CN101105155A - 一种发动机油气混合ecu的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机油气混合ECU的控制方法。该控制方法为ECU通过对进气温度压力、水温、发动机转速、油门位置、氧传感器信号的采集，对喷油(喷气)量和点火角进行精确控制；喷油(喷气)均采用多点分组或多点顺序技术，ECU计算实际喷油(喷气)量和实际喷油(喷气)时间使用同一套算法和两套标定数据，在同一硬件平台上实现；ECU对空燃比实行闭环控制；喷油(喷气)利用电子节气门基于扭矩控制，ECU会通过I/O口采集节气门踏板位置信号计算出当时的最大扭矩来控制节气门的开度大小。该控制方法能极大地提高发动机性能、可获得各种工况下的最佳空燃比和使汽车达到最佳动力性。
Description
技术领域
本发明涉及汽油/天然气双燃料混合供给控制领域，具体涉及一种发动机油气混合ECU的控制方法。
背景技术
汽油/天然气双燃料汽车按燃气混合供给控制装置不同，可分为开环混合气供气系统、闭环带电控动力阀的混合器供气系统和电控燃气喷射三大类，其专用装置的不同之处主要体现在对混合气的形成方式，对混合气浓度控制方式，以及是单点喷气控制，还是多点顺序喷气控制等少数部件上，其它专用装置基本相同。目前，国内外的电喷车上普遍采用混合气方式的闭环控制系统。阳光泰克研究生产的混合燃料ECU属于电控喷射控制类型，无论燃油控制还是喷气控制，均采用多点分组或多点顺序技术。其匹配后的动力性、排放性能、燃料经济性等指标基本均比国内大多电喷车所使用的混合器技术的指标有较大提升，但在空燃比方面还达不到最优。目前的汽油、天然气混合控制大多使用两种算法、两种标定数据且实现时基于多个硬件平台，实现起来软件和硬件都比较复杂，基于扭矩控制大都是在燃油系统中。
最佳点火提前角随许多因素变化，精确计算出点火提前角和获得各种工况下的最佳空燃比和汽车最佳动力一直是发动机燃气或燃油ECU的控制的目标。
发明内容
本发明的目提供一种混合燃料ECU控制方法，该控制方法能极大地提高发动机性能、可获得各种工况下的最佳空燃比和使汽车达到最佳动力性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：通过进气温度和压力传感器检测进气的流量和质量；
通过水温传感器采集发动机温度信号；
通过曲轴位置传感器采集发动机曲轴转速信号；
通过爆震传感器检测发动机的爆震状态；
通过节气门体传感器采集节气门开度信号；
通过前氧传感器和后氧传感器采集氧气含量信号；
S2：ECU以曲轴位置传感器采集的发动机曲轴转速信号为基准来确定点火提前角、喷油或喷气正时，以及配合凸轮轴信号判断发动机各缸的工作状态；
S3：将前氧传感器和后氧传感器采集的氧气含量信号转换成电压样本信号传递到ECU，ECU以电压样本信号的变化随时调整LAMBDA值，执行喷油或喷气程序；
S4：ECU根据点火提前角产生点火正时信号，在点火正时信号的控制下，火花塞点燃燃烧室内的混合气，ECU以水温传感器采集的发动机温度信号来修正点火和喷油或喷气脉冲；
S5：混合气燃烧后经排气管排出，依次经过排气管尾部的前氧传感器、三元催化转化器和后氧传感器，ECU根据前氧传感器采集的氧气含量信号实现以过量空气因数为目标的闭环控制，排气经过三元催化转化器最大程度地进行排放污染物的转化和净化，根据后氧传感器采集的氧气含量信号控制空燃比，更有效的将空燃比控制在14.7∶1，使尾气达到更高排放标准。
其中，在步骤S3中，喷油程序和喷气程序使用同一套计算方法和两套标定数据计算实际喷油量(喷气量)和实际喷油时间(喷气时间)，喷油或喷气均采用多点分组或多点顺序技术，算法的实现基于同一套硬件平台。
其中，在步骤S4中，火花塞点燃燃烧室内的混合气后，爆震传感器检测发动机的爆震状态，并发送样本信号到ECU，ECU根据样本信号控制发动机至临界爆震状态，使混合气燃烧达到最佳状态。
ECU执行的喷油程序或喷气程序是对基本喷油量(基本喷气量)修正得到实际喷油量、喷油时间(实际喷气量、实际喷气时间)。
