CN112922736B - 基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：根据排气系统的多个点火效率请求确定排气系统请求点火效率，根据排气系统请求点火效率确定请求气路平均指示缸内压力，根据请求气路平均指示缸内压力分别确定请求火路扭矩效率和目标气量密度，根据请求火路扭矩效率得到目标点火角，同时调节实际点火角和实际气量密度，使实际点火效率达到目标点火效率。该方法同时通过调节点火角和气量密度来控制实际点火效率，在满足排气系统加热需求的同时，保证了发动机的动力性、稳定性和起动性能不受影响。

Description

基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，具体地指一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法。

背景技术

为了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和颗粒物捕集器等，催化器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。颗粒捕集器可以捕捉汽车尾气中90％以上数量的颗粒。但是被捕捉到的颗粒物将附着在捕集器过滤体上，随着颗粒物的不断积累，发动机的排气阻力会不断增加，当颗粒捕集器被严重堵塞时，发动机排气系统背压上升，造成发动机动力性经济性也会恶化。

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，一般会通过改善发动机燃烧效率，从而控制发动机后燃，来达到这一控制目标。

另外，被捕捉到的颗粒物将附着在捕集器过滤体上，随着颗粒物的不断积累，发动机的排气阻力会不断增加，当颗粒捕集器被严重堵塞时，发动机排气系统背压上升，造成发动机动力性经济性也会恶化。为了避免颗粒捕集器的堵塞必须要考虑清炭措施，必要时需要进行颗粒物捕集器再生，主动再生需要使颗粒捕集器内的温度和含氧量达到主动再生所需的条件，将颗粒捕集器内的颗粒物燃烧掉。

催化器起燃和颗粒物捕集器主动再生时，都会请求加热，提高零部件温度，从而改善排放。但是目前尚未公开根据排放系统的加热请求来进行点火效率控制的方案。

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，提供一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，该方法同时通过调节点火角和气量密度来控制实际点火效率，在满足排气系统加热需求的同时，保证了发动机的动力性、稳定性和燃油经济性不受影响。

为实现上述目的，本发明提供一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：根据排气系统的多个点火效率请求确定排气系统请求点火效率，根据排气系统请求点火效率和上一计算周期的实际点火效率确定请求气路平均指示缸内压力，根据请求气路平均指示缸内压力分别确定请求火路扭矩效率和目标气量密度，根据请求火路扭矩效率得到目标点火效率，根据目标点火效率得到目标点火角，同时调节实际点火角和实际气量密度，使当前实际点火效率达到目标点火效率。

进一步地，所述排气系统请求点火效率的确定方法包括，分别获取催化器加热请求点火效率、催化器劣化诊断请求点火效率和颗粒物捕集器再生请求点火效率，并取其最小值。

进一步地，所述请求气路平均指示缸内压力的确定方法包括，分别确定排气系统请求气路平均指示缸内压力和发动机请求气路平均指示缸内压力，并取其最大值。

进一步地，所述排气系统请求气路平均指示缸内压力p_{HeatIMEP Req}的确定方法包括，通过如下公式得到

p_{HeatIMEP Req}(N+1)＝p_AirIMEPAct×r_SprkErr×f(r_SprkErr,n)+p_{HeatIMEP Req}(N)

r_SprkErr＝r_SprkFinalAct-r_HeatEffDsrd

其中，N＝0,1,2…，p_HeatIMEPReq(N+1)为第N+1个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，p_HeatIMEPReq(N)为第N个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，特别地，p_HeatIMEPReq(0)＝0。p_AirIMEPAct为第N+1个计算周期的气路平均指示缸内压力，r_SprkFinalAct为第N+1个计算周期的实际点火效率，r_SprkErr为第N+1个计算周期的请求点火效率差，f(r_SprkErr,n)为点火效率修正因子，其根据请求点火效率差和发动机转速标定得到。

