CN112557040A - 发动机瞬态soot排放量预估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发动机瞬态soot排放量预估方法。首先通过台架试验获取不同转速下发动机的第一稳态soot排放量Cs数据组以及不同空燃比下的第二稳态soot排放量Cs数据组；再对第一稳态soot排放量Cs数据进行修正获得发动机瞬态soot排放量预估值，所述修正方法包括第一稳态soot排放量Cs与修正系数因子的乘积；所述修正系数因子包括负荷变化率修正系数F1，负荷修正系数F2，发动机转速变化率修正系数F3，空燃比修正系数F5，增压器转速修正系数F4中至少三个，其中包括空燃比修正系数F5。本发明修正方法简单，修正因子明确，全面。通过本发明瞬态soot排放量预估方法完成对瞬态soot排放量的标定，标定量因素全面，标定数量多，应用时相对精度高。

Description

发动机瞬态soot排放量预估方法
技术领域
本发明属于发动机电控技术，具体涉及一种获取发动机瞬态soot排放量的技术。
背景技术
汽油机颗粒捕集器GPF已经广泛用于解决车辆排放问题，提高车辆的环境友好度。车辆运行过程中汽油机颗粒捕集器GPF可以捕捉绝大部分颗粒物soot。若长时间运行在低温低速工况，soot会迅速积累堵塞GPF，影响发动机动力性甚至烧毁GPF。
为了避免GPF累碳较多造成的堵塞或烧毁，现有技术中通常采用主动再生的技术方案净化GPF中的累碳。具体的ECU通过计算排气中soot流量，以此计算GPF中的碳载量，当碳载量上升到一定值时，可以激活主动再生，把GPF中的碳燃烧掉。因此排气中soot流量的预估对于保护GPF尤为重要。排气中soot流量一般分为稳态下的流量和瞬态下的流量，通过现有的标定逻辑可以准确预估排气中稳态soot流量，但瞬态soot流量的预估较为困难，目前已有的逻辑策略在预估排气瞬态soot流量均存在较大误差。
中国专利申请CN108087071A对DPF碳载量的判断方法中记载一种通过计算soot瞬态排放量的方法，该方法通过对soot稳态排放量复杂的修正获得；同时该专利申请并没有加载修正系数类型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机瞬态soot排放量预估方法，通过台架试验对发动机瞬态soot排放量进行标定。
本发明发动机瞬态soot排放量预估方法的技术方案包括：首先通过台架试验获取不同转速下发动机的第一稳态soot排放量Cs数据组以及不同空燃比下的第二稳态soot排放量Cs数据组；再对第一稳态soot排放量Cs 数据进行修正获得发动机瞬态soot排放量预估值，所述修正方法包括第一稳态soot排放量Cs与修正系数因子的乘积；所述修正系数因子包括负荷变化率修正系数F1，负荷修正系数F2，发动机转速变化率修正系数F3，空燃比修正系数F5，增压器转速修正系数F4中至少三个，其中包括空燃比修正系数F5。
进一步优化的技术特征是：所述获取不同转速下发动机的第一稳态 soot排放量Cs数据组包括在空燃比为1状态下，不同转速下过台架试验获。
进一步优化的技术特征是：所述获得不同空燃比下的第二稳态soot排放量Cs数据组方法包括在空燃比不等于1状态下，不同空燃比下过台架试验获。
进一步优化的技术特征是：空燃比修正系数F5的获取方法包括：通过测得不同空燃比下稳态soot流量与空燃比为1时的稳态soot流量的比值。
进一步优化的技术特征是：负荷变化率修正系数F1的获取方法包括：以设定的第一负荷值为起始负荷，在不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs相除得到不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下的负荷变化率修正系数F1阵列值。
进一步优化的技术特征是：负荷变化率修正系数F1的获取方法包括：以设定的第一负荷值为起始负荷，在不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F1的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。
所述的一致包括相等或接近(误差在允许的范围内)；以下相同。
进一步优化的技术特征是：负荷修正系数F2的获取方法包括：以设定的不等于第一负荷值的多个不同设定负荷值为起始负荷，在不同转速状态，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs相除得到不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下的负荷变化率修正系数F2阵列值。
