CN109883716A - 用于测量和计算来自汽油发动机的颗粒物输出的技术和方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法包括：预定义在约50秒至200秒之间的定义汽油发动机的冷启动操作的时间段；在定义冷启动操作的开始的时间确定关键发动机冷起动温度；基于预定时间段和关键发动机冷启动温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值；针对热发动机工作时间计算热发动机碳烟质量值；针对至少一个下面的后续热发动机工作时间重复该计算步骤；以及针对热发动机工作时间和至少一个下面的后续热发动机工作时间将冷启动碳烟质量值添加到热发动机碳烟质量值以定义总碳烟质量值。

Description

用于测量和计算来自汽油发动机的颗粒物输出的技术和方法
引言
本公开涉及确定来自汽油发动机的碳烟输出。
对由汽车汽油发动机提供动力的车辆来说，为了监测和控制碳烟输出所已知和未决的要求可能需要碳烟过滤器来过滤和捕集随时间排放的发动机碳烟。为了避免更换碳烟过滤器，可以使用一定程序来周期地燃尽碳烟。目前用来燃尽碳烟的方法需要在高温下操作并且需要增加燃料消耗。因此重要是准确地计算碳烟累积并尽可能减少碳烟燃烧操作。用来计算碳烟输出的已知方法利用来自发动机映射曲线的热操作发动机数据，该发动机映射曲线通常可以通过测功器试验来获得。发动机输出碳烟数据传统上利用设置在期望温度上的冷却剂温度设置来生成。这种数据生成是耗时的并且无法捕捉碳烟排放的瞬时性质。例如，这种数据不能准确地解释冷发动机启动期间的碳烟输出，而其可能占高达90％的总发动机碳烟输出。
冷发动机启动条件出现在通常低于约70摄氏度的发动机温度下。冷启动碳烟输出由燃料粘附到低温活塞并且随后延迟了汽化和燃料不完全燃烧引起。冷启动碳烟输出在最低的环境启动温度下最高，例如在零摄氏度以下低至约零下30摄氏度。目前，稳态或热发动机测功器试验数据不能准确地映射冷启动碳烟数据。
因此，尽管当前的碳烟质量确定系统和方法实现了其预期目的，但是仍然需要一种用于碳烟质量确定的新的和经改进的系统和方法。
发明内容
根据若干方面，一种用于确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法包括：预定义用于发动机的冷启动操作的时间段；在定义冷启动操作的开始的时间确定关键发动机温度；基于预定时间段和关键发动机温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值；在定义冷启动操作的开始的时间结束之后以及在发动机关闭的时间之前，针对至少一个工作时间段计算热发动机碳烟质量；以及将冷启动碳烟质量值添加到热发动机碳烟质量值以定义总碳烟质量值。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括识别范围在稳态和侵略态之间的成组的行驶条件。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括针对目前的该组行驶条件中每一个行驶条件，确定侵略性因子C_ags。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括：在时间段期间识别行驶条件；以及将热发动机碳烟值乘以侵略性因子中的一个，该侵略性因子大体上等同于该时间段期间存在的行驶条件。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括计算作为制动特定碳烟质量(BS_soot)、发动机功率(Pwr_avg)以及行驶侵略性因子(C_ags)的乘积的热发动机碳烟质量值。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括由利用热发动机碳烟映射数据生成并保存在查找表中的热运行碳烟特征曲线导出BS_soot项。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括通过在时间段Δt上对发动机功率求平均来确定Pwr_avg项。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括在约5秒至20秒的范围内选择时间段Δt。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括向定义行驶侵略性因子的C_ags项分配范围从1.0至3.0的值。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括选择约50秒至200秒作为定义发动机的冷启动操作的时间段。
