CN113803176B - 一种天然气发动机的控制方法、发动机系统以及车辆 - Google Patents

一种天然气发动机的控制方法、发动机系统以及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车尾气排放净化技术领域，公开了一种天然气发动机的控制方法、发动机系统及车辆，该天然气发动机的控制方法包括：判断发动机是否进入断气模式；如果发动机进入断气模式，打开EGR阀使部分尾气回流至发动机气缸内对三元催化器补偿温度；依据发动机进入断气模式的断气时长和三元催化器的温度判断发动机是否进入三元催化器保温模式；如果进入三元催化器保温模式，依据保温需求扭矩计算发动机重新正常运行所需的空气量和燃气喷射量并向发动机的气缸输送空气和喷射燃气，使三元催化器正常工作。从而使得三元催化器始终处于高效催化的状态，降低了车辆的尾气排放量。

Description

一种天然气发动机的控制方法、发动机系统以及车辆
技术领域
本发明涉及汽车尾气排放净化技术领域，尤其涉及一种天然气发动机的控制方法、发动机系统及车辆。
背景技术
目前，车辆尾气排放问题已经是大气污染的主要源头之一，欧美等发达国家对于尾气排放指标已经越来越严格。其中，三元催化器是天然气发动机后处理的核心部件，在天然发动机运行时，发动机的内燃机燃烧燃料，三元催化器将引起空气污染的发动机尾气转换成无害气体，使得排放的尾气能够达到排放标准。
其中，三元催化器的温度是影响三元催化器的催化效率的主要因素。当天然气发动机正常运行时，对发动机停止输送天然气，发动机进入断气模式，在断气模式下三元催化器的温度会逐渐降低，从而导致三元催化器的催化效率逐渐降低，导致尾气排放量大。
因此，亟需一种天然气发动机的控制方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然气发动机的控制方法、发动机系统及车辆，以提高三元催化器的温度，降低车辆的尾气排放量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种天然气发动机的控制方法，其包括：
判断发动机是否进入断气模式；
如果所述发动机进入所述断气模式，打开EGR阀使部分尾气回流至发动机气缸内对三元催化器补偿温度；
依据所述发动机进入所述断气模式的断气时长和所述三元催化器的实时温度判断所述发动机是否进入三元催化器保温模式；
如果进入所述三元催化器保温模式，依据保温需求扭矩计算发动机重新正常运行所需的空气量和燃气喷射量；
依据所述空气量和所述燃气喷射量向所述发动机的气缸输送空气和喷射燃气，使所述发动机重新正常运行。
作为优选，当所述发动机正常运行时，判断所述发动机是否进入所述断气模式，判断所述发动机是否进入所述断气模式的参数至少包括发动机转速、发动机进气管压力和发动机需求扭矩，判断所述发动机是否进入所述断气模式的步骤包括：
如果所述发动机转速大于设定转速，所述发动机进气管压力大于设定压力，以及所述发动机需求扭矩大于设定扭矩，则所述发动机进入断气模式。
作为优选，当所述发动机的运行状态为启动时，依据所述发动机的运行参数判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式，判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式的参数至少包括发动机水温、发动机停机时长、离合器信号、刹车信号和挡位信号，判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式的步骤包括：
如果所述发动机水温小于设定水温，所述发动机停机时长大于设定停机时长，所述离合器信号为离合器不工作信号，所述刹车信号为刹车不工作信号，且所述挡位信号为空挡信号时，则所述发动机进入所述三元催化器保温模式。
作为优选，当所述发动机正常运行时，如果满足所述发动机转速小于等于设定转速，所述发动机进气管压力小于等于设定压力，以及所述发动机需求扭矩小于等于设定扭矩中的任一个，则所述发动机正常运行；
当所述发动机的运行状态为启动时，如果满足所述发动机水温大于等于设定水温，所述发动机停机时长小于等于设定停机时长，所述离合器信号为离合器工作信号，所述刹车信号为刹车工作信号，以及所述挡位信号为非空挡信号中的任一个，则所述发动机正常运行。
作为优选，依据所述发动机进入所述断气模式的断气时长和所述三元催化器的实时温度判断所述发动机是否进入所述三元催化器保温模式的步骤包括：
当所述发动机进入所述断气模式的断气时长大于等于设定时长，所述发动机进入所述三元催化器保温模式；
当所述发动机进入所述断气模式的断气时长小于所述设定时长，获取所述三元催化器的实时温度；
