預(yù)測(cè)NOx生成量的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2011年11月22日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0-2011-0122437的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此用于通過該引用的所有目的。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)NOx生成量的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)NOx生成量的方法，其可預(yù)測(cè)在沒有附加NOx傳感器的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的NOx量。

背景技術(shù)：
由于具有內(nèi)燃機(jī)的車輛的排放法規(guī)變得越來越嚴(yán)格，需要減少內(nèi)燃機(jī)的操作過程中的排放。一種減少排放的方法是在空氣/燃料混合物的燃燒過程中減少內(nèi)燃機(jī)的每個(gè)氣缸中產(chǎn)生的排放。減少排放的另一種方法是在內(nèi)燃機(jī)中使用廢氣后處理系統(tǒng)。該廢氣后處理系統(tǒng)適于將在空氣/燃料混合物的燃燒過程中在每個(gè)氣缸處產(chǎn)生的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。為此目的，催化轉(zhuǎn)化器用于將一氧化碳、碳?xì)浠衔锖脱趸D(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。為了通過使用廢氣的催化轉(zhuǎn)化器有效地轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì)，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的NOx量是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，用于分析廢氣的設(shè)備或用于檢測(cè)NOx量的傳感器被用來精確預(yù)測(cè)NOx量。如果使用用于分析廢氣的設(shè)備或用于檢測(cè)NOx量的傳感器，成本可能會(huì)增加。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣成分可能污染用于分析廢氣的設(shè)備或用于檢測(cè)NOx量的傳感器，并導(dǎo)致傳感器本身出故障。為了解決上述問題，開發(fā)了用于預(yù)測(cè)NOx量的技術(shù)。然而，由于過于復(fù)雜的計(jì)算過程以及為簡(jiǎn)化該計(jì)算過程而進(jìn)行的過于簡(jiǎn)化的假設(shè)的技術(shù)，可能會(huì)使可靠性降低。公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的各個(gè)方面提供了一種預(yù)測(cè)NOx生成量的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力和驅(qū)動(dòng)變量以實(shí)時(shí)地準(zhǔn)確預(yù)測(cè)NOx量，而無需額外的用于分析廢氣的設(shè)備或用于檢測(cè)NOx量的傳感器。本發(fā)明的各個(gè)方面提供了一種預(yù)測(cè)NOx生成量的方法，其包括通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量來計(jì)算NO生成速率，通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力來獲得NO生成周期，基于NO生成速率和NO生成周期來計(jì)算NO生成量，和根據(jù)NO生成量和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件通過基于NO和NO2之間的比率獲得NO2生成量來預(yù)測(cè)NOx生成量。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量可包括燃料量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)、空氣/燃料比率(AF)和EGR信息中的至少一個(gè)。NO生成速率可通過使用燃燒室內(nèi)的經(jīng)燃燒氣體溫度和燃燒室內(nèi)的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛榷?jì)算。NO生成速率可由以下計(jì)算：其中d[NO]/dt是某一時(shí)間的NO生成速率，T是經(jīng)燃燒氣體溫度，[O2]是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度，[N2]是燃燒室內(nèi)的氮?dú)鉂舛?，且A和B是常數(shù)。經(jīng)燃燒氣體溫度(T＝Tburnedgas)可通過考慮絕熱火焰溫度(Tad)和由于燃燒時(shí)壓力上升造成的燃燒室內(nèi)的經(jīng)燃燒氣體的溫度上升而計(jì)算。經(jīng)燃燒氣體溫度(T＝Tburnedgas)由以下計(jì)算：其中Tburnedgas是經(jīng)燃燒氣體溫度(T)，Tad是絕熱火焰溫度，Pi是燃燒開始時(shí)的壓力，Pmax是最大燃燒壓力，且k是比熱比。絕熱火焰溫度(Tad)可由以下計(jì)算：Tad＝(5.7401×[O2]2-4.6043×[O2]+1.2616)×Tsoc+(-22072×[O2]2+16718×[O2]-302.76)，其中Tsoc是燃燒室內(nèi)燃燒開始時(shí)的溫度，且[O2]是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度。燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]可由以下計(jì)算：O2_in＝(1-EGR_比率)×O2_Air[體積％]+EGR_比率×O2_EGR[體積％]N2_in＝(1-EGR_比率)×N2_Air[體積％]+EGR_比率×N2_EGR[體積％]，其中O2_in和N2_in是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]，O2_Air[體積％]和N2_Air[體積％]是空氣中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛?，且O2_EGR[體積％]和N2_EGR[體積％]是EGR氣體中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛?。NO生成周期可通過使用MFB40-80區(qū)域或MFB50-90區(qū)域而獲得。通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發(fā)明的某些原理的具體實(shí)施方式，本申請(qǐng)的方法和裝置所具有的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更為具體地變得清楚或得以闡明。附圖說明圖1是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測(cè)NOx生成量的示例性方法的流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測(cè)NOx生成量的示例性方法的框圖。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性NO生成周期的圖。圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性NO生成量的圖。具體實(shí)施方式下面將詳細(xì)參考本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，這些具體實(shí)施方案的實(shí)例被顯示在附圖中并描述如下。盡管本發(fā)明將與示例性具體實(shí)施方案相結(jié)合進(jìn)行描述，應(yīng)當(dāng)理解本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性具體實(shí)施方案。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性具體實(shí)施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種選擇形式、修改形式、等價(jià)形式及其它具體實(shí)施方案。圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的預(yù)測(cè)NOx生成量的方法的流程圖，且圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的預(yù)測(cè)NOx生成量的方法的框圖。如圖1和圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的預(yù)測(cè)NOx生成量的方法包括在步驟S10中通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200來計(jì)算NO生成速率300，在步驟S20中通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100來獲得NO生成周期400，在步驟S30中基于NO生成速率300和NO生成周期400來計(jì)算NO生成量500，和在步驟S40中根據(jù)NO生成量500和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件通過基于NO和NO2之間的比率獲得NO2生成量來預(yù)測(cè)NOx生成量。首先，在步驟S10中通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200計(jì)算NO生成量300。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200，如圖2中所示，包括燃料量210(mfuel)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速220(RPM)、空氣/燃料比率230(AF)和EGR信息，例如EGR量和EGR比率(EGR比率)。NO生成速率300基于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200而計(jì)算。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，NO生成速率300由方程1計(jì)算。(方程1)在方程1中，d[NO]/dt是NO生成速率300，T是經(jīng)燃燒氣體溫度310，[O2]是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度320，[N2]是燃燒室內(nèi)的氮?dú)鉂舛?30，且A和B是通過實(shí)驗(yàn)或分析獲得的常數(shù)。因此，經(jīng)燃燒氣體溫度(T)310，燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]320和氮?dú)鉂舛萚N2]330應(yīng)該是已知的，以計(jì)算NO生成速率300(d[NO]/dt)。下文中將描述用于獲得經(jīng)燃燒氣體溫度(T)，燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]的過程。燃燒室內(nèi)的經(jīng)燃燒氣體溫度(T＝Tburnedgas)310可以通過考慮絕熱火焰溫度(Tad)和由于燃燒時(shí)壓力上升造成的燃燒室內(nèi)的溫度上升而計(jì)算。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，燃燒室內(nèi)的火焰溫度310可由方程2計(jì)算。(方程2)在方程2中，Tburnedgas是經(jīng)燃燒氣體溫度(T)310，Tad是絕熱火焰溫度，Pi是燃燒開始時(shí)的壓力，Pmax是最大燃燒壓力，且k是比熱比，亦即Cv(定容下的比熱)和Cp(恒壓下的比熱)的比率。