CN111140389B - 一种汽油机催化器清氧方法 - Google Patents

一种汽油机催化器清氧方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽油机催化器清氧方法。所述清氧方法包括如下步骤：(1)判断是否满足催化器清氧基本条件；(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件；(3)当满足步骤(2)所述开始条件，计算催化器储氧量；(4)当满足催化器清氧条件时，计算催化器清氧量并进行清氧操作。所述清氧方法基于催化器储氧和清氧过程的物理模型，经过数学推导可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气。而且，所述清氧方法的控制参数主要依赖发动机***特性，可以节省标定所需时间，适用场景更广。

Description

一种汽油机催化器清氧方法
技术领域
本发明涉及汽油机电子控制领域，具体地说，涉及一种汽油机催化器清氧方法。
背景技术
在机动车行驶过程中，当驾驶员不需要动力时，为了节省不必要的燃油消耗，ECU会发出断油指令，通过停止喷油的方式终止发动机扭矩输出，例如车辆加速行驶后的收油操作往往会触发断油。由于发生断油后的车辆未执行喷油动作，新鲜空气会经过气缸和排气门直接排到排气***各处种，此时催化器将被相对可燃混合气过稀的新鲜空气持续冲刷。当发动机重新恢复动力输出时，燃烧后的混合废气又会正常进入催化器，由催化器进行排放物转化。但是，由于催化器结构为细小蜂窝状载体，存留在催化器载体中的过稀新鲜空气不会在短时间内恢复至良好废气催化反应状态，导致催化器中残留大量多余的氧气，进而导致催化器的转换效率大大降低，从而致使断油恢复工况下车辆排放的氮氧化物迅速增加，排放变差。
针对断油恢复或空燃比持续过稀工况，需要ECU能够准确地识别该工况的开始及结束状态，迅速清除催化器中多余的氧气，以保证催化器良好的转化效率。
目前，现有技术公开了一些解决方法。例如CN104704219A公开了限制机动车辆内燃机排气中的氧气含量的装置，该装置包括用于确定排气管催化剂的入口处的最大可容许氧气体积浓度的模块，用于确定来自发动机燃烧的气体中的氧气体积浓度的模块，用于根据排气中的最大可容许氧气体积浓度和来自燃烧的气体中的氧气体积浓度来确定最大可容许空气吹扫质量流量的模块，以及用于根据经如此确定的最大可容许空气吹扫设定值来实施发动机进气气门和排气气门打开和关闭的控制模块。该装置虽然可以防止催化器由于在具有高温的排气中过高的氧气比例而引起的老化，但是适用范围有限，尤其是未考虑发动机发生断油后再次恢复供油时催化器内氧含量过高的复杂工况。
CN106150763A公开了一种净化汽车尾气CO和HC的电子控制器，该控制器的主要原理是电子控制单元实时监测发动机的转速信号及节气门位置信号，通过设置空气补给管路并用气泵与高频电磁阀实现控制的工作方式来实时调节空气补给率，由此降低尾气中CO和HC的排放。该控制器虽然结构简单，安装成本低，可以解决三元催化器老化或使用了劣质燃油后导致的CO及HC排放过高的问题，但是并未解决因催化器氧含量过高而导致的NOx排放过高的问题。
CN109519264A公开了一种汽油机三元催化器诊断快速诊断方法及***，该快速诊断***包括接收模块、喷油控制模块、喷油模块、下游氧传感器模块和诊断模块，可以调节汽油机的偏浓或偏稀阶段，再根据下游氧传感器的监测快速诊断出工作故障，进而通过控制汽油机喷油量来解决工作故障。虽然该快速诊断方法可以基于现有装置上进行三元催化器诊断，尽可能缩短诊断汽油机三元催化器是否老化的时间，有效减少排放污染物，但是并没有对催化器的氧含量进行精准判断并清除多余氧气。
CN205876519U公开了一种汽油机瞬态空燃比优化控制装置，该装置包括发动机、油膜补偿***和反馈控制***，其中，所述发动机输入端与油膜补偿***连接，输出端与反馈控制***连接；所述油膜补偿***包括辨识器，油膜模型计算器，控制装置，喷油器；所述反馈控制***包括预测器，控制装置，喷油器。该发明基于混沌优化算法的瞬态空燃比控制器参数优化模型，具有较好的发动机参数优化能力，进而有效地提高了瞬态空燃比的控制精度，同时也改善了发动机的动力性能、经济性能及排放性能。虽然本发明可以解决发动机瞬态工况下的油膜动态效应所导致的空燃比控制困难，但是相比进气道喷射汽油机而言，缸内直喷汽油机的油膜动态效应对空燃比影响较小，所以该发明并不能对直喷汽油机恢复供油工况的排放恶化有所改善，适用范围极其有限。