判断所述三元催化器的实时温度是否小于设定温度；
当所述三元催化器的实时温度小于设定温度，所述发动机进入所述三元催化器保温模式；
当所述三元催化器的实时温度大于等于设定温度，所述三元催化器正常工作。
作为优选，依据空气进入所述三元催化器的前后温差确定所述三元催化器的实时温度。
作为优选，空气进入所述三元催化器之前的温度为第一温度，空气从所述三元催化器排出的温度为第二温度，所述三元催化器的实时温度的通过以下步骤获取：
依据所述第一温度和所述第二温度计算温度差值；
依据所述温度差值和进入所述三元催化器的空气的进气量计算所述三元催化器的损耗热量；
依据所述损耗热量从所述损耗热量和三元催化器的温度之间的map中查询所述三元催化器的实时温度。
作为优选，所述保温需求扭矩小于所述发动机的实时摩擦扭矩。
一种发动机系统，其应用上述的天然气发动机的控制方法。
一种车辆，其包括上述的发动机系统。
本发明的有益效果：
本发明的目的在于提供一种天然气发动机的控制方法、发动机系统及车辆。该天然气发动机的控制方法包括：判断发动机是否进入断气模式，若发动机进入断气模式，则打开EGR阀，将车辆排出的部分尾气通过EGR阀重新输送至发动机的气缸，可以理解的是，气缸的温度较高，能够对尾气进行加热，然后该部分尾气再经过排气系统重新进入至三元催化器，该部分尾气的温度大于空气温度，从而重新进入至三元催化器的尾气能够对三元催化器进行保温，从而提高在断气模式下三元催化器的催化效率；再依据发动机进入断气模式的断气时长和三元催化器的温度判断发动机是否进入三元催化器保温模式；当进入三元催化器保温模式，依据对三元催化器进行保温需要达到的保温需求扭矩计算发动机正常运行所需的空气量和燃气喷射量，再依据计算得到的空气量和燃气喷射量向发动机的气缸输送空气和喷射燃气，使得发动机重新正常运行，三元催化器的温度重新恢复正常，从而实现对三元催化器的保温，使得三元催化器的温度为能够保证三元催化器高效催化的温度，从而提高三元催化器保温模式下三元催化器的催化效率，同时，如此设置，能够精确的控制向发动机的气缸输送空气和喷射燃气的量，从而精确的实现对三元催化器的保温，也节省了燃料。
从而，车辆在正常运行、处于断气模式和处于三元催化器保温模式的过程中，均能够保证三元催化器处于高效催化的状态，从而有效的降低车辆的尾气排放量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本实施例提供一种天然气发动机的控制方法，该天然气发动机的控制方法包括以下步骤。
S10：获取发动机的运行状态，运行状态包括发动机启动、发动机正常运行和发动机停机。
若当前发动机的运行状态为发动机停机，则启动发动机；
若当前发动机的运行状态为发动机启动，则执行S20；
若当前发动机的运行状态为发动机正常运行，则执行S30。
S20：当发动机的运行状态为启动时，依据发动机的运行参数判断发动机正常运行或进入三元催化器保温模式。
其中，判断发动机正常运行或进入三元催化器保温模式的参数至少包括发动机水温、发动机停机时长、离合器信号、刹车信号和挡位信号。可以理解的是，可以依据实际工况增加其他运行参数。
当发动机的运行状态为启动时，依据发动机的运行参数判断发动机正常运行或进入三元催化器保温模式的具体步骤如下：
S21：如果发动机水温小于设定水温，发动机停机时长大于设定停机时长，离合器信号为离合器不工作信号，刹车信号为刹车不工作信号，且挡位信号为空挡信号时，则发动机进入三元催化器保温模式。执行S60。
可以理解的是，必须同时满足发动机水温小于设定水温，发动机停机时长大于设定停机时长，离合器信号为离合器不工作信号，刹车信号为刹车不工作信号，且挡位信号为空挡信号，才能控制发动机进入三元催化器保温模式。
其中，设定水温的值和停机时长的值可通过前期的大量试验获得。
其中，离合器不工作信号即为识别驾驶员不踩离合器生成的电信号；刹车不工作信号即为识别驾驶员不踩刹车生成的电信号，空挡信号即为当车辆的挡位为空挡时生成的电信号。
S22：如果满足发动机水温大于等于设定水温，发动机停机时长小于等于设定停机时长，离合器信号为离合器工作信号，刹车信号为刹车工作信号，以及挡位信号为非空挡信号中的任一个，则发动机正常运行。执行S30。
可以理解的是，当发动机水温、发动机停机时长、离合器信号、刹车信号和空挡信号中的任意一个不满足条件时，发动机不进入三元催化器保温模式，发动机正常运行，在发动机正常运行时，三元催化器的温度正常，三元催化器能够正常工作。如此设置，即当车辆的离合器工作时，或驾驶员不踩刹车时，或车辆的挡位不为空挡时，发动机正常运行，从而保证车辆正常运行，可以理解的是，当车辆正常运行时，发动机的转速正常，从而保证了驾驶员的驾驶舒适性。
S30：当发动机正常运行时，判断发动机是否进入断气模式。