进一步地，所述请求火路扭矩效率的确定方法包括，确定请求火路扭矩效率初始值，根据火路扭矩效率修正系数对请求火路扭矩效率初始值进行修正。

进一步地，所述火路扭矩效率修正系数r_{TrqEffRatioHon}的确定方法包括，通过如下公式得到

其中，C_ReservDsbl和C_ReservEnbl均为固定常数，p_{AirIMEP ReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，p_SprkIMEPReq为请求火路平均指示缸内压力。

进一步地，所述火路扭矩效率修正系数的确定方法包括：

当火路扭矩效率修正系数增大时，

当火路扭矩效率修正系数减小时，

其中，r_{TrqEffRati oHon}(N+1)为当前计算周期的火路扭矩效率修正系数，r_{TrqEffRati oHon}(N)为上一计算周期的火路扭矩效率修正系数，_{rTrqEffRatioHon Req}为火路扭矩效率修正系数目标值，r_{TrqEffRatioHonUpRate}为火路扭矩效率修正系数增大变化率，r_{TrqEffRatioHonDownRate}为火路扭矩效率修正系数减小变化率，Δt为计算周期。

进一步地，所述火路扭矩效率修正系数目标值的确定方法包括：

当请求气路平均指示缸内压力与实际气路平均指示缸内压力之差大于设定压力时，火路扭矩效率修正系数目标值为1。

当请求气路平均指示缸内压力与实际气路平均指示缸内压力之差小于或等于设定压力时，火路扭矩效率修正系数目标值为0。

进一步地，所述目标气量密度的确定方法包括，通过如下公式得到

k_{FuelToDensity}＝r_{StoichiometricRatio}/c_{FuelHeatingValue}

其中，p_{AirIMEP ReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，r_BaseSprkEf为最佳点火效率，f(FEQR_Act)为空燃比修正系数，_rTrqConvEff为发动机燃烧效率，k_{FuelToDensity}为能量密度系数，c_{FuelHeatingValue}为燃油热值，r_{StoichiometricRatio}为燃油理想的空燃比。

进一步地，所述目标点火角的确定方法包括，根据请求火路扭矩效率和最佳点火效率的乘积得到目标点火效率，根据目标点火效率和点火效率曲线确定点火角修正值，所述目标点火角为最佳点火角与点火角修正值之和。

本发明的有益效果：本发明根据排气系统的多个点火效率请求确定排气系统请求点火效率，根据排气系统请求点火效率分别确定目标点火效率、目标点火角和目标气量密度，同时通过调节点火角和气量密度来控制实际点火效率达到目标点火效率，在满足排气系统加热需求的同时，保证了发动机的动力性、稳定性和燃油经济性能不受影响。

附图说明

图1为本发明的点火效率控制方法流程图。

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所示，一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，包括如下多个步骤。排气系统请求点火效率越小，则说明排气系统加热请求高。排气系统请求点火效率最大值为1，最小值为发动机燃烧稳定性确定的最小点火效率。

本实施例中所指的火路扭矩是由油门踏板开度与发动机转速等参数决定的需求火路扭矩，经一系列扭矩协调后，将需求火路扭矩转化为目标点火角，并最终输出点火提前角的过程中输出的扭矩。因此，本实施例中的火路是指通过调节点火角实现扭矩输出的途径。

本实施例中所指的气路扭矩是由油门踏板开度与发动机转速等决定的需求气路扭矩，经一系列扭矩协调后，将需求气路扭矩扭矩转化为目标进气量，并最终调节节气门阀片动作过程中产生的扭矩。因此，本实施例中的气路是指通过调节进气量实现扭矩输出的途径。

一、确定排气系统请求点火效率

本实施例中，排气系统请求点火效率的确定方法为分别获取催化器加热请求点火效率、催化器劣化诊断请求点火效率和颗粒物捕集器再生请求点火效率，并取其最小值。因为排气系统请求点火效率越小，则说明排气系统加热需求越大，为了保证上述三种情况下的加热需求都能满足，则应该取上述三者的最小值。

