CN111336023B - 基于来自传感器的测量值和测量值的模型估计的燃料含量检测 - Google Patents
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Abstract
公开了一种燃料含量检测系统。燃料含量检测系统可以包括发动机控制模块(ECM)以接收参数的测量值。该参数可以与发动机中正在消耗的燃料中的物质的量相关。ECM可以基于模型确定参数的估计。该模型可以使用与该物质的量相关联的预定值,并且发动机可以经配置消耗指定类型的燃料,该指定类型的燃料包括对应于预定值的物质的量。ECM可以基于不在阈值范围内的估计和测量值确定燃料不是指定类型的燃料,并执行与发动机相关联的动作。
Description
技术领域
本发明总体上涉及燃料消耗发动机,更具体地,涉及基于来自传感器的测量值和测量值的模型估计的燃料含量检测。
背景技术
发动机(例如,内燃机,诸如汽油发动机、柴油发动机等)的性能可以受到用于操作发动机的燃料的影响。例如,发动机可以经配置使用指定的燃料类型操作。如果用户(例如,与由发动机提供动力的机器相关联的操作者)向发动机供应不适当的燃料,则发动机可能不按设计操作和/或可能经历一个或多个故障。例如,如果发动机经配置使用低硫燃料,但是使用者向发动机提供具有相对高硫的量的燃料,则可以抑制发动机和/或与发动机相关联的后处理设备的性能。因此,与发动机相关联的监测系统可以经配置监测发动机的操作和/或监测发动机正在消耗的燃料和/或检测燃料内的某些物质。
在2014年7月15日授予Carlill等人的美国专利No.8,776,501中公开了一种检测硫的方法(“‘501专利”)。特别地,‘501专利公开了“控制系统[…]还可以包括硫检测程序[…]以检测硫失活。可以通过使用低硫或超低硫燃料[…]来防止或减少硫失活。硫检测程序[…]检测何时发生硫失活,因此可以提供低硫燃料未被使用的指示。”‘501专利还公开了“控制器确定[柴油氧化催化剂]DOC[…]和[柴油颗粒过滤器]DPF[…]是否已经被硫失活”。
虽然‘501专利的控制系统可以“检测硫”,但是‘501专利基于DOC和/或DPF的失活来检测硫,这可能负面影响发动机的性能。
本发明的燃料含量检测系统可以稳健地确定燃料含量,以防止以这种方式负面影响发动机的性能,基于检测到的燃料含量优化发动机的性能和/或解决本领域中的其他问题。
发明内容
根据一些实现方式,一种方法可以包括接收参数的测量值,其中该测量值与在发动机操作期间使用的燃料中的物质的量相关联;使用模型确定该参数的估计,其中,为了确定该参数的估计,模型使用与物质的量相关联的预定值;基于估计和测量值确定预定值是否表示燃料中的物质的量,其中当估计在测量值的阈值范围内时,确定预定值表示物质的量;以及基于预定值是否被确定为表示燃料中的物质的量,执行与发动机相关联的动作。
根据一些实现方式,发动机控制模块可以包括存储器和通信地联接到一个或多个存储器的一个或多个处理器,用以:接收参数的测量值,其中参数与发动机中正在消耗的燃料中的物质的量相关;基于模型确定参数的估计,其中模型使用与物质的量相关联的预定值,其中发动机经配置消耗指定类型的燃料,该指定类型的燃料包括相对应于预定值的物质的量;基于不在阈值范围内的估计和测量值,确定燃料不是指定类型的燃料;以及基于确定燃料不是指定类型的燃料,执行与发动机相关联的动作。
根据一些实现方式,一种系统可以包括发动机,该发动机经配置在操作期间消耗包括阈值量的硫的指定类型的燃料;传感器;以及发动机控制模块,经配置当发动机在操作期间消耗燃料时:从传感器接收发动机的参数的测量值,其中参数与燃料中的硫的量相关;使用模型确定参数的估计,其中,为了确定参数的估计,模型假定与硫的阈值量相关的燃料中的硫的量的值;基于估计和测量值确定燃料中的硫的量不满足硫的阈值量;以及基于确定燃料中的硫的量不满足硫的阈值量,执行与发动机相关联的动作。
附图说明
图1是如本文所述的包括发动机的示例性动力系统的图。
图2是可以包括在如本文所述的图1的动力系统内的示例性燃料含量检测系统的图。
图3是基于来自传感器的测量值和测量值的模型估计的用于燃料含量检测的示例性过程的流程图。
具体实施方式
本发明涉及检测与发动机相关联的燃料中的物质的量。该物质可以是硫,其可以使用如本文所述发动机控制模块(ECM)的物质检测模块来检测。在一些实现方式中,可以根据如本文所述的示例性实现方式来检测其他物质。
可以包括如本文所述的物质检测模块的ECM可以普遍适用于使用这种ECM的任何机器。术语“机器”在本文可以指执行与诸如采矿、建筑、耕作、运输的工业或任何其他工业相关的操作的任何机器。作为一些示例,机器可以是车辆、反铲装载机、冷刨床、轮式装载机、压实机、伐木归堆机、林业机械、运输机,收割机、挖掘机、工业装载机、钳式装载机、材料装卸机、自动平地机、铺管机、道路取料机、滑移转向装载机、集材机、伸缩式叉装车、拖拉机、推土机,拖拉机式铲运机或其他地面设备、空中设备、地下设备或海上设备。此外,一个或多个机具可以连接到机器并由ECM驱动。
图1是如本文所述的示例性动力系统10的图。动力系统10可以在本文中描述为压缩点火内燃机。然而,动力系统10可以包括任何其他类型的内燃机,例如火花、激光、等离子点火发动机等。动力系统10可以由诸如蒸馏柴油燃料、生物柴油、二甲醚、气体燃料(诸如氢、天然气、丙烷等)、醇、乙醇和/或其任意组合的燃料来提供燃料。
图1的动力系统10包括具有多个气缸14的发动机12(图1的发动机12示出为具有六个气缸14)。活塞组件可以包括在每个气缸14内,以在每个气缸14内形成燃烧室。动力系统10可以包括任何数量的燃烧室,并且燃烧室可以设置成直列式配置、“V”形配置或任何其他合适的配置。此外,在操作期间(例如,由于发动机中的燃烧),动力系统10可以消耗一种或多种可消耗资源(例如,燃料(例如,汽油、柴油燃料等);柴油排气流体(DEF);一种或多种冷却剂;一种或多种润滑剂(例如,油、油脂,等);等)。如本文所述,发动机可以经配置和/或设计消耗指定燃料类型。例如,发动机可以经配置消耗低硫含量燃料(例如,具有小于百万分之3000(或3000ppm)、小于1400ppm、小于500ppm等的燃料);超低硫含量燃料(例如,具有小于50ppm、小于30ppm、小于15ppm的燃料等)等。虽然本文所述的一些实现方式可以涉及检测燃料内的硫含量的量,但是如本文所述,还可以监测和/或检测一种或多种其他物质。
