TGDI发动机的排气温度控制方法及排气温度控制装置

摘要

本发明公开了一种TGDI发动机的排气温度控制方法，包括步骤：S11、计算初始预估排气温度；S12、判断是否初始预估排气温度大于或等于过温保护设定温度，且过温持续时间大于或等于过温设定时间，如果是，则进入步骤S13；S13、将空燃比由当前空燃比降低至预设空燃比，预设空燃比与机油稀释临界空燃比之间的差值为预设差值；S14、根据发动机的第一当前运行参数计算当前第一预估排气温度；S15、判断第一当前预估排气温度是否小于退出温度限值，如果否，则进入步骤S16；S16、判断预设差值是否为0，如果否，则返回步骤S13。该方法能够提高TGDI发动机的性能。本发明还公开一种TGDI发动机的排气温度控制装置。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，尤其涉及一种TGDI发动机的排气 温度控制方法。本发明还涉及一种TGDI发动机的排气温度控制装置。

背景技术

为满足日益严格的排放和油耗法规要求，TGDI(涡轮增压+缸内直喷)技术 成为当前汽油机小型化主要的发展趋势，也是实现节油与降低碳排放量最为主 流的核心技术路线之一。

众所周知，TGDI发动机在经济性、动力性、排放等方面相对传统发动机 有明显优势，但同时，由于其小型化的特点加上缸内直喷压缩比较大，在大负 荷工况下其热负荷相对一般发动机要高很多，若长时间运行在较高的热负荷区 域，将对发动机的润滑系统和零部件本身(如增压器、气门、活塞轴瓦等等) 带来致命的伤害。

因此热负荷问题是发动机不得不特别关注的难题之一，除在发动机设计中 合理处理好其热负荷影响和优化整车热管理系统以外，从发动机电子控制角度 来说，可以利用ECU精确控制发动机喷油量来主动控制排气温度，达到优化 热负荷的目的。

TGDI发动机的排气温度控制可借鉴传统技术中的PFI(进气道喷射)发 动机的排气温度控制方法，该PFI发动机主要通过排温保护功能来抑制排气温 度过高的问题，即ECU控制系统根据发动机转速、负荷、进气温度、车速等 信息，对发动机实际排气温度进行合理预估，当预估温度大于设定的排气过热 保护温度限值且持续时间大于某个设定值时，控制系统自动启动排气过热保护 控制功能，将当前空燃比改为排气过热保护空燃比，通过加浓空燃比降低燃烧 温度，达到抑制排温的目的。

然而，如若将上述PFI发动机的排气温度控制方法应用于TGDI发动机， 则会出现以下问题：为降低排温，若空燃比加浓太多时，由于燃烧不充分，在 TGDI发动机内会产生更多的颗粒物和黑烟，同时，此时会有燃油溅到TGDI 发动机的缸壁，产生机油稀释问题，长期会降低机油润滑效果。因此，上述技 术方案会降低TGDI发动机的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种TGDI发动机的排气温度控制方法，以提高 TGDI发动机的性能。本发明的另一目的是提供一种应用上述排气温度控制方 法的排气温度控制装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种TGDI发动机的排气温度控制方法，包括以下步骤：

S11、根据发动机的初始运行参数计算初始预估排气温度；

S12、判断是否所述初始预估排气温度大于或等于过温保护设定温度， 且过温持续时间大于或等于过温设定时间，如果是，则进入步骤S13；

S13、将空燃比由当前空燃比降低至预设空燃比，所述预设空燃比不低 于机油稀释临界空燃比，且所述预设空燃比与所述机油稀释临界空燃比之 间的差值为预设差值；

S14、根据发动机的第一当前运行参数计算当前第一预估排气温度；

S15、判断所述第一当前预估排气温度是否小于退出温度限值，如果否， 则进入步骤S16；

S16、判断所述预设差值是否为0，如果否，则返回步骤S13。

优选的，在上述排气温度控制方法中，所述步骤S16中，如果所述预 设差值为0，则进入步骤S17；

S17、将发动机扭矩降低至预设扭矩；

S18、根据发动机的第二当前运行参数计算第二当前预估排气温度；

S19、判断所述第二当前预估排气温度是否小于所述退出温度限值，如 果否，则进入步骤S17。

优选的，在上述排气温度控制方法中，所述初始预估排气温度、所述 第一预估排气温度和所述第二预估排气温度均通过下述预估排气温度T_est的计算公式得到：

T_est＝T_base+T_spark+T_AF+T_speed+T_air

其中：T_base为基础排气预估温度，T_spark为点火角对排气温度的影响值， T_AF为空燃比对排气温度的影响值，T_speed为车速对排气温度的影响值，T_air为发动机进气温度对排气温度的影响值。

