电控柴油机EGR系统NOx排放量监控方法及装置

摘要

本发明公开了电控柴油机EGR系统NOx排放量监控方法及装置，其包括：1）设置各传感器、EGR阀、处理器；2）处理器的进气量计算模块计算实时进气量和EGR全闭参考进气量；3）EGR率计算模块计算实测EGR率和目标EGR率；4）EGR阀位置监控模块计算EGR阀实测开度和目标开度；5）EGR阀异常状态识别模块根据EGR阀实测开度和EGR阀目标开度，判定EGR阀卡死和迟滞状态；根据实测EGR率和目标EGR率，可判定EGR阀堵塞状态；6）NOx排放量监控模块根据实测EGR率、目标EGR率、转矩、转速和EGR阀异常状态计算实时NOx排放量。本发明直接采用电控柴油机已有传感器和EGR阀位置传感器作为NOx排放量信号源，可以降低应用成本和维修成本，精确地实时计算出实时NOx排放量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电控柴油机监控方法及系统,特别是电控柴油机EGR系统NOx排放量监控方法及装置。 

背景技术

随着政府法规的不断升级，法规中要求的柴油机排放限值也在不断降低。这使得柴油机生产企业采用了很多新的排气后处理技术以降低排放。EGR（废气再循环技术，Exhaust Gas Recirculation）就是一种广泛应用的技术。该技术中，通过将一部分废气重新引入燃烧室与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有的大量惰性气体具有较高的比热容这一特性来降低排放污染物中NOx成分。由于NOx的生成条件是高温富氧，而废气的引入一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热量增多，从而降低了最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜空气的稀释也相应降低了氧浓度，从而有效地抑制了NOx的生成。随着技术的进步，现阶段EGR系统多采用基于电控技术的反馈控制，反馈控制的信号源主要包括NOx传感器、空气流量传感器和EGR阀位置传感器。 

与此同时，法规中要求发动机强制安装OBD系统（车载诊断系统，On-BoardDiagnostics）。该系统根据汽车行驶状况随时监控发动机排放是否超标，一旦超标，会及时发出警示并采用相应的处理措施。采用OBD系统的目的在于保证发动机使用过程中排放满足法规要求，因此，发动机必须装备一套NOx排放量监控系统。该系统将作为OBD系统的一部分，用于实时监控NOx排放量。 

为了监控NOx排放量，可采用NOx传感器实时测量，但是NOx传感器价格高。现有替代方法有的是结合热膜式空气质量传感器进行实时EGR率计算来确定NOx的排放量，但是目前热膜式空气传感器可靠性较低、更换周期较短、成本较高；有的采用EGR阀位置传感器结合EGR阀卡死判定来确定NOx的排放水平，例如中国申请公布专利CN201110112638.0，其方法不能诊断出OBD法规要 求的非EGR阀卡死导致的EGR流量异常故障（此时EGR阀未卡死但通路堵塞），由于该方法对发动机瞬态工况考虑不全，控制精度较低，只能实现排放是否超限判定。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于针对现有技术的不足而提供一种不基于NOx传感器和空气质量传感器的电控柴油机EGR系统NOx排放量监控方法。 

本发明所要解决的技术问题之二在于提供实现上述方法的装置。 

作为本发明第一方面的一种电控柴油机EGR系统NOx排放量监控方法，其特征在于，它包括以下步骤： 

1、设置一包括发动机传感器、执行器和处理器的控制系统，其中发动机传感器包括增压压力传感器、进气温度传感器、冷却水温传感器、大气压力传感器、转速传感器、油门开度传感器和EGR阀位置传感器； 

执行器为EGR阀； 

处理器中设置有进气量计算模块、EGR率计算模块、EGR阀位置监控模块、EGR阀异常状态识别模块和NOx排放量监控模块；在所述EGR阀异常状态识别模块中预设卡死持续时间、卡死恢复持续时间、迟滞上限时间、迟滞持续时间、迟滞下限时间、迟滞恢复持续时间、堵塞持续时间；所述EGR阀异常状态识别模块通过输入的发动机转速和转矩分别查出卡死偏差上限开度脉谱、卡死偏差下限开度脉谱、卡死恢复偏差上限开度脉谱、卡死恢复偏差下限开度脉谱、堵塞偏差上限脉谱、堵塞偏差下限脉谱和堵塞恢复偏差脉谱，并以此得到卡死偏差上限开度值、卡死偏差下限开度值、卡死恢复偏差上限开度值、卡死恢复偏差下限开度值、堵塞偏差上限值、堵塞偏差下限值和堵塞恢复偏差值。 

