混合动力汽车起/停工况瞬态排放特性与优化控制策略

摘要

对于进气道喷射式汽油发动机起动过程的排放问题的研究一直在进行，参数多变性、非线性、时滞性是其固有瞬态特征。对于混合动力汽车用汽油机，起动过程是由起动/发电一体化电机(ISG)快速拖动发动机至高于或等于其怠速转速，然后进行喷油点火，因此起动过程瞬态特性将更为突出，这对以频繁起/停为节油措施的混合动力汽车排放控制提出了新的挑战。本文在“863”计划“节能与新能源汽车”重大项目——“新型电容混合动力轿车整车产品研发”的资助下，通过工况模拟的方式对混合动力汽车汽油发动机起/停过程的瞬态排放特性进行了实验研究，并提出了优化控制策略。
　　 首先，设计了模拟混合动力汽油机快速拖动起动过程的实验平台，主要包括以伺服电机为平台的ISG电机模拟系统、碳氢和氮氧化物瞬态排放测试系统、发动机控制器标定系统以及试验数据采集系统。
　　 其次，本文以实验研究的方式从电机拖动转速、气缸压力、进气控制、喷油控制以及点火正时等方面对电驱动发动机和传统发动机的进行了对比分析。并针对混合动力汽车怠速停机、减速断油及停机重起动等典型工况的排放特性进行了定性分析。
　　 再次，根据控制起动过程瞬态排放的要求，在试验对比分析不同三效催化转化器工作特性的基础上，对紧耦合式双级混合动力专用三效催化器进行了优化，对其工作特性和转化机理进行了研究。在起动过程控制策略上通过混合气偏稀燃烧、推迟点火和提高怠速转速的方式实现了三效催化转化器的快速起燃。
　　 最后，转鼓排放实验表明，通过上述工作，整车排放指标已经完全达到了国四排放规定的要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 ISG型混合动力总成结构与功能

1.3 电驱动发动机快速起动/停机工作特性

1.3.1 怠速停机对燃油经济性的影响

1.3.2 发动机快速拖动起动过程燃烧特性

1.3.3 混合动力汽车起/停排放特性

1.3.4 发动机快速起动过程的噪声振动与驾驶舒适性

1.3.5 频繁起/停对发动机工作寿命的影响

1.4 传统三效催化转化器在混合动力工况下的工作特性

1.5 课题背景与研究意义

1.5.1 课题来源

1.5.2 本文研究内容

1.6 本章小结

第二章 汽油机快速起/停过程瞬态排放测试与标定平台设计

2.1 引言

2.2 快速起动过程试验台架设计

2.3 伺服电机模拟系统

2.4 瞬态排放测试系统

2.4.1 瞬态碳氢排放测试(HFR500)

2.4.2 瞬态氮氧化物排放测试(fNOx400)

2.5 混合动力发动机控制器介绍

2.5.1 混合动力发动机控制器硬件构架

2.5.2 混合动力发动机控制器功能

2.6 混合动力发动机控制器标定软件开发

2.6.1 基于CAN总线的KWP2000协议

2.6.2 协议数据单元(PDU)描述及映射关系

2.6.3 标定协议

2.6.4 标定软件开发

2.6.5 数据采集平台

2.7 本章小结

第三章 汽油机快速起/停过程瞬态燃烧与排放特性

3.1. 引言

3.2 电驱动汽油机起动工况瞬态燃烧特性

3.2.1 拖动转速对起动时间的影响

3.2.2 不同拖动转速的气缸压力

3.2.3 进气控制对起动过程的影响

3.2.4 喷油控制

3.2.5 点火正时

3.3 汽油机快速起动过程瞬态排放特性

3.3.1 瞬态碳氢排放特性

3.3.2 瞬态氮氧化物排放特性

3.4 重起动工况瞬态排放分析

3.4.1 减速断油工况瞬态排放

3.4.2 怠速停机工况瞬态排放

3.5 本章小结

第四章 混合动力汽车专用三效催化器快速起燃策略

4.1 引言

4.2 三效催化转化器工作特性

4.2.1 三效催化转化器作用机理

4.2.2 不同催化器性能对比试验

4.2.3 汽油机冷起动排放后处理技术

4.2.4 混合动力专用催化器设计

4.3 三效催化转化器快速起燃控制策略

4.3.1 推迟点火控制策略

4.3.2 点火正时对瞬态碳氢排放的影响

4.3.3 点火正时对瞬态氮氧化物排放的影响

4.3.4 提高怠速转速

4.3.5 偏稀燃烧控制策略

4.4 混合动力汽车专用三效催化器工作特性

4.4.1 双级三效催化转化器温度及排放转化特性

4.4.3 保护三效催化器控制策略

4.5 整车转毂排放试验

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主持与参加的科研项目

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间获得的奖励