用于确定排气流量的系统和方法与流程
本公开内容总体上涉及用于与内燃(ic)发动机一起使用的后处理系统。
背景
排气后处理系统用于接收和处理由ic发动机产生的废气。通常，废气后处理系统包括若干种不同部件中的任一种，以减少废气中存在的有害排出排放物的水平。例如，用于柴油动力ic发动机的某些废气后处理系统包括选择性催化还原(scr)系统，该系统包括催化剂，催化剂被配制为在氨(nh3)的存在下将nox(在一些级分中的no和no2)转化成无害的氮气(n2)和水蒸汽(h2o)。通常，在这样的后处理系统中，排气还原剂(例如，诸如尿素的柴油机排气流体(dieselexhaustfluid))被注入到scr系统中以提供氨源，并与废气混合以部分地还原nox气体。废气的还原副产物然后被流体地传递到包括在scr系统中的催化剂，以将基本上所有的nox气体分解成相对无害的副产物，该无害的副产物从后处理系统中排出。
废气的排气流量是重要的参数，其可以用于确定发动机效率、scr设计或scr系统的操作参数，例如待插入到废气中的还原剂的量或频率。排气流量可以使用各种方法诸如例如发动机速度密度模型来估计。然而，这种方法和其他方法不适合于估计大型发动机中的排气流量，所述大型发动机例如高马力(hhp)发动机(例如，具有在19l至65l的范围内的容积容量)，诸如那些用于船舶应用的发动机，因为需要复杂的调谐或其他调整来获得相对精度。另一种方法包括使用速度/扭矩预调节表来确定排气流量。然而，这种方法不能考虑海拔高度的变化、发动机到发动机的变化以及后处理系统中的流量限制，例如由于后处理系统中包括的过滤器或催化剂的堵塞。
概述
本文描述的实施方案总体上涉及用于确定由发动机产生的废气的排气流量的系统和方法，并且具体地，涉及用于由通过nox传感器测量的废气中的氧气分数确定空气-燃料比率(air-fuelratio)(“afr”)，并且由发动机的空气-燃料比率和燃料消耗率(fuelrate)确定排气流量(exhaustflowrate)的系统和方法。
在第一组实施方案中，用于确定由发动机产生的废气的排气流量的系统包括第一传感器，该第一传感器被配置为测量废气中的nox气体的量。控制器被通信地联接到第一传感器。控制器被配置为接收来自第一传感器的第一传感器信号。控制器还被配置为接收对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率信号(fuelratesignal)。控制器被配置为由第一传感器信号确定空气-燃料比率。控制器还被配置为由燃料消耗率信号确定燃料消耗率。控制器被配置为由空气-燃料比率和燃料消耗率确定排气流量。
在另一组实施方案中，用于处理由发动机产生的废气的后处理系统包括选择性催化还原系统。第一传感器被配置为测量流入选择性催化还原系统的废气中的nox气体的量。控制器被通信地联接到第一传感器。控制器被配置为接收来自第一传感器的第一传感器信号。控制器还被配置为接收对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率信号。控制器被配置由第一传感器信号确定空气-燃料比率。控制器还被配置为由燃料消耗率信号确定燃料消耗率。此外，控制器被配置为由空气-燃料比率和燃料消耗率确定排气流量。
在又一组实施方案中，确定由发动机产生的废气的排气流量的方法包括确定废气的空气-燃料比率。确定对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率。由空气-燃料比率和燃料消耗率确定排气流量。产生指示排气流量的排气流量信号。基于所确定的排气流量来调节被插入到废气中的还原剂的量。
在又另一组实施方案中，用于确定由发动机产生的废气的排气流量的控制电路包括控制器，该控制器被配置为可通信地联接到用于测量废气中的nox气体的量的第一传感器。控制器被配置为接收来自第一传感器的第一传感器信号。控制器还被配置为接收对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率信号。控制器被配置为由第一传感器信号确定空气-燃料比率。控制器还被配置为由燃料消耗率信号确定燃料消耗率。此外，控制器被配置为由空气-燃料比率和燃料消耗率确定排气流量，和产生指示排气流量的排气流量信号。
应认识到，前述概念和下面更详细地讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)被预期为本文所公开的主题的一部分。特别地，出现在本公开内容末尾的所要求保护的主题的所有组合被预期为本文所公开的主题的一部分。
附图简述
从结合附图进行的下面的描述和所附的权利要求，本公开内容的前述特征和其他特征将变得更充分明显。应理解，这些附图仅描绘了根据本公开内容的若干个实施方式并且因此不应被认为是对其范围的限制，本公开内容将通过使用附图以另外的具体性和细节被描述。
图1是根据实施方案的后处理系统的示意图。
图2是可以被包括在图1的后处理系统中的控制电路的实施方案的示意性框图。
图3是可以由图1的控制器用来确定由发动机产生的废气的排气流量的示例过程的示意性框图。
图4是根据实施方案的用于使用afr和燃料消耗率来确定排气流量的方法的示意性流程图。
图5是示出了由发动机产生的废气的所测量的排气流量和使用图4的方法确定的估计的排气流量的比较的图。
图6是可以用作图1和/或图2中示出的控制器的计算装置的示意性框图。