2、进气量计算模块以所述增压压力传感器输送过来的增压压力信号、进气温度传感器送过来的进气温度信号、转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号、冷却水温传感器送过来的冷却水温信号、大气压力传感器送过来的大气压力信号为输入信号，计算处理后输出实时进气量信号和EGR全闭参考进气量信号至EGR率计算模块； 

3、EGR率计算模块根据进气量计算模块输出的实际进气量信号和EGR全闭参考进气量信号计算未修正EGR率和计算标准试验环境下EGR率；再根据增压压力传感器送过来的增压压力信号、冷却水温传感器送过来的进气温度信号、冷却水温传感器送过来的冷却水温信号、大气压力传感器送过来的大气压力信号对未修正EGR率进行修正后得到实测EGR率；并根据发动机转速和负荷计算目标EGR率。 

4、EGR阀位置监控模块根据EGR阀位置传感器送过来的EGR阀实测开度阀位置电压信号通过EGR阀开度脉谱查表得到EGR阀实测开度，再根据EGR率计算模块输出的目标EGR率和实测EGR率之差进行积分分离PID闭环控制并输出EGR阀目标开度； 

5、EGR阀异常状态识别模块分为卡死、迟滞、流量异常三种状态，根据EGR阀位置监控模块送过来的EGR阀实测开度和EGR阀目标开度，可判定EGR阀卡死和迟滞状态；根据EGR率计算模块输出的目标EGR率和实测EGR率，可判定EGR阀流量异常状态； 

6、NOx排放量监控模块根据EGR率计算模块输出的目标EGR率和实测EGR率、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号、转速传感器送过来的转速信号和EGR阀异常状态识别模块输出的EGR阀流量异常状态信号计算实时NOx排放量。 

在所述步骤2中，所述实时进气量的计算方法是：利用充气效率与排量相乘得到实际进气体积量，其中充气效率根据转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号查充气效率脉谱得到，具体计算公式如下： 

实际进气体积流量V根据充气效率η、发动机转速n、发动机排量V_Eng用下式②计算： 

$V=\eta \times \frac{n}{2}\times V_{\mathrm{Eng}}$② 

在式②中，η简化为发动机转速n和依据油门开度传感器送过来的油门开度信号计算的喷油量o的函数η=f(n,o)，试验室环境下发动机台架试验实际测量得到充气效率脉谱，查充气效率脉谱得相应充气效率。 

在所述步骤2中，所述实时进气量的计算方法是：体积进气量根据理想气体状态方程转化为实际进气质量，具体计算公式如下： 

$m=\frac{P_{\mathrm{bp}}\times V\times M}{R\times T_{\mathrm{it}}}\times \kappa$① 

公式①中：m为进气质量流量；P_bp为增压压力；V为进气体积流量见公式②；M为理想气体的摩尔质量理想空气的摩尔质量是0.029Kg/mol；R为理想气体常数，取值为8.31441±0.00026J/(mol·K）；T_it为进气温度；κ为温度修正系数，公式为其中T_itref为参考进气温度，它是发动机转速n和扭矩q的函数T_itref=f(n,q)，试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱，查参考进气温度脉谱得相应参考进气温度，C为温度充气效率修正系数，根据具体发动机标定确定，范围为0.3-1.5之间。 

在所述步骤2中，EGR全闭参考进气量的计算方法是：根据转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号查基本参考进气量脉谱并通过冷却水温传感器送过来的冷却水温信号、大气压力传感器送过来的大气压力信号为输入信号、增压压力传感器输送过来的增压压力信号、进气温度传感器送过来的进气温度信号修正得到EGR全闭参考进气量，具体公式如下： 

m_ref=m_bas×κ③ 

式③中m_bas为基本参考进气量，它是发动机转速n和扭矩q的函数m_bas=f(n,q)，其通过试验室环境下发动机台架试验实际测量得到基本参考进气量脉谱，查基本参考进气量脉谱得相应基本参考进气量；κ为修正系数； 

修正系数κ根据温度修正系数κ_T和压力修正系数κ_P用下式④计算。 

κ=κ_T×κ_P    ④ 

温度修正系数κ_T根据冷却水温修正系数κ_ct和进气温度修正系数κ_it相乘得到,其中冷却水温修正系数κ_ct通过冷却水温度查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到,其取值范围为0.8-1.2之间；进气温度修正系数κ_it通过进气温度查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.8-1.2之间；压力修正系数κ_P根据大气压力修正系数κ_ap和增压压力修 正系数κ_bp相乘得到，其中大气压力修正系数κ_ap通过大气压力查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.6-1.2之间；增压压力修正系数κ_bp通过大气压力查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其范围为0.6-1.2之间。 