根据若干方面，一种用于确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法包括：预定义在约50秒至200秒之间的定义汽油发动机的冷启动操作的时间段；在定义冷启动操作的开始的时间确定发动机冷却剂温度；基于预定时间段和发动机冷却剂温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值；针对热发动机工作时间计算热发动机碳烟质量值；针对至少一个下面的后续热发动机工作时间重复该计算步骤；以及针对热发动机工作时间和至少一个下面的后续热发动机工作时间将冷启动碳烟质量值添加到热发动机碳烟质量值以定义总碳烟质量值。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括在发动机关闭时间时将该总碳烟质量值保存在发动机存储器中。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括通过继续重复步骤直到发动机关闭时间出现而定义多个热发动机工作时间的至少一个下面的后续热发动机工作时间。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括在计算步骤期间输入查找表，该查找表具有提供热发动机碳烟映射数据特征曲线的曲线图。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括形成热发动机碳烟映射数据特征曲线，该热发动机碳烟映射数据特征曲线为作为发动机功率、空燃比以及发动机工作参数的函数的热碳烟质量值的指数曲线，发动机工作参数包括在正常发动机工作时间段期间喷射燃烧时的燃料喷射压力和曲柄角度。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括在热发动机映射数据特征曲线和发动机功率水平的交点处获得热发动机碳烟质量值。
在本公开的另一方面，该方法进一步包括通过将热发动机碳烟项、发动机功率平均项以及行驶侵略性项相乘来执行该计算步骤。
根据若干方面，一种用于由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量确定系统包括汽油发动机的冷启动操作，该冷启动操作具有在约50秒至200秒之间的预定义时间段。在定义该冷启动操作的开始的时间确定发动机冷却剂温度。基于预定义时间段和发动机温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值，该发动机温度包括活塞表面温度、环境温度、冷却剂温度以及机油温度。针对热发动机工作时间和针对至少一个下面的后续热发动机工作时间计算热发动机碳烟质量值。通过针对热发动机工作时间和至少一个下面的后续热发动机工作时间将冷启动碳烟质量值添加到热发动机碳烟质量值来识别总碳烟质量值。
在本公开的另一方面，在计算步骤期间的查找表具有提供热发动机碳烟映射数据特征曲线的曲线图，该热发动机碳烟映射数据特征曲线定义了作为发动机功率、空燃比以及发动机工作参数的函数的热碳烟质量值的指数曲线，发动机工作参数包括在正常发动机工作时间段期间喷射燃烧时的燃料喷射压力和曲柄角度。
在本公开的另一方面，热发动机碳烟质量值包括热发动机碳烟项、发动机功率平均项以及行驶侵略性项。
通过本文所提供的描述其他应用能够领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定实例仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示范性实施例的碳烟质量确定系统和方法的示意图；
图2是呈现冷启动碳烟质量累积相对于以秒为单位的发动机运行时间的曲线图；
图3是呈现冷启动碳烟质量累积相对于发动机冷却剂启动温度的曲线图；以及
图4是呈现热发动机碳烟质量累积相对于发动机功率的曲线图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅是示范性的，且并不旨在限制本公开、应用或使用。
参考图1，一种用于由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量确定系统10将由车辆发动机所产生的总碳烟质量值(SM)12的计算值划分成第一质量和第二质量，该第一质量利用热发动机碳烟模型14通过发动机操作的热运行部分识别，该第二质量利用冷启动关键温度模型16通过发动机操作的冷运行部分识别。该总碳烟质量值12随后通过碳烟求和模型18被确定为通过热发动机碳烟模型14识别的碳烟质量和通过冷启动关键温度模型16识别的碳烟质量的总和。
