专利名称：炭黑排放估算方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及炭黑排放估算领域，并且更特别地，涉及用于车辆中的发动机的柴油微粒过滤器(DPF)用炭黑排放估算方法及装置。
背景技术：
现代柴油发动机由发动机燃烧产生炭黑，需要使用后处理系统来处理该炭黑，并且作为这种控制策略的一部分，需要估算在柴油发动机燃烧中产生了多少炭黑。由于测量炭黑排放的难度及重现结果的难度，柴油发动机炭黑排放估算是有挑战性的技术领域。另外，柴油发动机炭黑排放估算也是在柴油发动机开发的后期阶段期间需要相对较多的校准工作的技术领域。
现今，存在估算从柴油发动机排出的炭黑的各种示例。然而，这些示例没有使用根本原因作用物理参数来估算从柴油发动机排出的炭黑。另外，这些已知示例缺乏关于直接或间接影响这些物理参数的内部过程和外部过程的鲁棒性。因此，这些示例提供相对低的准确性。
因而存在对于消除上述缺点的改善的炭黑排放估算方法及装置的需要。发明内容
本发明涉及用于车辆中的柴油发动机的炭黑排放估算领域。本发明估算从柴油发动机排出的炭黑排放，因此能够使柴油微粒过滤器的再生控制策略优化。所期望的是减小油稀释、柴油微粒破裂及燃料消耗增加的危险。
本发明的目的在于提出如下改进的且易于实施的方法及装置S卩，所述方法及装置提高炭黑估算的准确性并因此实现改进的且优化的柴油微粒过滤器的再生控制策略。
本发明由所附独立权利要求限定。本发明的各种示例由所附从属权利要求以及由以下描述和附图来阐述。
考虑到以上描述，本发明的一方面在于提供估算从柴油发动机排出的炭黑排放并由此使柴油微粒过滤器的再生控制策略优化的改进的解决方案，该解决方案力图单独或者以任意组合方式缓和、减轻或者消除现有技术中的一个或多个上述缺陷和缺点。
本发明基于在燃烧期间有助于炭黑形成过程的物理参数。因而，本发明对于直接或间接影响这些物理参数的内部过程和外部过程来说是稳健的。本发明的实际结果在于大大减少了校准工作。本发明抓住了真正的炭黑形成依据，因而更为准确且更为稳健。
由权利要求1的特征来达到目的，其中，用于柴油发动机的、用于估算在柴油发动机的燃烧室中产生的炭黑的量的炭黑排放估算方法的特征在于该方法包括如下步骤通过测量发动机转速和燃料喷射量来提供用于转速和负荷的值；根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射来提供基本炭黑值 ；通过测量相对应的信号值来限定和提供排放影响输入参数；计算至少一个排放影响输入参数与用于所述至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差；将计算出的偏差与来自用于所述至少一个排放影响输入参数的各个转速-负荷解析加权映射的各个值相乘，从而产生用于所述至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关校正；将所述至少一个排放影响输入参数相关校正与所述基本炭黑值相加及加总，并由此获得估算的炭黑质量流的值。因而，本发明提供了具有用于与其标称值相偏离的信号的附加校正项的用于炭黑排放的发动机转速-负荷解析基准炭黑映射。 对不同偏差的影响取决于用于柴油发动机的转速/负荷工作点。
通过使用根据本发明的炭黑排放估算方法，能够使在柴油发动机和车辆开发期间的校准工作从车辆向上游朝向发动机试验台转移。根据本发明的炭黑排放估算方法能够补偿基本校准中的、即当通过改变在燃烧期间对炭黑形成有影响的参数来使诸如排放、动力和声音之类的性能优化时的变化。根据本发明的炭黑排放估算方法不依赖驱动模式，从而使得炭黑排放校准工作量能够移至柴油发动机开发的早期阶段。通过使用根据本发明的炭黑排放估算方法，能够减少校准工作量。
根据本发明的另外有利的方面，该方法包括如下步骤将估算出的用于柴油发动机的炭黑质量流的值用作为使柴油微粒过滤器的再生控制策略优化、即使用于软件管理的柴油微粒过滤器再生的控制策略优化的输入。这对油稀释危险、柴油微粒破裂危险和燃料消耗有影响。因而，本发明能够使油稀释和柴油微粒破裂的危险减小并能够减少燃料消耗。 通过提供对从柴油发动机排出的炭黑的准确的估算，能够通过在柴油微粒过滤器的期望的炭黑负荷处起动再生来使再生控制策略优化，从而使用于再生的时间最少，因而构成总的柴油发动机操作时间的相对较短的时段。