其中，断气模式指的是停止向发动机气缸内输送天然气。
其中，判断发动机是否进入断气模式的参数至少包括发动机转速、发动机进气管压力和发动机需求扭矩。可以理解的是，可以依据实际工况增加其他判断发动机是否进入断气模式的参数。
判断发动机是否进入断气模式的具体步骤如下：
S31：当发动机转速大于设定转速，发动机进气管压力大于设定压力，以及发动机需求扭矩大于设定扭矩时，发动机进入断气模式。执行S40。
可以理解的是，必须同时满足发动机转速大于设定转速，发动机进气管压力大于设定压力，以及发动机需求扭矩大于设定扭矩，发动机进入断气模式。
其中，当车辆处于不同挡位时，设定转速、设定压力和设定扭矩均有对应的设定值。
S32：如果满足发动机转速小于等于设定转速，发动机进气管压力小于等于设定压力，以及发动机需求扭矩小于等于设定扭矩中的任一个，则发动机正常运行。再返回执行S30。
可以理解的是，当发动机转速、发动机进气管压力和发动机需求扭矩中的任意一个不满足条件时，发动机不进入断气模式，发动机依旧正常运行，再循环执行S30，直至发动机进入断气模式执行S40。
可以理解的是，在发动机正常运行时，三元催化器的温度正常，三元催化器能够正常工作时，在此前提下，再去判断发动机能否进入断气模式，当发动机具备进入断气模式工作时，进入断气模式，从而能够节省燃料，且能在节省燃料的基础上保证三元催化器的温度正常，使得三元催化器能够正常高效工作。
S40：当发动机进入断气模式，打开EGR阀使部分尾气回流至发动机气缸内对三元催化器补偿温度。
具体地，打开EGR阀，使得车辆排出的部分尾气通过EGR阀重新输送至发动机的气缸，可以理解的是，气缸的温度较高，能够对尾气进行加热，然后该部分尾气再经过排气系统重新输送至三元催化器，该部分尾气的温度大于空气温度，从而重新进入至三元催化器的尾气能够对三元催化器进行保温，从而提高了在断气模式下三元催化器的催化效率。
优选地，可通过调大EGR阀的开度增加重新进入至三元催化器的尾气量。从而进一步增加对三元催化器进行保温的保温时长，进一步提高在断气模式下三元催化器的催化效率。
S50：依据发动机进入断气模式的断气时长和三元催化器的实时温度判断发动机是否进入三元催化器保温模式。
具体的判断步骤如下：
S51：当发动机进入断气模式的断气时长大于等于设定时长，发动机进入三元催化器保温模式。
S52：当发动机进入断气模式的断气时长小于设定时长，获取三元催化器的实时温度。
其中，设定时长可通过前期的大量试验获得。
S53：判断三元催化器的实时温度是否小于设定温度。
S531：当三元催化器的实时温度小于设定温度，发动机进入三元催化器保温模式。执行S60。
S532：当三元催化器的实时温度大于等于设定温度，三元催化器正常工作。重复执行S52和S53。
S60：当进入三元催化器保温模式，依据保温需求扭矩计算发动机正常运行所需的空气量和燃气喷射量。
当进入三元催化器保温模式，依据保温需求扭矩计算发动机正常运行所需的空气量和燃气喷射量，能够精确的控制向发动机的气缸输送空气和喷射燃气的量，能够节省燃料。
其中，保温需求扭矩可通过前期的大量试验获得。
其中，在已知保温需求扭矩的基础上，通过保温需求扭矩计算发动机重新正常运行所需的空气量和燃气喷射量，从而使得发动机重新正常运行。其中，通过扭矩计算发动机正常运行所需的空气量和燃气喷射量的计算公式为现有技术，在此不再赘述。
优选地，保温需求扭矩小于发动机的实时摩擦扭矩。从而保证在三元催化器保温模式下发动机的实际转速处于下降状态，从而避免由于对三元催化器进行保温导致的发动机的实际转速下降过慢，从而保证驾驶员能够换挡。
S70：依据空气量和燃气喷射量向发动机的气缸输送空气和喷射燃气，使发动机重新正常运行。
可以理解的是，当发动机重新正常运行后，使得三元催化器的温度重新升高至三元催化器高效催化的温度，从而实现精确地对三元催化器的保温，也节省了燃料。
从而，在车辆正常运行、处于断气模式和处于三元催化器保温模式的过程中，均能够保证三元催化器处于高效催化的状态，从而有效的降低车辆的尾气排放量。
其中，依据空气进入三元催化器的前后温差确定三元催化器的实时温度。其中，空气进入三元催化器之前的温度为第一温度，空气从三元催化器排出的温度为第二温度，获取三元催化器的实时温度的方法包括：
依据第一温度和第二温度计算温度差值。
依据温度差值和进入三元催化器的空气的进气量计算三元催化器的损耗热量。
依据损耗热量从损耗热量和三元催化器的温度之间的map中查询三元催化器的实时温度。
具体地，损耗热量的计算公式为：Q＝cm(t1-t2)，其中：c为空气的比热容，J/(kg·℃)；m为空气的进气量的质量，kg；t1为第一温度，℃；t2为第二温度，℃。
其中，损耗热量和三元催化器的温度之间的map可通过前期的大量试验获得。
