CN102493879A - 电喷发动机自适应停缸控制技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电喷发动机自适应停缸节油控制技术，包括一种发动机停缸检测控制方法和发动机喷油控制装置。本发明提供的发动机停缸检测控制方法单一检测和控制发动机的转速。在停缸时，从发动机的转速下降情况来自动调节和确定最终的发动机的停缸率，在车辆变速和负载变化的情况下及时退出停缸，回到正常工作状态，避免停缸影响发动机动力输出。发动机喷油控制装置从喷油电流脉冲提取出喷油电压脉冲，从中计算出发动机转速，参考环境温度，采用本发明的检测控制方法来实施发动机的停缸。本发明简化了停缸的监控参数和停缸模式，具有经济性和实用性。

Description

电喷发动机自适应停缸控制技术

技术领域

本发明涉及一种电喷内燃式发动机的喷油控制技术，用于电喷发动机停缸节油领域。

背景技术

电喷内燃式发动机由工作原理决定在小负荷工况下，燃烧热转换效率低、比油耗和排放指标高。大负荷工况下，燃烧热转换效率高，比油耗和排放指标也减小。在小负荷工况发动机动力输出有富余的情况下，切断多缸发动机部分缸的供油，让其停止工作，提高其它缸的负荷率来满足和适应发动机的外部负荷需要，这就是停缸节油的基本原理。从上世纪60年代起，就有人研究此项技术，至到现在，这项技术仍在不断更新和完善之中。例如ZL200610012987.4就提出了一种停缸的模式及控制装置。但是到现在为止，还没有一项现有的闭缸节油技术成功用于汽车电喷发动机的实际应用中。究其原因，它们或多或少存在以下缺陷：要么需要对汽车的机械部分进行一定规模的改造，这种改造的付出和节油的效益相比，已失去经济学意义；要么需要检测诸如节气门开度，发动机转速，发动机温度，车辆行驶速度等参数，需要对汽车相关电气部分做繁琐的改造，控制模式也较复杂，停缸时还有可能要影响车辆的动力，同样失去了实用价值。

发明内容

本发明的目的，是提供一种经济、高效、实用的电喷发动机停缸节油控制技术，用简单的方法及模式来实现发动机的自适应自动停缸，实现停缸节油技术的实用化。

本发明电喷发动机自适应停缸控制技术包括发动机停缸检测控制方法及发动机喷油控制装置两部分。

本发明的发动机停缸检测控制方法是基于以下的分析和考虑：当机动车正常行驶时，在行驶挡位和油门一定的情况下，发动机的输出功率及转速，与车辆行驶速度所对应的、施加在发动机上的负荷，处于一个动态平衡状态。在挡位及油门都不变的情况下，如果发动机的负荷变大，比如车辆进入上坡路段，发动机的转速必然下降，其下降的速度和大小，和当时发动机的负荷呈相关关系，负荷越大，下降的速度越快，转速下降率也越大。由于发动机的动力是通过变速器传输给车辆的，车辆正常行驶时，可以看成是一个刚性的惯性运动系统。将发动机各缸总的停缸时间与发动机各缸总的工作时间之比定义为停缸率，在车辆正常行驶中，用一个较小的停缸率停止一些缸的工作，如果此时其它工作缸的动力输出有富余，能够满足维持车辆行驶的需求，由于系统的惯性，发动机的转速和车辆的行驶速度都不会下降或下降很小不影响行驶。当继续加大停缸率直到发动机输出的动力小于车辆动力需求的平衡点后，发动机的转速才开始下降，直到发动机转速下降到一个允许的极限点，此段区域就是可以停缸操作的区域，也就是在不影响发动机的动力输出和车辆行驶速度为前提的节油区域。

