CN114810396B - 一种发动机控制装置及调节氮氧化物转化率的方法、汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机控制装置及调节氮氧化物转化率的方法、汽车，所述发动机控制装置，用于通过调控发动机的主喷油量和主喷正时，来控制CO2在尾气中的排放量占比，以调节LNT中氮氧化物转化率。本发明通过发动机ECU获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断该排放量占比是否大于/等于预设阈值；当排放量占比大于/等于预设阈值时，启动发动机控制装置；通过发动机控制装置调整发动机的主喷油量和主喷正时，使CO2在尾气中的排放量占比小于预设阈值，以实现进一步提高LNT中NOx的转化效率。
Description
技术领域
本发明属于汽车领域，特别是涉及一种发动机控制装置及调节氮氧化物转化率的方法、汽车。
背景技术
在汽车的排放法规（国6排放法规）中，对NOX的排放限值，做了更严格的要求。由于柴油机是富氧燃烧，因而汽车的尾气中含有大量的NOX。因此，本领域技术人员面临着尽可能减少尾气中NOX含量的问题。
在现有技术中，为了降低NOX的排放，本领域技术人员，开发出了LNT（Lean NOxTrap，稀燃NOX捕集装置），并成功应用于汽车中。其中，LNT主要用于对NOx捕集和释放，以及对NOx进行还原，达到净化NOx的目的。
但在LNT的实际应用过程中，尾气中存在的CO2会降低LNT对NOx的转化效率。因此，如何减少尾气中的CO2对LNT转化效率的影响，充分释放LNT对NOx的转化能力，是LNT在工程应用中需要解决的一个关键问题。
目前，部分LNT催化器厂家应用专用的催化剂配方来解决上述问题，但切换催化剂配方会导致LNT的开发成本增加。因此，亟待一种有效、合理且低成本的方案来解决上述问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，进一步提高LNT对NOx的转化效率，本发明提供了一种发动机控制装置及调节氮氧化物转化率的方法、汽车。具体内容如下：
第一方面，本发明提供一种发动机控制装置，所述发动机控制装置，用于通过调控发动机的主喷油量和主喷正时，来控制CO2在尾气中的排放量占比，以调节LNT中氮氧化物转化率。
优选地，所述发动机控制装置由发动机ECU控制***控制。
第二方面，本发明提供一种调节LNT中氮氧化物转化率的方法，所述方法基于所述发动机控制装置进行实施，所述方法包括：
获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断所述排放量占比是否大于/等于预设阈值；
当所述排放量占比大于/等于所述预设阈值时，启动发动机控制装置；
通过所述发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，使所述排放量占比小于所述预设阈值。
优选地，所述获取CO2在尾气中的排放量占比，包括：对发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获取所述发动机转速与所述发动机扭矩对应工况下CO2的排放量占比。
优选地，所述对发动机转速进行扫点的范围是1200rpm-2800rpm，步长为100rpm-400rpm。
优选地，所述对发动机扭矩进行扫点的范围是50Nm-300Nm，步长为25Nm-50Nm。
优选地，所述预设阈值为所述发动机转速与所述发动机扭矩对应工况下，所述CO2在尾气中的排放量占比影响LNT对NOx的转化效率的最高值。
优选地，所述最高值为：所述LNT对NOx的转化效率在85%时，对应的CO2排放量占比。
优选地，在所述获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断所述排放量占比是否大于/等于预设阈值前，所述方法还包括：获取LNT的工作状态，并判断所述LNT的工作状态是否为DeNOx；
其中，当所述LNT的工作状态为DeNOx时，执行所述获取CO2在尾气中的排放量占比。
第三方面，本发明提供一种汽车，所述汽车上设置有发动机控制装置。
本发明提供的发动机控制装置，其具有的有益效果为：本发明提供的发动机控制装置，可直接借助发动机ECU自身的控制***实现调控发动机的主喷油量和主喷正时，实现精确控制CO2在尾气中的排放量占比，从而进一步实现提高LNT中氮氧化物转化率。提高LNT的利用率。
此外，本发明提供的调节氮氧化物转化率的方法，其具有以下有益效果：
（1）本发明提供的调节氮氧化物转化率的方法中，由于可以直接借助发动机ECU自身的控制***实现发动机转速、扭矩、CO2排放量精确识别及判断。因此，无需在电控发动机上额外增加硬件成本，具有应用成本低、易推广的优点。