在所述步骤3中，所述计算标准试验环境下EGR率的方法是：根据转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号查标准试验环境EGR率脉谱得到标准试验环境下EGR率。 

在所述步骤3中，所述实测EGR率计算方法是：用下式⑤计算实测EGR率r_cor： 

r_cor=r+Δr_bp+Δr_ct+Δr_it+Δr_phi+Δr_inj+Δr_α⑤ 

公式⑤中：r为未修正EGR率；Δr_bp为增压压力对EGR率的修正量；Δr_ct为冷却水温对EGR率的修正量；Δr_it为进气温度对EGR率的修正量；Δr_phi为喷油提前角对EGR率的修正量；Δr_inj为喷射压力对EGR率的修正量；Δr_α为喷油规律对EGR率的修正量； 

未修正EGR率r根据EGR全闭时参考进气量m_ref和进气量m用下式⑥计算： 

$r=\frac{m_{\mathrm{ref}}-m}{m_{\mathrm{ref}}}\times 100\%$⑥； 

增压压力EGR率修正量Δr_bp用下式⑦计算，ψ_bp为压力差修正系数，它是参考增压压力P_bpref和增压压力P_bp之差的函数，ψ_bp=f(P_bpref-P_bp)，其增压压力P_bp通过压力差查压力差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，取值范围为0.8-1.2之间；参考增压压力P_bpref是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考增压压力脉谱，查参考增压压力脉谱得相应参考增压压力；Δr为未修正EGR偏差，Δr＝r_ref-r，标准试验环境下EGR率r_ref是发动机转速n和扭矩q的函数，其在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考EGR率脉谱，查参考EGR率脉谱得相应参考EGR率： 

Δr_bp=ψ_bp×Δr    ⑦； 

冷却水温EGR率修正量Δr_ct用下式⑧计算，ψ_ct为冷却水温差修正系数，它是参考冷却水温T_ctref和冷却水温T_ct之差的函数，其冷却水温T_ct通过温度差查冷却水 温差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到；参考冷却水温T_ctref是发动机转速n和负荷q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考冷却水温脉谱： 

Δr_ct=ψ_ct×Δr    ⑧： 

进气温度EGR率修正量Δr_it用下式⑨计算，ψ_it为进气温度差修正系数，它是参考进气温度T_itref和进气温度T_it之差的函数，其进气温度T_it通过温度差查进气温差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到；参考进气温度T_itref是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱: 

Δr_it=ψ_it×Δr    ⑨； 

喷油提前角EGR率修正量Δr_phi用下式⑩计算，ψ_phi为角度差修正系数，它是参考喷油提前角Phi_ref和喷油提前角Phi之差的函数，其参考喷油提前角Phi_ref通过提前角差查提前角差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，喷油提前角由燃油系统控制模块计算，可通过CAN得到；参考喷油提前角Phi_ref是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考喷油提前角脉谱： 

Δr_phi=ψ_phi×Δr    ⑩； 

喷射压力EGR率修正量Δr_inj用下式计算，ψ_inj为喷射压力差修正系数，它是参考喷射压力P_injref和喷射压力P_inj之差的函数，其通过喷射压力差查喷射压力差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，喷射压力P_inj是发动机转速n，扭矩q和喷油提前角phi的函数，试验室环境下油泵试验台实际测量得到实际喷射压力脉谱，对于共轨系统，喷射压力P_inj由轨压传感器直接测量，通过CAN得到；参考喷射压力P_injref是发动机转速n，扭矩q和喷油提前角phi的函数，其是在试验室环境下油泵试验台实际测量得到参考喷射压力脉谱）,对于共轨系统，参考喷射压力由燃油系统控制模块计算，通过CAN得到： 

Δr_inj=ψ_inj×Δr

喷油规律EGR率修正量Δr_α用下式计算，ψ_α为喷油规律修正系数，它是参考喷油规律α_ref和实际喷油规律α的函数，喷油规律修正系数是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到喷油规律修正脉谱，通过喷油规律和实际喷油规 律查脉谱得到；参考喷油规律α_ref=f(n,q,T_ctref,T_itref,χ,t),n为发动机转速，q为发动机负荷，T_ctref为参考冷却水温度，T_itref为参考进气温度，它是发动机转速n和扭矩q的函数，试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱，χ为多次喷射组合，它表示喷射次数和种类，t为预喷与主喷间隔时间，通过建立一个自适应模糊神经网络来实现非线性映射关系，将发动机转速、负荷、参考进气温度、多次喷射组合、预喷与主喷间隔时间作为输入参数，将参考喷油规律作为输出参数；实际喷油规律α=f(n,q,T_ct,T_it,χ,t)，n为发动机转速，q为发动机负荷，T_ct为冷却水温,T_it为进气温度,χ为多次喷射组合，t为预喷与主喷间隔时间，通过上面建立的自适应模糊神经网络实现的非线性映射关系，得到实际喷油规律，本发明采用Sugeno系统构建： 

