CN109072791A - 基准值发动机控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

使用目标值方法校准和控制各种发动机子系统的方法和设备。在目标值方法中，每个发动机子系统的控制被分开或分离，以包括目标值集合或基准值集合。子系统具有对应目标确定器，该目标确定器响应于基础变量集合和可选地总体子系统目标提供目标值集合或基准值集合。基础变量集合包括被选择为鲁棒地特征化影响特定子系统的操作的变量的参数。目标确定器可选地被校准为在子系统的规范内提供基准值集合。物理子系统控制器响应于基准值集合操作。

Description

基准值发动机控制系统和方法
技术领域
本公开总体涉及内燃机。具体地，本公开涉及使用子系统目标值的内燃机的控制。
背景技术
通常要求包括内燃机的发动机系统满足若干方面的性能。在递送所请求量的功率时，还通常要求发动机在资源消耗方面高效操作并满足低排放要求，诸如对烟气和NOX排放的EPA 4级最终要求。这些目标通常由权衡(诸如在把更少燃料消耗作为目标的同时，把更大功率递送作为目标)来控制。发动机系统的设计通常包括平衡或优化这些性能要求的一个或更多个子系统。例如，子系统可以为燃料系统、空气处理系统以及后处理系统。发动机系统通常被校准来满足变化条件下(诸如稳态对瞬态期间或在各种高度处)的性能要求。随着越来越高的性能要求，仍然继续需要鲁棒地校准并操作发动机系统，以在满足排放要求的同时以最小资源消耗提供功率。
发明内容
各种实施方式的多个方面涉及一种方法，该方法包括以下步骤：解释基础变量集合，基础变量集合包括发动机速度、命令燃料加注值、汽缸内氧浓度值以及氧燃料比值；响应于基础变量集合和燃料控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括喷射启动命令；以及向燃料控制命令器提供基准值集合。基准值集合可选地包括轨压命令。
一些实施方式涉及一种设备，该设备包括：燃烧参数定义器，该燃烧参数定义器被结构化为解释基础变量集合，基础变量集合包括发动机速度、命令燃料加注值以及汽缸内氧浓度值；燃料加注目标确定器，该燃料加注目标确定器被结构化为响应于基础变量集合和燃料控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括喷射启动命令；以及燃料控制电路，该燃料控制电路被结构化为响应于基准值集合提供至少一个燃料加注命令值。
另外实施方式涉及一种发动机系统，该发动机系统包括：内燃机；控制器；以及燃料系统，该燃料系统与发动机和控制器操作通信，燃料系统被结构化为响应于至少一个燃料加注命令值向发动机提供燃料。控制器被配置为：解释基础变量集合，基础变量集合包括发动机速度、命令燃料加注值以及汽缸内氧浓度值；响应于基础变量集合和燃料控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括喷射启动命令；并且响应于基准值集合提供至少一个燃料加注命令值。
各种实施方式的多个方面涉及一种方法，该方法包括以下步骤：解释基础变量集合，基础变量集合包括预测发动机速度轨迹、预测燃料加注轨迹以及环境值；响应于基础变量集合和空气处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括质量充注流量(MCF)值；以及向空气处理控制命令器提供基准值集合。
该方法可选地还包括以下步骤：响应于基础变量集合和空气处理控制器规范集合确定稳态基准值集合；以及提供稳态基准值集合作为初始设计基准值集合。还进一步地，该方法可选地包括以下步骤：解释阈值准则集合，其中，阈值准则集合包括目标值子集和约束值子集中的至少一个；响应于预测模型输出集合和阈值准则集合检查阈值准则违反；以及进一步响应于用于阈值准则违反的检查确定基准值集合。仍然还进一步地，该方法可选地包括以下步骤：响应于目标BTE轨迹约束设计基准值集合；以及进一步响应于受约束设计基准值集合确定基准值集合。
一些实施方式涉及一种设备，该设备包括：空气处理参数定义器，该空气处理参数定义器被结构化为解释基础变量集合，基础变量集合包括预测发动机速度轨迹、预测燃料加注轨迹以及环境值；空气处理目标确定器，该空气处理目标确定器被结构化为响应于基础变量集合和空气处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括质量充注流量值中的至少一个；以及空气处理控制电路，该空气处理控制电路被结构化为响应于基准值集合提供至少一个空气处理命令值。
另外实施方式涉及一种发动机系统，该发动机系统包括：内燃机；控制器；以及空气处理系统，该空气处理系统与发动机和控制器操作通信，空气处理系统被结构化为响应于至少一个空气处理命令值向发动机提供空气。控制器被配置为：解释基础变量集合，基础变量集合包括预测发动机速度轨迹、预测燃料加注轨迹以及环境值；响应于基础变量集合和空气处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括质量充注流量值和泵送工作目标中的至少一个；并且响应于基准值集合提供至少一个空气处理命令值。
各种实施方式的多个方面涉及一种方法，该方法包括以下步骤：解释基础变量集合，基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度以及环境值；响应于基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括NOX转化效率值和系统输出NOX值中的至少一个；以及向后处理控制命令器提供基准值集合。
该方法可选地还包括以下步骤：响应于基础变量集合和后处理控制器规范集合确定稳态基准值集合；提供稳态基准值集合作为初始设计基准值集合。还进一步地，该方法可选地包括以下步骤：解释聚合排放轨迹；响应于聚合排放轨迹和预测模型输出约束设计基准值集合；以及进一步响应于受约束设计基准值集合确定基准值集合。
一些实施方式涉及一种设备，该设备包括：后处理参数定义器，该后处理参数定义器被结构化为解释基础变量集合，基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度以及环境值；后处理目标确定器，该后处理目标确定器被结构化为响应于基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括NOX转化效率值和系统输出NOX值中的至少一个；以及后处理控制电路，该后处理控制电路被结构化为响应于基准值集合提供至少一个后处理命令值。
另外实施方式涉及一种发动机系统，该发动机系统包括：内燃机；控制器；以及后处理系统，该后处理系统与发动机和控制器操作通信，后处理系统被结构化为响应于至少一个后处理命令值处理来自内燃机的排气。控制器被配置为：解释基础变量集合，基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度以及环境值；响应于基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，基准值集合包括NOX转化效率值和系统输出NOX值中的至少一个；并且响应于基准值集合提供至少一个后处理命令值。
虽然公开了多个实施方式，但本发明的另外其它实施方式将从以下详细描述对本领域技术人员变得显而易见，以下详细描述示出并描述了本发明的例示性实施方式。
附图说明
图1是根据本公开的一些实施方式的包括内燃机的发动机系统的示意例示。
图2是根据一些实施方式的图1的发动机系统的处理子系统的示意例示。
图3是根据一些实施方式的用于控制图1的燃料子系统的示例过程的示意流程图。
图4是根据一些实施方式的包括执行控制空气处理系统的特定操作的控制器的、图1的发动机系统的处理子系统的示意例示。
图5是根据一些实施方式的图4的处理子系统的空气处理目标确定器的示意例示。
图6是根据一些实施方式的图5的空气处理目标确定器的示例预测模型的示意例示。
图7是根据一些实施方式的用于控制图1的空气处理系统的示例过程的示意流程图。
图8是根据一些实施方式的包括执行控制后处理系统的特定操作的控制器的、图1的发动机系统的处理子系统的示意例示。
图9是根据一些实施方式的图8的处理子系统的后处理目标确定器的示意例示。
图10是根据一些实施方式的用于控制图1的后处理系统的示例过程的示意流程图。
虽然本发明接受各种修改和另选形式，但在附图中用示例的方式示出并在下面详细描述具体实施方式。然而，意图不是将本发明限于所描述的特定实施方式。相反，本发明旨在覆盖落在如由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等同物以及替代。
具体实施方式