Pi(燃燒開始時(shí)的壓力)和Pmax(最大燃燒壓力)可通過發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力傳感器而檢測(cè)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100，并且其上的信息被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并被傳遞到控制部分，如車輛的ECU(電控單元)。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，方程2中的絕熱火焰溫度(Tad)可以由方程3計(jì)算。(方程3)Tad＝(5.7401×[O2]2-4.6043×[O2]+1.2616)×Tsoc+(-22072×[O2]2+16718×[O2]-302.76)在方程3中，Tsoc是燃燒室內(nèi)燃燒開始時(shí)的溫度，且[O2]是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度320。如圖2中所示，燃燒開始(SOC)由燃燒室內(nèi)的燃燒壓力100和熱釋放速率(HRR)而確定，并且燃燒室內(nèi)燃燒開始時(shí)的溫度(Tsoc)通過使用確定的燃燒開始(SOC)而獲得。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，燃燒室內(nèi)燃燒開始時(shí)的溫度(Tsoc)可從方程3-1獲得。(方程3-1)TSOC＝PiV/mR此處，Pi是燃燒開始時(shí)的壓力，并由發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力傳感器在以上確定的燃燒開始(SOC)處檢測(cè)，且R為理想氣體方程的氣體常數(shù)。此外，m代表氣缸內(nèi)的氣體混合物的量，并可由方程3-2獲得。(方程3-2)m＝AF×mfuel/(1-EGR_比率)此處，AF是空氣/燃料比率230，且mfuel是從車輛的ECU信號(hào)可知的燃料量210。AF和mfuel都作為發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200被輸入。與此同時(shí)，V是燃燒開始時(shí)的體積，并可由方程3-3計(jì)算。(方程3-3)R＝r/a此處，Vc是間隙體積，rc是壓縮比，r是連桿長(zhǎng)度，a是曲柄偏移，B是氣缸直徑，且S是活塞的沖程。因此，燃燒室內(nèi)燃燒開始時(shí)的溫度(Tsoc)可以通過從方程3-2和方程3-3計(jì)算的m和V代入方程3-1而得到。同時(shí)，燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]應(yīng)被計(jì)算，從而獲得絕熱火焰溫度(Tad)，這一過程將在下文描述。如果獲得了燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]320，絕熱火焰溫度(Tad)可從方程3得知，如附圖2中所示，且燃燒室內(nèi)的經(jīng)燃燒氣體溫度(T＝Tburnedgas)310也可通過使用絕熱火焰溫度(Tad)而獲得。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，方程1中所示的燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]可由方程4計(jì)算。(方程4)O2_in＝(1-EGR_比率)×O2_Air[體積％]+EGR_比率×O2_EGR[體積％]N2_in＝(1-EGR_比率)×N2_Air[體積％]+EGR_比率×N2_EGR[體積％]在方程4中，O2_in和N2_in是燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]，EGR比率是EGR比率，O2_Air[體積％]和N2_Air[體積％]是空氣中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛龋襉2_EGR[體積％]和N2_EGR[體積％]是EGR氣體中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛?。亦即，燃燒室?nèi)的氧氣濃度[O2]320可基于進(jìn)氣中的氧氣濃度O2_Air[體積％]和EGR氣體中的氧氣濃度O2_EGR[體積％]而獲得，且燃燒室內(nèi)的氮?dú)鉂舛萚N2]330可基于進(jìn)氣中的氮?dú)鉂舛萅2_Air[體積％]和EGR氣體中的氮?dú)鉂舛萅2_EGR[體積％]而獲得。EGR比率(EGR比率)是廢氣的再循環(huán)比率，并可由EGR氣體量/(EGR氣體量+進(jìn)氣量)*100而計(jì)算，或由一個(gè)比率而計(jì)算，該比率是通過從進(jìn)氣管內(nèi)的二氧化碳濃度減去大氣中的二氧化碳濃度而獲得的值與通過從廢氣中的二氧化碳濃度減去大氣中的二氧化碳濃度而獲得的值之間的比率。O2_Air[體積％]和N2_Air[體積％]是進(jìn)氣中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛?，其可被替換為大氣中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛?。O2_EGR[體積％]和N2_EGR[體積％]是EGR氣體中的氧氣濃度和氮?dú)鉂舛龋⒖梢杂煞匠?-1至方程4-3計(jì)算。(方程4-1)O2_EGR[體積％]＝O2_EGR/總體積N2_EGR[體積％]＝N2_EGR/總體積總體積＝O2_EGR+N2_EGR+CO2_EGR+H2O_EGR(方程4-2)O2_EGR＝1-zN2_EGR＝QCO2_EGR＝z×eH2O_EGR＝2×(1-e)×z(方程4-3)z＝AFstoi/AFe＝4/(4+y)y＝H/C_比率在方程4-3中，AF是空氣/燃料比率230，且表示燃燒中使用的空氣與燃料的重量比。在本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案中，AF作為發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)變量200之一被檢測(cè)并被輸入。