CN101440752B - 控制多汽缸内燃机中混合物比例的方法 - Google Patents

Abstract

控制多汽缸内燃机(1)中混合物比例的方法，该控制方法提供如下：通过与第一汽缸组(9a)相关联的主拉姆达传感器(7a)读取混合物比例的第一真值；通过与第二汽缸组(9b)相关联的从拉姆达传感器(7b)读取混合物比例的第二真值；通过将混合物比例第一真值用作反馈变量，计算喷射进第一汽缸组(9a)汽缸(2)的第一燃料量以跟踪混合物比例目标值；计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值；基于混合物比例的目标值和第二真值平均值之间的差值计算喷射燃料量的修正值；以及通过将该修正值应用到喷射进第一汽缸组(9a)汽缸(2)的第一燃料量，计算喷射进第二汽缸组(9b)汽缸(2)的第二燃料量。

Description

控制多汽缸内燃机中混合物比例的方法

技术领域

本发明涉及一种控制配备有放置在催化式排气净化器上游的至少两个拉姆达传感器的多汽缸内燃机中混合物比例的方法。

背景技术

多汽缸内燃机包括多个汽缸，每个汽缸循环燃烧混合物，该混合物由助燃物（从大气中吸入的新鲜空气）以及燃料（汽油、柴油燃料或类似物）组成，并且其必须使混合物比例值（即，助燃物和燃料之间的比值）等于预期值，该预期值根据内燃机运行条件而变化，并通常接近于排气系统中催化式排气净化器正确运行所需的化学计算值。

为最优化催化式排气净化器的转换效率，已建议通过使用其振幅和频率取决于实际催化式排气净化器的物理特征和使用年限的正弦脉冲，使混合物比例值（因而排放气体中氧气的比例）在等于或接近于化学计算值的平均值附近振荡。

测量排出气体中氧气的含量被用来控制混合物比例，该测量由位于催化式排气净化器上游的拉姆达传感器提供。

当单个拉姆达传感器放置在催化式排气净化器上游时，该由单个拉姆达传感器所提供的测量值被用来控制内燃机中所有汽缸的混合物比例。特别地，调控所喷射燃料量的单个PID控制器被用来跟踪混合物比例的预期值，其将由单个拉姆达传感器所提供的测量值用作反馈变量。

当存在多个拉姆达传感器时，配备有拉姆达传感器的发动机汽缸被划分为多个组（通常由一到三个汽缸组成），并且每个拉姆达传感器都被安装在排气歧管上游，排气歧管将所有汽缸的排出气体以一定方式混合从而使同样的拉姆达传感器测量各自汽缸组的排出气体中的氧气含量；通过使用各自拉姆达传感器所提供的测量值独立控制每组汽缸的混合物比例，而与其他汽缸组的混合物比例无关。尤其是，PID控制器被用于各个汽缸组，其通过将各自拉姆达传感器所提供的测量值用作反馈变量，调控喷射到汽缸组的燃料量以跟踪混合物比例的预期值。

当存在多个拉姆达传感器时，上述控制混合物比例的方法表现出了一些缺点，因诸多组汽缸的混合物比例控制是相互独立的，很难使馈送到催化式排气净化器的排出气体混合物比例达到期望振荡。换言之，每个混合物比例的控制都试图达到排出气体混合物比例的期望振荡，但是因不可避免出现的小不对称，使诸多混合物比例控制引起的振荡可能并不完全同步，并且因此影响催化式排气净化器的整个振荡（由诸多混合物比例控制引起的振荡之和构成）在振幅和频率方面可能非常不同于期望振荡。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制配备有放置在催化式排气净化器上游的至少两个拉姆达传感器的多汽缸内燃机中混合物比例的方法，本控制方法不存在上述缺点，且尤其是，其是简单易懂并有经济效益的实施方案。

根据本发明，提供了一种控制多汽缸内燃机中混合物比例的方法，该内燃机配备有放置在普通催化式排气净化器上游的至少两个拉姆达传感器以及至少两个汽缸组，每个气缸组都与各自的拉姆达传感器相关联，该控制方法包括以下步骤：

确定混合物比例目标值；

通过与第一汽缸组相关联的主拉姆达传感器读取混合物比例的第一真值；通过与第二汽缸组相关联的从拉姆达传感器读取混合物比例的第二真值；以及

将主拉姆达传感器所提供的混合物比例的第一真值用作反馈变量，计算喷射进第一汽缸组汽缸的第一燃料量以跟踪混合物比例目标值；

该控制方法的特征在于其包含以下附加步骤：

计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值的目标值；

计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值；

根据混合物比例第二真值平均值的目标值和混合物比例第二真值平均值之间差值的函数，计算喷射燃料量的修正值；并且

通过将该修正值应用到喷射进第一汽缸组汽缸的第一燃料量，计算喷射进第二汽缸组汽缸的第二燃料量。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，其示出了两个非限制性实施方案，其中：

