CN102635455A - 一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法，包括以下步骤：获得发动机节气门开度变化率-排放特性图；确定最佳的节气门开度变化率α；获得实际进入发动机气缸的空气流量W_e；确定实际喷油量Q。本发明通过发动机节气门开度变化率-排放特性图，选取的最佳节气门开度变化率α和根据实际进入发动机气缸的空气流量W_e，确定的瞬态喷油量，来控制发动机惯性力矩，使发动机在瞬态过程中具有良好的燃油经济性和排放性。虽然牺牲了一部分发动机动力性，但由于混合动力汽车的特殊结构，损失的动力性可以由混合动力车上的电动机来弥补，对整车来说动力性并没有损失，这样既保证了动力性要求，又实现了燃油经济性和排放性双优的目标。

Description

一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法

技术领域

本发明属于现代交通技术领域，涉及到一种发动机控制方法，特别是一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法。

背景技术

节能和环保是当今汽车工业发展的两大主题。混合动力汽车被认为是本世纪解决汽车面临能源危机和环境污染问题的有效途径之一。现有的混合动力车用发动机控制方法在稳态时能够获得较好的燃油经济性和排放性，但在瞬态时发动机的燃油经济性和排放性较差。发动机惯性力矩为发动机的转动惯量与发动机角加速度的乘积，控制节气门开度变化率和瞬态喷油量可以减小发动机的惯性力矩。在瞬态下，发动机惯性力矩的存在会导致发动机进气量增加缓慢，由于喷油量的增加，空燃比将减小，这将使得油耗增加、排放恶化，而且惯性力矩越大，这种影响越显著。减小发动机的惯性力矩可以降低瞬态时发动机的燃油消耗和排放。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能使发动机瞬态过程燃油经济性和排放性达到双优的混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法，包括以下步骤：

A、获得发动机节气门开度变化率-排放特性图

A1、控制发动机节气门以20％/s的变化率从0％节气门开度变化到100％节气门开度，由排气污染物测试装置按照采样时间间隔测出一系列排放物的值，并对其求平均值，作为节气门开度变化率为20％/s时的排放物值；

A2、以5％/s的变化率间隔递增，控制发动机节气门分别以25％/s、30％/s、…、100％/s的变化率从0％节气门开度变化到100％节气门开度，由排气污染物测试装置按照采样时间间隔测出一系列排放物的值，并对其求平均值，作为节气门开度变化率为25％/s、30％/s、…、100％/s时的排放物值；

A3、以节气门开度变化率为横坐标，排放物值为纵坐标，采用线性内插法获得发动机节气门开度变化率-排放特性图；

B、确定最佳的节气门开度变化率α

在步骤A获得的发动机节气门开度变化率-排放特性图基础上，对每一节气门开度变化率上的排放物进行加权求和得到加权求和值J，比较各个节气门开度变化率上的排放物加权求和值J，选取最小的加权求和值J所对应的节气门开度变化率为最佳的节气门开度变化率α；所述的加权求和值J按汽油机或柴油机进行计算，如果是汽油机则按步骤B1进行计算，如果是柴油机则按步骤B2进行计算：

B1、对于汽油机排放物主要有一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x，其加权求和值J的计算公式如下：

J＝ω₁CO_i+ω₂HC_i+ω₃NO_xi    (1)

式中，ω₁、ω₂、ω₃分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x的权系数，且ω₁+ω₂+ω₃＝1；CO_i、HC_i、NO_xi分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x在节气门开度变化率为i时的排放值，i＝20％/s、25％/s、30％/s、…、100％/s；转步骤C；

B2、对于柴油机排放物主要有一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM，其加权求和值J的计算公式如下：

J＝β₁CO_i+β₂HC_i+β₃NO_xi+β₄PM_i    (2)

