CN114183263B - 一种多种控制模式的发动机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多种控制模式的发动机控制方法。车辆运行过程中，实时采集车辆参数，根据车辆参数计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放；基于所述原机NOx比排放和尾排NOx比排放及标定的多个控制模式确定原机NOx限值和尾排NOx限值；根据原机NOx限值和尾排NOx限值及车辆参数确定插值系数；基于所述插值系数通过插值方法确定发动机控制参数的大小，根据控制参数控制发动机运行在对应的控制模式下。本发明根据车辆运行工况来进行多种控制模式的切换，控制发动机的油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力等参数，使得发动机的原机排放和排气温度可以按照期望值进行调整，确保发动机尾排结果满足法规要求。
Description
技术领域
本发明属于发动机控制技术领域，具体涉及一种多种控制模式的发动机控制方法。
背景技术
随着排放法规的升级，氮氧化物限值进一步加严，对后处理系统净化效率提出来更高的要求，中重型柴油机国四和国五后处理系统只采用了SCR系统就可以满足法规要求，而国六后处理系统相比国四国五后处理系统进行了升级换代，采用催化氧化器(DOC)+颗粒过滤器(DPF)+选择性氧化还原器(SCR)的后处理系统。
国家排放法规对NOx排放要求比较高，SCR转化效率要达到98％以上，而车辆的运行工况差异很大，不同的运行工况的发动机原机NOx排放和排气温度不同，后处理的SCR转化效率不同，为了确保所有的工况的排放都满足法规要求，则需要大量的车辆标定试验，通过车辆试验来模拟不同的运行场景得到结果，或者将后处理系统的催化剂载体体积做大，预留足够多的裕量来应对变化的工况。这两种方式都不是最佳的应对方法，标定试验内容太多会导致车辆开发周期长开发成本高；预留足够多的裕量则会导致后处理成本增加，车辆的成本变大。
现有技术方案没有专门关注特定的车辆运行场景，只是考虑了确保发动机燃烧稳定的方法，如专利申请号CN 104763536 A《用在燃气涡轮发动机中转换燃烧模式的方法和系统》,本发明公开一种用在燃气涡轮发动机中转换燃烧模式的方法和系统。处理器生成代表初始分流集合的数据，用于向所述燃气涡轮发动机中的至少一个燃烧器提供燃料和空气中的至少一种。燃气涡轮发动机模型模块生成代表至少一个发动机操作条件的数据。第一分流计算模块生成代表至少一个主动控制分流集合的数据，以使用所述初始分流数据作为输入来在第一燃烧模式下控制所述发动机。第二分流计算模块生成代表至少一个被动控制分流集合的数据，以在至少第二燃烧模式下控制所述发动机。燃烧模式之间的转换可通过使用所述主动控制分流和所述被动控制分流中的至少一个来完成。现有技术只是考了了燃料和空气的比例，通过控制比例来得到更好的控制效果，没有考虑在不同的运行工况下采用多种燃烧模式，将发动机的原排NOx和排温控制在目标值，从而可以确保车辆排放始终满足法规要求。
现有技术的缺点是：
1)现有技术无法根据不同的车辆运行工况来进行发动机运行模式控制。无法在不同的运行工况下采用多种控制模式，将发动机的原排NOx和排温控制在目标值。
2)现有技术通过大量的车辆试验标定，来确保车辆排放始终满足法规要求，开发成本高。
3)现有技术通过加大后处理系统催化剂载体体积裕量，来确保车辆排放始终满足法规要求，产品成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种多种控制模式的发动机控制方法，据发动机的原机排放和尾气排放结果来进行发动机控制模型的切换，从而确保发动机尾气排放满足法规要求。
本发明采用的技术方案是：一种多种控制模式的发动机控制方法，
车辆运行过程中，实时采集车辆参数，根据车辆参数计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放；
基于所述原机NOx比排放和尾排NOx比排放及标定的多个控制模式确定原机NOx限值和尾排NOx限值；
根据原机NOx限值和尾排NOx限值及车辆参数确定插值系数；
基于所述插值系数通过插值方法确定发动机控制参数的大小，根据控制参数控制发动机运行在对应的控制模式下。
进一步地，通过以下公式计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放