图1是根据本公开的一些实施方式的使用基准值来控制系统性能的发动机系统100的示意例示。系统100协作地控制诸如子系统的系统组件，以提供在系统100的规范或要求集合内的发动机性能。如图所示，系统100包括发动机105和各种子系统，诸如燃料系统110、空气处理系统115以及后处理系统120。示例系统100包括与发动机105操作通信的控制器125(例如，ECM)，该控制器提供并接收与各种发动机组件有关的信号，诸如从设置在发动机105中的传感器接收测量信号和向子系统提供控制信号或命令。控制器125还可以以类似方式与系统100的其它组件(诸如子系统110、115、120)操作通信。如这里自始至终使用的，操作通信意味着由线、无线地、机械地、电子地、光学地、磁性地、由网络等等、或其任意合适组合进行的操作耦合。
系统100将目标值的生成与命令值的生成分离。例如，系统100响应于一个或更多个基础变量来生成一个或更多个基准值。一个或更多个基准值是用于特定组件的性能的目标值。虽然许多变量可能影响特定组件的性能，但选择一个或更多个关键基础变量来特征化特定组件的大部分效应。关键基础变量可以用于校准基准值，以响应各种发动机工况，包括稳态和瞬态，同时仅可以在稳态条件下并且可选地有限数量的瞬态下针对发动机105进行校准。
响应于一个或更多个所生成的基准值，生成一个或更多个命令。针对为其生成命令值的组件校准命令值。命令可以被提供给例如可以存在于子系统中的特定组件。使用关键基础变量并且使目标值与已校准命令值分离在若干方面平衡并满足性能的同时，便于系统100的时间有效校准和操作系统100的不太密集处理能力的可能性。这里提供便于这些优点的基础变量、基准值以及命令的更多细节。
现在转到提供系统100的组件的更多细节，燃料系统110与发动机105操作通信，并且提供燃料用于燃烧。燃料系统110在每个燃烧循环期间在一个或更多个具体时间向一个或更多个汽缸递送燃料加注量。在一些实施方式中，燃料例如在发动机105使用柴油燃料时借助喷射器直接被供给到发动机汽缸中。在其它实施方式中，例如在发动机105使用汽油或天然气燃料时，燃料在进入发动机汽缸之前与充气混合。燃料系统110的至少一个物理组件受物理燃料控制器112控制。燃料控制器112响应于一个或更多个燃料加注命令值向燃料系统110的物理组件(诸如燃料压力泵和燃料喷射器)提供控制信号。
空气处理系统115向发动机105提供空气，以便与燃料燃烧。示例空气处理系统115包括空气处理控制器117，该空气处理控制器与空气处理系统的一个或更多个组件操作通信，以响应于一个或更多个命令值向物理空气处理系统组件提供控制信号。如所例示的，空气处理系统115包括可选涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括至少一个涡轮增压器，每个涡轮增压器包括压缩机130和涡轮135。涡轮增压系统接收排气并提供压缩空气。在一些实施方式中，压缩机130由涡轮增压构造中的涡轮135来驱动，其中，压缩机130是涡轮增压器的进气口侧，并且涡轮135是涡轮增压器的排气侧。在各种实施方式中，空气处理系统115的涡轮增压系统包括废气门137，该废气门用于旁路涡轮135，以控制涡轮135和压缩机130的速度，例如以避免超速。在其它实施方式中，涡轮增压系统包括可变几何涡轮增压器(VGT)，该VGT便于控制涡轮135和压缩机130的速度。
示例系统包括废气门涡轮增压器。然而，空气处理系统115可以包括任意类型的空气处理系统，包括但不限于自然吸气式系统、固定几何涡轮增压器、可变几何涡轮增压器、压缩机旁路涡轮增压器、双涡轮增压器(串联或并联)及其组合。
系统100包括系统进气口140，空气从周围环境进入到该进气口中。空气流入和流出压缩机130到发动机进气口145。发动机105可以包括进气歧管，该进气歧管可操作地耦合到发动机进气口145，以向汽缸的进气端口递送空气。系统可以包括中间冷却器、增压空气冷却器(未示出)和/或其旁路系统。在燃烧之后，排气从发动机105流到发动机排气150。发动机105可以包括排气歧管，该排气歧管可操作地耦合到汽缸的排气端口，以收集排气并将排气引导到发动机排气150。
排气中的一些被引导到也是空气处理系统115的一部分的排气再循环(EGR)系统中。EGR系统将排气的一部分引导至到发动机进气口145的EGR通路165。EGR系统可以包括EGR阀167，以控制排气流返回到发动机进气口145(例如，外部EGR率)。示例EGR系统是EGR通路165耦合到涡轮135的上游和压缩机130的下游的高压EGR系统。另选地或另外地，一些实施方式包括EGR通路165耦合到涡轮135的下游和压缩机130的上游的低压EGR系统。排气流入和流出涡轮135到后处理入口155。
示例EGR系统可以另外或另选地包括被结构化为冷却EGR通路165中的排气的EGR冷却器(未示出)。EGR阀167可以被定位在EGR冷却器的上游(热侧)或下游(冷侧)。在存在的情况下，EGR冷却器可以另外设置有旁路阀。
后处理系统120接收来自后处理器入口155的排气，并且排气的至少一部分在后处理出口160处排出，该后处理出口还可以被称为系统出口或排气管。后处理系统120包括：处理离开排气管之前的排放的装置，诸如微粒过滤器或柴油微粒过滤器(DPF)121中的一个或更多个；选择性催化还原(SCR)系统122，该SCR系统化学地还原排气的成分；NOX还原剂流体系统123(例如，柴油排气流体系统)，该NOX还原剂流体系统向排气提供NOX还原剂流体；以及氧化催化剂126，该氧化催化剂化学地氧化排气的成分。后处理控制器124与后处理组件121、122、123、126中的一个或更多个操作通信，以响应于一个或更多个命令值向后处理系统的至少一个物理组件提供控制信号。EGR系统还可以被认为是后处理系统120的一部分。
控制器125执行控制内燃机的一个或更多个子系统(诸如燃油系统110、空气处理系统115以及后处理系统120中的一个或更多个)的特定操作。在特定实施方式中，控制器125形成包括具有存储器、处理以及通信硬件的一个或更多个计算装置的处理子系统的一部分。控制器125可以为单个装置或分布式装置，并且控制器的功能可以由硬件执行和/或作为非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令来执行。
控制器及其功能之间的逻辑关系可以以任意已知方式来实现。物理控制器112、117以及124被示出为与图1的控制器125分离。然而，任意数量的这些控制器可以被另选地实现为控制器125的部分。例如，控制器可以在单个物理装置中实现，或者在另一个示例中，可以被实现为分布式装置。
在特定实施方式中，控制器125包括功能地执行控制器的操作的一个或更多个定义器、确定器、命令器以及电路。在这里包括定义器、确定器、命令器和/或电路的描述强调控制器125的特定方面的结构独立性，并且例示了控制器的操作和职责的一个分组。将理解，执行类似总体操作的其它分组在本申请的范围内。定义器、确定器、命令器和/或电路可以在硬件中实现和/或被实现为非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令，并且可以分布在各种硬件或基于计算机的组件上。
示例和非限制实现元件包括提供这里所确定的任意值的传感器、提供是这里所确定的值的前驱的任意值的传感器、包括通信芯片的数据链路和/或网络硬件、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发送器、接收器和/或收发器、逻辑电路、硬接线逻辑电路、处于根据规范配置的特定非暂时性状态的可重配置逻辑电路、包括至少电、液压或气动致动器的任意致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数字控制元件。
图2是根据一些实施方式的包括执行控制燃料子系统110的特定操作的控制器125的示例处理子系统200的示意例示。控制器125包括一个或更多个定义器、确定器、命令器和/或电路，诸如燃烧参数定义器202、燃料加注目标确定器204以及燃料加注命令器206。燃烧参数定义器202解释用于燃料加注的一个或更多个基础变量。示例基础变量集合210特征化闭合循环效率(CCE)，该CCE考虑汽缸内的燃烧效率。燃料加注目标确定器204响应于用于燃料加注的关键基础变量集合210确定燃料加注基准值集合226。示例基准值集合226与用于燃料系统110的目标值对应。一些目标值符合燃料系统110的一个或更多个物理控制器的规范集合211。燃料控制命令器206(例如，燃料控制电路)响应于用于燃料加注的基准值集合226提供包括一个或更多个燃料加注命令值的燃料加注命令集合252。示例命令值集合252由于由燃料控制命令器206识别的限制或约束(例如，约束值225)导致可选地是基准值集合226的修改版本。进一步地，燃料系统110可以在接收到燃料加注命令集合252的一个或更多个值时，响应于基准值集合226向内燃机105加注燃料。
