用于预测发动机系统中的烟灰累积的方法与流程

本发明涉及一种用于预测当根据预期驱动循环运行时发动机系统中的烟灰累积的方法，其中发动机系统包括内燃发动机和设置有微粒过滤器的废气后处理系统。

背景技术：

1、在特定的车辆或机器应用中应该选择和使用哪种类型和尺寸的内燃发动机系统取决于例如该车辆或机器的预期驱动循环，即例如发动机速度和发动机扭矩/负载随时间的预期或期望分布。如果发动机太小，它可能经常在非常高的负载下运行，这可能导致相当大的磨损，并且如果发动机太大，它可能在太低的负载下运行，这可能导致漏油等。

2、对于商用车辆(例如卡车和公共汽车)，通常可以从已知的道路或路线数据或者从已经沿着为将要选择发动机系统的新车辆设计的路线运行的车辆获得的gps数据来计算预期驱动循环。

3、对于固定车辆应用和某些车辆应用，比如发电机、破碎机和叉车，计算驱动循环会更加困难，并且因此更难正确选择发动机系统。此外，在这种固定车辆应用和特定车辆应用中，对形成发动机系统的一部分的废气后处理单元(例如柴油机微粒过滤器(dpf))进行再生可能更成问题。虽然卡车和公共汽车的发动机系统的dpf通常可以在车辆运行期间进行主动再生或者进行强制“停车”再生而不会过多地影响运行时间，但是在导致产生大量烟灰和颗粒的驱动循环下运行的固定或某些车辆应用中的许多发动机系统不能为了在运行期间主动再生dpf而运行，这导致需要频繁的强制再生，这又导致在该应用中机器或车辆的不可接受的长停机时间。

4、本发明的目的是提供一种用于预测当根据预期驱动循环运行时发动机系统中的烟灰累积的方法。这可用于预测烟灰累积的风险，这又可用于正确选择内燃发动机系统，不仅用于上述类型的固定和特定车辆应用，而且也用于其它应用。该预测方法对于规划特定发动机系统的驱动循环也是有用的，即，最初预期驱动循环可以被修改或调整以避免烟灰累积。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于预测当根据预期驱动循环运行时发动机系统中的烟灰累积的方法，其中发动机系统包括内燃发动机和设置有微粒过滤器的废气后处理系统，该方法包括：

2、-(s10)提供代表在预期驱动循环期间内燃发动机的发动机运行状况的数据，其中该数据包括在代表预期驱动循环的时间段内分布的至少发动机速度和发动机扭矩的值；

3、-(s20)基于代表发动机运行状况的数据来确定预期驱动循环期间废气后处理系统的工作温度；

4、-(s30)提供废气后处理系统的工作温度和废气后处理系统中烟灰累积的对应的估计量之间的参考关系；和

5、-(s40)通过将所确定的废气后处理系统的工作温度与参考关系进行比较来预测当根据预期驱动循环运行时发动机系统中的烟灰累积。

6、该方法允许预测发动机系统的废气后处理系统(eats)中的烟灰累积，这允许预测所讨论的发动机系统关于烟灰累积是否将适用于预期驱动循环，即烟灰累积量是否将是可接受的。什么是“可接受的”以及什么是不可接受的可能取决于具体的应用，但是典型地，如果烟灰累积量如此高以至于可能导致需要例如形成eats的一部分的柴油机微粒过滤器(dpf)的频繁强制再生，则这是不可接受的。为了决定这一点，可以设定烟灰累积的阈值，例如以每升dpf的烟灰克数为单位，并且推断如果烟灰累积量高于阈值，则发动机系统不适用预期驱动循环。

7、该方法可以包括确定多个发动机系统对于预期驱动循环的适用性，其中例如内燃发动机的尺寸/功率在不同的发动机系统之间不同，并且其中eats的设计也可以不同。然后可以从多个发动机系统中选择最适用的发动机系统。

8、该方法还可包括确定发动机系统关于内燃发动机的尺寸/功率是否可接受以便以适用的负载、低燃料消耗等运行的步骤。例如，结果可能是，就发动机尺寸/负载而言似乎最适用的发动机系统将最有可能导致需要频繁再生dpf，这又可能导致最佳的总体选择是选择就发动机尺寸/负载而言不是最适用但是就烟灰累积而言明显更适用的另一个发动机系统，从而可以避免强制再生。