基本喷油量(基本喷气量)由ECU根据曲轴位置传感器采集的发动机曲轴转速信号和节气门体传感器采集的节气门开度信号来确定。
ECU执行的喷油程序或喷气程序对基本喷油量(基本喷气量)修正时使用的修正量包括：
A)发动机工作时LAMBDA修正系数；
B)发动机启动时暖机喷气或喷油量修正；
C)发动机减速时怠速喷油或喷气量修正；
D)ECU根据进气和温度压力传感器检测进气的流量和质量判断发动机当时的负荷情况，在发动机全负荷情况下的全负荷喷油或喷气修正量；
E)在排气管尾部的三元催化转化器工作时催化剂加热修正系数和催化剂过热保护喷气或喷油修正量；
F)执行喷油或喷气程序时喷油或喷气干涉量；
G)执行喷油或喷气程序时喷油或喷气死区时间；
通过节气门体传感器采集的节气门开度信号，其中节气门开度是利用电子节气门基于扭矩控制，由电控单元计算引擎扭矩、磨擦扭矩和惯性扭矩，根据这三个扭矩的相互作用得到一个引擎输出扭矩(飞轮输出扭矩)。这些扭矩值会被用于牵引力控制、制动扭矩处理、换档扭矩处理、怠速控制、车轴扭矩保护以及空调扭矩补偿等控制算法。
本发明的优点是ECU通过对进气温度压力、水温、发动机转速、油门位置、氧传感器信号的采集，对喷油(喷气)量和点火角进行精确控制，能极大提高发动机的性能；ECU对空燃比实行闭环控制，可获得各种工况下的最佳空燃比，降低排放中的有害气体；节气门开度利用电子节气门基于扭矩控制，时刻保持最大扭矩控制，能使汽车达到最佳动力性。
附图说明
图1为本发明整个电控系统原理图；
图2为本发明ECU执行喷油程序时算法流程图；
图3为本发明ECU执行喷气程序时算法流程图；
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示的本实施例的整个电控系统控制原理，系统包括发动机电控系统单元ECU 100和内燃机110，内燃机110，包括多个汽缸，图1展示的是其中的一缸。发动机通过进气歧管120吸入进气，使之经过进气压力温度传感器12和节气门体13进入燃烧室。进气歧管提供的空气和燃料喷射器(汽油或天燃石油气)10形成空燃混合气，经火花塞产生火花点燃混合气，且空燃混合气燃烧的废气通过排气管130将尾气排放到空气中。
发动机电控单元ECU 100，它包括控制程序的中央处理单元CPU、用于存储程序的RAM和FLASH、系统电源模块、通讯模块、信号采集模块、喷油模块、点火模块以及多通道控制输出模块。
发动机工作时，曲轴位置传感器15检测曲轴的旋转，并发送曲轴位置信号到ECU 15，曲轴位置信号采取一系列脉冲的形式，其中每个脉冲都由曲轴上的预定点在旋转时经过传感器15上产生，曲轴位置信号的脉冲频率指示发动机曲轴的转速。ECU以此信号为基准来确定点火提前角、喷油或喷气正时，以及配合凸轮轴信号判断发动机各缸的工作状态。
前氧传感器19和后氧传感器20采集的氧气含量信号转换成电压样本信号传递到ECU100，ECU100以电压样本信号的变化确定执行喷油程序或喷气程序，并通过开过来进行切换。
ECU100根据点火提前角产生点火正时信号，在由ECU100生成的点火正时信号ECU10的控制下，火花塞11操作点燃燃烧室内的混合气，水温传感器17采集发动机冷却水温度样本信号，即发动机温度样本信号，并发送样本信号到ECU17。曲轴位置传感器15采集曲轴信号并发送样本信号到ECU15，ECU根据信号判断发动机的工作状态来修正点火和喷油或喷气脉宽。爆震传感器14采集曲轴信号并发送样本信号到ECU14并发送样本信号到ECU14，ECU根据爆震传感器样本信号ECU14检测发动机的爆震状态，控制发动机至临界爆震点，使混合气燃烧达到最佳状态。