在整个下面的详细描述中，参考了附图。在附图中，除非上下文另外规定，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不意图是限制性的。在不偏离此处呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以做出其他改变。将容易地理解，如在本文一般描述的以及在图中示出的本公开内容的方面可以以各种各样的不同配置被布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确地预期并构成本公开内容的一部分。
详细描述
本文描述的实施方案总体上涉及用于确定由发动机产生的废气的排气流量的系统和方法，并且具体地，涉及用于由通过nox传感器测量的废气中的氧气分数确定空气-燃料比率(“afr”)，并且由发动机的空气-燃料比率和燃料消耗率确定排气流量的系统和方法。
废气的排气流量是重要的参数，其可以用于确定发动机效率、scr设计或scr系统的操作参数，例如待被插入到废气中的还原剂的量或频率。排气流量可以使用各种方法诸如例如发动机速度密度模型来估计。然而，这种方法和其他方法不适合于估计大型发动机中的排气流量，所述大型发动机例如高马力(hhp)发动机(例如，具有在19l至65l的范围内的容积容量)，诸如那些用于船舶应用的发动机，因为需要复杂的调谐或其他调整来获得相对精度。另一种方法包括使用速度/扭矩预调节表来确定排气流量。然而，这种方法不能考虑海拔高度的变化、发动机到发动机的变化以及后处理系统中的流量限制，例如由于后处理系统中包括的过滤器或催化剂的堵塞。
本文描述的系统和方法的各种实施方案可以提供益处，包括例如：(1)使用通过通常包括在大多数后处理系统中的nox传感器测量的氧气分数来确定afr，其用于确定排气流量；(2)提供简单的用于确定排气流量的下降系统，该系统可以在现有系统中使用，而无需任何重大修改；(3)克服常规方法无法避免的不准确性，例如海拔的变化、发动机与发动机的变化和/或后处理系统中的流量限制(例如，包括在scr系统中的过滤器或催化剂的堵塞)；以及(4)使用来自nox传感器和燃料消耗率传感器(fuel-ratesensor)的实际测量值来确定废气流量，从而提供更高的精度。
图1是根据实施方案的后处理系统100的示意图。后处理系统100被配置为接收来自发动机10(例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、双燃料发动机、生物柴油发动机、e-85发动机或任何其他合适的发动机)的废气，并且减少废气的成分，诸如例如nox气体、co、碳氢化合物等。该后处理系统100可以包括还原剂储存罐110、还原剂插入组件120、scr系统150和控制器170。
scr系统150包括界定内部容积的壳体152，至少一种催化剂154被定位在该内部容积内，该至少一种催化剂被配制成分解流经其中的排气的成分。壳体152可以由刚性、耐热和耐腐蚀的材料形成，例如不锈钢、铁、铝、金属、陶瓷、或任何其他合适的材料。壳体152可以具有任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、卵形的、椭圆形的、多边形的、或任何其他合适的形状。
在一些实施方案中，scr系统150可以包括选择性催化还原过滤器(scrf)系统或者任何其他后处理部件，所述任何其他后处理部件被构造成在还原剂存在的情况下，分解流经后处理系统100的废气的成分(例如，nox气体，诸如一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮等)，如本文中所描述的。
尽管图1仅示出了被定位在由壳体152界定的内部容积内的催化剂154，但是在其他实施方案中，除了催化剂154之外，多个后处理部件可以被定位在由壳体152界定的内部容积内。这样的后处理部件可以包括例如过滤器(例如，颗粒物质过滤器、催化过滤器等)、氧化催化剂(例如，一氧化碳、碳氢化合物和/或氨氧化催化剂)、混合器、挡板或任何其他合适的后处理部件。
入口导管102被流体地联接到壳体152的入口，并且被构造成接收来自发动机10的废气并将废气传送到由壳体152界定的内部容积中。此外，出口导管104可以被联接到壳体152的出口，并且被构造成将处理过的废气排放到环境中。
第一传感器103被定位在入口导管102中。第一传感器103可以包括nox传感器，该nox传感器被配置为测量包括在流入scr系统150的废气中的nox气体的量。第一传感器103还被配置为测量废气中包含的氧气的量。例如，第一传感器103可以包括电化学传感器。第一传感器103可以包括催化元素(例如，铑)，以将nox气体催化分解成氮气组分和氧气组分。例如，在氧还原反应中，nox气体的氧气组分在极化电极上被电化学还原，以产生第一输出值，该第一输出值包括指示nox气体的氧气组分的量或浓度的氧化还原电流和/或电压。氧气组分的浓度对应于废气中包含的nox气体的nox浓度，并且由此用于间接地测量第一nox浓度。
然而，由发动机10(例如，柴油发动机)产生的废气固有地包括初始量的氧气或氧气分数。氧气分数也有助于由第一传感器103测量的电化学氧化还原电流。第一传感器103还被配置为测量第一氧气浓度，并且产生指示如上文所描述的氧气分数的输出值。例如，第一传感器103可以包括用于测量氧气浓度的第一室和用于测量nox浓度的第二室。废气的至少一部分可以流过扩散屏障进入第一室，该第一室包括简单的氧传感器(例如，电化学氧传感器)，用于例如通过氧还原反应测量第一氧气浓度。一部分废气还流入到第二室中，如前所述，在第二室中测量第一nox浓度。
