CN102331350A

CN102331350A - 电控柴油发动机的标定方法

Info

Publication number: CN102331350A
Application number: CN201110240422A
Authority: CN
Inventors: 舒咏强; 舒宇舟; 刘利; 高峻
Original assignee: Dongfeng Cummins Engine Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Cummins Engine Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102331350B

Abstract

本发明涉及一种电控柴油发动机的标定方法，根据整车运行特点等输入自动分配电控柴油机排放区内各工况点氮氧化物排放值的软件AutoNOx，AutoNOx软件根据发动机运行循环工况、目标扭矩曲线、整机可靠性等因素，自动完成发动机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值的计算，以其计算结果作为一维热力学GT-Power发动机模型的排放目标，GT-Power软件经过内部运算得到发动机的主要标定参数，形成电控发动机排放控制区内的基础标定。本方法适用于各类电控柴油发动机性能与排放的开发，可使排放及实际工况的燃油经济性得到最佳平衡。

Description

电控柴油发动机的标定方法

技术领域

本发明涉及柴油机的标定方法，具体地说是一种电控柴油发动机的标定方法。

背景技术

在发动机开发过程中，排放与燃油经济性的平衡非常重要。虽然GB17691-2005中ESC(European Steady Cycle，欧洲稳态工况)试验对13工况点的氮氧化物排放值加权计算结果规定了限值，但是对各工况点的氮氧化物排放无具体限值。电控柴油发动机各工况的燃烧参数可实现灵活调整，这样就可通过使用要求来合理分配氮氧化物排放值，实现总排放与常用工况区燃油经济性的平衡。整车运行的燃油经济性与其运行工况特点直接相关，发动机的燃油经济性只有满足整车的运行工况特点，才能实现整车好的油耗水平。

排放法规的不断升级以及燃油价格的不断上涨，加之可靠性在发动机开发中的重要地位，驱动着各项电控柴油机新技术的产生。以由发动机实际运行数据得到的ESC各工况点运行时间权重、该机型机械限值对应的各工况点可靠性风险系数为氮氧化物计算要素，辅之以热力学模拟仿真软件输出满足排放和燃油经济性的基础标定，是一种高效的电控柴油发动机性能标定方法，目前尚无此类报道。

发明内容

本发明目的就是提供一种电控柴油发动机标定方法，根据输入整车运行特点等参数自动分配电控柴油机排放区内各工况点氮氧化物排放值的软件AutoNOx，并基于该软件的输出与一维热力学仿真软件GT-Power耦合生成电控柴油发动机基础标定的方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种电控柴油发动机的标定方法，包括，

通过AutoNOx计算出电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值，再以该设计值作为GT-power发动机模型的排放目标，从而得到柴油机的标定。

进一步地，所述柴油发动机排放控制区内工况点氮氧化物包括ESC工况点氮氧化物及其扩展工况点氮氧化物。

更进一步地，所述柴油发动机排放控制区内ESC工况点氮氧化物的获得包括以下步骤：

1)根据外特性扭矩曲线插值计算ESC法规中A、B、C转速n及对应的扭矩Tq；

2)根据Pe＝Tq·n/9550计算除怠速外其余各工况点功率因子，所得功率矩阵以二维数组P[i][j]存储；

3)根据车辆运行循环工况数据，以及转速和负载范围计算时间权重，所得时间权重矩阵以二维数组t[i][j]存储；

4)根据各工况点涡轮增压器转速/涡前排温确定风险可靠性系数，所得风险可靠性系数矩阵以二维数组r[i][j]存储；

5)综合功率因子、时间权重及风险可靠性系数建立氮氧化物排放设计模型，即

K*∑(P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]*P[i][j]/∑(P[i][j]*WF[i][j]))＝NOx-Δ，其中WF[i][j]为权重系数，NOx°为氮氧化物设计限值，K为自定义NOx°系数，Δ为设计余量，计算系数K；

6)根据NOx＝K*P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]，计算ESC各工况点氮氧化物的计算值NO_x。