进一步优化的技术特征是：负荷修正系数F2的获取方法包括：以设定的不等于第一负荷值的多个不同设定负荷值为起始负荷，在不同转速状态，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F2的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。
进一步优化的技术特征是：发动机转速变化率修正系数F3的获取方法包括：以设定第一转速的起始转速，以设定第一负荷为起始负荷，提升转速到第二设定转速，提升负荷到第二设定负荷，检测获得上述过程中的，瞬态soot排放量值，将这一瞬态过程的soot排放量值的积分值与经过的转速及负荷的第一稳态soot排放量Cs的积分值相除得发动机转速变化率修正系数F3。
Soot排放量的单位是克/秒,如果是一个瞬态过程，一般以soot排放量对瞬态持续的时间的积分作为累计的排放量，然后再除时间求平均作为这个过程的平均排放量。
进一步优化的技术特征是：所述修正方法包括第一稳态soot排放量 Cs与修正系数的乘积；所述修正系数包括负荷变化率修正系数F1，负荷修正系数F2，发动机转速变化率修正系数F3，空燃比修正系数F5，增压器转速修正系数F4。
台架试验在获取第一稳态soot排放量Cs数据组时需同时测量增压器转速，此转速属于增压器稳态转速。
增压器转速修正系数F4的获取方法包括：以设定的发动机第四转速及第四负荷点为起始点，控制增压器转速高于增压器稳态转速后，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将瞬态soot 排放量值与第一稳态soot排放量Cs相除得到增压器转速修正系数F4。。
当发动机的空燃比在瞬态过程中发生变化时，所述发动机瞬态soot排放量预估值Ct的获得方法包括，第一稳态soot排放量Cs通过空燃比修正系数F5修正。
本发明通过台架试验获得的稳态soot排放量Cs，直接通过至少包括负荷变化率修正系数F1，负荷修正系数F2，发动机转速变化率修正系数F3，空燃比修正系数F5，增压器转速修正系数F4中至少三个，其中包括空燃比修正系数F5乘积进行修正。充分考虑到发动机负荷变化率的影响因素，发动机的空燃比在瞬态过程中发生变化时，采用空燃比修正系数F5修正，此时其他修正系数的积为1。修正方法简单，修正因子明确，全面。通过本发明瞬态soot排放量预估方法完成对瞬态soot排放量的标定，标定量因素全面，标定数量多，应用时相对精度高。
附图说明
图1本发明流程示意图。
图2本发明多因子修正效果示意图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
本发明在进行标定的过程中，可以考虑不同运行工况条件下的修正。
负荷变化率修正系数F1考虑的是不同的负荷变化率对瞬态soot排放的影响。因为负荷的变化会影响实际空燃比，混合气均匀度，各缸进气均匀度，极大影响燃烧的充分性，造成瞬间soot排放激增，所以负荷变化率对瞬态soot排放的影响最大。
负荷修正系数F2考虑的是不同的负荷下加载对瞬态soot排放影响，即在不同的起始负载情况下，增加相同的负载变化，同样会影响到空燃比以及排放。
发动机转速变化率修正系数F3，车辆行驶过程中，发动机的转速会因为负载的变化而改变，同样影响到发动机的排放。
空燃比修正系数F5，空燃比直接反应各缸混合气体状态以及发动机的燃烧状态，对发动机的排放产生直接的影响。
对于具有涡轮增压的车辆，增压器转速修正系数F4考虑的是增压器在瞬态状态下，转速的变化对发动机排放的影响。
对于发动机瞬态soot排放量Ct的标定过程采用的修正因子有多种选择方式，每种选择至少采用三个修正因子，其中空燃比修正系数F5为必选因子。对于没有涡轮增压的车辆，增压器转速修正系数F4不用选择。
实施例以全选因子加以说明：
试验主要设备为台架、AVL483(测量发动机soot流量)、标定软件、 GPF称重设备。
首先在台架上，利用万有特性试验、暖机试验得到发动机稳态soot排放量Cs：
以下负荷的百分数值指的是发动机当前功率除最大功率的百分数。
发动机稳态soot排放量Cs包括：
发动机的第一稳态soot排放量Cs数据组，它是在不同转速条件下分别测试得到的；特别是在空燃比为1状态下，不同转速下过台架试验获。
第二稳态soot排放量Cs数据组，在空燃比不等于1状态下，不同空燃比下通过台架试验获稳态soot流量数据组。
稳态soot排放量的台架试验是现有技术。
修正系数因子的标定：