动力系统10可以包括多个系统。例如,如图1的示例所示,动力系统10可以包括进气或空气吸入系统16、排气系统18和排气再循环(EGR)系统20。空气吸入系统16可以经配置将空气或空气和燃料混合物(例如,空气和诸如排气的另一气体的混合物)引导到动力系统10中以用于随后的燃烧。排气系统18可以将燃烧的副产物排放或释放到动力系统10外部的大气中。EGR系统20的再循环回路可以经配置将排气的一部分从排气系统18引导回到空气吸入系统16中以用于随后的燃烧。
空气吸入系统16可以包括协作以调节压缩空气并将压缩空气引入气缸14的多个部件。例如,空气吸入系统16可以包括位于一个或多个压缩机24下游的混合器22或进气歧管。空气吸入系统16供给与各个气缸14相关联的可变阀致动器26。在一些实现方式中,空气吸入系统16可以包括节流阀、空气冷却器、过滤部件、压缩机旁通部件等。在一些实现方式中,一个或多个传感器可以经配置提供与空气吸入系统16相关联的测量值以允许确定与发动机相关联的燃料的含量。
排气系统18可以包括多个部件,这些部件协作以调节和引导来自气缸14的排气至大气。例如,排气系统18可以包括排气通道28,由流经排气通道28的排气驱动的一个或多个涡轮机30,诸如位于涡轮机30下游的柴油颗粒过滤器(DPF)的颗粒收集设备32,以及流体连接在颗粒收集设备32下游的排气后处理设备34(例如,后处理选择性催化还原(SCR)设备)。在一些实现方式中,传感器(例如,烟尘水平传感器)可以经配置测量与DPF相关联的烟尘水平和/或提供指示DPF中的烟尘的量的测量值。在一些实现方式中,排气系统18可以包括一个或多个旁通部件、排气压缩或限制制动器、衰减设备、附加排气处理设备等。
涡轮机30可以经定位接收离开动力系统10的排气并且可以通过公共轴36连接到空气吸入系统16的一个或多个压缩机24以形成涡轮增压器。当离开动力系统10的排气流过涡轮机30并抵靠其叶片膨胀时,涡轮机30可旋转并驱动一个或多个压缩机24以对进气加压。
在一些实现方式中,颗粒收集设备32可以是位于涡轮机30下游的DPF,以从动力系统10的排气流中去除颗粒物质。在一些实现方式中,颗粒收集设备32可以包括导电或非导电粗网孔金属或多孔陶瓷蜂窝介质。当排气流过介质时,颗粒可以经介质阻挡并收集于介质中。随着时间的推移,颗粒可能积聚在介质内,并且如果不加以考虑的话,可能通过增加排气背压而影响发动机性能。为了最小化背压对发动机性能的影响,收集的颗粒可以通过再生过程经被动地和/或主动地去除。当被动再生时,沉积在介质上的颗粒可以与催化剂(例如涂覆在颗粒收集设备32上或以其他方式包括在颗粒收集设备32内的贱金属氧化物、熔融盐和/或贵金属)发生化学反应,以降低颗粒的点火温度。因为颗粒收集设备32可以紧密地位于发动机12的下游(例如,在一个示例中,紧邻涡轮机30的下游),所以进入颗粒收集设备32的排气流的温度可以经控制与催化剂结合到足够高,以烧掉收集的颗粒。当主动再生时,向沉积在过滤介质上的颗粒施加热量以将其温度升高到点火阈值。根据本文所述的其他实现方式,主动再生设备(未示出),例如燃料燃烧式燃烧器或电加热器,可以位于颗粒收集设备32附近(例如,上游),以帮助控制颗粒收集设备32的再生。如果需要,可以使用被动和主动再生的组合。
排气后处理设备34可以接收来自涡轮机30的排气并且收集或转化气流中的特定成分。在一个示例中,排气后处理设备34可以体现为具有位于还原剂喷射器下游的催化剂基材的SCR设备。气体或液体还原剂,最通常为尿素,或水和尿素混合物,可以通过还原剂喷射器喷射或以其他方式推进到催化剂基材上游的排气中。当还原剂被吸收到催化剂基材的表面上时,还原剂可以与排气中的NOx(NO和NO2)反应以形成水(H2O)和元素氮(N2)。根据一些实现方式,传感器(例如,NOx排放传感器)可以经配置(例如,在排气后处理设备34内)测量排气中的NOx水平和/或提供指示排气中的NOx的量的测量值。在一些实现方式中,水解催化剂可以与催化剂基材结合以促进尿素均匀分布和转化成氨。此外,传感器(例如,氨排放传感器)可以经配置(例如,在排气后处理设备34内)测量排气的氨水平和/或提供指示排气中的氨的量的测量值。
在一些实现方式中,还原过程可以包括氧化催化剂(例如,柴油氧化催化剂(DOC)),其例如可以包括多孔陶瓷蜂窝结构或涂覆有催化化学反应以改变排气组成的材料(例如,贵金属)的金属网基材。例如,氧化催化剂可以包括促进NO向NO2转化的铂,和/或抑制转化的钒。根据一些实现方式,传感器可以经配置测量氧化催化剂和/或排气后处理设备34的另一个部件的温度。例如,排气后处理设备34的温度传感器可以经配置测量并提供与排气后处理设备34的DOC相关联的温度测量值(例如,DOC的入口温度测量值、DOC的出口温度测量值)。在一些实现方式中,温度传感器可以测量和/或提供与DOC的碳氢化合物定量给料相关联(或在DOC的碳氢化合物定量给料期间)的温度测量值。
排气后处理设备34可能需要脱硫以维持可接受的NOx转化率。类似于颗粒收集设备32的再生事件,脱硫事件可能需要提高排气温度。例如,在脱硫期间将进气阀致动(IVA)控制与EGR控制分离可以在这种维护事件期间为排气的热管理提供增强的能力。
当在涡轮增压柴油发动机中使用EGR时,如图1所示,待再循环的排气可以在与涡轮增压器相关联的排气驱动涡轮机30的上游被移除。例如,在许多EGR应用中,排气可以从排气通道28转移并且经由EGR管道38转移到空气吸入系统16。同样地,再循环的排气可以在压缩机24的下游被重新引入空气吸入系统16。在一些实现方式中,EGR系统20可以是外部EGR系统和/或可以包括用于实现本文所述的方法和/或过程的各种特征,例如主控制阀和/或旁通阀的系统,以允许发动机控制模块(ECM)40在某些发动机操作条件期间控制通过EGR系统的各种流。