优选的，在上述排气温度控制方法中，所述初始运行参数、所述第一 当前运行参数和所述第二当前运行参数均包括：发动机转速、发动机负荷、 车速和发动机进气温度。

优选的，在上述排气温度控制方法中，所述步骤S13中，所述空燃比 的下降值为所述当前空燃比与所述预设空燃比之间的差值的等分值，且等 分次数至少为两次。

一种TGDI发动机的排气温度控制装置，包括：

第一计算单元，用于根据发动机的初始运行参数计算初始预估排气温 度；

第一判断单元，用于判断是否所述初始预估排气温度大于或等于过温 保护设定温度，且过温持续时间大于或等于过温设定时间；

第一控制单元，用于在所述初始预估排气温度大于或等于过温保护设 定温度，且过温持续时间大于或等于过温设定时间时，将空燃比由当前空 燃比降低至预设空燃比，所述预设空燃比不低于机油稀释临界空燃比，且 所述预设空燃比与所述机油稀释临界空燃比之间的差值为预设差值；

第二计算单元，用于根据发动机的第一当前运行参数计算当前第一预 估排气温度；

第二判断单元，用于判断所述第一当前预估排气温度是否小于退出温 度限值；

第三判断单元，用于在所述第一当前预估排气温度不小于退出温度限 值时，判断所述预设差值是否为0，当所述预设差值不为0时，所述第三 判断单元向所述第一控制单元发送第一控制信号。

优选的，在上述排气温度控制装置中，还包括：

第二控制单元，用于在所述预设差值为0时，将发动机扭矩降低至预 设扭矩；

第三计算单元，用于根据发动机的第二当前运行参数计算第二当前预 估排气温度；

第四判断单元，用于判断所述第二当前预估排气温度是否小于所述退 出温度限值，当所述第二当前预估排气温度不小于所述退出温度限值时， 所述第四判断单元向所述第二控制单元发送第二控制信号。

优选的，在上述排气温度控制装置中，还包括发动机转速检测器、发 动机负荷检测器、发动机车速检测器和发动机进气温度检测器，四者均与 所述第一计算单元、所述第二计算单元和所述第三计算单元电连接。

在上述技术方案中，本发明提供一种TGDI发动机的排气温度控制方法， 采用该方法时，首先根据发动机的初始运行参数计算初始预估排气温度， 然后判断是否上述初始预估排气温度大于或等于过温保护设定温度，且过 温持续时间大于或等于过温设定时间，如果是，则将空燃比由当前空燃比 降低至预设空燃比，两者之间的差值为预设差值；接着根据发动机的第一 当前运行参数计算当前第一预估排气温度，然后判断该第一当前预估排气 温度是否小于退出温度限值，如果否，则判断预设差值是否为0，当该预 设差值不为0时，继续降低当前空燃比，直至第一当前预估排气温度小于 退出温度限值，或者预设差值为0。

采用上述排气温度控制方法后，通过将当前空燃比降低至机油稀释临界空 燃比以上，或者降低至机油稀释临界空燃比的方式，控制空燃比的降低幅度， 以防空燃比的降低幅度过大，而导致的TGDI发动机内将产生较多的颗粒物和 黑烟、发生机油稀释等问题的出现，以此提高TGDI发动机的性能。

由于上述TGDI发动机的排气温度控制方法具有上述技术效果，应用该 方法的排气温度控制装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的排气温度控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的排气温度控制方法的另一流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图 对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例提供一种发动机的排气温度控制方法，其包 括以下步骤：

S11、根据发动机的初始运行参数计算初始预估排气温度T₁；

发动机的初始运行参数T₁可以包括发动机转速、发动机负荷、车速和 发动机进气温度等，通过对这些参数的监控可以确定发动机的初始预估排 气温度T₁，具体的计算方法可根据发动机的运行环境设置，当然，也可直 接检测发动机的排气温度。

