CN112033686B - 汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，首先进行发动机台架试验，根据发动机运行参数标定催化器起燃进气修正系数；根据发动机运行参数和催化器起燃进气修正系数分别标定催化器起燃目标参数，使怠速COV小于怠速COV设定值；其次进行整车试验，根据发动机运行参数重新标定催化器起燃进气修正系数，使每个催化器起燃性能满足设定值，且使催化器起燃综合评价值最小。该方法可以减小整车试验时的标定量，提高催化器起燃最佳工况的标定效率；同时以怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量为综合评价目标，在满足多个催化器起燃性能要求的同时，实现催化器起燃综合性能最优。

Description

汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法
技术领域
本发明涉及发动机控制技术领域，具体地指一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法。
背景技术
汽车冷起动时，需采用三元催化器快速起燃策略以满足国家排放法规要求。催化器起燃策略常包含以下方法。1、降低起燃工况点火效率：通过降低点火效率，推迟点火提前角，使多余能量转化为热能，快速加热三元催化器，使其迅速达到工作温度。2、提高怠速时发动机目标转速：发动机转速越快，所需进气量越多，排气冷却时间越短，能让更多的高温排气在冷却前更快进入三元催化器，使三元催化器快速达到工作温度。3、降低怠速空燃比：空燃比小有利于排温升高，快速加热催化器。
以上方法虽有利于催化器快速加热，但会影响汽油机怠速稳定性，影响整车NVH舒适性能，如何在满足起燃工况排放前提下，提升怠速转速稳定性成为难点。并且，目前三元催化器快速起燃策略涉及的标定控制参数多，整车标定复杂度高且耗费时间长。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，该方法可以减小整车试验时的标定量，提高催化器起燃最佳工况的标定效率，同时该方法以怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量为综合评价目标，可同时满足多个催化器起燃性能要求。
为实现上述目的，本发明提供一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，首先进行发动机台架试验，标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的初始关系；
然后在满足怠速COV小于怠速COV设定值条件下，根据发动机运行参数和催化器起燃进气修正系数分别标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数；
其次进行整车试验，重新标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的关系；
重新标定的方法包括，在满足怠速COV小于怠速COV设定值、催化器起燃时间小于催化器起燃时间设定值和颗粒物排放量小于颗粒物排放量设定值的条件下，对多个发动机运行参数分别赋值，在多个发动机运行参数均给定时，重新标定多个催化器起燃进气修正系数，同时保持发动机运行参数、催化器起燃进气修正系数与催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃过量空气系数的标定关系不变，得到多个催化器起燃综合评价值，选取使催化器起燃综合评价值最小的催化器起燃进气修正系数作为该给定发动机运行参数下的标定值。
进一步地，所述发动机运行参数包括大气压力、进气密度、发动机转速、发动机起动水温。
进一步地，所述催化器起燃进气修正系数的确定方法包括，在一个采样周期内，获取催化器起燃进气量与最大进气量的比值。
进一步地，所述催化器起燃进气量为进气流量、采样周期和催化器起燃点火效率补偿因子的乘积。
进一步地，所述催化器起燃点火效率补偿因子通过进气密度和发动机转速标定得到。
进一步地，所述最大进气量的确定方法包括，在一个采样周期内，保持节气门开度最大，通过大气压力和发动机起动水温标定得到。
进一步地，所述催化器起燃目标点火效率通过标准大气压下的催化器起燃点火效率、临界大气压下的催化器起燃点火效率、标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数、临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数和大气压修正系数得到。
进一步地，所述标准大气压下的催化器起燃点火效率、所述临界大气压下的催化器起燃点火效率、所述标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数、所述临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数和所述大气压修正系数分别通过发动机运行参数标定得到。
进一步地，所述催化器起燃目标点火效率ε为