图1是根据构成本发明主题的控制方法运行的一种内燃机的示意图；以及

图2是根据构成本发明主题的控制方法运行的另一种内燃机的示意图。

具体实施方式

在图1中，参考数字1（以其整体）表示包括两个汽缸2的内燃机，每个汽缸都通过至少一个各自的进气阀（未示出）连接至进气歧管（未示出），并通过至少一个各自的排气阀（未示出）连接至排气歧管3。排气系统4被连接至排气歧管3，该排气系统将燃烧产生的气体排放进大气，并且包含有催化式排气净化器5以及放置在催化式排气净化器5下游的至少一个消音器（未示出）。

每个汽缸2都通过排气管6连接至排气歧管3，该排气管从汽缸2开始并直至排气歧管3；拉姆达传感器7被连接至每个排气管6，该传感器可提供开/关型二进制输出以表示排放气体混合物比例是否高于或低于化学计算值，或可提供表示排出气体中氧气含量的线性输出值。

每个汽缸2都经过进气歧管（未示出）接收新鲜空气（即，来自大气中的空气），并从燃料喷射系统（未示出）接收燃料，其可以是间接或直接的类型。该新鲜空气和燃料彼此混合形成每个汽缸2内燃烧的混合物，以产生引起内燃机1的驱动轴（未示出）旋转的扭矩。该内燃机1包括电子控制单元8，其可引导燃料喷射系统，从而使汽缸2内燃烧的混合物比例等于根据发动机运行条件变化的预期值，并基本接近于催化式排气净化器6正确运行所需的化学计算值。

现在将描述电子控制单元8所使用的控制汽缸2内燃烧混合物比例，或决定喷射进汽缸2的燃料量的控制步骤。

为控制汽缸2内燃烧的混合物比例，该电子控制单元8将该两个汽缸8划分为两个汽缸组9，且每个气缸组都与各自的拉姆达传感器7相关联。换言之，汽缸组9a的汽缸2将排出气体排放进配备有各自拉姆达传感器7a的排气管6，而汽缸组9b的汽缸2将排出气体排放进配备有各自拉姆达传感器7b的排气管6。通过这种方式，每个拉姆达传感器7都检测了由各自汽缸组9的汽缸2所排放的排出气体的成份。而且，该电子控制单元8将拉姆达传感器7a视为主要的或“主”传感器，并将拉姆达传感器7b视为次级的或“从”传感器，从而使用主拉姆达传感器7a的信号执行汽缸2内燃烧的混合物比例的控制，而从拉姆达传感器7b的信号仅用于修正与从拉姆达传感器7b相关联的汽缸组9b。将拉姆达传感器7a视为主方，而将拉姆达传感器7b视为从方的事实仅仅是在设计阶段既定的惯例，并且颠倒过来也没问题（即，将拉姆达传感器7a视为从方，而将拉姆达传感器7b视为主方）。

电子控制单元8确定混合物比例的目标值，其一般接近于化学计算值，并通常随发动机运行条件而变化（例如，在冷发动机的情况下，可维持更浓的混合物比例）。接着该电子控制单元8通过与第一汽缸组9a相关联的主拉姆达传感器7a读取混合物比例的第一真值，并将主拉姆达传感器7a所提供的混合物比例第一真值作为反馈变量，计算喷射进第一汽缸组9a的汽缸2的第一燃料量以跟踪混合物比例的目标值。例如，通过将主拉姆达传感器7a所提供的混合物第一真值作为反馈变量，电子控制单元8使用PID控制器来限定喷射进汽缸组9a的汽缸2的燃料量以跟踪混合物比例的目标值。

另外，电子控制单元8通过与汽缸组9b相关联的从拉姆达传感器7b读取混合物比例的第二真值；计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值的目标值；计算检测窗口内混合物比例第二真值的平均值；根据混合物比例第二真值平均值的目标值和混合物比例第二真值的平均值之间的差值的函数，计算喷射燃料量的修正值；并且通过将该修正值应用到喷射进第一汽缸组9a汽缸2的第一燃料量，计算喷射进第二汽缸组9b汽缸2的第二燃料量。例如，为确定喷射进第二汽缸组9b汽缸2的燃料量，用代数方法将修正值加到（或乘以）喷射进第一汽缸组9a汽缸2的第一燃料量。

需要强调的是，喷射进第二汽缸组9b汽缸2的第二燃料量直接从喷射进第一汽缸组9a的汽缸2的第一燃料量获得，其区别于仅仅通过修正值获得。因此，喷射进第二汽缸组9b的汽缸2的第二燃料量与喷射进第一汽缸组9a汽缸2的第一燃料量完全同相。因此可轻易并准确地获得反馈到催化式排气净化器5的排出气体中混合物比例的振荡，因为如果喷射进第二汽缸组9b汽缸2的第二燃料量与喷射进第一汽缸组9a汽缸2的第一燃料量完全同相，那么由第二汽缸组9b的汽缸2所排放的排出气体混合物比例与第一汽缸组9a的汽缸2所排放的排出气体的混合物比例也完全同相。