以上现有技术中的解决方法，虽然可以适当解决催化器氧气过多导致的转化效率低下的问题，但是适用范围有限，而且控制精准度不高。因此，目前亟需开发一种行之有效的汽油机催化器清氧方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种汽油机催化器清氧方法。所述清氧方法包括催化器清氧基本条件的判断、催化器储氧计算开始条件的判断、计算催化器储氧量和计算催化器清氧量并进行清氧操作四个主要步骤。所述清氧方法基于催化器储氧和清氧过程的物理模型，经过数学推导可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气。而且，所述清氧方法的控制参数主要依赖发动机***特性，可以节省标定所需时间，适用场景更广。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种汽油机催化器清氧方法，所述清氧方法包括如下步骤：
(1)判断是否满足催化器清氧基本条件；
(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件；
(3)当满足步骤(2)所述开始条件，计算催化器储氧量；
(4)当满足催化器清氧条件时，计算催化器清氧量并进行清氧操作；
其中，当步骤(1)或步骤(2)不满足对应条件时，直接结束；
当步骤(4)不满足催化器清氧条件时，持续进行所述条件的判断。
本发明所述清氧方法适用于安装有催化器前氧传感器、三元催化器、催化器后氧传感器及ECU控制器等部件的汽油机及机动车，尤其适用于汽油机发生断油又恢复供油和空燃比持续偏稀的工况，可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气，保证催化器能够迅速恢复排放物高效转化的状态。
本发明所述清氧方法的基本构思是：通过检测发动机转速和ECU对催化器的监控状态来判断催化器清氧基本条件，若通过计算得到准确的催化器储氧量，发现催化器中含有多余氧气并需要进行催化器清氧操作，则通过催化器排气流量、催化器前氧传感器采集值和催化器后氧传感器采集值，高效准确地判断发动机加浓状态及清氧操作的时间，最终通过设置目标空燃比对应的过量空气系数，基于空燃比闭环控制功能加浓混合气，实现催化器清氧功能，改善发动机排放性能。
基于上述基本构思，本发明具有如下优选的技术方案：
作为本发明优选的技术方案，满足步骤(1)所述催化器清氧基本条件指的是，发动机转速小于清氧激活转速并且发动机控制单元ECU对催化器未处于车载诊断OBD的监控状态。
本发明所述清氧激活转速和发动机设计与性能有关，由发动机不同转速下的空气流量流经催化器流畅程度决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
作为本发明优选的技术方案，满足步骤(2)所述催化器储氧计算开始条件指的是，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T。
本发明所述过量空气系数指实际供给燃料燃烧的空气量与理论空气量之比，同样指的是实际空燃比与理论空燃比的比值，一般情况下，汽油的理论空燃比为14.7。
本发明所述储氧计算开始过量空气系数λ1和发动机设计与性能有关，由流经催化器气流影响催化器氧平衡的氧含量决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
本发明所述储氧计算极限持续时间T和发动机设计与性能有关，由发动机排气延时决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)采用积分计算的方式计算所述催化器储氧量。
优选地，所述积分计算的公式为：
Figure BDA0002336542100000051
其中，MOxy为催化器储氧量，单位为g；
λLean为催化器储氧计算开始条件下催化器前氧传感器监测到的过量空气系数值；
mair为催化器进气流量，单位为kg/h。
本发明步骤(3)对应积分计算公式中的催化器进气流量mair处于实时变化的状态，并且其在催化器储氧量积分计算开始到结束时间段内的变化是催化器储氧量积分计算的对象。
作为本发明优选的技术方案，当满足步骤(3)所述计算催化器储氧量的结束条件时，终止步骤(3)对催化器清氧量的计算，开始进行步骤(4)所述催化器清氧条件的判断，否则继续进行对催化器清氧量的计算；
优选地，如下任一情况均视为步骤(3)所述计算催化器储氧量的结束条件：
情况a：催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于储氧计算结束过量空气系数λ2；
情况b：催化器储氧量达到饱和状态。