Δr_α=ψ_α×Δr

在所述步骤3中，所述目标EGR率是发动机转速n和扭矩q的函数。 

在所述步骤4中，EGR阀全开和全闭位置具有自学习功能，防止EGR阀异常状态识别模块误判全开卡死和全闭卡死。 

在所述步骤5中，判断EGR阀卡死状态的方法如下： 

1)当前EGR阀卡死状态为正常时，当EGR阀目标开度和实测开度之差大于卡死偏差上限开度且持续时间超过预设卡死持续时间或EGR阀目标开度和实测开度之差小于卡死偏差下限开度且持续时间超过预设卡死持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为卡死，否则继续维持正常状态； 

2)当前EGR阀卡死状态为卡死时，当EGR阀目标开度和实测开度之差位于卡死恢复偏差下限开度和卡死恢复偏差上限开度之间，且持续时间超过预设卡死恢复持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为正常，否则继续维持卡死状态； 

判断EGR阀迟滞状态的方法如下： 

1)当前EGR阀迟滞状态为正常时，当EGR阀从全开到5%开度的响应时间大于迟滞上限时间，且持续时间超过预设迟滞持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定EGR阀迟滞，否则继续维持正常状态； 

2)当前EGR阀迟滞状态为迟滞时，当EGR阀从全开到5%开度的响应时间小于迟滞下限时间，且持续时间超过预设EGR阀迟滞恢复持续时间时，则EGR阀 异常状态识别模块判定EGR阀正常，否则继续维持迟滞状态； 

判断EGR阀堵塞状态的标方法如下： 

1)当前EGR阀堵塞状态为正常时，当目标EGR率和实际EGR率之差大于堵塞偏差上限且持续时间超过预设堵塞持续时间或EGR阀目标开度和实测开度之差小于堵塞偏差下限且持续时间超过预设堵塞持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为堵塞，否则继续维持正常状态； 

2)当前EGR阀卡滞状态为堵塞时，当目标EGR率和实际EGR率之差位于堵塞恢复偏差下限和堵塞恢复偏差上限之间，且持续时间超过预设堵塞恢复持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为正常，否则继续维持堵塞状态； 

在所述步骤6中，计算实时NOx排放量的方法如下： 

根据油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号、转速传感器送过来的转速信号查EGR全闭NOx排放流量脉谱得到EGR全闭NOx排放流量；再根据油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号、转速传感器送过来的转速信号转速和标准实验环境下EGR率得到稳态工况参考NOx排放流量；接着根据转速传感器送过来的转速信号、转速变化率、扭矩变化率和EGR阀异常状态得到瞬时工况NOx排放修正流量；根据转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号计算得到发动机功率；再根据实测EGR率、目标EGR率得到实时NOx排放量。 

在所述步骤6中，计算实时NOx排放量的具体方法如下：所述NOx排放量监控模块用下式计算实时NOx排放量dm，dm_m为实时NOx排放质量流量；P_e为发动机实时功率，q为扭矩，n为发动机转速。 

$\mathrm{dm}=\frac{1000\times {\mathrm{dm}}_m}{P_e}$

实时NOx排放质量流量dm_m用下式计算，ψ为修正系数，它是发动机转速n、扭矩q和EGR偏差率的函数，ψ=f(n,q,κ)，κ为EGR偏差率，r_ref为 参考EGR率，Δr_cor为EGR率偏差，Δr_cor=r_des-r_cor，r_des为目标EGR率，r_cor为实测EGR率；Δdm为NOx排放偏差，Δdm=dm_cls-dm_ref，dm_cls为EGR全闭时NOx排放流量，它是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到EGR全闭时NOx排放流量脉谱，dm_ref为稳态工况参考NOx排放流量，dm_ref=f(n,q,r_cor)： 

dm_m=ψ×Δdm+dm_ref+Δdm_temp

作为本发明第二方面的电控柴油机EGR系统NOx排放量监控装置，包括发动机、执行器和处理器； 

所述发动机中包括增压压力传感器、进气温度传感器、冷却水温传感器、大气压力传感器、转速传感器、油门开度传感器、EGR阀位置传感器； 

所述执行器为EGR阀； 

所述处理器中有进气量计算模块、EGR率计算模块、EGR阀位置监控模块、EGR阀异常状态识别模块和NOx排放量监控模块； 

所述进气量计算模块的六个输入端分别与增压压力传感器、进气温度传感器、冷却水温传感器、大气压力传感器、转速传感器、油门开度传感器相连，接受增压压力传感器送出的增压压力信号、进气温度传感器送出的进气温度信号、冷却水温传感器送出的冷却水温信号、大气压力传感器送出的大气压力信号、转速传感器送出的转速信号、油门开度传感器送出的油门开度信号，进气量计算模块的两个输出端分别输出实际进气量、EGR全闭参考进气量； 