特别地，在未有催化器加热的点火效率请求时，则催化器加热请求点火效率为1；在未有催化器劣化诊断过程中的点火效率请求时，则催化器劣化诊断请求点火效率为1；在未有颗粒物捕集器主动再生点火效率请求时，则颗粒物捕集器再生请求点火效率为1。

二、确定请求气路平均指示缸内压力

本实施例中，请求气路平均指示缸内压力_{pAirIMEP ReqFinal}的确定方法为分别确定排气系统请求气路平均指示缸内压力和发动机请求气路平均指示缸内压力，并取其最大值。这样是为了既满足排气系统的加热需求，又满足发动机自身动力需求。

本实施例中，排气系统请求气路平均指示缸内压力_{pHeatIMEP Req}通过如下公式得到

p_{HeatIMEP Req}(N+1)＝p_AirIMEPAct×r_SprkErr×f(r_SprkErr,n)+p_{HeatIMEP Req}(N)

r_SprkErr＝r_SprkFinalAct-r_HeatEffDsrd

其中，N＝0,1,2…，p_HeatIMEPReq(N+1)为第N+1个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，p_{HeatIMEP Req}(N)为第N个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，特别地，p_{HeatIMEP Req}(0)＝0。p_AirIMEPAct为第N+1个计算周期的气路平均指示缸内压力，r_SprkFinalAct为第N个计算周期的实际点火效率，r_SprkErr为第N+1个计算周期的请求点火效率差，f(r_SprkErr,n)为点火效率修正因子。

点火效率修正因子根据请求点火效率差和发动机转速标定得到，详见表1。由于点火效率的调整会导致进气量和火路扭矩波动，从而影响排放和发动机转速波动，基于排放结果和发动机转速波动选择一个最佳的数值。可以看出只有当前实际点火效率等于排气系统请求点火效率时，排气系统请求气路平均指示缸内压力为0，即此时不再请求调节点火效率。

表1点火效率修正因子标定表

三、确定请求火路扭矩效率

本实施例中，请求火路扭矩效率的确定方法为：首先根据如下公式确定请求火路扭矩效率初始值r_{TrqEffRatioRaw}

其中，p_{SprkIMEP Req}为请求火路平均指示缸内压力，p_AirIMEPAct为实际气路平均指示缸内压力，即请求火路扭矩除以实际气路扭矩得到。

然后通过火路扭矩效率修正系数对请求火路扭矩效率初始值进行修正，最终的请求火路扭矩效率r_TrqEffRatio如下：

r_TrqEffRatio＝r_{TrqEffRatioHon}×r_{TrqEffRatioRaw}+(1-r_{TrqEffRatioHon})

本实施例中，火路扭矩效率修正系数r_{TrqEffRatioHon}的确定方法有如下两种。

第一种：火路扭矩效率修正系数通过如下公式得到

其中，C_ReservDsbl和C_ReservEnbl均为固定常数，C_ReservDsbl＝3kPa，C_ReservEnbl＝5kPa，p_{AirIMEPReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，p_SprkIMEPReq为请求火路平均指示缸内压力。

在上式中，在请求气路平均指示缸内压力_{pAirIMEPReqFinal}与请求火路平均指示缸内压力p_SprkIMEPReq之差超过C_ReservEnbl时，请求火路扭矩降低，火路扭矩效率修正系数最大，火路扭矩效率最小，提高扭矩抗干扰能力；在请求气路平均指示缸内压力p_{AirIMEP ReqFinal}与请求火路平均指示缸内压力p_SprkIMEPReq之差小于C_ReservDsbl时，请求火路扭矩增大，火路扭矩效率修正系数最小，火路扭矩效率最大，响应扭矩请求动力性要求。