EOBAS＝EONAS/WorkA
SOBAS＝SONAS/WorkA
其中，EOBAS为原机NOx比排放，SOBAS为尾排NOx比排放；EONAS为当前时刻原排实际NOX累积总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX累积总量；WorkA为当前时刻累积有效功。
进一步地，通过以下公式计算当前时刻原排实际NOX累积总量和当前时刻尾排实际NOX累积总量
EONAS＝0.001587*EONs*ExM*Time+EONAS-1
SONAS＝0.001587*SONs*ExM*Time+SONAS-1
其中，EONs为原排NOX检测累积值；SONs为尾排NOX检测累积值；ExM为废气流量；Time为时间间隔；EONAS-1为上一时刻原排实际NOX累积总量；SONAS-1为上一时刻尾排实际NOX累积总量。
进一步地，通过以下公式计算当前时刻累积有效功
WorkA＝Sp*T/9550*Time+WorkA-1
其中，Sp为转速；T为扭矩；Time为时间间隔；WorkA-1为上一时刻累积有效功。
进一步地，确定原机NOx限值和尾排NOx限值的过程为
将原机NOx比排放和尾排NOx比排放分别与比排放标定值进行比较，根据不同的比较结果，从不同控制模式中选择原机NOx标定值和尾排NOx标定值分别作为原机NOx限值和尾排NOx限值。
进一步地，通过以下公式确定发动机控制参数
M＝InF*(FE2-FE1)+FE1
其中，M为发动机控制参数；InF为插值系数；FE1为第一控制模式中对应的控制参数；FE2为第二控制模式中对应的控制参数。
进一步地，通过以下公式确定插值系数
InF＝min(IFR，IFCC)
IFCC＝W1*IFC+W2*MCE+W3*MCS
其中，IFR为切换速率控制系数；IFCC为修正系数；IFC为比例系数；MCE为原机修正系数；MCS为尾排修正系数；W1、W2、W3分别为第一修正权重、第二修正权重、第三修正权重；
进一步地，通过以下公式计算比例系数
IFC＝max(0，IFEO，IFSO)
其中，IFEO为原机NOx比例系数；IFSO为尾排NOx比例系数；EONAS为当前时刻原排实际NOX累积总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX累积总量；IFEmax、IFEmin分别为原机NOx上限值、原机NOx下限值；IFSmax、IFSmin分别为尾排NOx上限值、尾排NOx下限值。
进一步地，所述发动机控制参数包括油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力中的任意一种或多种。
更进一步地，所述标定的多个控制模式包括FE100、FE75、FE50、FE25、FE0。
本发明的有益效果是：本发明根据车辆运行工况来进行多种控制模式的切换，控制发动机的油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力等参数，使得发动机的原机排放和排气温度可以按照期望值进行调整，确保发动机尾排结果满足法规要求。
附图说明
图1为本发明通过插值方法确定发动机控制参数的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
本发明根据车辆运行工况来进行发动机运行模式的控制，根据发动机的原机排放和尾气排放结果来进行发动机控制模型的切换，从而确保发动机尾气排放满足法规要求。
为实现以上目的，本专利的技术解决方案是：提出一种根据车辆运行工况来进行多种控制模式的发动机控制方法，控制发动机的油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力等参数，使得发动机的原机排放和排气温度可以按照期望值进行调整，确保发动机尾排结果满足法规要求。具体过程如下：
车辆运行过程中，实时采集车辆参数，根据车辆参数计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放；
基于所述原机NOx比排放和尾排NOx比排放及标定的多个控制模式确定原机NOx限值和尾排NOx限值；
根据原机NOx限值和尾排NOx限值及车辆参数确定插值系数；
基于所述插值系数通过插值方法确定发动机控制参数的大小，根据控制参数控制发动机运行在对应的控制模式下。