所述EGR率计算模块的六个输入端分别与增压压力传感器、进气温度传感器、冷却水温传感器、大气压力传感器、进气量计算模块的两个输出端相连，接受增压压力传感器送出的增压压力信号、进气温度传感器送出的进气温度信号、冷却水温传感器送出的冷却水温信号、大气压力传感器送出的大气压力信号、进气量计算模块输出的实际进气量、EGR全闭参考进气量，EGR率计算模块的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率； 

所述EGR阀位置监控模块的三个输入端分别与EGR阀位置传感器、EGR率计算模块的两个输出端相连，接受EGR阀位置传感器送出的EGR阀位置信号、EGR率计算模块的两个输出端送出的百分比表示的目标EGR率和实测EGR率，EGR阀位置监控模块的两个输出端输出EGR目标开度信号和EGR阀实测开度信号； 

所述EGR阀异常状态识别模块的四个输入端分别与EGR率计算模块的两个输出端、EGR阀位置监控模块的两个输出端相连，接受EGR率计算模块的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率、EGR阀位置监控模块的两个输出端输出EGR目标开度信号和EGR阀实测开度信号，EGR阀异常状态识别模块的一个输出端输出异常状态NOx排放量信号； 

所述NOx排放量监控模块的五个输入端分别与转速传感器、油门开度传感器、EGR率计算模块的两个输出端、EGR阀异常状态识别模块的一个输出端相连，接受转速传感器送出的转速信号、油门开度传感器送出的油门开度信号、EGR率计算模块的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率、EGR阀异常状态识别模块的一个输出端输出异常状态NOx排放量信号，NOx排放量监控模块的输出端输出NOx排放量； 

所述发动机的反馈输入端与所述EGR阀位置监控模块的一个输出端连接，接受EGR阀位置监控模块的一个输出端输出EGR目标开度信号。 

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明不必采用NOx传感器和空气流量传感器，而直接采用电控柴油机已有传感器和EGR阀位置传感器作为NOx排放量信号源，可以降低应用成本和维修成本。2、可以精确地实时计算出实时NOx排放量。 

通过开发替代算法取代NOx传感器、空气质量传感器等的监控功能实现NOx排放量的实时精确计算，同时满足OBD法规，将显著降低成本，提高产品竞争力。 

附图说明

图1是EGR率与NOx排放量关系示意图 

图2是本发明系统结构示意图。 

图3是积分分离PID闭环控制示意图 

具体实施方式

本发明基于如下原理：理想气体状态方程；EGR率与NOx排放量成反比关系，如图1所示，即EGR率较大时，NOx排放量较小，EGR率较小时，NOx排放量较大； 废气再循环量与新鲜空气量为此消彼长关系，即一定压力下，进入发动机气体总量固定；状态还原法，即将发动机实际工况还原到同等试验室工况，以精确确定NOx排放量。 

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，对本发明进行详细的描述。 

如图2所示，本发明的EGR系统NOx排放量监控装置包括发动机100、执行器（图中未示出）和处理器200； 

发动机100中包括增压压力传感器110、进气温度传感器120、冷却水温传感器130、大气压力传感器140、转速传感器150、油门开度传感器160、EGR阀位置传感器170； 

执行器为EGR阀； 

处理器200中有进气量计算模块210、EGR率计算模块220、EGR阀位置监控模块230、EGR阀异常状态识别模块240和NOx排放量监控模块250； 

进气量计算模块210的六个输入端分别与增压压力传感器110、进气温度传感器120、冷却水温传感器130、大气压力传感器140、转速传感器150、油门开度传感器160相连，接受增压压力传感器110送出的增压压力信号、进气温度传感器120送出的进气温度信号、冷却水温传感器130送出的冷却水温信号、大气压力传感器140送出的大气压力信号、转速传感器150送出的转速信号、油门开度传感器160送出的油门开度信号，进气量计算模块210的两个输出端分别输出实际进气量、EGR全闭参考进气量； 

EGR率计算模块220的六个输入端分别与增压压力传感器110、进气温度传感器120、冷却水温传感器130、大气压力传感器140、进气量计算模块210的两个输出端相连，接受增压压力传感器110送出的增压压力信号、进气温度传感器120送出的进气温度信号、冷却水温传感器130送出的冷却水温信号、大气压力传感器140送出的大气压力信号、进气量计算模块210输出的实际进气量、EGR全闭参考进气量，EGR率计算模块220的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率； 