负荷变化率修正系数F1的获取方法包括：以设定的第一负荷值为起始负荷，如起始负荷为10％负荷(发动机最大功率的10％，以下均为相同的含义不在累述)；在不同转速状态(该不同转速与第一稳态soot排放量Cs 相对应)，不同的负荷变化率状态条件下(如起始负荷条件下分别增加负荷 20％、40％、60％)，所述的增加负荷均是在短时间内完成的(如0.5秒内提升负荷到20％)，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot 排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs相除得到不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下的负荷变化率修正系数F1阵列值。另一个实施例是通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot 排放量Cs乘以一个系数F1的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。这里所述一致为接近第一稳态soot排放量Cs或等于第一稳态soot排放量Cs。
标定中x轴为发动机转速，y轴为负荷变化率，z轴为F1。
负荷修正系数F2的获取方法包括：以设定的不等于第一负荷值的多个不同设定负荷值为起始负荷如起点工况负荷分别为20％、40％、60％负荷，在不同转速状态，在相同的负荷变化率状态条件下，如瞬间增加40％负荷 (如0.5秒内提升负荷到20％)，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs 相除得到不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下的负荷变化率修正系数F2阵列值。另一个实施例中，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F2的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。这里所述一致为接近第一稳态soot排放量Cs 或等于第一稳态soot排放量Cs。
标定中x轴为发动机转速，y轴为负荷，z轴为F2。
发动机转速变化率修正系数F3的获取方法包括：以设定第一转速的起始转速，第一转速可以采用车辆的怠速，以设定第一负荷为起始负荷，如起点为10％负荷，提升转速到第二设定转速如怠速增加500rpm；提升负荷到第二设定负荷，如终点为40％负荷，上述过程可以通过设置不同的转速上升率，以及对应的负荷增加率来实现。检测得到上述过程的瞬态soot 排放量，将瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量 Cs相除得发动机转速变化率修正系数F3(将这一瞬态过程的soot排放量值的积分值与经过的转速及负荷的第一稳态soot排放量Cs的积分值相除得发动机转速变化率修正系数F3。)。另一个实施例中，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F3的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。这里所述一致为接近第一稳态soot排放量Cs或等于第一稳态soot排放量Cs。
重复上述过程，每增加500rpm为一个起点转速，依次做到额定转速，标定中x轴为发动机转速，y轴为转速上升率，z轴为F3。
空燃比修正系数F5的获取方法包括：通过测得不同空燃比下稳态soot 流量与空燃比为1时的稳态soot流量的比。上述稳态测试过程中已经获得不同空燃比下稳态soot流量，空燃比为1时的稳态soot流量。
标定中x轴为实际空燃比，y轴为比值F5。
增压器转速修正系数F4的获取方法包括：以设定的发动机的第四负荷值和第四转速为起始点，此时，增压器对应稳态转速；控制提升增压器转速高于此点的增压器的稳态转速(此时增压器转速减去第一稳态时的增压器转速的差值为n)，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态 soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与第一稳态soot排放量 Cs相除得到增压器转速修正系数F4。另一个实施例中，通过模糊系数调整方法。
标定中x轴为增压器转速，y轴为n，z轴为F4。
如图1所示，基于上述获得的标定，当然标定过程中的参数设定及选择可依据车型以及排放要求自行确定。
基本公式为Ct＝Cs x F5 x F1 x F2 x F3 x F4
发动机的负荷变化率小于或等于设定的变化率时(如发动机负荷变化率为小于或等于+3％)时，表征发动机处于稳态工况，此时
F1 x F2 x F3 x F4＝1，Ct＝Cs x F5；
当发动机负荷变化率为大于+3％时，表征发动机处于瞬态工况，此时 F1 x F2 xF3 x F4>1，Ct＝Cs x F5 x F1 x F2 x F3 x F4。
通过以上试验，形成标定，再运行WLTC循环验证并进行标定改善，最终完成本策略标定。
如图2所示，A方案：不引入任何瞬态修正因子。
B方案：引入F1修正因子。
C方案：引入F1、F2修正因子。
