CN103352764A - 一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，本发明的目的是提供一种能够输出的动力性更强，更加节省燃料消耗，更加有利于降低发动机尾气污染物的排放，发动机工作更加平稳，舒适性更好控制系统，本发明包括发动机控制系统，它利用安装在车辆和发动机上的各种传感器测出车辆和发动机的各种运行参数，通过已设定的控制程序和数据，采用以扭矩为中间变量建立了扭矩关系并以扭矩请求的形式向系统提出请求，并通过扭矩协调处理模块进行协调，通过扭矩集中输出模块将扭矩的实现通过控制点火系、供油系、配气系使得发动机在优化的状态下运行，实现了对发动机输出扭矩的输出。本发明主要用于汽车控制系统。

Description

一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统

技术领域

本发明涉及一种发动机控制系统，具体地，是一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统。

背景技术

现在目前大多数汽车还使用的是基于油门控制的电喷控制系统，基于油门控制的电喷控制系统采用的是油门拉线的方式，传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连，为机械结构，它的传输比例是1∶1的，也就是说我们用脚踩多少，节气门的打开角度就是多少，但是在很多情况下，节气阀并不应该打开这么大的角度，所以此时节气阀打开的角度并不一定是最科学的，反应迅猛，这种方式虽然很直接但它的控制精度很差，很难精准控制油耗和排放。

不以扭矩模型为基础的发动机管理系统工作过程中，若子系统(起动控制、怠速控制、催化器加热控制、转速控制、零部件保护控制等)、外部驾驶员的动力性、驾驶性要求以及车辆功能要求(如空调运行等)等几项要求同时出现，由于这些要求之间相互独立，各项要求的优先等级在各自系统中独立定义，缺少统一的协调处理和集中控制，它们就直接在控制参数(气缸冲量、喷油和点火)上进行控制，这样虽然满足了单一情况下的动力性，但在每个实际的运行点上的动力性，排放和燃油消耗往往就不是最优的。发动机在工作过程中若工作点发生了偏移就会使得各项要求相互影响。而且在匹配过程中(即电控系统平台和外围器件与具体发动机工作相配合进行工作的过程)，不同的子系统匹配数据之间有很强的依赖性，匹配过程中每个工作点要进行多次测量，重复标定，使得标定工作变得繁琐。

在现有的技术中，还没有集多项功能于一身的基于扭矩控制的发动机控制系统，如可变气门正时VVT控制，可变进气歧管控制，废气涡轮增压控制，废气再循环以及二次空气进气控制等最新的发动机控制技术的功能，如果相应的厂家需要其中几项功能放在一个车辆上，如对于要提高发动机功率和扭矩的V型发动机的厂家，可能需要可变进气歧管控制和废气涡轮增压控制，对于即想提高功率和扭矩，又想更省油，排放更低的发动机厂家可能需要废气涡轮增压和废气再循环控制以及二次空气进气等，随着客户需要的变化和排放法规越来越严格，整车厂需要更快的产品上市时间，建立一套集多功能的可扩展的发动机控制系统来满足快速变化市场的需要是发动机管理系统厂家的面临的问题，需要重新开发新的发动机控制系统，这势必增压发动机控制系统的开发周期，增加开发成本。

发明内容

本发明公开了一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，用以解决现有技术的不足。

为解决上述问题，本发明的技术解决方案是：

一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统的控制流程：

a、系统由系统初始化处理模块M1时进行系统所用资源和传感器和执行器状态的初始化；

b、运行读取系统配置模块M2，确定系统相应要实现的功能，并根据系统的功能置位相应的标志位；

c、判断系统防盗控制标志位是否置1，置1说明，若置1则开启防盗处理模块M23防盗处理模块M3将进行判断是否是正常的用户启动，防盗正常标志位置1，系统跳到步骤d继续运行；若非正常用户启动，防盗正常标志位置0，系统将复位，重新进行跳到步骤1，进行系统初始化处理模块M1运行；

d、运行读取输入信号模块M4，根据系统的配置的状态，读取所需功能要用到的传感器，常用传感器有曲轴位置传感器，油门踏板位置传感器，节气门位置传感器，氧传感器，车速传感器等传感器和用户的输入信号，如系统的巡航被配置，我们将读取巡航的开关状态以及设置的巡航速度值等，系统配置涡轮增加，需要读取节气门前涡轮增压后进气压力传感器信号等，从而获得当得发动机的工作参数，为发动机下一步的运行做准备，然后继续向下步骤e；

e、根据发动机的工作参数，确定发动机处于停机，冷启动，热启动，怠速，全负荷，部分工况，还是倒拖等工况，运行工况的处理块M5，根据获得的传感器参数，以及发动机当前的工作状态确定一个基础的扭矩，然后继续向下步骤f；

f、判断巡航控制标志位是否置1，置1说明，系统已经设置巡航控制功能，则开启巡航处理模块M6，同时，根据当前的发动机当前的车速，发动机转速以及巡航开关的状态，确定巡航控制需要的扭矩，然后继续向下步骤g；

