CN107476893B - 一种发动机控制系统、方法及具有其的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机控制系统、方法及具有其的车辆，涉及内燃发动机设计技术领域，包括喷油器，用于向发动机气缸内喷射燃油；采集模块，用于采集发动机的工作数据，其中，所述发动机的工作数据包括发动机缺缸数据、发动机排气管中氧含量数据；控制模块，用于根据采集模块采集的发动机的工作数据控制所述喷油器向发动机气缸内的喷油量。本发明减少了发动机内积碳以及污染气体的排放，最大限度地发挥三元催化转换器的效率，具有上述发动机控制系统的车辆降低了车辆的油耗，提高了车辆驾驶的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及内燃发动机设计技术领域，具体而言，涉及一种发动机控制系统、方法及具有其的车辆。
背景技术
空燃比是混合气中空气与燃料之间的质量的比例。一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示。从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比，汽油机的理论空燃比为14.7。空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少、燃烧完全，油耗低、污染小，但功率较小。空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，但燃烧不完全，油耗高，污染大。
现有技术中，当发动机排气中的氧浓度增加时发动机气缸内的空燃比大于理论值；当排气中的氧浓度降低时发动机气缸内空燃比小于理论值。当发动机由于某些原因出现某缸失火时，根据故障诊断策略在一定循环后对失火缸进行切断喷油的处理，此时发动机处于缺缸工作状态，发动机进入跛行回家工况保证车辆能够返回维修处进行维修处理；发动机处于缺缸的工况下工作时，由于其中一缸不喷油导致进入该气缸的空气未参与燃烧。这就会导致发动机排出的气体中氧含量较高，当传感器检测到该情况时，会认为发动机喷射的燃油较少，处于上述“稀混合气”状态，当混合气偏稀时，发动机控制器会对混合气进行加浓处理，即对其他缸体内增加燃油喷射量，从而造成其他缸体内的的燃油燃烧不充分，对发动机气缸内造成积碳，进而引起燃油的浪费以及排出的气体污染空气。
发明内容
本发明的第一目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种简单合理，避免缺缸工况下发动机内燃油燃烧不充分产生积碳的缺缸保护的发动机控制系统。
本发明的第一目的通过如下技术方案实现：一种发动机控制系统，包括：
喷油器，用于向发动机气缸内喷射燃油；
采集模块，用于采集发动机的工作数据，其中，所述发动机的工作数据包括发动机缺缸数据、发动机排气管中氧含量数据；
控制模块，用于根据所述采集模块采集的发动机的工作数据控制所述喷油器向发动机气缸内的喷油量，其中，控制模块与采集模块电连接。
进一步地，发动机的工作数据还包括发动机进气量数据。
进一步地，发动机控制系统还包括：
计算模块，用于根据所述发动机进气量数据与所述发动机排气管中氧含量数据以及喷油量计算得出实际空燃比值；
分析控制模块，存储有预设的缺缸状态下标准空燃比值，用于缺缸状态下将所述实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准空燃比进行比较，当实际空燃比小于预设的缺缸状态下标准空燃比时，所述控制模块控制所述喷油器减小喷油量，使得缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
进一步地，分析控制模块还用于当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，所述控制模块控制所述喷油器加大喷油量，使得实际缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
进一步地，计算所述实际空燃比值的数据包括：进气管与排气管中节气门开度数据、VVT角度数据、气体绝对压力数据、气体温度数据中的一种或者多种。
进一步地，在车辆控制面板上设置有音频报警器和/或视频报警器，所述音频报警器和/或视频报警器与所述控制模块导电连接，在所述发动机排气管上设置有氧传感器，所述氧传感器为宽域氧传感器。
本发明提供的发动机控制系统通过采集模块采集发动机的工作数据并传递给控制模块，控制模块根据发动机的工作数据调节缺缸工况下气缸喷油量，从而将气缸内的空燃比调节至分析控制模块中预设的缺缸状态下标准空燃比值，避免了发动机气缸因缺缸而导致混合气体燃烧不充分从而带来的缸内积碳的不良影响。
本发明的第二目的在于提供一种发动机控制方法，采用上述任一优选技术方案中所涉及的发动机控制系统，包括：步骤A，采集发动机工作数据；步骤B，计算得出发动机气缸的实际空燃比值；步骤C，分析所述实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准空燃比值大小；步骤D，控制所述喷油器向所述发动机气缸的喷油量。