根据本发明的另外有利的方面，该方法包括如下步骤延迟用于至少一个排放影响输入参数的信号值，使得所述至少一个排放影响输入参数分别延迟为与排气λ传感器的检测在时间上同步，由此对燃烧室中的每个单独燃烧的性能的测量的延迟进行补偿。
根据本发明的另外有利的方面，通过如下方式获得估算的炭黑质量流将基本炭黑的值与所述至少一个排放影响输入参数加总并且产生数学多项式，其中，基本炭黑的值和所述至少一个排放影响输入参数为提供估算的炭黑质量流的对数变量。
根据本发明的另外有利的方面，该方法适于使用燃烧影响性能，其中，排气λ值、 进气歧管氧气质量比率、进气歧管气体温度、燃料轨压力、主喷射正时、燃烧操作模式、进气歧管压力、活塞冷却以及后喷射量及后喷射正时为所述排放影响输入参数。
通过用于柴油发动机的、用于估算在柴油发动机的燃烧室中产生的炭黑的量的炭黑排放估算装置来进一步达到目的，其中，所述装置包括存储器和控制单元，其特征在于所述存储器被编码有指令，所述指令在被执行时使控制单元接收用于转速、负荷的输入值以及用于至少一个排放影响输入参数的输入值，其中，该装置能够根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射来提供基本炭黑的值；计算至少一个排放影响输入参数与用于所述至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差；将计算出的偏差与来自用于所述至少一个排放影响输入参数的各个转速-负荷解析加权映射的各个值相乘，从而产生用于所述至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关校正；将所述至少一个排放影响输入参数相关校正与所述基本炭黑的值相加和加总，并因此获得估算出的炭黑的质量流。在该创造性的炭黑估算装置中不需要额外的部件或者空间以估算在柴油发动机的燃烧室中产生的炭黑的量，因此能够改进和优化柴油微粒过滤器的再生控制策略。
通过使用根 据本发明的炭黑排放估算装置，能够使在柴油发动机和车辆开发期间的校准工作从车辆向上游朝向发动机试验台转移。根据本发明的炭黑排放估算装置能够补偿基本校准中的变化并且不依赖于驱动模式，使得炭黑排放校准工作量能够移至柴油发动机开发的早期阶段。通过使用根据本发明的炭黑排放估算装置，能够减少校准工作量。
根据本发明的另外有利的方面，该装置能够将估算出的用于柴油发动机的炭黑质量流的值用作为用于使柴油微粒过滤器的再生控制策略优化的输入。
根据本发明的另外有利的方面，该装置能够延迟用于至少一个排放影响输入参数的信号值，使得所述至少一个排放影响输入参数被分别延迟为与排气λ传感器的检测在时间上同步，由此对燃烧室中的每个单独燃烧的性能的测量的延迟进行补偿。
根据本发明的另外有利的方面，通过如下方式获得估算的炭黑质量流将基本炭黑的值与所述至少一个排放影响输入参数加总并且产生数学多项式，其中，基本炭黑的值和所述至少一个排放影响输入参数是提供估算的炭黑质量流的值的对数变量。
根据本发明的另外有利的方面，该装置能够适于使用燃烧影响性能，其中，排气λ 值、进气歧管氧气质量比率、进气歧管气体温度、燃料轨压力、主喷射正时、燃烧操作模式、 进气歧管压力、活塞冷却以及后喷射量及后喷射正时为所述排放影响输入参数。
根据本发明的另外有利的方面，计算机可读介质具有用于执行根据本发明的方法的计算机可执行的指令。
根据本发明的另外有利的方面，车辆包括有根据本发明的装置。
可以以任何适合的方式组合本发明的以上任何有利的特征。
通过本发明提供了许多优点，例如
-获得了在柴油发动机的开发期间实现早期校准的改进的工作流；
-获得了对柴油发动机的炭黑质量流的改进的、准确的且更稳健的估算和预测；
-获得了能够使炭黑排放估算变量矩阵减少为每一个发动机硬件规格一个变量的解决方案；
-获得了能够补偿发动机校准变化及发动机运行参数中的偏差、从而在柴油发动机开发的早期实现校准的解决方案；