S12、判断是否初始预估排气温度T₁大于或等于过温保护设定温度T₀， 且过温持续时间t₁大于或等于过温设定时间t₀，如果是，则进入步骤S13， 否则进入步骤S17；

此步骤实际上是判断发动机是否处于排气温度过高这一工况下，即， 如果计算出的预估排气温度T₁大于或等于过温保护预设温度T₀，且过温持 续时间t₁大于或等于过温设定时间t₀，则表示发动机的排气温度过高。

S13、将空燃比由当前空燃比降低至预设空燃比，该预设空燃比不低于 机油稀释临界空燃比，且预设空燃比与机油稀释临界空燃比之间的差值为 预设差值；

当发动机的排气温度过高时，即可降低发动机的空燃比，以此降低发 动机的排气温度。上述机油稀释临界空燃比可通过实验得出，当发动机的 空燃比低于该机油稀释临界空燃比时，TGDI发动机将出现机油稀释的问 题。而上述预设空燃比高于机油稀释临界空燃比，则可防止TGDI发动机 出现机油稀释的问题。

S14、根据发动机的第一当前运行参数计算当前第一预估排气温度T₂；

第一当前运行参数可以包括发动机转速、发动机负荷、车速和发动机 进气温度等，此步骤计算的是降低空燃比后，发动机的第一预估排气温度 T₂，具体的计算方式可与前述的初始预估排气温度T₁的计算方式相同。

S15、判断所述第一当前预估排气温度T₂是否小于退出温度限值T_lim， 如果是则进入步骤S17，否则进入步骤S16；

此步骤通过对第一当前预估排气温度T₂的大小判断，确定此时的发动 机排气温度是否达到目标值，如果是，则可退出控制模式，无须进一步降 低发动机的排气温度。此处的退出温度限值T_lim可以在设计发动时即确定。

S16、判断前述预设差值是否为0，如果是，则进入步骤S17，否则返 回步骤S13；

对于预设差值是否为0进行判断，实际上是要确定预设空燃比是否已 经达到机油稀释临界空燃比，如果是，则不再降低发动机的空燃比，以防 发动机的空燃比低于机油稀释临界空燃比；否则，可以继续降低发动机的 空燃比，以此达到降低发动机的排气温度这一目的。

S17、退出控制模式。

采用上述排气温度控制方法后，通过将当前空燃比降低至机油稀释临界空 燃比以上，或者降低至机油稀释临界空燃比的方式，控制空燃比的降低幅度， 以防空燃比的降低幅度过大，而导致的TGDI发动机内将产生较多的颗粒物和 黑烟、发生机油稀释等问题的出现，以此提高TGDI发动机的性能。

进一步地，如图2所示，上述步骤S16中，如果预设差值为0，则进入 步骤S27；

S27、将发动机扭矩降低至预设扭矩；

当预设空燃比与机油稀释临界空燃比之间的差值为0时，则表征发动 机的空燃比不能再继续降低，此时可通过降低发动机扭矩来降低发动机的 负荷，以此降低发动机的排气温度，具体地，可通过调整电子节气门的开 度、降低喷油量等方式降低发动机扭矩。上述预设扭矩可依据发动机的运 行状况确定。

S28、根据发动机的第二当前运行参数计算第二当前预估排气温度T₃；

降低发动机扭矩之后，可再一次计算发动机的当前排气温度，即第二 当前预估排气温度T₃，具体的计算方法可参考初始预估排气温度的计算方 式。

S29、判断第二当前预估排气温度T₃是否小于退出温度限值T_lim，如 果是，则进入步骤S210，否则返回步骤S27。

当第二当前预估排气温度T₃大于或等于退出温度限值T_lim，表示发动 机的排气温度未达到目标值，此时可继续降低发动机扭矩，直至发动机的 排气温度符合要求。需要说明的是，此实施例中的步骤S21～S26与前一实 施例中的步骤S11～S16相对应，步骤S210与步骤S17相对应。