进气温度和压力传感器12检测进气的流量质量。并发送样本信号到ECU 12，ECU根据进气的流量和质量判断发动机当时的负荷情况。在安装于排气管130中的前氧传感器19用于测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息，即氧气含量，并把氧气含量转换成电压样本信号传递到ECU，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制；确保三元催化转化器140对排气中的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOX)三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。通过后氧传感器20再次检测氧气含量，并将样本信号发送到ECU，更有效的将空燃比控制在14.7∶1，使尾气达到更高排放标准。
本实施例喷油或喷气控制算法都是基于附图1中ECU 100同一套硬件，控制算法是ECU根据发动机的工作状态计算实际喷油(喷气)量和实际喷油(喷气)时间，在实施例控制方法中，如附图2和附图3。
如附图2为ECU执行喷油程序时算法流程图，当开关置于喷油位置时，软件执行喷气部分程序，根据发动机转速信号和节气门开度来确定基本喷油量121，LAMBDA的修正系数131加1乘上基本喷油量121得到一个喷油量122；暖机喷油量修正133加上启动过程喷油量修正134得到修正量139，如果不在139工况修正下则取值1，得到一个修正量123；全负荷喷油量修正135、催化剂过热保护喷油量修正136取其中最大值得到修正量138；再判断选择怠速喷油量修正137得到修正量124；修正量123加上修正量124得到修正量170；乘上催化剂加热修正系数132、时间转化系数140得到修正量125；加上油膜修正163得到基本喷油量126；加上重启动喷油量修正164得到基本喷油量127；乘上喷油干涉量165得到基本喷油量128；再加上喷油死区时间166得到基本喷油量129。最后得到实际喷油时间130。
如附图3为ECU执行喷气程序时算法流程图，当开关置于喷气位置时，软件执行喷气部分程序。根据发动机转速信号和节气门开度来确定基本喷气量141，LAMBDA的修正系数143加1乘上基本喷气量141得到一个喷油量142；暖机喷气量修正145，如果不在145工况下则取值1，得到修正量151；全负荷喷气量修正147、催化剂过热保护喷气量修正148取其中最大值得到修正量150；再判断选择怠速喷油量修正149得到修正量152；修正量151加上修正量152得到修正量171；乘上催化器加热系数144、时间转化系数146得到基本喷气量153；再乘上一个喷气干涉量160得到基本喷气量146；加上一个喷气死区时间161得到基本喷气量155；最后得到一个实际喷气时间。
其中用于确定基本喷油量的参数-节气门开度，本实施例节气门开度是利用电子节气门基于扭矩控制，电控单元计算引擎扭矩、摩擦扭矩和惯性扭矩，根据这三个扭矩的相互作用得到一个引擎输出扭矩(飞轮输出扭矩)。这些扭矩值会被用于牵引力控制、制动扭矩处理、换档扭矩处理、怠速控制、车轴扭矩保护以及空调扭矩补偿等控制算法。惯性扭矩由引擎的加速度值(加/减速)决定，加速和减速决定惯性扭矩和引擎扭矩的相互作用关系(抵消或增加)；摩擦扭矩由引擎转速和负载、机油温度、引擎低温工作状态、空调压缩机状态等确定；引擎扭矩由空气流量、点火提前角和燃油状态决定。这些扭矩值在各控制算法中应用，由电子节气门和点火提前角的调整实现扭矩的变更、补偿和修正，以达到在各种情况下输出最合适扭矩的目的，它会根据驾驶者的意图，当油门被踩下时，ECU会通过I/O口采集节气门踏板信号计算出当时的最大扭矩来控制节气门的开度大小。以实现加减档的平稳过渡。
在本发明中，发动机在油气混合ECU的控制下采取闭环控制，燃气控制与燃油控制使用同一算法，通过开关进行切换，实现油气混合控制的无缝结合；通过对进气温度压力、水温、发动机转速、油门位置、氧传感器信号的采集，对喷油(喷气)量和点火角进行精确控制，从而极大地提高发动机性能；同时通过空燃比闭环控制，可获得各种工况下的最佳空燃比，实现控制排放达欧III标准，比传统的混合气控制方案具有明显的性能提升；
本发明发动机油气混合ECU的控制时刻保持当是最大扭矩控制，能使汽车达到最佳动力性；使气缸内燃料燃烧充分，降低放排放中的有害气体。