第二种：火路扭矩效率修正系数的确定方法如下：

首先，根据如下判断确定火路扭矩效率修正系数目标值

当请求气路平均指示缸内压力p_SprkIMEPReq与实际气路平均指示缸内压力之差大于2kpa时，火路扭矩效率修正系数目标值为1；

当请求气路平均指示缸内压力与实际气路平均指示缸内压力之差小于或等于2kpa时，火路扭矩效率修正系数目标值为0。

然后，根据上一计算周期的火路扭矩效率修正系数与火路扭矩效率修正系数目标值的大小关系确定下一计算周期的火路扭矩效率修正系数。具体公式如下：

当火路扭矩效率修正系数增大时，

当火路扭矩效率修正系数减小时，

其中，r_{TrqEffRatioHon}(N+1)为当前计算周期的火路扭矩效率修正系数，r_{TrqEffRatioHon}(N)为上一计算周期的火路扭矩效率修正系数，r_{TrqEffRatioHon Req}为火路扭矩效率修正系数目标值，r_{TrqEffRatioHonUpRate}为火路扭矩效率修正系数增大变化率，r_{TrqEffRatioHonDownRate}为火路扭矩效率修正系数减小变化率，Δt为计算周期，取10ms。

火路扭矩效率修正系数增大变化率和火路扭矩效率修正系数减小变化率的设定为越大越好，但是越大会造成发动机转速波动，因此最终选择一个在转速波动范围内的变化率，为了加快满足排气系统点火效率的请求，火路扭矩效率修正系数增大变化率比火路扭矩效率修正系数减小变化率大，本实施例中，r_{TrqEffRatioHonUpRate}＝1.2/s，r_{TrqEffRatioHonDownRate}＝0.8/s。

四、确定目标点火角

本实施例中，目标点火角的确定方法为：首先根据请求火路扭矩效率和最佳点火效率的乘积得到目标点火效率，该目标点火效率是发动机在排气系统请求点火效率的请求下，综合考虑了发动机的动力性稳定性和经济性后，实际能够达到的目标值，通过上述求解过程可使目标点火效率与排气系统请求点火效率的误差控制在±2％；根据目标点火效率查询点火效率曲线确定点火角修正值，此外，还考虑推迟爆震所需要修正的点火角偏移量，则目标点火角为最佳点火角、点火角修正值和点火角偏移量之和。

五、确定目标气量密度

本实施例中，目标气量密度的确定方法为通过如下公式得到

k_{FuelToDensity}＝r_{StoichiometricRatio}/c_{FuelHeatingValue}

其中，p_{AirIMEP ReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，r_BaseSprkEf为最佳点火效率，f(FEQR_Act)为空燃比修正系数，r_TrqConvEff为发动机燃烧效率，k_{FuelToDensity}为能量密度系数，c_{FuelHeatingValue}为燃油热值，r_{StoichiometricRatio}为燃油理想的空燃比。

空燃比修正系数f(FEQR_Act)通过FEQR_Act标定得到，详见表2。FEQR_Act为理想空燃比与实际空燃比的比值。

表2空燃比修正系数标定表

FEQR<sub>Act</sub>	1	1.03	1.04	1.06	1.08	1.1	1.12	1.14	1.18	1.23	1.3	1.4
													f(FEQR<sub>Act</sub>)	1	1	1.01	1.02	1.02	1.03	1.03	1.03	1.03	1.02	1.01	1

目标气量密度被限制在发动机最大气量密度和最小气量密度内，最大气量密度和最小气量密度由各工况下发动机最大允许和最小允许的气量密度、以及发动机其他功能控制要求决定。限制后的气量密度作为最终的目标气量密度。

六、调节实际点火角和实际气量密度

最终，调节实际点火角至目标点火角，同时调节实际气量密度至目标气量密度，使得实际点火效率达到目标点火效率。本发明在满足了排气系统的加热需求的同时，为了避免了点火效率的变化对发动机转速波动、动力性和起动性能影响，通过排气系统请求点火效率调节气路扭矩来实现气量的增大的同时，并根据气路扭矩来调节实际点火角。且提高气量同样能够进一步加快排气系统的温度升高。

Claims (9)

1.一种基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：分别获取催化器加热请求点火效率、催化器劣化诊断请求点火效率和颗粒物捕集器再生请求点火效率，并取其最小值得到排气系统请求点火效率，根据排气系统请求点火效率和上一计算周期的实际点火效率确定请求气路平均指示缸内压力，根据请求气路平均指示缸内压力分别确定请求火路扭矩效率和目标气量密度，根据请求火路扭矩效率得到目标点火效率，根据目标点火效率得到目标点火角，同时调节实际点火角和实际气量密度，使当前实际点火效率达到目标点火效率。

