CN111305934A - 一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其在发动机起动时，分阶段调整发动机空燃比的大小，以加快催化器温度上升至工作温度。本发明有效地加快催化器温度上升到工作温度。

Description

一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法
技术领域
本发明专利涉及发动机控制领域，尤其涉及一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法。
技术背景
为减少尾气中有害物质排放，现代汽车排气系统中都会装有三元催化器，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。但是常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250-350℃，正常工作温度一般在400-800℃。
在发动机刚刚起动时，催化器温度往往很低，此时催化剂未活化，排放恶化，为加快催化器温度上升到工作温度，加速起燃(Light-off)过程，通过改善发动机空燃比来达到这一控制目标。
发明内容
本专利的目的是，提出一种催化器起燃控制过程中发动机空燃比的控制方法。
本发明公开了一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其在发动机起动时，分阶段调整发动机空燃比的大小，以加快催化器温度上升至工作温度。
在本发明的一种优选实施方案中，根据使能条件将起燃过程划分为以下四个阶段：
初始化阶段，使能条件刚满足的时刻；
第一阶段，使能条件满足时，且催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与当前目标空燃比rAirFuelRatioSP之差超过一定值C1；
第二阶段，使能条件满足时，且第一阶段情况未发生，限制空燃比上升的变化率；
第三阶段，使能条件不满足时，且催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比之差超过一定值C3，限制空燃比下降的变化率；
第四阶段，催化器起燃过程中的发动机空燃比控制结束；
使能条件为：
条件一，催化器加热率低于催化器加热率预设值0.72；
条件二，大气压力大于大气压力预设值72kPa；
条件三，发动机燃烧次数大于预设燃烧次数10，发动机燃烧次数是指从发动机启动开始，所有缸的喷油点火次数之和；
条件四，发动机启动时的水温在预设水温范围内-50℃～60℃；
条件五，发动机转速超过650rpm；
条件六，催化器起燃控制结束标志位未置1。
在本发明的一种优选实施方案中，初始化阶段，使能条件刚满足的时刻，将当前的发动机整车控制的目标空燃比rAirFuelRatioSP赋予给发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio，即此时rCatHeatAirFuelRatio＝rAirFuelRatioSP；
第一阶段，每一时刻更新后的空燃比最终值
rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C1
C1＝2，其中rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值；
第二阶段，每一时刻更新后的空燃比最终值
rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C2
C2＝1.8，其中rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值；
第三阶段，催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比之差超过一定值C3，则每一时刻更新后的空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio(n+1)最大的变化率不高于 C3，C3＝1，催化器起燃控制结束标志位置1；
第四阶段，催化器起燃控制结束标志位置1，催化器起燃控制中空燃比控制结束，将理想的空燃比作为催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio；且在此处驾驶循环过程中，标志位一直会置1，直至发动机熄火，发动机控制器完全下电后，催化器起燃控制结束标志位复位为0；
在催化器起燃控制过程中，催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio将会作用于发动机空燃比闭环的控制输入。
在本发明的一种优选实施方案中，发动机空燃比目标值rAirFuelRatioSP确定方法如下：
rCatHeatAirFuelRatioSP＝[f1(n,rho)-AFS]×f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)+AFS
f1(n,rho)-催化器起燃的基本空燃比，
f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)-催化器起燃空燃比修正系数，
n-发动机转速，rho-负荷，rCatHeatRatio-催化器加热率，
TCoolantAtStart-发动机启动时水温，AFS-最佳空燃比＝14.3。
在本发明的一种优选实施方案中，催化器起燃的基本空燃比f1(n,rho)的取值如下表所示，
Figure BDA0002444242200000031
Figure BDA0002444242200000041
在本发明的一种优选实施方案中，催化器起燃空燃比修正系数f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart) 的取值如下表所示，
Figure BDA0002444242200000042
在本发明的一种优选实施方案中，催化器加热率rCatHeatRatio为进入催化器的总进气量mCat与进入催化器的总进气量参考值mCatRef的比值，即rCatHeatRatio＝mCat/mCatRef。
在本发明的一种优选实施方案中，总进气量mCat的确定方法如下：
mCat＝(∫(dmcyl×K)×Δt)
dmcyl为进入气缸的进气流量；Δt为进入气缸的进气时间，K为修正系数。
在本发明的一种优选实施方案中，K的确定方法如下：
发动机断油工况时，K＝C，C为固定值，1.2；
发动机非断油工况时，K＝f(n,rho)，其中n为发动机转速，rho为发动机负荷，均为发动机最基本的特征参数，f(n,rho)为发动机转速和负荷的函数
Figure BDA0002444242200000051
在本发明的一种优选实施方案中，总进气量参考值mCatRef的确定方法如下：
mCatRef＝f(pAmb,TCoolantAtStart)
Figure BDA0002444242200000052