式中，β₁、β₂、β₃、β₄分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM的权系数，且β₁+β₂+β₃+β₄＝1；CO_i、HC_i、NO_xi、PM_i分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM在节气门开度变化率为i时的排放值，i＝20％/s、25％/s、30％/s、…、100％/s；

C、获得实际进入发动机气缸的空气流量W_e

C1、控制发动机节气门以步骤B确定的最佳节气门开度变化率α从0％节气门开度变化到100％节气门开度，由安装在中冷器后的压力传感器测出进气歧管压力值p_进，由安装在中冷器后的温度传感器测出进气歧管内气体温度T，由安装在增压器前的空气流量传感器测出通过增压器的空气质量流量W₀；

C2、根据以下公式计算出实际进入发动机气缸的空气流量W_e，公式如下：

式中，p_进为进气歧管压力值，单位为kp_a，V₁为增压器出口至发动机气门间总体积，单位为m³，R_air为空气的气体常数，单位为J/(kg·K)，T为进气歧管内气体温度，单位为K，W₀为通过增压器的空气质量流量，单位为kg/s；

D、确定实际喷油量Q

由步骤C获得的实际进入发动机气缸的空气流量W_e，根据理论空燃比确定发动机的喷油量Q₀；空燃比为可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，即：

式中，Q₀为根据理论空燃比得到的喷油量，单位为kg/s，汽油机理论空燃比A/F＝14.7，柴油机理论空燃比A/F＝14.3；

实际喷油量由下式确定

Q＝0.2·Q₀(5)

式中，Q为需要确定的实际喷油量，单位为kg/s；

瞬态下，当驾驶员急踩加速踏板时，控制节气门以最佳的节气门开度变化率α到达预定的节气门开度，控制喷油器以喷油量Q喷射燃油，完成混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制；控制过程中发动机损失的转矩由混合动力车上的电动机来弥补。

本发明的效果和益处是：

本发明设计一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法，通过发动机节气门开度变化率-排放特性图，选取的最佳节气门开度变化率α和根据实际进入发动机气缸的空气流量W_e，确定的瞬态喷油量，来控制发动机惯性力矩，使发动机在瞬态过程中具有良好的燃油经济性和排放性。虽然是在牺牲一部分发动机动力性的条件下获得的，但由于混合动力汽车的特殊结构-发动机和电动机并存，损失的动力性可以由混合动力车上的电动机来弥补，对整车来说动力性并没有损失，这样既保证了动力性要求，又实现了燃油经济性和排放性双优的目标。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的排气污染物测试装置结构示意图。

图中：1、发动机；2、压力传感器；3、节气门；4、中冷器；5、增压器；6、空气流量传感器；7、温度传感器；8、联轴器；9、测功机控制器；10、测功机；11、排气管；12、颗粒物测试仪探头；13、颗粒物测试仪；14、CO分析仪；15、CO分析仪探头；16、NO_x/HC分析仪；17、NO_x/HC分析仪探头。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。图2为本发明的排气污染物测试装置结构示意图，进气系统中装有空气流量传感器6、增压器5、中冷器4、温度传感器7、压力传感器2；排气管11中分别装有NO_x/HC分析仪探头17、CO分析仪探头15、颗粒物测试仪探头12；发动机1与测功机10之间用联轴器8机械连接，测功机10与测功机控制器9之间用电线连接。

本实施例以增压柴油机为例，如图1所示，一种混合动力车用增压发动机1惯性力矩瞬态控制方法，详细步骤如下：

A、获得发动机节气门3开度变化率-排放特性图

A1、控制发动机1的节气门3以20％/s的变化率从0％节气门3开度变化到100％节气门3开度，分别由NO_x/HC分析仪16、CO分析仪14、颗粒物测试仪13按照采样时间间隔，测出一系列排放物一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM的值，并对上述每种排放物求平均值，作为节气门3开度变化率为20％/s时的各种排放物值。