优选地，情况b又包括b1和b2两种情况：
情况b1：计算得到的所述催化器储氧量大于催化器极限储氧量MOxyStorage；
情况b2：催化器后氧传感器监测到的过量空气系数高于催化器储氧量饱和过量空气系数λ3。
优选地，情况b经判断满足指的是情况b1或b2任一情况满足，情况b经判断不满足指的是情况b1和b2均不满足。
本发明所述储氧计算结束过量空气系数λ2和发动机设计与性能有关，由催化器体积、构造及贵金属含量决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
本发明所述催化器极限储氧量MOxyStorage和发动机设计与性能有关，由催化器体积、构造及贵金属含量决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
本发明所述催化器储氧量饱和过量空气系数λ3和发动机设计与性能有关，由催化器性能决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)所述满足催化器清氧条件指的是，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧开始过量空气系数λ4。
优选地，所述清氧开始过量空气系数λ4≤储氧计算结束过量空气系数λ2。
本发明所述清氧开始过量空气系数λ4和发动机设计与性能有关，由催化器体积、构造及贵金属含量决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。当λ4≤λ2时，尤其是λ4＜λ2，即催化器前氧传感器监测到的过量空气系数比储氧计算结束时的过量空气系数更低，能够充分打破催化器过稀的氧平衡状态，保证清氧效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)采用积分计算的方式计算所述催化器清氧量。
优选地，所述积分计算的公式为：
Figure BDA0002336542100000071
其中，MOxyPurge为催化器清氧量，单位为g；
λDes为清氧过程的目标空燃比对应的过量空气系数值；
mair为催化器进气流量，单位为kg/h。
本发明步骤(4)对应积分计算公式中的催化器进气流量mair处于实时变化的状态，并且其在催化器清氧量积分计算开始到结束时间段内的变化是催化器储氧量积分计算的对象。
作为本发明优选的技术方案，当满足如下任一情况时，均视为步骤(4)的结束条件：
情况a’：满足步骤(2)所述催化器储氧计算开始条件，则重新执行步骤(3) 所述计算催化器储氧量，否则继续进行情况b’和情况c’的判断；
情况b’：催化器清氧量大于最小催化器清氧量MPurgeLimit，并且催化器后氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧结束过量空气系数λ5；
情况c’：催化器清氧量大于k倍的步骤(3)所得催化器储氧量。
优选地，情况c’中的倍数k为1-1.5，例如1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.24、 1.3、1.35、1.4、1.45或1.5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，当满足情况b’或情况c’时，不仅视为步骤(4)的结束条件，还是整个清氧方法结束的标志；当情况b’和情况c’均不满足时，继续进行步骤(4) 所述计算催化器清氧量并进行清氧操作。
本发明所述最小催化器清氧量MPurgeLimit指的是一旦启动清氧操作，最少需要清除的氧气含量，保证清氧操作一旦启动就能对催化器清除部分氧气的有益效果。所述最小催化器清氧量MPurgeLimit和发动机设计与性能有关，由发动机排气管路体积及排气延时决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
本发明所述清氧结束过量空气系数λ5和发动机设计与性能有关，由催化器体积、构造及贵金属含量决定，可根据实际发动机及整车情况进行调整。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)所述清氧操作设置目标空燃比对应的过量空气系数λaim，加浓混合气。
优选地，所述加浓混合气通过空燃比闭环控制功能实现加浓补偿。
作为本发明优选的技术方案，所述清氧方法包括如下步骤：
(1)判断是否满足催化器清氧基本条件；
其中，满足所述催化器清氧基本条件指的是，发动机转速小于清氧激活转速并且发动机控制单元ECU对催化器未处于车载诊断OBD的监控状态；