如本文所述,可以获得与动力系统10相关联的各种测量值以监测和/或检测发动机12的燃料(例如,由发动机12消耗的燃料、与动力系统10相关联的储存器中的燃料等)中的物质(例如,硫或可能在由发动机12消耗的燃料中的任何其他物质)的量。各种测量值可以指示与燃料内的物质的量相关的参数值。此外,可以将测量值与参数的相应估计进行比较。例如,与参数相关联的一个或多个模型可以基于各种测量值中的一个或多个并且对于燃料中的物质的量使用预定值(例如,假定值、常数等)来操作。在一些实现方式中,预定值可以对应于与发动机相关联的指定类型的燃料(本文可以称为“指定燃料类型”)中的物质的量。指定类型的燃料可对应于发动机12经配置以消耗以实现一个或多个所需操作条件(例如,根据发动机配置的最佳操作条件)的燃料。
此外,如本文所述,动力系统10可以根据发动机正在消耗的燃料中的物质的确定量来控制(例如,通过ECM 40)。例如,如果物质的量被确定为满足阈值量,则ECM 40可以改变动力系统10和/或发动机12的操作(例如,调低动力输出、关闭动力系统10、停止发动机12的操作、使发动机12在较高温度下操作(例如,烧掉燃料中的物质)等)。另外,或可选地,ECM40可以提供指示已经在燃料中检测到物质的阈值量的通知(例如,指示发动机12没有使用发动机12的指定类型的燃料操作)。这样,可以根据与发动机12相关联的燃料中的物质的确定量来控制动力系统10。
图1的动力系统10包括ECM 40,ECM 40可以提供动力系统10的控制。在一些实现方式中,ECM 40可以基于与从传感器系统42接收的动力系统10的参数相关联的一个或多个测量值并且基于与动力系统10相关联的参数的一个或多个估计来监测和/或检测发动机的燃料中的物质。在一些实现方式中,ECM 40可以监测和/或检测燃料中的物质的量,以便使得发动机被控制(例如,通过动力系统10的多个控制设备,诸如阀、致动器、温度管理设备等)以说明燃料中的物质的量。
ECM 40经实现为处理器,例如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、加速处理单元(APU)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或另一类型的处理部件。处理器以硬件、固件和/或硬件和软件的组合来实现。在一些实现方式中,ECM 40包括能够经编程以执行功能的一个或多个处理器。在一些实现方式中,包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或另一类型的动态或静态存储设备(例如,闪存、磁存储器和/或光存储器)的一个或多个存储器可以存储供ECM 40使用的信息和/或指令。在一些实现方式中,ECM 40可以包括能够存储指令的存储器(例如,非暂时性计算机可读介质),这些指令在被执行时使处理器执行本文所述的一个或多个过程和/或方法。
ECM 40可以执行指令以执行各种控制功能和过程来控制动力系统10,并且自动确定物质的阈值量存在于与发动机12相关联的燃料(例如,由发动机12消耗的燃料和/或可由发动机12消耗的燃料)中的概率。ECM 40可以包括任何适当类型的发动机控制系统,该发动机控制系统经配置执行发动机控制功能,使得动力系统10可适当地操作。此外,ECM 40还可以控制车辆或机器的另一系统,诸如传动系统、液压系统等。
传感器系统42可以提供与各种参数相关联的测量值,并且可以由ECM 40用来控制动力系统10和/或确定由发动机12消耗的燃料是否是发动机12的指定类型的燃料。传感器系统42可以包括物理传感器和/或任何适当类型的控制系统,该控制系统基于计算模型和/或一个或多个测量参数生成参数值(本文可以称为“测量值”)。如本文所用,“参数”可以指直接由传感器系统42的传感器测量和/或由一个或多个模型估计的那些参数。示例性传感器可以包括温度传感器、速度传感器、化学成分传感器(例如烟尘水平传感器、NOx排放传感器、氨排放传感器等)、射频(RF)传感器(例如烟尘水平传感器)、压力传感器等。如本文所用的,与这些参数相关联的测量值可以指与这些参数相关并且指示动力系统10的状态的任何值。例如,测量值可以包括机器和/或环境参数,例如烟尘水平、NOx水平、氨水平、温度值(例如,与排气后处理设备34的DOC相关联的出口温度)、压缩比、涡轮增压器效率、后冷却器特性、压力值、环境条件、燃料速率、发动机速度,等。在一些实现方式中,如本文所述,这些测量值可以是ECM 40用来估计参数值的一个或多个模型(例如,烟尘水平估计模型、NOx水平估计模型、氨水平估计模型、碳氢化合物定量给料估计模型、DOC温度估计模型等)的输入。
传感器系统42可以经配置与ECM 40重合;可以经配置单独的控制系统;和/或可以经配置为其他控制系统的一部分。此外,ECM 40可以通过使用计算机软件、硬件和/或软件和硬件的组合来实现传感器系统42。例如,ECM 40可以执行指令以使得传感器系统42的传感器基于燃料监测模型和/或其他参数来感测和/或生成测量值。
如上所述,提供图1作为示例。其他示例可不同于结合图1所描述的示例。
图2是其中可以实现本文所述的系统和/或方法的示例性燃料含量检测系统200的图。如图2所示,燃料含量检测系统200可以包括一个或多个传感器210(单独称为“传感器210”,统称为“传感器210”);一个或多个物质不敏感测量模块220(单独称为“物质不敏感测量模块220”,统称为“物质不敏感测量模块220”);一个或多个物质敏感估计模块230(单独称为“物质敏感估计模块230”,统称为“物质敏感估计模块230”);物质检测模块240和用户设备250。如图2的示例所示,传感器210可以是传感器系统42的传感器,物质不敏感测量模块220、物质敏感估计模块230和物质检测模块240可以包括在ECM 40内(和/或ECM 40的模块内)。燃料含量检测系统200的设备和/或部件可以经由有线连接、无线连接,或者有线和无线连接的组合互连。