Figure GDA0003245379760000031
其中，ε1为标准大气压下的催化器起燃点火效率，ε2为临界大气压下的催化器起燃点火效率，α1为标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数，α2为临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数，β为大气压修正系数。
进一步地，所述催化器起燃目标点火效率通过标准大气压下的催化器起燃点火效率、临界大气压下的催化器起燃点火效率、标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数、临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数和大气压修正系数得到。
进一步地，所述标准大气压下的催化器起燃点火效率的确定方法包括，在标准大气压下，根据进气密度和发动机转速标定得到，且满足怠速COV小于设定怠速COV。
进一步地，所述临界大气压下的催化器起燃点火效率的确定方法包括，在临界大气压下，根据进气密度和发动机转速标定得到，且满足怠速COV小于设定怠速COV。
进一步地，所述标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到。
进一步地，所述临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到。
进一步地，所述大气压修正系数根据大气压力标定得到。
进一步地，所述催化器起燃目标发动机转速的确定方法包括，通过催化器起燃发动机转速修正系数对催化器起燃发动机转速进行修正得到；所述催化器起燃发动机转速修正系数和所述催化器起燃发动机转速均通过发动机运行参数标定得到。
进一步地，所述催化器起燃发动机转速根据大气压力和发动机起动水温标定得到。
进一步地，所述催化器起燃发动机转速修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到。
进一步地，所述催化器起燃目标过量空气系数的确定方法包括，通过催化器起燃过量空气系数修正系数对催化器起燃过量空气系数修正得到；所述催化器起燃过量空气系数修正系数和所述催化器起燃过量空气系数均通过发动机运行参数标定得到。
进一步地，所述催化器起燃过量空气系数根据进气密度和发动机转速标定得到。
进一步地，所述催化器起燃过量空气系数修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到。
进一步地，根据不同的发动机运行参数重新标定催化器起燃进气修正系数的方法为正交实验法、拉丁超立方设计法和最优拉丁超立方设计方法中的一种。
进一步地，催化器起燃综合评价值的确定方法包括，对怠速COV、三元催化器起燃时间和颗粒物排放量分别进行无量纲化，得到怠速COV无量纲值、三元催化器起燃时间无量纲值和颗粒物排放量无量纲值，然后进行加权求和。
进一步地，所述怠速COV无量纲值为怠速COV与怠速COV设定值的比值。
进一步地，所述三元催化器起燃时间无量纲值为三元催化器起燃时间与三元催化器起燃时间设定值的比值。
进一步地，所述颗粒物排放量无量纲值为颗粒物排放量与颗粒物排放量设定值的比值。
本发明的有益效果是：该方法可以减小整车试验时的标定量，提高催化器起燃最佳工况的标定效率；同时以怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量为综合评价目标，在满足多个催化器起燃性能要求的同时，实现催化器起燃综合性能最优。
附图说明
图1为本发明催化器起燃最佳工况的标定方法的流程图。
图2为催化器起燃进气修正系数标定方法的流程图。
图3为催化器起燃目标点火效率标定方法的流程图。
图4为催化器起燃目标发动机转速标定方法的流程图。
图5为催化器起燃目标过量空气系数标定方法的流程图。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1～5所示，一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，三元催化器起燃最佳工况是指，在具体一组发动机运行参数条件下，需分别确定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数的取值，使得怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量均满足设定要求，且催化器起燃综合评价值最小。本实施例中，发动机运行参数包括包括大气压力、进气密度、进气流量、发动机转速、发动机起动水温。
正常情况下，在发动机台架试验时，在满足怠速COV的前提下，需要根据大气压力、进气密度、发动机转速、发动机起动水温分别标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数；然后在整车试验时，在怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量均满足要求时，重新标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数。但是由于在整车试验的标定时，上述多个发动机运行参数受整车设计条件的约束而不容易调节，且最终需使怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量均满足要求，这就使得标定过程的数据量很大，标定流程复杂且时间较长。
