CN106704013A - 机动车发动机用ecu - Google Patents

Abstract

本发明涉及机动车发动机用ECU，其特征在于，具备：加速踏板状态监测单元、转速监测单元、喷油控制单元、存储单元以及排气阀门正时控制单元，在加速踏板状态监测单元检测到加速踏板释放的情况下，转速监测单元判断发动机转速值是否达到第一转速值(V1)，并判断发动机转速值是否达到第二转速值(V2)，其中，第一转速值大于第二转速值，在发动机转速值达到第一转速值后，由喷油控制单元控制喷油嘴以最小喷油量喷油并且排气阀门提前开启；在发动机转速值达到第二转速值后，控制喷油嘴以规定喷油量喷油。根据本发明的ECU，能够减小输出扭矩的变化，减轻发动机的抖动。

Description

机动车发动机用ECU

技术领域

本发明涉及一种机动车发动机用ECU。

背景技术

汽车怠速和低速巡航是在车辆日常行驶的过程中频繁出现的行驶状态。尤其是城市路况下，频繁的起停带来了长时间的汽车怠速和低速巡航。因而，关注汽车怠速及低速状态下的发动机表现，对于提升发动机的燃油性能和驾驶体验具有非常重要的意义。

当汽车在行驶过程中遇到前方道路不畅，需要进行减速行驶或者停车。这一过程中，加速踏板首先会被释放，紧接着燃油供给也将被切断(称为喷油中断)，从而使发动机转速快速下降至怠速转速范围。而在车辆逐渐减速的过程中，驾驶员很有可能会体验到发动机突然发生抖动。这是由于发动机在喷油中断一段时间后，突然恢复供油引起的扭矩突变所导致的。燃油供给恢复主要是为了维持一定的发动机转速，防止出现熄火。理想的喷油恢复时间为发动机转速下降至稳定怠速转速或其他稳定转速时，而理想的燃油恢复喷射量为维持稳定怠速或其他稳定转速所需要的喷油量。但是，如果在发动机转速下降至稳定转速时才恢复喷油，发动机可能会发生熄火现象；如果燃油恢复喷射量为维持稳定转速所需要的喷油量，由于扭矩急剧增加，发动机会出现非常剧烈的抖动。所以，我们需要采取有效的措施，来保证恢复供油的过程中发动机能稳定运转，同时其抖动不过于激烈。此外，还需要关注这一过程中的燃油经济性，在满足以上性能要求的前提下，应尽可能减少油耗。

在日产汽车的专利US06/420951中，一种延长燃油中断时间的方法被运用于改善汽车减速时的燃油经济性。由于发动机减速的过程中，只有一段速度区间内可以停止燃油喷射，故该专利采用减档的方法来增加发动机的转速，使得较长时间内发动机的转速都位于燃油中断最低允许转速之上，从而改善了燃油经济性。但是这一方法仍旧无法解决燃油恢复喷射量不能进一步减少时，发动机在恢复燃油喷射的过程中出现的抖动问题。

现有的一项减少发动机抖动的手段是采用两步式的方法逐渐增加喷油量。首先，在恢复供油的时候，ECU控制喷油嘴以最小喷油量进行喷射；其次，在一段时间以后，ECU又控制喷油嘴以维持稳定转速所需要的喷油量进行喷射。通常来说，喷油嘴的最小喷油量越小，驾驶员所感受到的抖动就越不明显。然而，最小喷油量越小，对于喷油嘴的加工制造工艺的要求就越高，加工成本也会越大。而且，为了减少有效输出扭矩，通常会在较高转速下就恢复喷油，对于燃油经济性也不利。因而为了降低制造加工难度和成本，且提升燃油经济性，我们需要采用其他的方法来减少发动机的抖动。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供一种机动车发动机用ECU，其特征在于，具备：加速踏板状态监测单元，用于监测加速踏板的状态；转速监测单元，用于检测发动机转速值；喷油控制单元，用于控制喷油嘴的喷油量；存储单元，存储有不同发动机运行状态和不同转速下的喷油量和输出扭矩的对应关系；以及排气阀门正时控制单元；在所述加速踏板状态监测单元检测到所述加速踏板释放的情况下，所述转速监测单元判断所述发动机转速值是否达到第一转速值(V1)，并判断所述发动机转速值是否达到第二转速值(V2)，其中，所述第一转速值大于所述第二转速值，在所述发动机转速值达到所述第一转速值后，由所述喷油控制单元控制喷油嘴以最小喷油量喷油；在所述发动机转速值达到所述第二转速值后，控制喷油嘴以规定喷油量喷油，在所述加速踏板状态监测单元检测到所述加速踏板释放的情况下，从所述转速监测单元检测到所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述排气阀门正时控制模块控制排气阀门提前开启。。