热发动机碳烟模型14使用发动机速度20、测量的每汽缸进气量22、冷启动状态24、车辆速度26、发动机冷却剂温度28、发动机机油温度30、环境温度31、活塞温度32以及发动机功率34作为输入变量。通过这些变量，热发动机碳烟模型14生成热发动机碳烟质量值36。
冷启动关键温度模型16使用发动机速度20、测量的每汽缸进气量22、冷启动主动变量38、车辆速度26、发动机冷却剂温度28、发动机机油温度30、环境温度31以及活塞温度32作为输入变量。通过这些变量，冷启动关键温度模型16生成冷启动碳烟质量SM_cldst40。
碳烟求和模型18对热发动机碳烟质量值36和冷启动碳烟质量值SM_cldst 40求和以识别总碳烟质量值(SM)12。在预定时间段上的总碳烟质量值SM(t+Δt)12通过碳烟求和模型18利用以下等式来计算：
SM(t+Δt)＝(SM_cldst)+(BS_soot*Pwr_avg*C_ags*Δt)
其中：
1.SM_cldst或冷启动碳烟质量40被确定为在冷启动时冷启动关键温度42的函数，如将要参考图2和图3进行描述的。
2.BS_soot*Pwr_avg*Δt*C_ags定义了热发动机碳烟质量36，其中：
a.BS_soot项由热运行碳烟特征曲线BS_soot相对于功率的关系以及如参考图4所述的利用热发动机碳烟映射数据生成的其他发动机工作参数导出。
b.Pwr_avg项为在时间段Δt上平均的发动机功率，时间段Δt在约5秒至20秒的范围内。
c.C_ags项是通过可调整表确定的行使侵略性项，该可调节表利用热车辆排放循环数据来测试和调整数据，其为发动机功率的标准偏差的函数。行驶侵略性的值范围为从1.0高到3.0。行驶侵略性项被用来当驾驶员在时间段Δt期间按照侵略性、快速加速以及快速减速的方式操作发动机时，增大热发动机碳烟重量总量，相比于在可比较的时间段Δt上按照稳态方式的操作而言这增加了在时间段Δt上的碳烟质量信息。热车辆排放循环数据可以用来测试并调整提供C_ag项的值的行驶侵略性调整表，其为发动机功率的标准变差的函数。
3.Δt定义了以秒为单位的时间段，总碳烟质量(SM)12在该时间段上进行计算。
参考图2并再次参考图1，曲线图44提供了多个曲线46，对比所测量的作为以秒为单位的发送机运行时间50的函数的碳烟质量48。通过图2明显可见，定义曲线46的组合的第一部分52非常迅速地在约100秒内达到约5.0的初始碳烟质量峰值54。第一部分52由此定义了冷启动周期。曲线46的第二部分56表明，在约100秒的初始操作周期之后，碳烟质量形成是大体上平坦的或者相对于发动机运行时间50增加地非常缓慢。发动机运行时间50在约100秒的初始操作周期之外的部分因此被定义为热运行发动机时间。因此为了本公开的目的，假定冷启动周期期间的碳烟质量累积基本上出现在从发动机启动到约100秒的预定义时间段内，同时在热运行发动机条件期间出现的其余碳烟质量输入基本上较少。应当注意，图2针对示范性发动机涉及提供，并且在冷启动周期的发动机启动之后达到约100秒的发动机运行时间的预定义时间段可以因此改变为100秒以上或以下，取决于发动机尺寸和设计。例如，用于冷起动时间的预定义时间段可以改变为发动机运行时间的约50秒至约200秒。
碳烟质量输出还基于对冷条件下导致碳烟形成的不同机制的理解而通过两种不同的部分计算。在第一部分部分中，冷启动碳烟质量SM_cldst如上所述通过在每次冷启动后的首个约50至200秒内对碳烟质量累积求和来确定。
参考图3并再次参考图1至图2，冷启动碳烟质量SM_cldst 40严重取决于发动机启动温度，其对碳烟排放具有非线性影响。在该实例中发动机冷却剂出口温度被用作关键冷启动温度。其他关键发动机温度，例如活塞表面温度可能更为准确。冷启动碳烟质量可以从查找表获得，该查找表包含针对预定发动机设计的冷启动碳烟质量值。该查找表由曲线图58填充，其表示作为冷启动周期期间关键发动机启动温度的函数的冷启动碳烟质量值的指数曲线60。曲线60最初被创建为多个碳烟质量数据点62的曲线拟合函数。冷启动碳烟质量40可以在曲线60和给定发动机冷却剂启动温度64的交点处获得。应当注意，其他发动机温度，例如，机油道温度和活塞表面温度，也可以与冷启动碳烟产生相关联，并且因此可以用于进一步增强对冷启动碳烟质量40的确定。
通过计算首个100秒，或者适合于特定发动机设计的从50秒至200秒的其他持续时间，确定累积的碳烟质量。这种计算提供了SM_cldst相对于关键冷启动温度的相关性。对于每个冷启动事件，给定发动机冷却剂启动温度，冷启动碳烟质量输出通过SM_cldst查找表来确定并且该量被添加到总碳烟载量的值。
参考图4并再次参考图1至图3，类似于利用曲线图58对冷启动碳烟质量SM_cldst40的确定，可以利用提供热发动机碳烟映射特征曲线68的曲线图66来识别热发动机碳烟质量36。热发动机碳烟映射特征曲线68定义了作为正常发动机工作周期期间发动机功率的函数的热碳烟质量值的指数曲线。热发动机碳烟映射特征曲线68最初被创建为多个碳烟质量数据点70的曲线拟合函数。热发动机碳烟质量36可以在热发动机碳烟映射特征曲线68和给定发动机功率72的交点处获得。