控制器125的另外实施方式包括汽缸内氧浓度([O2])确定器208，该汽缸内氧浓度确定器提供可以被包括作为关键基础变量的汽缸内[O2]值216。汽缸内氧确定器208解释或确定汽缸内[O2]值216。示例汽缸内氧确定器208响应于质量充注流量值242和发动机速度212中的一个或更多个确定汽缸内[O2]值216。在另外实施方式中，汽缸内[O2]值216还响应于排气再循环(EGR)率值244(例如，内部或外部EGR率)、排气歧管压力(EMP)值246、排气歧管温度(EMT)值248中的一个或更多个来确定。在又一些实施方式中，汽缸内[O2]值216响应于汽缸内残余气体值250和进气歧管氧分数值251中的一个或更多个来确定。
示例汽缸内残余气体值250特征化在进气期间已经在汽缸中的一种或更多种气体(例如，来自之前循环的残余气体)的量。示例汽缸内残余气体值250包括氧值、充注值、排气值或空气值中的一个或更多个。这种值例如可以为量、浓度或比率。排气例如可以为由于外部EGR或内部EGR而产生的残余气体。内部EGR是从之前燃烧在汽缸中留下的排气量。
本公开认识到，可以直接测量或由虚拟传感器确定汽缸内[O2]值216。虚拟传感器(例如，在汽缸内氧确定器208中实现)响应于与空气处理有关的一个或更多个值确定汽缸内氧浓度，这允许估计燃烧时在汽缸中的氧浓度。所选值特征化在进气阀关闭之前进入汽缸的氧量和可选地已经在汽缸中的气体量。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择适当值来确定汽缸内氧浓度。
除了定义器、确定器、命令器以及电路之外，控制器125通常还包括一个或更多个参数或数据结构，诸如值、变量、命令及其集合。这些参数或数据结构可以被提供给控制器125中的任意操作结构(例如，定义器、确定器、命令器或电路)、由其提供并由其使用。进一步地，由控制器125从在控制器125之外的组件或其它源接收一些参数或数据结构，这些参数或数据结构可以被提供给任意操作结构并由其使用。还可以由控制器125向在控制器125之外的组件或其它目的地提供一些参数或数据结构。数据结构可以作为传感器测量被提供给控制器125，传感器测量可以为物理测量或虚拟测量。虚拟传感器测量从控制器125中的传感器测量和/或其它数据结构来确定或解释。在一些情况下，虚拟传感器测量是控制器125的定义器、确定器、命令器或电路的输出。
这里所描述的特定操作包括解释和/或确定一个或更多个参数或数据结构的操作。如这里所用的解释或确定包括由本领域中已知的任意方法接收值，这包括：至少从数据链路或网络通信接收值，接收指示值的电子信号(例如，电压、频率、电流或PWM信号)，接收指示值的计算机生成参数，从非暂时性计算机可读存储介质上的存储位置读取值，借助于本领域中已知的任意手段和/或通过接收可以计算所解释参数的值和/或通过参考被解释为参数值的默认值来接收作为运行时间参数的值。
现在转到定义器、确定器、命令器和电路以及参数的更多细节，燃烧参数定义器202解释参数并将其提供给控制器125。用于燃烧的感兴趣参数可以包括但不限于发动机速度、发动机转矩、命令燃料加注值(例如，与所请求转矩对应)、总燃料加注、汽缸内气体、进入气体、汽缸温度、轨压以及轨温。一个或更多个传感器(实际或虚拟的)被用于解释感兴趣参数，其可以包括但不限于实际转矩传感器、每分钟转数传感器以及轨压传感器。所提供的参数可以由另一个定义器、确定器、命令器或电路提供，或者参数可以由燃烧参数定义器202用于提供所导出或所计算参数。示例燃烧参数定义器202解释发动机速度212和命令燃料加注值214作为到控制器125的输入。
如图所示，示例控制器125还包括基础变量集合210。示例基础变量集合210包括发动机速度212、命令燃料加注值214以及汽缸内[O2]值216(例如，进气阀关闭时的汽缸内氧浓度值)。示例基础变量集合210被选择为特征化发动机内的闭合循环效率(CCE)。如这里所用的，CCE表示在进气阀关闭之后且在排气阀打开之前的发动机系统的效率。基础变量集合210的另外实施方式包括捕获充注质量值218、氧燃相关值220(例如，空燃比、充注燃料比以及氧燃比中的一个或更多个)、汽缸内温度值222(例如，进气阀关闭时的温度)以及相关汽缸温度值224(例如，进气温度、汽缸壁温度、冷却剂温度以及油温中的一个或更多个)。这些另外基础变量可以被选择为进一步特征化特定发动机条件下的闭合循环效率(CCE)。
本公开认识到，在汽缸的进气阀关闭时，固定燃烧事件。由此可见，用于燃料系统的基础变量集合被选择为包括影响进气阀关闭之后的燃烧事件的变量。通常，基础变量集合是能够在至少稳态和瞬态操作条件下预测汽缸中的大部分燃烧事件特性的变量的最小集合。基础变量还可以基于计算效率来选择。例如，可以选择汽缸内氧浓度，而不是选择在重瞬态操作下可能难以计算的EGR率值。在特定情况下，有利的是在基础变量集合中包括其它变量，以考虑在那些特定情况下它们对燃烧的影响(例如，在发动机必须从冷启动变暖时，包括汽缸内温度值222将是有利的)。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择基础变量集合的适当值。
在一些情况下，可以响应于来自发动机系统的操作者的输入解释命令燃料加注值214。例如，命令燃料加注值214可以与来自操作者的所请求转矩对应。在各种实施方式中，命令燃料加注值214与燃烧相关燃料加注值对应，该燃烧相关燃料加注值可以为在进气阀关闭之后与汽缸内的燃烧事件相关的燃料的量。
燃烧参数定义器202解释基础变量集合210和可选燃料控制器规范集合211。燃料控制器规范集合211与燃料子系统中的一个或更多个控制器(诸如燃料控制器112)的规范对应。规范可以限定用于燃料系统的控制器的输入值的可接受范围，该范围可以用于限定用于基准值集合226的一个或更多个可接受范围。响应于基础变量集合210和可选地燃料控制器规范集合211，燃料加注目标确定器204确定基准值集合226。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，燃烧参数定义器202可以包括：每分钟转数(RPM)传感器、加速计、氧传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、模数(ADC)转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从燃烧参数定义器202排除这些中的一个或更多个。
燃料加注目标确定器204的特定实施方式响应于作为核心基础变量集合的包括发动机速度212、命令燃料加注值214以及汽缸内氧浓度值216的基础变量集合210确定基准值集合226。基准值集合226的各种实施方式包括喷射启动(SOI)命令228和轨压值。轨压值可以为轨压命令230或默认轨压值。基准值集合226还可以包括主命令236，该主命令是与命令燃料加注值214对应的燃料加注值。示例主命令236是与命令燃料加注值214相同的值。然而，主命令236可以响应于燃料控制器规范集合211来确定。在一些情况下，主命令236是燃烧相关燃料加注值。在其它情况下，主命令236仅是燃烧相关燃料加注值的一部分，并且燃烧相关燃料加注值还包括驾驶员命令232和后命令234中的一个或更多个。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，燃料加注目标确定器204可以包括但不限于：处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从燃料加注目标确定器204排除这些中的一个或更多个。
如这里所用的，参数的轨迹被定义为表示在所选时域或时间轨迹上的参数的值或值的集合。作为值的参数的轨迹例如表示参数随着时间的累积，并且可以响应于由处理(诸如积分、求平均或其它已知处理)合并参数值的集合来解释。
基准值集合226的另外实施方式包括轨压命令230、驾驶员(pilot)命令232、后命令234、燃料喷射时间轨迹238(例如，燃料喷射量对时间轨迹命令值)以及燃料轨压轨迹240(例如，燃料喷射压力对时间轨迹命令值)。关于驾驶员命令和后命令232、234，一些实施方式是燃烧相关的，而在其它实施方式中，它们不是燃烧相关的，并且可以形成另外燃料加注量的一部分。为另外燃料加注量的后命令234的示例是旨在向排气后处理系统递送燃料而不是有助于转矩形成的非常迟的后命令。用于这些参数的示例时间轨迹处于毫秒量级。