9、关于(s10)提供代表在预期驱动循环期间内燃发动机的发动机运行状况的数据的步骤，该数据可以是基于从已经根据预期驱动循环运行的发动机系统收集的实际运行数据。如果两个发动机系统具有相同的类型和尺寸，即，如果预测烟灰累积的发动机系统与收集运行数据的发动机系统相似，则在确定/计算eats或过滤器的工作温度时，可以使用相同的发动机速度和发动机扭矩值。然而，例如，如果要预测烟灰累积的发动机系统大于已经收集数据的发动机系统，则实际运行数据可以适用于要预测烟灰累积的发动机系统。为了将速度和扭矩从第一发动机系统转换到比第一系统更大或更小的第二发动机系统，可能涉及驱动循环期间的公共功率输出。代表在预期驱动循环期间内燃发动机的发动机运行状况的数据不一定必须是收集的真实数据，而是例如可以是基于关于预期驱动循环的信息的模拟数据。

10、运行数据优选地包括在预期驱动循环的总时间内分布的不同时间点的发动机速度和发动机扭矩。每个数据点可以代表某个时间段元素，并且所有时间段元素可以一起加起来达到预期驱动循环的时间段，从而覆盖整个驱动循环。例如，驱动循环的长度可以在1-24小时的范围内，并且时间段元素的数量可以在3600-850000的范围内。

11、“(s20)基于代表发动机运行状况的数据来确定预期驱动循环期间废气后处理系统的工作温度”的步骤可以通过将速度和扭矩发动机运行数据输入到发动机系统计算模型中来执行，该发动机系统计算模型被设定成模拟待评估的发动机系统，从而计算多个结果值，例如在驱动循环内的特定时间点的eats中的温度。

12、至于用于确定eats的工作温度的计算，通常可以说这可以以各种方式完成，并且可以使用发动机系统计算模型。这种模型可能或多或少有些复杂。涉及查询表和热力学模拟的有用模型的示例的原理将在下面进一步描述。

13、eats的工作温度可以用不同的方式获得。一种适用的方式是计算每个数据点/时间段元素的温度，并且然后计算预期驱动循环内所有数据点的平均温度。该平均温度可以用作eats的工作温度。此外，为了更好地预测烟灰累积，计算特定eats单元(例如柴油机微粒过滤器)中的(平均)温度是有用的。作为示例，可以为每个时间段元素计算过滤器上游和下游的温度，并使用上游和下游温度的平均值来获得对应时间段元素的温度，该温度然后可以用于计算整个驱动循环内的平均温度，该平均温度然后被用作工作温度。作为另一个示例，对于每个时间段元素，可以仅计算和使用过滤器下游的温度。

14、至于“(s30)提供废气后处理系统的工作温度和废气后处理系统中烟灰累积的对应的估计量之间的参考关系”的步骤，这优选地提前完成，从而当计算出所讨论的发动机系统的工作温度时，可以快速获得烟灰累积的对应的估计量。尽管这种关系可能依赖于计算/模拟数据，但利用基于测量数据的关系更可靠。

15、为了获得这样的测量数据，可以对设置有微粒过滤器的各种发动机系统进行测试，其中发动机系统根据不同的驱动循环运行，并且其中在过滤器(或例如过滤器的下游)中测量温度以便允许如上所述计算每个发动机系统的eats过滤器的工作温度。可以允许发动机系统运行相对较长的时间，可能长达100小时，从而可以推断出长期运行中的烟灰累积是否会保持在某个最大水平以下(其中烟灰累积超过阈值表明可能需要频繁的强制再生)。在发动机系统在足够长的时间期间运行之后，可以确定每次测试后过滤器中的烟灰量/重量(即，根据特定驱动循环运行的每个特定发动机系统)。这提供了所测试的废气后处理系统的测量工作温度和所测试的废气后处理系统中烟灰累积的对应量(重量)之间的关系。简而言之，这些数据提供了工作温度和烟灰累积之间的参考关系。