A2、以5％/s的变化率间隔递增，控制发动机1的节气门3分别以25％/s、30％/s、…、100％/s的变化率从0％节气门3开度变化到100％节气门3开度，分别由NO_x/HC分析仪16、CO分析仪14、颗粒物测试仪13按照采样时间间隔，测出一系列排放物一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM的值，并对上述每种排放物求平均值，作为节气门3开度变化率为25％/s、30％/s、…、100％/s时的各种排放物值。

A3、以节气门3开度变化率为横坐标，各种排放物值为纵坐标，采用线性内插法获得发动机节气门3开度变化率-排放特性图，具体过程如下：

对任意一种排放物，假设相邻两个点的坐标为(X1，Y1)、(X2，Y2)，则这两个点之间的直线为

Y＝Y1+(Y2-Y 1)×(X-X1)/(X2-X1)(A-1)

同理，可求出其它相邻两点之间的直线公式，得到该种排放物的发动机节气门3开度变化率-排放特性曲线。

按照上述步骤可获得另外三种排放物的发动机节气门3开度变化率-排放特性曲线，将这四种排放物的发动机节气门3开度变化率-排放特性曲线用一张图表示即可得到发动机节气门3开度变化率-排放特性图。

B、确定最佳的节气门3开度变化率α

在步骤A获得的发动机节气门3开度变化率-排放特性图基础上，对每一节气门3开度变化率上的排放物进行加权求和，比较各个节气门3开度变化率上的排放物加权求和值J，选取最小值J对应的节气门3开度变化率为最佳的节气门3开度变化率α。柴油机排放物主要有一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM，其加权求和公式如下

J＝β₁CO_i+β₂HC_i+β₃NO_xi+β₄PM_i    (2)

式中，β₁、β₂、β₃、β₄分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM的权系数，这里β₁＝1/10、β₂＝1/10、β₃＝2/5、β₄＝2/5；CO_i、HC_i、NO_xi、PM_i分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM在节气门3开度变化率为i时的排放值，i＝20％/s、25％/s、30％/s、…、100％/s。

C、获得实际进入发动机1气缸的空气流量W_e

C1、控制发动机节气门3以步骤B确定的最佳节气门3开度变化率α从0％节气门3开度变化到100％节气门3开度，由安装在中冷器4后的压力传感器2测出进气歧管压力值p_进，由安装在中冷器4后的温度传感器7测出进气歧管内气体温度T，由安装在增压器5前的空气流量传感器6测出通过增压器5的空气质量流量W₀。

C2、根据以下公式计算出实际进入发动机1气缸的空气流量W_e，公式如下：

式中，p_进为进气歧管压力值，单位为kp_a，V₁为增压器5出口至发动机1气门间总体积，为0.05m³，R_air为空气的气体常数，为287J/(kg·K)，T为进气歧管内气体温度，单位为K，W₀为通过增压器5的空气质量流量，单位为kg/s。

D、确定实际喷油量Q

由步骤C获得的实际进入发动机1气缸的空气流量W_e，根据理论空燃比确定发动机1的喷油量；空燃比为可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，即

式中，Q₀为根据理论空燃比得到的喷油量，单位为kg/s，柴油机理论空燃比A/F＝14.3。

实际喷油量由下式确定

Q＝0.2·Q₀(5)

式中，Q为需要确定的实际喷油量，单位为kg/s。

瞬态下，当驾驶员急踩加速踏板时，控制节气门3以最佳的节气门3开度变化率α到达预定的节气门3开度，控制喷油器以喷油量Q喷射燃油，完成混合动力车用增压发动机1惯性力矩瞬态控制；控制过程中发动机1损失的转矩可以由混合动力车上的电动机来弥补。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、获得发动机节气门(3)开度变化率-排放特性图

A1、控制发动机节气门(3)以20％/s的变化率从0％节气门(3)开度变化到100％节气门(3)开度，由排气污染物测试装置按照采样时间间隔测出一系列排放物的值，并对其求平均值，作为节气门(3)开度变化率为20％/s时的排放物值；