若置0，说明巡航控制功能不支持，直接运行步步骤g；

g、判断系统可变正时控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变正时控制功能，则开启可变正时控制处理模块M7，根据发动机的当前的工作状态，确定可变正时控制需要的扭矩，然后继续向下步骤h；

若置0，说明可变正时控制功能不支持，直接运行步步骤h；

h、判断系统涡轮增压控制标志是否置1，置1说明，系统已经涡轮增压控制功能，则开启涡轮增压处理模块M8，根据发动机的当前的工作状态，确定涡轮增压控制需要的扭矩，然后继续向下步骤i；

若置0，说明涡轮增压控制功能不支持，直接运行步步骤i；

i、判断系统可变进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变进气控制功能，则开启可变进气处理模块M9，根据发动机的当前的工作状态，确定可变进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤j；

若置0，说明可变进气控制功能不支持，直接运行步步骤j；

j、判断系统二次空气进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经二次空气进气控制功能，则开启二次空气进气处理模块M10，根据发动机的当前的工作状态，确定二次空气进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤k；

若置0，说明二次空气进气功能不支持，直接运行步步骤k；

k、判断系统是否还有其它控制标志是否置1，置1说明，系统还具有其它的控制功能，则开启其它处理模块M11，根据发动机的当前的工作状态，确定其它的扭矩，然后继续向下步骤l

若置0，说明无其它功能模块，直接运行步步骤l；

l、运行扭矩协调处理模块M12，根据发动机的基本扭矩和上述控制需要的扭矩，以及为了保持发动的稳定运行而增加的一些扭矩自适应和为了满足发动机效率需要的扭矩的修正，得到一个发动机期望输出的指示扭矩，然后运行步步骤m；

m、运行扭矩集中输出处理模块M13，根据扭矩协调处理模块M12得到需要输出的指示扭矩，控制燃料喷射器的喷射宽度来控制燃料，控制点火提前角度来控制点火正时，控制节气门的开度来控制进气量，以及控制分缸断油来控制缸数的运行，以及控制相应的功能模需要执行的功能；可变进气控制，需要打开可变进气阀等，保证发动机正常可靠地运行，从而实现扭矩的输出。

所述的步骤b所述的标志位有防盗控制标志位，巡航控制标志位，可变正时进气标志位，涡轮增压标志位，可变进气标志位，二次空气进气标志位以及其它标志位如废气再循环标志位。

一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：发动机控制系统11包括，空气和燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机1，进气管12和空气虑清器13后通过节气门阀片5连接进气歧管14，通过发动机控制单元10的指令控制下调节进气门阀片5进入进气歧管14的质量空气流量的节气门执行器4，将开度信号反馈给发动机控制单元10，告知发动机控制单元10现在进气门阀片5的实际开度值的节气门位置传感器3，进气歧管14连接气缸15；

燃料喷射器17喷射与空气混合的燃料，燃料在空气通过进气被吸入气缸15时与空气混合。进气阀22有选择地打开和关闭，以使空气、燃料混合物进入气缸15活塞压缩在气缸15里面的空气、燃料混合物。火花塞18安装于气缸15上，气缸15后连接有排气总管19，排气总管19中安装有氧传感器23检测排气中的氧的含量，氧传感器23与发动机控制单元10连接。

所述的发动机控制系统11还包括，系统的进气管12、长进气道和短进气管。

所述的发动机控制系统11还包括，废气涡轮和进气涡轮25和废气旁通控制阀。

所述的发动机控制系统11还包括，二次空气泵和空气阀门和空气电磁阀。

其车辆的扭矩要求模块包括：巡航控制、车速限制、整车动态控制、驾驶性能、发电机、水泵、空调压缩机、风扇、动力转向、巡航控制、可变气门正时VVT控制、涡轮增压控制、废气涡轮增压控制、可变进气控制、二次空气进气控制；

其发动机的扭矩要求模块包括：发动机起动、加热催化转化器、怠速控制、发动机转速控制、发动机零部件保护。

其效率要求模块包括：发动机起动、加热催加热、怠速控制。

本发明的有益效果是：根据用户的需求，通过可配置的方式，将车辆的功能和发动机的控制参数以扭矩为中间变量建立了扭矩关系并以扭矩请求的形式向系统提出请求，系统在扭矩协调处理模块的处理下中将上述扭矩请求与系统的运行效率等进行协调，并通过扭矩集中输出模块实现了对发动机输出扭矩的控制。其控制策略是以扭矩为主，通过对发动机的扭矩要求如起动控制、怠速控制、转速控制、零部件保护控制等，车辆功能的扭矩要求如真空助力转向、空调运行等、传动系统控制如自动变速器换档等，以及驾驶性要求等向系统提出发动机输出扭矩的要求。系统对上述扭矩要求通过扭矩协调处理模块得到一个扭矩，通过计算慢调节扭矩控制如该请求扭矩的发动机进气量，发动机控制单元ECU，再控制电子节气门执行装置控制节气门体开度，提供理想的进气量，从而实现对发动机输出扭矩的请求。系统也可以通过快速调节，控制点火正时的提前角和延迟角来快速实现发动机对输出扭矩的请求。这样系统能很容易集成可变气门正时VVT控制，可变进气歧管控制，废气涡轮增压控制，以及二次空气进气控制等目前最新的发动机控制技术的功能，还能根据后来新的技术进行增加。