传感器210可以包括经配置测量动力系统10的一个或多个参数的任何类型的传感器。与动力系统10的一个或多个参数相关的值可以与由发动机12消耗的燃料中的物质的量相关。作为示例,传感器210可以包括RF传感器、温度传感器、位置传感器(例如,用于检测阀、致动器、发动机部件(例如,活塞)等的位置)、速度传感器(例如,用于检测发动机速度、机器速度等)、压力传感器(例如,用于检测动力系统10中的空气压缩或排气的测量值)、排放传感器(例如,用于检测动力系统10的排气的排放水平)等。
在一些实现方式中,传感器210可以包括烟尘水平传感器(或用于测量烟尘水平的传感器的部件)。例如,烟尘水平传感器可以是测量通过排气后处理设备34的DPF传输的RF信号的衰减的RF传感器。在这种情况下,可以基于RF信号在通过DPF传输时损失了多少功率来确定烟尘水平。RF信号的衰减越大,DPF中的烟尘量就越大(例如,因为烟尘吸收功率)。另外,或可选地,烟尘水平传感器可以是与DPF相关联的压力传感器,该压力传感器测量DPF的背压。例如,DPF处的背压的量越大,DPF中的烟尘的量越大(例如,由于烟尘阻挡空气流过DPF)。DPF的烟尘水平可以与由发动机12消耗的燃料中的物质的量相关。例如,DPF的烟尘水平越高,燃料包括相对大量硫(例如,比发动机12的指定类型的燃料更多的硫)的可能性越大。
在一些实现方式中,传感器210可以包括经配置分别确定发动机12的排气的NOx水平和/或发动机12的排气的氨水平的NOx排放传感器(或用于测量NOx水平的传感器的部件)和/或氨传感器(或用于测量氨水平的传感器用户的部件)。例如,NOx排放传感器和/或氨传感器可以是经配置检测气体和/或空气的含量的气体传感器或空气传感器。在一些实现方式中,NOx排放传感器和/或氨传感器可以确定排气后处理设备34的排气中的NOx的量(例如,NOx水平)和/或氨的量(例如,氨水平)。排气中的NOx水平和/或氨水平可以分别与由发动机12消耗的燃料中的物质的量相关。例如,排气后处理设备34中NOx的量越大和/或氨的量越大,燃料包括相对大量硫的可能性越大。
在一些实现方式中,传感器210可以包括温度传感器(或温度传感器的部件),该温度传感器经配置确定排气后处理设备34的DOC的出口温度。例如,温度传感器可以经配置检测流过DPF的排气的温度。在一些实现方式中,温度传感器可以在DPF的碳氢化合物定量给料过程中测量温度。DOC的出口温度可以与由发动机12消耗的燃料中的物质的量相关。例如,DOC的出口温度越低,燃料中硫的量越大(例如,由于硫吸收DOC催化剂和/或使DOC催化剂失活)。
另外,或可选地,ECM 40可以从传感器210获得指示DOC的碳氢化合物定量给料期间供应的燃料量的测量值和/或信息。燃料量可以与DOC在发动机12操作期间处于目标温度所需的燃料量相关。例如,ECM 40可确定与供应燃料相关的定时、与燃料相关的压力、与燃料相关的流等,以确定在碳氢化合物定量给料期间供应的燃料量。在这种情况下,在碳氢化合物定量给料期间达到目标温度(例如,关闭目标温度的回路)所需的燃料越多,燃料中硫的量越大。
物质不敏感测量模块220可以包括经配置从传感器210接收信号和/或测量值的一个或多个设备或部件。如本文所述的,在一些实现方式中,物质不敏感测量模块220可以确定与动力系统10的一个或多个参数相关联的值。例如,如果这些传感器中的一个或多个没有经配置确定烟尘水平、NOx水平、氨水平、DOC的碳氢化合物定量给料过程中的燃料量,和/或DOC温度,物质不敏感测量模块220可以经配置基于从传感器210(和/或传感器210的部件)接收的测量信号来确定烟尘水平、NOx水平、氨水平、DOC的碳氢化合物定量给料过程中的燃料量,和/或DOC温度。物质不敏感测量模块220可以独立于和/或不考虑由发动机12消耗的燃料中的特定物质的量来确定参数的测量值。如图所示,物质不敏感测量模块220可以包括在ECM 40内和/或由ECM 40实现。
物质敏感估计模块230可以包括经配置估计动力系统10的一个或多个参数(例如,对应于由物质不敏感测量模块220测量的一个或多个参数的一个或多个参数)的值的一个或多个设备或部件。如图所示,物质敏感估计模块230接收来自传感器210的测量值和预定物质值。预定物质值是与物质敏感估计模块230相关联的物质敏感模型(本文可称为“模型”)的固定值或假定值。预定物质值可以对应于表示假定在由发动机12消耗的燃料中的物质的量的值。例如,如果发动机12经配置使用具有500ppm硫的燃料来操作,则物质敏感估计模块230的硫敏感模型的预定值可以是500ppm。因此,物质敏感估计模块230可以根据发动机12正在消耗的燃料中的物质的假定量来估计参数值。如图所示,物质敏感估计模块230可以包括在ECM 40内和/或由ECM 40实现。
如本文所述,该模型可以用于根据预定物质值和来自传感器210的测量值来估计一个或多个参数的值(本文中可称为“估计”)。例如,物质敏感估计模块230可以基于预定物质值、与排气后处理设备34相关联的接收温度测量值、与排气后处理设备34相关联的接收空气流测量值和/或可以用于估计烟尘水平的任何其他测量值来估计与动力系统10相关联的烟尘水平、NOx水平和/或氨水平。另外,或可选地,物质敏感估计模块230可以基于该预定物质值、接收到的碳氢化合物定量给料速率测量值、与排气后处理设备34相关联的接收到的空气流测量值,和/或可以用于估计DOC的出口温度的任何其他测量值来估计DOC的出口温度。