进一步地，步骤3)中时间权重通过以下方法计算：

对于给定车辆运行循环工况数据，结合ESC工况A、B、C转速、扭矩、及运行时间数据计算各工况点时间权重；

对于无车辆运行循环工况输入，以转速和负载范围判断对应ESC工况区，对与ESC工况区重叠部分的时间权重进行赋值。

进一步地，步骤4)中风险可靠性系数通过以下方法计算：

以外特性扭矩曲线计算输出的涡轮增压器转速/涡前排温为输入，插值计算ESC各工况点涡轮增压器转速/涡前排温，分别将ESC各工况点涡轮增压器转速/涡前排温与其对应的限值比较，然后对该工况点风险可靠性系数赋值；

若无涡轮增压器转速/涡前排温输入，则以转速及负载范围定义风险可靠性系数；

最后将所得风险可靠性系数与初始值比较，取较大值的风险可靠性系数矩阵，以二维数组r[i][j]存储。

更进一步地，所述柴油发动机排放控制区内扩展工况点氮氧化物的获得包括以下步骤：根据外特性扭矩曲线插值计算ESC法规中A、B、C转速及对应的扭矩，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速，再根据随机抽查点氮氧化物计算公式计算扩展点氮氧化物。

进一步地，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速具体包括：n0＝A-30，ni＝(A/100)*100+100*i，ni+1＝C+30；其中n0为排放控制区最小转速，ni为区间内整百转速，ni+1为排放控制区最大转速，以此定义扩展模型工况点。扩展模型中各转速负载分别为30％、40％、50％、60％、70％、80％及90％。

进一步地，扩展工况点氮氧化物通过以下方法计算：以转速为横坐标、扭矩为纵坐标，ESC除怠速外12工况点形成6区域，每区域4顶点为ESC其中4工况点，若扩展点与区域4顶点形成的夹角之和为180°，则表明扩展点在该区域，根据随机抽查点氮氧化物计算公式计算扩展工况点氮氧化物。

进一步地，随机抽查点NOx计算包括：

a)如转速不在A～C转速之间，则该工况点不处在ESC工况点片区，不予计算；

b)如转速在A～B转速之间，对该转速分别以A100、B100及A25、B25工况点线性插值计算对应扭矩，若给定工况点扭矩在此扭矩之外，则不予计算；若处于此扭矩之内，计算给定工况点氮氧化物；

c)如转速在B～C转速之间，对该转速分别以B100、C100及B25、C25工况点线性插值计算对应扭矩，若给定工况点扭矩在此扭矩之外，则不予计算；若处于此扭矩之内，计算给定工况点氮氧化物。

本发明方法根据整车运行特点等输入自动分配电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放值的软件AutoNOx，AutoNOx软件根据发动机运行循环工况、目标扭矩曲线、整机可靠性等因素，自动完成发动机排放控制区内各工况点及扩展工况点氮氧化物排放设计值的计算，以其计算结果作为一维热力学GT-Power发动机模型的排放目标，GT-Power软件经过内部运算得到发动机的主要标定参数，形成电控发动机排放控制区内的基础标定。本方法适用于各类电控柴油发动机性能与排放的开发，可使排放及实际工况的燃油经济性得到最佳平衡。

本发明具有以下优点：

(1)通过AutoNOx软件方便地得到综合发动机各工况实际运行时间权重及发动机可靠性要求设计氮氧化物排放值；

(2)通过AutoNOx与一维热力学模拟仿真软件GT-Power结合生成基础标定，可实现发动机排放控制与整车实际运行特点统一，提高了电控柴油机性能与排放开发的效率。

附图说明

图1为本发明电控柴油发动机的标定生成方法示意图；

图2为AutoNOx计算氮氧化物的流程图；

图3时间权重计算流程图；

图4风险可靠性系数计算流程图；

图5扩展工况点氮氧化物计算流程图；

图6扩展工况点示意图；

图7扩展工况点处于ESC片区判断示意图；

图8为本发明所用GT-Power模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的说明。

一种电控柴油发动机的标定方法，如图1所示，通过AutoNOx计算出电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值，再以该设计值作为GT-power发动机模型的排放目标，从而得到柴油机的标定。

在满足ETC(European Transient Cycle，欧洲瞬态工况)试验排放限值和最优燃油经济性的条件下，通过GT-Power发动机模型得到非排放控制区的标定。由于非排放控制区不考虑排放，没有排放限制，无需计算氮氧化物的排放。

