均质增压直喷汽油机扫气控制方法与流程

本发明涉及均质增压直喷汽油机扫气控制方法，属于发动机动力输出控制领域。

背景技术：

日益严格的油耗法规要求发动机向小排量增压方向发展，随之而来的是低转速大负荷区域动力输出不足的问题。发动机的动力输出由进入气缸内参与燃烧的新鲜空气量决定，小排量增压直喷汽油机低转速区域排气背压低、排气流量小，致使增压器无法工作，导致参与燃烧的新鲜空气量少，燃烧扭矩小。扫气控制可以通过增大气门重叠角，让新鲜空气直接进入排气管，增大排气流量，使增压器提前工作，增大参与燃烧的新鲜空气量，从而增大扭矩输出。

技术实现要素：

为了解决均质增压直喷汽油机低转速区域动力输出不足的问题，本发明的目的在于提供一种均质增压直喷汽油机扫气控制方法，该方法支持两种扫气方式：弱扫气和强扫气，该方法区别现有控制方法，不增加额外的扫气阀，基于系统可变进气正时（VVT）硬件的基础上，利用扫气控制方法，在此类发动机低转速大负荷区域能够增加参与燃烧的新鲜空气量，弱扫气通过模型计算喷油量使催化器处的空燃比为1，可通过后燃迅速提高催化器温度；强扫气通过模型计算喷油量使缸内空燃比为1，排温相比弱扫气方式低，可长时间工作。两种方式都可以增大燃烧扭矩和输出功率。

本发明的技术方案是这样实现的：均质增压直喷汽油机扫气控制方法，其特征在于具体的控制步骤如下：1）在增压直喷汽油机低转速大负荷区域，控制进排气VVT（连续可变气门正时）角度，使进气门开启角度和排气门关闭角度重叠，新鲜空气推动废气排出气缸，产生扫气现象，增加气缸内参与燃烧的新鲜空气量，减少滞留缸内的残余废气量。通过控制进气VVT开启角度和排气VVT关闭角度的重叠角大小，达到控制扫气量的目的；2）扫气量的估算模型和测量方法，扫气区精确的气量和油量控制；3）系统可通过催化器中心温度选择弱扫气或者强扫气，通过模型计算的缸内新鲜空气量和缸内空燃比目标值计算喷油量； 在催化器达到起燃温度前，系统采用弱扫气方式，可迅速提高催化器温度，减少催化器起燃时间；在催化器超过起燃温度后，系统采用强扫气方式，排温低增压器可长时间工作，可提供比弱扫气方式更大扭矩和功率输出。

本发明的积极效果是其能增大此种燃烧模式发动机低转速大负荷区域进入缸内的新鲜空气量，从而提高发动机的燃烧扭矩和输出功率，改善低转速区域的动力输出；可通过后燃，迅速提高催化器温度，减小催化器起燃时间，改善发动机排放。

附图说明

图1是均质增压直喷汽油机扫气控制功能定义示意图。

图2是均质增压直喷汽油机弱扫气控制流程图。

图3是均质增压直喷汽油机弱扫气控制关键量示意图。

图4是均质增压直喷汽油机强扫气控制流程图。

图5是均质增压直喷汽油机强扫气控制关键量示意图。

图6是弱扫气与强扫气信息对比图。

图7 是扫气控制实际台架数据图。

图8是扫气控制执行效果图。

图9所示扭矩变化效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明，这些实施方式若存在示例性内容，不应解释成对本发明的限制。

如图1所示，本发明是不增加额外的扫气阀硬件，利用增压器和进排气VVT控制相互配合，当发动机处于低速大负荷区域，进气压力大于排气压力时，可通过设置进排气VVT角度，使排气门关闭角度和进气门开启角度重叠，此时进入气缸的新鲜空气可推动气缸内废气排出至排气歧管，增加参与燃烧的新鲜空气量。

如果温度模型计算的目标发动机的催化器中心温度值小于起燃温度，系统采用弱扫气控制方式提高扭矩输出，减少催化器起燃时间；如果催化器中心温度大于等于起燃温度，系统采用强扫气控制方式，进一步提高扭矩输出。