（2）本发明提供的调节氮氧化物转化率的方法中，在发动机ECU识别出发动机以及LNT处于CO2排放不合理区域后，可自动激活发动机控制装置，通过调节发动机主喷油量及主喷正时参数来减少CO2产出，最终提高LNT对NOx的转化效率，实现整个控制策略和控制过程的高度智能化、集成化。
（3）相比于现有技术中，部分催化器厂家会应用专用的催化剂配方来尽量避免CO2影响LNT的NOx转化效率，但切换催化剂配方会导致LNT的开发成本增加，并且在项目开发后期变更催化剂的配方会导致开发周期延长。而本发明提供的调节氮氧化物转化率的方法，通过发动机ECU自身的控制***就能实现发明目的，较为合理、可靠、唯一。更符合可持续发展的环保目的。
（4）本发明提供的调节氮氧化物转化率的方法，其涉及的***参数可灵活配置，以实现匹配不同厂家发动机以及LNT***的可调节参数，具备开放性、灵活性。
附图说明
图1示出了本发明实施例LNT在稀燃阶段储存NOx的工作原理示意图；
图2示出了本发明实施例不同CO2含量对LNT催化转化器进行NOx转化效率的影响示意图；
图3示出了本发明实施例提供的启动发动机控制装置的策略图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的发明人对现有LNT进行深入了解，现有技术中，汽车尾气中的氮氧化物（NOX）由LNT来完成净化、捕集和释放。一般以贵金属Pt作为LNT催化活性组分，碱和/或碱土金属氧化物作为储存组分，用大比表面积的γ-Al2O3作为载体，以提高活性组分和储存组分的分散度。典型的LNT催化剂体系是丰田公司最早开发出来并投放市场的Pt/BaO/Al2O3催化剂体系。以该催化剂体系为例来说明LNT催化剂的标准循环过程，LNT催化剂体系完成汽车尾气中NOx的净化、捕集和释放工作过程具体分为稀燃和浓燃2个工作阶段。其中，稀燃阶段NOx在LNT催化剂上储存，图1示出了本发明实施例LNT在稀燃阶段储存NOx的工作原理示意图；富燃阶段储存的NOx又被还原成N2。其工作原理具体如下：
首先，当发动机处于稀燃阶段时，在较长时间(约60-90秒)的稀燃阶段，NO在贵金属活性位Pt上被氧化为N02，随后N02与邻近的碱性组分BaO（BaO不稳定，易与CO2反应生成稳定的BaCO3）发生反应生成硝酸盐而被储存起来；具体反应如反应式（1-2）所示。
储存过程发生的反应如下：
2NO + O2→2NO2（1）
2BaCO3+ 4NO2+ O2→ 2Ba(NO3)2+ 2CO2（2）
当发动机切换为富燃气氛时，短时间(约3-5秒)内尾气中的还原性组分HC、CO和H2浓度迅速升高，还原气氛下储存的硝酸盐在热力学上是不稳定的，会快速释放出N02并被还原剂按照催化反应的方式还原成N2，同时催化剂储存位得到再生，具体反应如反应式（3-6）所示：
释放过程在催化剂上发生的反应如下：
Ba(NO3)2→ BaO + NO2（3）
2CO + 4NO2→ N2+ 4CO2（4）
10NO2+ 8HC→ 8CO2+ 5N2+ 4H2O（5）
BaO + CO2→BaCO3（6）
如此，就完成了一个LNT的标准循环过程。通过上述循环过程可以确定，配备稀燃NOx催化转化器（Lean NOx Trap，LNT）的发动机需要周期性地在稀燃和浓燃之间切换，以实现LNT的吸附（存储）和还原（释放）过程。
在此基础上，发明人结合LNT的工作原理，进一步探索了CO2气体对LNT催化转化器进行NOx转化效率的影响。
图2示出了本发明实施例不同CO2含量对LNT催化转化器进行NOx转化效率的影响示意图。从图2中，发明人得出以下几点结论：
（1）发动机尾气中存在的CO2会影响LNT工作效率。并且，在一定范围内（NOx转化效率在85%以上）随着CO2在尾气中占比的增加，LNT中NOx转化效率不断降低。
（2）CO2存在时NOx泄漏量比理论条件下有所增加，LNT中NOx的平均转化效率在85%左右。当LNT中NOx的平均转化效率低于这一值时，随着CO2的增多，LNT中NOx的转化效率趋于相同。
本发明的发明人，为避免尾气中的CO2对LNT中NOx的转化效率的影响，实现进一步提高LNT中NOx的转化效率的目的。发明人充分利用上述探索，提出以下技术构思：利用发动机ECU控制器，获取CO2在尾气中的排放量占比，当排放量占比大于/等于预设阈值时，基于增设的发动机控制装置，调控尾气中CO2排放量占比，使CO2在尾气中的排放量占比小于预设阈值，从而使尾气中CO2排放量占比保持在不影响LNT对NOx转化效率的范围内，实现进一步提高LNT中NOx的转化效率。