(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件；
其中，满足所述催化器储氧计算开始条件指的是，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T；
(3)当满足步骤(2)所述开始条件，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000081
计算催化器储氧量，当满足所述计算催化器储氧量的结束条件时，终止对催化器清氧量的计算，开始进行步骤(4)所述催化器清氧条件的判断，否则继续进行对催化器清氧量的计算；
其中，如下任一情况均视为计算催化器储氧量的结束条件：
情况a：催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于储氧计算结束过量空气系数λ2；
情况b：催化器储氧量达到饱和状态；
(4)当催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧开始过量空气系数λ4，视为满足催化器清氧条件，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000091
计算催化器清氧量，同时设置目标空燃比对应的过量空气系数λaim，通过空燃比闭环控制功能实现混合气加浓补偿；
其中，当满足如下任一情况时，均视为步骤(4)的结束条件：
情况a’：满足步骤(2)所述催化器储氧计算开始条件，则重新执行步骤(3) 所述计算催化器储氧量，否则继续进行情况b’和情况c’的判断；
情况b’：催化器清氧量大于最小催化器清氧量标准催化器清氧量MPurgeLimit，并且催化器后氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧结束过量空气系数λ5；
情况c’：催化器清氧量大于k倍的步骤(3)所得催化器储氧量；
当满足情况b’或情况c’时，不仅视为步骤(4)的结束条件，还是整个清氧方法结束的标志；当情况b’和情况c’均不满足时，继续进行步骤(4)所述计算催化器清氧量并进行清氧操作。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明所述汽油机催化器清氧方法，基于催化器储氧和清氧过程的物理模型，经过数学推导可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气；
(2)本发明所述汽油机催化器清氧方法的控制参数主要依赖发动机***特性，可以节省标定所需时间，适用场景更广；
(3)本发明所述汽油机催化器清氧方法适用于安装有催化器前氧传感器、三元催化器、催化器后氧传感器及ECU控制器等部件的汽油机及机动车，尤其适用于汽油机发生断油又恢复供油和空燃比持续偏稀的工况。
附图说明
图1是本发明所述汽油机催化器清氧操作的控制框图；
图2a是本发明所述汽油机催化器清氧方法的软件流程图；
图2b是本发明所述汽油机催化器清氧方法用于判断催化器储氧量开始计算条件的主程序示例图；
图2c是本发明所述汽油机催化器清氧方法用于计算催化器储氧量及清氧开始条件判断的主程序示例图；
图2d是本发明所述汽油机催化器清氧方法用于计算清氧量并通过设置目标空燃比对应的过量空气系数值进行清氧操作的主程序示例图；
图3是本发明实施例1对应的催化器储氧量计算效果图；
图4是本发明实施例1对应的催化器清氧控制效果图；
图5是本发明实施例2对应的催化器储氧量计算效果图；
图6是本发明实施例2对应的催化器清氧控制效果图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1示出了本发明所述汽油机催化器清氧操作的控制框图，主要体现了清氧操作和空燃比闭环控制功能的协同作用，具体为：催化器清氧控制模块需要实时监测催化器前过量空气系数和催化器后过量空气系数，以此判断催化器清氧控制的开始条件和结束条件是否满足，并依据进气流量和期望空燃比对应的过量空气系数计算催化器清氧量，同时输出清氧时目标空燃比对应的过量空气系数；状态选择开关主要依据催化器清氧状态的判断结果，对清氧时目标空燃比对应的过量空气系数和非清氧时的目标空燃比对应的过量空气系数进行选择，将二者之一作为目标空燃比对应的过量空气系数输入空燃比闭环控制模块；空燃比闭环控制模块则依据状态选择开关确定的目标空燃比对应的过量空气系数和实时监测到的催化器前过量空气系数两个参数，最终输出空燃比闭环输出控制量，实现了清氧操作和空燃比闭环控制功能的协同作用，体现了本发明所述清氧方法主要依赖发动机***特性，可以节省标定所需时间，适用场景更广的优势。
