[发明专利]通过同时的化学动力学和排放计算预测车辆的污染排放的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟车辆(尤其是机动车)的污染排放的领域。

背景技术

关于燃料消耗和污染排放的经济和环境约束对于汽车制造商而言正越来越多地构成限制。例如，限定车辆污染排放(CO₂、NOx、烟灰、不完全燃烧的碳氢化合物和微粒)的最大限值的EURO标准正变得越来越多地构成限制。因此制造商想要优化他们的车辆以使污染排放减至最小。因此越来越多地使用排放模拟以预测引擎表现而不需要多次数和长时间的试验测量。

为了预测车辆排放，使用FPI(固有低维流形的火焰延伸)式化学动力学制表方法模拟燃烧室内的后氧化阶段(即气体通过扩散焰氧化)。用于这种类型模型的表是从求解化学动力学的计算机代码中产生的，例如由Reaction开发的软件。这种表格详述了根据给定的反应机制和热力学条件存在于反应中的所有化合物的摩尔量。这些表格则用于通过CFD(计算机应用的流体动力学)式计算机程序计算污染排放，尤其是例如通过由IFP新能源公司开发的软件。

然而，这种解决方案牵涉到若干缺陷。首先，这些制表方法必须将热力学和化学路径考虑在内，这对引擎建模而言是非常复杂的。为了克服这个问题，必须在表格中引入额外的变量。这种增加数量的参数导致化学表格的大小增加，这必然造成占据非常大的物理存储空间的表格。此外，当生成表格时，要作出一些物理假设，尤其是所使用的化学反应器的类型(即化学反应发生的封闭空间(enclosure))。假设化学反应器具有恒定容积所产生的表格在可变容积反应器的情形下是不可用的。这种第一选择是模拟可变几何形状的燃烧室的根本要素。然而，在引擎循环期间，事实可能趋近一种假设，然后趋近另一假设。因此，模拟结果可能是不精确的或甚至错误的。

为了克服这些困难，已考虑开发两种计算代码——即例如和软件——之间的直接耦合，用以模拟燃烧气体的后氧化阶段。根据该方法，在直接耦合期间，在排放计算过程中计算混合物的组成和有关化学源的项。当执行排放计算代码时，通过根据给定的局部热力学条件的化学动力学的直接计算来评价混合物的组成。排放计算部分接收化学结果并将他们引入到方程中。可由此继续模拟。因此不再需要热力学路径的获知，这简化了化学建模。

然而，直接耦合需要在每次反复时并对所有燃烧的单元进行化学动力学计算，这导致额外的计算成本，必须尽可能地削减这样的成本以使其应用适应工业约束条件。

本发明允许通过与排放计算同时地执行化学动力学计算来预测配有内燃机的车辆的排放，所述动力学计算是分布式的从而同时由若干处理器执行，这是计算机处理器的并行架构所允许的。根据本发明的系统允许自动地管理化学动力学计算的分布。

发明内容

本发明涉及一种预测配有引擎的车辆的污染排放的系统，该系统包括意图确定污染排放的若干处理器，所述处理器包括：

●专门用于执行化学动力学计算的第一组处理器，所述化学动力学计算允许根据给定的反应机制和所述引擎的热力学条件确定所述引擎内的化学反应中存在的化合物的量，

●专门用于执行污染排放计算的第二组处理器，所述计算允许根据计算出的化合物量确定污染排放。

所述两组处理器的计算是同时进行的。

所述第一组处理器包括全局监控器处理器以及至少一个处理器簇，所述监控器允许存储计算所需的数据并在所述可用的处理器簇之间分配所述计算。

根据本发明，所述至少一个处理器簇包括局部监控器处理器和至少一个从属处理器，所述局部监控器允许存储数据并在所述从属处理器之间分配所述计算，并且每个从属处理器能执行关于所述引擎模型的一部分的化学动力学计算。

此外，所述系统包括在两组处理器之间的第一通信装置，所述通信装置允许将产生自污染排放计算的数据传递至第一组处理器并将化学动力学计算结果传递至所述第二组处理器。

此外，所述系统包括在所述全局监控器和所述处理器簇之间的第二通信装置，所述通信装置允许将计算所需的数据从所述全局监控器传递至所述簇，并将所述模拟结果从所述簇传递至全局监控器。

较为有利地，所述系统包括在所述局部监控器和所述从属处理器之间的第三通信装置，所述通信装置允许将模拟所需的数据从所述局部监控器传递至所述从属处理器，并将所述计算结果从所述从属处理器传递至所述局部监控器。

优选地，所述化学动力学计算是通过能由第一组处理器执行的化学动力学软件执行的，而所述排放计算是通过能由第二组处理器执行的计算软件实现的。

根据本发明的优选实施例，耦合两组处理器的计算使用消息传递接口MPI。