發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)對整車排放影響的研究

郭斌 徐蒙

摘? 要：隨著乘用車國家排放限值的日益收緊，各大整車廠針對傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域積極采取相關(guān)措施及技術(shù)來滿足日益嚴(yán)苛的國家排放限值。為此，通過搭建及優(yōu)化發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃油的穩(wěn)態(tài)工況、瞬態(tài)工況的空燃比精確控制。從而發(fā)揮三元催化器的轉(zhuǎn)化效果，同時為最大限度地開發(fā)催化器轉(zhuǎn)化能力，通過閉環(huán)控制手段，將比例項在空燃比加濃的方向進(jìn)行不同程度的延遲處理，利用線性回歸方程得出最佳控制方案，從而在不增加催化器貴金屬比例的情況下，進(jìn)一步提高催化器轉(zhuǎn)化效率。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)工況;瞬態(tài)工況;閉環(huán)控制;線性回歸

中圖分類號：U472? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

為推動汽車節(jié)能技術(shù)革新，鼓勵車輛小型化、輕量化，提高對非可再生資源的利用率。因此，本文的發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)，可以一定程度上優(yōu)化整車空燃比控制，提升三元催化器轉(zhuǎn)化效率。在發(fā)動機(jī)已經(jīng)設(shè)計定型的前提下，通過對發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工況控、瞬態(tài)工況的精準(zhǔn)搭建，可使燃油比例分配合理、燃燒充分，從而降低整車的排放量。同時，針對不同的三元催化器進(jìn)行閉環(huán)控制在空燃比加濃的方向延遲，從而在不改變催化器貴金屬比例的情況下，進(jìn)一步提高催化器的轉(zhuǎn)化效率，降低整車排放指標(biāo)。

1 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)原理

發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)主要在3個方向進(jìn)行控制：（1）氣量控制;（2）油量控制;（3）點(diǎn)火提前角控制（柴油發(fā)動機(jī)除外）。首先，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)是以扭矩為基礎(chǔ)搭載建立整個模型。其次，在整個模型搭建過程中，氣量、油量、點(diǎn)火提前角相互影響、相互作用。根據(jù)實(shí)際進(jìn)氣質(zhì)量決定實(shí)際的噴油量，但由于發(fā)動機(jī)之間的個體差異，需要引入閉環(huán)系統(tǒng)控制對上述開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行修正。本文主要利用發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工況、瞬態(tài)工況下對噴油量的精確控制，使發(fā)動機(jī)始終工作在理論空燃比附近，使三元催化器達(dá)到較大轉(zhuǎn)化效率，同時利用線性回歸方程發(fā)現(xiàn)最佳控制方案，進(jìn)一步優(yōu)化三元催化器轉(zhuǎn)化效率，降低整車排放。

1.1 燃油穩(wěn)態(tài)工況

根據(jù)電控系統(tǒng)的實(shí)際進(jìn)氣質(zhì)量，來獲得實(shí)際控制噴油量，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)際噴油量計算如下：

（1）

式中：Fuel Real S：發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)際控制噴油量;Air Flow Measured：實(shí)際進(jìn)氣質(zhì)量;Air Fuel Ratio Desired：理論空燃比14.6;%Fuel Flow Purge：碳罐燃油百分比。

1.2 燃油瞬態(tài)工況

發(fā)動機(jī)燃油通過油軌上的噴油器噴入進(jìn)氣歧管，燃油和空氣在歧管內(nèi)部混合之后進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。因此，噴油器噴出的一少部分燃油會留在進(jìn)氣門背面。在下一次燃燒過程中再次進(jìn)入氣缸或在原處積累更多的燃油殘留。通過在進(jìn)氣門閥座處安裝熱偶、在進(jìn)氣歧管處布置壓力傳感器從而搭建起針對瞬態(tài)燃油工況的溫度和壓力模型 。模型搭建完善后，在轉(zhuǎn)轂試驗臺上進(jìn)行瞬態(tài)模型的標(biāo)定及校驗，從而得出在不同工況下的進(jìn)氣壓力增加方向的瞬態(tài)燃油模型以及進(jìn)氣壓力減小方向的瞬態(tài)燃油模型，可以確認(rèn)在瞬態(tài)工況下的發(fā)動機(jī)實(shí)際噴油量，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)瞬態(tài)實(shí)際噴油量計算如下：

FuelReal T=FuelReal S+FuelTrans （2）

FuelTrans=Multiplier× ΔFuel Mass （3）

式中：Fuel real T：發(fā)動機(jī)瞬態(tài)控制實(shí)際噴油量;Fuel Real S：發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)際控制噴油量;Fuel Trans：發(fā)動機(jī)瞬態(tài)燃油補(bǔ)償;Multiplier：進(jìn)氣壓力增加方向得出的修正系數(shù)、進(jìn)氣壓力減少方向得出的修正系數(shù);?Fuel Mass：不同進(jìn)氣工況下的燃油變化值，增加方向為正值，減少方向為負(fù)值。

2 閉環(huán)控制系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的基本控制理念是設(shè)置一個氧含量對應(yīng)電壓的中值，高于中值進(jìn)行混合氣的減稀處理、低于中值進(jìn)行混合氣的加濃處理。在減稀和加濃過程中進(jìn)行比例項（P項）和積分項控制（I項）。當(dāng)前氧傳感器信號從高電壓變至低電壓時，燃油進(jìn)行加濃過程先進(jìn)性P項加濃，后進(jìn)行I項加濃。當(dāng)前氧傳感器信號從低電壓變至高電壓時，燃油進(jìn)行減稀先進(jìn)性P項減稀，后進(jìn)行I項減稀。通過閉環(huán)控制空燃比可以形成反饋機(jī)制，達(dá)到理想空燃比。為了優(yōu)化三元催化器的工作效率、考慮催化器本身老化等因素，將閉環(huán)控制的P項在空燃比加濃的方向進(jìn)行不同程度的延遲處理。針對不同的P項延遲時間，進(jìn)行排放驗證試驗，不同的排放污染物對P項延遲時間的長短有著不同的表現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際表現(xiàn)出的污染物處理結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，以最佳的三元催化器轉(zhuǎn)化效果進(jìn)行P項延遲時間的選取。

3 試驗驗證

按照國五排放法規(guī)所要求的NEDC循環(huán)工況，對同一車型的THC排放情況進(jìn)行監(jiān)測，得出P項在加濃方向的延遲時間對結(jié)果影響，其詳細(xì)情況如圖1所示。

同理，可對NOX、CO、NMHC進(jìn)行排放量監(jiān)測。從而得出針對每項污染物的最佳P項延遲方案。

結(jié)論

為進(jìn)一步優(yōu)化三元催化器轉(zhuǎn)化效率、考慮催化器本身劣化因素，將閉環(huán)空燃比的比例調(diào)節(jié)部分在空燃比濃的方向進(jìn)行不同程度的延遲，得出最理想的比例項延遲時間，進(jìn)一步優(yōu)化三元催化器轉(zhuǎn)化效率，滿足國家排放法規(guī)。

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