因此，为了简化标定过程，引入催化器起燃进气修正系数这个中间变量，催化器起燃进气修正系数是指，在一个采样周期内，催化器起燃进气量与最大进气量的比值，其中催化器起燃进气量和最大进气量也都可以通过发动机运行参数标定得到。在发动机台架试验时，根据发动机运行参数和催化器起燃进气修正系数分别标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数，且只需要满足怠速COV这一个约束条件，在进行整车试验时，由于需要满足的约束条件变多，只需要重新标定催化器起燃进气修正系数，无需重新标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数。这样就减少了在整车上重新标定的参数，提高了标定效率。
因此整个标定过程为：首先进行发动机台架试验，通过催化器起燃进气量和最大进气量来确定催化器起燃进气修正系数，在本实施例中，催化器起燃进气量为，在一个采样周期内，进气流量、采样周期和催化器起燃点火效率补偿因子的乘积。催化器起燃点火效率补偿因子在发动机台架试验时固定设为1，这是因为在发动机台架试验时，在发动机刚起动时，催化器起燃点火效率补偿因子需给定一个初始值。
在本实施例中，最大进气量的确定方法为，在一个采样周期内，保持节气门开度位于最大位置，通过大气压力和发动机起动水温标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。在发动机水温超过-7℃时，发动机起动水温越高，大气压力越大，则最大进气量标定的越小。
表1最大进气量的初始标定表
Figure GDA0003245379760000071
在标定了发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的关系之后，再分别标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数，同时检测发动机的怠速COV，若怠速COV小于怠速COV设定值，则该组数值写入对应的标定表中。本实施例中，怠速COV是指怠速运行时发动机转速稳定性的指标，通过燃烧分析仪器测量，怠速COV也直接影响了整车NVH性能，怠速COV设定值设为20％。
本实施例中，催化器起燃目标点火效率ε为
Figure GDA0003245379760000072
其中，ε1为标准大气压下的催化器起燃点火效率，ε2为临界大气压下的催化器起燃点火效率，α1为标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数，α2为临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数，β为大气压修正系数，临界大气压设为75kPa。
本实施例中，标准大气压下的催化器起燃点火效率的确定方法为，在标准大气压下，根据进气密度和发动机转速标定得到，且满足怠速COV小于20％，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表2标准大气压下的催化器起燃点火效率的标定表
Figure GDA0003245379760000081
本实施例中，临界大气压下的催化器起燃点火效率的确定方法包括，在临界大气压75kPa下，根据进气密度和发动机转速标定得到，且满足怠速COV小于20％，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表3临界大气压下的催化器起燃点火效率的标定表
Figure GDA0003245379760000082
Figure GDA0003245379760000091
标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表4标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数的标定表
Figure GDA0003245379760000092
临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表5临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数的标定表
Figure GDA0003245379760000101
本实施例中，大气压修正系数根据大气压力标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。当大气压位于75kPa～95kPa时，大气压力越大，大气压修正系数越小，当大气压位于大于或等于95kPa时，大气压修正系数为0。
表6大气压修正系数的标定表
大气压力(kPa) 75 80 85 90 95 100
大气压修正系数 1 0.83 0.65 0.5 0 0