如上所述,物质不敏感测量模块220的测量参数可以相应地由物质敏感估计模块230使用物质量的预定值来估计。例如,对于测量与动力系统10相关联的烟尘水平的物质不敏感测量模块220,ECM 40可以包括用于估计烟尘水平的物质敏感估计模块230。另外,或可选地,对于测量与动力系统10相关联的NOx水平的物质不敏感测量模块220,ECM 40可以包括物质敏感估计模块230以估计NOx水平。此外,对于测量与动力系统10相关联的氨水平的物质不敏感测量模块220,ECM 40可以包括用于估计氨水平的物质敏感估计模块。此外,对于测量动力系统10的DOC的出口温度的物质不敏感测量模块220,ECM 40可以包括物质敏感估计模块230以估计DOC的出口温度。在一些实现方式中,一个或多个物质敏感估计模块230可以在用于确定各个参数的估计的模型中使用相同的预定物质值。
这样,物质不敏感测量模块220和物质敏感估计模块230可以分别提供测量值和估计,这些测量值和估计可以经比较以便确定物质敏感估计模块230所使用的预定物质值是否准确。
物质检测模块240可以包括经配置检测燃料中的物质和/或确定燃料中的物质的量的一个或多个设备。在一些实现方式中,物质检测模块240可以基于确定燃料中的物质的量满足(或可能满足)阈值量来检测燃料中的物质。如图所示,物质检测模块240可以包括在ECM 40内和/或由ECM 40实现。
如本文所述,物质检测模块240可以使用从物质不敏感测量模块220接收的一个或多个参数的测量值以及从物质敏感估计模块230接收的一个或多个参数的估计来确定动力系统10的燃料中的物质(例如,硫或可以在燃料中的其他类型的物质)的量。物质的量可以对应于包括物质的燃料的百分比(例如,物质相对于燃料含量的ppm)和/或燃料中物质的总量。如本文所述,燃料中物质的量可以根据在与物质敏感估计模块230相关联的一个或多个模型中使用的物质的预定值来确定。
在一些实现方式中,物质检测模块240可以将从物质不敏感测量模块220接收的和/或由物质不敏感测量模块220确定的参数的测量值与从物质敏感估计模块230接收的和/或由物质敏感估计模块230确定的参数的估计进行比较,以确定预定物质值是否表示由发动机12消耗的燃料中的物质的量。例如,如果测量参数和估计参数不在彼此的阈值范围内,物质检测模块240可以确定预定物质值不表示燃料中物质的量。换言之,物质检测模块240可以确定该模型正在使用发动机12正在消耗的燃料中的物质的量的不准确假定。此外,物质检测模块240可以推断(例如,根据不准确的假定和/或根据所测量的参数不在所估计的参数的阈值范围内(或反之亦然)发动机12正在消耗不是指定类型燃料的燃料(在预定物质值对应于指定类型的燃料中的物质的量的情况下)。在一些实现方式中,阈值范围可以取决于正被分析以确定燃料中的物质的量的参数的类型(例如,烟尘水平、NOx水平、氨水平、DOC的出口温度等)。另一方面,如果测量的参数和估计的参数在阈值范围内,物质检测模块240可以确定发动机12正在使用指定类型的燃料操作。在这种情况下,ECM 40可以使发动机12能够和/或允许发动机12相应地操作(例如,根据涉及在发动机12消耗指定类型的燃料时使用发动机12的标准操作)。
在一些实现方式中,物质检测模块240可以使用多个参数来确定发动机12正在消耗的燃料中的物质的量和/或该物质的量是否对应于发动机12的指定类型的燃料中的物质的量。例如,物质检测模块240可以通过比较多个相应参数中的每一个的相应测量值和估计来确定燃料中物质的阈值量的概率。物质检测模块240可以使用评分系统通过相对于多个参数中的其他参数加权一个或多个参数(例如,基于参数和燃料中的物质的量之间的相关性的可靠性和/或水平)来确定物质的阈值量在燃料中的概率。例如,历史信息可以指示烟尘水平比NOx水平更紧密地与燃料中的物质的量相关。在这种情况下,物质检测模块240可以经配置通过将更大的加权应用于烟尘水平比较而比测量的NOx水平和估计的NOx水平的比较更多地依赖于测量的烟尘水平与估计的烟尘水平的比较。
在一些实现方式中,物质检测模块240可以基于测量参数和/或估计参数的比较来跟踪与确定物质的量相关联的历史信息,如本文所述,以确定参数的加权。例如,物质检测模块240可以使用机器学习模型来确定由发动机12消耗的燃料包括物质的阈值量的概率。机器学习模型可以基于历史信息、一个或多个参数、与参数相关联的一个或多个测量值、与参数相关联的一个或多个估计、与发动机12相关联的一个或多个操作条件等来训练。因此,物质检测模块240可以使用机器学习模型来确定物质的量满足阈值量的概率。
在一些实现方式中,物质检测模块240可以处理用于确定参数估计的模型的多次迭代,以便确定燃料内物质的量。例如,对于每次迭代,物质检测模块240可以将预定物质值改变为另一个值(例如,将导致参数估计更接近于参数的测量值和/或等于测量的值)。在这种情况下,物质检测模块240可以调整预定物质值,直到迭代找到在测量值的阈值范围内和/或等同于测量值的参数的估计。因此,物质检测模块240可以确定由发动机12消耗的燃料中的物质的量。
因此,物质检测模块240可以经配置确定发动机12正在消耗不是发动机12的指定类型燃料的燃料的概率。基于该概率(例如,满足阈值概率的概率),物质检测模块240可以使得ECM 40相应地改变发动机12的操作和/或警告用户(例如,操作者)发动机12正在消耗不是发动机12的指定类型的燃料的燃料。
用户设备250包括一个或多个能够接收、产生、存储、处理和/或提供与在与动力系统10相关联的燃料中的物质的确定量和/或与动力系统10相关联的燃料的确定燃料类型相关联的信息的设备。例如,用户设备250可以包括与动力系统10相关联的机器(例如,由动力系统10供电的机器)的操作员站。另外,或可选地,用户设备250可以包括计算设备,诸如移动电话(例如,智能电话、无线电话等)、膝上型计算机、平板计算机、手持计算机、可佩戴通信设备(例如,智能手表、智能眼镜等)或类似类型的设备。用户设备250可以经配置从ECM40接收通知。例如,用户设备250可以与ECM 40通信地联接,使得用户设备250可以从ECM 40接收指示燃料中的物质的量满足阈值和/或发动机12可能正在消耗不是发动机12的指定类型的燃料的通知。这样,ECM 40可以使得(例如,经由通知)用户设备250的用户界面警告用户(例如,与动力系统10相关联的机器的操作者)发动机12可能不消耗指定类型的燃料。