根据本发明的机动车发动机用ECU，能够使发动机扭矩的变化量减少，从而减少了恢复喷油时发动机抖动的现象。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩以阶跃式增加，根据每次扭矩阶跃的最大允许值、每两次扭矩阶跃最小允许时间间隔值和所述第二转速值，来决定所述第一转速值。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩以阶跃式增加，根据扭矩阶跃的次数及与相应的输出扭矩，决定所述排气阀门每个周期的提前开启角。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩连续增加，根据所述发动机转速值达到第一转速值(V1)的时间点至发动机转速值达到第二转速值的时间点之间的扭矩增长斜率的最大允许值和所述第二转速值，决定所述第一转速值。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩连续增加，根据转捩时间及与每个周期对应的输出扭矩，决定所述排气阀门每个周期的提前开启角，所述转捩时间为所述发动机转速值达到第一转速值(V1)的时间点至发动机转速值达到第二转速值的时间点之间所经过的时间。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，所述第一转速值为喷油恢复转速值，所述第二转速值为稳定怠速转速值。

发明的效果

根据本发明的机动车发动机用ECU，通过提前进行喷油并提前开启排气阀门，能够减少发动机扭矩的变化量，从而避免了发动机抖动的现象。

附图说明

图1是本发明的ECU适用的发动机的一个例子的结构示意图。

图2是表示进气阀门和排气阀门的开闭角的示意图。

图3是本发明的ECU适用的发动机内的压力和体积的变化曲线图。

图4是本发明的ECU适用的发动机的扭矩-排气阀门开启时间的关系图。

图5是本发明的ECU的控制逻辑流程图。

图6是本发明的ECU所采用的3步阶跃式控制方法的扭矩变化图。

图7是本发明的ECU所采用的3步阶跃式控制方法的排气阀门开启时间变化图。

图8是本发明的ECU所采用的阶跃式控制方法的过程说明图。

图9是本发明的ECU所采用的线性增长连续式控制方法的扭矩变化图。

图10是本发明的ECU所采用的线性增长连续式控制方法的排气阀门开启时间变化图。

图11是本发明的ECU所采用的连续式控制方法的过程说明图。

图12是本发明的ECU所采用的控制方法运用于其他低速车况的过程说明图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行更详细的说明。

以下参照附图详细说明本发明所涉及的机动车发动机用ECU的优选的实施方式。此外，在附图的说明中，给同一或者相当部分附以同一符号，省略重复的说明。

图1是本发明所适用的一种发动机及其ECU的结构示意图。具体地，如图1所示，发动机由发动机主体以及与其相连的进气管路和排气管路构成。在进气管路中配置有空气流量计1，在空气流量计1中内置有气体温度传感器。在空气流量计1的下游配置有压力传感器2。在压力传感器2的下游配置有压气机3。在压气机3的下游配置有控制进入气缸内空气量的节气阀4。节气阀4是其阀开度可以独立于油门踏板的开度地单独控制的电子式节气阀。节气阀4的下游与进气歧管相连接。在发动机主体中，在气缸的进气口处配置有喷油器5。在气缸的顶部配置有可将燃油和空气的混合气点燃的火花塞6。在气缸上配置有可以检测敲缸现象的爆震传感器7。在经由连杆而与气缸的活塞相连接的曲轴上配置有转速传感器8，基于转速传感器8的信号而可以得到发动机的转速。在排气管路中配置有涡轮机9。涡轮机9与压气机3同轴相连，将部分尾气内能转化为机械功来压缩空气。在涡轮机9的下流配置有空燃比传感器10，根据空燃比传感器10的检测结果来调节喷油量使其达到目标空燃比。在空燃比传感器10的下流配置有催化转化装置11，可以净化尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物。另外，发动机主体2包括由打开和关闭气缸的进气口的进气阀门15以及打开和关闭气缸的排气口的排气阀门16。