EGR阀位置监控模块230的三个输入端分别与EGR阀位置传感器170、EGR率计算模块220的两个输出端相连，接受EGR阀位置传感器170送出的EGR阀 位置信号、EGR率计算模块220的两个输出端送出的百分比表示的目标EGR率和实测EGR率，EGR阀位置监控模块230的两个输出端输出EGR目标开度信号和EGR阀实测开度信号； 

EGR阀异常状态识别模块240的四个输入端分别与EGR率计算模块220的两个输出端、EGR阀位置监控模块230的两个输出端相连，接受EGR率计算模块220的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率、EGR阀位置监控模块230的两个输出端输出EGR目标开度信号和EGR阀实测开度信号，EGR阀异常状态识别模块240的一个输出端输出异常状态NOx排放量信号； 

NOx排放量监控模块250的五个输入端分别与转速传感器150、油门开度传感器160、EGR率计算模块220的两个输出端、EGR阀异常状态识别模块240的一个输出端相连，接受转速传感器150送出的转速信号、油门开度传感器160送出的油门开度信号、EGR率计算模块220的两个输出端输出为百分比表示的目标EGR率和实测EGR率、EGR阀异常状态识别模块240的一个输出端输出异常状态NOx排放量信号，NOx排放量监控模块250的输出端输出NOx排放量； 

发动机100的反馈输入端与EGR阀位置监控模块230的一个输出端连接，接受EGR阀位置监控模块230的一个输出端输出EGR目标开度信号。 

因此基于上述装置的NOx排放量监控方法为：： 

进气量计算模块210用下式①推定进气量m，式①为修正后的理想气体状态方程，m为进气质量流量；P_bp为增压压力；V为进气体积流量见式②；M为理想气体的摩尔质量，取值为0.029Kg/mol；R为理想气体常数取值为8.31441±0.00026J/(mol·K）；T_it为进气温度；κ为温度修正系数，公式为 其中T_itref为参考进气温度，它是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱，C为温度充气效率修正系数，根据具体发动机标定确定，范围为0.3-1.5之间。 

$m=\frac{P_{\mathrm{bp}}\times V\times M}{R\times T_{\mathrm{it}}}\times \kappa$①进气量体积V根据充气效率η、发动机转速n、发动机排量V_Eng用下式②计算。 

$V=\eta \times \frac{n}{2}\times V_{\mathrm{Eng}}$② 

在式②中，η简化为发动机转速n和依据油门开度传感器送过来的油门开度信号计算的喷油量的函数η＝f(n,o)，在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到充气效率脉谱，查充气效率脉谱得相应充气效率。 

EGR全闭参考进气量的计算方法是：根据转速传感器送过来的转速信号、油门开度传感器送过来的油门开度信号和转速传感器送过来的转速信号计算出的扭矩信号查基本参考进气量脉谱并通过冷却水温传感器送过来的冷却水温信号、大气压力传感器送过来的大气压力信号为输入信号、增压压力传感器输送过来的增压压力信号、进气温度传感器送过来的进气温度信号修正得到EGR全闭参考进气量，具体公式如下： 

m_ref=m_bas×κ③ 

式③中m_bas为基本参考进气量，它是发动机转速n和扭矩q的函数m_bas=f(n,q)，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到基本参考进气量脉谱，查基本参考进气量脉谱得相应基本参考进气量；κ为修正系数； 

修正系数κ根据温度修正系数κ_T和压力修正系数κ_P用下式④计算。 

κ=κ_T×κ_P    ④ 

温度修正系数κ_T根据冷却水温修正系数κ_ct和进气温度修正系数κ_it相乘得到，其中冷却水温修正系数κ_ct通过冷却水温度查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.8-1.2之间；进气温度修正系数κ_it通过进气温度查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.8-1.2之间；压力修正系数κ_P根据大气压力修正系数κ_ap和增压压力修正系数κ_bp相乘得到，其中大气压力修正系数κ_ap通过大气压力查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.6-1.2之间；增压压力修正系数κ_bp通过大气压力查修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，其取值范围为0.6-1.2之间。 