提供图2所示的设备和网络的数量和布置作为示例。实际上,可以存在比图2所示的设备更多的设备、更少的设备、不同的设备或不同布置的设备。此外,可以在单个设备内实现图2所示的两个或多个设备,或者可以将图2所示的单个设备实现为多个分布式设备。另外,或可选地,燃料含量检测系统200的一组设备(例如,一个或多个设备)可以执行描述为由燃料含量检测系统200的另一组设备执行的一个或多个功能。
图3是用于基于来自传感器的测量值和测量的模型估计的燃料含量检测的示例性过程300的流程图。在一些实现方式中,图3的一个或多个处理框可以由ECM(例如,ECM 40)来执行。在一些实现方式中,图3的一个或多个处理框可以由与ECM(例如ECM 40)分离或包括ECM的另一设备或一组设备来执行,例如传感器(例如传感器210)、物质检测模块(例如物质检测模块240)、物质不敏感模块(例如物质不敏感测量模块220)、物质敏感估计模块(例如物质敏感估计模块230)、用户设备(例如,用户设备50)等。
如图3所示,过程300可以包括接收参数的测量值,其中该参数与发动机中正在消耗的燃料中的物质的量相关(框310)。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质不敏感测量模块220、物质检测模块240等)可以接收参数的测量值。在一些实现方式中,该参数与发动机中正在消耗的燃料中的物质的量相关。
如图3进一步所示,过程300可以包括基于模型确定参数的估计,其中模型使用与物质的量相关联的预定值,其中发动机经配置消耗指定类型的燃料,该指定类型的燃料包括对应于预定值的物质的量(框320)。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质敏感估计模块230、物质检测模块240等)可以基于模型来确定参数的估计。在一些实现方式中,该模型使用与该物质的量相关联的预定值。在一些实现方式中,发动机经配置消耗指定类型的燃料,该指定类型的燃料包括对应于预定值的物质的量。
如图3进一步所示,过程300可以包括基于不在阈值范围内的估计和测量值来确定燃料不是指定类型的燃料(框330)。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可以基于不在阈值范围内的估计和测量值来确定燃料不是指定类型的燃料。
如图3进一步所示,过程300可以包括基于确定燃料不是指定类型的燃料,执行与发动机相关联的动作,与发动机相关联的动作(框340)。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可以基于确定燃料不是指定类型的燃料来执行与发动机相关联的动作,与发动机相关联的动作。
过程300可以包括另外的实现方式,诸如以下描述的任何单个实现方式或实现方式的任何组合和/或结合本文别处所述的一个或多个其他过程。
在一些实现方式中,该参数包括以下各项中的至少一个:在碳氢化合物定量给料过程中发动机的过滤器中的烟尘水平;发动机的排气的NOx水平;发动机的排气的氨水平;或发动机的排气后处理设备的温度。在一些实现方式中,该物质包括硫。
在一些实现方式中,ECM在执行动作时可以致使发动机经控制相对于发动机的标准操作减小动力输出或停止操作以防止发动机消耗燃料。在一些实现方式中,ECM在执行该动作时可以致使发动机经由控制设备控制在相对于发动机的标准操作而言升高的温度下操作,以减少燃料中的物质的量。
另外,或可选地,过程可以包括接收参数的测量值,其中该测量值与在发动机操作期间使用的燃料中的物质的量相关。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质不敏感测量模块220、物质检测模块240等)可以接收参数的测量值。在一些实现方式中,该测量值与在发动机操作过程中使用的燃料中的物质的量相关联。
这样的过程可以包括使用模型来确定参数的估计,其中,为了确定参数的估计,该模型使用与物质的量相关联的预定值。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质敏感估计模块230、物质检测模块240等)可以使用模型来确定参数的估计。在一些实现方式中,为了确定参数估计,模型使用与物质的量相关联的预定值。
这样的过程可以包括基于估计和测量值确定预定值是否表示燃料中物质的量,其中当估计在测量值的阈值范围内时,确定预定值表示物质的量。例如,如上所述,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可以基于估计和测量值来确定预定值是否表示燃料中的物质的量。在一些实现方式中,当估计在测量值的阈值范围内时,预定值被确定为代表物质的量。
这样的过程可以包括由发动机控制模块并且基于预定值是否被确定为代表燃料中的物质的量来执行与发动机相关联的动作。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可通过发动机控制模块并基于预定值是否被确定为代表燃料中物质的量来执行与发动机相关联的动作。
这样的过程可以包括另外的实现方式,诸如以下描述的任何单个实现方式或实现方式的任何组合和/或结合本文别处所述的一个或多个其他过程。
在一些实现方式中,该测量值是从烟尘水平传感器接收的,该参数对应于发动机的过滤器中的烟尘水平,并且该测量值对应于过滤器中的烟尘的测量的量。在一些实现方式中,该模型是烟尘水平估计模型,该估计对应于过滤器中的烟尘的估计的量。
在一些实现方式中,该测量值是从氮氧化物(NOx)排放传感器接收的,该参数对应于该发动机的排气的NOx水平,并且该测量值对应于该排气中的NOx的测量的量。在一些实现方式中,该模型是NOx水平估计模型,该估计对应于排气中NOx的估计的量。
在一些实现方式中,该测量值是从氨排放传感器接收的,该参数对应于该发动机的排气的氨水平,并且该测量值对应于该排气中的氨的测量的量。在一些实现方式中,该模型是氨水平估计模型,并且该估计对应于排气中的氨的估计的量。
