CN102913334B - 一种发动机气缸进气流量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机气缸进气流量检测方法，属于发动机技术领域。它解决了现有技术对独立双VVT发动机的气缸进气流量估算不准确的问题。该发动机气缸进气流量检测方法通过发动机ECU分别接收用于检测进气VVT相位的进气VVT凸轮轴位置传感器、用于检测排气VVT相位的排气VVT凸轮轴位置传感器、用于检测进气歧管压力的进气歧管压力传感器和用于检测发动机转速的转速传感器输送的信号，同时将这些信号处理后赋值给发动机ECU内的气缸进气流量模型，并通过上述的气缸进气流量模型得出气缸进气流量。该检测方法能准确估算独立双VVT发动机在不同工况下的气缸进气流量，精确度高且易于实施。

Description

一种发动机气缸进气流量检测方法

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种发动机气缸进气流量检测方法。

背景技术

发动机可变气门正时技术，简称为VVT，是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，其VVT可变气门正时系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，提高了进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。

另外，气缸进气流量信息在发动机的电控单元(ECU)中有着非常重要的地位。只有通过正确的气缸进气流量信息，电控单元才能匹配正确的喷油量，从而使缸内燃烧的空气燃油比在理想值附近。但是为节约成本，产品发动机一般配置非常有限的传感器，如进气歧管压力和温度传感器，通常不会配置进气流量传感器。这就要求发动机电控单元能够使用良好的气缸进气流量模型，通过有限的传感器信息，正确的估算出气缸进气流量值。但是现有的技术不能算出独立双VVT发动机的气缸进气流量，尤其是当双VVT同时开启时，算出这个气缸进气流量更加困难。

针对上述存在的问题，现有中国专利文献公开了一种内燃发动机空气流量估算方法和装置[申请号：CN200810215489.9]，包括基于修正容积效率参数计算气缸空气质量流量；基于节气门空气流量排出参数和燃料增益因子计算进气节气门空气质量流量。利用包括均值气缸流量模型、歧管动力学模型和节气门流量控制模型、歧管动力学模型和节气门流量模型的三个模型来估计在至少一个燃烧气缸中的充其量并控制燃料输送至燃料输送系统。虽然该方法在不利用空气质量流量传感器的条件下提 供低成本的充气估计器以得到气缸空气估算，但是该空气流量估算方法工作过程复杂且无法准确的估算独立双VVT发动机的气缸进气流量。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种发动机气缸进气流量检测方法，该检测方法能准确估算独立双VVT发动机在不同工况下的气缸进气流量，精确度高且易于实施。

本发明通过下列技术方案来实现：一种发动机气缸进气流量检测方法，通过发动机ECU分别接收用于检测进气VVT相位的进气VVT凸轮轴位置传感器、用于检测排气VVT相位的排气VVT凸轮轴位置传感器、用于检测进气歧管压力的进气歧管压力传感器和用于检测发动机转速的转速传感器输送的信号，同时将这些信号处理后赋值给发动机ECU内的气缸进气流量模型，并通过上述的气缸进气流量模型得出气缸进气流量。

在该方法中，进气VVT凸轮轴位置传感器检测进气凸轮轴位置进而能够确定气缸进气口的开度，开度越大进气量越大；排气VVT凸轮轴位置传感器检测排气凸轮轴位置进而能够确定气缸排气口的开度，开度越大气缸内残余废气量越少进而导致进气量越多；进气歧管压力传感器检测进气歧管压力，压力越大则导致流向气缸的进气气体的流速越快；转速传感器检测发动机转速，转速越快则导致气缸进气的周期越快；通过上述检测的四个参数能够精确的计算出在双VVT同时开启时的气缸进气流量，而不需要增加高速响应的气缸进气流量传感器。