据此，本发明的发动机停缸检测控制方法是：将发动机分为正常工作区和停缸操作区。根据发动机的实际工况和车辆的行驶情况，将发动机冷态和发动机转速不稳定期纳入正常工作区，不进行停缸操作。而将车辆热态、发动机基本处于匀速运行区，纳入停缸操作区。当发动机处于刚启动的冷态时，水温及油温均未达到正常状态，不适宜停缸控制。而当发动机转速下降或升高时，引起发动机转速发生变化的因素，有可能是发动机外部负荷变化引起的，也有可能是汽车行驶过程中的变速引起的，为了避免影响发动机的动力，也不进行停缸操作。在停缸操作区需要停缸时，单一检测发动机的转速，动态地、有规律地切断发动机部分缸的供油，让其短时停止工作，从发动机断油前和断油后的转速变化及变化的速度中，来定性地判断发动机的负荷大小及动态修正停缸率。具体过程是，先试探性地用一个最小的停缸率使发动机停缸，观察发动机的转速变化情况，如果发动机的转速没有变化或变化很小，连续加大发动机的停缸率，直到发动机的转速下降到一个允许的下降极限，然后再微量调整、保持此时的停缸率，使发动机的转速稳定在下降极限对应的转速附近。在停缸操作期间，一旦检测到发动机的转速升高或下降的变化超过允许的转速波动范围，认为是车辆开始加速或负荷增加，为不影响发动机动力输出，自动退出停缸工作区，进入正常工作区。在整个停缸过程中，停缸率没有固定的大小，完全由实际负荷下发动机的转速下降情况用试湊的方法自动调节和修正。这个过程，就是本发明的电喷发动机自适应停缸控制过程。

停缸时，设定最低停缸率、发动机转速的下降极限值、允许发动机转速升高或下降的波动范围，可以考虑发动机的性能及驾驶的舒适性因素，根据车辆具体情况，以不显著影响车辆行驶为原则，由实验确定。

由于本发明的发动机停缸检测控制方法没有引入发动机水温信号，发动机的热态工作状态用发动机起动工作一段时间后来的方法来判定。工作时间的长短，可参考发动机环境温度因素，用实验测试来确定。

根据以上所述本发明的发动机停缸检测控制方法，对发动机实施停缸的具体步骤是：

a.测量和计算发动机转速，将发动机的转速作为停缸的唯一监控参数；

b.确定发动机工作在热态和发动机转速稳定的停缸工作区，可以实施停缸；

c.先以一个最低的停缸率对发动机进行停缸；

d.保持停缸率继续停缸，延时、监测发动机的转速；

e.如果发动机的转速下降没有达到设定的下降极限值，增大停缸率；

f.重复d～e步骤，直到发动机转速下降到设定的下降极限值；

g.微调或保持此时的停缸率继续停缸，让发动机的转速稳定在下降极限值附近；

h.如果发动机转速升高或下降未超过允许的转速波动范围，重复g步骤；

i.停止停缸操作，退出停缸工作区，回到正常工作区。

本发明发动机喷油控制装置由喷油检测控制电路和微电脑控制系统两部分组成。喷油检测控制电路由电流检测部件和电源功率控制开关及环境温度传感器组成。本发明的发动机喷油控制装置输入的外部信号仅为发动机的转速信号及环境温度信号，采用本发明的发动机停缸检测控制方法。当发动机处于正常工作区时，喷油控制电路保持发动机各喷油器的正电源端和车载电源直通，各缸的喷油由汽车发动机喷油控制系统控制。当发动机处于停缸工作区需要停缸时，微电脑控制系统在某缸需要停止的时刻，切断该缸喷油器的正电源供应，使该缸该次不能喷油，实现发动机的停缸。在不需要停缸的时候，恢复该缸喷油器的电源供应。

由于没有引入水温信号，对发动机热态状态的判定，可以这样进行：发动机喷油控制装置中附加一个环境温度传感器，对环境温度进行测量，得到一个环境温度值。发动机启动后，发动机喷油控制装置检测到发动机的转速信号，开始对发动机工作时间计时，发动机连续工作一定时间后，认为发动机处于热态状态。确定发动机热态状态的连续工作时间，可以结合发动机启动时的环境温度，由实验确定。

发动机的转速信号，可以直接从发动机的转速传感器处引入发动机喷油控制装置，也可以采用一种更简单的办法：从喷油器相邻二次喷油电压脉冲的时间间隔计算出。

发动机的停缸率，定义为发动机各缸停止喷油次数总和与各缸喷油次数总和之比。最低的停缸率，也就是刚开始的起始停缸率，可以由车辆发动机的情况，由实验灵活确定。发动机最大停缸率所允许的发动机转速下降的极限值，也可以由驾驶员的感受灵活确定。

