器25检测的值表示为拉姆达(λ_in)。

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，根据进气中的O2量、进气中的参考O2量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可以包括多个传感器，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，根据进气中的O2量和参考O2量对参考NOx量进行首次修正的流程图，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量进行二次修正的流程图。

进气量检测器140检测进气量，EGR量检测器150检测EGR量。然后，在步骤S210中，控制部分50通过将EGR量和进气量相加而检测供给进入发动机燃烧室的总气量。此外，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，第一氧传感器25检测拉姆达(λ_in)；在步骤S250中，控制部分50通过整合由燃料喷射量传感器130检测的每次燃料喷射量而检测总燃料喷射量。此外，在步骤S260中，齿轮级检测器100检测当前啮合齿轮级；在步骤S270，燃料喷射量检测器130检测当前喷射的燃料量；在步骤S280中，进气温度检测器160检测供给进入发动机燃烧室的进气的温度；在步骤S290中，冷却剂温度检测器170检测冷却剂温度。

在步骤S300中，控制部分50基于检测的值而检测进气中的O2量(其代表进气歧管中的进气中的O2量)。进气中的O2量是基于排放气体中的O2量和空气中的O2量进行检测的。空气中的O2量能够通过进气量乘以预定值(空气中的氧的比率)而进行计算，或者借助于安装在进气路径中的附加氧传感器进行计算。此外，排放气体中的O2量(ψ_O2，Exhaust)能够通过[方程1]进行计算。

[方程1]

${\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Exhaust}}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Air}}\·L_{\mathrm{st}}\·({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}-1)}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}\·L_{\mathrm{st}}+1}$

在这里，ψ_O2，Air代表空气中的O2量，L_st代表化学计量空气/燃料比。

也就是说，控制部分50根据排放气体中的O2量、空气中的O2量和EGR比率而检测进气中的O2量。

然后，控制部分50在步骤S310中根据发动机的驱动条件(齿轮级、发动机速度、当前燃料喷射量、供给进入发动机燃烧室的进气的温度以及冷却剂温度)计算进气中的参考O2量，并且在步骤S320中根据发动机的驱动条件计算产生的参考NOx量。步骤S310和S320是通过使用预定映射图而执行的。也就是说，根据发动机的驱动条件的进气中的参考O2量以及根据发动机的驱动条件的参考NOx量被存储在映射图中。

在步骤S332中，控制部分50确定关联指数x，该关联指数x使得进气中的O2量与进气中的参考O2量的比率以及包含在排放气体中的NOx量与包含在排放气体中的参考NOx量的比率相关联。关联指数x是根据发动机的类型而预定的。

此外，在步骤S334中，控制部分50限制参考NOx量的最大和最小值，其将会进行首次修正。最大和最小值代表能够包含在排放气体中的最大和最小NOx量，本领域普通技术人员能够容易地对其进行设置。如果首次修正的参考NOx量不处于最大值和最小值之间，那么能够想到，传感器或控制部分50发生故障。

然后，在步骤S330中，控制部分50基于进气中的O2量(ψ_O2，Intk)、进气中的参考O2量(ψ_{O2，Intk，Ref})和关联指数x对包含在排放气体中的参考NOx量(ψ_{NOx，Exh，Ref})进行首次修正。包含在排放气体中的NOx量的首次修正能够通过[方程2]执行。

[方程2]

${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh}}={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh},\mathrm{Ref}}\·{\left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk}}}{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk},\mathrm{Ref}}}\right)}^x$

在这里，ψ_NOx，Exh代表首次修正的参考NOx量。

然后，在步骤S340中，控制部分50输出首次修正的参考NOx量，并且根据环境因子对首次修正的参考NOx量进行二次修正。

如图5中所示，控制部分50在步骤S350、S360和S370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进入发动机燃烧室的总空气量、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进入发动机燃烧室的空气的温度而计算的。第一、第二和第三修正系数可以根据预定映射图获得。

然后，在步骤S380、S390和S400中控制部分50通过使用首次修正参考NOx量以及第一、第二和第三修正系数对参考NOx量进行二次修正。参考NOx量的二次修正能够通过将首次修正参考NOx量和第一、第二和第三修正系数相乘而执行。

最后，在步骤S410中控制部分50根据环境因子输出修正的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准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。

因为根据精确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。

为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上游”和“下游”用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了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示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (20)