16、尽管烟灰累积参考数据可能是分散的并且不提供严格的数学函数，但是在废气后处理系统的工作温度和废气后处理系统中烟灰累积的对应的估计量之间提供了关系。因此，当在步骤s20中已经确定了所讨论的发动机系统的工作温度时，可以在步骤s40中使用参考关系来预测估计的烟灰累积，该烟灰累积可以进一步用于确定所确定的废气后处理系统的工作温度是否导致可接受的烟灰累积。参考测试数据可以根据例如被测试的发动机系统的尺寸或功率分成不同的组，以便提供更好地适应待评估的发动机系统的尺寸或功率的数据，从而改进烟灰累积的估计。如上所述，什么是“可接受的”以及什么是不可接受的可能取决于具体的应用，但是通常如果预测的烟灰累积量如此高以至于可能导致需要例如形成eats的一部分的柴油机微粒过滤器(dpf)的频繁强制再生，则这是不可接受的。为了决定这一点，可以设定烟灰累积的阈值(例如以每升dpf的烟灰克数为单位)，并且推断如果烟灰累积量高于阈值，则发动机系统不适用预期驱动循环。

17、在实施例中，代表预期驱动循环期间发动机运行状况的数据是基于在对应于预期驱动循环的驱动循环期间收集的真实发动机运行数据。运行数据全部或部分基于或形成真实(测量)数据提高了该方法的可靠性。

18、在实施例中，所确定的废气后处理系统的工作温度是从多个时间段元素获得的平均工作温度，多个时间段元素中的每一个形成代表预期驱动循环的时间段的一部分。可以为代表预期驱动循环的所有数据点计算温度，并且时间段元素可以一起加到代表预期驱动循环的整个时间段。

19、在实施例中，工作温度指的是微粒过滤器处或微粒过滤器中的温度。烟灰累积通常是指微粒过滤器中的烟灰累积。

20、在实施例中，废气后处理系统的工作温度和废气后处理系统中烟灰累积的对应的估计量之间的参考关系从至少一个发动机系统运行期间或之后的温度和烟灰累积的测量中获得。如上所述，与模拟数据相比，这种测量数据提供了对将要预测烟灰累积的发动机系统的废气后处理系统中的烟灰累积的更精确的估计。

21、在实施例中，该方法包括确定发动机系统对于预期驱动循环的适用性的步骤，并且还包括确定发动机系统关于废气后处理系统中的烟灰累积是否适用于预期驱动循环。

22、在实施例中，该方法包括：获得对应于所确定的工作温度的废气后处理系统中估计的烟灰累积量；将估计的烟灰累积量与阈值进行比较；以及基于估计的烟灰累积量是高于还是低于阈值，确定发动机系统关于废气后处理系统中的烟灰累积是否适用于预期驱动循环。

23、阈值可以根据情况以不同的方式设定。作为示例，对于包括某一dpf的特定发动机系统，阈值可以设定为每升dpf 10克烟灰。也就是说，如果预测的烟灰累积估计值为9g或更低，则将该特定发动机系统用于预期驱动循环可能不会导致需要频繁强制再生，因此可以确定该特定发动机系统确实是适用的。另一方面，如果预测的估计值为每升dpf 11克或更多的烟灰，则该特定的发动机将不适用。

24、在实施例中，该方法包括：确定多个发动机系统对于预期驱动循环的适用性，其中每个发动机系统包括内燃发动机和设置有微粒过滤器的废气后处理系统，并且其中内燃发动机和/或废气后处理系统在多个发动机系统之间不同；以及比较多个发动机系统关于废气后处理系统中的烟灰累积的适用性。

25、在实施例中，内燃发动机是压缩点燃型，例如柴油发动机。

26、本发明还涉及计算机实现的发明：

27、-一种包括程序代码装置的计算机程序产品，该程序代码装置用于当所述程序在计算机上运行时执行上述步骤。

28、-一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码装置，用于当所述程序产品在计算机上运行时执行上述步骤。

29、-一种控制单元，用于控制用于预测当根据预期驱动循环运行时发动机系统中的烟灰累积的方法，该控制单元被配置成执行根据上述方法的步骤。