CN114810381B - 一种结合vvt控制的gpf主动再生控制方法及*** - Google Patents

一种结合vvt控制的gpf主动再生控制方法及*** Download PDF

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Abstract

一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法及***，涉及机动车排放控制技术，具体涉及颗粒捕集器再生技术领域。解决了低车速发动机低负荷下GPF再生困难的难题。所述GPF主动再生控制方法是基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的软件实现的，所述控制方法包括：碳载量获取步骤：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；主动再生功能启动步骤：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；主动再生步骤，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生。本发明适用于机动车排放控制技术领域。

Description

一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法及***
技术领域
本发明涉及机动车排放控制技术，具体涉及颗粒捕集器再生技术领域。
背景技术
汽车的排放控制是汽车行业一直致力于研究的技术之一，主要目的降低碳排放量，在研究降低碳排放量的过程中，现有技术中的汽油机颗粒捕集器(GPF)成为满足标准中碳烟颗粒物排放(PN)限值的一种重要技术手段，GPF逐渐成为汽油机的标准配置，与催化转化器共同组成新型汽油机排气后处理***，GPF作为壁流式碳烟过滤装置，在拦截碳烟的同时需要进行周期性再生处理，否则将无法满足长期有效的GPF碳烟拦截功能，长此以往GPF样件会出现堵塞及损坏风险。大部分家用通勤车辆长期运行在冷启动后城市拥堵路况，为低速短途驾驶的工况，发动机负荷小，此种工况碳烟产生量较高，同时由于发动机负荷低排气温度低，很难形成有效的断油被动再生，所以需要较高频次的主动再生来降低碳烟量，避免碳烟量过高形成堵塞损坏GPF。
GPF为挤压成型的壁流式蜂窝陶瓷结构形式，利用壁流式结构、载体材料的多孔介质的特点对尾气中的颗粒进行捕集。在GPF内颗粒物累积到一定程度，需要采用主动再生手段进行清除避免造成堵塞甚至损坏风险。目前采用较多的主动再生的策略为ECU控制发动机推迟点火角，提升排气温度，进而加热GPF，在GPF温度被加热到超过再生需求最低温度(600℃以上)后，ECU控制发动机进行稀薄燃烧，致使大量未经燃烧氧气可以进入GPF促使高温碳烟颗粒燃烧形成CO2或CO等气体形态排出，达到再生目的。例如：
2021年05月04日公开的专利文献CN 112746907 A记载了“一种GPF城市工况主动再生分级控制方法及***”，其为了降低低温城市工况下GPF的堵塞风险，有效再生的同时兼顾车辆的动力性和经济性，采用的技术手段为根据于GPF的碳载量信号和发动机的运转时长两个因素，控制GPF在被动再生模式、正常主动再生模式和城市工况主动再生模式三种模式下切换，其中，正常主动再生模式和城市工况主动再生模式下，发动机转速提高，点火提前角度推迟，将发动机目标空燃比提高，即：根据再生程度不同进行不同程度的提高转速等控制。
2020年03月27日公开的专利文献CN110925065A记载了“一种颗粒捕集器主动再生分级控制方法”，其目的在于提供一种颗粒捕集器主动再生分级控制方法，采用的技术手段是根据不同碳载量和颗粒捕集器温度所在的区域，及区域的标定，确定主动再生的方式，所述主动再生方法控制发动机推迟点火角、空燃比变稀、提高怠速转速中的一种或一种以上的组合。
综上，现有技术中GPF主动再生控制方法一般都是采用推迟点火角、提升发动机转速等提高排气温度的技术思路。然而一些大排量车型，在城市工况下发动机负荷很小，排温较低，往往在点火角推迟到极限位置还是很难获得较为理想的排温，如图2所示，某车型H在低速小负荷工况下，点火角效率降低到0.5左右，排温仍然难以达到600摄氏度。继续降低点火角效率造成燃烧不稳定，造成驾驶性恶化。针对GPF主动再生控制方法会影响驾驶性、甚至导致驾驶性恶化的问题是本领域一直渴望解决的技术问题，但一直没有有效的解决方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有再生控制方法中因为推迟点火角导致燃烧稳定性下降较多，往往带来车辆振动抖动等驾驶性恶化的现象，用户舒适性和驾驶性体验大幅下降的问题。
本发明没有沿用现有技术惯用的“推迟点火角、提高发动机转速”的单一技术思路，而是从根本上优化发动机燃烧控制，通过同时优化可变气门正时(VVT)，再大幅推迟点火角提高排温，解决了低车速发动机低负荷下GPF再生困难的难题。
本发明所述的技术方案有：
一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法，基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的软件实现的，所述控制方法包括如下步骤：
碳载量获取步骤：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动步骤：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
主动再生步骤，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生。
优选地，所述上限值为80％，所述下限值为20％。
进一步地，所述控制方法还包括：GPF温度监控步骤，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
进一步地，所述再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程包括如下子步骤：
点火角位置判断子步骤：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子步骤；否则，启动推迟点火角子步骤；