为了提高本发明实施例提供的排气温度控制方法的精度，上述的初始 预估排气温度、第一预估排气温度和第二预估排气温度均通过下述预估排 气温度T_est的计算公式得到：

T_est＝T_base+T_spark+T_AF+T_speed+T_air

其中：T_base为基础排气预估温度，T_spark为点火角对排气温度的影响值， T_AF为空燃比对排气温度的影响值，T_speed为车速对排气温度的影响值，T_air为发动机进气温度对排气温度的影响值。此公式中的预估排气温度T_est可替 换为初始预估排气温度、第一预估排气温度和第二预估排气温度中的一者。

其中T_base是发动机运行在理论空燃比、最佳扭矩点火角下的基础排气预 估温度，该温度与发动机转速、负荷有关，可通过标定手段准确得到；T_spark表示点火角对排气温度的影响，标定该量时可根据所退点火角算出点火损失， 再由点火损失算出点火角对排气温度的影响。T_AF表示空燃比对排气温度的影 响，在台架试验中以不同空燃比数值，测量与之对应的排气温度，算出两者之 间的对应关系，众所周知：加浓空燃比能明显降低排气温度。T_speed是车速对 排气温度的影响，一般地，车速越大气流对排温的冷却就越明显。T_air表示不 同发动机进气温度对排气温度的影响。ECU通过T_spark、T_AF、T_speed、T_air对基础预估温度T_base进行实时修正，确保预估的准确度。

前述步骤S13中降低了空燃比，而空燃比的下降值则可根据经验灵活 设置。一种实施例中，空燃比的下降值为当前空燃比与预设空燃比之间的 差值的等分值，且等分次数至少为两次。也就是说，在该步骤中，空燃比 并非一次性降低到机油稀释临界空燃比，以防空燃比偏低对发动机性能的 不良影响。同时，采用等分下降的方式，可保证发动机的空燃比能够在有 限且较合理的次数内降低至机油稀释临界空燃比，以免发动机的控制中出 现过多的无效操作。具体的等分次数可根据发动机的排气温度变化规律确 定，本文对此不作限制。

基于以上TGDI发动机的排气温度控制方法，本发明实施例还提供一种 TGDI发动机的排气温度控制装置，该排气温度控制装置应用上述排气温度 控制方法，其包括：

第一计算单元，用于根据发动机的初始运行参数计算初始预估排气温 度；

第一判断单元，用于判断是否初始预估排气温度大于或等于过温保护 设定温度，且过温持续时间大于或等于过温设定时间；

第一控制单元，用于在初始预估排气温度大于或等于过温保护设定温 度，且过温持续时间大于或等于过温设定时间时，将空燃比由当前空燃比 降低至预设空燃比，预设空燃比不低于机油稀释临界空燃比，且预设空燃 比与机油稀释临界空燃比之间的差值为预设差值；

第二计算单元，用于根据发动机的第一当前运行参数计算当前第一预 估排气温度；

第二判断单元，用于判断第一当前预估排气温度是否小于退出温度限 值；

第三判断单元，用于在第一当前预估排气温度不小于退出温度限值时 判断预设差值是否为0，当预设差值不为0时，第三判断单元向第一控制 单元发送第一控制信号。

由于上述TGDI发动机的排气温度控制方法具有上述技术效果，应用该方 法的排气温度控制装置也应具有相应的技术效果。

当发动机的空燃比降低至机油稀释临界空燃比，而发动机的排气温度依 然过高时，为了进一步降低发动机的排气温度，上述排气温度控制方法还 可包括：

第二控制单元，用于在预设差值为0时，将发动机扭矩降低至预设扭 矩；

第三计算单元，用于根据发动机的第二当前运行参数计算第二当前预 估排气温度；

第四判断单元，用于判断第二当前预估排气温度是否小于退出温度限 值，当第二当前预估排气温度不小于退出温度限值是，第四判断单元向第 二控制单元发送第二控制信号。

优选地，本发明实施例提供的排气温度控制装置还可包括发动机转速 检测器、发动机负荷检测器、发动机车速检测器和发动机进气温度检测器， 四者均与第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元电连接。发动机转 速检测器、发动机负荷检测器、发动机车速检测器和发动机进气温度检测 器可分别检测发动机转速、发动机负荷、发动机车速和发动机进气温度， 以便于第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元计算发动机的预估排 气温度。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对 于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各 种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是 说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。