基于上述技术构思，本发明第一方面提供了一种发动机控制装置，该发动机控制装置，用于通过调控发动机的主喷油量和主喷正时，来控制CO2在尾气中的排放量占比，以调节LNT中氮氧化物转化率。
具体实施时，发动机控制装置由发动机ECU控制，图3示出了本发明实施例提供的启动发动机控制装置的策略图；如图3所示，本发明实施例中，发动机ECU自身的控制***会对LNT状态、发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2的排放量进行精确识别及判断，当判断LNT状态为DeNOx时，获取发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2的排放量值，并填入到对应的CO2排放MAP中，再将CO2排放MAP中CO2的排放量占比值与CO2排放量阈值进行比较，当确定排放量占比大于/等于CO2排放量阈值时，启动发动机（控制装置）的SURP模式，通过调整发动机的主喷油量和主喷正时（燃烧参数），得到修正后的主喷油量MAP和主喷正时MAP。发动机通过执行修正后的燃烧参数值，实现控制CO2在尾气中的排放量占比，进而提高LNT对NOx的转化效率。
本发明实施例中，优选地，发动机控制装置由发动机ECU控制***控制。
第二方面，本发明提供一种调节LNT中氮氧化物转化率的方法，该方法基于发动机控制装置进行实施，方法包括：
获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断排放量占比是否大于/等于预设阈值；
当排放量占比大于/等于预设阈值时，启动发动机控制装置；
通过发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，使排放量占比小于预设阈值。
具体实施时，发动机的主喷油量和主喷正时通过发动机ECU自身的控制***来实现调控修正。
本发明实施例中，优选地，获取CO2在尾气中的排放量占比，包括：对发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获取发动机转速与发动机扭矩对应工况下CO2的排放量占比。
具体实施时，发动机ECU的控制***对发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获取发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2的排放量占比，并填入到对应的CO2排放MAP中。
本发明实施例中，优选地，对发动机转速进行扫点的范围是1200rpm-2800rpm，步长为100rpm-400rpm。
本发明实施例中，优选地，对发动机扭矩进行扫点的范围是50Nm-300Nm，步长为25Nm-50Nm。
具体实施时，因不同发动机转速、发动机扭矩对CO2排放的贡献量不同，而为了测定CO2的排放量需要对发动机转速、扭矩划分成不同的点，考虑到发动机转速、扭矩的上下限，特设定转速范围1200~2800rpm，扭矩范围50~300Nm。
本发明实施例中，优选地，预设阈值为发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2在尾气中的排放量占比影响LNT对NOx的转化效率的最高值。
本发明实施例中，优选地，最高值为：LNT对NOx的转化效率在85%时，对应的CO2排放量占比。
具体实施时，由于发明人深入探究了不同CO2含量对LNT进行NOx转化效率的影响不同，得出：（1）发动机尾气中存在的CO2会影响LNT工作效率。并且，在一定范围内（NOx转化效率在85%以上）随着CO2在尾气中占比的增加，LNT中NOx转化效率不断降低。（2）CO2存在时NOx泄漏量比理论条件下有所增加，LNT中NOx的平均转化效率在85%左右。当LNT中NOx的平均转化效率低于这一值时，随着CO2的增多，LNT中NOx的转化效率趋于相同。
基于上述结论，发明人将LNT中NOx转化效率在85%时，发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2在尾气中的排放量作为预设阈值。当该发动机转速与发动机扭矩对应工况下，CO2在尾气中的排放量超过其预设阈值时，通过发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，对CO2在尾气中的排放量占比进行调整（降低），即可实现提高LNT中NOx转化效率的目的。
本发明实施例中，优选地，在获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断排放量占比是否大于/等于预设阈值前，方法还包括：获取LNT的工作状态，并判断LNT的工作状态是否为DeNOx；