在一些实现方式中,该测量值与用于柴油氧化催化剂(DOC)的碳氢化合物定量给料的燃料量相关联,并且该参数对应于在碳氢化合物定量给料过程中供应的燃料量。在一些实现方式中,该模型是碳氢化合物定量给料估计模型,并且该估计对应于为碳氢化合物定量给料供应的燃料的估计的量。
在一些实现方式中,发动机经配置使用指定燃料类型来操作,并且指定燃料类型具有对应于预定值的物质的量。在一些实现方式中,当预定值被确定为代表燃料中的物质的量时,ECM可以确定燃料的类型是指定燃料类型,并且ECM在执行动作时可以使得发动机能够根据指定燃料类型操作。
在一些实现方式中,当预定值被确定为不代表燃料中的物质的量时,ECM在执行动作时可以使得发动机被控制以修改发动机的操作。
在一些实现方式中,当预定值被确定为不代表燃料中的物质的量时,ECM在执行动作时可以向与发动机控制模块通信地联接的用户设备提供通知,以指示发动机可能正在消耗包括与由预定值表示的物质的量不同的物质的量的燃料。
在一些实现方式中,当预定值被确定为不代表燃料中的物质的量时,ECM在执行动作时可以使用不同量的物质来处理模型的迭代,以确定物质的估计量。在一些实现方式中,物质的估计量对应于在迭代之一中提供在测量值的阈值范围内的参数的估计的量。在一些实现方式中,ECM可以使得基于所确定的物质的估计量来控制发动机。在一些实现方式中,该物质是硫。
另外,或可选地,过程可以包括从传感器接收发动机参数的测量值,其中该参数与燃料中硫的量相关。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质不敏感测量模块220、物质检测模块240等)可以从传感器接收发动机参数的测量值。在一些实现方式中,该参数与燃料中的硫的量相关。
这样的过程可以包括使用模型确定参数的估计,其中,为了确定参数的估计,模型假定与硫的阈值量相关的燃料中硫的量的值。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质敏感估计模块230、物质检测模块240等)可以使用模型来确定参数的估计。在一些实现方式中,为了确定参数估计,该模型假定与硫的阈值量相关的燃料中硫的量的值。
这样的过程可以包括基于估计和测量值确定燃料中硫的量不满足硫的阈值量。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可以基于估计和测量值确定燃料中硫的量不满足硫的阈值量。
这样的过程可以包括基于确定燃料中硫的量不满足硫的阈值量来执行与发动机相关联的动作。如上所述,例如,ECM(例如,使用物质检测模块240等)可以基于确定燃料中的硫的量不满足硫的阈值量来执行与发动机相关联的动作。
这样的过程可以包括另外的实现方式,诸如以下描述的任何单个实现方式或实现方式的任何组合和/或结合本文别处所述的一个或多个其他过程。
在一些实现方式中,该参数包括以下各项中的至少一项:在碳氢化合物定量给料过程中发动机的过滤器中的烟尘水平、发动机的排气的氮氧化物水平、发动机的排气的氨水平,或发动机的排气后处理设备的温度。
在一些实现方式中,当ECM确定燃料中的硫的量不满足硫的阈值量时,ECM可以确定估计在测量值的阈值范围之外,并且基于估计在测量值的阈值范围之外,ECM确定燃料中的硫的量不满足硫的阈值量。
在一些实现方式中,当ECM在执行该动作时可以致使一个或多个控制设备控制发动机以进行以下各项中的至少一项:相对于发动机的标准操作降低输出动力;或相对于发动机的标准操作升高操作温度,以允许发动机在升高的操作温度下烧掉燃料中的硫。在一些实现方式中,当ECM在执行该动作时可以使用户界面警告用户:发动机可能不消耗指定类型的燃料。
尽管图3示出了过程300的示例性框,但是在一些实现方式中,过程300可以包括与图3所示的那些框相比更多的框、更少的框、不同的框或不同布置的框。另外,或可选地,可以并行执行过程300的两个或更多个框。
工业实用性
发动机可以经配置消耗指定类型的燃料。然而,由于人为错误和/或燃料内不可预见的化学反应,发动机可能消耗与指定类型的燃料不同的燃料类型。所消耗的燃料可以不同于指定类型的燃料,因为所消耗的燃料在指定类型的燃料中不是由特定比率的物质组成的。如上所述,发动机可以经配置消耗低硫含量燃料、超低硫含量燃料等。在这种情况下,如果发动机消耗具有相对高硫含量的燃料,则发动机的性能可能被抑制;发动机可能被损坏;和/或与发动机相关联的(例如,机器的)一个或多个其他部件可能被损坏。
根据一些实现方式,ECM可以实时地确定发动机正在消耗包括阈值量的物质(例如,硫)的燃料的概率。这样,ECM可以确定发动机将以考虑燃料中物质的阈值量的方式被控制和/或操作。例如,如果物质是硫,ECM可以导致发动机的动力输出被调低;可以导致发动机在相对升高的操作温度下操作(例如,烧掉物质);可以导致发动机停止操作和/或完全关闭等。此外,ECM可以警告操作者发动机正在消耗具有阈值量的物质的燃料,以允许操作者采取适当的动作。这样,ECM可以防止对发动机的进一步损坏,否则该损坏将通过继续操作发动机而发生,好似发动机正使用发动机的指定燃料操作一样。结果,与监测、操作、维护和/或修理发动机相关联的各种成本(例如,燃料成本、排放、硬件成本等)和/或资源(例如,处理资源、动力资源、人力资源等),发动机消耗或正在消耗具有不希望的物质的量的燃料,相对于先前的技术可以是节省的。
另外,或可选地,如本文所述,ECM可以使用来自硫敏感估计模块的模型来估计参数值。在一些实现方式中,ECM可以确定模型的准确性(例如,模型的预定物质值的准确性)以确定是否要调整模型。例如,ECM可以基于与发动机相关联的物质不敏感测量值来确定模型的输入是不准确的(例如,物质的量的输入)。这样,ECM能够调整模型和/或提供反馈以使得模型被调整。此外,ECM可以从不准确性推断燃料中存在物质的阈值量的概率。
