CN112539113A - 一种空气系统控制方法及装置 - Google Patents

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CN112539113A CN202011383737.8A CN202011383737A CN112539113A CN 112539113 A CN112539113 A CN 112539113A CN 202011383737 A CN202011383737 A CN 202011383737A CN 112539113 A CN112539113 A CN 112539113A
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Abstract

本申请提供了一种基于发动机NOx模型的空气系统控制方法及装置，通过根据后处理的运行效率、当前发动机转速和当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；依据最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值；根据最低NOx设定值对NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值；通过氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。本申请通过基于NOx设定值控制EGR和VGT，保证后处理控制的稳定性，可以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性。

Description

一种空气系统控制方法及装置
技术领域
本申请属于发动机控制技术领域，尤其涉及一种空气系统控制方法及装置，基于发动机NOx模型。
背景技术
EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)技术是满足国六排放的关键技术之一，EGR即是将发动机排出的废气重新引入进气管并参与燃烧的过程，通过EGR技术可有效降低燃烧过程中产生的NOX，可调增压器通常和EGR技术搭配使用，使用可调增压器的优点是在一定范围内调节进入发动机的进气总量，保证排放的一致性，目前可调增压器的形式多种，主要包括VNT(Variable Nozzle Turbine)、E-WG(电控放气阀增压器)等等。
传统的空气系统控制方案(本案的增压器以VNT举例，空气系统控制主要是EGR/VNT控制)主要是新鲜进气量控制和进气压力控制，发动机配置如图1所示，安装于空滤后的进气流量传感器测量进入发动机的新鲜气量，ECU通过控制EGR阀的开度保证新鲜气量的闭环，安装于进气总管的P2压力传感器用于测量发动机进气压力，ECU通过调节VGT的开度控制进气压力，其控制逻辑如图2所示(以VNT控制举例，EGR控制结构类似)。新鲜气量和进气压力的同时控制可保证进入发动机的过量空气系数(简称
Figure BDA0002809156420000011
)和氧气浓度一定，从而控制发动机原机NOx排放。
但是，这种传统的空气系统控制方案也存在弊端，其一不能随后处理SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)的效率自适用的调节原始排放，其二整车实际运行过程中发动机的原始NOx排放受环境影响较大(例如中冷后温度、进气绝对湿度等)，因此，无法保证各种环境下的原机NOx排放的一致性，加重了后处理的负担。
发明内容
本申请提供了一种空气系统控制方法及装置，以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性，保证后处理控制的稳定性。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种空气系统控制方法，包括：
获取当前发动机转速和当前喷油量；
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
进一步的，所述根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度，具体为：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
进一步的，所述氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000021
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
一种空气系统控制装置，包括：
第一处理单元，用于获取当前发动机转速和当前喷油量；
第二处理单元，用于根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
第三处理单元，用于依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
第四处理单元，用于根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
第五处理单元，用于所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
第六处理单元，用于通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
进一步的，所述第二处理单元具体用于：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
进一步的，所述氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000031
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如上述所述的空气系统控制方法。
一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如上述所述的空气系统控制方法。
本申请所述的空气系统控制方法及装置，通过获取当前发动机转速和当前喷油量；根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。本申请通过基于NOx设定值控制EGR和VGT，保证后处理控制的稳定性，可以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中发动机空气系统结构示意图；
图2为现有技术中空气系统控制逻辑示意图；
图3为本申请实施例提供的一种空气系统控制方法流程图；
图4为本申请实施例提供的空气系统控制逻辑示意图；
图5为本申请实施例提供的NOx与氧浓度之间的关系标定流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一种空气系统控制装置结构示意图；
图7为本申请实施例公开的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
本申请提供一种空气系统控制方法及装置，基于发动机NOx模型，其目的在于：以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性，保证后处理控制的稳定性。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图3所示，本申请实施例提供了一种空气系统控制方法流程图，具体包括如下步骤：
S301：获取当前发动机转速和当前喷油量；
S302：根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
进一步的，所述根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度，具体为：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
上述所述氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000051
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
S303：依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
S304：根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