图2a示出本发明所述汽油机催化器清氧方法的软件流程图，具体为：ECU 实时监测发动机转速和车载诊断OBD对催化器的监控状态，当判断得出发动机转速小于清氧激活转速并且发动机控制单元ECU对催化器未处于车载诊断 OBD的监控状态，即视为满足催化器清氧基本条件，否则直接结束清氧软件程序；在满足催化器清氧基本条件的基础上，通过催化器前氧传感器实时监测到的过量空气系数，当催化器前过量空气系数值高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T，即视为满足计算催化器储氧量MOxy的条件，否则直接结束清氧软件程序；当满足计算MOxy的开始条件时，开始对 MOxy进行积分计算，直到催化器前过量空气系数值低于储氧计算结束过量空气系数λ2或者监测到催化器储氧量达到饱和状态任一情况发生，随即结束对MOxy的积分计算，如果前述两种情况均为否定，则返回MOxy的积分计算；当结束对 MOxy的积分计算时，需要判断是否满足催化器清氧条件，即催化器前过量空气系数低于清氧开始过量空气系数λ4，否则持续进行催化器清氧条件的判断；在满足催化器清氧条件的基础上，开始对催化器清氧量MOxyPurge进行积分计算，同时设置目标空燃比对应的过量空气系数λaim，加浓混合气，实时判断是否满足计算MOxy的开始条件，如果条件满足立即返回到催化器储氧量的计算过程，否则才会继续进行如下两种情况的判断，即MOxyPurge大于最小催化器清氧量MPurgeLimit且催化器后过量空气系数值低于清氧结束过量空气系数λ5或者MOxyPurge大于k 倍的MOxy；如果上述两种情况的判断均为否定，则返回催化器清氧操作继续执行；如果上述两种情况中任一情况的判断为肯定，不仅视为步骤(4)的结束条件，还是整个清氧方法结束的标志。
实施例1
本实施例提供了一种汽油机催化器清氧方法，针对的是某四缸汽油机断油后又恢复供油工况，整个策略实现过程以20毫秒时间作为计算步长；
(1)判断是否满足催化器清氧基本条件：
在发动机运行过程中，监测到发动机转速为1400rpm小于清氧激活转速 4000rpm并且ECU对催化器未处于OBD的监控状态，满足催化器清氧基本条件；
(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件，其中储氧计算开始过量空气系数λ1＝1.25，储氧计算极限持续时间 T＝0.5s；
在车辆运行过程中出现了断油工况，例如急收加速踏板，且断油工况持续了4.8s才恢复供油，则监测到催化器前过量空气系数值迅速增长至16且持续了4.8s，满足催化器前氧传感器监测到的过量空气系数高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T的催化器储氧计算开始条件，则ECU开始计算催化器储氧量；
(3)当满足步骤(2)所述开始条件，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000131
计算催化器储氧量，其中情况a所述储氧计算结束过量空气系数λ2＝1；
在催化器储氧计算开始条件下催化器前氧传感器监测到的过量空气系数值λLean为16；催化器储氧量计算的结束条件是断油工况持续4.8s恢复供油后，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数为0.99低于储氧计算结束过量空气系数λ2；如图3所示，催化器进气流量mair在断油工况持续的4.8s时间里连续变化，由9.1kg/h逐渐降为7.6kg/h，最终积分计算得到的催化器储氧量MOxy为2.1g；
(4)当满足催化器清氧条件时，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000132
计算催化器清氧量并进行清氧操作，其中清氧开始过量空气系数λ4＝0.995，清氧过程的目标空燃比对应的过量空气系数值λDes＝0.93，情况b’所述最小催化器清氧量MPurgeLimit＝0.2g，情况b’所述清氧结束过量空气系数λ5＝0.99；
当发动机结束断油又恢复供油时，步骤(3)中催化器储氧量计算的结束条件就满足步骤(4)的催化器清氧条件，即催化器前氧传感器监测到的过量空气系数为0.99低于清氧开始过量空气系数λ4，ECU开始计算催化器清氧量MOxyPurge并执行催化器清氧操作；步骤(4)结束条件是计算得到的催化器清氧量已经超过最小催化器清氧量MPurgeLimit，并且催化器后氧传感器监测到的过量空气系数为0.98低于清氧结束过量空气系数λ5，从开始到结束整个清氧过程持续11.5s；如图3所示，催化器进气流量mair在清氧过程持续的11.5s时间里连续变化，其变化范围在6.2kg/h与9.1kg/h之间，最终积分计算得到的催化器清氧量MOxyPurge为1.8g。