D方案：引入本专利提及所有因子。
展示的是不同方案预估的soot排放量与AVL483实测值的对比，可以看出随着因子的增加，预估精度显著提升，本本实施例精度达到7％水平。

Claims (10)

1.一种发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：首先通过台架试验获取不同转速下发动机的第一稳态soot排放量Cs数据组以及不同空燃比下的第二稳态soot排放量Cs数据组；再对第一稳态soot排放量Cs数据进行修正获得发动机瞬态soot排放量预估值，所述修正方法包括第一稳态soot排放量Cs与修正系数因子的乘积；所述修正系数因子包括负荷变化率修正系数F1，负荷修正系数F2，发动机转速变化率修正系数F3，空燃比修正系数F5，增压器转速修正系数F4中至少三个，其中包括空燃比修正系数F5。
2.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：所述获取不同转速下发动机的第一稳态soot排放量Cs数据组包括在空燃比为1状态下，不同转速下过台架试验获得。
3.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：所述获得不同空燃比下的第二稳态soot排放量Cs数据组方法包括在空燃比不等于1状态下，不同空燃比下过台架试验获。
4.如权利要求1-3所述任一发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：空燃比修正系数F5的获取方法包括：通过测得不同空燃比下稳态soot流量与空燃比为1时的稳态soot流量的比值。
5.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：负荷变化率修正系数F1的获取方法包括：以设定的第一负荷值为起始负荷，在不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs相除得到不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下的负荷变化率修正系数F1阵列值。
6.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：负荷变化率修正系数F1的获取方法包括：以设定的第一负荷值为起始负荷，在不同转速状态，不同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F1的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。
7.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：负荷修正系数F2的获取方法包括：以设定的不等于第一负荷值的多个不同设定负荷值为起始负荷，在不同转速状态，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，将每一个瞬态soot排放量值与同等转速状态下的第一稳态soot排放量Cs相除得到不同转速状态，不同的负荷状态条件下的负荷修正系数F2阵列值。
8.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：负荷修正系数F2的获取方法包括：以设定的不等于第一负荷值的多个不同设定负荷值为起始负荷，在不同转速状态，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F2的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。
9.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：发动机转速变化率修正系数F3的获取方法包括：以设定发动机第一转速的起始转速，以设定第一负荷为起始负荷，提升转速到第二设定转速，提升负荷到第二设定负荷，检测获得上述过程中的，瞬态soot排放值，将这一瞬态过程的soot排放量值的积分值与经过的转速及负荷的第一稳态soot排放量Cs的积分值相除得发动机转速变化率修正系数F3。
10.如权利要求1所述发动机瞬态soot排放量预估方法，其特征是：当增压器转速修正系数F4的获取方法包括:以设定的发动机第四负荷值和第四转速为起始点，控制提升增压器转速高于此点的稳态转速，在相同的负荷变化率状态条件下，试验测得，瞬态soot排放量阵列值，通过模糊系数调整方法，同等转速状态下的将第一稳态soot排放量Cs乘以一个系数F4的积，使得该积与检测得到的瞬态soot排放量一致。
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