VVT控制子步骤；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子步骤；
推迟点火角子步骤：用于发出控制信号推迟点火角。
进一步地，所述再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程，还可以增加步骤：关闭废气再循环***(EGR)或者优化可变气门升程(VVL)的步骤。
上述方法是能够采用计算机软件实现的，因此与上述控制方法对应的、本发明还提供下述一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***：
所述控制***是嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的控制软件实现的，所述控制***包括：
碳载量获取单元：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动单元：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
再生单元，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生。
进一步地，所述控制***还包括：GPF温度监控单元，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
进一步地，再生单元中，还包括如下子单元：
点火角位置判断子单元：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子单元；否则，启动推迟点火角子单元；
VVT控制子单元；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子单元；
推迟点火角子单元：用于发出控制信号推迟点火角。
上述方法是能够采用计算机软件实现的，因此本发明还包括：
一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时，执行上述任意一种主动再生控制方法。
一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一种主动再生控制方法。
本发明与现有同类技术相比较的优点：
1、传统同类技术方案存在一些固有的缺陷，一方面低负荷下传统的标定方法无法达到足够高的排温，无法燃烧GPF中的碳烟，导致低车速行驶无法燃烧碳烟，导致用户车辆容易发生GPF堵塞现象；另一方面容易因为推迟点火角导致燃烧稳定性下降较多，往往带来车辆振动抖动等驾驶性恶化的现象，用户舒适性和驾驶性体验大幅下降。
本发明能够有效克服上述缺陷：
首先，本发明通过对VVT的同步控制使得在不影响驾驶性的前提下点火角效率可以进一步降低，进一步提升排温，从而避免使用提高发动机转速的手段来提高排温，降低了主动再生时对驾驶员的主观差异。
其次，本发明的主动再生功能可以有效提高大排量发动机车辆在常用低速小负荷工况下主动再生效率，有效避免GPF堵塞的风险。
因此，采用本发明所述的控制方法，能够在道路拥堵路况情况下，在满足排放法规要求的同时，能够有效避免GPF堵塞、进一步避免车辆振动抖动情况发生，大大改善用户体验。
2、本发明通过优化可变气门正时大幅提升发动机的燃烧稳定性，从而在发动机小负荷时进一步推迟点火角，获得了更高的排气温度，以便GPF可以达到碳烟的燃烧再生温度，同时还不会发生明显的燃烧恶化，避免导致车辆振动抖动等驾驶性恶化的现象。
3、本发明针对大排量车型低速小负荷工况下GPF主动再生的控制方法,该方法可以有效提高大排量发动机车型低速小负荷工况下GPF温度，高效进行主动再生，避免提高发动机转速或提示用户运行高速工况的几率，减少客户抱怨。
4、本发明的优势在于可以在发动机低负荷区域快速有效提升GPF内排气温度，有效进行主动再生，通过改变可变气门正时(VVT)，解决发动机低负荷区域排温低，难以进行主动再生的难题。避免了使用现有技术必须通过提升发动机转速负荷来对排气***升温的方法，降低了主动再生时带来的主观驾驶性差异。
5、本发明所述的方法是基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的软件实现的，充分利用了现有技术，通过调整控制逻辑来实现GPF主动再生控制。更适合技术推广与应用。
本发明适用于机动车排放控制技术领域，还适用于对现有ECU的改进。
附图说明
图1实施方式九所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法的流程图。
图2为采用现有GPF主动再生控制方法时，GPF温度和车速之间的关系图。
图3为采用本发明所述的GPF主动再生控制方法时，GPF温度和车速之间的关系图。
实施方式
为使本发明的技术方案及优点表述更清楚，下面将结合附图对本发明的若干具体实施方式作进一步地详细描述，但下面所述的各个实施方式仅是本申请所要求保护的一部分具体方案，而不是全部的方案。
实施方式一.本实施方式所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法是基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的软件实现的，所述控制方法包括如下步骤：
碳载量获取步骤：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动步骤：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
主动再生步骤，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生。
本实施方式所述的控制方法是根据实时获得的当前GPF中碳载量来启动或退出主动再生功能，即：当所述碳载量高于上限时启动主动再生功能，持续到所述碳载量下降到下限时推出主动再生功能。在主动再生的过程中根据GPF温度来控制VVT和点火角协同动作来实现低载荷下的碳载量控制。
实施方式二.本实施方式是对实施方式一所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法的进一步限定，本实施方式中，所述上限值为80％，所述下限值为20％。