通过本实施例对应的图4可以看出，本次清氧过程将催化器前实际过量空气系数值由1降为0.93，随后又重新恢复至正常值1，最终实现了准确高效地清除催化器中多余的氧气。
实施例2
本实施例提供了一种汽油机催化器清氧方法，针对的是某四缸汽油机断油后又恢复供油工况，整个策略实现过程以20毫秒时间作为计算步长；
(1)判断是否满足催化器清氧基本条件：
在发动机运行过程中，监测到发动机转速为1380rpm小于清氧激活转速 4000rpm并且ECU对催化器未处于OBD的监控状态，满足催化器清氧基本条件；
(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件，其中储氧计算开始过量空气系数λ1＝1.25，储氧计算极限持续时间 T＝0.5s；
在车辆运行过程中出现了断油工况，例如急收加速踏板，且断油工况持续了1.3s才恢复供油，则监测到催化器前过量空气系数值迅速增长至16且持续了 1.3s，满足催化器前氧传感器监测到的过量空气系数高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T的催化器储氧计算开始条件，则ECU开始计算催化器储氧量；
(3)当满足步骤(2)所述开始条件，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000151
计算催化器储氧量，其中情况a所述储氧计算结束过量空气系数λ2＝1；
在催化器储氧计算开始条件下催化器前氧传感器监测到的过量空气系数值λLean为16；催化器储氧量计算的结束条件是断油工况持续1.3s恢复供油后，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数为0.99低于储氧计算结束过量空气系数λ2；如图5所示，催化器进气流量mair在断油工况持续的1.3s时间虽连续变化，但基本为8.7kg/h左右，最终积分计算得到的催化器储氧量MOxy为0.99g；
(4)当满足催化器清氧条件时，采用积分计算的方式按照公式
Figure BDA0002336542100000152
计算催化器清氧量并进行清氧操作，其中清氧开始过量空气系数λ4＝0.995，清氧过程的目标空燃比对应的过量空气系数值λDes＝0.93，情况b’所述最小催化器清氧量MPurgeLimit＝0.2g，情况b’所述清氧结束过量空气系数λ5＝0.99，情况c’所述倍数k＝1；
当发动机结束断油又恢复供油时，步骤(3)中催化器储氧量计算的结束条件就满足步骤(4)的催化器清氧条件，即催化器前氧传感器监测到的过量空气系数为0.99低于清氧开始过量空气系数λ4，ECU开始计算催化器清氧量MOxyPurge并执行催化器清氧操作；通过长达3.5s的催化器清氧量积分计算，得到催化器清氧量MOxyPurge为0.995g，其中，如图5所示，催化器进气流量mair在清氧过程持续的3.5s时间里逐渐增加，其由8.5kg/h逐渐增加至30kg/h；因为清氧结束时，催化器后氧传感器监测到的过量空气系数为1.01，仍然大于清氧结束过量空气系数λ5，不满足MOxyPurge大于MPurgeLimit且催化器后过量空气系数值＜λ5的情况 b’，因此本实施例清氧结束条件是情况c’，即MOxyPurge＞k*MOxy。
通过本实施例对应的图6可以看出，本次清氧过程将催化器前实际过量空气系数值由1降为0.94，随后又重新恢复至正常值1，最终实现了准确高效地清除催化器中多余的氧气。
值得注意的是，本发明图4和图6中过量空气系数曲线并非实际监测数值，而是经过计算机编程处理后的存储数值。
由上述实施例可以看出，本发明所述清氧方法基于催化器储氧和清氧过程的物理模型，经过数学推导可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气。而且，所述清氧方法的控制参数主要依赖发动机***特性，可以节省标定所需时间，适用场景更广。所述清氧方法适用于安装有催化器前氧传感器、三元催化器、催化器后氧传感器及ECU控制器等部件的汽油机及机动车，尤其适用于汽油机发生断油又恢复供油和空燃比持续偏稀的工况，可以准确高效地控制喷油量来清除催化器中多余的氧气，保证催化器能够迅速恢复排放物高效转化的状态。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种汽油机催化器清氧方法，其特征在于，所述清氧方法包括如下步骤：
