CN111779556B - 一种汽油发动机催化器清氧的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽油发动机催化器清氧的控制方法，其通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气。本发明通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量来控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气，以达到降低NOx的目的。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机控制领域。具体涉及一种汽油发动机催化器清氧的控制方法。
技术背景
国六法规对气体排放物的要求较国五法规严苛很多，为了满足国六排放法规的要求，多数厂家通过增加催化器中的贵金属来提高气体排放的转换效率，以达到降低气体排放的目的。但贵金属的成本非常高昂，加大了整车的生产成本。所以通过优化ECU逻辑策略，对参数进行精细控制，降低发动机气体排放，成为各个主机厂攻克的重点。
NOx在排放中生成的机理条件为高温和富氧。本发明针对断油工况结束、恢复供油时容易冒NOx的区域，设计一种有效降低NOx的控制策略，使不大幅增加催化器成本的前提下，也能达到国六排放法规的要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种汽油发动机催化器清氧的控制方法，其通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量来控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气，以达到降低NOx的目的。
本发明公开了一种汽油发动机催化器清氧的控制方法，其通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气。
在本发明的一种优选实施方案中，具体步骤包括：
步骤1、基于发动机运行工况点、催化器温度、背压计算出当前催化器的储氧量，储氧量是表征当前工况催化器能够储存氧气的能力值，催化器中的氧含量计算将不会超过该储氧量限值。
步骤2、根据催化器氧含量确定燃油加浓的时间，并根据1级、2级催化器的氧含量和后级氧传感器测量的电压限值，分别确定退出燃油加浓的时间；
步骤3、完成1级催化器清氧控制后，燃油以一定的斜率退至二级催化器清氧所需要的燃油设定，完成2级催化器清氧控制后，燃油以一定斜率退至正常燃油控制数值。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤1中，
1)通过实验测试建立理论储氧量与温度的相关的二维表格，并储存至ECU系统；
2)通过台架实验测试建立储氧量修正系数函数L1＝f1(转速、负荷)和L2＝f2(背压)相关的三位表格，并储存至ECU系统；
3)最终的储氧量＝理论储氧量*L1*L2。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤2中1级催化器中氧含量控制逻辑如下，当1级催化器氧含量＞M1且后氧传感器电压值＜U1时，过量空气系数λ＝K1；通过燃油加浓，不断消耗1级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前1级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3＝上一采样周期内氧含量N3-(1-K1)*进气量*氧气在进气量中的占比，当1级催化器氧含量≤M1或后氧传感器电压值≥U1时，退出1级催化器清氧控制。
在本发明的一种优选实施方案中，K1＝f(转速，负荷)的三维表，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成，限值M1由1级为催化器温度决定的二维表，通过台架试验过程中通过标定来完成。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤2中2级催化器中氧含量控制逻辑如下，当2级催化器氧含量＞M2且后氧传感器电压值＜U2时，过量空气系数λ以一定的斜率R1退至K2；通过燃油加浓，不断消耗2级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前2级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3＝上一采样周期内氧含量N3-(1-K2)*进气量*氧气在进气量中的占比，当2级催化器氧含量≤M2或后氧传感器电压值≥U2时，退出2级催化器清氧控制。
在本发明的一种优选实施方案中，斜率R1为一个标定值，K2＝f(转速，负荷)的三维表，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成，限值M2由2级为催化器温度决定的二维表，通过台架试验过程中通过标定来完成。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤3中，完成1级、2级催化器清氧控制后，控制λ以一定的斜率R2退至正常过量空气系数λ数值，斜率R2为一个标定值。
本发明的有益效果是：本发明通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量来控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气，以达到降低NOx的目的；具体的，
1.本发明通过增加催化器储氧量修正系数，精确计算催化器的实际储氧量；
2.本发明的催化器清氧控制过程的λ(K1和K2)由单一数值变更为对应转速和负荷的三维表，使λ控制更为精确，
3.退出清氧控制的氧含量限值M1、M2分别根据1级和2级催化器的温度确定的二维表，更贴合发动机实际的运行状态；