其系统主要性能指标

1.动力更加强劲

扭矩是发动机的基本输出量，能“自动”补偿由于空燃比变化，催化器起燃气控制等引起的扭矩变化，以及更加精确的发动机附件及摩擦扭矩补偿方法，对同排量非扭矩控制的机型来说，能增加20％的动力输出。

2.加速性能更好。

采用电子节气控制来代替机械节气门控制，有着节气门无法比拟的优势，可以实现发动机全范围的最佳扭矩的输出。通过踏板的加/减速能快速地传递给ECU处理单元，单元进行扭矩的请求并判断并输出，最佳扭矩输出比传统的宽很多。

3.节气门位置控制精度更高。

在普通发动机上，节气门的开度由油门踏板的踏下的量来控制，而带电子节气门的发动机根据ECU根据相应的扭矩和功率计算的最佳的节气门开度值，利用电子节气门的执行器来控制节气门开度，控制精度能高10％左右。

4.耗油量低，经济性好。

由于采用了电子节气门系统，发动机冷车启动时，减少了由于机械式节气门为了克服较大的内部摩擦消耗需要吸入较多的空气和喷入额外多的燃油；同时，当辅助设备如空调压缩机被打开时，气缸不再吸入更多的空气来弥补驱动功率的损失，我们通过我们的控制策略和算法让燃气工作时，工作在稀燃的状态，这样能降低燃料的消费量，使能源的消费更低，能节省能源的消费量在10％左右，同时减少向大气中的污染物的排放。还有燃气比燃油更加经济，直接减少了用户的支出。

5.整个系统体积小，不需要机械驱动，安装维修灵活方便。

6.系统更加安全可靠

系统具有发动转速和的车速限速，扭矩和功率限制，排气温度等限制功能，防止各动力装置的损害，进行发动机的保护，而且电子节气门系统为确保车辆行驶的可靠性，节气门位置处于一下微小的开度，当电子节气门出问题或不工作时，发动机仍可运行；由于采用了双电位计的传感器的这种冗余设计，当某一传感器有故障时，系统仍可工作。

7.采用涡轮增压技术，可有效提高燃油效率，不但动力性能得到加强，而且与相同排量的自然吸气发动机相比，还能节约10％左右的燃油，实现了高效、节能、环保的完美结合。

8.排放更低

由于系统采用了基于扭矩的控制，入闭环控制，爆震控制，怠速闭环控制，点火正时，喷油脉宽以及自适应控制等等，根据发动机的状态不断地进行发动机最佳工作状态和排放减少进行调整，向大气中排放的污染大大降低。

9.系统移值好，灵活性强

由于系统具有框架式构架，容易增，减功能，进行不同车型，不同发动机的快速移植。在系统中，中央控制单元采用CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线与车内掌管其它系统的不同控制单元保持通信与互相协作。

这种协作的一个例子是当进行换档时，控制单元可操纵自动变速箱的ECU来执行扭矩的减少，从而减少变速箱的磨损。同样，如果安装了TCS(牵引控制系统)，当感受到车轮滑动时，它的ECU会把相应的数据传递给控制单元，使其降低发动机扭矩。这也是采用基于扭矩的柔性响应控制的另一个好处。

附图说明

图1是说明发动机系统的功能框图；

图2是说明基于扭矩控制请求到扭矩输出实现图；

图3是说明基于扭矩控制的发动机扭矩输出计算图；

图4是说明基于扭矩控制的扭矩损失计算图；

图5是说明发动机的快慢调节对指示扭矩的关系图；

图6是说明发动机控制系统中控制器如何进行配置的工作流程图。

图中：1-发动机，2-曲轴位置传感器，3-节气门位置传感器，4-节气门执行器，5-节气门阀片，6-踏板位置传感器，9-加速踏板，10-发动机控制单元，11-发动机控制系统，12-进气管，13-空气滤清器，14-进气歧管，15-气缸，16-催化器，18-火花塞，19-排气总管，22-进气阀，23-氧传感器。24-自适应性巡航控制传感器，25-进气涡轮，26-排气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

参见附图，本发明的控制流程：

a、系统由系统初始化处理模块M1时进行系统所用资源和传感器和执行器状态的初始化；

b、运行读取系统配置模块M2，确定系统相应要实现的功能，并根据系统的功能置位相应的标志位；

c、判断系统防盗控制标志位是否置1，置1说明，若置1则开启防盗处理模块M23防盗处理模块M3将进行判断是否是正常的用户启动，防盗正常标志位置1，系统跳到步骤d继续运行；