目标发动机的扭矩、油耗和排放指标选择弱扫气或者强扫气控制方式，并在控制系统中通过配置变量进行设定。

如果系统选择弱扫气控制方式，则按照图2所示弱扫气控制流程执行扫气控制。首先，判断是否满足图6中的使能条件；如果不满足则退出扫气控制，否则设置进排气VVT角度、节气门开度和增压器电磁阀占空比；计算排气温度，并判断排气温度是否超过扫气控制的排气温度限值；如果超过限值则退出扫气控制，否则通过进气模型计算充气量总量；设置催化器出的目标空燃比，计算喷油量，并通过空燃比闭环修正；通过转速、总的充气量计算点火角。弱扫气方式的关键量的变化趋势如图3所示，催化器处的空燃比始终保持为1。

如果系统选择强扫气控制方式，则按照图4所示强扫气控制流程执行扫气控制。首先，判断是否满足图6中的使能条件；如果不满足则退出扫气控制，，否则设置进排气VVT角度、节气门开度和增压器电磁阀占空比；计算排气温度，并判断排气温度是否超过扫气控制的排气温度限值；如果超过限值则退出扫气控制，否则通过进气模型计算缸内新鲜空气量和扫气量；设置气缸内目标空燃比，通过扫气量计算催化器出的目标空燃比；通过缸内新鲜空气量和缸内目标空燃比计算喷油量，并通过催化器处的空燃比闭环修正喷油量；通过转速、总的充气量计算点火角。强扫气方式的关键量的变化趋势如图5所示，气缸内的空燃比始终保持为0.9~1。

扫气控制两种方式的对比信息见图6，使能条件均为VVT无故障、节气门无故障、增压器无故障、压力传感器无故障；催化器处的空燃比，弱扫气为1，强扫气大于1（例如，1.17）；气缸内的空燃比，弱扫气小于1（例如，0.85），强扫气在1附件（0.9~1）；尾气排放，弱扫气无影响，强扫气NOx排放高；燃油消耗量，弱扫气同样工况点比强扫气油耗高17%左右；动力性，弱扫气可增大20%扭矩，强扫气可增加35%扭矩；弱扫气比强扫气排气温度高。

通过图7扫气区台架数据采集和分析，本专利提出一种扫气量计算模型，并且提出一种台架测量扫气量的方法，用于模型参数的校准。扫气是双VVT增压直喷汽油机可能存在的特殊工况，扫气和回流是两个相反的过程，进排气门叠开时，当排气压力大于进气压力则回流，当进气压力大于排气压力则扫气，随着进排气压比的增大回流量会逐渐减小，当进排气压比等于1时，即进气压力等于排气压力时，回流量为0，随着进排气压比继续增大，缸内废气量（回流量与滞留量的和）逐渐减小，缸内废气量为0的点，即为扫气发生的临界点，当进排气压比大于该临界点的进排气压比则进入扫气区，此时缸内新鲜气量和通过节气门的总的新鲜气量不再相等，有一部分新鲜空气不参与燃烧而直接进入了排气歧管，根据以上分析设计的扫气区总的新鲜气量和缸内新鲜气量的估算模型如图8所示。

为了优化扫气量计算模型，本发明提出一种扫气量校准方法。可以通过排放测得的CO浓度和O₂浓度计算得到缸内空燃比：

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

其中：Lambda_cc为缸内空燃比

CO为排放测得的废气中一氧化碳浓度

O₂为排放测得的废气中氧的浓度

pow（x，y）表示x的y次方

a、b为常数，需要针对不同发动机进行标定，标定方法为选择三个不可能出现扫气工况的转速，中等负荷，进排气VVT开度都设为0，同一稳定工况，lambda分别为1/0.95/0.9/0.83/0.77，三个转速的数据拟合得到一条空燃比与CO/(20.95-O2)/1000的幂指数曲线，即得到a和b。通过缸内空燃比校准扫气模型参数，提高扫气控制精度。

实施后的扭矩变化效果如图9所示，实施扫气控制后的低转速大负荷区域，扭矩最大值可以增加20%~35%。