下面对通过AutoNOx计算电控柴油机排放区内各工况点氮氧化物排放设计值的方法进行详细说明。

如图2所示，柴油发动机排放控制区内工况点氮氧化物包括ESC工况点氮氧化物及其扩展工况点氮氧化物。

柴油发动机排放控制区内ESC工况点氮氧化物的获得包括以下步骤：

1)在AutoNOx中输入根据外特性扭矩数据，根据外特性扭矩曲线插值计算ESC法规中A、B、C转速n及对应的扭矩Tq；

对于给定车辆运行循环工况数据，结合ESC工况A、B、C转速、扭矩、及运行时间数据计算各工况点时间权重，对无运行数据区域进行赋值，如对于国三电控柴油机可设置为5.0；

对于无车辆运行循环工况输入，以转速和负载范围判断对应ESC工况区，对与ESC工况区重叠部分的时间权重进行赋值，如对于国三电控柴油机可设置为1.0，其余点赋值0.3。

如图3所示，时间权重计算的具体步骤为：

3-1)输入发动机运行工况数据；

3-2)读入转速、扭矩、采样时间，分别存入一维数组speed[60000]、torque[60000]及time[60000]中；

3-3)根据ESC各工况点，以转速±100rpm，扭矩±5％定义ESC各工况点片区；

3-4)以speed[i]及torque[j]为工况点，对落入ESC各工况点片区的点计数，以该区点累加计数为该工况点时间权重。

4)根据各工况点涡轮增压器转速/涡前排温确定风险可靠性系数，所得风险可靠性系数矩阵以二维数组r[i][j]存储，具体步骤如图4所示：

4-1)AutoNOx初始化赋值r0[i][j]；

4-2)以外特性扭矩曲线计算输出的涡轮增压器转速/涡前排温(TIT/PCP/TCS)为输入；

4-3)插值计算ESC各工况点涡轮增压器转速/涡前排温(TIT/PCP/TCS)；

4-4)读入ESC各工况点涡轮增压器转速/涡前排温对应的机械限值(TIT0/PCP0/TCS0)；

4-5)分别将ESC各工况点涡轮增压器转速/涡前排温与其对应的机械限值比较，然后对该工况点风险可靠性系数赋值，如对于国三电控柴油机而言，若超出则设置为3.0，若未超出则设置为1.0；

若无涡轮增压器转速/涡前排温输入，则以转速及负载范围定义风险可靠性系数，如对于国三电控柴油机而言，B转速100％负载及C转速100％负载可设置为3.0(B100＝C100＝3.0)，A转速100％负载、B转速75％负载及C转速75％负载设置为2.0(A100＝C75＝B75＝2.0)，其余各点设置为1.0。

最后将所得风险可靠性系数r′[i][j]与AutoNOx初始化时赋值r0[i][j]比较，取较大值的风险可靠性系数矩阵，以二维数组r[i][j]存储。

K*∑(P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]*P[i][j]/∑(P[i][j]*WF[i][j]))＝NOx-Δ，其中WF[i][j]为权重系数，NO_x°为氮氧化物设计限值，K为自定义NO_x°系数，Δ为设计余量，计算系数K；

6)根据NOx＝K*P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]，计算ESC各工况点氮氧化物排放设计值NO_x。

下面对柴油发动机排放控制区内扩展工况点氮氧化物的计算作进一步的说明：

如图5所示，根据外特性扭矩曲线插值计算ESC法规中A、B、C转速及对应的扭矩，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速，再根据随机抽查点氮氧化物计算公式计算扩展点氮氧化物。

如图6所示，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速具体包括：n0＝A-30，ni＝(A/100)*100+100*i，ni+1＝C+30；其中n0为排放控制区最小转速，ni为区间内整百转速，ni+1为排放控制区最大转速，各转速负载分别为30％、40％、50％、60％、70％、80％及90％，以此定义扩展模型工况点。扩展工况点氮氧化物通过以下方法计算：以转速为横坐标、扭矩为纵坐标，ESC除怠速外12工况点形成6区域，每区域4顶点为ESC其中4工况点，若扩展点与区域4顶点形成的中心位置内夹角之和为a＝a1+a2+a3+a4，若a＝180°，则表明扩展点在该区域，如图7所示。随机抽查点与所在片区4顶点形成四个三角形，在形成的三角形中以随机抽查点为顶点的角分别记为a1、a2、a3及a4。根据随机抽查点氮氧化物计算公式计算扩展工况点氮氧化物。随机抽查点NOx计算包括：

c)如转速处在B～C转速之间，对该转速分别以B100、C100及B25、C25工况点线性插值计算对应扭矩，若给定工况点扭矩在此扭矩之外，则不予计算；若处于此扭矩之内，计算给定工况点氮氧化物。