进一步地，计算所述发动机的实际空燃比值的因素包括发动机进气管的进气量、发动机排气管中的氧含量、所述喷油器的喷油量以及发动机的缺缸数据中的一种或者多种。
进一步地，控制所述喷油器向所述发动机气缸的喷油量中，所述喷油器为未失火气缸中的喷油器。
本发明提供的发动机控制方法适用于发动机缺缸工况下调节未失火气缸的空燃比值，使缺缸工况下的未失火气缸中空燃比能够更接近或者达到发动机控制系统中预设的缺缸状态下标准空燃比值，使未失火气缸内的燃油燃烧充分，避免了气缸内产生积碳，提高了发动机的工作效率，同时避免了排气管中三元氧化催化剂的快速老化，降低了对大气的污染。
本发明的第三目的在于提供一种车辆，该车辆上设置有上述任一优选技术方案中所涉及的发动机控制系统。
本发明提供的车辆的有益效果在于，在车辆上安装有上述任一优选技术方案所涉及的发动机控制系统，确保车辆在缺缸工况下发动机的气缸内的空燃比能够接近或者达到预设的缺缸状态下标准空燃比，使气缸内的混合气体燃烧充分，避免了气缸内产生积碳降低发动机性能的情况产生，降低了油耗，延长了发动机的使用寿命，提高了车辆的安全性能。
附图说明
图1为本发明缺缸保护的发动机控制系统优选实施例的排气管的局部结构示意图。
附图标记：
1-排气管； 2-前氧传感器； 3-后氧传感器； 4-支架；
5-三元催化转换器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
现有技术中当发动机出现因缺缸工作时导致的判断空燃比偏稀时，会对混合气进行加浓处理。但实际上此时未缺缸的气缸内的空燃比处于正常，由于对空燃比的加浓处理，导致此时还在燃烧的气缸内混合气过浓，空燃比减小，此时还在燃烧的气缸内的由于过浓的混合气中气少油多，导致燃烧不完全，油耗高，污染大。同时由于燃烧不完全会导致发动机气缸内积碳严重，导致即使车辆跛行回家到维修处修理好了缺缸问题，也会因为积碳问题导致发动机以后存在一些性能下降、油耗高等问题。
实施例1
为解决上述背景技术中现有技术发动机因缺缸工况下存在的混合气体燃烧不充分的问题，本实施例提供一种发动机控制系统，其特征在于，包括：喷油器，用于向发动机气缸内喷射燃油；采集模块，用于采集发动机的工作数据，其中，所述发动机的工作数据包括发动机缺缸数据、发动机排气管1中氧含量数据；控制模块，用于根据所述采集模块采集的发动机的工作数据控制所述喷油器向发动机气缸内的喷油量。
本实施例提供的发动机控制系统在发动机的各个气缸中安装有传感器，该传感器与发动机控制系统中的采集模块导电连接。上述传感器安装在喷油器上，用于监控气缸中的喷油器是否喷油，若发动机运行过程中喷油器正常喷油，则传感器传递第一类信号至采集模块，采集模块通过收到的信号类型判断该喷油器所在气缸中未发生失火现象。若发动机运行过程中喷油器未喷油，则上述传感器传递第二类信号至判断模块，采集模块收到的信号类型判断该喷油器所在气缸中产生了失火现象。本实施例的发动机控制系统通过安装在喷油器上的传感器与采集模块协同作用起到判断发动机在运行过程中每个气缸是否产生失火的现象，从而判断得出发动机在运行过程中是否缺缸，根据该判断结果决定是否向控制模块发送调节信息，对发动机其他未失火气缸的喷油量进行调节，使其他气缸中空燃比达到理论空燃比值，使其他未失火的气缸中混合气体燃烧充分。
本实施例提供的发动机控制系统中的采集模块，用于采集发动机的工作数据，其中，发动机的工作数据包括发动机缺缸数据、发动机排气管1中氧含量数据。发动机缺缸数据是采集模块根据安装在喷油器上的传感器发出的信号类型判断得出的是否缺缸的数据，发动机排气管1中氧含量数据是通过安装在发动机排气管1上的前氧传感器测得的，通过排气管1中的氧含量数据以及未失火气缸中的喷油量即可粗略推断得出缺缸状态下发动机的空燃比大小。
控制模块与采集模块导电连接，并与喷油器中的控制阀导电连接，采集模块采集的发动机工作数据传输至控制模块，控制模块在收到发动机缺缸数据以及排气管1中的含氧量数据后控制喷油器控制阀以及喷油时间来调节未发生失火现象的气缸中喷油量，使未失火气缸中混合气体燃烧充分，避免燃烧不充分引起的气缸内积碳产生。
进一步地，本实施例中发动机的工作数据还可以包括发动机进气量数据。本实施例中将发动机的进气量数据设置为采集模块采集的发动机工作数据中的一种，其目的是通过进气管中的氧气含量与排气管1中的氧气含量得出发动机消耗的氧气量，进而结合发动机的喷油量得出未失火气缸中的耗氧量。在相同的气候类型中，空气中的含氧量是固定的，通过测得进气管中进气量进而可以得知进气管中的含氧量。发动机进气量可通过现有技术中任一种方式测得，此处本实施例不做限定。