4.增加二级催化器清氧控制逻辑；
5.增加后氧传感器电压限值判断，排除催化器储氧量计算错误的情况下也能退出催化器的清氧控制。
附图说明
图1为本发明一种汽油发动机催化器清氧的控制方法的催化器清氧控制流程图；
图2为本发明一种汽油发动机催化器清氧的控制方法的为清氧逻辑参数控制，表征进入清氧控制逻辑后参数控制方式。
图3为本发明一种汽油发动机催化器清氧的控制方法的为该发明所述的发动机排气系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种汽油发动机催化器清氧的控制方法，其通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气。
在本发明的一种优选实施方案中，具体步骤包括：
步骤1、基于发动机运行工况点、催化器温度、背压计算出当前催化器的储氧量，根据储氧量计算获取催化器氧含量；
步骤2、根据催化器氧含量确定燃油加浓的时间，并根据1级、2级催化器的氧含量和后级氧传感器测量的电压限值，分别确定退出燃油加浓的时间；
步骤3、完成1级催化器清氧控制后，燃油以一定的斜率退至二级催化器清氧所需要的燃油设定，完成2级催化器清氧控制后，燃油以一定斜率退至正常燃油控制数值。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤1中，
1)通过实验测试建立理论储氧量与温度的相关的二维表格，并储存至ECU系统；
2)通过台架实验测试建立储氧量修正系数函数L1＝f1(转速、负荷)和L2＝f2(背压)相关的三位表格，并储存至ECU系统；
3)最终的储氧量＝理论储氧量*L1*L2。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤2中1级催化器中氧含量控制逻辑如下，当1级催化器氧含量＞M1且后氧传感器电压值＜U1时，过量空气系数λ＝K1；通过燃油加浓，不断消耗1级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前1级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3＝上一采样周期内氧含量N3-(1-K1)*进气量*氧气在进气量中的占比，；当1级催化器氧含量≤M1或后氧传感器电压值≥U1时，退出1级催化器清氧控制。
在本发明的一种优选实施方案中，K1＝f(转速，负荷)的三维表，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成，限值M1由1级为催化器温度决定的二维表，通过台架试验过程中通过标定来完成。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤2中2级催化器中氧含量控制逻辑如下，当2级催化器氧含量＞M2且后氧传感器电压值＜U2时，过量空气系数λ以一定的斜率R1退至K2；通过燃油加浓，不断消耗2级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前2级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3＝上一采样周期内氧含量N3-(1-K2)*进气量*氧气在进气量中的占比，；当2级催化器氧含量≤M2或后氧传感器电压值≥U2时，退出2级催化器清氧控制。
在本发明的一种优选实施方案中，斜率R1为一个标定值，K2＝f(转速，负荷)的三维表，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成，限值M2由2级为催化器温度决定的二维表，通过台架试验过程中通过标定来完成。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤3中，完成1级、2级催化器清氧控制后，控制λ以一定的斜率R2退至正常过量空气系数λ数值，斜率R2为一个标定值。
本发明采用的技术方案包括以下内容：
1、基于发动机运行工况点、催化器温度、背压计算出当前催化器的储氧量，便于后续控制中催化器氧含量的精确计算；
2、根据氧含量，确定燃油加浓的时间，并根据1级、2级催化器的氧含量和后级氧传感器测量的电压限值，分别确定退出燃油加浓的时间；
3、完成1级催化器清氧控制后，燃油以一定的斜率退至二级催化器清氧所需要的燃油设定，完成2级催化器清氧控制后，燃油以一定斜率退至正常燃油控制数值；
该发明集成在ECU内部控制系统中，通过逻辑优化，有效的降低发动机的NOx排放，达到降低催化器成本的目的。
在一个的具体的实施例中，如图1-3所示，本发明的具体控制过程如下：
1、车辆在行驶过程中基于油耗考虑，会在减速、换档过程中断油，这个断油时间取决于车辆换挡和减速的时长。在断油阶段进入发动机的空气无法燃烧并从排气系统排出。此时催化器会对空气中的氧气进行捕捉，催化器储满氧气的能力我们称为储氧量。在断油过程中，催化器中的氧含量非常容易到达储氧量限值。因此我们需对储氧量进行正确的计算，便于后续发动机进行清氧逻辑的控制。催化器储氧量理论上取决于不同的排气温度，是一个二维的表。具体某催化器储氧量特性如下表所示：
表1催化器储氧特性
| 温度(℃) | 199 | 200 | 400 | 570 | 625 | 700 | 880 | 1000 |
| 储氧量(g) | 0 | 0.5 | 0.14 | 0.51 | 0.9 | 0.9 | 0.7 | 0.1001 |
但在实际过程中，催化器的储氧量与当前发动机工况、排气压力有一定的关联。在台架实验中，通过试验测试，建立储氧量修正系数函数L1＝f1(转速、负荷)和L2＝f2(背压)。该表通过台架试验完成后储存在ECU系统中，在整车计算催化器储氧量时对应具体自变量直接调用。例如：在发动机2000rpm、50Nm工况点，由三维表查得此时修正系数为1.01；背压为40Kpa，对应修正系数为0.995，该工况下的排温为570℃时，由表1可得出对应理论储氧量为0.51g，那么最终的储氧量N＝理论储氧量*L1*L2＝0.51*1.02*0.99＝0.515g。当前催化器氧含量计算公式为N1＝MIN(断油时间内进入发动机的空气*氧气在空气中的占比，N)。1级催化器和2级催化器的特性不同，理论储氧量不同，但计算实际储氧量的方法相同。但应注意，在一级催化器氧含量达到储氧量限值时才会进入二级催化器的氧含量计算。