图2是进气阀门15以及排气阀门16的开闭角的示意图。进气阀门15以及排气阀门16的开启角、关闭角(开闭角)如图2所示，根据进气阀门15以及排气阀门16的开闭时的曲轴的角度而可以分为进气行程和排气行程，并用相对于上下止点曲轴转角的环形图来表示。由于发动机转速高，每个行程时间很短，通常发动机都采用延长进排气时间的方法，即阀开启和关闭的时刻并不正好是曲轴上止点和下止点的时刻，而是分别提前和延迟一定的曲轴转角来改善发动机的泵气损失并提高燃油经济性等。

图3是发动机内的压力和体积的变化曲线图。图3中的横坐标表示燃烧室的体积，纵坐标表示燃烧室内的压力。在通常情况下，燃烧室内气体压力和体积的变化如图3中的实线所示，根据该曲线控制发动机的进气和出气，从而能够获得最大的功率。但本发明的控制进气和出气的方法与图3中的实线不同，其包括但不限于以下方法：在恢复供油的时候，采用可变阀门正时技术，提前开启排气阀门(如图3的虚线所示)，使得一部分气体在做功冲程即排出气缸，因而有效地降低了平均有效压力，从而减小了输出扭矩的变化，减轻了发动机的抖动。同时，由于不需要提高转速就能够获得合适的扭矩，喷油恢复的时间也可以延迟，改善了燃油经济性。

图4是本发明适用的发动机的扭矩-排气阀门开启时间的关系图。图4中的排气阀门的正常开启时间是使得发动机扭矩最大的排气阀门开启时间。其对应于图3的实线所表示的情况。而本发明的排气阀门开启时间相比于正常开启时间要提前，其对应于图3的虚线所表示的情况。在该情况下，发动机的扭矩变化会变小，从而能够减轻发动机的抖动。

图5是本发明的ECU的控制逻辑流程图。在本发明的ECU的控制中，当监测到加速踏板14处于释放位置时，ECU 12控制燃料喷嘴5中断喷油(S601)，曲柄轴传感器8持续监测发动机转速，并将转速值发送至ECU(S602)。当ECU判断发动机转速低于预先设定的喷油恢复转速(设定转速v1)时(S603)，ECU将控制喷嘴恢复喷油，同时控制排气阀门7提前开启(S604)。之后，当ECU判断发动机转速达到预先设定的稳定怠速转速或其他车况下的稳定转速(转速v2)时(S605)，ECU将控制喷嘴以更高的喷油量(稳定怠速所需的喷油量)进行喷油(S606)，且保持排气阀门正常开启，此后发动机将一直保持在这一转速。直到加速踏板又一次被踩下，同时制动踏板释放，本发明涉及的控制过程结束，ECU将按照常规控制逻辑控制喷油量和排气阀门正时。

也就是说，上述控制流程中，当车辆逐渐减速进入怠速的过程中，会依次经历以下几个阶段。首先，加速踏板释放，燃油喷射中断。ECU将根据车辆的运行状况计算稳定怠速对应的发动机转速v2，并以此为基础计算恢复燃油喷射对应的发动机转速v1。然后，曲柄轴传感器会持续监测发动机转速，直至降低至v1。此时，燃油恢复喷射，且喷油量为喷嘴允许的最小喷油量。同时，开启排气阀门正时调节机构，使得排气阀门提前开启，确保输出扭矩的变化值处于一个恰当的范围内，从而提高驾乘人员的驾驶体验。直到发动机转速降至v2时，发动机进入稳定怠速阶段，喷嘴以稳定怠速所需要的喷油量进行喷射，排气阀门正时调节机构关闭，排气阀门仍按照正常时间开启。

在开启排气阀门正时调节机构时，可以采用不同的控制方法达到相同的效果。

<阶跃式控制方法>

图6是本发明的ECU所采用的3步阶跃式控制方法的扭矩变化图。图7是本发明的ECU所采用的3步阶跃式控制方法的排气阀门开启时间变化图。图8是本发明的ECU所采用的阶跃式控制方法的过程说明图。