在一些实施方式中，燃料加注目标确定器204将基础变量集合210与基准值集合226之间的关系存储为一系列基准面，每个基准面与基准值对应并且具有作为输入的一个或更多个基础变量。在校准期间确定关系。示例校准可以响应于发动机系统的各种操作点处的关键基础变量测量确定基准面。在一些情况下，目标可以用于校准基准面，诸如闭合循环效率(CCE)目标。目标值可以为预定义目标、改进值、最小值、最大值或优化值。基准面可选地被校准为满足目标，而且满足其它目的或约束(例如，约束值225)。响应于作为输入的基础变量集合和可选地特定CCE目标，生成示例基准面，该示例基准面提供基准值集合作为输出或目标，以在物理和/或排放约束(这里在别处详细描述)内实现CCE目标。
关于基准值集合，本公开认识到，处理子系统200通常与接受特定类型的输入和输入范围的燃料系统(诸如燃料系统110)配对。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于基准值集合226的适当值。
燃料控制命令器206的各种实施方式响应于基准值集合226确定燃料加注命令集合252。基准值集合226提供用于燃料控制命令器206的目标。在一些情况下，燃料加注命令集合252提供与基准值集合226相同的值。在其它情况下，燃料控制命令器206在提供燃料加注命令集合252之前修改基准值集合430。示例燃料控制命令器206响应于一个或更多个约束值225可选地修改基准值集合226，该约束值包括但不限于：物理限制(例如，最大转矩、最大轨压等)、燃料系统响应时间、致动器饱和、当前故障值和/或其它已知约束中的一个或更多个。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，燃料控制命令器206可以包括但不限于：燃料喷射器、燃料轨压泵、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从燃料控制命令器206排除这些中的一个或更多个。
在另外或另选实施方式中，燃料控制命令器206包括燃料控制电路。为了执行这里自始至终描述的功能，示例燃料控制电路可以包括但不限于：模拟电路、数字电路、模数转换器(ADC)或数模转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从燃料控制电路排除这些中的一个或更多个。
本公开认识到，特定燃料系统可以包括被校准以控制燃料系统的至少一个物理组件的物理燃料控制器，并且各种燃料系统由于设计差异和制造公差而唯一地响应命令。由此，示例燃料控制命令器206响应于燃料系统110的限制或约束可选地调节基准值集合226。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于燃料系统110的适当燃料加注命令集合252。
在这里具有本公开的益处的本领域技术人员将认识到，处理子系统200和控制器125执行改进各种技术并提供各种技术领域的改进的操作。没有限制地，示例且非限制性技术改进包括内燃机的燃烧性能的改进、排放性能的改进、后处理系统再生、发动机转矩生成和转矩控制、发动机燃料经济性、用于内燃机的排放系统组件的改进耐用性、以及发动机噪声和振动控制。没有限制地，改进的示例且非限制性技术领域包括内燃机、其燃料系统、其后处理系统、其空气处理装置及其进气和排气装置的技术领域。
接着的示意流程图和相关描述提供了执行用于控制排气流的条件的过程的例示性实施方式。所例示的操作被理解为仅是示例性的，并且操作可以整体或部分组合或分割并添加或去除、以及重新排序，除非与这里相反地明确陈述。所例示的特定操作可以通过计算机执行在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序产品来实现，其中，计算机程序产品包括指令，这些指令使得计算机执行操作中的一个或更多个，或者向执行操作中的一个或更多个的其它装置发布命令。
图3是根据一些实施方式的用于控制发动机系统100的燃料系统110的示例过程300的示意流程图。过程包括解释燃料加注基础变量集合的操作305。燃料加注基础变量集合被选择为特征化燃料子系统的大部分效应。在操作310中，解释燃料控制器规范集合。示例燃料控制器规范集合限定用于燃料子系统的控制器的可接受类型的输入及其范围。
在操作315中，响应于燃料加注基础变量集合和燃料控制器规范集合确定燃料加注基准值集合。燃料加注基准值集合是用于燃料子系统的性能的目标值集合。通过包括燃料控制器规范集合，可以在燃料子系统的一个或更多个控制器的规范的可接受范围内确定目标值，以便于燃料子系统的更准确控制。在一些实施方式中，燃料控制器规范集合响应于燃料加注基础变量集合而被包括在燃料加注基准值集合的校准中。
在操作320中，响应于燃料加注基准值集合确定燃料加注命令集合。燃料加注命令集合可以与燃料加注基准值集合相同。另选地或组合地，可以修改燃料加注基准值集合，以提供燃料加注命令集合。例如，可选地还响应于燃料子系统的约束(或限制)来确定燃料加注命令集合。在一些实施方式中，响应于燃料加注基础变量集合，在燃料加注基准值集合的校准中包括燃料子系统的一个或更多个约束(例如，物理、排放或其它)。在这种实施方式中，可选地在运行时不响应于那些约束修改燃料加注基准值集合。
最后，在操作325中，响应于燃料加注命令集合对内燃机加注燃料。燃料加注步骤可以包括向燃料子系统的控制器提供燃料加注命令集合。燃料系统的控制器可以操作燃料系统的组件，诸如一个或更多个喷射器或燃料轨，以向内燃机提供燃料。
系统100的其它组件可以使用基础变量、基准值以及命令以类似方式被控制。
图4是根据一些实施方式的包括执行控制空气处理系统115的特定操作的控制器125的发动机系统100的处理子系统400的示意例示。如图所示，控制器125包括空气处理参数定义器402、空气处理目标确定器404以及空气处理控制命令器406(例如，空气处理控制电路)。空气处理参数定义器402解释用于空气处理的一个或更多个基础变量。示例基础变量集合特征化考虑空气处理系统提供空气的工作的开式循环效率(OCE)，空气可以为到汽缸的已压缩或再循环排气。空气处理目标确定器404响应于用于空气处理的关键基础变量集合确定空气处理基准值集合。示例空气处理基准值集合与用于空气处理系统的目标值对应。一些目标值符合空气处理系统的一个或更多个物理控制器(诸如空气处理控制器117)的规范集合。空气处理控制命令器406响应于用于空气处理的基准值集合提供一个或更多个空气处理命令值。示例命令值集合由于被校准以与空气处理系统匹配或由于其它限制而修改基准值集合。进一步地，空气处理系统可以在接收到一个或更多个空气处理命令值时，响应于基准值集合向内燃机递送空气。
与燃烧参数定义器202类似，空气处理参数定义器402解释特征化空气处理系统的参数并向控制器125提供这些参数。感兴趣参数可以包括但不限于充注流量、排气氧、湿度(例如，水蒸气排量)、进入氧、排气歧管温度/压力、以及进气歧管温度/压力。示例空气处理参数定义器402解释预测发动机速度轨迹412和预测燃料加注轨迹414。用于这些参数的示例响应时间处于秒量级。轨迹可以为一些时间步长或数秒内的预期或实际值。时间步长参考执行时间步长，诸如控制器执行时间步长，例如，5ms、20ms或为具有这里的本公开的益处的本领域技术人员所知的其它值。示例发动机速度轨迹412可以根据当时的瞬态操作和要优化的参数从100ms延长至10s，并且在一些情况下超过10s。示例燃料加注轨迹414可以根据当时的瞬态操作和要优化的参数从10ms延长至1s，并且在一些情况下多达5s或更多。
示例空气处理参数定义器402与一个或更多个传感器操作通信。响应于从一个或更多个传感器接收的信号、数据或信息来解释空气处理参数定义器402的空气处理参数。示例传感器的非限制列表包括进气歧管压力传感器、进气歧管温度传感器、EGR流量传感器(例如，具有δ-P传感器的孔板)、绝对压力传感器、温度传感器、宽带排气氧传感器、湿度传感器、进入氧传感器以及排气温度传感器。具有这里的本公开的益处的本领域技术人员将能够选择用于特征化用于空气处理系统的感兴趣参数的一个或更多个传感器。在一些实施方式中，一个或更多个传感器是空气处理参数定义器402的一部分。
所示的示例控制器125包括基础变量集合410。基础变量集合可以包括预测发动机速度轨迹412、预测燃料加注轨迹414、后处理状态值416以及环境值418中的一个或更多个。后处理状态值416包括但不限于任意后处理组件的温度、穿过任意后处理组件的流率、任意后处理组件的预测效率和/或任意后处理组件的压降。环境值418包括但不限于任意后处理组件周围的环境温度、环境压力、环境湿度和/或环境热传递。
示例基础变量集合410包括预测发动机速度轨迹412、预测燃料加注轨迹414以及环境值418。示例基础变量集合410被选择为特征化发动机系统内的开式循环效率(OCE)。如这里所用的，OCE表示在进气阀关闭之前发动机系统使空气进入汽缸中的效率。还可能影响OCE的示例后处理状态值包括空间速度值420、催化剂相关温度422(例如，直接或间接测量的)、氨(NH3)存储值424(例如，SCR催化剂中的氨存储)、柴油微粒过滤器(DPF)装载值426以及NOX转化效率值428(例如，SCR催化剂转化效率或DeNOX)中的一个或更多个。