(1)判断是否满足催化器清氧基本条件；
(2)当满足步骤(1)所述基本条件时，判断是否满足催化器储氧计算开始条件；
(3)当满足步骤(2)所述开始条件，计算催化器储氧量；
(4)当满足催化器清氧条件时，采用积分计算的方式计算催化器清氧量并进行清氧操作；
所述积分计算的公式为：
Figure FDA0003670901100000011
其中，MOxyPurge为催化器清氧量，单位为g；
λDes为清氧过程的目标空燃比对应的过量空气系数值；
mair为催化器进气流量，单位为kg/h；
其中，当步骤(1)或步骤(2)不满足对应条件时，直接结束；
当步骤(4)不满足催化器清氧条件时，持续进行所述条件的判断。
2.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，满足步骤(1)所述催化器清氧基本条件指的是，发动机转速小于清氧激活转速并且发动机控制单元ECU对催化器未处于车载诊断OBD的监控状态。
3.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，满足步骤(2)所述催化器储氧计算开始条件指的是，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数高于储氧计算开始过量空气系数λ1且持续时间大于储氧计算极限持续时间T。
4.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，步骤(3)采用积分计算的方式计算所述催化器储氧量。
5.根据权利要求4所述的清氧方法，其特征在于，所述积分计算的公式为：
Figure FDA0003670901100000021
其中，MOxy为催化器储氧量，单位为g；
λLean为催化器储氧计算开始条件下催化器前氧传感器监测到的过量空气系数值；
mair为催化器进气流量，单位为kg/h。
6.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，当满足步骤(3)所述计算催化器储氧量的结束条件时，终止步骤(3)对催化器清氧量的计算，开始进行步骤(4)所述催化器清氧条件的判断，否则继续进行对催化器清氧量的计算。
7.根据权利要求6所述的清氧方法，其特征在于，如下任一情况均视为步骤(3)所述计算催化器储氧量的结束条件：
情况a：催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于储氧计算结束过量空气系数λ2；
情况b：催化器储氧量达到饱和状态。
8.根据权利要求7所述的清氧方法，其特征在于，情况b又包括b1和b2两种情况：
情况b1：计算得到的所述催化器储氧量大于催化器极限储氧量MOxyStorage；
情况b2：催化器后氧传感器监测到的过量空气系数高于催化器储氧量饱和过量空气系数λ3。
9.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，步骤(4)所述满足催化器清氧条件指的是，催化器前氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧开始过量空气系数λ4。
10.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，当满足如下任一情况时，均视为步骤(4)的结束条件：
情况a’：满足步骤(2)所述催化器储氧计算开始条件，则重新执行步骤(3)所述计算催化器储氧量，否则继续进行情况b’和情况c’的判断；
情况b’：催化器清氧量大于最小催化器清氧量MPurgeLimit，并且催化器后氧传感器监测到的过量空气系数低于清氧结束过量空气系数λ5；
情况c’：催化器清氧量大于k倍的步骤(3)所得催化器储氧量。
11.根据权利要求10所述的清氧方法，其特征在于，情况c’中的倍数k为1-1.5。
12.根据权利要求10所述的清氧方法，其特征在于，当满足情况b’或情况c’时，不仅视为步骤(4)的结束条件，还是整个清氧方法结束的标志；当情况b’和情况c’均不满足时，继续进行步骤(4)所述计算催化器清氧量并进行清氧操作。
13.根据权利要求1所述的清氧方法，其特征在于，步骤(4)所述清氧操作设置目标空燃比对应的过量空气系数λaim，加浓混合气。
14.根据权利要求13所述的清氧方法，其特征在于，所述加浓混合气通过空燃比闭环控制功能实现加浓补偿。
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