本发明定义多种发动机控制模式，比如FE100,FE75,FE50,FE25,FE0等等。FE100模式，被定义为基准模式；FE0模式，被定义为排放受到挑战时的运行模式；FE25,FE50，FE75被定义为中间状态，当然还可以定义其他的中间状态控制模式，比如FE10,FE20等。不同的模式下有不同的发动机控制参数，比如油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力等参数。而这些控制参数则根据下文的插值算法来得到。发动机可以根据发动机原机排放、尾气排放和排气温度等条件控制发动机运行在何种控制模式下，可以选择某一种模式的控制参数，也可以根据两种模式进行插值得到控制参数。
以EGR率为例，当发动机运行在FE0/FE50/FE100模式下时，策略将同时读取其中两个模式[比如FE100/FE50或FE50/FE0]的EGR率脉谱，通过插值系数InF得到最终使用的EGR率。图1中分别读取了FE100和FE50控制模式的控制参数，然后采用插值方法得到最终的EGR控制参数。其他控制参数的插值方法也是相同的。
上述方案中，通过以下公式确定发动机控制参数
M＝InF*(FE2-FE1)+FE1
InF＝min(IFR，IFCC)
IFCC＝W1*IFC+W2*MCE+W3*MCS
IFC＝max(0，IFEO，IFSO)
其中，M为发动机控制参数；InF为插值系数；FE1为第一控制模式中对应的控制参数；FE2为第二控制模式中对应的控制参数；IFR为切换速率控制系数；IFCC为修正系数；IFC为比例系数；MCE为原机修正系数；MCS为尾排修正系数，通过查找标定的Map得到；W1、W2、W3分别为第一修正权重、第二修正权重、第三修正权重；IFEO为原机NOx比例系数；IFSO为尾排NOx比例系数；EONAS为当前时刻原排实际NOX总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX总量；IFEmax、IFEmin分别为原机NOx上限值、原机NOx下限值；IFSmax、IFSmin分别为尾排NOx上限值、尾排NOx下限值。
上述方案中，通过以下公式计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放
EOBAS＝EONAS/WorkA
SOBAS＝SONAS/WorkA
EONAS＝0.001587*EONs*ExM*Time+EONAS-1
SONAS＝0.001587*SONs*ExM*Time+SONAS-1
WorkA＝Sp*T/9550*Time+WorkA-1
其中，EOBAS为原机NOx比排放，SOBAS为尾排NOx比排放；EONAS为当前时刻原排实际NOX累积总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX累积总量；WorkA为当前时刻累积有效功；WorkA-1为上一时刻累积有效功；EONs为原排NOX检测累积值；SONs为尾排NOX检测累积值；ExM为废气流量；Time为时间间隔；EONAS-1为上一时刻原排实际NOX累积总量；SONAS-1为上一时刻尾排实际NOX累积总量，Sp为转速；T为扭矩。
上述方案中，确定原机NOx限值和尾排NOx限值的过程为
将原机NOx比排放和尾排NOx比排放分别与比排放标定值进行比较，根据不同的比较结果，从不同控制模式中选择原机NOx标定值和尾排NOx标定值分别作为原机NOx限值和尾排NOx限值。
以FE100、FE50、FE0三个控制模式为例进行说明：
若存在下述条件，则此时应读取FE50/FE0，否则读取FE100/FE50。
EOBAS≥FECEB，或SOBAS≥FECSB
当选择读取FE100/FE50时，认为
IFEmax＝IFEmax_FE100
IFEmin＝IFEmin_FE50
IFSmax＝IFSmax_FE100
IFSmin＝IFSmin_FE50
否则读取FE50/FE0，并认为
IFEmax＝IFEmax_FE50
IFEmin＝IFEmin_FE0
IFSmax＝IFSmax_FE50
IFSmin＝IFSmin_FE0
其中，IFEmax、IFEmin分别为原机NOx上限值、原机NOx下限值；IFSmax、IFSmin分别为尾排NOx上限值、尾排NOx下限值；IFEmax/IFEmin/IFSmax/IFSmin(_FE0/_FE50/_FE100)为标定量。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：