若非正常用户启动，防盗正常标志位置0，系统将复位，重新进行跳到步骤1，进行系统初始化处理模块M1运行；

d、运行读取输入信号模块M4，根据系统的配置的状态，读取所需功能要用到的传感器，常用传感器有曲轴位置传感器，油门踏板位置传感器，节气门位置传感器，氧传感器，车速传感器等传感器和用户的输入信号，如系统的巡航被配置，我们将读取巡航的开关状态以及设置的巡航速度值等，系统配置涡轮增加，需要读取节气门前涡轮增压后进气压力传感器信号等，从而获得当得发动机的工作参数，为发动机下一步的运行做准备，然后继续向下步骤e；

e、根据发动机的工作参数，确定发动机处于停机，冷启动，热启动，怠速，全负荷，部分工况，还是倒拖等工况，运行工况的处理块M5，根据获得的传感器参数，以及发动机当前的工作状态确定一个基础的扭矩，然后继续向下步骤f；

f、判断巡航控制标志位是否置1，置1说明，系统已经设置巡航控制功能，则开启巡航处理模块M6，同时，根据当前的发动机当前的车速，发动机转速以及巡航开关的状态，确定巡航控制需要的扭矩，然后继续向下步骤g；

若置0，说明巡航控制功能不支持，直接运行步步骤g；

g、判断系统可变正时控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变正时控制功能，则开启可变正时控制处理模块M7，根据发动机的当前的工作状态，确定可变正时控制需要的扭矩，然后继续向下步骤h；

若置0，说明可变正时控制功能不支持，直接运行步步骤h；

h、判断系统涡轮增压控制标志是否置1，置1说明，系统已经涡轮增压控制功能，则开启涡轮增压处理模块M8，根据发动机的当前的工作状态，确定涡轮增压控制需要的扭矩，然后继续向下步骤i；

若置0，说明涡轮增压控制功能不支持，直接运行步步骤i；

i、判断系统可变进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变进气控制功能，则开启可变进气处理模块M9，根据发动机的当前的工作状态，确定可变进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤j；

若置0，说明可变进气控制功能不支持，直接运行步步骤j；

j、判断系统二次空气进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经二次空气进气控制功能，则开启二次空气进气处理模块M10，根据发动机的当前的工作状态，确定二次空气进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤k；

若置0，说明二次空气进气功能不支持，直接运行步步骤k；

k、判断系统是否还有其它控制标志是否置1，置1说明，系统还具有其它的控制功能，则开启其它处理模块M11，根据发动机的当前的工作状态，确定其它的扭矩，然后继续向下步骤1若置0，说明无其它功能模块，直接运行步步骤l；

1、运行扭矩协调处理模块M12，根据发动机的基本扭矩和上述控制需要的扭矩，以及为了保持发动的稳定运行而增加的一些扭矩自适应和为了满足发动机效率需要的扭矩的修正，得到一个发动机期望输出的指示扭矩，然后运行步步骤m；

m、运行扭矩集中输出处理模块M13，根据扭矩协调处理模块M12得到需要输出的指示扭矩，控制燃料喷射器的喷射宽度来控制燃料，控制点火提前角度来控制点火正时，控制节气门的开度来控制进气量，以及控制分缸断油来控制缸数的运行，以及控制相应的功能模需要执行的功能；可变进气控制，需要打开可变进气阀等，保证发动机正常可靠地运行，从而实现扭矩的输出。

所述的步骤b所述的标志位有防盗控制标志位，巡航控制标志位，可变正时进气标志位，涡轮增压标志位，可变进气标志位，二次空气进气标志位以及其它标志位如废气再循环标志位。

一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：发动机控制系统11包括，空气和燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机1，进气管12和空气虑清器13后通过节气门阀片5连接进气歧管14，通过发动机控制单元10的指令控制下调节进气门阀片5进入进气歧管14的质量空气流量的节气门执行器4，将开度信号反馈给发动机控制单元10，告知发动机控制单元10现在进气门阀片5的实际开度值的节气门位置传感器3，进气歧管14连接气缸15；

燃料喷射器17喷射与空气混合的燃料，燃料在空气通过进气被吸入气缸15时与空气混合。进气阀22有选择地打开和关闭，以使空气、燃料混合物进入气缸15活塞压缩在气缸15里面的空气、燃料混合物。火花塞18安装于气缸15上，气缸15后连接有排气总管19，排气总管19中安装有氧传感器23检测排气中的氧的含量，氧传感器23与发动机控制单元10连接。

所述的发动机控制系统11还包括，系统的进气管12、长进气道和短进气管。

所述的发动机控制系统11还包括，废气涡轮和进气涡轮25和废气旁通控制阀。

所述的发动机控制系统11还包括，二次空气泵和空气阀门和空气电磁阀。

其车辆的扭矩要求模块包括：巡航控制、车速限制、整车动态控制、驾驶性能、发电机、水泵、空调压缩机、风扇、动力转向、巡航控制、可变气门正时VVT控制、涡轮增压控制、废气涡轮增压控制、可变进气控制、二次空气进气控制；