S305：所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
S306：通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
本申请实施例可直接根据后处理的运行效率选择不同的NOx设定值MAP(如图4所示，用％符号表示不同的MAP)，例如，由于环境因素，后处理温度较低，NOx转化效率较低，NOx设定值MAP可以选择MAP1，MAP1设定值的标定较其它低。
NOx模型搭建了NOx与进气总管氧气浓度之间的关系，可以根据实时环境状态(例如中冷后温度、进气湿度、环境压力等等)准确预测发动机产生的NOx。
根据发动机实际的转速、喷油量和每个工况下允许的最低λ计算最低氧浓度，最低氧浓度根据上述NOx模型计算该工况下允许的最低NOx设定值，该设定值对前述NOx设定值MAP％中输出的设定值0进行最低限制(瞬态限制)并输出NOx设定值1。该功能的设置可保证瞬态下由于EGR和VGT的控制问题导致的烟度过大问题(瞬态下EGR和VGT控制不合理导致烟度很大，此时应该保证烟度，而不应该继续按照设定的NOx进行控制)。其中氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000061
的转换关系为：
λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)
NOx转置模型为上述NOx模型的反函数，通过氧浓度设定值与增压压力设定值计算需求的EGR率从而控制EGR阀的开度(EGR协调控制模块)。
增压压力设定值通过调节VGT的开度控制进入发动机的进气压力(VGT协调控制模块)。其中，NOx模型主要是基于物理模型和试验经验获取NOx与氧浓度之间的关系，考虑环境条件的影响，其主要逻辑关系如图5所示，参考系数y与参考NOx排放分别是基于转速、油量的标定MAP。其中,参考NOx排放为固定工况下EGR阀关闭时发动机产生的原始NOx排放，由标定获取；参考系数y为该工况下EGR阀正常开启后的NOx的影响系数，该系数的标定与当下工况下的氧浓度值相关，标定获取。
NOx模型只是简易表示，不限于图示几种修正，还可以包括发动机温度、进气压力、燃烧参数等等，各个修正关系基本上是一种指数关系。
本申请实施例提供的空气系统控制方法，通过获取当前发动机转速和当前喷油量；根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。本申请通过基于NOx设定值控制EGR和VGT，保证后处理控制的稳定性，可以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性。
请参阅图6，基于上述实施例公开的一种空气系统控制方法，本实施例对应公开了一种空气系统控制装置，具体包括：
第一处理单元601，用于获取当前发动机转速和当前喷油量；
第二处理单元602，用于根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
第三处理单元603，用于依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
第四处理单元604，用于根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
第五处理单元605，用于所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
第六处理单元606，用于通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
进一步的，所述第二处理单元602具体用于：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
进一步的，所述氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000081
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
所述空气系统控制装置包括处理器和存储器，上述第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元、第四处理单元、第五处理单元和第六处理单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，以保证各种环境下的原机NOx排放的一致性，保证后处理控制的稳定性。
本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述空气系统控制方法。
本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述空气系统控制方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，如图7所示，该电子设备70包括至少一个处理器701、以及与所述处理器连接的至少一个存储器702、总线703；其中，所述处理器701、所述存储器702通过所述总线703完成相互间的通信；处理器701用于调用所述存储器702中的程序指令，以执行上述的所述空气系统控制方法。
本文中的电子设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：
获取当前发动机转速和当前喷油量；
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
进一步的，所述根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度，具体为：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
进一步的，所述氧气浓度与
Figure BDA0002809156420000091
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种空气系统控制方法，其特征在于，包括：
获取当前发动机转速和当前喷油量；
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度，具体为：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧气浓度与λ的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
4.一种空气系统控制装置，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于获取当前发动机转速和当前喷油量；
第二处理单元，用于根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定当前工况下最低氧浓度；
第三处理单元，用于依据所述最低氧浓度通过NOx模型确定当前工况下允许的最低NOx设定值，所述NOx模型为基于物理模型和试验经验获取的NOx与氧浓度之间的关系；
第四处理单元，用于根据所述最低NOx设定值对所述NOx设定值进行瞬态限值，确定实际NOx设定值；
第五处理单元，用于所述实际NOx设定值根据NOx转置模型计算氧浓度设定值，所述NOx转置模型为所述NOx模型的反函数；
第六处理单元，用于通过所述氧浓度设定值与增压压力设定值计算发动机需求的EGR率，控制EGR阀的开度，并根据所述增压压力设定值调节VNT的开度控制进入所述发动机的进气压力。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元具体用于：
根据后处理的运行效率、所述当前发动机转速和所述当前喷油量确定NOx设定值；
根据所述当前发动机转速、所述当前喷油量、最低λ，依据进气氧浓度限值计算所述当前工况下最低氧浓度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述氧气浓度与
Figure FDA0002809156410000021
的转换关系为：λ＝(1+Xo2/3)/(1-4.77*Xo2)。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至3中任一项所述的空气系统控制方法。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如权利要求1至3中任一项所述的空气系统控制方法。
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