此外，AFstoi是化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比率，并根據(jù)燃料的種類而被確定。AFstoi是相應(yīng)燃料的理想空氣/燃料比率。y根據(jù)燃料的種類而確定，并被定義為相應(yīng)燃料的每個(gè)分子式中氫(H)和碳(C)的比率(y＝H/C_比率)。在方程4-2中，Q是EGR氣體中的氮?dú)饨M分比率，且根據(jù)燃料而確定。例如，在柴油的情況下Q可為3.773。亦即，僅僅空氣/燃料比率(AF)230被檢測(cè)并被代入到方程4-1至方程4-3中，且剩余的Q，AFstoi和y根據(jù)燃料的種類確定。因此，方程4-1中的O2_EGR[體積％]和N2_EGR[體積％]可由從方程4-3和方程4-2計(jì)算，并且燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]和氮?dú)鉂舛萚N2]可以通過將O2_EGR[體積％]和N2_EGR[體積％]代入方程4中而計(jì)算。如圖2中所示，如果在上述過程中獲得的燃燒室內(nèi)的氧氣濃度[O2]320被代入到方程3中，可以計(jì)算絕熱火焰溫度(Tad)且經(jīng)燃燒氣體溫度(T)310可基于Tad通過方程2而計(jì)算。亦即，因?yàn)榻?jīng)燃燒氣體溫度(T)310、氧氣濃度[O2]320和氮?dú)鉂舛萚N2]330可被計(jì)算，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，NO的生成速率(d[NO]/dt)300也可通過將這些值代入到方程1中而計(jì)算。此外，在步驟S20中通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100而獲得NO生成周期400。通過使用NO生成類似于MFB變化(經(jīng)燃燒的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的現(xiàn)象而獲得NO生成周期400。為此目的，熱釋放速率(HRR)可由發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力100獲得，熱釋放速率(HRR)被求和，且MFB基于熱釋放速率最大化的點(diǎn)而計(jì)算，如圖2中所示。分析燃燒壓力從而繪圖(參考圖3中的點(diǎn)劃線)以表示MFB變化(經(jīng)燃燒的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，且NO生成周期400通過使用該圖而確定。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，NO生成周期400可通過使用MFB40-80區(qū)域或MFB50-90區(qū)域而獲得。如果假定NO生成周期400是生成20％-90％NO的區(qū)域，對(duì)應(yīng)于該區(qū)域的MFB區(qū)域是MFB40-80區(qū)域，如圖3中所示。因此，NO生成周期400可通過使用MFB40-80區(qū)域或MFB50-90區(qū)域而有效地獲得。亦即，NO生成周期400是對(duì)應(yīng)于MFB40-80區(qū)域或MFB50-90區(qū)域的持續(xù)時(shí)間。如果獲得了NO生成周期400，在步驟S13中基于從方程1獲得的NO生成速率(d[NO]/dt)300和NO生成周期(t)400而計(jì)算NO生成量500，如圖4中所示。其后，在步驟S40中，根據(jù)NO生成量500和發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件通過基于NO和NO2之間的比率獲得NO2生成量來預(yù)測(cè)NOx生成量600。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，NO2生成量根據(jù)來自經(jīng)驗(yàn)式的發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件通過NO生成量500和NO2的生成量之間的比率而獲得。在各個(gè)具體實(shí)施方案中，NOx生成量600可通過NO生成量500和NO2生成量的總和而預(yù)測(cè)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的預(yù)測(cè)NOx生成量的方法可通過基于燃料量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、空氣/燃料比率和車輛的EGR信息的簡(jiǎn)單計(jì)算從而實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)NOx生成量。因此，額外的NOx傳感器是不必要的。因此，根據(jù)本發(fā)明各個(gè)具體實(shí)施方案的預(yù)測(cè)NOx生成量的方法被稱為用于檢測(cè)NOx的虛擬傳感器。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，成本可以降低，由于沒有傳感器故障，可靠性可被改善。為了方便解釋和精確限定所附權(quán)利要求，術(shù)語上方或下方、前方或后方、內(nèi)部或外部等被用于參考附圖中所顯示的這些特征的位置來描述示例性具體實(shí)施方案的特征。前面對(duì)本發(fā)明具體示例性實(shí)施方案所呈現(xiàn)的描述是出于說明和描述的目的。前面的描述并不旨在成為窮舉的，也并不旨在把本發(fā)明限制為所公開的精確形式，顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)很多改變和變化都是可能的。選擇示例性具體實(shí)施方案并進(jìn)行描述是為了解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種示例性具體實(shí)施方案及其不同選擇形式和修改形式。本發(fā)明的范圍意在由所附權(quán)利要求書及其等價(jià)形式所限定。