其发动机的扭矩要求模块包括：发动机起动、加热催化转化器、怠速控制、发动机转速控制、发动机零部件保护。

其效率要求模块包括：发动机起动、加热催加热、怠速控制。

参考图1，发动机控制系统11包括：空气和燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机1。空气通过进气管12和空气虑清器13后通过节气门阀片5被吸入进气歧管14。节气门执行器4发动机控制单元(ECU)10的指令控制下调节进气门阀片5进入进气歧管14的质量空气流量。节气门位置传感器3将开度信号反馈给发动机控制单元(ECU)10，告知ECU 10现在进气门阀片5的实际开度值。在进气歧管14中的空气被分配进入气缸15。尽管说明了四个气缸，但可明白的是，发动机1可具有多个气缸，气缸可以采用多种形式的结构来实现。

燃料喷射器17喷射与空气混合的燃料，燃料在空气通过进气被吸入气缸15时与空气混合。进气阀22控制气缸15活塞压缩在气缸15里面的空气、燃料混合物。火花塞18启动空气/燃料混合物的燃烧，驱动在气缸15中的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)，以产生驱动扭矩。在气缸15中的燃烧排气在排气总管19中有氧传感器23，检测排气中的氧的含量，氧传感器23将测得的排气中的氧的含量的浓稀告知ECU 10，ECU 10通过计算知晓空气/燃料比Lamb，并知晓发动机下一周期的燃料喷射量。

发动机控制系统11可包括：系统的进气管12、长进气道和短进气管。

发动机转速低于某转速(例如4000r/min)时，ECU 10不对可变进气电磁阀通电，可变进气电磁阀将膜片室与大气接通，拉杆在弹簧的作用下伸出，阀门将上通道关闭，空气通过下能通道经较长的轨迹进入气缸15，管内进气流具有较大的惯性增压的使用，可获得较大的扭矩。

发动机转速高于某转速(例如4000r/min)时，ECU 10对可变进气电磁阀通电，可变进气电磁阀将膜片室与进气歧管的真空接通，而膜片的左侧与大气相通，开成压力差，这个压差使膜片身右移动，通过连杆带动阀门转动，空气经上、下通达阀门，然后通过较短的气道流入气缸15，可降低进气阻力，使发动机高速时获得较大的功率。从而在相同的产生相同的功率的情况下而节省油耗。发动机控制系统11可包括：分别调节进气和排气凸轮轴的旋转正时的进气凸轮相位器和/或排气凸轮相位器。更具体来讲，各个进气和排气凸轮轴的正时和相位角可相对于相互之间或相对于气缸15中的活塞位置或曲轴位置被延迟或提前。用这种方法，进气阀和排气阀的位置可相互之间相对调节或相对于气缸15中的活塞位置调节。通过调节进气阀和排气阀的位置，摄入进气缸15的空气/燃料的量和发动机扭矩由此被调节。

在气缸15中的燃烧排气在排气阀处于打开位置时通过排气歧管19被挤出。排气阀位置由排气凸轮轴调节。排气在排气系统中被处理。

发动机控制系统11可包括：废气涡轮和进气涡轮25和废气旁通控制阀。当排气总管19中废气推动废气涡轮运转，废气涡轮通过轴带转进气涡轮压缩进气管12中的空气，进气空气密度增大，节气门前的进气压力传感器测量出当前的进气压力，ECU 10采集进气压力传感器信号。当增压压力过高，在ECU 10的控制下控制废气旁通阀的开度，将废气旁通阀门打开，增压压力控制膜片室进气正压，打开旁通道，使涡轮转速降低，增压压力降低。

发动机控制系统11可包括：二次空气泵和空气阀门和空气电磁阀，从空气滤清器13来新鲜的空气(二次空气并不参与缸内燃烧过程)被二次空气泵加压，在ECU10的控制下控制空气电磁阀来打开空气阀门进入引入催化器16后的排气管26中以支持CO和HC的氧化。并由一个宽氧传感来精确判断二次空气泵的工作情况。通过加入二次空气可大大减少污染物的排放。

驾驶员通过加速踏板9来进行加/减速，ECU 10从踏板位置传感器6接收加速踏板位置信号。

ECU 10也从驾驶员对巡航的设置接收设定速度信号。自适应性巡航控制传感器24感测在驾驶路径中的车辆或其它障碍，并产生表示到所述障碍的距离的信号。所述信号可以用于车辆的仪表仓中控制界面设置的设定速度。

质量空气流量传感器22基于流进发动机1的空气质量产生空气流量信号。歧管绝对压力传感器44基于在进气歧管14内的绝对压力产生MAP信号。发动机冷却液温度传感器TCO基于发动机1内的冷却液的产生冷却液温度信号。机油温度传感器TOIL，用于测量机油的温度，用于发动机工作时计算摩擦扭矩的一个参数。曲轴位置传感器2基于曲轴的转速产生发动机速度信号。凸轮轴位置传感器CMP，位置传感器CMP用以使进气阀和排气阀按照一定的工作次序进行开闭，并用发指示发动机1现在是哪一缸需要进行燃料喷射和点火控制。

三元催化净化器16对排气进行后处理是一种有效的降低排气有害物质浓度的方法。

三元催化净化器可以将碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOX)减少98％乃至更多，并将其转换成水(H2O)、二氧化碳(CO2)，和氮气(N2)。