在各种实施方案中，温度传感器、压力传感器或任何其他传感器还可以被定位在入口导管102中，以便确定流过后处理系统100的废气的一个或更多个操作参数。第二传感器105被定位在出口导管104中。第二传感器105可以包括第二nox传感器，该第二nox传感器被配置为确定在穿过scr系统150之后排放到环境中的nox气体的量。在其他实施方案中，第二传感器105可以包括氨氧化物(amox)传感器，所述氨氧化物传感器被配置为测量从scr系统150流出的废气中的氨的量，即，确定氨泄漏。这可以用作确定scr系统150的催化效率，调节待插入到scr系统150中的还原剂的量，和/或调节scr系统150的温度的措施，以便允许scr系统150有效地使用氨来催化分解流过其中的废气中所包含的nox气体。
还原剂插入端口156可以被设置在壳体152的侧壁上，并且被构造成允许还原剂通过其插入到由壳体152限定的内部容积中。还原剂插入端口156可以被定位在催化剂154的上游(例如，以允许还原剂被插入到催化剂154上游的废气中)，或者被定位在催化剂154的上方(例如，以允许还原剂被直接插入到催化剂154上)。在其他实施方案中，还原剂插入端口156可以被布置在入口导管102上，并且被配置为将还原剂插入到scr系统150的上游的入口导管102中。在这样的实施方案中，混合器、挡板、叶片(vane)或其他结构可以被定位在入口导管102中，以便促进还原剂与废气的混合。
催化剂154被配制为选择性地分解废气的成分。可以使用任何合适的催化剂，诸如，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他合适的催化剂或其组合。催化剂154可以被布置在合适的基底上，所述基底诸如例如可以例如界定蜂窝状结构的陶瓷(例如堇青石)或金属(例如坝塔尔合金(kanthal))的整体芯。修补基面涂层(washcoat)也可以用作催化剂154的载体材料。这样的修补基面涂层材料可以包括例如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他合适的修补基面涂层材料、或其组合。废气(例如，柴油机废气)可以流过催化剂154和/或在催化剂154周围流动，使得包含在废气中的任何nox气体还被还原以产生大体上不含nox气体的废气。
还原剂储存罐110被构造成储存还原剂。还原剂被配制为促进废气的成分(例如，包含在废气中的nox气体)的分解。可以使用任何合适的还原剂。在一些实施方案中，废气包括柴油废气，并且还原剂包括柴油排气流体。例如，柴油排气流体可以包括尿素、尿素的水溶液、或包括氨、副产物的任何其他流体、或如本领域中已知的任何其他柴油排气流体(例如，以
还原剂插入组件120被流体地联接到还原剂储存罐110。还原剂插入组件120被配置为将还原剂选择性地插入到scr系统150中或其上游(例如插入到入口导管102内)或插入到被定位在scr系统150的上游的混合器(未示出)中。还原剂插入组件120可以包括各种结构，以有助于从还原剂储存罐110接收还原剂并将还原剂输送至scr系统150。
例如，还原剂插入组件120可以包括一个或更多个泵，所述一个或更多个泵具有滤网(filterscreen)(例如，以防止还原剂的固体颗粒或污染物流入泵)和/或被定位在其上游的阀(例如，止回阀)，以从还原剂储存罐110接收还原剂。在一些实施方案中，泵可以包括隔膜泵，但是可以使用任何其他合适的泵，诸如例如离心泵、抽吸泵等。
该泵可以被配置为对还原剂加压，以便以预定压力向scr系统150提供还原剂。网、止回阀、脉动阻尼器或其他结构也可以被定位在泵的下游，以向scr系统150提供还原剂。在各种实施方案中，还原剂插入组件120还可以包括旁路管线，该旁路管线被构造成提供还原剂从泵到还原剂储存罐110的返回路径。
可以在旁路管线中设置阀(例如，孔板阀(orificevalve))。阀可以被构造成如果由泵产生的还原剂的操作压力超过预定压力，则允许还原剂通过该阀到达还原剂存储罐110，以便防止对泵、还原剂输送管线或还原剂插入组件120的其他部件的过度加压。在一些实施方案中，旁路管线可以被配置为在还原剂插入组件120的吹扫期间(例如，在后处理系统100关闭之后)允许还原剂返回到还原剂存储罐110。
在各种实施方案中，还原剂插入组件120还可以包括混合室，该混合室被构造成以可控制的速率接收来自计量阀的加压还原剂。混合室还可以被构造成接收空气(例如，压缩空气或部分废气)或任何其他惰性气体(例如氮气)，例如从空气供应单元接收，以便通过还原剂插入端口156将空气和还原剂的组合流输送至scr系统150。在各种实施方案中，喷嘴可以被定位在还原剂插入端口156中，并且被构造成将还原剂的流或射流输送到壳体152的内部容积中，以便将还原剂输送到scr系统150的催化剂154中。
在各种实施方案中，还原剂插入组件120还可以包括定量给料阀(dosingvalve)，例如，该定量给料阀被定位在还原剂输送管线内，用于将还原剂从还原剂插入组件120输送到scr系统150。定量给料阀可以包括任何合适的阀，例如蝶阀、闸阀、止回阀(例如，倾斜盘式止回阀(tiltingdisccheckvalve)、摆动式止回阀(swingcheckvalve)、轴向止回阀等)、球阀、弹簧加载阀、空气辅助喷射器、电磁阀或任何其他合适的阀。定量给料阀可以选择性地打开以在预定的时间内将预定量的还原剂插入到scr系统150中或其上游。