本发明的有益效果是：本发明通过对发动机空燃比的控制实现了催化器的温度快速上升到，加速了催化剂起燃(Light-off)过程，从而在发动机刚刚起动时，避免了催化剂未活化、排放恶化。
附图说明
图1本专利催化器起燃控制过程中发动机空燃比控制流程；
图2本专利催化器起燃控制过程中发动机空燃比控制最终目标值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本专利作进一步的详细说明，便于清楚了解本专利，但它们不对本专利构成限定。
本发明公开了一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，器在发动机起动时，分阶段调整发动机空燃比的大小，以加快催化器温度上升至工作温度。
空燃比是指进入发动机气缸空气与燃油的比值。
首先引入催化器加热率rCatHeatRatio的概念。加热率越低，表明催化器起燃请求越高；加热率越高，表明催化器起燃请求越低。催化器加热率在发动机熄火后会清零，在发动机运行过程中开始计算。催化器加热率为进入催化器的总进气量mCat与进入催化器的总进气量参考值mCatRef的比值，即rCatHeatRatio＝mCat/mCatRef。
进入催化器的总进气量mCat，为进入气缸的进气流量dmcyl乘以时间，并不断自累加，得到进入气缸的总进气量mcylraw，将进入气缸的总进气量mcylraw乘以一定修正系数K。如果发动机处于断油工况，则K为常数；如果发动机处于非断油工况，则K为基于发动机转速和负荷查表得到的系数。即mCat＝(∫dmcyl×Δt)×K，其中∫dmcyl×Δt为dmcyl的时间积分值。
发动机断油工况时,K＝C,C为固定值
发动机非断油工况时，K＝f(n,rho)，其中n为发动机转速，rho为发动机负荷，均为发动机最基本的特征参数，f(n,rho)为发动机转速和负荷的函数。随着发动机转速的提高或者负荷的增大，该系数均会减小。
进入催化器的总进气量参考值mCatRef，为基于大气压力pAmb和发动机刚启动时的水温TCoolantAtStart共同确定的，即mCatRef＝f(pAmb,TCoolantAtStart)。水温越小，或者大气压力越小，进入催化器的总进气量参考值越大。
进一步，确定催化器起燃过程中发动机空燃比控制的使能条件：
1.催化器加热率低于催化器加热率预设值0.72；
2.大气压力大于大气压力预设值72kPa；
3.发动机燃烧次数大于预设燃烧次数10，发动机燃烧次数是指从发动机启动开始，所有缸的喷油点火次数之和。燃烧次数过低时，改变空燃比，容易引起起动过程中发动机转速波动和排放恶化
4.发动机启动时的水温在预设水温范围内-50℃～60℃；
5.发动机转速超过650rpm；
6.催化器起燃控制结束标志位未置1。
进一步，计算催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP。该目标值由发动机转速n，负荷rho，发动机启动时水温TCoolantAtStart，和催化器加热率rCatHeatRatio共同决定。
rCatHeatAirFuelRatioSP＝[f1(n,rho)-AFS]×f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)+AFS，根据发动机转速n和负荷rho 确定基本空燃比，发动机转速越高或者负荷越大，基本空燃比越小。根据发动机启动时水温TCoolantAtStart和催化器加热率rCatHeatRatio确定发动机目标空燃比的补偿系数，补偿系数大于0。发动机启动时水温越大或者催化器加热率越大，补偿系数越小。发动机目标空燃比被限制在一定范围内，防止对发动机转速和排放造成过度恶化。AFS为最佳空燃比本实施例中，AFS最佳空燃比为14.3
Figure BDA0002444242200000071
Figure BDA0002444242200000081
Figure BDA0002444242200000082
进一步，计算催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio。
初始化，在使能条件刚满足的时刻，将当前的发动机整车控制的目标空燃比rAirFuelRatioSP赋予给发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio，即此时rCatHeatAirFuelRatio＝rAirFuelRatioSP；
第一阶段，在使能条件满足时，如果催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与当前目标空燃比rAirFuelRatioSP之差超过一定值C1，则每一时刻更新后的空燃比最终值 rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C1(单位时间10ms内)，其中rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值。本实施例C1为2。
第二阶段，在使能条件满足时，如果第一阶段情况未发生，则每一时刻更新后的空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C2(单位时间10ms内)，C2≤C1，其中 rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值。本实施例C2为1.8
第三阶段，在使能条件不再满足时，如果催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比(理想的空燃比根据发动机燃油特性决定)之差超过一定值C3，则每一时刻更新后的空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio(n+1)最大的变化率不高于C3；如果催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比(理想的空燃比根据发动机燃油特性决定)之差不超过一定值C3，则催化器起燃控制结束标志位置1。C3的绝对值小于C2的绝对值，减缓催化器起燃退出的空燃比控制，确保催化器温度上升足够达到催化器工作温度。本实施例中C3为1(更新周期为单位时间10ms)
第四阶段，催化器起燃控制结束标志位置1，催化器起燃控制中空燃比控制结束，将理想的空燃比作为催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio。且在此处驾驶循环过程中，标志位一直会置1，直至发动机熄火，发动机控制器完全下电后，催化器起燃控制结束标志位复位为0。
在催化器起燃控制过程中，催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio将会作用于发动机空燃比闭环的控制输入。
在催化器起燃请求激活时，将催化器起燃的空燃比值作为最终的空燃比控制中，实现空燃比减稀。
催化器起燃的空燃比控制可以与最低转速控制和点火效率控制一起配合使用，可更快速提高催化器起燃，缩短起燃时间。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：在发动机起动时，分阶段调整发动机空燃比的大小，以加快催化器温度上升至工作温度。