催化器起燃目标发动机转速为催化器起燃发动机转速与催化器起燃发动机转速修正系数的乘积。
本实施例中，催化器起燃发动机转速根据大气压力和发动机起动水温标定得到，且满足怠速COV小于20％，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表7催化器起燃发动机转速的标定表
Figure GDA0003245379760000111
催化器起燃发动机转速修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
表8催化器起燃发动机转速修正系数的标定表
Figure GDA0003245379760000112
催化器起燃目标过量空气系数为催化器起燃过量空气系数与催化器起燃过量空气系数修正系数的乘积。本实施例中，催化器起燃过量空气系数根据进气密度和发动机转速标定得到，当发动机转速小于或等于3000rpm且进气密度小于或等于1500g/cm3时，催化器起燃过量空气系数取0.98，当发动机转速大于3000rpm和/或进气密度大于1500g/cm3时，催化器起燃过量空气系数取1。
催化器起燃过量空气系数修正系数根据发动机起动水温和催化器起燃进气修正系数标定得到，详见表1，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。当发动机起动水温一定时，催化器起燃进气修正系数取值越大，则催化器起燃过量空气系数修正系数也越大。
表9催化器起燃过量空气系数修正系数的标定表
Figure GDA0003245379760000121
完成发动机台架试验以及上述参数的标定之后进行整车试验，在满足怠速COV小于怠速COV设定值、催化器起燃时间小于催化器起燃时间设定值和颗粒物排放量小于颗粒物排放量设定值的条件下，对大气压力、进气密度、发动机转速、发动机起动水温分别进行赋值，在这四个参数值均给定的情况下，重新标定催化器起燃点火效率补偿因子和最大进气量，得到多个催化器起燃进气修正系数的标定值，同时根据这个四个给定的发动机运行参数和催化器起燃进气修正系数依次查表表2～表9，确定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃过量空气系数的取值，然后运行发动机和整车，检测怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量，选取满足条件的怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量，得到多个催化器起燃综合评价值，选取使催化器起燃综合评价值最小的催化器起燃进气修正系数作为该给定发动机运行参数下的标定值。
这样，在整车试验过程中，只需要重新标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的关系，减小整车试验时的标定量，提高催化器起燃最佳工况的标定效率；同时以怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量以及催化器起燃综合评价值等多个指标作为评价目标，在同时满足多个催化器起燃性能要求的同时，还可以根据催化器起燃综合评价值来实现催化器起燃综合性能最优。
本实施例中，在重新标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数时，仍然需要按照发动机台架试验中的方法分别确定催化器起燃进气量和最大进气量。在整车试验时，需根据进气密度和发动机转速重新标定催化器起燃点火效率补偿因子，详见表10，表中未罗列数值点通过线性差值法得到；同时在一个采样周期内，保持节气门开度位于最大位置，根据大气压力和发动机起动水温重新标定得到最大进气量，详见表11，表中未罗列数值点通过线性差值法得到。
例如：在发动机台架试验时，给定发动机起动水温为10℃，大气压力为95kpa，在表1中，对应的最大进气量为290g，在该工况下，给定发动机转速为1000rpm，进气流量为880mg/L，对应初始催化器起燃点火效率补偿因子为1，得到催化器起燃进气修正系数为1。那么，在整车试验时，(290,1,1)这三个标定值需要重新标定，在发动机起动水温为10℃，大气压力为95kpa，发动机转速为1000，进气流量为880的给定条件下，设定这三个标定值的取值范围在原来的取值基础上上下浮动一定范围，本实施例中取值范围分别设定为(250,340)、(0.5,1.5)、(0.5,1.5)，采用正交试验方法或者拉丁超立方法在给定标定范围内选取100组样本，然后用这100组样本分别做试验，检测怠速COV、催化器起燃时间和颗粒物排放量，其中同时满足要求的有50组参数，对这50组参数分别进行无量纲化，得到50组怠速COV无量纲值、三元催化器起燃时间无量纲值和颗粒物排放量无量纲值，然后进行加权求和，选取使求和值最小的样本为最终标定参数。然后改变大气压力、进气密度、发动机转速、发动机起动水温的给定值，再继续上述过程，最终得到表10和表11的结果。
表10催化器起燃点火效率补偿因子的标定表
Figure GDA0003245379760000141
表11最大进气量的最终标定表
Figure GDA0003245379760000142
