均質增壓直噴汽油機掃氣控制方法與流程

2023-07-01 22:36:31 1

本發明涉及均質增壓直噴汽油機掃氣控制方法，屬於發動機動力輸出控制領域。

背景技術：

日益嚴格的油耗法規要求發動機向小排量增壓方向發展，隨之而來的是低轉速大負荷區域動力輸出不足的問題。發動機的動力輸出由進入氣缸內參與燃燒的新鮮空氣量決定，小排量增壓直噴汽油機低轉速區域排氣背壓低、排氣流量小，致使增壓器無法工作，導致參與燃燒的新鮮空氣量少，燃燒扭矩小。掃氣控制可以通過增大氣門重疊角，讓新鮮空氣直接進入排氣管，增大排氣流量，使增壓器提前工作，增大參與燃燒的新鮮空氣量，從而增大扭矩輸出。

技術實現要素：

為了解決均質增壓直噴汽油機低轉速區域動力輸出不足的問題，本發明的目的在於提供一種均質增壓直噴汽油機掃氣控制方法，該方法支持兩種掃氣方式：弱掃氣和強掃氣，該方法區別現有控制方法，不增加額外的掃氣閥，基於系統可變進氣正時（VVT）硬體的基礎上，利用掃氣控制方法，在此類發動機低轉速大負荷區域能夠增加參與燃燒的新鮮空氣量，弱掃氣通過模型計算噴油量使催化器處的空燃比為1，可通過後燃迅速提高催化器溫度；強掃氣通過模型計算噴油量使缸內空燃比為1，排溫相比弱掃氣方式低，可長時間工作。兩種方式都可以增大燃燒扭矩和輸出功率。

本發明的技術方案是這樣實現的：均質增壓直噴汽油機掃氣控制方法，其特徵在於具體的控制步驟如下：1）在增壓直噴汽油機低轉速大負荷區域，控制進排氣VVT（連續可變氣門正時）角度，使進氣門開啟角度和排氣門關閉角度重疊，新鮮空氣推動廢氣排出氣缸，產生掃氣現象，增加氣缸內參與燃燒的新鮮空氣量，減少滯留缸內的殘餘廢氣量。通過控制進氣VVT開啟角度和排氣VVT關閉角度的重疊角大小，達到控制掃氣量的目的；2）掃氣量的估算模型和測量方法，掃氣區精確的氣量和油量控制；3）系統可通過催化器中心溫度選擇弱掃氣或者強掃氣，通過模型計算的缸內新鮮空氣量和缸內空燃比目標值計算噴油量； 在催化器達到起燃溫度前，系統採用弱掃氣方式，可迅速提高催化器溫度，減少催化器起燃時間；在催化器超過起燃溫度後，系統採用強掃氣方式，排溫低增壓器可長時間工作，可提供比弱掃氣方式更大扭矩和功率輸出。

本發明的積極效果是其能增大此種燃燒模式發動機低轉速大負荷區域進入缸內的新鮮空氣量，從而提高發動機的燃燒扭矩和輸出功率，改善低轉速區域的動力輸出；可通過後燃，迅速提高催化器溫度，減小催化器起燃時間，改善發動機排放。

附圖說明

圖1是均質增壓直噴汽油機掃氣控制功能定義示意圖。

圖2是均質增壓直噴汽油機弱掃氣控制流程圖。

圖3是均質增壓直噴汽油機弱掃氣控制關鍵量示意圖。

圖4是均質增壓直噴汽油機強掃氣控制流程圖。

圖5是均質增壓直噴汽油機強掃氣控制關鍵量示意圖。

圖6是弱掃氣與強掃氣信息對比圖。

圖7 是掃氣控制實際臺架數據圖。

圖8是掃氣控制執行效果圖。

圖9所示扭矩變化效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明，這些實施方式若存在示例性內容，不應解釋成對本發明的限制。

如圖1所示，本發明是不增加額外的掃氣閥硬體，利用增壓器和進排氣VVT控制相互配合，當發動機處於低速大負荷區域，進氣壓力大於排氣壓力時，可通過設置進排氣VVT角度，使排氣門關閉角度和進氣門開啟角度重疊，此時進入氣缸的新鮮空氣可推動氣缸內廢氣排出至排氣歧管，增加參與燃燒的新鮮空氣量。

如果溫度模型計算的目標發動機的催化器中心溫度值小於起燃溫度，系統採用弱掃氣控制方式提高扭矩輸出，減少催化器起燃時間；如果催化器中心溫度大於等於起燃溫度，系統採用強掃氣控制方式，進一步提高扭矩輸出。