在上述的发动机气缸进气流量检测方法中，所述的气缸进气流量模型如下：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{cyl}}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}0}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}1}{p}_{\mathrm{im}}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}2}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}3}{N}^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}4}{p}_{\mathrm{im}}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}5}{\left(p_{\mathrm{im}}N\right)}^2+\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}6}{\mathrm{VVT}}_i+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}7}{\mathrm{VVT}}_i^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}8}{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i^2{\mathrm{VVT}}_e\end{array}$

式中，代表气缸进气流量；p_im代表测量的进气歧管压力；N代表发动机转速；VVT_i代表进气VVT相位；VVT_e代表排气VVT相位；α_cyli,i＝1,2,...,10 为常数。

在上述的发动机气缸进气流量检测方法中，所述气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10.通过如下步骤获得：通过发动机试验台架上的进气流量传感器、进气VVT凸轮轴位置传感器、排气VVT凸轮轴位置传感器、进气歧管压力传感器和转速传感器进行j次测量得到j组气缸进气流量 进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e的五个变量数据，将这些变量数据排列成矩阵并运算后即得到气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10。

在上述的发动机气缸进气流量检测方法中，将j个上述的气缸进气流量排列成jΧ1的矩阵将上述测量的进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e形成的十个变量排成是jΧ10的矩阵矩阵的列为上述的十个变量，行为j行，将矩阵除以矩阵即得到上述的10Χ1的矩阵该矩阵中的常数即为气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10。其由进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e形成的十个变量为p_im、N、N²、p_imN、(p_imN)²、VVT_i、VVT_i ²、VVT_e、VVT_i VVT_e和VVT_i ²VVT_e。

在上述的发动机气缸进气流量检测方法中，所述的j组数据采用多变量最小二乘法来拟合使得在每次测量时每一组数据都不同。其最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配；利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小；最小二乘法还可用于曲线拟合。

在上述的发动机气缸进气流量检测方法中，所述的进气VVT凸轮轴位置传感器、排气VVT凸轮轴位置传感器、进气歧管压力传感器和转速传感器输送的信号在发动机ECU中分别进行信号调频、转制、过滤和数模转换处理。

与现有技术相比，本发动机气缸进气流量检测装置具有以下优点：

1、本发明只需对现有的模型进行改进，使用原有设置在发动机气缸 上的各个传感器即可准确估算独立双VVT发动机在不同工况下的气缸进气流量，提高了估算气缸进气流量的精确度，并且在硬件上无需改动，易于实施，不需要增加高速响应的气缸进气流量传感器，减少了生产成本。

2、本发明适用于双VVT同时开启时的工况并能够对气缸进气流量进行精确测量，且在试验时标定过程简单，可以直接沿用现有的试验数据，使用标定过的参数可清楚知道本发明在预估精度上有大幅度提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实验数据分析图。

图中，1、发动机ECU；2、进气VVT凸轮轴位置传感器；3、排气VVT凸轮轴位置传感器；4、进气歧管压力传感器；5、转速传感器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发动机气缸进气流量检测方法，通过发动机ECU 1分别接收用于检测进气VVT相位的进气VVT凸轮轴位置传感器2、用于检测排气VVT相位的排气VVT凸轮轴位置传感器3、用于检测进气歧管压力的进气歧管压力传感器4和用于检测发动机转速的转速传感器5输送的信号，同时将这些信号赋值给发动机ECU 1内的气缸进气流量模型，并通过气缸进气流量模型得出气缸进气流量。

其中，气缸进气流量模型如下：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{cyl}}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}0}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}1}{p}_{\mathrm{im}}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}2}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}3}{N}^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}4}{p}_{\mathrm{im}}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}5}{\left(p_{\mathrm{im}}N\right)}^2+\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}6}{\mathrm{VVT}}_i+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}7}{\mathrm{VVT}}_i^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}8}{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i^2{\mathrm{VVT}}_e\end{array}$

式中，代表气缸进气流量；p_im代表测量的进气歧管压力；N代表 发动机转速；VVT_i代表进气VVT相位；VVT_e代表排气VVT相位；α_cyli,i＝1,2,…,10为常数。