本公开认识到，发动机系统的整体效率受空气处理系统在进气阀关闭之前使空气进入到汽缸中的效率影响。用于空气处理的关键基础变量是能够在至少稳态和瞬态操作条件下预测大部分空气处理特性的变量的最小集合。用于空气处理的关键基础变量还可以基于计算效率来选择。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择基础变量集合的适当值。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，空气处理参数定义器402可以包括但不限于：每分钟转数(RPM)传感器、燃料喷射器、加速计、温度传感器、压力传感器(例如，绝对压力传感器或差压传感器)、湿度传感器、NOX传感器、氨传感器、流量传感器、模数(ADC)转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从空气处理参数定义器402排除这些中的一个或更多个。
空气处理目标确定器404解释基础变量集合410和可选空气处理控制器规范集合411。空气处理控制器规范集合411与空气处理系统115中的一个或更多个控制器(诸如空气处理控制器117)的规范对应。规范可以限定用于空气处理系统的控制器的输入值的可接受范围，该范围可以用于限定用于基准值集合430的一个或更多个可接受范围。响应于基础变量集合410和可选地空气处理控制器规范集合411，空气处理目标确定器404确定基准值集合430。空气处理目标确定器404的另外实施方式还响应于阈值准则集合442来确定基准值集合430，该阈值准则集合可以包括用于基准值集合的目的或约束。在一些实施方式中，在校准期间包括阈值准则集合442以建立基准值集合430与基础变量集合410之间的关系。
在各种实施方式中，空气处理目标确定器404可以包括：处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从空气处理目标确定器404排除这些中的一个或更多个。
基准值集合430的各种实施方式包括质量充注流量(MCF)值432。另外实施方式包括排气再循环(EGR)率值434。另选地或另外，一些实施方式包括泵送工作目标436。MCF值432、EGR率值434以及泵送工作目标436可以被认为是基准值集合430的空气处理基准子集431的部分。在又一些实施方式中，基准值集合430包括喷射启动(SOI)命令438和轨压命令440中的至少一个，作为基准值集合430的燃料加注基准子集433。参照图2，燃料加注命令除了可以包括主命令236之外，还可以包括驾驶员命令232和/或后命令234。
本公开认识到，处理子系统400通常与接受特定类型的输入和输入范围的空气处理系统(诸如空气处理系统115)配对。处理子系统400为了协调并优化例如发动机系统100的制动热效率，还可以与燃料系统110操作通信。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于基准值集合430、空气处理基准子集431以及燃料加注基准子集433的适当值。
在一些实施方式中，空气处理目标确定器404将基础变量集合410与基准值集合430之间的关系存储为一系列基准面，每个基准面与基准值对应，并且具有作为输入的一个或更多个基础变量。关系可以在校准期间被确定。示例校准响应于发动机系统的各种操作点处的关键基础变量测量确定基准面。在一些情况下，目标可以用于校准基准面，诸如开式循环效率(OCE)目标。目标值可以为预定义目标、改进值、最小值、最大值或优化值。基准面可选地被校准为满足目标，并且满足其它目的或约束(例如，从阈值准则集合442选择的)。响应于作为输入的基础变量集合和可选地特定OCE目标生成示例基准面，该示例基准面提供基准值集合作为输出或目标，以在物理和/或排放约束内实现OCE目标。
空气处理控制命令器406的特定实施方式响应于基准值集合430确定空气处理命令集合408。基准值集合430提供用于空气处理控制命令器406的目标。在一些情况下，空气处理控制命令器406提供基准值集合430作为空气处理命令集合408。在其它情况下，空气处理控制命令器406在提供空气处理命令集合408之前修改基准值集合430。在另外情况下，空气处理控制命令器406响应于约束(这里另外更详细地描述)修改基准值集合430。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，空气处理控制命令器406可以包括但不限于：EGR阀、VGT、发动机风扇、燃料喷射器、燃料轨压泵、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从空气处理命令器406排除这些中的一个或更多个。
在另外或另选实施方式中，空气处理控制命令器406包括空气处理控制电路。为了执行这里自始至终描述的功能，示例空气处理控制电路可以包括但不限于：模拟电路、数字电路、模数转换器(ADC)或数模转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从空气处理控制电路排除这些内容中的一个或更多个。
本公开认识到，特定空气处理系统可以包括被校准以控制空气处理系统的至少一个物理组件的一个或更多个物理空气处理控制器，并且各种空气处理系统由于设计差异和制造公差而唯一地响应命令。由此，示例空气处理控制命令器406响应于空气处理系统115的限制或约束提供对基准值集合430的调节。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于空气处理系统115的适当空气处理命令集合408。这样，可以使用关键基础变量集合410、基准值集合430以及命令集合408来控制空气处理系统115。
图5是根据一些实施方式的处理子系统400的空气处理目标确定器404的示意例示。示例空气处理目标确定器404包括预测模型446和优化例程448，该预测模型和优化例程可选地用于响应于基础变量集合410和空气处理控制器规范集合411提供基准值集合430。
示例空气处理目标确定器404响应于基础变量集合410和可选地空气处理控制器规范集合411确定设计基准值集合444。设计基准值集合444可以与基准值集合430类似地来确定，可以包括与基准值集合430类似的值，并且可以与关于基准值集合430描述的那样类似地被选择。由此，设计基准值集合444包括MCF值432、EGR率值434、泵送工作目标436、SOI命令438以及轨压命令440中的至少一个。这些一个或更多个设计基准值充当初始目标值，这些初始目标值可以在循环中被迭代地修改，直到满足特定条件(这提示提供基准值集合430)为止。在各种实施方式中，初始设计基准值集合444是稳态基准值集合。在一些情况下，稳态基准值集合被提供为用于设计基准值集合444的初始猜测或估计。在其它情况下，作为稳态基准值集合的设计基准值集合444响应于稳态操作条件(例如，空气处理目标确定器404充当单位增益过滤器)来被提供为基准值集合430。
在初始目标值可用的情况下，预测模型446的输出集合447被确定为迭代中的步骤。示例输出集合447包括预测开式循环效率(OCE)轨迹、预测闭合循环效率(CCE)轨迹、预测NOX值、预测烟值、预测转矩值、预测质量充注流量(MCF)值以及预测排气再循环(EGR)率值、预测汽缸压力值、预测涡轮增压器喘振、预测涡轮增压器速度以及预测物理值中的至少一个。输出集合447可以响应于设计基准值集合444和基础变量集合410的一个或更多个基础变量来确定。在特定实施方式中，预测模型是在时间轨迹期间运行的空气处理子系统的面向控制模型(COM)。基准值集合430还可以响应于输出集合447来确定。
响应于输出集合447，空气处理目标确定器404的示例实施方式还检查空气处理系统115的可行轨迹的遍历。另选地或另外地，响应于输出集合447，空气处理目标确定器404的示例实施方式还检查硬件限制违反。硬件限制违反的示例是涡轮增压器喘振470或过快涡轮增压器速度472。基准值集合430还可以响应于这些检查中的一个或两者来确定。
优化例程448的各种实施方式确定何时提供基准值集合430。示例优化例程448操作以响应于结束迭代循环的输出条件(诸如实现目标BTE轨迹480，达到预定时间限制或满足某一其它条件)来提供基准值集合。
直到满足输出条件为止，空气处理目标确定器404可以响应于目标BTE轨迹480和阈值准则集合442中的至少一个来约束设计基准值集合444。例如，迭代的循环继续进行下一迭代。示例优化例程448继续响应于预测模型输出集合447和可选地阈值准则集合442确定要开始下一迭代所用的下一设计变量集合444.