2.根据权利要求1所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：根据使能条件将起燃过程划分为以下四个阶段：
初始化阶段，使能条件刚满足的时刻；
第一阶段，使能条件满足时，且催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与当前目标空燃比rAirFuelRatioSP之差超过一定值C1；
第二阶段，使能条件满足时，且第一阶段情况未发生，限制空燃比上升的变化率；
第三阶段，使能条件不满足时，且催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比之差超过一定值C3，限制空燃比下降的变化率；
第四阶段，催化器起燃过程中的发动机空燃比控制结束；
使能条件为：
条件一，催化器加热率低于催化器加热率预设值0.72；
条件二，大气压力大于大气压力预设值72kPa；
条件三，发动机燃烧次数大于预设燃烧次数10，发动机燃烧次数是指从发动机启动开始，所有缸的喷油点火次数之和；
条件四，发动机启动时的水温在预设水温范围内-50℃～60℃；
条件五，发动机转速超过650rpm；
条件六，6.催化器起燃控制结束标志位未置1。
3.根据权利要求2所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：
初始化阶段，使能条件刚满足的时刻，将当前的发动机整车控制的目标空燃比rAirFuelRatioSP赋予给发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio，即此时rCatHeatAirFuelRatio＝rAirFuelRatioSP；
第一阶段，每一时刻更新后的空燃比最终值
rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C1
C1＝2，其中rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值；
第二阶段，每一时刻更新后的空燃比最终值
rCatHeatAirFuelRatio(n+1)＝rCatHeatAirFuelRatio(n)+C2
C2＝1.8，其中rCatHeatAirFuelRatio(n)为上一时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值，rCatHeatAirFuelRatio(n+1)为当前时刻得到的催化器起燃时请求的发动机空燃比最终值；
第三阶段，催化器起燃的发动机目标空燃比rCatHeatAirFuelRatioSP与理想的空燃比之差超过一定值C3，则每一时刻更新后的空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio(n+1)最大的变化率不高于C3，C3＝1，催化器起燃控制结束标志位置1；
第四阶段，催化器起燃控制结束标志位置1，催化器起燃控制中空燃比控制结束，将理想的空燃比作为催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio；且在此处驾驶循环过程中，标志位一直会置1，直至发动机熄火，发动机控制器完全下电后，催化器起燃控制结束标志位复位为0；
在催化器起燃控制过程中，催化器起燃的发动机空燃比最终值rCatHeatAirFuelRatio将会作用于发动机空燃比闭环的控制输入。
4.根据权利要求3所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：发动机空燃比目标值rAirFuelRatioSP确定方法如下：
rCatHeatAirFuelRatioSP＝[f1(n,rho)-AFS]×f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)+AFS
f1(n,rho)-催化器起燃的基本空燃比，
f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)-催化器起燃空燃比修正系数，
n-发动机转速，rho-负荷，rCatHeatRatio-催化器加热率，
TCoolantAtStart-发动机启动时水温，AFS-最佳空燃比＝14.3。
5.根据权利要求4所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：催化器起燃的基本空燃比f1(n,rho)的取值如下表所示，
Figure FDA0002444242190000041
Figure FDA0002444242190000051
6.根据权利要求4所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：催化器起燃空燃比修正系数f2(rCatHeatRatio,TCoolantAtStart)的取值如下表所示，
Figure FDA0002444242190000061
7.根据权利要求4所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：催化器加热率rCatHeatRatio为进入催化器的总进气量mCat与进入催化器的总进气量参考值mCatRef的比值，即rCatHeatRatio＝mCat/mCatRef。
8.根据权利要求7所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：总进气量mCat的确定方法如下：
mCat＝(∫(dmcyl×K)×Δt)
dmcyl为进入气缸的进气流量；Δt为进入气缸的进气时间，K为修正系数。
9.根据权利要求8所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：K的确定方法如下：
发动机断油工况时，K＝C，C为固定值，1.2；
发动机非断油工况时，K＝f(n,rho)，其中n为发动机转速，rho为发动机负荷，均为发动机最基本的特征参数，f(n,rho)为发动机转速和负荷的函数
Figure FDA0002444242190000071
10.根据权利要求7所述的利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法，其特征在于：总进气量参考值mCatRef的确定方法如下：
mCatRef＝f(pAmb,TCoolantAtStart)
Figure FDA0002444242190000081
CN202010274330.5A 2020-04-09 2020-04-09 一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法 Pending CN111305934A (zh)

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