如图6～8所示，若采用阶跃式的控制方法，即，将所需要达到的扭矩增长分成几步来逐渐达成，则需要控制每两步之间的时间差。

在这一控制方式中，发动机稳定怠速转速v2是ECU根据车况直接确定的，此外还需要确定喷油恢复转速v1，从恢复喷油至稳定怠速的转捩时间Δt_t，不同时刻的输出扭矩T(t)，及相应的排气阀门开启角EXO(t)的具体数值，以进行本发明的控制。

喷油恢复转速v1是基于驾驶员的驾驶体验决定的。当采用阶跃式的控制方法时，首先要保证相邻两次扭矩增加的时间间隔Δt，大于驾驶人员能够感受到的最短时间间隔Δt_driver。如果阶跃的步骤数n很大，转捩时间长度可能大于优化前的时间长度Δt_orig，因而需要规定Δt_t＝(n-1)*Δt<Δt_orig，即转捩时间必须小于优化前的转捩时间长度，才可保证燃油经济性有所提升。但对于步骤数n的选择，也需要保证每一步的扭矩增长小于驾驶员能接受的最大扭矩增长ΔT_driver，即ΔT/n<ΔT_driver，ΔT表示总的扭矩变化值。在满足以上三个约束条件时，步骤数n应该选择最小可能值。在确定了n的数值之后，可以根据如图8中转速的变化查得喷油恢复时刻的发动机转速v1。

驾驶员所能感受到的最小扭矩增长时间间隔Δt_driver，其所能接受的最大扭矩增长ΔT_driver，和扭矩增长速率的临界值a，都需要对每一款车型进行单独标定并储存于ECU中。

不同时刻的输出扭矩及相应的排气阀门开启时间也取决于所采用的控制方法。对于采用阶跃式控制方法的情况，为了有效地减少扭矩突变带来的振动，需要将喷油恢复时的扭矩变化值设置为总的扭矩变化值ΔT的n分之一(n表示阶跃的步骤数)。之后每隔一个时间间隔，其输出扭矩就增加ΔT的n分之一，并根据ECU中存储的如图4所示的数值关系，查得所需要设置的排气阀门提前开启角。如图6、7为3步阶跃式控制方法的扭矩与排气阀门开启时间的变化图。依此逐步延迟排气阀门的开启角，直至常规开启时间。此时也是阀门正时控制结束的时候。

<连续式控制方式>

图9是本发明的ECU所采用的线性增长连续式控制方式的扭矩变化图。图10是本发明的ECU所采用的线性增长连续式控制方式的排气阀门开启时间变化图。图11是本发明的ECU所采用的连续式控制方式的过程说明图。

如图9～11所示，若采用连续式的控制方法，即，将所需要达到的扭矩增长通过每一个周期的扭矩逐渐增加来达成，则需要控制扭矩的增长速率。总的说来，阶跃式控制和连续式控制的基本思路是相同的，都需要尽量分散扭矩的增长，以保证舒适的驾驶体验。

当采用连续式的控制方法时，需要规定恢复燃油喷射的时间点至达到稳定怠速的时间点之间的扭矩增长速率ΔT/Δt_t，小于预先设定的临界值a，即ΔT/Δt_t<a。由于扭矩的增长值ΔT已经确定，故可根据此约束确定转捩时间，然后根据如图11中转速的变化可以查得相应的喷油恢复转速v1。

对于采用连续式控制方法的情况，在设置了恰当的转捩时间后，可依据需求设置不同的扭矩增长方式，包括但不限于线性增长、二次增长和指数增长等。如图9、10为线性增长连续式控制方法的扭矩与排气阀门开启时间变化图。根据ECU中存储的不同排气阀门开启时间对应的输出扭矩，确定每一个周期需要设定的排气阀门开启角。同样，排气阀门开启时间恢复至常规时间时，阀门正时控制结束。