进一步地，本实施例提供的发动机控制系统还包括计算模块，用于根据所述发动机进气量数据与所述发动机排气管1中氧含量数据以及喷油量计算得出实际空燃比值；分析控制模块，存储有预设的缺缸状态下标准空燃比值，用于缺缸状态下将所述实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准空燃比进行比较，当实际空燃比小于预设的缺缸状态下标准空燃比时，所述控制模块控制所述喷油器减小喷油量，使得缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。分析控制模块还用于当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，所述控制模块控制所述喷油器加大喷油量，使得实际缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
本实施例中，计算模块与采集模块导电连接，采集模块所采集的发动机工作数据是通过传感器感应所得的具体数据，在发动机控制系统中设置计算模块的目的是将采集模块采集的数据进行计算得出未失火气缸中的实际空燃比值；计算模块与分析控制模块导电连接，分析控制模块将计算模块中计算得出的实际空燃比值与其存储的预设的缺缸状态下标准空燃比值进行比较。
当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，分析控制模块将结果传输至计算模块中，计算模块将实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准的空燃比值之间的差值并得出需要增加/减少的喷油量，然后计算模块将结果传输给控制模块，控制模块控制未失火气缸中喷油器的喷油量。其中喷油量的控制可以是通过控制喷油时间的长短实现，也可以是通过控制喷油速度来实现。
在本实施例提供的发动机控制系统中，通过采集发动机排气管1中的氧含量以及发动机的缺缸数据即可对发动机中未失火气缸中的喷油量进行调节，使缺缸工况下的发动机的气缸内混合气体燃烧充分，避免气缸内产生积碳。
进一步地，本实施例中计算所述实际空燃比值的数据包括：进气管与排气管1中节气门开度数据、VVT角度数据、气体绝对压力数据、气体温度数据中的一种或者多种。发动机控制系统在实际调节喷油器的过程中实时接收实际空燃比值以及该实际空燃比值对应的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据，并根据接收的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据在预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据进行对比。当寻找到相同的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据时，分析控制模块提取与之对应的预设的缺缸状态下标准的空燃比值，再将该预设的缺缸状态下标准的空燃比值与实际空燃比值进行比较，当缺缸状态下的实际空燃比小于预设的缺缸状态下标准空燃比时，控制喷油器加大流速，从而使得缺缸状态下的实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，控制喷油器减少流速，从而使得实际缺缸状态下的实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。保障气缸失火的状态下通过发动机控制系统的调节都可以使其他未失火的气缸内的实际空燃比最大限度地接近预设的缺缸状态下标准的空燃比值。最大限度地发挥排气管1上三元催化转换器5的效率，减少排气管1中污染气体的排放量。
上述进一步优选的技术方案中在进气管1上设置有多种类型的传感器，包括用于检测排气管1内部气体绝对压力的压力传感器、用于监测排气管1内气体进气温度的温度计、用于监测VVT开度的VVT开度传感器，以及用于监测排气管1内的气体含氧量的前氧传感器2，以上各传感器与本实施例中的采集模块电连接，以上各个传感器将采集的数据实时传输至采集模块进行收集汇总，形成发动机的工作数据。发动机控制系统实时接收采集模块所采集汇总的发动机的工作数据，并根据该数据判断得出发动机工作时是否处于缺缸工作状态，若是，发动机控制系统将根据上述发动机的工作数据对喷油器喷油量进行控制，使缺缸工作状态下的其他未失火的缸内的燃油能够充分燃烧，避免了燃油燃烧不充分造成的发动机内积碳、影响发动机工作效率、缩短发动机使用寿命的现象产生。本实施例提供的缺缸保护的发动机通过将实际空燃比值对应的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据与在发动机控制系统中设置预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的排气管1内绝对压力数据、进气温度数据、VVT开度的数据等其他发动机工作状态数据进行比较，判断得出实际空燃比值的相对大小，从而发动机控制系统控制喷油嘴的喷油速度将实际空燃比值调节至预设的缺缸状态下标准空燃比值，降低了发动机的油耗，最大限度地发挥三元催化转换器5的效率，减少了发动机污染气体的排放。
