CN102052176A - 一种多缸发动机的分缸平衡系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多缸发动机的分缸平衡系统和方法，所述系统包括：该信号盘上具有分别与发动机的每个气缸相对应的多个齿；第一传感器，用于辨识信号盘上与各气缸相对应的齿；第二传感器，用于检测信号盘上各齿的转速；以及处理器，与所述第一传感器和第二传感器相连，计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。该系统具有计算量小、可实时运算的优点，可准确且及时地实现各缸的平衡工作。

Description

一种多缸发动机的分缸平衡系统与方法

技术领域

本发明涉及多缸发动机管理领域，并且尤其涉及多缸发动机的分缸平衡系统与方法

背景技术

现有的多缸发动机通过匹配MAP图来保证标定的各个气缸的工况都处于最佳状态(静态最佳)。然而，由于实际生产的发动机与匹配标定的发动机之间的差别、生产制造的环境与使用环境的区别以及发动机在使用过程中磨损等因素，均可能导致发动机各气缸之间的不平衡工作，从而最终导致机件磨损以及各个气缸无法处于最佳状态(动态最佳)。

因此，需要利用分缸平衡方法来使各个气缸处于平衡的工作状态。概括来说，现有的分缸平衡方法一般包括以下步骤：对信号盘上各齿的瞬时转速进行采样分析；提取与各缸不均匀程度相关的信息，并将该信息转换为不均匀性指标；根据各缸不均匀性指标的相对偏差，对各缸的喷油量进行控制，实现各缸均处于平衡的工作状态。

现有的分缸平衡方法根据评价各缸不均匀程度的不均匀性指标的不同，可主要分为两种：

第一种分缸平衡方法以转速差作为不均匀性指标。该方法包括：检测信号盘各齿对应的转速IS_n(n＝1～N_T，N_T为信号盘齿数)；以各缸所对应的多个齿的转速的最高值、最低值或者平均值作为各缸的转速代表值，记为MS_Ci(i＝1～N_C，N_C为发动机缸数)；计算各缸所对应的转速代表值的平均值

最终以各缸所对应的转速代表值与平均值

之差ΔMS_Ci(i＝1～N_C，N_C为发动机缸数)作为各缸不均匀程度的不均匀性指标，并根据该不均匀性指标控制各缸的喷油量，由此实现各气缸的平衡工作。该方法虽然简单，但是所选不均匀性指标并不能精确反应各缸不均匀程度，尤其当发动机处于中、高速时，各缸所对应的多个齿的转速可能存在多个极值，此时不均匀性指标的计算存在较大误差，导致各缸平衡效果较差。

第二种分缸平衡方法采用傅里叶算法对各缸所对应的多个齿的转速进行频谱分析，以特定频段内的转速分量作为各缸的转速代表值，并进而得到各缸的不均匀性指标。虽然采用傅里叶算法计算关键频带的转速信号幅值可更准确地获得各关键频带的不均匀程度，不易受到其他干扰，具有更好的平衡效果，但是由于采用了傅里叶算法，计算量非常大，在微处理器系统中难以实时应用。

发明内容

为了克服现有分缸平衡方法所存在的上述缺陷，本发明特提供一种计算量小且所获得的各缸不均匀性指标能够精准地反映出各缸不均匀程度的多缸发动机的分缸平衡系统与方法。

本发明提供的多缸发动机的分缸平衡系统包括：信号盘，该信号盘上具有分别与发动机的每个气缸相对应的多个齿；第一传感器，用于辨识信号盘上与各气缸相对应的齿；第二传感器，用于检测信号盘上各齿的转速；以及处理器，与所述第一传感器和第二传感器相连，计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

相应地，本发明提供的多缸发动机的分缸平衡方法包括：1)辨识信号盘上与各气缸相对应的齿；2)检测信号盘上各齿的转速；3)计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；4)对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；以及5)分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

本发明提供的分缸平衡系统和方法充分考虑了发动机气缸中燃油做功将反映在信号盘各齿转速变化上这一理论，计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并以此作为各缸不均匀性指标。该不均匀性指标不仅能够准确地反映出各缸的不均匀程度，而且该不均匀性指标的计算过程还具有计算量小、可实时运算的优点。以该不均匀性指标作为依据来调节各缸喷油量，可准确且及时地实现各缸的平衡工作。

附图说明

图1示出了本发明的多缸发动机的分缸平衡系统的结构图；以及

图2示出了图1中分缸平衡系统的处理器所执行的步骤的流程图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明。