-获得了更有成本效益且稳健的柴油发动机开发。
现在将参照附图详细描述本发明，其中
图1示意性地示出了用于根据本发明的、估算炭黑的量的过程的流程图的图示；
图2示意性地示出了用于根据本发明的估算炭黑的量的方法和过程的、从发动机排出的炭黑的估算模型的总流程图的图示；
图3示意性地示 出了具有根据本发明的炭黑排放估算装置的车辆的图示。
应当补充的是，以下示例的描述仅用于说明而不应当被解释为将本发明仅限于这些示例/方面。
具体实施方式
所有图1至图3都是示意性地示出的。
本发明为用于估算和预测从柴油发动机排出的炭黑排放的解决方案。该解决方案具有用于使用燃烧室之前和之后的因素、对燃烧影响性能的准确的炭黑形成依据进行估算 的物理方法。该创造性解决方案能够实施为软件插件模块(SPM),该软件插件模块(SPM)用 于车辆中的控制单元或者可以集成在车辆中的特定单元中。本发明利用作为燃烧事件的特 征的物理信号来估算从柴油发动机排出的炭黑排放。
本发明的以下示例总体上涉及用于由柴油发动机产生的炭黑的后处理系统领域， 特别地，涉及用于估算和预测由柴油发动机产生的炭黑排放量的解决方案，因此能够利用 后处理系统来处理所产生的炭黑。
下文中将参照示出本发明的示例的附图来更充分地描述本发明的示例。然而，本 发明可以体现为许多不同的形式，并且本发明不应当解释为限于本文中所提出的示例。相 反，提供这些示例使得本公开内容将是详尽且完整的，并且将向本领域技术人员完整地传 达本发明的范围。通篇中相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了用于根据本发明的、估算炭黑的量的过程的流程图。下文中，参照图1 详细说明本发明的方法。
首先，通过测量发动机转速和燃料喷射量来提供用于转速和负荷的值(10 )。然后， 根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射来提供基本炭黑值(11)。此后，通过测量相对应 的信号值来限定和提供排放影响输入参数(12)。然后，计算至少一个排放影响输入参数与 用于所述至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差(13)。然后，将 计算出的偏差与来自用于所述至少一个排放影响输入参数的各个转速-负荷解析加权映 射的各个值相乘，从而产生用于所述至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关 校正(14)。本发明中所使用的所有基准映射都是转速-负荷解析映射并且具有同一轴线。 最后，将所述至少一个排放影响输入参数相关校正与所述基本炭黑值相加及加总，并由此 获得估算的炭黑质量流的值(15)。
图2示出了用于根据本发明的估算炭黑的量的方法和过程的、从发动机排出的炭 黑的估算模型20的总流程图。本发明包括用于炭黑排放的数据驱动估算模型20用创造性 结构，下面进一步描述该结构。估算模型20的结构基于对于柴油发动机的每个发动机转 速/喷射的燃料工作点而言，排放被描述为影响排放的其他参数、即排放影响输入参数的 线性回归模型和/或二阶回归模型。估算模型20基于发动机转速-负荷解析基准炭黑映 射、并且使用与用于不同输入信号的标称值的偏差来预测柴油发动机炭黑排放。只要进行 包括该参数的变化的测量，估算模型20就可包括对于排放影响输入参数的补偿。
使用与用于不同输入的标称值的偏差来对排放建模的方法使得可使用测量到的 稳态发动机数据来校准估算模型20，而仍获得用于瞬时发动机特性的可接受的性能。
估算模型20执行快速并且能够对所有不同的可校准的发动机参数做出反应，因 而使其适于发动机校准方法的开发。估算模型20还适于实施为虚拟排放传感器以在发动 机管理系统中进行在线排放估算。
估算模型20包括以下过程步骤延迟计算步骤21、延迟步骤22、计算和相乘步骤 23、基本炭黑值步骤24、相加步骤25、活塞冷却校正步骤26、起动炭黑估算步骤27、切换步 骤28和提供估算的炭黑含量步骤29。