A2、以5％/s的变化率间隔递增，控制发动机节气门(3)分别以25％/s、30％/s、…、100％/s的变化率从0％节气门(3)开度变化到100％节气门(3)开度，由排气污染物测试装置按照采样时间间隔测出一系列排放物的值，并对其求平均值，作为节气门(3)开度变化率为25％/s、30％/s、…、100％/s时的排放物值；

A3、以节气门(3)开度变化率为横坐标，排放物值为纵坐标，采用线性内插法获得发动机节气门(3)开度变化率-排放特性图；

B、确定最佳的节气门(3)开度变化率α

在步骤A获得的发动机节气门(3)开度变化率-排放特性图基础上，对每一节气门(3)开度变化率上的排放物进行加权求和得到加权求和值J，比较各个节气门(3)开度变化率上的排放物加权求和值J，选取最小的加权求和值J所对应的节气门(3)开度变化率为最佳的节气门(3)开度变化率α；所述的加权求和值J按汽油机或柴油机进行计算，如果是汽油机则按步骤B1进行计算，如果是柴油机则按步骤B2进行计算：

B1、对于汽油机排放物主要有一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x，其加权求和值J的计算公式如下：

J＝ω₁CO_i+ω₂HC_i+ω₃NO_xi    (1)

式中，ω₁、ω₂、ω₃分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x的权系数，且ω₁+ω₂+ω₃＝1；CO_i、HC_i、NO_xi分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x在节气门(3)开度变化率为i时的排放值，i＝20％/s、25％/s、30％/s、…、100％/s；转步骤C；

B2、对于柴油机排放物主要有一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM，其加权求和值J的计算公式如下：

J＝β₁CO_i+β₂HC_i+β₃NO_xi+β₄PM_i    (2)

式中，β₁、β₂、β₃、β₄分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM的权系数，且β₁+β₂+β₃+β₄＝1；CO_i、HC_i、NO_xi、PM_i分别为一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO_x、颗粒物PM在节气门(3)开度变化率为i时的排放值，i＝20％/s、25％/s、30％/s、…、100％/s；

C、获得实际进入发动机(1)气缸的空气流量W_e

C1、控制发动机节气门(3)以步骤B确定的最佳节气门(3)开度变化率α从0％节气门(3)开度变化到100％节气门(3)开度，由安装在中冷器(4)后的压力传感器(2)测出进气歧管压力值p_进，由安装在中冷器(4)后的温度传感器(7)测出进气歧管内气体温度T，由安装在增压器(5)前的空气流量传感器(6)测出通过增压器(5)的空气质量流量W₀；

C2、根据以下公式计算出实际进入发动机(1)气缸的空气流量W_e，公式如下：

式中，p_进为进气歧管压力值，单位为kp_a，V₁为增压器(5)出口至发动机(1)气门间总体积，单位为m³，R_air为空气的气体常数，单位为J/(kg·K)，T为进气歧管内气体温度，单位为K，W₀为通过增压器(5)的空气质量流量，单位为kg/s；

D、确定实际喷油量Q

由步骤C获得的实际进入发动机(1)气缸的空气流量W_e，根据理论空燃比确定发动机(1)的喷油量Q₀；空燃比为可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，即：

式中，Q₀为根据理论空燃比得到的喷油量，单位为kg/s，汽油机理论空燃比A/F＝14.7，柴油机理论空燃比A/F＝14.3；

实际喷油量由下式确定

Q＝0.2·Q₀    (5)

式中，Q为需要确定的实际喷油量，单位为kg/s；

瞬态下，当驾驶员急踩加速踏板时，控制节气门(3)以最佳的节气门(3)开度变化率α到达预定的节气门(3)开度，控制喷油器以喷油量Q喷射燃油，完成混合动力车用增压发动机惯性力矩瞬态控制；控制过程中发动机损失的转矩由混合动力车上的电动机来弥补。

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