2.根据权利要求1所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述请求气路平均指示缸内压力的确定方法包括，分别确定排气系统请求气路平均指示缸内压力和发动机请求气路平均指示缸内压力，并取其最大值。

3.根据权利要求2所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述排气系统请求气路平均指示缸内压力p_HeatIMEPReq的确定方法包括，通过如下公式得到

p_HeatIMEPReq(N+1)＝p_AirIMEPAct×r_SprkErr×f(r_SprkErr,n)+p_HeatIMEPReq(N)

r_SprkErr＝r_SprkFinalAct-r_HeatEffDsrd

其中，N＝0,1,2…，p_HeatIMEPReq(N+1)为第N+1个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，p_HeatIMEPReq(N)为第N个计算周期的请求气路平均指示缸内压力，其中，p_HeatIMEPReq(0)＝0，p_AirIMEPAct为第N+1个计算周期的气路平均指示缸内压力，r_SprkFinalAct为第N个计算周期的实际点火效率，r_HeatEffDsrd为第N个计算周期排气系统请求点火效率，r_SprkErr为第N+1个计算周期的请求点火效率差，f(r_SprkErr,n)为点火效率修正因子，其根据请求点火效率差和发动机转速标定得到。

4.根据权利要求1所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述请求火路扭矩效率的确定方法包括，确定请求火路扭矩效率初始值，根据火路扭矩效率修正系数对请求火路扭矩效率初始值进行修正。

5.根据权利要求4所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述火路扭矩效率修正系数r_{TrqEffRatioHon}的确定方法包括，通过如下公式得到

其中，C_ReservDsbl和C_ReservEnbl均为固定常数，p_{AirIMEPReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，p_SprkIMEPReq为请求火路平均指示缸内压力。

6.根据权利要求4所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述火路扭矩效率修正系数的确定方法包括：

当火路扭矩效率修正系数增大时，

当火路扭矩效率修正系数减小时，

其中，r_{TrqEffRatioHon}(N+1)为当前计算周期的火路扭矩效率修正系数，r_{TrqEffRatioHon}(N)为上一计算周期的火路扭矩效率修正系数，r_{TrqEffRatioHonReq}为火路扭矩效率修正系数目标值，r_{TrqEffRatioHonUpRate}为火路扭矩效率修正系数增大变化率，r_{TrqEffRatioHonDownRate}为火路扭矩效率修正系数减小变化率，Δt为计算周期。

7.根据权利要求6所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述火路扭矩效率修正系数目标值的确定方法包括：

当请求气路平均指示缸内压力与实际气路平均指示缸内压力之差大于设定压力时，火路扭矩效率修正系数目标值为1；

当请求气路平均指示缸内压力与实际气路平均指示缸内压力之差小于或等于设定压力时，火路扭矩效率修正系数目标值为0。

8.根据权利要求1所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述目标气量密度的确定方法包括，通过如下公式得到

k_{FuelToDensity}＝r_{StoichiometricRatio}/c_{FuelHeatingValue}

其中，p_{AirIMEPReqFinal}为请求气路平均指示缸内压力，r_BaseSprkEff为最佳点火效率，f(FEQR_Act)为空燃比修正系数，r_TrqConvEff为发动机燃烧效率，k_{FuelToDensity}为能量密度系数，c_{FuelHeatingValue}为燃油热值，r_{StoichiometricRatio}为燃油理想的空燃比。

9.根据权利要求1所述的基于发动机排气系统加热需求的点火效率控制方法，其特征在于：所述目标点火角的确定方法包括，根据请求火路扭矩效率和最佳点火效率的乘积得到目标点火效率，根据目标点火效率和点火效率曲线确定点火角修正值，所述目标点火角为最佳点火角与点火角修正值之和。

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