在延迟计算步骤21期间，假设固定的数据收集频率，对延迟相对应的排放影响输 入参数、发动机转速和负荷的输入信号值的时段数进行计算。
在延迟步骤22期间，延迟发动机转速和燃料喷射量及排放影响输入参数的信号值。信号值延迟为使得发动机转速和燃料喷射量及排放影响输入参数被分别延迟为与排气 λ传感器的检测在时间上同步，由此补偿燃烧室中的每个单独燃烧的性能测量中的延迟。 用于发动机转速和燃料喷射量及所有排放影响输入参数的值在不同的时间延迟的情况下被分别延迟，从而争取用于每个燃烧的必要条件。通过使用用于发动机转速和燃料喷射量的值，在基本炭黑值步骤24期间，由发动机转速-负荷基准炭黑映射提供基本炭黑值。
估算模型20是通过使用数学多项式在计算和相乘步骤23及相加步骤25期间产生的数学估算模型，其中，用于不同炭黑成分的许多项与常数相加以产生炭黑质量流值。由此，实现排放影响输入参数与从发动机排出的炭黑之间的多维关系的数学分离。所述常数为从发动机转速-负荷解析基准炭黑映射获取的基本炭黑值。当任一排放影响输入参数提供与标称值、即炭黑基准映射处的值的偏差时，对于不同的排放影响输入参数， 将该基本炭黑值与用于炭黑成分的正项和负项相加。参数发动机转速[rpm]和燃料喷射量[mg/comb] 及以下排放影响输入参数能够用于估算模型
-排气λ值；
-进气歧管氧气质量比率；
-进气歧管气体温度[C]；
-燃料轨压力[hPa]；
-主喷射正时[CABTDC]；
-燃烧操作模式(常规式或蓄热式(regeneration))；
-进气歧管压力[hPa]；
-活塞冷却(开或关)；
-后喷射量和后喷射正时。
用于排放影响输入参数的炭黑成分、即排放影响输入参数相关校正包括将偏差 (实际的信号值-基准值)与放大系数K相乘，放大系数K取自发动机转速-负荷解析加权系数映射。加权系数(K系数)表示各个排放影响输入参数中的偏差对炭黑形成的影响强度。 所有基准映射为具有同一轴线的转速-负荷解析映射。能够通过使用至少一个任意的排放影响输入参数来产生数学多项式。当使用所有排放影响输入参数时，数学多项式和估算出的炭黑质量流[mg/S]由以下等式产生
炭黑质量流[mg/s]
权利要求
1.一种用于柴油发动机(32)的、用于估算在所述柴油发动机(32)的燃烧室中产生的炭黑的量的炭黑排放估算方法，其特征在于，所述方法包括 通过测量发动机转速和燃料喷射量来提供用于转速和负荷的值(10); 根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射来提供基本炭黑值(11); 通过测量相对应的信号值来限定和提供排放影响输入参数(12); 计算至少一个排放影响输入参数与用于所述至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差(13)； 将计算出的偏差与来自用于所述至少一个排放影响输入参数的各个转速-负荷解析加权映射的各个值相乘，从而产生用于所述至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关校正(14)； 将所述至少一个排放影响输入参数相关校正与所述基本炭黑值相加及加总，并由此获得估算的炭黑质量流的值(15)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括 将用于所述柴油发动机(32)的所述估算的炭黑质量流的值用作为用于使柴油微粒过滤器(31)的再生控制策略优化的输入。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括 延迟用于所述至少一个排放影响输入参数的信号值，使得所述至少一个排放影响输入参数被分别延迟为与排气λ传感器的检测在时间上同步，由此对所述燃烧室中的每个单独燃烧的性能测量中的延迟进行补偿。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过以下方式获得所述估算的炭黑质量流 将所述基本炭黑值与所述至少一个排放影响输入参数校正加总并且产生数学多项式，其中，所述基本炭黑值和所述至少一个排放影响输入参数是提供所述估算的炭黑质量流的值的对数变量。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适于使用燃烧影响性能，其中，排气λ值、进气歧管氧气质量比率、进气歧管气体温度、燃料轨压力、主喷射正时、燃烧操作模式、进气歧管压力、活塞冷却以及后喷射量及后喷射正时为所述排放影响输入参数。
