CN112177785B - 一种降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法和系统 - Google Patents

一种降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明设计的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法和系统，其特征在于提高了低温暖机阶段燃油雾化效果，有效减少了颗粒物产生。提高燃了油喷射压力，同时采取多次(一般两次)喷射，缩短每次喷油时间减小喷油贯穿距，从而避免了提高压力后燃油喷射到发动机缸壁(或活塞)上产生较多颗粒物及机油乳化的风险。本发明降低低温、低速驾驶循环下暖机阶段发动机颗粒物排放，在无GPF时可有效降低颗粒物的直接排放，在有GPF时可避免GPF在短时间(几个低温低速驾驶循环)内堵塞的风险，减少客户需要刻意跑高速清碳(让GPF再生)的抱怨。

Description

一种降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法和 系统
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，具体是一种降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法。
背景技术
随着乘用车国6排放及油耗法规的实施，车用发动机多采用缸内直喷方式的汽油机，而直喷汽油机大多通过加装颗粒捕捉器GPF(Gasoline Particle Filter)的方式来达成颗粒物排放法规目标的要求，低温(温度低于-15℃或者更低)、低速驾驶环境下，发动机刚起动，水温低，汽油挥发性低，采用单次喷射喷入缸内的汽油雾化不好，与空气混合不充分，得不到充分燃烧，形成大量颗粒物，被GPF捕捉，如果几个驾驶循环一直都是在较低车速下行驶，GPF温度较低(达不到再生温度条件)，GPF得不到很好的再生，颗粒物会迅速累积并堵塞GPF，影响发动机动力输出及驾驶感受，严重时还会损坏发动机。
在几个低温环境下的驾驶循环后，GPF就有堵塞的风险，而在一个驾驶循环中暖机阶段产生的颗粒物排放占比高达90％，有必要考虑采取策略降低暖机阶段颗粒物的产生。
中国专利“主动脱附汽油蒸气及二次喷射系统、以及方法”，授权公告号CN110080912B，授权公告日20200710，公开了一种主动脱附汽油蒸气及二次喷射系统，包括二次喷射管路、主动脱附管路及泵，所述二次喷射管路与所述泵相连将空气泵入所述二次喷射管路的发动机排气管进行二次喷射，所述主动脱附管路与所述泵相连将汽油蒸气泵入所述主动脱附管路的发动机进气管进行主动脱附。可以增加搭载小排量涡轮增压发动机车型的脱附流量，使得车辆的炭罐得到足够的脱附，进而达到国家排放法规的要求；并在解决主动脱附汽油蒸气的基础上，又能实现二次喷射的功能，在达成尾气排放要求的同时节约了成本和系统的安装空间。其主要是针对发动机进行二次喷射，以优化尾气排放。
中国专利“柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法”，公开号CN109973175A，公开日20190705，公开了一种柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法，它包括以下步骤：确定DPF入口目标温度；根据DPF入口目标温度，通过DOC物理模型计算得到DOC内部的目标温度和DOC升温所需的开环HC量；根据DOC物理模型计算得到的DOC内部的实际温度和DOC内部的目标温度之间的差值计算得到反馈HC量；开环HC量和反馈HC加起来即为总的HC需求量；根据多次喷射对扭矩的影响，对主喷油量进行修正，使得再生工况和正常工况扭矩尽量靠近。利用本发明，能够确定各种情况下最优的DPF再生目标温度，能够快速准确的得到DOC升温所需的燃油量，因而能够实现DPF再生的安全快速有效，并有效减少再生过程的燃油消耗，提高发动机的经济性。其采用多次喷射优化尾气和油耗、公开通过多次试验得到喷射对扭矩(操控目标)的影响，来得到控制方案
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低温暖机阶段排放效果显著提高的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法和系统。
为达到上述目的，本发明设计的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取发动机当前的运行参数：发动机转速、加速踏板位置、发动机水温、进气温度；
S2，将发动机水温与设定的阈值进行比较：若发动机水温大于阈值，发动机处于热机工况，正常喷油；若发动机水温小于阈值，发动机处于暖机工况，执行下一步；
S3，根据发动机的负荷大小采用不同的喷油策略：
若发动机处于小负荷工况，采用单次喷油策略；
若发动机处于中、大负荷工况，采用两次喷油策略。
优选的，S2中，所述水温阈值根据不同水温下颗粒物排放结果趋缓的趋势进行标定选取。
优选的，S3中喷油策略是不同环境温度下暖机工况最少颗粒物排放对应的喷油压力、喷油时刻、燃油分配比例的集合。