如图1所示，本发明提供的多缸发动机的分缸平衡系统包括：信号盘10，该信号盘10上具有分别与发动机的每个气缸相对应的多个齿；第一传感器20，用于辨识信号盘10上与各气缸相对应的齿；第二传感器30，用于检测信号盘10上各齿的转速；以及处理器40，与所述第一传感器20和第二传感器30相连，计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

其中，所述第一传感器20可为光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器，该传感器安装在可检测信号盘10上各齿的位置，至于其如何辨识信号盘10辨识信号盘10上与各气缸相对应的齿，可参考凸轮轴位置传感器的工作方式，这是本领域技术所公知的，于此不再赘述。

实际上，所述第二传感器30也可实现为上述光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器，其可根据齿的到来产生脉冲信号，当齿到来或离开时该脉冲信号将改变电平状态，由此可根据脉冲的持续时间以及齿所占用信号盘10的弧度来确定齿的转速。当然，所述第二传感器30的实施并不限于此，还可以是任何能够检测信号盘10上各齿转速的其他传感器。

下面结合图2描述上述处理器所执行的步骤的具体流程。

首先对图2中的各个变量进行说明。用变量CylIdx对发动机缸号进行计数，对应第一缸为1，对应最后一缸为C_max；用变量ToothIdx对信号盘10上各齿的齿数进行计数，对应第一缸的第一齿为1，发动机一个工作循环内对应最后一个齿为T_max；用T_ci(Ci＝1～C_max)表示各缸所对应的最后一个齿，即第一缸所对应的齿号为1～T_c1，第二缸所对应的齿号为T_c1+1～T_c2，最后一缸所对应的齿号为

用变量InsSpeed表示各齿的转速；用变量CylMeanSpeed表示各缸所对应的所有齿的平均转速；用变量DeltaSpeed表示转速差；用变量IntegralSpeed表示各缸所对应的转速差积分；用变量MeanIntegralSpeed表示各缸所对应的转速差积分的平均值；用变量DeltaIntegralSpeed[CylIdx]表示各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，即不均匀度指标。

如图2所述，首先检测当前齿所对应的转速InsSpeed[ToothIdx]，然后计算该转速与上一缸所对应的各齿的平均转速之差，即

DeltaSpeed[ToothIdx]＝InsSpeed[ToothIdx]-CylMeanSpeed[CylIdx-1]

然后，将该差值累加至当前缸所对应的转速差积分，即

IntegralSpeed[CylIdx]+＝DeltaSpeed[ToothIdx]

重复上述步骤，遍历当前缸的所有齿，求得当前缸所对应的转速差积分IntegralSpeed[CylIdx]。

重复上述步骤，遍历完所有气缸，求得各缸所对应的转速差积分IntegralSpeed[CylIdx]，其中，CylIdx＝1～C_max。

计算转速差积分平均值，即

$\mathrm{MeanIntegralSpeed}=\frac{1}{C_{\max }}\underset{\mathrm{CylIdx}=1}{\overset{C_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{IntegralSpeed}\left[\mathrm{CylIdx}\right]$

之后，分别计算各缸所对应的转速差积分与转速差积分平均值之差，即

DeltaIntegralSpeed[CylIdx]＝IntegralSpeed[CylIdx]--MeanIntegralSpeed

式中，CylIdx＝1～C_max。

其中，DeltaIntegralSpeed[CylIdx]即可作为各缸的不均匀度指标，该指标准确地反映了各缸的不均匀程度，根据该DeltaIntegralSpeed[CylIdx]便可调节各缸的喷油量，以实现各缸的工作平衡。

其中，根据所述不均匀度指标调节各缸的喷油量包括：将各缸所对应的转速差积分与转速差积分平均值之差与预定比例系数相乘，并以该乘积作为调节各缸喷油量的油量调节系数。

即，Coff[CylIdx]＝K*DeltaIntegralSpeed[CylIdx]

式中，CylIdx＝1～C_max，Coff[CylIdx]表示各缸的油量调节系数，K表示所述预定比例系数，取值可为0.001-1。

下面以四缸发动机为例，对上述处理器所执行的步骤进行更进一步的说明。在以下说明中，各个变量的含义均与上述描述中的含义相同，于此不再进行定义。

四缸发动机具有四个缸，信号盘10上具有116个齿，其中第一缸对应于齿1-30，第二缸对应于齿31-58，第三缸对应于齿59-88，第四缸对应于齿89-116。因此，C_max＝4，T_max＝116，T_c1＝30，T_c2＝58，T_c2＝88，T_c4＝116。