下面结合附图来具体描述发动机喷油控制装置的具体实施。

图1为本发明发动机喷油控制装置喷油检测控制电路的实施例。

附图说明

图1为本发明发动机喷油控制装置喷油检测控制电路的实施例。

图1中，虚线框内为为喷油检测控制电路的具体结构，它由电流检测部件1和电源功率控制开关2及环境温度传感器t构成。车载正电源BATT接到电流检测部件1及环境温度传感器t的一端，电流检测部件1的另一端接功率开关器件2和微电脑控制系统SCU。功率开关2的输出接喷油器IJC的正电源端，喷油器的另一端接汽车喷油控制器AMCU。环境温度传感器t的输出也接SCU。在正常喷油的情况下，SCU输出高电平打开电源功率控制开关2，AMCU输出接地，喷油器线圈通电喷油。由于电流检测部件1是串接在喷油器电路回路中，喷油器喷油时的电流在电流检测部件1上形成了一个有一定电压降的脉冲电压波形。这个波形，可用于喷油缸序确定及发动机转速计算。

图2为本发明发动机喷油控制装置实施例一。图3为实施例一正常喷油时，各缸喷油器喷油电流在喷油检测控制电路电流检测部件1上形成的电压脉冲波形。

在图2的实施例一中，BATT为车载正电源引入端，IJC1～IJC4为发动机的4个喷油器，喷油器的数量，由发动机的汽缸数定，图中只是示意性的定为4个。PCN1～PCN4为喷油检测控制电路，它包含有图1所示的电路结构，其输出端分别与各自对应的喷油器正电源端相联。发动机的转速信号SPEED从外部引入SCU的IN输入端，各电流检测部件输出的，如图3所示的各缸喷油电压脉冲V1～V4分别接SCU的IN1～IN4输入端，SCU的输出OUT1～OUT4分别接PCN1～PCN4。当喷油控制装置检测到发动机处于正常工作区时，SCU的OUT1～OUT4均输出高电平，PCN1～PCN4开启导通，IJC1～IJC4的正电源端直接接BATT，另外一端接发动机喷油控制器AMCU的输出，SCU退出对发动机的喷油控制，IJC1～IJC4完全由发动机喷油控制器AMCU是否接地形成喷油电流回路来控制。

当喷油检测控制装置确定发动机处于停缸工作区需要停缸时，按照以上所述的停缸控制方法，SCU先确定需要停止的某缸，再通过对V1～V4波形的记录和分析，在轮到该缸喷油的前一时刻T，SCU对该缸喷油控制电路输出低电平，该缸电源功率控制开关PCN关闭，喷油器的电源被切断，当次不喷油，在该缸喷油结束后，SCU恢复该缸喷油器的电源，不影响下一次正常喷油。

图4给出了一个缸喷油器正常喷油和停缸时电流检测部件1上形成的电压和电流波形示意图。在不停缸正常喷油的时候，BATT的正电源电直接送给喷油器IJC，喷油器由发动机喷油控制器控制，产生实线描绘的连续的喷油电流脉冲波IJCi，某时刻需要停某缸时，在此缸下一喷油时刻到来前的时刻T，SCU短暂关闭该缸的供电电源，使该缸此次喷油无效。图4中的虚线喷油电流脉冲表示该次喷油无效。在下一次喷油开始前的T时刻，恢复喷油器的电源，正常喷油。

图5为本发明发动机喷油控制装置的实施例2。

图6为实施例2在不停缸正常喷油的情况下，电流检测部件1检测到的各缸喷油波形，V1～V4代表1～4缸喷油时的电压波形。

在图5中，各缸共用一个喷油控制装置PCN，PCN也拥有图1虚线内的喷油控制电路。电流检测部件1的脉冲输出接SCU的IN输入，SCU的OUT端接PCN的电源功率控制开关2。PCN的输出并接IJC1～IJC4喷油器，AMCU为汽车喷油控制器。

在图5的实施例2中，没有引入发动机转速信号，而是SCU从图6的一个喷油脉冲周期T1中计算出的。对于4缸发动机，每一转就有一缸喷油，1/T1就可计算出发动机的转速。

具体实施方式

图7为本发明发动机喷油控制装置的优选实施例。

在优选实施例图7中，3为喷油控制电路，它为一带负载电流检测的高边电源功率开关，拥有图1所示的喷油检测控制电路的全部功能。车载电源BATT接3的电源输入端，3的功率输端VOUT并接IJC1～IJC4喷油器，SCU的OUT输出端通过电阻R1和三极管T1去控制高边功率开关的IN输入，当OUT输出高电平时，T1导通，IN端被拉地，高边功率开关导通，VOUT输出BATT相同电压，IJC1～IJC4同时通电，由发动机喷油控制器来控制喷油器喷油。当OUT输出低电平时，T1截止，高边功率开关关闭，IJC1～IJC4断电，该时刻不喷油。IS为高边功率开关负载电流检测输出端，通过R2将检测的电流输出信号转换为电压信号，当各缸正常喷油时，形成图6所示的电压波形。该电压波形信号输入SCU的IN端，作为发动机转速计算和停缸缸序判断依据。