此外,发动机的ECM可经编程以执行本文所述的方法和/或过程。换言之,一个或多个传感器(例如,硫传感器)可以不需要被包括和/或附接在动力系统内以确定发动机的燃料中的硫的量,其增加成本和/或进一步使动力系统复杂化(例如,动力系统的组装、动力系统的维护、动力系统的编程等)。这样,可以节省和/或避免与包括用于确定与发动机相关联的燃料中的物质的含量的附加传感器相关联的成本(例如,通过更新发动机的ECM以执行本文所述的一种或多种方法或过程)。
本文结合阈值来描述一些实现方式。如本文所用,根据上下文,满足阈值可以是指大于阈值、超过阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等的值。
如本文所用,冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个物品,并且可以与“一个或多个”互换使用。此外,如本文所用,术语“具有”(“has”)、“具有”(“have”)、“具有”(“having”)等旨在为开放式术语。此外,短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。
上述公开提供了说明和描述,但并不旨在穷举或将实现方式限于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化,或者可以从实现方式的实践中获得修改和变化。本说明书仅被认为是示例,本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。尽管在权利要求中陈述和/或在说明书中公开了特征的特定组合,但这些组合并不旨在限制各种实现方式的公开。虽然以下列出的每个从属权利要求可以仅直接从属于一个权利要求,但是各种实现方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
Claims (10)
1.一种与包括传感器的动力系统相关联的发动机控制模块,所述发动机控制模块包括:
用于接收参数的测量值的装置,
其中所述参数与发动机中正在消耗的燃料中的物质的量相关;
用于基于模型确定所述参数的估计的装置,
其中所述模型使用与所述物质的量相关联的预定值,
其中所述发动机经配置消耗指定类型的燃料,所述指定类型的燃料包括对应于所述预定值的所述物质的量;
用于基于不在阈值范围内的所述估计和所述测量值确定所述燃料不是指定类型的燃料的装置;以及
用于基于确定所述燃料不是指定类型的燃料来执行与所述发动机相关联的动作的装置。
2.根据权利要求1所述的发动机控制模块,其中,所述传感器中的一个包括烟尘水平传感器,并且从所述烟尘水平传感器接收所述测量值,
其中所述参数对应于所述发动机的过滤器中的烟尘水平,
其中所述测量值对应于所述过滤器中测得的烟尘的量,并且
其中所述模型是烟尘水平估计模型,
其中所述估计对应于所述过滤器中的烟尘的估计的量。
3.根据权利要求1所述的发动机控制模块,其中,所述传感器中的一个包括氮氧化物排放传感器,并且从所述氮氧化物排放传感器接收所述测量值,
其中所述参数对应于所述发动机的排气的氮氧化物水平,
其中所述测量值对应于所述排气中的氮氧化物的测得的量,并且
其中所述模型是氮氧化物水平估计模型,
其中所述估计对应于所述排气中的氮氧化物的估计的量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机控制模块,其中,所述传感器中的一个包括氨排放传感器,并且从所述氨排放传感器接收所述测量值,
其中所述参数对应于所述发动机的排气的氨水平,
其中所述测量值对应于所述排气中的氨的测得的量,并且
其中所述模型是氨水平估计模型,
其中所述估计对应于所述排气中的氨的估计的量。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机控制模块,其中,所述传感器中的一个包括柴油氧化催化剂温度传感器,并且所述测量值从所述柴油氧化催化剂温度传感器接收,
其中所述参数对应于在碳氢化合物定量给料期间所述发动机的排气后处理设备的温度,
其中所述测量值对应于所述排气后处理设备的所述温度,并且
其中所述模型是温度估计模型,
其中所述估计对应于在所述碳氢化合物定量给料期间所述排气后处理设备的估计的温度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机控制模块,其中,所述用于执行所述动作的装置包括:
用于使所述发动机经控制相对于所述发动机的标准操作减小动力输出的装置,或
用于停止操作以防止所述发动机消耗所述燃料的装置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机控制模块,其中,用于执行所述动作的所述装置包括:
用于使所述发动机经控制相对于所述发动机的标准操作在升高的温度下操作以减少所述燃料中的所述物质的所述量的装置。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机控制模块,其中,所述物质包括硫。
9.一种动力系统,
其中所述动力系统包括:
发动机;
传感器,测量所述动力系统的一个或多个参数;以及
根据权利要求1-8中任一项所述的所述发动机控制模块。
10.一种燃料含量检测方法,包括:
通过发动机控制模块接收参数的测量值,
其中所述测量值与在发动机操作期间使用的燃料中的物质的量相关;
通过所述发动机控制模块并且使用模型来确定所述参数的估计,
其中,为了确定所述参数的所述估计,所述模型使用与所述物质的所述量相关联的预定值;
通过所述发动机控制模块并且基于所述估计和所述测量值来确定所述预定值是否表示所述燃料中的所述物质的所述量,
其中,当所述估计在所述测量值的阈值范围内时,所述预定值经确定表示所述物质的所述量;以及
通过所述发动机控制模块并且基于所述预定值是否经确定代表所述燃料中的所述物质的所述量来执行与所述发动机相关联的动作。
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