将上述AutoNOx计算出电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值，再以该设计值作为GT-power发动机模型的排放目标，GT-Power软件经过内部运算得到发动机的主要标定参数，如喷油提前角、轨压、循环喷油量、预喷油量、预喷时间、后喷油量、后喷时间等，形成电控发动机排放控制区内的基础标定。

本发明所用GT-Power为发动机一维热力学模型通用搭建平台，根据不同机型分别搭建GT-Power发动机模型。如图8所示，本实施例所用GT-Power模型(不含内部小模块)根据高压共轨柴油机工作流程建立，包含增压器、中冷器、进气系统、燃油系统(喷油器)、燃烧室、排气系统及进出口条件控制。

Claims

1.一种电控柴油发动机的标定方法，其特征在于：通过AutoNOx计算出电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值，再以该设计值作为GT-power发动机模型的排放目标，从而得到柴油机的标定。

2.根据权利要求1所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于：所述柴油发动机排放控制区内工况点氮氧化物包括ESC工况点氮氧化物及扩展工况点氮氧化物。

3.根据权利要求2所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，通过AutoNOx计算电控柴油机排放控制区内各工况点氮氧化物排放设计值包括以下步骤：

K*∑(P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]*P[i][j]/∑(P[i][j]*WF[i][j]))＝NOx°-Δ，其中WF[i][j]为权重系数，NO_x°为氮氧化物设计限值，K为自定义NO_x°系数，Δ为设计余量，计算系数K；

6)根据NO_x＝K*P[i][j]*r[i][j]*t[i][j]，计算ESC各工况点氮氧化物的排放设计值NO_x。

4.根据权利要求3所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，步骤3)中时间权重通过以下方法计算：

5.根据权利要求3所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，步骤4)中风险可靠性系数矩阵通过以下方法计算：

最后将所得风险可靠性系数与初始值比较，取较大值作为风险可靠性系数矩阵，以二维数组r[i][j]存储。

6.根据权利要求2所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，所述柴油发动机排放控制区内扩展工况点氮氧化物的获得包括以下步骤：根据外特性扭矩曲线插值计算ESC法规中A、B、C转速及对应的扭矩，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速，根据此转速计算氮氧化物。

7.根据权利要求6所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，以A、B、C转速定义扩展模型区域转速具体包括：n0＝A-30，ni＝(A/100)*100+100*i，ni+1＝C+30，其中n0为排放控制区最小转速，ni为区间内整百转速，ni+1为排放控制区最大转速，以此定义扩展模型工况点。

8.根据权利要求7所述所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于：扩展模型中各转速负载分别为30％、40％、50％、60％、70％、80％及90％。

9.根据权利要求7或8所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，扩展工况点氮氧化物通过以下方法计算：以转速为横坐标、扭矩为纵坐标，ESC除怠速外12工况点形成6区域，每个区域4顶点为ESC中4工况点，若扩展点与区域4顶点形成的内夹角之和为180°，则表明扩展点在该区域，根据随机抽查点氮氧化物计算公式计算扩展工况点氮氧化物。

10.根据权利要求9所述电控柴油发动机的标定方法，其特征在于，随机抽查点NOx计算包括：

b)如转速在A～B转速之间，对该转速分别以A100、B100及A25、B25工况点线性插值计算对应扭矩，若给定工况点扭矩在此扭矩之外，则不予计算；若处于此扭矩之内，则计算给定工况点氮氧化物；

c)如转速在B～C转速之间，对该转速分别以B100、C100及B25、C25工况点线性插值计算对应扭矩，若给定工况点扭矩在此扭矩之外，则不予计算；若处于此扭矩之内，则计算给定工况点氮氧化物。