虽然本发明是具体结合一个优选实施例示出和说明的，但熟悉该技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以做出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。
Claims (8)
1.一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：通过进气温度和压力传感器检测进气的流量和质量；
通过水温传感器采集发动机温度信号；
通过曲轴位置传感器采集发动机曲轴转速信号；
通过爆震传感器检测发动机的爆震状态；
通过节气门位置传感器采集节气门开度信号；
通过前氧传感器和后氧传感器采集氧气含量信号；
S2：ECU以曲轴位置传感器采集的发动机曲轴转速信号为基准来确定点火提前角、喷油或喷气正时；
S3：将前氧传感器和后氧传感器采集的氧气含量信号转换成电压样本信号传递到ECU，ECU以电压样本信号的变化随时调整LAMBDA值，执行喷油或喷气程序；
S4：ECU根据点火提前角产生点火正时信号，在点火正时信号的控制下，火花塞点燃燃烧室内的混合气，ECU以水温传感器采集的发动机温度信号来修正点火和喷油或喷气脉冲；
S5：混合气燃烧后经排气管排出，依次经过排气管尾部的前氧传感器、三元催化转化器和后氧传感器，ECU根据前氧传感器采集的氧气含量信号实现以过量空气因数为目标的闭环控制，排气经过三元催化包转化后，ECU根据后氧传感器采集的氧气含量信号控制空燃比。
2.如权利要求1所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，喷油程序和喷气程序使用同一套计算方法和两套标定数据计算实际喷油量(喷气量)和实际喷油时间(喷气时间)，算法的实现基于同一套硬件平台。
3.如权利要求1所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，ECU执行喷油程序或喷气程序时，喷油或喷气均采用多点分组或多点顺序技术。
4.如权利要求1所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，火花塞点燃燃烧室内的混合气后，爆震传感器检测发动机的爆震状态，并发送样本信号到ECU，ECU根据样本信号控制发动机至临界爆震状态。
5.如权利要求2所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，ECU执行的喷油程序或喷气程序是对基本喷油量(基本喷气量)修正得到实际喷油量、喷油时间(实际喷气量、实际喷气时间)。
6.如权利要求5所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，基本喷油量(基本喷气量)由ECU根据曲轴位置传感器采集的发动机曲轴转速信号和节气门体传感器采集的节气门开度信号来确定。
7.如权利要求5所述的一种发动机油气混合ECU的控制方法，其特征在于，ECU执行的喷油程序或喷气程序对基本喷油量(基本喷气量)修正时使用的修正量包括：
A)发动机工作时LAMBDA修正系数；
B)发动机启动时暖机喷气或喷油量修正；
C)发动机减速时怠速喷油或喷气量修正；
D)ECU根据进气和温度压力传感器检测进气的流量和质量判断发动机当时的负荷情况，在发动机全负荷情况下的全负荷喷油或喷气修正量；
E)在排气管尾部的三元催化转化器工作时催化剂加热修正系数和催化剂过热保护喷气或喷油修正量；
F)执行喷油或喷气程序时喷油或喷气干涉量；
G)执行喷油或喷气程序时喷油或喷气死区时间。
8.如权利要求6所述的一种发动机油气混合ECU控制方法，其特征在于，所述节气门开度是利用电子节气门基于扭矩控制，由电控单元计算引擎扭矩、磨擦扭矩和惯性扭矩，根据这三个扭矩的相互作用得到一个引擎输出扭矩。
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