目標發動機的扭矩、油耗和排放指標選擇弱掃氣或者強掃氣控制方式，並在控制系統中通過配置變量進行設定。

如果系統選擇弱掃氣控制方式，則按照圖2所示弱掃氣控制流程執行掃氣控制。首先，判斷是否滿足圖6中的使能條件；如果不滿足則退出掃氣控制，否則設置進排氣VVT角度、節氣門開度和增壓器電磁閥佔空比；計算排氣溫度，並判斷排氣溫度是否超過掃氣控制的排氣溫度限值；如果超過限值則退出掃氣控制，否則通過進氣模型計算充氣量總量；設置催化器出的目標空燃比，計算噴油量，並通過空燃比閉環修正；通過轉速、總的充氣量計算點火角。弱掃氣方式的關鍵量的變化趨勢如圖3所示，催化器處的空燃比始終保持為1。

如果系統選擇強掃氣控制方式，則按照圖4所示強掃氣控制流程執行掃氣控制。首先，判斷是否滿足圖6中的使能條件；如果不滿足則退出掃氣控制，，否則設置進排氣VVT角度、節氣門開度和增壓器電磁閥佔空比；計算排氣溫度，並判斷排氣溫度是否超過掃氣控制的排氣溫度限值；如果超過限值則退出掃氣控制，否則通過進氣模型計算缸內新鮮空氣量和掃氣量；設置氣缸內目標空燃比，通過掃氣量計算催化器出的目標空燃比；通過缸內新鮮空氣量和缸內目標空燃比計算噴油量，並通過催化器處的空燃比閉環修正噴油量；通過轉速、總的充氣量計算點火角。強掃氣方式的關鍵量的變化趨勢如圖5所示，氣缸內的空燃比始終保持為0.9~1。

掃氣控制兩種方式的對比信息見圖6，使能條件均為VVT無故障、節氣門無故障、增壓器無故障、壓力傳感器無故障；催化器處的空燃比，弱掃氣為1，強掃氣大於1（例如，1.17）；氣缸內的空燃比，弱掃氣小於1（例如，0.85），強掃氣在1附件（0.9~1）；尾氣排放，弱掃氣無影響，強掃氣NOx排放高；燃油消耗量，弱掃氣同樣工況點比強掃氣油耗高17%左右；動力性，弱掃氣可增大20%扭矩，強掃氣可增加35%扭矩；弱掃氣比強掃氣排氣溫度高。

通過圖7掃氣區臺架數據採集和分析，本專利提出一種掃氣量計算模型，並且提出一種臺架測量掃氣量的方法，用於模型參數的校準。掃氣是雙VVT增壓直噴汽油機可能存在的特殊工況，掃氣和回流是兩個相反的過程，進排氣門疊開時，當排氣壓力大於進氣壓力則回流，當進氣壓力大於排氣壓力則掃氣，隨著進排氣壓比的增大回流量會逐漸減小，當進排氣壓比等於1時，即進氣壓力等於排氣壓力時，回流量為0，隨著進排氣壓比繼續增大，缸內廢氣量（回流量與滯留量的和）逐漸減小，缸內廢氣量為0的點，即為掃氣發生的臨界點，當進排氣壓比大於該臨界點的進排氣壓比則進入掃氣區，此時缸內新鮮氣量和通過節氣門的總的新鮮氣量不再相等，有一部分新鮮空氣不參與燃燒而直接進入了排氣歧管，根據以上分析設計的掃氣區總的新鮮氣量和缸內新鮮氣量的估算模型如圖8所示。

為了優化掃氣量計算模型，本發明提出一種掃氣量校準方法。可以通過排放測得的CO濃度和O2濃度計算得到缸內空燃比：

缸內空燃比Lambda_cc=a/pow(CO/(20.95-O2)/1000,b)

其中：Lambda_cc為缸內空燃比

CO為排放測得的廢氣中一氧化碳濃度

O2為排放測得的廢氣中氧的濃度

pow（x，y）表示x的y次方

a、b為常數，需要針對不同發動機進行標定，標定方法為選擇三個不可能出現掃氣工況的轉速，中等負荷，進排氣VVT開度都設為0，同一穩定工況，lambda分別為1/0.95/0.9/0.83/0.77，三個轉速的數據擬合得到一條空燃比與CO/(20.95-O2)/1000的冪指數曲線，即得到a和b。通過缸內空燃比校準掃氣模型參數，提高掃氣控制精度。

實施後的扭矩變化效果如圖9所示，實施掃氣控制後的低轉速大負荷區域，扭矩最大值可以增加20%~35%。