车辆运行过程中，实时采集车辆参数，根据车辆参数计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放；
基于所述原机NOx比排放和尾排NOx比排放及标定的多个控制模式确定原机NOx限值和尾排NOx限值；
根据原机NOx限值和尾排NOx限值及车辆参数确定插值系数；
基于所述插值系数通过插值方法确定发动机控制参数的大小，根据控制参数控制发动机运行在对应的控制模式下；
通过以下公式确定发动机控制参数
M＝InF*(FE2-FE1)+FE1
其中，M为发动机控制参数；InF为插值系数；FE1为第一控制模式中对应的控制参数；FE2为第二控制模式中对应的控制参数；
通过以下公式确定插值系数
InF＝min(IFR，IFCC)
IFCC＝W1*IFC+W2*MCE+W3*MCS
其中，IFR为切换速率控制系数；IFCC为修正系数；IFC为比例系数；MCE为原机修正系数；MCS为尾排修正系数；W1、W2、W3分别为第一修正权重、第二修正权重、第三修正权重；
通过以下公式计算比例系数
IFC＝max(0，IFEO，IFSO)
其中，IFEO为原机NOx比例系数；IFSO为尾排NOx比例系数；EONAS为当前时刻原排实际NOX累积总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX累积总量；IFEmax、IFEmin分别为原机NOx上限值、原机NOx下限值；IFSmax、IFSmin分别为尾排NOx上限值、尾排NOx下限值。
2.根据权利要求1所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：通过以下公式计算原机NOx比排放和尾排NOx比排放
EOBAS＝EONAS/WorkA
SOBAS＝SONAS/WorkA
其中，EOBAS为原机NOx比排放，SOBAS为尾排NOx比排放；EONAS为当前时刻原排实际NOX累积总量；SONAS为当前时刻尾排实际NOX累积总量；WorkA为当前时刻累积有效功。
3.根据权利要求2所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：通过以下公式计算当前时刻原排实际NOX累积总量和当前时刻尾排实际NOX累积总量
EONAS＝0.001587*EONs*ExM*Time+EONAS-1
SONAS＝0.001587*SONs*ExM*Time+SONAS-1
其中，EONs为原排NOX检测累积值；SONs为尾排NOX检测累积值；ExM为废气流量；Time为时间间隔；EONAS-1为上一时刻原排实际NOX累积总量；SONAS-1为上一时刻尾排实际NOX累积总量。
4.根据权利要求2所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：通过以下公式计算当前时刻累积有效功
WorkA＝Sp*T/9550*Time+WorkA-1
其中，Sp为转速；T为扭矩；Time为时间间隔；WorkA-1为上一时刻累积有效功。
5.根据权利要求1所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：确定原机NOx限值和尾排NOx限值的过程为
将原机NOx比排放和尾排NOx比排放分别与比排放标定值进行比较，根据不同的比较结果，从不同控制模式中选择原机NOx标定值和尾排NOx标定值分别作为原机NOx限值和尾排NOx限值。
6.根据权利要求1所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：所述发动机控制参数包括油轨轨压、喷油提前角、EGR率、节气门开度、空燃比、预喷正时、预喷油量、进气压力中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的多种控制模式的发动机控制方法，其特征在于：所述标定的多个控制模式包括FE100、FE75、FE50、FE25、FE0，FE100为基准模式，FE0为排放受到挑战时的运行模式，FE25,FE50，FE75为FE100与FE0之间的三个中间状态的运行模式。
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