控制器170被通信地联接到第一传感器103，并且被配置为从第一传感器103接收第一传感器信号。第一传感器信号指示由发动机10产生并进入scr系统150的废气中的氧气的量。该信号可以包括例如电压或电流(例如，与氧还原反应相关的氧化还原电流)。控制器170还被配置为接收对应于发动机10的燃料消耗速率的燃料消耗率信号。例如，燃料消耗率传感器130可以被可操作地联接到发动机10，并产生指示燃料消耗率的燃料消耗率信号。控制器170可以被通信地联接到燃料消耗率传感器130，并且被配置为接收来自燃料消耗率传感器130的燃料消耗率信号。在其他实施方案中，控制器170可以被通信地联接到发动机10的燃料插入系统，并且被配置为接收来自其的燃料消耗率信号。燃料消耗率信号可以对应于发动机10的燃料消耗速率，或者以其他方式对应于被插入到发动机10中的燃料的消耗率，并且控制器170可以被配置为解释燃料消耗率信号，以便由此确定燃料消耗率。
控制器170可以使用任意类型和任意数量的有线或无线连接可操作地联接到第一传感器103、燃料消耗率传感器130和/或发动机10的其他部件，或者包括发动机10的交通工具。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。无线连接可以包括互联网、wi-fi、蜂窝、无线电、蓝牙、zigbee等。在一个实施方案中，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连接和无线连接。
控制器170被配置为由第一传感器信号确定afr。例如，控制器170可以被配置为由第一传感器信号确定废气中的氧气分数，并且由氧气分数确定空气-燃料比率。在特定的实施方案中，控制器170可以被配置为由氧气分数确定化学计量系数，该化学计量系数包括空气-燃料比率与化学计量空气-燃料比率的比率；并且由化学计量系数确定空气-燃料比率。在还其他实施方案中，氧气分数可以包括氧气摩尔分数。控制器170可以被配置为由氧气摩尔分数确定氧气质量分数，并且由氧气质量分数确定空气-燃料比率。
进一步扩展，插入到发动机10中的碳氢化合物燃料(例如，柴油或汽油)的燃烧可以由以下等式表示：
其中cxhy是碳氢化合物燃料的化学式，λ是化学计量空气-燃料比率，并且a＝x+y/4。
废气中的氧气(o2)分数由以下等式表示：
氧气分数由第一传感器103产生的第一传感器信号确定，如本文先前所描述的。因此，λ可以使用等式(2)来确定。控制器170可以被配置为校正从第一传感器103接收的第一传感器信号(例如，使用校正因子，例如，废气中的nox的量)，和/或过滤第一传感器信号，例如，以去除第一传感器信号中的任何噪声。控制器170还可以被配置为使用以下等式来确定afr117。
其中mw空气是空气的分子量，并且mw燃料是燃料(例如柴油、汽油、天然气、乙醇、甲醇、生物柴油等)的分子量。
控制器170还被配置为由燃料消耗率信号确定燃料消耗率。控制器170被配置为由燃料消耗率和afr确定排气流量。例如，控制器170可以使用以下等式来确定排气流量：
排气流量＝(1+afr)x燃料消耗率---(4)
以这种方式，控制器170使用来自第一传感器103(例如，nox传感器)的氧气分数测量值和来自燃料消耗率传感器130的燃料消耗率测量值来精确地确定排气流量，而不管海拔的变化、发动机到发动机的变化或后处理系统100中的流量限制。控制器170可以被配置为产生指示排气流量的排气流量信号。控制器170可以被配置为将排气流量值存储在其存储器中，该值可以被实时更新和/或将排气流量信号或其值传送到中央控制器(例如，发动机控制单元)。在一些实施方案中，控制器170还可以被通信地联接到还原剂插入组件120，并且被配置为基于所确定的排气流量来调节由还原剂插入组件120插入到scr系统150中的还原剂的量。例如，控制器170可以被配置为产生还原剂插入信号，该还原剂插入信号被配置为使得还原剂插入组件120调整待插入到scr系统150中的还原剂的量。由于为有效还原nox气体而待插入到废气中的还原剂的量还取决于排气流量，因此使用本文所描述的方法精确地确定排气流量允许确定更精确量的还原剂并将其插入到废气中。这可以导致实现scr系统150的最佳催化转化效率并减少氨泄漏。
在一些实施方案中，控制器170或中央控制器可以用于确定发动机10的操作状况，并且基于所确定的排气流量，调节一个或更多个发动机操作参数(例如，发动机速度、发动机扭矩、燃料消耗率、空气-燃料插入时机、火花点火时机等)，以便获得期望的排气流量。例如，控制器170还可以被通信地联接到发动机10，并且被配置为产生操作参数调节信号，该操作参数调节信号被配置为基于排气流量调节至少一个发动机操作参数。在特定的布置中，所确定的排气流量还可以用作校正因子，用于调节使用任何其他方法所确定的排气流量，例如发动机速度密度模型、速度/扭矩表或流量传感器。
在特定的实施方案中，控制器170可以被包括在控制电路中。例如，图2是根据实施方案的包括控制器170的控制电路171的示意性框图。控制器170包括处理器172、存储器174、或任何其他计算机可读介质、和通信接口176。此外，控制器170包括氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d。应理解，控制器170仅示出了控制器170的一个实施方案，并且可以使用能够执行本文所描述的操作的任何其他控制器。