示例目标BTE轨迹480是所选时域内的优化或最大BTE轨迹。目标BTE轨迹480的一些实施方式被计算为目标OCE轨迹454和目标CCE轨迹456的乘积。通常地，优化目标BTE轨迹480需要平衡CCE和OCE来实现局部或全局优化。例如，可以用汽缸中的更大量压缩空气实现更大CCE，更大量压缩空气需要来自空气处理系统的更多工作和更小OCE。虽然全局优化可以产生最高效率，但例如在时间约束不允许找到全局优化所需的处理时间时，局部优化比全局优化更优选。局部优化的非限制性示例包括预测操作(例如，由导数进行)的局部最小值或最大值、误差计算操作的局部最小值或最大值、以及来自树搜索(例如，蒙特卡罗(Monte Carlo))的结果。优化例程448还可以响应于目标BTE轨迹480确定基准值集合430或设计基准值集合444。
在各种实施方式中，优化例程448还响应于阈值准则集合450约束基准值集合430或设计基准值集合444，例如使得发动机系统100操作为可选地在一个或更多个约束值452的极限内实现一个或更多个目的值450。在一些实施方式中，针对输出集合447选择的值与针对阈值准则集合442选择的值对应。可以将输出集合447与阈值准则集合442进行比较。基准值集合430还可以响应于比较被约束。
阈值准则集合442的各种实施方式包括目的值子集450和约束值子集452中的至少一个。目的值子集450提供针对性能的目的或目标，而约束值集合452提供约束，这些约束是物理的(例如，基于硬件的)、调整的(例如，与排放极限有关)、在状态空间中可行的，或者另外被选择。示例目的值子集450包括目标开式循环效率(OCE)轨迹454、目标闭合循环效率(CCE)轨迹456、目标NOX值458、目标烟值460、目标转矩值462、目标质量充注流量(MCF)值464以及目标排气再循环(EGR)率值466中的至少一个。示例约束值子集452包括一个或更多个峰值汽缸压力值468、涡轮增压器喘振470、过快涡轮增压器速度472、物理极限值474、质量充注流量(MCF)极限值476、排气再循环(EGR)极限值478以及调整极限值479(例如，与排放极限有关)。
总之，响应于基础变量集合和可选地空气处理控制器规范集合确定初始设计基准值集合。初始设计基准值集合可以为最佳猜测，诸如稳态基准值集合。该集合被提供给预测模型，该预测模型提供输出集合。优化例程可选地响应于阈值准则集合和预测模型的输出集合约束该集合。该集合可以针对循环中的另一个迭代提供为设计基准值集合，或者可以在满足输出条件时提供为基准值集合。以此方式，空气处理目标确定器404能够生成迭代优化和/或改进的基准值集合430。
图6是根据一些实施方式的处理子系统400的示例预测模型446的示意例示。预测模型446包括响应于设计基准值集合444提供输出集合447的一个或更多个子模型。示例预测模型446包括闭环空气处理模型482、汽缸内氧估计模型484以及汽缸内燃烧模型486。模型可以协同工作来提供输出集合447。在一些情况下，响应于子模型482、484、486更新输出集合447。例如，最后汽缸内燃烧信息可以用于估计对于下一燃烧再循环的空气量。在进气口处提供且再循环的空气量可以用于估计汽缸内氧。汽缸内氧估计可以用于估计下一汽缸内燃烧特性。这样，预测模型446提供可以与阈值准则集合442比较的输出集合447。
示例闭环空气处理模型482确定进气歧管压力值488和进气歧管温度值490。示例汽缸内燃烧模型486确定排气歧管压力值492和排气歧管温度值494。汽缸内氧估计模型484确定被提供给汽缸的氧的量或浓度。
图7是根据一些实施方式的用于控制发动机系统100的空气处理系统115的示例过程500的示意流程图。该过程包括解释空气处理变量集合的操作505。空气处理基础变量集合被选择为特征化空气处理子系统的大部分效应。在操作510中，解释空气处理规范集合。示例空气处理规范集合限定用于空气处理子系统的控制器的可接受类型的输入及其范围。
在操作515中，响应于空气处理基础变量集合和空气处理控制器规范集合确定空气处理基准值集合。空气处理基准值集合是用于空气处理子系统的性能的目标值的集合。通过包括空气处理控制器规范集合，可以在空气处理子系统的一个或更多个控制器的规范的可接受范围内确定目标值，以便于空气处理子系统的更准确控制。操作515可以包括更新一个或更多个预测模型和/或约束空气处理基准值集合，以满足各种阈值准则。在一些实施方式中，空气处理控制器规范集合响应于空气处理基础变量集合被包括在空气处理基准值集合的校准中。
在操作520中，响应于空气处理基准值集合确定空气处理命令集合。空气处理命令集合可以与空气处理基准值集合相同。另选地或组合地，可以修改空气处理基准值集合，以提供空气处理命令集合。例如，空气处理命令集合可以被确定为将空气处理子系统的约束(或限制)考虑在内。在一些实施方式中，响应于空气处理基础变量集合在空气处理基准值集合的校准中包括空气处理子系统的一个或更多个约束(例如，物理、排放或其它)。在这种实施方式中，可选地在运行时不响应于那些约束修改燃料加注基准值集合。
最后，在操作525中，响应于空气处理命令步骤向内燃机递送空气。递送步骤可以包括向空气处理子系统的控制器提供空气处理命令集合。空气处理系统的控制器可以操作空气处理系统的组件，诸如一个或更多个涡轮增压器和EGR阀，以向内燃机递送空气。
图8是根据一些实施方式的包括执行控制后处理系统120的特定操作的控制器125的发动机系统100的处理子系统600的示意例示。如图所示，控制器125包括后处理参数定义器602、后处理目标确定器604以及后处理控制命令器606(例如，后处理控制电路)。后处理参数定义器602解释用于后处理的一个或更多个基础变量。示例基础变量集合特征化滚动时域(receding time horizon)中的排放的移动平均值。后处理目标确定器604响应于用于后处理的关键基础变量集合确定后处理基准值集合226。示例后处理基准值集合与后处理系统的目标值对应。一些目标值符合后处理系统的一个或更多个物理控制器(诸如后处理控制器124)的规范集合。后处理控制命令器606响应于用于后处理的基准值集合提供一个或更多个后处理命令值。示例命令值集合由于被校准以与后处理系统匹配或由于其它限制而修改基准值集合。进一步地，后处理系统120可以在接收到一个或更多个后处理命令值时，响应于基准值集合处理来自内燃机的排气。
后处理参数定义器602解释参数并向控制器125提供参数。示例后处理参数定义器602解释空间速度值420、排气相关温度614(例如，排气温度、催化剂温度、DPF温度、EGR温度等)、环境值616、氨存储值424以及NOX转化效率值428中的一个或多个。
所示的示例控制器125包括基础变量集合610。基础变量集合包括由后处理参数定义器602解释的一个或更多个参数，诸如空间速度值420、排气相关温度614、环境值616、氨存储值424以及NOX转化效率值428。示例基础变量集合包括空间速度值612、排气相关温度614以及环境值616。示例基础变量集合610被选择为特征化发动机系统内的排放轨迹(诸如系统输出NOX轨迹(例如，随着时间在排气管处的NOX))。示例时间轨迹处于小时量级。
本公开认识到，滚动时域中的排放的移动平均值可以用于调整发动机系统100的累积排放。累积排放阈值例如可以响应于调整值、用于排放信用使用或提供的调整值的偏移(例如，在调整值以下或调整值以上)、排放信用交易值或社会性要求来选择。排放信用交易值例如可以响应于运行时间信用(例如，响应于实时排放信用交易)或设计时间信用(例如，响应于特定发动机的排放信用的预定分配)来确定。典型累积排放包括但不限于累积NOX和/或微粒物质。示例微粒物质包括未燃烧的烃和/或煤烟。用于后处理的关键基础变量是能够在至少稳态和瞬态操作条件下预测大部分后处理特性的变量的最小集合。用于后处理的关键基础变量还可以基于计算效率来选择。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择基础变量集合的适当值。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，后处理参数定义器602可以包括但不限于：压力传感器(例如，绝对压力传感器或差压传感器)、温度传感器、NOX传感器、氨传感器、模数(ADC)转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从后处理参数定义器602排除这些中的一个或更多个。
后处理目标确定器604解释基础变量集合610和可选地后处理控制器规范集合611。后处理控制器规范集合611与后处理系统120中的一个或更多个控制器(诸如后处理控制器124)的规范对应。规范可以限定用于后处理系统的控制器的输入值的可接受范围，该范围可以用于限定用于基准值集合620的一个或更多个可接受范围。响应于基础变量集合610和可选地后处理控制器规范集合611，后处理目标确定器604确定基准值集合430。后处理目标确定器604的另外实施方式还响应于阈值准则集合626来确定基准值集合620，该阈值准则集合可以包括用于基准值集合的目的或约束(例如，物理、排放或其它)。在一些实施方式中，在校准期间包括阈值准则集合626以建立基准值集合620与基础变量集合610之间的关系。