该发动机气缸进气流量检测方法的具体工作流程为：通过安装在发动机气缸上的进气VVT凸轮轴位置传感器2、排气VVT凸轮轴位置传感器3、进气歧管压力传感器4和转速传感器5分别实时采集进气VVT相位信号、排气VVT相位信号、进气歧管压力信号和发动机转速信号并分别将上述采集的信号输送给发动机ECU 1，发动机ECU 1对上述接收的信号分别进行信号调频、转制、过滤和数模转换处理从而获得进气歧管压力值p_im、发动机转速值N、进气VVT相位值VVT_i和排气VVT相位值VVT_e；将这些信号赋值给发动机ECU 1内的气缸进气流量模型，并通过气缸进气流量模型得出气缸进气流量。

其设置在发动机ECU 1内的气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,...,10通过如下步骤获得：通过发动机试验台架上的进气流量传感器、进气VVT凸轮轴位置传感器2、排气VVT凸轮轴位置传感器3、进气歧管压力传感器4和转速传感器5进行j次测量得到j组关于气缸进气流量进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e的这五个变量数据，其j组数据采用多变量最小二乘法来拟合使得在每次测量时每一组数据都不同并使用Matlab命令“\”获得常数α_cyli,i＝1,2,...,10，具体确定过程如以下公式所示：

${\stackrel{\→}{A}}_{\mathrm{cyl}}=\stackrel{\→}{V}\backslash \stackrel{\→}{M}$

${\stackrel{\→}{A}}_{\mathrm{cyl}}={[{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}0},{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}1},{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}2},...,{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}10}]}^T$

将j个上述的气缸进气流量排列成jΧ1的矩阵将上述测量的进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e形成的十个变量排成是jΧ10的矩阵矩阵的列为上述的p_im、N、N²、p_imN、(p_imN)²、VVT_i、VVT_i ²、VVT_e、VVT_i VVT_e和VVT_i ²VVT_e这十个变量，行为j行，将矩阵除以矩阵即得到上述的10Χ1的矩阵该矩阵中的常数即为气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10；将上述获得的进气歧管压 力值p_im、发动机转速值N、进气VVT相位值VVT_i和排气VVT相位值VVT_e和确定的α_cyli,i＝1,2,…,10这十个常数分别代入到气缸进气流量模型中的相应位置，即可获得该气缸进气流量估算值。

VVT可变气门正时系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，提高了充气效率，增加了发动机功率。由上述VVT系统的工作过程可知，本方法中所需测量的气缸进气流量估算值随进气歧管压力值p_im、发动机转速值N、进气VVT相位值VVT_i和排气VVT相位值VVT_e的变化而变化。而上述的气缸进气流量模型涵盖了对进气流量所有相关的参数，使得检测更加准确。

如图2所示，本方法将气缸进气流量模型应用在发动机ECU 1中后，根据在工况为1200到2000转、进气VVT为0到24度、排气VVT为0到24度和进气歧管压力为0.2到1bar时得出的实验数据可知，在本发明的实验数据分析图中，纵坐标表示气缸进气流量，范围值在0～30g/s，横坐标表示进气歧管压力，范围值为0.2～1bar，图中，“+”表示由改进前气缸进气流量模型计算出的气缸进气流量，“×”表示由改进后气缸进气流量模型计算出的气缸进气流量，“○”表示在发动机试验台架上实际测量的气缸进气流量；在发动机试验台架上获得一个在0.2～1bar之间的进气歧管压力，如0.4bar，将该进气歧管压力值赋值给改进后的气缸进气流量模型和改进前的气缸进气流量模型，得到同个进气歧管压力下的气缸进气流量，再在发动机试验台架上获取另一个进气歧管压力值，如0.6bar，得到另一个分别由改进后和改进前的气缸进气流量模型得出的气缸进气流量，再根据不同进气歧管压力值获取一系列由改进后和改进前的气缸进气流量模型得出的气缸进气流量；上述试验也可直接沿用现有的试验数据，只需由改进后的气缸进气流量模型在同等条件下计算气缸进气流量模型，通过三次上述试验可知，改进前的气缸进气流量模型所测的数据与实验实测数据存在较大的误差，而改进后的气缸进气流量模型所测的数据与实验实测数据较为接近，从而由这几个重要工况的气 缸流量预估情况可发现改进后的气缸进气流量模型在低负荷和高负荷较改进前的气缸进气流量模型有较大改善，尤其是当独立双VVT同时打开时，也可精确测量，并且从实验的数据可发现平均预估误差从原来的1.24g/s(13.0％)降到0.126g/s(1.14％)。