处理器172可以包括微处理器、可编程逻辑控制器(plc)芯片、asic芯片、或任何其他合适的处理器。处理器172与存储器174通信并被配置为执行存储在存储器174中的指令、算法、命令、或另外的程序。
存储器174包括本文中讨论的存储器和/或存储部件中的任何一种。例如，存储器174可以包括处理器172的ram和/或高速缓存。存储器174还可以包括在控制器170本地或远程的一个或更多个存储装置(例如，硬盘驱动器、闪存驱动器、计算机可读介质等)。存储器174被配置为存储查找表、算法、或指令。
在一种配置中，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d被体现为可由处理器(例如处理器172)执行的机器或计算机可读介质(例如，存储在存储器174中)。如本文中所描述的以及在其他用途中，机器可读介质(例如，存储器174)有助于某些操作的执行以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)，以例如获取数据。在这点上，机器可读介质可以包括定义数据采集(或数据传输)的频率的可编程逻辑。因此，计算机可读介质可以包括代码，所述代码可以用任何编程语言编写，所述编程语言包括但不限于java或类似语言和任何常规的程序化编程语言，诸如“c”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，can总线等)彼此连接。
在另一种配置中，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d被体现为硬件单元，例如电子控制单元。同样，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d可以被体现为一个或更多个电路部件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围装置、输入装置、输出装置、感测器等。
在一些实施方案中，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d可以采取一个或更多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(ic)、分立电路、芯片上系统(soc)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路和任何其他类型的“电路”的形式。在这点上，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d可以包括用于实现或有助于实现本文中所描述的操作的任何类型的部件。例如，如本文中所描述的电路可以包括一个或更多个晶体管、逻辑门(例如，nand、and、nor、or、xor、not、xnor等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等等。
因此，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d还可以包括可编程硬件装置，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等。在这点上，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d可以包括一个或更多个存储器装置，用于储存可由氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d的处理器执行的指令。一个或更多个存储器装置和处理器可以具有与下面关于存储器174和处理器172所提供的相同的定义。
在所示出的实例中，控制器170包括处理器172和存储器174。处理器172和存储器174可以被构造为或者被配置为执行或实施本文中关于氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d所描述的指令、命令和/或控制过程。因此，所描绘的配置代表前述布置，其中氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d被体现为机器或计算机可读介质。然而，如上面所提到的，该图示并不意味着是限制性的，因为本公开内容预期了其他实施方案，例如上面提及的实施方案，其中氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d，或者氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d中的至少一种电路被配置为硬件单元。所有这样的组合和变化均意图落入本公开内容的范围内。