进一步优选的，在低温环境下，测试发动机水温分别在不同环境温度下暖机工况不同燃油喷射压力、不同喷射时刻的颗粒物排放数据，选择不同环境温度下下最少颗粒物排放对应的喷油压力和单次喷油时刻，记录为单次喷油策略。
更进一步优选的，在确定的单次喷油策略基础上，在不同温度下对不同的第二次喷油时刻和不同的两次喷射燃油分配比例进行测试，得到两次喷射中颗粒物排放的数据，选择最少颗粒物排放对应的最佳第二次喷油时刻、燃油分配比例作为两次喷油策略。
再进一步优选的，两次喷射燃油分配比例为6：4或5：5。
优选的，在-25℃，-15℃，-5℃三个不同温度下进行测试。
优选的，所述在低温转毂或低温发动机台架上进行优化。
进一步优选的，优化好后需要在真实的低温环境下进行验证，使GPF颗粒物模型预估值与实际称重值在允许的误差范围内。
优选的，每次实验均是在相同的驾驶循环下进行参数优化。如此，在一个相同的模拟驾驶循环下有利于发现参数优化的结果。
本发明设计的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的系统，其特征在于，包括：发动机，传感器、执行器，控制单元，所述控制单元包含数据处理单元和存储单元；
数据处理单元根据发动机传感器、执行器收集、处理发动机当前各种运行参数，用于控制单元判断当前发动机运行工况，根据当前运行工况判断并从储存单元中选取喷油策略；
存储单元存储发动机各种工况的喷油策略；
所述喷油策略是不同环境温度下暖机工况最少颗粒物排放对应的喷油压力、喷油时刻、燃油分配比例的集合。
本发明的有益效果是：本发明提高了低温暖机阶段燃油雾化效果，有效减少了颗粒物产生。提高燃了油喷射压力，同时采取多次(一般两次)喷射，缩短每次喷油时间减小喷油贯穿距，从而避免了提高压力后燃油喷射到发动机缸壁(或活塞)上产生较多颗粒物及机油乳化的风险。
本发明降低低温、低速驾驶循环下暖机阶段发动机颗粒物排放，在无GPF时可有效降低颗粒物的直接排放，在有GPF时可避免GPF在短时间(几个低温低速驾驶循环)内堵塞的风险，减少客户需要刻意跑高速清碳(让GPF再生)的抱怨。
附图说明
图1是本发明的系统原理图
图2是直喷发动机燃油单次喷射示意图
图3是直喷发动机燃油两次喷射示意图
具体实施方式
下面通过图1～图2以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明设计的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的系统，包括：发动机101，传感器、执行器102，控制单元(ECU)103，控制单元103包含数据处理单元104及存储单元105，数据处理单元104根据发动机传感器、执行器102收集、处理发动机当前各种运行参数，用于控制单元103判断当前发动机运行工况，根据运行工况判断采取何种喷油策略，存储单元105存储发动机各种工况的目标喷油压力列表、喷油时刻表、喷油策略，运行工况可分为暖机阶段和热机阶段；喷油策略是单次喷射还是多次喷射、多次喷射时的每次喷射燃油分配比例。第一个驾驶循环实际运行工况差异性很大，可大致分为：起动、怠速、热机、正常行驶工况，其中怠速时间、热机负荷大小也会出现较大差异，运行工况的判断：发动机起动成功后根据发动机水温阈值判断，发动机水温小于阈值定义为暖机阶段，发动机水温大于阈值定义为热机阶段，发动机水温对燃油雾化有较大影响，不同的发动机水温采取不同的喷油参数。喷油策略根据发动机运转工况、环境条件(进气温度、大气压力等)、水温等条件兼顾发动机排放、油耗优化决定，此处特指低温环境下，第一个驾驶循环暖机阶段与颗粒物排放强相关，可在低温转毂下对不同温度下单次喷射、两次喷射分别进行优化，取颗粒物排放较好的喷油策略，优化后的喷油压力、喷油时刻、喷油策略存储在存储单元105。
如图2和图3所示，单次喷射在发动机进气冲程，两次喷射第一次喷射在进气冲程，第二次喷射在压缩冲程，两次喷射时长可分配。
本发明设计的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，包括以下步骤：
S1，低温环境下对单次喷射的喷油策略进行优化，测试发动机水温分别在-25℃，-15℃，-5℃三个不同温度下暖机工况不同燃油喷射压力、不同喷射时刻的颗粒物排放数据，模拟一个驾驶循环，每次试验时按照相同的驾驶循环进行参数优化，有利于发现参数优化的结果。
S2，据S1获取的数据，选择不同温度下暖机工况下最少颗粒物排放对应的喷油压力和单次喷油时刻，记录为最佳单次喷油策略数据，建立喷油压力控制表、一次喷油时刻表，并储在存储单元105；
S3、根据S2确定的最佳喷油压力和单次喷油时刻的基础上，在不同温度下对不同第二次喷油时刻和不同两次喷射燃油分配比例进行测试，得到两次喷射暖机工况颗粒物排放的数据，选择最少颗粒物排放对应的最佳第二次喷油时刻、燃油分配比例作为最佳两次喷油策略数据，建立二次喷油时刻表、两次喷射时喷油喷射时长分配比例表，并存储在存储单元105，第二次喷油的燃油喷射压力与单次喷射的参数相同；两次喷射燃油分配比例优化时一般按照6:4或5:5进行，如果两次燃油分配比例过大(7:3、8:2)或过小(3:7、2:8)，所占比例小的那一次喷射时长过短，落到喷油器的非线性区域影响该次喷射燃油质量计算，一般不选取，喷油器喷油时长大于临界值成线性比例关系，小于临界值非线性关系，临界值属于喷油器自身固有特性参数；第一次喷油时刻发生在进气冲程燃油可雾化、混合时间长于第二次喷油，理论上第一次喷油分配比例稍微扩大些效果会好一些。