实际应用过程中，假设首先检测到第1齿，即ToothIdx＝1。此时，首先检测该齿对应的转速InsSpeed[1]，并减去上一缸的平均转速CylMeanSpeed[4]，得到该齿的转速差DeltaSpeed[1]，然后将该转速差DeltaSpeed[1]累加至第一缸转速差积分IntegralSpeed[1]。

之后，将齿数ToothIdx加1，重复上述过程，直至第一缸所对应的最后一齿，即第30齿，检测该齿对应的转速InsSpeed[30]，计算该齿的转速与上一缸平均转速CylMeanSpeed[4]的转速差DeltaSpeed[30]，并将该转速差DeltaSpeed[30]累加至第一缸转速差积分IntegralSpeed[1]。由此完成第一缸转速差积分的计算。

之后，将齿数ToothIdx加1，缸号CylIdx加1，重复上述步骤。在第58齿完成第2缸的计算，在第88齿完成第3缸的计算，第116齿完成第4缸的计算，由此得到第2、3、4缸所对应的转速差积分IntegralSpeed[2]、IntegralSpeed[3]以及IntegralSpeed[4]。

之后，累加四缸的转速差积分，除以4，得到本循环对应的转速差积分平均值MeanIntegralSpeed。然后计算各缸所对应的转速差积分IntegralSpeed与所述转速差积分平均值之差，得到DeltaIntegralSpeed[1]、DeltaIntegralSpeed[2]、DeltaIntegralSpeed[3]和DeltaIntegralSpeed[4]；

最后，选取合适的比例系数K，计算得到各缸对应的分缸平衡油量调整系数，即

Coff[1]＝K×DeltaIntegralSpeed[1]

Coff[2]＝K×DeltaIntegralSpeed[2]

Coff[3]＝K×DeltaIntegralSpeed[3]

Coff[4]＝K×DeltaIntegralSpeed[4]

根据各缸的油量调整系数即可对各缸喷油量进行动态调整，实现分缸平衡控制。

相应地，本发明还提供了一种用于多缸发动机的分缸平衡方法，该方法包括：1)辨识信号盘10上与各气缸相对应的齿；2)检测信号盘10上各齿的转速；3)计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和，各缸所对应的第一齿对应于各缸压缩冲程上止点，各缸所对应的齿的范围对应于整个循环内各缸均分的曲轴转角，该曲轴转角等于720除以发动机缸数；4)对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；以及5)分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

其中，所述步骤5)可包括：分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据该差值与预定比例系数之积，平衡各缸的喷油量。在此，所述预定比例系数应根据实际机型和工况标定，常用范围为0.001-1。

其中，所述步骤1)和2)可通过光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器执行，这与上述针对分缸平衡系统所描述的相同，于此不再赘述。

本发明提供的分缸平衡系统和方法中的各缸的不均匀性指标可准确地反映出各缸的不均匀程度，而且该不均匀性指标的计算过程还具有计算量小、可实时运算的优点。以该不均匀性指标作为依据来对各缸喷油量的调节，可准确且及时地实现各缸的平衡工作。本发明提供的分缸平衡系统和方法可适用于各种数量气缸的发动机，例如两缸发动机、四缸发动机、八缸发动机。

Claims (8)

1.一种多缸发动机的分缸平衡系统，该系统包括：

信号盘(10)，该信号盘(10)上具有分别与发动机的每个气缸相对应的多个齿；

第一传感器(20)，用于辨识信号盘(10)上与各气缸相对应的齿；

第二传感器(30)，用于检测信号盘(10)上各齿的转速；以及

处理器(40)，与所述第一传感器(20)和第二传感器(30)相连，该处理器用于计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器在分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差之后，根据该差值与预定比例系数之积，调整各缸的喷油量。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预定比例系数的范围为0.001-1。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，第一传感器(20)和第二传感器(30)为光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器。

5.一种多缸发动机的分缸平衡方法，该方法包括以下步骤：

1)辨识信号盘(10)上与各气缸相对应的齿；

2)检测信号盘(10)上各齿的转速；

3)计算各缸所对应的转速差积分，该转速差积分为各缸所对应的各个齿的转速与上一缸所对应的各个齿的平均转速之差的和；

4)对所有缸所对应的转速差积分求平均，以求得转速差积分平均值；以及

5)分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差，并根据各缸的差值来调整各缸的喷油量。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述步骤5)包括：

在分别计算各缸所对应的转速差积分与所述转速差积分平均值之差之后，并根据该差值与预定比例系数之积，调整各缸的喷油量。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述预定比例系数的范围为0.001-1。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤1)和2)通过光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器执行。

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