其中，当LNT的工作状态为DeNOx时，执行获取CO2在尾气中的排放量占比。
具体实施时，发动机ECU控制***首先对LNT的工作状态进行确定，由于CO2主要影响LNT富燃阶段（释放过程），储存的NOx被还原成N2的过程，因此，发动机需要对LNT的工作状态进行确定。当发动机确定LNT的工作状态为DeNOx时，继续执行获取CO2在尾气中的排放量占比。
第三方面，本发明提供一种汽车，汽车包上设置有发动机控制装置。
为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例中的调节氮氧化物转化率的方法，以下通过具体的实施例来说明本发明实施例中调节氮氧化物转化率的方法。
实施例1
本实施例通过发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，降低CO2在尾气中的排放量占比，进而减少尾气中的CO2对LNT转化效率的影响，实现提高LNT对NOx的转化效率的目的。具体调节LNT中氮氧化物转化率的实施方法如下：
发动机ECU控制***对当前LNT的工作状态进行监测，当监测到LNT的工作状态处于DeNOx状态下时，发动机ECU控制***执行对发动机转速与发动机扭矩选点工作。其中，发动机转速选点的范围为1200rpm-2800rpm，步长为400rpm；发动机扭矩选点的范围为50Nm~300Nm，步长为50Nm。
按照上述步长，通过对不同发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获得对应工况条件下，车辆发动机的实测主喷油量以及车辆发动机的实测主喷正时。同时，还获得不同转速与扭矩工况下，车辆发动机的实测CO2的排放量占比（%）（CO2排放MAP）。具体数据见表1、2以及表3。
表1：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测主喷油量
表2：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测主喷正时
表3：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测CO2排放MAP
进一步地，将表3中不同转速与扭矩工况对应的LNT中NOx的转化效率达到85%时，CO2在尾气中的排放量占比，作为对应的预设阈值（由发动机ECU自动测算获得），与表3中车辆发动机实测CO2的排放量占比值进行比较。对于上表3中识别出的超出阈值的工况点（见表3中加粗的工况点），以降低CO2在尾气中的排放量占比为目的，对超出阈值的工况点，利用发动机ECU得出的对应工况点的修正系数进行主喷油量和主喷正时的修正。具体修正系数见表4和表5。
表4：不同转速与扭矩工况下发动机实测主喷油量的修正系数
表5：不同转速与扭矩工况下发动机实测主喷正时的修正系数
根据上表4、表5获得的修正系数，对超出阈值的工况点进行主喷油量及主喷正时的修正，得到对应的主喷油量修正MAP及主喷正时修正MAP，此两个MAP即为在LNT进入发动机SUPR模式后实际运行的燃烧参数。一种典型的发动机SUPR模式对主喷油量的修正MAP和对主喷正时的修正MAP分别见下表6、表7：
表6：经发动机控制装置修正后的的主喷油量MAP
表7：经发动机控制装置修正后的的主喷正时MAP
由此，对于CO2在尾气中的排放量占比超出预设阈值的各个工况点，发动机ECU执行经发动机控制装置修正后的主喷油量和修正后的主喷正时，即实现将工况点对应的CO2在尾气中的排放量占比降低到预设阈值以下。
实施例2
本实施例通过发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，降低CO2在尾气中的排放量占比，进而减少尾气中的CO2对LNT转化效率的影响，实现提高LNT对NOx的转化效率的目的。具体调节LNT中氮氧化物转化率的实施方法如下：
发动机ECU控制***对当前LNT的工作状态进行监测，当监测到LNT的工作状态处于DeNOx状态下时，发动机ECU控制***执行对发动机转速与发动机扭矩选点工作。其中，发动机转速选点的范围为1200rpm-2800rpm，步长为100rpm；发动机扭矩选点的范围为50Nm~300Nm，步长为25Nm。
按照上述步长，通过对不同发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获得对应工况条件下，车辆发动机的实测主喷油量以及车辆发动机的实测主喷正时。同时，还获得不同转速与扭矩工况下，车辆发动机的实测CO2的排放量占比（%）（CO2排放MAP）。具体数据见表8、9以及表10。