另外地，在根据本方法得出正确的气缸进气流量估算值之后，发动机ECU 1可根据喷油量计算公式获得需求的喷油量，从而使缸内燃烧的空气燃油比在理想值附近。其中代表需求的喷油量，AFR_sto代表理想空燃比。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了发动机ECU 1、进气VVT凸轮轴位置传感器2、排气VVT凸轮轴位置传感器3、进气歧管压力传感器4、转速传感器5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种发动机气缸进气流量检测方法，其特征在于，通过发动机ECU(1)分别接收用于检测进气VVT相位的进气VVT凸轮轴位置传感器(2)、用于检测排气VVT相位的排气VVT凸轮轴位置传感器(3)、用于检测进气歧管压力的进气歧管压力传感器(4)和用于检测发动机转速的转速传感器(5)输送的信号，同时将这些信号处理后赋值给发动机ECU(1)内的气缸进气流量模型，并通过上述的气缸进气流量模型得出气缸进气流量；所述的气缸进气流量模型如下：

$\begin{array}{c}{\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{cyl}}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}0}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}1}{p}_{\mathrm{im}}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}2}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}3}{N}^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}4}{p}_{\mathrm{im}}N+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}5}{\left(p_{\mathrm{im}}N\right)}^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}6}{\mathrm{VVT}}_i\\ +{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}7}{\mathrm{VVT}}_i^2+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}8}{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i{\mathrm{VVT}}_e+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{cyl}9}{\mathrm{VVT}}_i^2{\mathrm{VVT}}_e\end{array}$

式中，代表气缸进气流量；p_im代表测量的进气歧管压力；N代表发动机转速；VVT_i代表进气VVT相位；VVT_e代表排气VVT相位；α_cyli,i＝1,2,…,10为常数。

2.根据权利要求1所述的发动机气缸进气流量检测方法，其特征在于，所述气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10通过如下步骤获得：通过发动机试验台架上的进气流量传感器、进气VVT凸轮轴位置传感器(2)、排气VVT凸轮轴位置传感器(3)、进气歧管压力传感器(4)和转速传感器(5)进行j次测量得到j组气缸进气流量进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e的五个变量数据，将这些变量数据排列成矩阵并运算后即得到气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10。

3.根据权利要求2所述的发动机气缸进气流量检测方法，其特征在于，将j个上述的气缸进气流量排列成jΧ1的矩阵将上述测量的进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e形成的十个变量排成是jΧ10的矩阵矩阵的列为上述的十个变量，行为j行，将矩阵除以矩阵即得到10Χ1的矩阵该矩阵中的常数即为气缸进气流量模型中的常数α_cyli,i＝1,2,…,10。

4.根据权利要求2或3所述的发动机气缸进气流量检测方法，其特征在于，所述的进行j次测量得到j组气缸进气流量进气歧管压力p_im、发动机转速N、进气VVT相位VVT_i和排气VVT相位VVT_e的五个变量数据采用多变量最小二乘法来拟合使得在每次测量时每一组数据都不同。

5.根据权利要求1所述的发动机气缸进气流量检测方法，其特征在于，所述的进气VVT凸轮轴位置传感器(2)、排气VVT凸轮轴位置传感器(3)、进气歧管压力传感器(4)和转速传感器(5)输送的信号在发动机ECU(1)中分别进行信号调频、转制、过滤和数模转换处理。