本实施例中，催化器起燃综合评价值的确定过程为，首先对怠速COV、三元催化器起燃时间和颗粒物排放量分别进行无量纲化，将怠速COV除以怠速COV设定值得到怠速COV无量纲值，将三元催化器起燃时间除以三元催化器起燃时间设定值得到三元催化器起燃时间无量纲值，将颗粒物排放量除以颗粒物排放量设定值得到颗粒物排放量无量纲值，然后对这三个无量纲值进行加权求和。本实施例中，三元催化器起燃时间设定值为40s，当发动机起动水温小于0℃时，颗粒物排放量设定值为0.2g，当发动机起动水温大于或等于0℃时，颗粒物排放量设定值为0.002g。怠速COV无量纲值、三元催化器起燃时间无量纲值和颗粒物排放量无量纲值的权值可根据不同车型设计要求和性能要求进行赋值，若更加注重怠速稳定性和NVH性能，则增大怠速COV无量纲值的权值，若更加注重颗粒物排放量，则增大颗粒物排放量无量纲值的权值，特别地，怠速COV无量纲值、三元催化器起燃时间无量纲值和颗粒物排放量无量纲值的权值均为三分之一，这样可以更加综合满足他们的性能要求。

Claims (8)

1.一种汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：
首先进行发动机台架试验，标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的初始关系，所述催化器起燃进气修正系数的确定方法包括，在一个采样周期内，获取催化器起燃进气量与最大进气量的比值；
然后在满足怠速COV小于怠速COV设定值条件下，根据发动机运行参数和催化器起燃进气修正系数分别标定催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数；
其次进行整车试验，重新标定发动机运行参数与催化器起燃进气修正系数的关系；
重新标定的方法包括，在满足怠速COV小于怠速COV设定值、催化器起燃时间小于催化器起燃时间设定值和颗粒物排放量小于颗粒物排放量设定值的条件下，对多个发动机运行参数分别赋值，在多个发动机运行参数均给定时，重新标定多个催化器起燃进气修正系数，同时保持发动机运行参数、催化器起燃进气修正系数与催化器起燃目标点火效率、催化器起燃目标发动机转速和催化器起燃目标过量空气系数的标定关系不变，对怠速COV、三元催化器起燃时间和颗粒物排放量分别进行无量纲化，得到怠速COV无量纲值、三元催化器起燃时间无量纲值和颗粒物排放量无量纲值，然后进行加权求和得到多个催化器起燃综合评价值，选取使催化器起燃综合评价值最小的催化器起燃进气修正系数作为该给定发动机运行参数下的标定值。
2.根据权利要求1所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述发动机运行参数包括大气压力、进气密度、发动机转速、发动机起动水温。
3.根据权利要求2所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述催化器起燃进气量的确定方法包括，获得进气流量、采样周期和催化器起燃点火效率补偿因子的乘积，所述催化器起燃点火效率补偿因子通过进气密度和发动机转速标定得到。
4.根据权利要求2所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述最大进气量的确定方法包括，在一个采样周期内，保持节气门开度最大，通过大气压力和发动机起动水温标定得到。
5.根据权利要求2所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述催化器起燃目标点火效率通过标准大气压下的催化器起燃点火效率、临界大气压下的催化器起燃点火效率、标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数、临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数和大气压修正系数得到。
6.根据权利要求5所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述标准大气压下的催化器起燃点火效率、所述临界大气压下的催化器起燃点火效率、所述标准大气压下的催化器起燃点火效率修正系数、所述临界大气压下的催化器起燃点火效率修正系数和所述大气压修正系数分别通过发动机运行参数标定得到。
7.根据权利要求2所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述催化器起燃目标发动机转速的确定方法包括，通过催化器起燃发动机转速修正系数对催化器起燃发动机转速进行修正得到；所述催化器起燃发动机转速修正系数和所述催化器起燃发动机转速均通过发动机运行参数标定得到。
8.根据权利要求2所述的汽油机三元催化器起燃最佳工况标定方法，其特征在于：所述催化器起燃目标过量空气系数的确定方法包括，通过催化器起燃过量空气系数修正系数对催化器起燃过量空气系数修正得到；所述催化器起燃过量空气系数修正系数和所述催化器起燃过量空气系数均通过发动机运行参数标定得到。
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