本实施方式给出了一种具体的碳载量的上限和下限的具体数值，在实际应用中，可以根据车辆发动机的情况进行调整。
实施方式三.本实施方式是对实施方式一所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法的进一步限定，本实施方式中增加了步骤：GPF温度监控步骤，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
本实施方式中增加了GPF温度监控步骤，通过该步骤在GPF温度较高时启动排温保护功能，所述排温保护功能可以采用原有车载排温功能的设备执行即可。
本发明所述的控制方法，是先要通过提高GPF温度达到再生条件，但是在再生过程中，会维持GPF温度保持在再生条件中，但是，如果所述GPF温度超过上限，例如：超过950℃时，则有可能会影响整个***的工作性能，因此，此时需要启动排温保护功能进行降温，避免影响***的工作性能。
实施方式四.本实施方式是对实施方式一所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法中再生步骤的举例说明，本实施方式中，所述再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程包括如下子步骤：
点火角位置判断子步骤：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子步骤；否则，启动推迟点火角子步骤；
VVT控制子步骤；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子步骤；
推迟点火角子步骤：用于发出控制信号推迟点火角。
本是实施方式中，在点火角达到极限位置的时候，控制器回到初始位置、并推迟点火角。
首先，由于点火角达到极限位置、如果再继续调整则会降低点火角效率并造成燃烧不稳定的情况发生，因此本实施方式中，当点火角达到极限位置时、推迟点火角，同时控制VVT其回到初始位置，避免继续调整点火角而导致的燃烧不稳定的情况发生。
其次，该种控制过程，可以通过VVT与点火角的配合提高控制GPF温度，使其提高至满足主动再生功能的温度条件，进而启动主动再生功能，有效降低碳载量。
实施方式五.本实施方式是对实施方式一所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法中再生步骤的举例说明，本实施方式中，所述再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程，还可以增加步骤：关闭废气再循环***(EGR)或者优化可变气门升程(VVL)的步骤。
本实施方式增加的步骤，关闭废气再循环***(EGR)或者优化可变气门升程(VVL)，都是改善发动机燃烧的有效方法，进而更容易达到可以推迟点火角，获得更高的排气温度的技术效果。
实施方式六.本实施方式是与实施方式一所述的控制方法对应的控制***，本实施方式所述一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***是基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的控制软件实现的，所述控制***包括：
碳载量获取单元：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动单元：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
再生单元，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生。
实施方式七.本实施方式是对实施方式六所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***，所述控制***还包括：GPF温度监控单元，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
实施方式八.本实施方式是对实施方式六所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***，本实施方式中，所述再生单元中还包括如下子单元：
点火角位置判断子单元：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子单元；否则，启动推迟点火角子单元；
VVT控制子单元；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子单元；
推迟点火角子单元：用于发出控制信号推迟点火角。
实施方式九.本实施方式是对本发明所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法的距离说明，本实施方式所述的控制方法参见图1所示：
ECU通过累碳模型实时计算GPF中碳载量(碳烟质量)，当所述碳载量达到一定限值时激活主动再生功能来消除碳烟以达到保护GPF的目的。
ECU内部有经过标定的温度模型，该模型值可以准确的反应GPF温度，主动再生功能被触发后，ECU先主动控制发动机排温达到或大于再生需求最低温度(600℃)，当发动机负荷偏低情况下，ECU控制VVT到相应的优化位置，此时发动机可以进一步推迟点火角从而进一步提升排温来加热GPF，在GPF温度达到再生温度后，通过ECU控制空燃比减稀使空气进入GPF，高温碳颗粒燃烧形成二氧化碳，完成再生。上述过程参见图1所示，是一种具体的控制流程
采用本发明所述的控制方法与现有技术的控制方法的效果进行比较，即：针对某车型H在相同工况下分别采用现有控制方法与本发明所述的控制方法最后获得的GPF温度和车速之间的关系图，其中图2与现有技术方法对应，图3与本发明所述控制方法对应，对比二者：
根据图2可知，现有控制方法中，点火角效率降低到0.5左右，排温仍然难以达到600摄氏度，无法启动再生功能。
根据图3可知，本发明所述的控制方法中，点火角效率降低到0.5左右，排温没达到600摄氏度，此时控制可变气门正时(VVT)进入参考位置，然后，点火角角降低到0.3左右时，使排温大幅度提高，并在车速接近50km/h时，GPF温度超过600摄氏度，达到了主动再生的温度条件，启动主动再生功能。