<怠速以外的稳定状态的情况>

图12是本发明的ECU所采用的控制方法运用于其他低速车况的过程说明图。对于不同的稳定状态(不限于常规怠速情况)，以上控制策略仍然适用。当车辆逐渐减速进入低速巡航的过程中，会依次经历以下几个阶段。首先，加速踏板释放，燃油喷射中断。ECU将计算低速巡航所对应的发动机转速v2，并以此为基础确认恢复燃油喷射对应的发动机转速v1。然后，曲柄轴传感器会持续监测发动机转速，直至降低至v1。此时，燃油恢复喷射，且喷油量为喷嘴允许的最小喷油量。同时，开启排气阀门正时调节机构，使得排气阀门提前开启，确保输出扭矩的变化值处于一个恰当的范围内，从而提高驾乘人员的驾驶体验。直到发动机转速降至v2时，发动机进入低速巡航阶段，喷嘴以该状态所需要的喷油量进行喷射，排气阀门正时调节机构关闭，排气阀门仍按照正常时间开启。

在开启排气阀门正时调节机构时，也可以采用阶跃式和连续式的控制方法达到相同的效果。在这一控制方法中，发动机稳定转速v2是ECU根据车况直接确定的，此外还需要确定喷油恢复转速v1，从恢复喷油至稳定怠速的转捩时间Δt_t，不同时刻的输出扭矩T(t)，及相应的排气阀门开启角EXO(t)的具体数值，以进行本发明的控制。值得注意的是，如图12所示，由于发动机的稳定转速、稳定喷油量以及稳定状态下的输出扭矩都有所提高，阶跃式控制方法中所采用的步骤数和连续式控制方法中的扭矩增长速率都会增加，但仍需要满足怠速车况控制方法中所提到的约束条件。

对于车辆所有可能发生的初始状态和稳定状态组合，对应的喷油恢复转速、不同控制方法中所需要采用的参数都记录于ECU之上，以便恢复喷油时选用合理的喷油恢复转速，并恰当地控制阀门开启时间和燃油喷射量。

本发明的ECU并不限定于以上所述实施方式，其它各种各样的变形都是可能的。虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种机动车发动机用ECU，其特征在于，

具备：

加速踏板状态监测单元，用于监测加速踏板的状态；

转速监测单元，用于检测发动机转速值；

喷油控制单元，用于控制喷油嘴的喷油量；

存储单元，存储有不同发动机运行状态和不同转速下的喷油量和输出扭矩的对应关系；以及

排气阀门正时控制单元，

在所述加速踏板状态监测单元检测到所述加速踏板释放的情况下，

所述转速监测单元判断所述发动机转速值是否达到第一转速值，并判断所述发动机转速值是否达到第二转速值，其中，所述第一转速值大于所述第二转速值，

在所述发动机转速值达到所述第一转速值后，由所述喷油控制单元控制喷油嘴以最小喷油量喷油；在所述发动机转速值达到所述第二转速值后，控制喷油嘴以规定喷油量喷油，

从所述转速监测单元检测到所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述排气阀门正时控制模块控制排气阀门提前开启。

2.如权利要求1所述的ECU，其特征在于，

从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩以阶跃式增加，

根据每次扭矩阶跃的最大允许值、每两次扭矩阶跃最小允许时间间隔值和所述第二转速值，来决定所述第一转速值。

3.如权利要求1或2所述的ECU，其特征在于，

从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩以阶跃式增加，

根据扭矩阶跃的次数及与相应的输出扭矩，决定所述排气阀门每个周期的提前开启角。

4.如权利要求1所述的ECU，其特征在于，

从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩连续增加，

根据所述发动机转速值达到第一转速值的时间点至发动机转速值达到第二转速值的时间点之间的扭矩增长斜率的最大允许值和所述第二转速值，决定所述第一转速值。

5.如权利要求1或4所述的ECU，其特征在于，

从所述发动机转速值达到所述第一转速值开始直至所述发动机转速值达到所述第二转速值前，所述发动机的扭矩连续增加，

根据转捩时间及与每个周期对应的输出扭矩，决定所述排气阀门每个周期的提前开启角，所述转捩时间为所述发动机转速值达到第一转速值的时间点至发动机转速值达到第二转速值的时间点之间所经过的时间。

6.如权利要求1、2、4中任一项所述的ECU，其特征在于，

所述第一转速值为喷油恢复转速值，

所述第二转速值为稳定怠速转速值。