S4，暖机工况单次喷射、两次喷射的设定：根据步骤S1、S2、S3已经将不同温度下暖机工况喷油策略优化好，保证发动机平稳运转的前提下采用对颗粒物排放较好效果的喷油策略，一般情况下低转速、小负荷区域避免喷油器时长过短落入喷油器的非线性区域引起发动机运转的平顺性采用单次喷射策略，中、大负荷区域采用两次喷射策略，将不同温度下暖机工况喷油策略存储到存储单元105中。
S5、发动机起动成功后，控制单元103先从传感器、执行器102获悉发动机运行参数：发动机转速、油门位置、水温、进气温度等参数；接着根据发动机水温判断当前运行工况是暖机工况还是热机工况、发动机负荷大小；然后，控制单元103根据发动机运行工况及发动机负荷大小调取存储器105中喷油策略并加以实施，通过查询暖机工况下的喷油压力控制表——以发动机转速、发动机水温为参照，一次喷油时刻表——以发动机转速、发动机水温为参照，二次喷油时刻表——以发动机转速、发动机水温为参照，以及两次喷射时喷油喷射时长分配比例表——以发动机转速、发动机水温为参照，进行暖机状态下的喷油控制。
低温暖机喷油策略在低温转毂或低温发动机台架上进行优化，并且再优化好后需要在真实的低温环境下进行验证，使GPF颗粒物模型预估值与实际称重值基本相符。
单次喷射、两次喷射示意图见图2和图3，单次喷射即第一次喷油时刻：喷油起始时刻相对压缩上止点的曲轴转角，第二次喷油时刻：第二次喷油起始时刻相对压缩上止点的曲轴转角，喷油时长为喷嘴喷油持续时间。
当暖机一定时间后，控制单元103结合发动机水温、车速、发动机负荷判断，退出暖机模式。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取发动机当前的运行参数：发动机转速、加速踏板位置、发动机水温、进气温度；
S2，将发动机水温与设定的阈值进行比较：若发动机水温大于阈值，发动机处于热机工况，正常喷油；若发动机水温小于阈值，发动机处于暖机工况，执行下一步；
S3，根据发动机的负荷大小采用不同的喷油策略：
若发动机处于小负荷工况，采用单次喷油策略；
若发动机处于中、大负荷工况，采用两次喷油策略；
在确定的单次喷油策略基础上，在不同温度下对不同的第二次喷油时刻和不同的两次喷射燃油分配比例进行测试，得到两次喷射中颗粒物排放的数据，选择最少颗粒物排放对应的最佳第二次喷油时刻、燃油分配比例作为两次喷油策略。
2.根据权利要求1所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：S2中，所述水温阈值根据不同发动机水温下颗粒物排放结果趋缓的趋势进行标定选取。
3.根据权利要求1所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：S3中喷油策略是不同环境温度下暖机工况最少颗粒物排放对应的喷油压力、喷油时刻、燃油分配比例的集合。
4.根据权利要求3所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：在低温环境下，测试发动机水温分别在不同环境温度下暖机工况不同燃油喷射压力、不同喷射时刻的颗粒物排放数据，选择不同环境温度下最少颗粒物排放对应的喷油压力和单次喷油时刻，记录为单次喷油策略。
5.根据权利要求1所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：两次喷射燃油分配比例为6：4或5：5。
6.根据权利要求1或4所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：在-25℃，-15℃，-5℃三个不同温度下进行测试。
7.根据权利要求6所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：在低温转毂或低温发动机台架上进行优化，优化好后需要在真实的低温环境下进行验证，使GPF颗粒物模型预估值与实际称重值在允许的误差范围内。
8.根据权利要求7所述的降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放的方法，其特征在于：每次实验均是在相同的驾驶循环下进行参数优化。
9.应用权利要求1至8中任一所述降低直喷汽油机低温下暖机阶段颗粒物排放方法的系统，其特征在于，包括：发动机，传感器、执行器，控制单元，所述控制单元包含数据处理单元和存储单元；
数据处理单元根据发动机传感器、执行器收集、处理发动机当前各种运行参数，用于控制单元判断当前发动机运行工况，根据当前运行工况判断并从储存单元中选取喷油策略；
存储单元存储发动机各种工况的喷油策略；
所述喷油策略是不同环境温度下暖机工况最少颗粒物排放对应的喷油压力、喷油时刻、燃油分配比例的集合。
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