处理器172可以被实现为一个或更多个通用处理器、专用集成电路(asic)、一个或更多个现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、一组处理部件、或其他合适的电子处理部件。在一些实施方案中，一个或更多个处理器可以由多个电路共享(例如，氧气分数确定电路174a、afr确定电路174b、燃料消耗率确定电路174c和排气流量确定电路174d可以包括同一处理器或以其他方式共享同一处理器，在一些示例性的实施方案中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域储存的指令或以其他方式访问的指令)。可选择地或另外地，一个或更多个处理器可以被构造为独立于一个或更多个协处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例性的实施方案中，两个或更多个处理器可以经由总线联接，以实现独立的、并行的、流水线式的、或多线程的指令执行。所有这样的变型均意图落入本公开内容的范围内。存储器174(例如ram、rom、闪存、硬盘储存器等)可以储存数据和/或计算机代码，以有助于本文中所描述的各种过程。存储器174可以被通信地连接至处理器172以向处理器172提供计算机代码或指令，以用于执行本文中所描述的至少一些过程。此外，存储器174可以是或可以包括有形的、非暂时性的易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器174可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件、或用于支持本文描述的多种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。
通信接口176可以包括无线接口(例如，插孔、天线、发射器、接收器、通信接口、有线终端等)，用于与各种系统、装置、或网络进行数据通信。例如，通信接口176可以包括以太网卡和端口，用于经由基于以太网的通信网络和/或用于与第一传感器103和燃料消耗率传感器130或另一控制器(例如，发动机控制单元)通信的wi-fi通信接口发送和接收数据。通信接口176可以被构造成经由局域网或广域网(例如，互联网等)通信并且可以使用各种通信协议(例如，ip、lon、蓝牙、zigbee、无线电、蜂窝、近场通信等)。
氧气分数确定电路174a被配置为从第一传感器103接收第一传感器信号，并且由此确定氧气分数。氧气分数确定电路174a还可以被配置为过滤从第一传感器103接收的原始第一传感器信号。在特定的实施方案中，氧气分数确定电路174a可以被配置为由第一传感器信号确定氧气摩尔分数。氧气摩尔分数然后可以用于使用氧气的分子量(mwo2)和废气的分子量(mwexh)来确定氧气质量分数，这可以用于确定afr。
afr确定电路174b被配置为使用由氧气分数确定电路174a确定的氧气分数来确定afr。例如，afr确定电路174b可以使用如本文先前所描述的等式(2)和等式(3)，或者本文所描述的任何其他等式或算法来确定afr。
燃料消耗率确定电路174c被配置为接收燃料消耗率信号并由此确定燃料消耗率。例如，燃料消耗率确定电路174c可以被配置为从燃料消耗率传感器130或产生燃料消耗率信号的任何其他传感器或电路接收燃料消耗率信号，并且由此确定燃料消耗率。
排气流量确定电路174d被配置为使用燃料消耗率和afr来确定排气流量。例如，排气流量确定电路174d可以使用afr和燃料消耗率以使用等式(4)或本文描述的任何其他等式或算法来确定排气流量。排气流量确定电路174d还可以产生指示排气流量的排气流量信号。在一些实施方案中，排气流量确定电路174d可以被配置为将排气流量信号或者由排气流量信号确定的其他排气流量值传送到中央控制器(例如，发动机控制单元)，例如，以存储在其存储器中。在一些实施方案中，排气流量确定电路174d可以被配置为产生传递到还原剂插入组件120的还原剂插入信号，并且被配置为使还原剂插入组件120调节被插入到scr系统150中的还原剂的量。在其他实施方案中，排气流量值可以用作校正因子，用于调节所测量的排气流量，或者调节发动机10和/或还原剂插入组件120的操作参数。例如，控制器170还可以经由通信接口176被通信地联接到发动机10。排气流量确定电路174d还可以被配置为产生传递到发动机10的操作参数调节信号，并且被配置为使发动机10基于所确定的排气流量来调节其至少一个发动机操作参数。
图3是根据特定实施方案的用于确定由发动机(例如，发动机10)产生的废气的排气流量的过程200的示意性流程图。过程200可以用控制器170、控制电路171或本文描述的任何其他控制器来实现。在第一操作框204处接收经过滤的氧气信号202，例如由第一传感器103产生并由氧气分数确定电路174a过滤的第一传感器信号，并除以100以确定氧气摩尔分数206。在框208处，将氧气摩尔分数乘以氧的分子量(mwo2)，并除以废气的分子量(mwexh)，以便确定氧气质量分数(mo2)210。
氧气质量分数210在框212处乘以k1，并且在框214处乘以k2，其中：
k2＝a×4.76---(6)，
x是碳原子数，并且y是发动机10在燃烧反应中所使用的燃料中包含的氢原子数。
在框216处，根据以下等式，在框216从化学计量afr(“s”)中减去k2和mo2的倍数，并且在框218处从k1和mo2的倍数中除，以确定afr220：
图4是用于确定由发动机(例如，发动机10)产生的废气的排气流量的示例性方法300的示意性流程图。发动机可以被流体地联接到后处理系统(例如，后处理系统100)，并且被配置为接收来自发动机的废气并且分解废气的成分，例如废气中包括的nox气体。
在一些实施方案中，方法300包括在302确定废气中的氧气分数。例如，第一传感器103产生指示氧气分数的第一传感器信号。控制器170(例如，氧气分数确定电路174a)可以被配置为解释第一传感器信号并且由此确定氧气分数，如本文先前详细地描述的。