根据一个优选实施方案，电子控制单元8计算检测窗口内混合物比例第一真值的平均值，并且接着基于该混合物比例第一真值的平均值和/或基于混合物比例目标值计算混合物比例第二真值平均值的目标值。需要强调的是，混合物比例的第二真值平均值的目标值可等于或甚至（稍微）不同于混合物比例第一真值的平均值；例如，混合物比例第二真值平均值的目标值可用来修正混合物比例第一真值的平均值和混合物比例目标值之间不希望的偏差。

检测窗口可在时间基础上定义（即，其可以秒进行测量因而有稳定的持续时间）。

根据一个可能的实施方案，电子控制单元8执行修正值历史分析，基于修正值历史分析的结果计算历史修正值，并默认应用历史修正值，以通过将历史修正值应用到喷射进第一汽缸组9a汽缸2的第一燃料量来确定喷射进第二汽缸组9b汽缸2的第二燃料量。换言之，电子控制单元8初始使用历史修正值，如果需要，随后基于在混合物比例第二真值平均值的目标值和混合物比例第二真值平均值之间的差值修改该修正值。

图2示出一种不同的内燃机1，其完全类似于上述图1中示出的内燃机，除了其包含划分为两个汽缸组9的四个汽缸2，每组有两个汽缸2。

显而易见的是，上述的控制方法可应用于任何配备有放置在普通催化式排气净化器上游的至少两个拉姆达传感器的多汽缸内燃机。例如，内燃机可包括划分为耦合至三个拉姆达传感器的三个汽缸组的六个汽缸；在这种情况下，一个拉姆达传感器是主方，而另两个拉姆达传感器是从方。替代地，内燃机可包括划分为耦合至四个拉姆达传感器的四个汽缸组的四个汽缸；在这种情况下，一个拉姆达传感器是主方，并且其他三个拉姆达传感器是从方。

上述控制混合物比例方法的优点是，喷射进第二汽缸组9b汽缸2的第二燃料量与喷射进第一汽缸组9a的汽缸2的第一燃料量完全同相，并且因此由第二汽缸组9b汽缸2排放的排出气体混合物比例与由第一汽缸组9a汽缸2排放的排出气体混合物比例也同相。这样，可轻易并准确地获得馈送到催化式排气净化器5的排出气体混合物比例的振荡。而且，在现代内燃机中上述混合物比例的控制方法是有经济效益且简单易懂的实施方案，因为它不需要相对于通常已经存在的组件安装任何其他组件，而且最重要的是，它需要使用与汽缸组的数目（即，拉姆达传感器的数目）无关的单独的PID控制器，而不是如传统控制中所需的每个汽缸组（即，每个拉姆达传感器）的PID控制器。

Claims (7)

1.控制多汽缸内燃机（1）中混合物比例的方法，该内燃机配备有放置在普通催化式排气净化器(5)上游的至少两个拉姆达传感器（7）以及至少两个汽缸组（9），其每个气缸组都与各自的拉姆达传感器（7）相关联，该控制方法包括以下步骤：

确定混合物比例目标值；

通过与第一汽缸组（9a）相关联的主拉姆达传感器（7a）读取混合物比例的第一真值；通过与第二汽缸组（9b）相关联的从拉姆达传感器（7b）读取混合物比例的第二真值；以及

将主拉姆达传感器（7a）所提供的混合物比例的第一真值用作反馈变量，计算喷射进第一汽缸组（9a）汽缸（2）的第一燃料量以跟踪混合物比例目标值；

该控制方法的特征在于其包含以下附加步骤：

计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值的目标值；

计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值；

根据混合物比例第二真值平均值的目标值和混合物比例第二真值平均值之间差值的函数，计算喷射燃料量的修正值；以及

通过将该修正值应用到喷射进第一汽缸组（9a）汽缸（2）的第一燃料量，计算喷射进第二汽缸组（9b）汽缸（2）的第二燃料量。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中用代数方法将所述修正值加至喷射进第一汽缸组（9a）汽缸（2）的第一燃料量，以确定喷射进第二汽缸组（9b）汽缸（2）的第二燃料量。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述修正值乘以喷射进第一汽缸组（9a）汽缸（2）的第一燃料量，以确定喷射进第二汽缸组（9b）汽缸（2）的第二燃料量。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其中计算检测窗口内混合物比例第二真值平均值的目标值的所述步骤提供以下附加步骤：

计算检测窗口内混合物比例第一真值平均值；以及

根据混合物比例第一真值平均值的函数，计算混合物比例第二真值平均值的目标值。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其中根据混合物比例目标值的函数计算所述混合物比例第二真值平均值的目标值。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述检测窗口基于时间基础定义。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其包括以下附加步骤：

执行修正值历史分析；

基于修正值历史分析的结果计算历史修正值；以及

默认应用历史修正值，以通过将历史修正值应用到喷射进第一汽缸组（9a）的汽缸（2）的第一燃料量，来计算喷射进第二汽缸组（9b）汽缸（2）的第二燃料量。

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