基准值集合620的各种实施方式包括目标NOX转化效率值622(例如，SCR催化剂的目标NOX转化效率)和目标系统输出NOX值624(例如，排气管处的目标NOX)中的至少一个。本领域技术人员将理解，目标NOX转化效率值622是出射值(emergentvalue)，并且预期特定系统且具有这里的本公开的益处的本领域技术人员将理解实现特定目标NOX转化效率值622的排气温度、催化剂温度、排气流率、催化剂装载、氨与NOX比率和/或其它类似参数的值。本公开认识到，处理子系统600通常与接受特定类型的输入和输入范围的后处理系统(诸如后处理系统120)配对。进一步地，本公开认识到，目标NOX转化效率值622和目标系统输出NOX值624能够定义控制后处理系统120中的大部分效应的参数。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于基准值集合620的适当值。
在一些实施方式中，后处理目标确定器604将基础变量集合610与基准值集合620之间的关系存储为一系列基准面，每个基准面与基准值对应，并且具有作为输入的一个或更多个基础变量。可以在校准期间确定关系。示例校准响应于发动机系统的各种操作点处的关键基础变量测量确定基准面。在一些情况下，目标可选地用于校准基准面，诸如发动机制动燃油消耗率(EBSFC)轨迹、DPF再生的次数和/或聚合排放轨迹。目标值可以为预定义目标、改进值、最小值、最大值或优化值。在一些实施方式中，目标包括最小EBSFC轨迹。在另外或另选实施方式中，目标包括在时间轨迹内的最小数量的DPF再生。响应于作为输入的基础变量集合和可选地特定OCE目标生成示例基准面，该示例基准面提供基准值集合作为输出或目标，以在物理和/或排放约束内实现EBSFC目标。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，后处理目标确定器604可以包括但不限于：处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从后处理目标确定器604排除这些中的一个或更多个。
后处理控制命令器606的特定实施方式响应于基准值集合620确定后处理命令集合608。基准值集合620提供用于后处理控制命令器606的目标。在一些情况下，后处理控制命令器606提供基准值集合620作为后处理命令集合608。在其它情况下，后处理控制命令器606在提供后处理命令集合608之前修改基准值集合620。在另外情况下，后处理控制命令器606响应于约束(诸如物理限制或调整限制(例如，从阈值准则集合626选择的))修改基准值集合620。
在各种实施方式中，为了执行这里自始至终描述的功能，后处理控制命令器606可以包括但不限于：柴油排放流体(DEF)阀、氨流体阀、燃料喷射器、EGR阀、VGT、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从后处理控制命令器606排除这些中的一个或更多个。
在另外或另选实施方式中，后处理控制命令器606包括后处理控制电路。为了执行这里自始至终描述的功能，示例后处理控制电路可以包括但不限于：模拟电路、数字电路、模数转换器(ADC)或数模转换器、处理器、非暂时性计算机可读存储介质、在非暂时性计算机可读存储介质上存储的计算机可读指令、总线、和/或有线/无线连接硬件。在其它实施方式中，还可以从后处理控制电路排除这些中的一个或更多个。
本公开认识到，特定后处理系统可以包括被校准以控制后处理系统的特定物理组件的一个或更多个物理后处理控制器，并且各种后处理系统由于设计差异和制造公差唯一地响应命令。由此，示例后处理控制命令器606响应于后处理系统120的限制或约束提供对基准值集合620的调节。具有这里的本公开的益处且具有考虑中的特定系统的通常理解的本领域技术人员将能够选择用于后处理系统120的适当后处理命令集合608。这样，可以使用关键基础变量集合610、基准值集合620和/或命令集合608来控制后处理系统120。
图9是根据一些实施方式的处理子系统600的后处理目标确定器604的示意例示。示例后处理目标确定器604包括预测模型632和优化例程634，该预测模型和优化例程可选地用于响应于基础变量集合610和后处理控制器规范集合611提供基准值集合620。
示例后处理目标确定器604响应于基础变量集合610和可选地后处理控制器规范集合611确定设计基准值集合630。设计基准值集合630可以与基准值集合620类似地来确定，可以包括与基准值集合430类似的值，并且可以与关于基准值集合430描述的那样类似地被选择。由此，设计基准值集合630包括目标NOX转化效率值622和目标系统输出NOX值624中的至少一个。这些一个或更多个设计基准值充当初始目标值，这些初始目标值可以在循环中迭代修改，直到满足特定条件为止，此时，设计基准值集合630被提供为基准值集合620。在各种实施方式中，初始设计基准值集合630是稳态基准值集合。在一些情况下，稳态基准值集合被提供为用于设计基准值集合630的初始猜测或估计。在其它情况下，作为稳态基准值集合的设计基准值集合630响应于稳态操作条件(例如，后处理目标确定器604充当单位增益过滤器)被提供为基准值集合620。
在初始目标值可用的情况下，预测模型632的示例输出集合633被确定为迭代中的步骤。示例输出集合633包括预测NOX转化效率值650、预测系统输出NOX值649以及预测氨泄漏值651中的至少一个。示例输出集合633的值可选地表示这种值随着时间的轨迹。输出集合633可以响应于设计基准值集合630和基础变量集合610的一个或更多个基础变量来确定。在特定实施方式中，预测模型包括一个或更多个子模型，诸如SCR系统636的闭环模型、排气管度量模型638以及后处理状态值模型640。响应于这些子模型中的一个或更多个确定和/或更新示例输出集合633。具体地，输出集合644可选地响应于一个或更多个子模型输出(诸如预测空间速度值642、预测催化剂相关温度644、预测氨存储值646、预测DPF装载值648以及预测NOX转化效率值650)来确定和/或更新。示例基准值集合620可选地还响应于输出集合633来确定。进一步地，示例基准值集合620可选地响应于输出集合633中的一个或更多个预测值与阈值准则集合626中的对应阈值的比较来确定。
优化例程634的各种实施方式确定何时提供基准值集合620。示例优化例程634操作为响应于结束迭代循环的输出条件来提供基准值集合。示例输出条件是满足一个或更多个消耗目标658、满足目标聚合排放轨迹664、满足预定时间限制和/或满足某一其它条件。一个或更多个消耗目标658可以包括目标(EBSFC)轨迹660和/或柴油微粒过滤器(DPF)再生的目标数量662。例如，消耗目标可以包括改进或最小燃料或NOX还原剂流体消耗等级。
直到满足输出条件为止，后处理目标确定器604可以响应于消耗目标658和/或目标聚合排放轨迹664中的至少一个来约束设计基准值集合630。例如，迭代的循环继续进行下一迭代。示例优化例程634继续响应于预测模型输出集合633和可选地阈值准则集合626确定要开始下一迭代所用的下一设计变量集合630。虽然全局优化可以产生最高效率，但例如在时间约束不允许找到全局优化所需的处理时间时，局部优化比全局优化更优选。优化例程634还可以响应于受约束设计基准值集合630确定基准值集合620或设计基准值集合630。
在各种实施方式中，优化例程634还响应于阈值准则集合626约束基准值集合620或设计基准值集合630。在一些实施方式中，针对输出集合633选择的值与针对阈值准则集合626选择的值对应。可以将输出集合633与阈值准则集合626进行比较。阈值准则集合626的各种实施方式包括目标NOX转化效率轨迹652、目标系统输出NOX值654以及目标氨泄漏轨迹656中的至少一个。设计基准值集合630还可以响应于比较来约束。
总之，响应于基础变量集合610和后处理控制器规范集合611确定初始设计基准值集合630。初始设计基准值集合630可以为最佳猜测，诸如稳态基准值集合。该集合被提供给预测模型632，该预测模型提供输出集合633。优化例程634可选地响应于阈值准则集合626和输出集合633约束设计基准值集合630。设计基准值集合620可以针对循环中的另一个迭代提供为设计基准值集合，或者可以在满足输出条件时提供为基准值集合620。这样，后处理目标确定器604能够生成迭代优化的基准值集合620。
图10是根据一些实施方式的用于控制发动机系统100的后处理系统120的示例过程700的示意流程图。该过程包括解释后处理基础变量集合的操作705。后处理基础变量集合被选择为特征化后处理子系统的大部分效应。在操作710中，解释后处理规范集合。示例后处理规范集合限定用于后处理子系统的控制器的可接受类型的输入及其范围。