6.一种用于柴油发动机(32)的、用于估算在所述柴油发动机(32)的燃烧室中产生的炭黑的量的炭黑排放估算装置，其中，所述装置包括 存储器；以及 控制单元(33)， 其特征在于，所述存储器编码有指令，所述指令在被执行时使所述控制单元(33)接收用于转速、负荷以及用于至少一个排放影响输入参数的输入值，其中，所述装置能够 根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射来提供基本炭黑值； 计算至少一个排放影响输入参数与用于所述至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差； 将计算出的偏差与来自用于所述至少一个排放影响输入参数的各个转速-负荷解析加权映射的各个值相乘，由此产生用于所述至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关校正； 将所述至少一个排放影响输入参数相关校正与所述基本炭黑值相加及加总，并由此获得估算的炭黑的质量流。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置能够 将用于所述柴油发动机(32)的所述估算的炭黑质量流的值用作为用于使柴油微粒过滤器(31)的控制策略优化的输入。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置能够 延迟用于至少一个排放影响输入参数的信号值，使得所述至少一个排放影响输入参数被分别延迟为与排气λ传感器的检测在时间上同步，由此对所述燃烧室中的每个单独燃烧的性能测量中的延迟进行补偿。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的装置，其特征在于，通过以下方式获得所述估算的炭黑质量流 将所述基本炭黑值与所述至少一个排放影响输入参数加总并且产生数学多项式，其中，所述基本炭黑值和所述至少一个排放影响输入参数是提供所述估算的炭黑质量流的值的对数变量。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置适于使用燃烧影响性能，其中，排气λ值、进气歧管氧气质量比率、进气歧管气体温度、燃料轨压力、主喷射正时、燃烧操作模式、进气歧管压力、活塞冷却以及后喷射量及后喷射正时为所述排放影响输入参数。
11.一种具有用于执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法的计算机可执行指令的计算机可读介质。
12.包括有根据权利要求6至10中的任一项所述的装置的车辆(30)。
全文摘要
用于柴油机的、用于估算在柴油机的燃烧室中产生的炭黑量的炭黑排放估算方法及装置。该方法包括步骤通过测量发动机转速和燃料喷射量提供转速和负荷的值；根据发动机转速-负荷解析基准炭黑映射提供基本炭黑值；通过测量相对应的信号值来限定和提供排放影响输入参数；计算至少一个排放影响输入参数与用于至少一个排放影响输入参数的转速-负荷解析基准值之间的偏差；将计算的偏差与来自用于至少一个排放影响输入参数的各转速-负荷解析加权映射的各值相乘，从而产生用于至少一个排放影响输入参数的排放影响输入参数相关校正；将至少一个排放影响输入参数相关校正与基本炭黑值相加及加总，由此获得估算炭黑质量流值。
文档编号F01N9/00GK103032142SQ20121037751
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年9月30日
发明者克里斯蒂安·瓦尔蒂亚, 克里斯特·约翰逊 申请人:沃尔沃汽车公司