在304，确定废气的afr。例如，控制器170(例如，afr确定电路174b)可以使用等式(2)和(3)或等式(5)至(8)由氧气分数来确定afr，如本文先前所描述的。在一些实施方案中，方法300还可以包括由氧气分数确定化学计量系数，该化学计量系数包括afr与化学计量afr的比率，并且afr由化学计量系数确定。在氧气分数包括氧气摩尔分数的其他实施方案中，方法300可以包括由氧气摩尔分数确定氧气质量分数，并且由氧气质量分数确定afr。
在306，确定对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率。例如，控制器170(例如，燃料消耗率确定电路174c)可以被配置为接收由燃料消耗率传感器130产生的燃料消耗率信号或任何其他燃料消耗率信号，并且解释燃料消耗率信号以便确定燃料消耗率。
在308，由afr和燃料消耗率确定排气流量。例如，控制器170(例如，排气流量确定电路174d)可以被配置为使用等式(4)由afr和燃料消耗率确定排气流量，如本文先前所描述的。在310，产生排气流量信号。例如，控制器170(例如，排气流量确定电路174d)可以被配置为产生指示排气流量的排气流量信号。排气流量信号或者其他排气流量值可以被传送到中央控制器(例如，发动机控制单元)，例如以存储在其存储器中。排气流量信号或值可以用作校正因子，用于调节所测量的排气流量，或者调节发动机10和/或还原剂插入组件120的操作参数。
在一些实施方案中，在312，基于所确定的排气流量来调节被插入到废气中的还原剂的量。例如，控制器170(例如，排气流量确定电路174)还可以被通信地联接到还原剂插入组件120，并且被配置为产生还原剂插入信号。还原剂插入信号可以被配置为使得还原剂插入组件基于所确定的排气流量来调节插入到scr系统150中的还原剂的量。
图5是根据本文所描述的方法，使用流量传感器测量的由发动机产生的废气的排气流量、和发动机的使用由nox传感器测量的氧气分数确定的估计的排气流量以及对应于发动机的燃料消耗速率的燃料消耗率的图。在所测量的排气流量和估计的排气流量之间观察到紧密的相关性，从而证明了本文描述的用于确定由发动机产生的废气的排气流量的方法的准确性，所述发动机例如发动机10或任何其他ic发动机。
在一些实施方案中，控制器170、控制电路171或本文描述的控制器或控制电路中的任何一种可以包括包含后处理系统100(例如，交通工具、发动机或发电机组等)的设备或系统的系统计算机。例如，图6是根据说明性实施方式的计算装置630的框图。计算装置630可以用于执行本文所描述的任何方法或过程，例如过程200或方法300。在一些实施方案中，控制器170可以包括计算装置630。计算装置630包括总线632或用于传送信息的其他通信部件。计算装置630还可以包括被联接到总线632以用于处理信息的一个或更多个处理器634或处理电路。
计算装置630还包括主存储器636，诸如随机存取存储器(ram)或其他动态存储装置，所述主存储器636被联接到总线632用于存储信息和待由处理器634执行的指令。主存储器636还可以用于在由处理器634执行指令期间存储位置信息、临时变量或其他中间信息。计算装置630还可以包括联接到总线632的rom638或其他静态存储装置，用于存储用于处理器634的静态信息和指令。存储装置640，诸如固态装置、磁盘或光盘，被联接到总线632以用于持久地存储信息和指令。例如，对应于过程200或方法300的操作的指令可以存储在存储装置640上。
计算装置630可以经由总线632联接到显示器644诸如液晶显示器或有源矩阵显示器，用于向用户显示信息。输入装置642诸如键盘或字母数字小键盘可以被联接到总线632，用于将信息和命令选择传送到处理器634。在另一实施方式中，输入装置642具有触摸屏显示器644。
根据各种实施方式，可以响应于处理器634执行包含在主存储器636中的指令的布置(arrangement)(例如，过程200或方法300的操作)，通过计算装置630来实现本文所描述的过程和方法。这样的指令可以从另一个非暂时性计算机可读介质诸如存储装置640被读取到主存储器636中。包含在主存储器636中的指令的布置的执行使计算装置630执行本文所描述的说明性过程。在多处理布置中的一个或更多个处理器还可以用于执行包含在主存储器636中的指令。在可选择的实施方式中，可以使用硬连线电路来代替软件指令或者与软件指令结合使用以实现说明性的实施方式。因此，实施方式不限于硬件和软件的任何特定组合。
虽然已经在图6中描述了示例性的计算装置，但在本说明书中描述的实施方式可以在其他类型的数字电子设备中或在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物)中实现或者在它们中的一种或更多种的组合中实现。