在操作715中，响应于后处理基础变量集合和后处理控制器规范集合确定后处理基准值集合。后处理基准值集合是用于空气处理子系统的性能的目标值集合。通过包括后处理控制器规范集合，可以在后处理子系统的一个或更多个控制器的规范的可接受范围内确定目标值，以便于后处理子系统的更准确控制。操作715可以包括更新一个或更多个预测模型和/或约束后处理基准值集合，以满足各种阈值准则。在一些实施方式中，响应于后处理基础变量集合，后处理控制器规范集合被包括在后处理基准值集合的校准中。
在操作720中，响应于后处理基准值集合确定后处理命令集合。后处理命令集合可以与后处理基准值集合相同。另选地或组合地，可以修改后处理基准值集合，以提供后处理命令集合。例如，后处理命令集合可以响应于后处理子系统的约束(或限制)来确定。在一些实施方式中，响应于后处理基础变量集合在后处理基准值集合的校准中包括后处理子系统的一个或更多个约束(例如，物理、排放或其它)。在这种实施方式中，可选地在运行时不响应于那些约束修改后处理基准值集合。
最后，在操作725中，响应于后处理命令集合处理来自内燃机的排气。处理步骤可以包括向后处理子系统的控制器提供后处理命令集合。后处理系统的控制器可以操作后处理系统的组件，诸如NOX还原剂流体，以处理来自内燃机的排气。
应理解，上述描述旨在为例示性的，而不是限制性的。许多其它实施方式在阅读并理解上述描述时将对本领域技术人员是显而易见的。例如，能够预期的是，除了与一个实施方式关联描述的特征之外或作为这些特征的另选方案，还可选地采用与另一个实施方式关联描述的特征。因此，本发明的范围应参照所附权利要求连同使这种权利要求有权利的等同物的全部范围一起来确定。

Claims (20)

1.一种方法，所述方法包括以下步骤：
解释基础变量集合，所述基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度、以及环境值；
响应于所述基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，所述基准值集合包括目标NOX转化效率值和目标系统输出NOX值中的至少一个；以及
向后处理控制命令器提供所述基准值集合。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：响应于所述基准值集合处理来自内燃机的排气。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
响应于所述基础变量集合和所述后处理控制器规范集合确定设计基准值集合；
响应于所述设计基准值集合确定预测模型的输出集合；以及
进一步响应于所述预测模型输出集合确定所述基准值集合。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
响应于所述基础变量集合和所述后处理控制器规范集合确定稳态基准值集合；以及
提供所述稳态基准值集合作为所述初始设计基准值集合。
5.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：响应于选择性催化还原SCR系统输出的闭环模型、排气管度量模型输出以及后处理状态模型输出中的至少一个更新所述预测模型输出集合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述后处理状态模型输出包括预测空间速度值、预测催化剂相关温度、预测氨存储值、预测柴油微粒过滤器DPF装载值、预测NOX转化效率值、预测系统输出NOX值以及预测氨泄漏值中的至少一个。
7.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
解释阈值准则集合，其中，所述阈值准则集合包括目标NOX转化效率轨迹、目标系统输出NOX轨迹、以及目标氨泄漏轨迹中的至少一个；
响应于所述预测模型输出集合和所述阈值准则集合检查阈值准则违反；以及
进一步响应于用于所述阈值准则违反的检查确定所述基准值集合。
8.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
解释一个或更多个消耗目标，所述一个或更多个消耗目标包括目标当量制动燃油消耗率EBSFC和再生循环的目标数量中的至少一个；
响应于所述一个或更多个消耗目标约束所述设计基准值集合；以及
进一步响应于受约束设计基准值集合确定所述基准值集合。
9.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
解释聚合排放轨迹；
响应于所述聚合排放轨迹和所述预测模型输出约束所述设计基准值集合；以及
进一步响应于受约束设计基准值集合确定所述基准值集合。
10.一种设备，所述设备包括：
后处理参数定义器，所述后处理参数定义器被结构化为解释基础变量集合，所述基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度以及环境值；
后处理目标确定器，所述后处理目标确定器被结构化为响应于所述基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，所述基准值集合包括目标NOX转化效率值和目标系统输出NOX值中的至少一个；以及
后处理控制电路，所述后处理控制电路被结构化为响应于所述基准值集合提供至少一个后处理命令值。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述后处理目标确定器包括预测模型，所述后处理目标确定器还被结构化为：
响应于所述基础变量集合和所述后处理控制器规范集合确定设计基准值集合；
响应于所述设计基准值集合运行所述预测模型以产生输出集合；以及
进一步响应于所述预测模型输出集合确定所述基准值集合。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述后处理目标确定器还被结构化为：
响应于所述基础变量集合和所述后处理控制器规范集合确定稳态基准值集合；以及
提供所述稳态基准值集合作为所述初始设计基准值集合。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述后处理目标确定器包括优化例程，所述后处理目标确定器还被结构化为：
解释阈值准则集合，其中，所述阈值准则集合包括目标NOX转化效率轨迹、目标系统输出NOX轨迹、以及目标氨泄漏轨迹中的至少一个；
响应于所述预测模型输出集合和所述阈值准则集合运行所述优化例程，以检查阈值准则违反；以及
进一步响应于所述阈值准则违反的所述检查确定所述基准值集合。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述后处理目标确定器还被结构化为：
解释一个或更多个消耗目标，所述一个或更多个消耗目标包括目标当量制动燃油消耗率EBSFC和再生循环的目标数量中的至少一个；
响应于所述一个或更多个消耗目标运行所述优化例程，以约束所述设计基准值集合；以及
进一步响应于受约束设计基准值集合确定所述基准值集合。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述后处理目标确定器还被结构化为：
解释聚合排放轨迹；
响应于所述聚合排放轨迹和所述预测模型输出运行所述优化例程，以约束所述设计基准值集合；以及
进一步响应于受约束设计基准值集合确定所述基准值集合。
16.一种发动机系统，所述发动机系统包括：
内燃机；
控制器，所述控制器被配置为：
解释基础变量集合，所述基础变量集合包括空间速度值、排气相关温度以及环境值；
响应于所述基础变量集合和后处理控制器规范集合确定基准值集合，其中，
所述基准值集合包括目标NOX转化效率值和目标系统输出NOX值中的至少一个；以及
响应于所述基准值集合提供至少一个后处理命令值；以及
后处理系统，所述后处理系统与所述发动机和所述控制器操作通信，所述后处理系统被结构化为响应于至少一个后处理命令值处理来自所述内燃机的排气。
17.根据权利要求16所述的发动机系统，其中，所述后处理系统包括至少一个物理控制器，所述至少一个物理控制器被结构化为响应于所述基准值集合和所述至少一个后处理命令值中的至少一个物理地控制所述后处理系统的至少一个组件。
18.根据权利要求16所述的发动机系统，其中，所述后处理系统包括被结构化为化学地减少所述排气的成分的选择性催化还原SCR系统，所述SCR系统对所述基准值集合的至少一个基准值进行响应。
19.根据权利要求16所述的发动机系统，所述发动机系统还包括被结构化为向所述排气提供NOX还原剂流体的NOX还原剂流体系统，所述NOX还原剂流体系统对所述基准值集合的至少一个基准值进行响应。
20.根据权利要求16所述的发动机系统，所述发动机系统还包括被结构化为过滤来自所述排气的微粒物质的柴油微粒过滤器DPF，所述DPF具有装载值。
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