ECU 10通过采集氧传感器23的信号知晓空气/燃料比Lambda的值，转换的效率取决于空气/燃料比Lambda是否在λ＝1的附近很小范围内，当使用燃气进行稀燃时λ可以增大，这样也可以有效地降低燃料消耗。

参考图2

车辆的扭矩要求模块包括：巡航控制、车速限制、整车动态控制、驾驶性能、发电机、水泵、空调压缩机、风扇、动力转向、巡航控制、可变气门正时VVT控制、涡轮增压控制、废气涡轮增压控制、可变进气控制、二次空气进气控制。

体现在无论驾驶员踩油门对动力性、驾驶性的要求，还是开空调、开大灯、打动力转向等舒适性和方便性要求以及车速限制、整车动态控制，可变气门正时VVT控制，可变进气歧管控制，废气涡轮增压控制，以及二次空气进气控制等要求，其最终的目的就是车辆向系统发出扭矩要求。

发动机的扭矩要求模块包括：发动机起动、加热催化转化器、怠速控制、发动机转速控制、发动机零部件保护等，是对于发动机本身为了能顺利起动，得到良好的怠速稳定性，同时通过实时监控为了保护发动机本身和发动机电喷系统零部件，还有发动机转速限制控制等，其最直接的表达就是向系统提出扭矩要求。为了满足排放和获得低的燃油消耗等必须确保起动过程、加热催化转化器和怠速控制等的运行效率。由于车辆和发动机的扭矩要求与运行效率要求两者是矛盾的，可以把前者看作目标，把后者看作约束，因此基于扭矩控制的电喷系统就必须对扭矩要求和运行效率要求进行协调，使得在效率要求的约束下，满足扭矩要求。

基于扭矩控制的发动机控制系统其重要的功能就是在扭矩协调器中将扭矩要求与运行效率要求进行协调：在使用已获得的控制参数实现所要求的扭矩之前，先区分各项要求的优先次序，然后再对它们进行扭矩协调。这样使得发动机能够在每个实际运行点上得到最优的排放和燃油消耗。

效率要求模块包括：发动机起动、加热催加热、怠速控制等，为了实现发动机的顺利着车和平稳工作，使用效率要求模块进行扭矩的协调，弥补发动机扭矩的变化，将发动机起动时，需要额处增加启动过程中的扭矩摩擦补偿TQFR_ST到基本摩擦扭矩中。将为了让发动机尽快启动达到三元催化剂的工作温度，也需要加热催加热的扭矩补偿TQ_ADD_CH。为了保护怠速的稳定，需要增加TQ_DIF_IS_ADD，要进行怠速偏差时扭矩自适应补偿。

扭矩集中输出处理模块，扭矩控制的最终目的是精确地选择发动机控制参数，这些控制参数是正确地响应驾驶员的要求，并同时补偿发动机及车辆的各种损失和补充一些要求所必须的扭矩。通过扭矩集中输出处理模块就是用发动机管理系统已获得的控制参数高精度地实现发动机对输出扭矩的要求。

扭矩要求的实现有两种方式：一种方式是系统提供渐进响应，触发怠速控制器调节进气量来实现；另一种方式是系统提供快速响应，靠调节点火角和分缸断油和控制空气/燃料比Lambda来实现，这样能对扭矩产生中的动态变化作出快速响应。

参考图3

指示扭矩TQI＝F(空气/燃料比Lambda，发动机的工作缸数，点火提前角，进气量MAF，发动机机转速N)即指示扭矩相当于是空气/燃料比Lambda，发动机的工作缸数，点火提前角，进气量MAF，发动机机转速N的函数。分缸断油就是实现发动机的工作缸数。而扭矩损失TQ_LOSS＝F(进气/排气压力，水温，油温，发动机转速，用户请求)即扭矩损失是进气/排气压力，水温，油温，发动机转速，以及用户请求扭矩的函数。

参考图4、图5通过慢调节空气流量MAF与指示扭矩之间的关系图。

通过快速调节点火角IGTA，空气/燃气比LAMB，以及分缸燃油切断SCC与指示扭矩之间的关系图。

根据期望指示平均压力(IMEP)计算期望燃油质量在燃油量基础上I：计算其它参数(进气量，点火提前角)缸内燃烧状况控制要求计算指示平均压力(IMEP)一进气量：计算调节所需节气开度及进排气相位，以实现期望扭矩值(慢速扭矩控制目标值)一推迟点火提前角和调节空气/燃料比以满足快速扫f矩控制目标值：如电子节气失灵则分缸断油以减矩以满足慢速扭矩控制目标值、转换驾驶员及车辆扭矩请求为期望，指示平均有效压力(IMEP)，平均有效压力IMEP做为基小的发动机负荷指示参数，使用平均有效压力(IMEP)比指示扭矩使在不同排量发动机.I：的调试标定更加简化。

参考图6是基于扭矩控制的发动机控制系统的发动机控制单元ECU实现的控制流程，

步骤1：系统由系统初始化处理模块M1时进行系统所用资源和传感器和执行器状态的初始化，然后运行步骤2

步骤2：运行读取系统配置模块M2，确定系统相应要实现的功能，并根据系统的功能置位相应的标志位，如防盗控制标志位，巡航控制标志位，可变正时进气标志位，涡轮增压标志位，可变进气标志位，二次空气进气标志位以及其它标志位如废气再循环标志位等。