表8：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测主喷油量
表9：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测主喷正时
表10：不同转速与扭矩工况下车辆发动机的实测CO2排放MAP
进一步地，将表10中不同转速与扭矩工况下，LNT中NOx的转化效率达到85%时，CO2在尾气中的排放量占比，作为对应的预设阈值（由发动机ECU自动测算获得），与表10中车辆发动机实测CO2的排放量占比值进行比较。对于上表10中识别出的超出阈值的工况点（见表10中加粗的工况点），以降低CO2在尾气中的排放量占比为目的，对超出阈值的工况点，利用发动机ECU得出的对应工况点的修正系数进行主喷油量和主喷正时的修正。具体修正系数见表11、表12。
表11：不同转速与扭矩工况下发动机实测主喷油量的修正系数
表12：不同转速与扭矩工况下发动机实测主喷正时的修正系数
根据上表11、表12的修正系数，对超出阈值的工况点进行主喷油量及主喷正时的修正，得到对应的主喷油量修正MAP及主喷正时修正MAP，此两个MAP即为在LNT进入发动机SUPR模式后实际运行的燃烧参数。一种典型的发动机SUPR模式对主喷油量的修正MAP和对主喷正时的修正MAP分别见下表13、表14：
表13：经发动机控制装置修正后的的主喷油量MAP
表14：经发动机控制装置修正后的的主喷正时MAP
由此，对于CO2在尾气中的排放量占比超出预设阈值的各个工况点，发动机ECU执行经发动机控制装置修正后的主喷油量和修正后的主喷正时，即实现将工况点对应的CO2在尾气中的排放量占比降低到预设阈值以下。
以上对本发明所提供的一种发动机控制装置及调节氮氧化物转化率的方法、汽车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种发动机控制装置，其特征在于，所述发动机控制装置，用于通过调控发动机的主喷油量和主喷正时，来控制CO2在尾气中的排放量占比，以调节LNT中氮氧化物转化率，所述CO2在尾气中的排放量占比是通过对发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获取所述发动机转速与所述发动机扭矩对应工况下的CO2的排放量占比确定的。
2.根据权利要求1所述的发动机控制装置，其特征在于，所述发动机控制装置由发动机ECU控制***控制。
3.一种调节LNT中氮氧化物转化率的方法，其特征在于，所述方法基于上述权利要求1所述的发动机控制装置进行实施，所述方法包括如下步骤：
获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断所述排放量占比是否大于/等于预设阈值，所述获取CO2在尾气中的排放量占比，包括：对发动机转速及发动机扭矩进行扫点，获取所述发动机转速与所述发动机扭矩对应工况下CO2的排放量占比；
当所述排放量占比大于/等于所述预设阈值时，启动发动机控制装置；
通过所述发动机控制装置调控发动机的主喷油量和主喷正时，使所述排放量占比小于所述预设阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对发动机转速进行扫点的范围是1200rpm-2800rpm，步长为100rpm-400rpm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对发动机扭矩进行扫点的范围是50Nm-300Nm，步长为25Nm-50Nm。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为所述发动机转速与所述发动机扭矩对应工况下，所述CO2在尾气中的排放量占比影响LNT对NOx的转化效率的最高值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述最高值为：所述LNT对NOx的转化效率在85%时，对应的CO2排放量占比。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述获取CO2在尾气中的排放量占比，并判断所述排放量占比是否大于/等于预设阈值前，所述方法还包括：获取LNT的工作状态，并判断所述LNT的工作状态是否为DeNOx；
其中，当所述LNT的工作状态为DeNOx时，执行所述获取CO2在尾气中的排放量占比。
9.一种汽车，其特征在于，所述汽车上设置有上述权利要求1所述的发动机控制装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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