在本发明发动机喷油控制装置的优选实施例中，最小停缸率设定为3％，停缸时发动机转速下降的极限值为从发动机稳定转速下降100r/m，退出发动机停缸操作的发动机转速波动范围设为发动机稳定转速的±80r/m。

在优选实施例中，环境温度传感器集成在微电脑芯片内部。

在本发明的所有实施例中，都有在喷油检测控制电路外部单独设置或微电脑内部集成的温度传感器，它们都用于检测发动机的外部环境温度，并用该温度值来修正发动机启动后热态判断的工作时间，环境温度越高，发动机热态判断的工作时间越短，反之越长。

在本发明的所有实施例中，SCU内的微电脑都有按照本发明所提供发动机停缸检测控制方法编制的对应控制软件，微电脑按照具体的实际工作状况运行该软件来控制喷油控制装置运行。

在附图和前述说明中对本发明进行了详细的说明和描述。这些说明和描述是原理和方法性的而非限制性的，不应理解为对本发明的实施和权利要求的限制。例如，最小停缸率和发动机转速下降的极限值等，可以由发动机实际技术状况和对驾驶舒适性及动力性的要求来灵活设定。本领域的技术人员可以根据对附图、说明和权利要求的理解、研究，实现公开实施例及对公开实施例进行其它变化。

Claims (10)

1.一种电喷发动机自适应停缸控制技术，包括一种发动机停缸检测控制方法和发动机喷油控制装置，其特征在于发动机停缸检测控制方法，包括以下方法和步骤：

a.测量和计算发动机转速，将发动机的转速作为停缸的唯一监控参数；

b.确定发动机工作在热态和发动机转速稳定的停缸工作区，可以实施停缸；

c.先以一个最低的停缸率对发动机进行停缸；

d.保持停缸率继续停缸，延时、监测发动机的转速；

e.如果发动机的转速下降没有达到设定的下降极限值，增大停缸率；

f.重复d～e步骤，直到发动机转速下降到设定的下降极限值；

g.微调或保持此时的停缸率继续停缸，让发动机的转速稳定在下降极限值附近；

h.如果发动机转速升高或下降未超过允许的转速波动范围，重复g步骤；

i.停止停缸操作，退出停缸工作区，回到正常工作区。

2.根据权利要求1所述的发动机停缸检测控制方法，其特征在于判别发动机的热态工作状态，是参考外部环境温度因素，发动机启动工作到一定时间后来确定的。

3.根据权利要求1所述的发动机停缸检测控制方法，其特征在于停缸时，设定发动机转速的下降极限值和允许发动机转速升高或降低的转速波动范围，以不显著影响车辆行驶为原则。

4.根据权利要求1所述的发动机停缸检测控制方法，其特征在于停缸率是根据发动机的负荷情况自动设置的。

5.根据权利要求1所述的发动机喷油控制装置，由喷油检测控制电路和微电脑控制系统两部分组成，其特征在于：

喷油检测控制电路由电流检测部件1、环境温度传感器t及电源功率控制开关2组成，

车载电源BATT连接到电流检测部件1，微电脑控制系统SCU和电流检测部件1、电源功

率控制开关2及环境温度传感器t相联，电源功率控制开关2的输出连接到喷油器IJC的正电源端，微电脑控制系统SCU通过电源功率控制开关2控制喷油器。

6.根据权利要求5所述的发动机喷油控制装置，其特征在于微电脑控制系统SCU从电流检测部件1检测到的，各缸任意两次喷油电压脉冲之间的时间间隔T1来计算得出发动机的转速。

7.根据权利要求5所述的发动机喷油控制装置，其特征在于电流检测部件1可以独立存在，也可以集成在电源功率控制开关2内。

8.根据权利要求5所述的发动机喷油控制装置，其特征在于电流检测部件1和电源功率控制开关2可以一个及多个。

9.根据权利要求5所述的发动机喷油控制装置，其特征在于环境温度传感器t，可以在喷油检测控制电路中单独设置，也可以集成在微电脑控制系统SCU内部。

10.根据权利要求5所述的发动机喷油控制装置，微电脑控制系统SCU包含微处理器及其程序储存单元，其特征在于程序储存单元被微处理器执行时，所述程序单元的内容执行如权利要求1所述的方法。

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