步骤3：判断系统防盗控制标志位是否置1，置1说明，若置1则开启防盗处理模块M23防盗处理模块M3将进行判断是否是正常的用户启动，防盗正常标志位置1，系统跳到步骤4继续运行。

若非正常用户启动，防盗正常标志位置0，系统将复位，重新进行跳到步骤1，进行系统初始化处理模块M1运行。

步骤4：运行读取输入信号模块M4，根据系统的配置的状态，读取所需功能要用到的传感器，常用传感器有曲轴位置传感器，油门踏板位置传感器，节气门位置传感器，氧传感器，车速传感器等传感器和用户的输入信号，如系统的巡航被配置，我们将读取巡航的开关状态以及设置的巡航速度值等，系统配置涡轮增加，需要读取节气门前涡轮增压后进气压力传感器信号等，从而获得当得发动机的工作参数，为发动机下一步的运行做准备，然后继续向下步骤5。

步骤5：根据发动机的工作参数，确定发动机处于停机，冷启动，热启动，怠速，全负荷，部分工况，还是倒拖等工况，运行工况的处理块M5，根据获得的传感器参数，以及发动机当前的工作状态确定一个基础的扭矩，然后继续向下步骤6。

步骤6：判断巡航控制标志位是否置1，置1说明，系统已经设置巡航控制功能，则开启巡航处理模块M6，同时，根据当前的发动机当前的车速，发动机转速以及巡航开关的状态，确定巡航控制需要的扭矩，然后继续向下步骤7；

若置0，说明巡航控制功能不支持，直接运行步步骤7。步骤7：判断系统可变正时控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变正时控制功能，则开启可变正时控制处理模块M7，根据发动机的当前的工作状态，确定可变正时控制需要的扭矩，然后继续向下步骤8；

若置0，说明可变正时控制功能不支持，直接运行步步骤8。

步骤8：判断系统涡轮增压控制标志是否置1，置1说明，系统已经涡轮增压控制功能，则开启涡轮增压处理模块M8，根据发动机的当前的工作状态，确定涡轮增压控制需要的扭矩，然后继续向下步骤9；

若置0，说明涡轮增压控制功能不支持，直接运行步步骤9。

步骤9：判断系统可变进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变进气控制功能，则开启可变进气处理模块M9，根据发动机的当前的工作状态，确定可变进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤10；

若置0，说明可变进气控制功能不支持，直接运行步步骤10。

步骤10：判断系统二次空气进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经二次空气进气控制功能，则开启二次空气进气处理模块M10，根据发动机的当前的工作状态，确定二次空气进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤11；

若置0，说明二次空气进气功能不支持，直接运行步步骤11。

步骤11：判断系统是否还有其它控制标志是否置1，置1说明，系统还具有其它的控制功能，则开启其它处理模块M11，根据发动机的当前的工作状态，确定其它的扭矩，然后继续向下步骤12；

若置0，说明无其它功能模块，直接运行步步骤12。

步骤12：运行扭矩协调处理模块M12，根据发动机的基本扭矩和上述控制需要的扭矩，以及为了保持发动的稳定运行而增加的一些扭矩自适应和为了满足发动机效率需要的扭矩的修正，得到一个发动机期望输出的指示扭矩，然后运行步步骤13。

步骤13：运行扭矩集中输出处理模块M13，根据扭矩协调处理模块M12得到需要输出的指示扭矩，控制燃料喷射器的喷射宽度控制燃料多少，控制点火提前角度来控制点火正时，控制节气门的开度来控制进气量，以及控制分缸断油来控制缸数的运行，以及控制相应的功能模需要执行的功能，如涡轮增压器功能，需要打开涡轮器控制阀；可变进气控制，需要打开可变进气阀等，保证发动机正常可靠地运行，从而实现扭矩的输出。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其中控制过程包括：

a、系统由系统初始化处理模块M1时进行系统所用资源和传感器和执行器状态的初始化；

b、运行读取系统配置模块M2，确定系统相应要实现的功能，并根据系统的功能置位相应的标志位；

c、判断系统防盗控制标志位是否置1，置1说明，若置1则开启防盗处理模块M23防盗处理模块M3将进行判断是否是正常的用户启动，防盗正常标志位置1，系统跳到步骤d继续运行；

