[发明专利]用于内燃机的多变量发动机转矩和排放闭环控制

说明书

公开了发动机转矩和排放控制(ETEC)系统、使用这种系统的方法以及具有采用ETEC方案的发动机的机动车辆。公开了一种用于操作内燃机(ICE)组件的ETEC系统。该系统包括：用于监测发动机转矩的发动机传感器；用于监测ICE组件的氮氧化物(NOx)输出的排气传感器；以及通信地连接到发动机传感器、排气传感器和ICE组件的发动机控制单元(ECU)。ECU被编程为：接收期望发动机转矩和期望NOx输出数据；从当前发动机转矩和当前NOx输出数据、期望发动机转矩和期望NOx输出确定期望发动机操作参考和排气操作参考；从期望发动机操作参考和排气操作参考确定发动机操作控制命令和排气操作控制命令；以及经由发动机操作控制命令和排气操作控制命令调节ICE组件的操作。

技术领域

本公开一般涉及用于调节发动机排放的排气后处理系统。更具体地，本公开的各方面涉及用于内燃机组件的后处理NOx还原的预测控制策略。

背景技术

目前生产的机动车(诸如现代的汽车)最初配备有操作以推进车辆并为车载电子设备供电的动力系统。动力系统包括在动力传动系统内并经常被误分类为动力传动系统，通常由通过多速动力传动将驱动动力传递给车辆的最终驱动系统(例如，后差速器、车轴和车轮)的原动机构成。汽车通常由往复活塞式内燃机(ICE)提供动力，因为其随时可用性且成本相对便宜、重量轻且总体高效。作为一些非限制性示例，这种发动机包括二冲程和四冲程压缩点火(CI)柴油发动机、四冲程火花点火(SI)汽油发动机、六冲程架构和旋转发动机。另一方面，混合动力车辆利用诸如电池供电的电动发电机之类的替代电源来推进车辆，使得对发动机功率的依赖性最小化，从而提高了总体燃料经济性。

典型的顶置阀内燃机包括具有一系列气缸孔的发动机缸体，每个气缸孔具有可在其中往复运动的活塞。联接到发动机缸体的顶表面的是气缸盖，气缸盖与活塞和气缸孔配合以形成可变容积的燃烧室。这些往复活塞用于将通过点燃燃烧室中的燃料-空气混合物而产生的压力转换为旋转力以驱动曲轴。气缸盖限定有进气口，由进气歧管提供的空气通过所述进气口被选择性地引入到每个燃烧室。气缸盖中还限定有排气口，废气和燃烧副产物通过所述排气口从燃烧室选择性地排出到排气歧管。排气歧管进而将废气收集并组合以便再循环进入进气歧管，输送到涡轮机驱动的涡轮增压器，和/或经由排气系统从ICE排出。

在ICE组件的每个燃烧工作循环期间产生的废气通常包括颗粒物质和其他已知的燃烧副产物，例如一氧化碳(CO)、烃类(HC)、挥发性有机化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)。废气后处理系统用于将未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水，并在气体释放到大气中之前将氮氧化物与氮气和水的混合物减少。排气处理可以单独地和任何组合地包括氧化催化剂(OC)、NOx吸收剂/吸附剂、废气再循环(EGR)、选择性催化还原(SCR)系统、颗粒物质(PM)过滤器、催化转化器和其他排放控制装置。选择性催化还原是一种先进的主动排放控制技术，其将诸如无水或氨水(NH3)或汽车级尿素(也称为柴油机排气处理液(DEF))之类的计量剂喷射到废气流中。这种计量剂包括与废气中的NOx反应并混合的还原剂，并且混合物可以被吸收到SCR催化剂上。然后，SCR催化剂可以分解所吸收的混合物以形成水蒸气(H2O)和氮气(N2)。

发明内容