EGR率计算模块220用下式⑤计算实测EGR率r_cor，r为未修正EGR率；Δr_bp为增压压力对EGR率的修正量；Δr_ct为冷却水温对EGR率的修正量；Δr_it为进气温度对EGR率的修正量；Δr_phi为喷油提前角对EGR率的修正量；Δr_inj为喷射压力对EGR率的修正量；Δr_α为喷油规律对EGR率的修正量。 

r_cor=r+Δr_bp+Δr_ct+Δr_it+Δr_phi+Δr_inj+Δr_α⑤ 

未修正EGR率r根据EGR全闭时参考进气量m_ref和进气量m用下式⑥计算。 

$r=\frac{m_{\mathrm{ref}}-m}{m_{\mathrm{ref}}}\times 100\%$⑥ 

增压压力EGR率修正量Δr_bp用下式⑦计算，ψ_bp为压力差修正系数，它是参考增压压力P_bpref和增压压力P_bp之差的函数，ψ_bp＝f(P_bpref-P_bp)，其增压压力P_bp通过压力差查压力差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，取值范围为0.8-1.2之间；参考增压压力P_bpref是发动机转速n和扭矩q的函数，在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考增压压力脉谱，查参考增压压力脉谱得相应参考增压压力；Δr为未修正EGR偏差，Δr＝r_ref-r，标准试验环境下EGR率r_ref是发动机转速n和扭矩q的函数，是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考EGR率脉谱，查参考EGR率脉谱得相应参考EGR率： 

Δr_bp＝ψ_bp×Δr    ⑦； 

冷却水温EGR率修正量Δr_ct用下式⑧计算，ψ_ct为冷却水温差修正系数，它是参考冷却水温T_ctref和冷却水温T_ct之差的函数，其冷却水温T_ct是通过温度差查冷却水温差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到；参考冷却水温T_ctref是发动机转速n和负荷q的函数，在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考冷却水温脉谱： 

Δr_ct=ψ_ct×Δr    ⑧： 

进气温度EGR率修正量Δr_it用下式⑨计算，ψ_it为进气温度差修正系数，它是参考进气温度T_itref和进气温度T_it之差的函数，其进气温度T_it通过温度差查进气温差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到；参考进气温度T_itref是发动机转速n和扭矩q的函数，是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱: 

Δr_it=ψ_it×Δr    ⑨； 

喷油提前角EGR率修正量Δr_phi用下式⑩计算，ψ_phi为角度差修正系数，它是参考喷油提前角Phi_ref和喷油提前角Phi之差的函数，其通过提前角差查提前角差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，喷油提前角由燃油系统控制模块计算，可通过CAN得到；参考喷油提前角Phi_ref是发动机转速n和扭矩q的函数，是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考喷油提前 角脉谱： 

Δr_phi=ψ_phi×Δr    ⑩； 

喷射压力EGR率修正量Δr_inj用下式计算，ψ_inj为喷射压力差修正系数，它是参考喷射压力P_injref和喷射压力P_inj之差的函数，其是通过喷射压力差查喷射压力差修正系数脉谱得到，修正脉谱通过发动机标定试验得到，喷射压力P_inj是发动机转速n，扭矩q和喷油提前角phi的函数，试验室环境下油泵试验台实际测量得到实际喷射压力脉谱，对于共轨系统，喷射压力P_inj由轨压传感器直接测量，通过CAN得到；参考喷射压力P_injref是发动机转速n，扭矩q和喷油提前角phi的函数，其是在试验室环境下油泵试验台实际测量得到参考喷射压力脉谱,对于共轨系统，参考喷射压力由燃油系统控制模块计算，通过CAN得到：： 

Δr_inj=ψ_inj×Δr

喷油规律EGR率修正量Δr_α用下式计算，ψ_α为喷油规律修正系数，它是参考喷油规律α_ref和实际喷油规律α的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到喷油规律修正脉谱，通过喷油规律和实际喷油规律查脉谱得到喷油规律修正系数；参考喷油规律α_ref=f(n,q,T_ctref,T_itref,χ,t),n为发动机转速，q为发动机负荷，T_ctref为参考冷却水温度，T_itref为参考进气温度，它是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到参考进气温度脉谱，χ为多次喷射组合，它表示喷射次数和种类，t为预喷与主喷间隔时间，通过建立一个自适应模糊神经网络来实现非线性映射关系，将发动机转速、负荷、参考进气温度、多次喷射组合、预喷与主喷间隔时间作为输入参数，将参考喷油规律作为输出参数；实际喷油规律α=f(n,q,T_ct,T_it,χ,t)，n为发动机转速，q为发动机负荷，T_ct为冷却水温,T_it为进气温度,χ为多次喷射组合，t为预喷与主喷间隔时间，通过上面建立的自适应模糊神经网络实现的非线性映射关系，得到实际喷油规律，本发明采用Sugeno系统构建： 