Claims (7)

1.一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法，其特征在于，所述控制方法基于嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的软件实现的，所述控制方法包括如下步骤：
碳载量获取步骤：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动步骤：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
主动再生步骤，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生；
主动再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程包括如下子步骤：
点火角位置判断子步骤：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子步骤；否则，启动推迟点火角子步骤；
VVT控制子步骤；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子步骤；
推迟点火角子步骤：用于发出控制信号推迟点火角；
所述主动再生步骤中，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程，还包括步骤：关闭废气再循环***或者优化可变气门升程的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法，其特征在于，所述上限值为80％，所述下限值为20％。
3.根据权利要求1所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：GPF温度监控步骤，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
4.一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***，其特征在于，所述控制***是嵌入在发动机的综合控制装置ECU中的控制软件实现的，所述控制***包括：
碳载量获取单元：用于通过累碳模型计算当前GPF中碳载量；
主动再生功能启动单元：用于在当前碳载量达到上限值时，激发主动再生步骤、降低碳载量；还用于在当前碳载量达到下限值时，退出主动再生功能；
再生单元，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度；还用于在当前GPF温度高于600℃时，控制空燃比减稀使空气进入GPF，实现再生
所述再生单元中还包括：
点火角位置判断子单元：用于判断当前点火角的位置是否达到极限位置，如果是，则启动VVT控制子步骤；否则，启动推迟点火角子步骤；
VVT控制子单元；用于控制VVT回到初始位置，然后启动推迟点火角子步骤；
推迟点火角子单元：用于发出控制信号推迟点火角；
子单元，用于在当前GPF温度不大于600℃时，控制VVT和点火角来提升所述GPF温度的过程中，关闭废气再循环***或者优化可变气门升程。
5.根据权利要求4所述的一种结合VVT控制的GPF主动再生控制***，其特征在于，所述控制***还包括：GPF温度监控单元，用于在当前GPF温度高于温度上限时，启动排温保护功能。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时，执行权利要求1-3任意一项权利要求所述的主动再生控制方法。
7.一种电子设备，包括：处理器和存储器，其特征在于，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-3任意一项权利要求所述的主动再生控制方法。
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