本实施例还提供一种发动机系统，应用上述的天然气发动机的控制方法工作。应用上述的天然气发动机的控制方法的发动机系统，当车辆在正常运行、处于断气模式和处于三元催化器保温模式的过程中，均能够保证三元催化器处于高效催化的状态，从而有效的降低车辆的尾气排放量。
本实施例还提供一种车辆，包括上述的发动机系统。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气发动机的控制方法，其特征在于，包括：
获取发动机的运行状态，运行状态包括发动机启动、发动机正常运行和发动机停机；
当发动机的运行状态为启动时，依据发动机的运行参数判断发动机正常运行或进入三元催化器保温模式；
当发动机正常运行时，判断发动机是否进入断气模式；
如果所述发动机进入所述断气模式，打开EGR阀使部分尾气回流至发动机气缸内对三元催化器补偿温度；
依据所述发动机进入所述断气模式的断气时长和所述三元催化器的实时温度判断所述发动机是否进入三元催化器保温模式；
如果进入所述三元催化器保温模式，依据保温需求扭矩计算发动机重新正常运行所需的空气量和燃气喷射量；所述保温需求扭矩小于所述发动机的实时摩擦扭矩；
依据所述空气量和所述燃气喷射量向所述发动机的气缸输送空气和喷射燃气，使所述发动机重新正常运行；
依据所述发动机进入所述断气模式的断气时长和所述三元催化器的实时温度判断所述发动机是否进入所述三元催化器保温模式的步骤包括：
当所述发动机进入所述断气模式的断气时长大于等于设定时长，所述发动机进入所述三元催化器保温模式；
当所述发动机进入所述断气模式的断气时长小于所述设定时长，获取所述三元催化器的实时温度；
判断所述三元催化器的实时温度是否小于设定温度；
当所述三元催化器的实时温度小于设定温度，所述发动机进入所述三元催化器保温模式；
当所述三元催化器的实时温度大于等于设定温度，所述三元催化器正常工作。
2.根据权利要求1所述的天然气发动机的控制方法，其特征在于，当所述发动机正常运行时，判断所述发动机是否进入所述断气模式的参数至少包括发动机转速、发动机进气管压力和发动机需求扭矩，判断所述发动机是否进入所述断气模式的步骤包括：
如果所述发动机转速大于设定转速，所述发动机进气管压力大于设定压力，以及所述发动机需求扭矩大于设定扭矩，则所述发动机进入断气模式。
3.根据权利要求2所述的天然气发动机的控制方法，其特征在于，当所述发动机的运行状态为启动时，依据所述发动机的运行参数判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式，判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式的参数至少包括发动机水温、发动机停机时长、离合器信号、刹车信号和挡位信号，判断所述发动机正常运行或进入所述三元催化器保温模式的步骤包括：
如果所述发动机水温小于设定水温，所述发动机停机时长大于设定停机时长，所述离合器信号为离合器不工作信号，所述刹车信号为刹车不工作信号，且所述挡位信号为空挡信号时，则所述发动机进入所述三元催化器保温模式。
4.根据权利要求3所述的天然气发动机的控制方法，其特征在于，
当所述发动机正常运行时，如果满足所述发动机转速小于等于设定转速，所述发动机进气管压力小于等于设定压力，以及所述发动机需求扭矩小于等于设定扭矩中的任一个，则所述发动机正常运行；
当所述发动机的运行状态为启动时，如果满足所述发动机水温大于等于设定水温，所述发动机停机时长小于等于设定停机时长，所述离合器信号为离合器工作信号，所述刹车信号为刹车工作信号，以及所述挡位信号为非空挡信号中的任一个，则所述发动机正常运行。
5.根据权利要求1所述的天然气发动机的控制方法，其特征在于，依据空气进入所述三元催化器的前后温差确定所述三元催化器的实时温度。
6.根据权利要求5所述的天然气发动机的控制方法，其特征在于，
空气进入所述三元催化器之前的温度为第一温度，空气从所述三元催化器排出的温度为第二温度，所述三元催化器的实时温度的通过以下步骤获取：
依据所述第一温度和所述第二温度计算温度差值；
依据所述温度差值和进入所述三元催化器的空气的进气量计算所述三元催化器的损耗热量；
依据所述损耗热量从所述损耗热量和三元催化器的温度之间的map中查询所述三元催化器的实时温度。
7.一种发动机系统，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的天然气发动机的控制方法。
8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7所述的发动机系统。
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