1.一种用于预测NOx量的方法，包括：

检测进气中的O2量；

根据发动机的驱动条件确定进气中的参考O2量；

根据发动机的所述驱动条件确定包含在排放气体中的参考NOx量ψ_{NOx，Exh，Ref}；并且

基于根据发动机的所述驱动条件的检测的进气中的O2量ψ_O2，Intk和确定的进气中的参考O2量ψ_{O2，Intk，Ref}对确定的参考NOx量ψ_{NOx，Exh，Ref}进行修正。

2.根据权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中进气中的O2量根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、EGR比率、发动机速度、氧传感器的拉姆达以及基于总燃料喷射量检测的排放气体中的O2量和空气中的O2量而进行检测。

3.根据权利要求2所述的用于预测NOx量的方法，其中排放气体中的O2量通过如下关系确定

${\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Exhaust}}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Air}}\·L_{\mathrm{st}}\·({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}-1)}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}\·L_{\mathrm{st}}+1},$

其中ψ_O2，Air代表空气中的O2量，L_st代表化学计量的空气/燃料比，λ_in代表穿过EGR装置的氧的拉姆达。

4.根据权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中修正的参考NOx量通过以下关系确定，

${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh}}={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{NOx},\mathrm{Exh},\mathrm{Ref}}\·{\left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk}}}{{\mathrm{\ψ}}_{O2,\mathrm{Intk},\mathrm{Ref}}}\right)}^x$

其中ψ_NOx，Exh代表修正的参考NOx量，x是关联指数。

5.根据权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，其中发动机的驱动条件包括发动机速度、当前啮合齿轮级、当前燃料喷射量、供给进入发动机燃烧室的进气的温度以及冷却剂温度。

6.根据权利要求1所述的用于预测NOx量的方法，进一步包括：

根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正。

7.根据权利要求5所述的用于预测NOx量的方法，其中根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正包括：

根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量确定第一修正系数；以及

根据所述第一修正系数对修正的参考NOx量进行修正。

8.根据权利要求5所述的用于预测NOx量的方法，其中根据环境因子对修正的NOx量进行二次修正包括：

根据发动机速度、当前燃料喷射量和冷却剂温度确定第二修正系数；以及

根据所述第二修正系数对修正的参考NOx量进行修正。

9.根据权利要求5所述的用于预测NOx量的方法，其中根据环境因子对修正的NOx量进行二次修正包括：

根据发动机速度、当前燃料喷射量和供给进入发动机燃烧室的进气的温度确定第三修正系数；以及

根据所述第三修正系数对修正的参考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，所述排放气体在具有将燃料喷射进入燃烧室的第一喷射器的发动机处产生；

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所述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，

其中所述控制部分检测进气中的O2量，根据发动机的驱动条件确定进气中的参考O2量，根据发动机的所述驱动条件确定参考NOx量，并且根据检测的进气中的O2量和确定的进气中的参考O2量对确定的参考NOx量进行修正。

11.根据权利要求10所述的排放系统，其中进气中的O2量根据供给进入发动机燃烧室的总空气量、EGR比率、发动机速度、氧传感器的拉姆达以及基于总燃料喷射量检测的排放气体中的O2量和空气中的O2量而进行检测。

12.根据权利要求10所述的排放系统，其中发动机的驱动条件包括发动机速度、当前啮合齿轮级、当前燃料喷射量、供给进入发动机燃烧室的进气的温度以及冷却剂温度。

13.根据权利要求10所述的排放系统，其中所述控制部分根据环境因子对修正的参考NOx量进行二次修正。

14.根据权利要求13所述的排放系统，其中通过使用根据所述环境因子的第一、第二和第三修正系数，所述控制部分对修正的参考NOx量进行二次修正。

15.根据权利要求14所述的排放系统，其中所述第一修正系数基于供给进入发动机燃烧室的总空气量、发动机速度以及当前燃料喷射量而确定。

16.根据权利要求14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。

17.根据权利要求14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进入发动机燃烧室的空气的温度而确定。

18.根据权利要求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。

19.根据权利要求10所述的排放系统，其中所述还原剂是尿素或氨。

20.根据权利要求10所述的排放系统，其中所述燃烧大气通过对燃料和供给进入发动机燃烧室的空气的比率进行控制而进行控制。

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