在本说明书中描述的实施方式可以在数字电子设备中或在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物)中实现或者在它们中的一种或更多种的组合中实现。在本说明书中描述的实施方式可以被实现为编码在一个或更多个计算机存储介质上的一个或更多个计算机程序(即计算机程序指令的一个或更多个电路)，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机存储介质包括非暂时性计算机可读介质，并且可以是计算机可读存储装置、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或装置或它们中的一种或更多种的组合，或者可以被包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或装置或它们中的一种或更多种的组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是一个或更多个单独的部件或介质(例如，多个cd、磁盘或其他存储装置)或者被包括在该一个或更多个单独的部件或介质中。因此，计算机存储介质既是有形的又是非暂时性的。
在本说明书中描述的操作可以通过数据处理设备对存储在一个或更多个计算机可读存储装置上的数据或从其他源接收的数据执行。术语“数据处理设备”或“计算装置”涵盖用于处理数据的所有类型的设备、装置和机器，举例来说包括可编程处理器、计算机、芯片上系统或多个前述项或前述的组合。设备可以包括专用逻辑，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。除了硬件以外，设备还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码(例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一种或更多种的组合的代码)。设备和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译或解释语言、声明或过程语言)来编写，并且它可以以任何形式来部署，包括作为独立程序或作为电路、部件、子例程、对象或适合于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分(例如存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)、专用于所讨论的程序的单个文件或多个协调文件(例如存储一个或更多个电路、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机上、在位于一个地点处或者跨过多个地点分布并由通信网络互连的多个计算机上执行。
适合于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器和任何类型的数字计算机的任一个或更多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器装置。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或更多个大容量存储装置(例如磁盘、磁光盘或光盘)，或者被操作地联接成从所述一个或更多个大容量存储装置接收数据或者将数据传输到所述一个或更多个大容量存储装置，或者两者。然而，计算机不需要具有这样的装置。适合于存储计算机程序指令和数据的装置包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，举例来说，包括半导体存储器装置(例如eprom、eeprom和闪存装置)；磁盘(例如内部硬盘或可移除盘)；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可以由专用逻辑补充或者被合并在专用逻辑中。
应当注意，如本文中用于描述各种实施方案的术语“实例”意图指示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示、和/或说明(并且这样的术语并不意图暗示这样的实施方案必须是特别的或最好的示例)。
如本文中所使用的术语“联接”、“连接”以及类似术语意指两个部件直接或间接地彼此连接。这样的连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此附接来实现。
重要的是注意到，各种示例性的实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开内容中仅详细地描述了几个实施方案，但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易地认识到，很多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。此外，应理解的是，来自本文公开的一个实施方案的特征可以与本文公开的其他实施方案的特征组合，如本领域普通技术人员将理解的。还可以在各种示例性实施方案的设计、操作条件、和布置上做出其他替代、修改、变化、和省略，而不偏离本实施方案的范围。
虽然本说明书包含许多特定的实施方式细节，但这些不应被解释为对任何实施方案或可能被要求保护的内容的范围的限制，而是作为特定实施方案的特定实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征还可以在单个实施方式中组合地实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征还可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上文可以被描述为以某些组合起作用并且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！