Δr_α=ψ_α×Δr

目标EGR率r_des是发动机转速n和扭矩q的函数试验室环境下发动机台架试验实际测量得到目标ERG率脉谱。 

EGR阀位置监控模块根据EGR阀位置传感器电压通过EGR阀开度脉谱查表得到EGR阀实测开度，EGR阀开度脉谱中预设EGR阀位置传感器对应0%开度（全 闭）的电压和对应100%开度（全开）的电压，由于EGR阀在使用中积碳、维修等原因导致全闭和全开电压变化，采用自学习功能对全开全闭电压进行更新，防止EGR阀异常状态识别模块误判全开卡死和全闭卡死；根据EGR率计算模块输出的目标EGR率和实测EGR率之差进行积分分离PID闭环控制并输出EGR阀目标开度。积分分离PID闭环控制如图3所示。 

1)EGR阀异常状态识别模块分为卡死、迟滞、堵塞（流量异常）三种状态，根据EGR阀实测开度和EGR阀目标开度，可判定EGR阀卡死和迟滞状态；根据实测EGR率和目标EGR率，可判定EGR阀堵塞状态。判断EGR阀卡死状态的标准如下： 

1.当前EGR阀卡死状态为正常时，当EGR阀目标开度和实测开度之差大于卡死偏差上限开度且持续时间超过预设卡死持续时间或EGR阀目标开度和实测开度之差小于卡死偏差下限开度且持续时间超过预设卡死持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为卡死，否则继续维持正常状态； 

2.当前EGR阀卡死状态为卡死时，当EGR阀目标开度和实测开度之差位于卡死恢复偏差下限开度和卡死恢复偏差上限开度之间，且持续时间超过预设卡死恢复持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为正常，否则继续维持卡死状态； 

判断EGR阀迟滞状态的标准如下： 

1.当前EGR阀迟滞状态为正常时，当EGR阀从全开到5%开度的响应时间大于迟滞上限时间，且持续时间超过预设迟滞持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定EGR阀迟滞，否则继续维持正常状态； 

2.当前EGR阀迟滞状态为迟滞时，当EGR阀从全开到5%开度的响应时间小于迟滞下限时间，且持续时间超过预设EGR阀迟滞恢复持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定EGR阀正常，否则继续维持迟滞状态； 

判断EGR阀堵塞状态的标准如下： 

1.当前EGR阀堵塞状态为正常时，当目标EGR率和实际EGR率之差大于堵塞偏差上限且持续时间超过预设堵塞持续时间或EGR阀目标开度和实测开度之差小于堵塞偏差下限且持续时间超过预设堵塞持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为堵塞，否则继续维持正常状态； 

2.当前EGR阀卡滞状态为堵塞时，当目标EGR率和实际EGR率之差位于堵塞恢复偏差下限和堵塞恢复偏差上限之间，且持续时间超过预设堵塞恢复持续时间时，则EGR阀异常状态识别模块判定为正常，否则继续维持堵塞状态； 

2)NOx排放量监控模块用下式计算实时NOx排放量dm，dm_m为实时NOx排放质量流量；P_e为发动机实时功率，q为负荷（转矩），n为发动机转速。 

$\mathrm{dm}=\frac{1000\times {\mathrm{dm}}_m}{P_e}$

实时NOx排放质量流量dm_m用下式计算，ψ为修正系数，它是发动机转速n、扭矩q和EGR偏差率的函数，ψ=f(n,q,κ)，κ为EGR偏差率，r_ref为参考EGR率，Δr_cor为EGR率偏差，Δr_cor=r_des-r_cor，r_des为目标EGR率，r_cor为实测EGR率；Δdm为NOx排放偏差，Δdm=dm_cls-dm_ref，dm_cls为EGR全闭时NOx排放流量，它是发动机转速n和扭矩q的函数，其是在试验室环境下发动机台架试验实际测量得到EGR全闭时NOx排放流量脉谱，dm_ref为稳态工况参考NOx排放流量，dm_ref=f(n,q,r_cor)： 

dm_m=ψ×Δdm+dm_ref+Δdm_temp

众所周知，汽车发动机大部分时间都是运转在瞬态工况时，即扭矩和转速每时每刻都在发生变化，因此需要对瞬态NOx排放进行修正。瞬态NOx排放修正量Δdm_temp用下式计算，为转速变化率，为扭矩变化率，s为EGR阀异常状态，n为发动机转速，q为扭矩。 

${\mathrm{\Delta dm}}_{\mathrm{temp}}=f(n,\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}},\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}},s)$

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明不必采用NOx传感器和空气流量传感器，而直接采用电控柴油机已有传感器和EGR阀位置传感器作为NOx排放量信号源，可以降低应用成本和维修成本。2、可以精确地实时计算出实时NOx排放量。 

上述图示和实例仅用于说明本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。