2、根据发动机实际的运行状态判断是否进入清氧逻辑控制；例如此时发动机触发故障模式等，将不进入清氧控制逻辑。
3、图2为清氧控制过程中的参数控制示意图，结合图2能更清晰的了解本发明。当条件满足进入1级催化器清氧控制逻辑时，控制λ(过量空气系数，表征燃油的浓稀，通过控制喷油嘴喷油脉宽的长短决定燃油的浓稀)＝K1,该K1是由发动机工况确定，即K1＝f(转速，负荷)的三维表，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成。通过燃油加浓，不断消耗1级催化器中的氧含量。具体计算方法为：氧含量N3＝上一采样周期内氧含量N3-(1-K1)*进气量*氧气在进气量中的占比。直到当前催化器的氧含量小于限值M1时退出1级催化器清氧控制。该限值M1由1级催化器温度决定的二维表，可在台架试验过程中通过标定来完成。
4、同3步骤平行，当条件满足进入1级催化器清氧控制逻辑时，通过燃油加浓消耗1级催化器中的氧含量，在耗氧过程中若此时后氧传感器电压值U≥U1，则退出1级催化器清氧控制。该电压限值由发动机转速、负荷决定的三维表，即U1＝f(转速，负荷)，该表格在试验过程中通过标定来完成。
5、当完成1级催化器清氧控制后，满足条件并进入二级催化器的清氧的控制，控制λ以一定的斜率R1退至K2，该斜率R1为一个标定值。该K2是由发动机工况确定，即K2＝f(转速，负荷)，该三维表可在试验过程中通过标定来完成。通过燃油加浓，不断消耗2级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前二级催化器氧含量，计算方式与步骤3中的氧含量计算方法一致，直到当前催化器的氧含量小于限值M2时退出2级催化器清氧控制。该限值由2级催化器温度决定的二维表，可在台架试验过程中通过标定来完成。
6、同5步骤平行，当条件满足进入2级催化器清氧控制逻辑时，通过燃油加浓消耗2级催化器中的氧含量，在耗氧过程中若此时后氧传感器测量的电压值U≥U2，则退出2级催化器清氧控制。该电压限值由发动机转速、负荷决定的三维表，该表格在台架试验过程中通过标定来完成。
7、完成1级、2级催化器清氧控制后，控制λ以一定的斜率R2退至正常λ数值(即过量空气系数λ在1附近运行)。
应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种汽油发动机催化器清氧的控制方法，其特征在于：其通过对催化器中氧含量的计算，在恢复供油时，根据当前催化器中不同的氧含量控制燃油加浓的时间，精准消耗催化器中的氧气；具体步骤包括：
发动机排气侧依次连接有前级氧传感器、一级催化器、后级氧传感器和二级催化器；
步骤1、
一级催化器氧含量或二级催化器氧含量的获取方法如下：
基于发动机运行工况点、催化器温度、背压计算出当前催化器的储氧量，储氧量表征当前工况催化器能够储存氧气的能力值，催化器中的氧含量不超过该储氧量的限值，1）通过实验测试建立理论储氧量与温度的相关的二维表格，并储存至ECU系统； 2）通过台架实验测试建立储氧量修正系数函数L1= f1（转速、负荷）和L2 = f2（背压）相关的三维表格，并储存至ECU系统；3）储氧量N=理论储氧量*L1*L2；当前催化器氧含量计算公式为N1=MIN（断油时间内进入发动机的空气*氧气在空气中的占比，N）；当前催化器为一级催化器或二级催化器，一级催化器氧含量达到储氧量的限值时才会进入二级催化器的氧含量计算；
步骤2、
一级催化器中氧含量控制逻辑如下，
当一级催化器氧含量＞M1且后氧传感器电压值＜U1时，过量空气系数λ=K1；通过燃油加浓，不断消耗一级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前一级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3=上一采样周期内氧含量N3-(1-K1)*进气量*氧气在进气量中的占比，当一级催化器氧含量≤M1或后氧传感器电压值≥U1时，退出一级催化器清氧控制；K1由K1=f（转速，负荷）的三维表确定，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成， M1由一级催化器温度决定的二维表确定，通过台架试验过程中通过标定来完成；
二级催化器中氧含量控制逻辑如下，
当二级催化器氧含量＞M2且后氧传感器电压值＜U2时，过量空气系数λ以一定的斜率R1退至K2；通过燃油加浓，不断消耗二级催化器中的氧含量，并在每一个采样周期内实时计算当前二级催化器氧含量，具体计算方法为：氧含量N3=上一采样周期内氧含量N3-(1-K2)*进气量*氧气在进气量中的占比，当二级催化器氧含量≤M2或后氧传感器电压值≥U2时，退出二级催化器清氧控制；斜率R1为一个标定值，K2由K2=f（转速，负荷）的三维表确定，该三维表可在台架试验过程中通过标定完成， M2由二级催化器温度决定的二维表确定，通过台架试验过程中通过标定来完成；
步骤3、
完成一级催化器清氧控制后，燃油以一定的斜率退至二级催化器清氧所需要的燃油设定，完成二级催化器清氧控制后，燃油以一定斜率退至正常燃油控制数值。
2.根据权利要求1所述的汽油发动机催化器清氧的控制方法，其特征在于：步骤3中，完成一级、二级催化器清氧控制后，控制过量空气系数λ以一定的斜率R2退至正常过量空气系数λ数值，斜率R2为一个标定值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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