针对热发动机工作时间计算热发动机碳烟质量值。随后针对至少一个下面的后续热发动机工作时间重复该计算步骤。在下面的后续热发动机工作时间之后，针对热发动机工作时间和至少一个下面的后续热发动机工作时间将冷启动碳烟质量值添加到热发动机碳烟质量值来定义总碳烟质量值。该至少一个下面的后续热发动机工作时间可以定义多个热发动机工作时间并且重复的步骤继续直到出现发动机关闭时间。
本公开的用于由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量确定系统提供了若干优点。这些优点包括将碳烟产生分成冷启动部分和热运行部分。应用“汇总”方法以将碳烟产生同时和发动机冷启动的数目或数量以及每次冷启动发生时的关键发动机温度联系起来。这允许使用数据最佳拟合方法来在冷启动的预定周期上估计冷启动碳烟总量。来自发动机热运行映射的数据随后被添加到通过冷启动的汇总计算的总碳烟累计来计算运行碳烟总量。
对本公开的描述在本质上仅是示范性的，并且并不脱离本公开主旨的变型也旨在落入本公开的范围内。此类变型不应当被认为脱离了本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，包括：
预定义用于发动机的冷启动操作时间段；
在定义所述冷启动操作的开始的时间确定发动机冷启动关键温度；
基于所述预定时间段和所述发动机冷启动关键温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值；
在定义所述冷启动操作的所述开始的所述时间结束之后以及在发动机关闭的时间之前，针对至少一个工作时间段计算热发动机碳烟质量值；以及
将所述冷启动碳烟质量值添加到所述热发动机碳烟质量值以定义总碳烟质量值。
2.根据权利要求1所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括识别范围在稳态和侵略态之间的成组的行驶条件。
3.根据权利要求2所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括针对目前的所述成组的行驶条件中每一个行驶条件，确定侵略性因子C_ags。
4.根据权利要求3所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括：
在所述时间段期间识别所述行驶条件；以及
将所述热发动机碳烟质量值乘以所述侵略性因子中的一个，所述侵略性因子大体上等同于所述时间段期间存在的所述行驶条件。
5.根据权利要求1所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括计算作为制动特定碳烟质量(BS_soot)、发动机功率(Pwr_avg)以及行驶侵略性因子(C_ags)的乘积的所述热发动机碳烟质量值。
6.根据权利要求5所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括由利用热发动机碳烟映射数据生成并保存在查找表中的热运行碳烟特征曲线导出所述BS_soot项。
7.根据权利要求5所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括通过在时间段Δt上的平均发动机功率来确定所述Pwr_avg项。
8.根据权利要求7所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，在约5秒至20秒的范围内选择所述时间段Δt。
9.根据权利要求5所述的确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，进一步包括向定义所述行驶侵略性因子的所述C_ags项分配范围从1.0至3.0的值。
10.一种确定由汽油发动机提供动力的机动车辆的碳烟质量的方法，包括：
预定义在约50秒至200秒之间的定义汽油发动机的冷启动操作的时间段；
在定义所述冷启动操作的开始的时间确定发动机冷却剂温度；
基于所述预定时间段和所述发动机冷却剂温度通过查找表识别冷启动碳烟质量值；
针对热发动机工作时间计算热发动机碳烟质量值；
针对至少一个下面的后续热发动机工作时间重复所述计算步骤；以及
针对热发动机工作时间和至少一个下面的后续热发动机工作时间将所述冷启动碳烟质量值添加到所述热发动机碳烟质量值以定义总碳烟质量值。
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