若非正常用户启动，防盗正常标志位置0，系统将复位，重新进行跳到步骤1，进行系统初始化处理模块M1运行；

d、运行读取输入信号模块M4，根据系统的配置的状态，读取所需功能要用到的传感器，常用传感器有曲轴位置传感器，油门踏板位置传感器，节气门位置传感器，氧传感器，车速传感器等传感器和用户的输入信号，如系统的巡航被配置，将读取巡航的开关状态以及设置的巡航速度值等，系统配置涡轮增加，需要读取节气门前涡轮增压后进气压力传感器信号等，从而获得当得发动机的工作参数，为发动机下一步的运行做准备，然后继续向下步骤e；

e、根据发动机的工作参数，确定发动机处于停机，冷启动，热启动，怠速，全负荷，部分工况，还是倒拖等工况，运行工况的处理块M5，根据获得的传感器参数，以及发动机当前的工作状态确定一个基础的扭矩，然后继续向下步骤f；

f、判断巡航控制标志位是否置1，置1说明，系统已经设置巡航控制功能，则开启巡航处理模块M6，同时，根据当前的发动机当前的车速，发动机转速以及巡航开关的状态，确定巡航控制需要的扭矩，然后继续向下步骤g；

若置0，说明巡航控制功能不支持，直接运行步步骤g；

g、判断系统可变正时控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变正时控制功能，则开启可变正时控制处理模块M7，根据发动机的当前的工作状态，确定可变正时控制需要的扭矩，然后继续向下步骤h；

若置0，说明可变正时控制功能不支持，直接运行步步骤h；

h、判断系统涡轮增压控制标志是否置1，置1说明，系统已经涡轮增压控制功能，则开启涡轮增压处理模块M8，根据发动机的当前的工作状态，确定涡轮增压控制需要的扭矩，然后继续向下步骤i；

若置0，说明涡轮增压控制功能不支持，直接运行步步骤i；

i、判断系统可变进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经可变进气控制功能，则开启可变进气处理模块M9，根据发动机的当前的工作状态，确定可变进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤j；

若置0，说明可变进气控制功能不支持，直接运行步步骤j；

j、判断系统二次空气进气控制标志是否置1，置1说明，系统已经二次空气进气控制功能，则开启二次空气进气处理模块M10，根据发动机的当前的工作状态，确定二次空气进气控制需要的扭矩，然后继续向下步骤k；

若置0，说明二次空气进气功能不支持，直接运行步步骤k；

k、判断系统是否还有其它控制标志是否置1，置1说明，系统还具有其它的控制功能，则开启其它处理模块M11，根据发动机的当前的工作状态，确定其它的扭矩，然后继续向下步骤l

若置0，说明无其它功能模块，直接运行步步骤l；

l、运行扭矩协调处理模块M12，根据发动机的基本扭矩和上述控制需要的扭矩，以及为了保持发动的稳定运行而增加的一些扭矩自适应和为了满足发动机效率需要的扭矩的修正，得到一个发动机期望输出的指示扭矩，然后运行步步骤m；

m、运行扭矩集中输出处理模块M13，根据扭矩协调处理模块M12得到需要输出的指示扭矩，控制燃料喷射器的喷射宽度来控制燃料，控制点火提前角度来控制点火正时，控制节气门的开度来控制进气量，以及控制分缸断油来控制缸数的运行，以及控制相应的功能模需要执行的功能；可变进气控制，需要打开可变进气阀等，保证发动机正常可靠地运行，从而实现扭矩的输出。

2.根据权利要求1所述的基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：所述的步骤b所述的标志位有防盗控制标志位，巡航控制标志位，可变正时进气标志位，涡轮增压标志位，可变进气标志位，二次空气进气标志位以及其它标志位如废气再循环标志位。

3.一种根据权利要求1所述的基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：发动机控制系统11包括，空气和燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机1，进气管12和空气虑清器13后通过节气门阀片5连接进气歧管14，通过发动机控制单元10的指令控制下调节进气门阀片5进入进气歧管14的质量空气流量的节气门执行器4，将开度信号反馈给发动机控制单元10，告知发动机控制单元10现在进气门阀片5的实际开度值的节气门位置传感器3，进气歧管14连接气缸15；

燃料喷射器17喷射与空气混合的燃料，燃料在空气通过进气被吸入气缸15时与空气混合。进气阀22有选择地打开和关闭，以使空气、燃料混合物进入气缸15活塞压缩在气缸15里面的空气、燃料混合物。火花塞18安装于气缸15上，气缸15后连接有排气总管19，排气总管19中安装有氧传感器23检测排气中的氧的含量，氧传感器23与发动机控制单元10连接。

4.根据权利要求3所述的基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：所述的发动机控制系统11还包括，系统的进气管12、长进气道和短进气管。

5.根据权利要求3所述的基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：所述的发动机控制系统11还包括，废气涡轮和进气涡轮25和废气旁通控制阀。

6.根据权利要求3所述的基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统，其特征在于：所述的发动机控制系统11还包括，二次空气泵和空气阀门和空气电磁阀。

7.一种应用上述权利要求任一所述基于扭矩控制的发动机电子喷射控制系统的车辆扭矩要求模块，其特征在于：包括巡航控制、车速限制、整车动态控制、驾驶性能、发电机、水泵、空调压缩机、风扇、动力转向、巡航控制、可变气门正时VVT控制、涡轮增压控制、废气涡轮增压控制、可变进气控制、二次空气进气控制；

8.一种如权利要求7所述的车辆扭矩要求模块，其特征在于：包括发动机起动、加热催化转化器、怠速控制、发动机转速控制、发动机零部件保护。

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