进一步地，在车辆控制面板上设置有音频报警器和/或视频报警器，所述音频报警器和/或视频报警器与所述控制模块导电连接，在所述发动机排气管1上设置有氧传感器，所述氧传感器为宽域氧传感器。音频报警器和/或视频报警器与采集模块导电连接，通过在车辆控制面板上设置音频报警器和/或视频报警器，可直观了解发动机是否处于缺缸工况，有利于驾驶人员及时采取措施。前氧传感器2为宽域氧传感器。宽域氧传感器较现有技术中的开关型的氧传感器的测量范围更大，能够更准确地、更大范围地测量出发动机排气管1中的氧含量，使采集模块中采集的排气管1中的含氧量数据更准确，有利于控制模块对喷油器喷油量的调节精度。
在排气管1上与消声器连接的一端设置有后氧传感器3，后氧传感器3用于检测三元催化转换器5的活性程度，方便及时更换三元催化转换器5。缺缸保护的发动机在排气管1上固定连接有支架4，排气管1通过支架4固定在车架上。由于发动机的排气管1中的气体为高温、高压气体，在发动机的工作状态下气体在排气管1流动过程中会使排气管1产生振动。由于排气管1为刚度较大的结构，所以长时间的振动会使排气管1产生疲劳效应，造成排气管1的破裂。因此，本实施例的技术方案中将排气管1通过支架4固定在车架上，使排气管1通过支架4得到束缚，减少了排气管1由于内部气流运动产生的振动，提高了排气管1的结构强度。
实施例2
本实施例提供一种发动机控制方法，包括：步骤A，采集发动机工作数据；步骤B，计算得出发动机气缸的实际空燃比值；步骤C，分析所述实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准空燃比值大小；步骤D，控制所述喷油器向所述发动机气缸的喷油量。进一步优选的是，在使用本实施例的发动机控制方法时采用如实施例1中各个优选技术方案中涉及的发动机控制系统。以下为一具体的操作实例进一步详细解释本实施例的发动机控制方法。
采集模块采集发动机的工作数据，其中发动机的工作数据为能够直接或者推算得出发动机实际空燃比的数据，本例中的发动机工作数据为发动机的进气量Q1、发动机排气管1中的氧含量Q2，失火气缸中的氧气量Q3，以及发动机气缸中的喷油量A，Q1和Q2分别减去Q3获得未失火的气缸中实际的耗氧量，再用所的耗氧量除以未失火气缸中喷油器的喷油量A即得缺缸状态下发动机的实际空燃比值，将所得的实际空燃比值与分析控制模块中的预设的缺缸状态下标准空燃比值进行比较，当实际空燃比小于预设的缺缸状态下标准空燃比时，所述控制模块控制所述喷油器减小喷油量，使得缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符；当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，所述控制模块控制所述喷油器加大喷油量，使得实际缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
进一步地，采集的工作数据还可以包括进气管与排气管1中节气门开度数据、VVT角度数据、气体绝对压力数据、气体温度数据中的一种或者多种，在分析控制模块存储的每一预设的缺缸状态下标准的空燃比值中对应着相应的进气管与排气管1中节气门开度数据、VVT角度数据、气体绝对压力数据、气体温度数据，根据采集模块采集的数据与分析控制模块中的上述数据进行比对，若符合预设的缺缸状态下标准的空燃比值对应的一种或者多种上述发动机工作数据，控制模块可根据该一种或者多种工作数据确定将发动机的将要调节至的空燃比值。根据越多种类的工作数据确定的空燃比值，其空燃比值就越准确。
本发明提供的发动机控制方法用于发动机缺缸工况下调节未失火气缸的空燃比值，使缺缸工况下的未失火气缸中空燃比能够更接近或者达到发动机控制系统中预设的缺缸状态下标准空燃比值，使未失火气缸内的燃油燃烧充分，避免了气缸内产生积碳，提高了发动机的工作效率，同时避免了排气管1中三元氧化催化剂的快速老化，降低了对大气的污染。
实施例3
本实施例提供一种车辆，该车辆上安装有上述实施例1任一优选技术方案中所涉及的发动机控制系统。本实施例中涉及的车辆使未失火的发动机气缸内的空燃比更接近理论空燃比，降低了发动机的油耗，最大限度地发挥三元催化转换器5的效率，减少了发动机污染气体的排放，提高了驾驶的安全性以及车辆的寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种发动机控制系统，其特征在于，包括：
喷油器，用于向发动机气缸内喷射燃油；
采集模块，用于采集发动机的工作数据，其中，所述发动机的工作数据包括发动机缺缸数据、发动机排气管中氧含量数据和发动机进气量数据；
控制模块，用于根据所述采集模块采集的发动机的工作数据控制所述喷油器向发动机气缸内的喷油量；
计算模块，用于根据所述发动机进气量数据与所述发动机排气管中氧含量数据以及喷油量计算得出实际空燃比值；
分析控制模块，存储有预设的缺缸状态下标准空燃比值，用于缺缸状态下将所述实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准空燃比进行比较；
其中，获取预设的缺缸状态下标准空燃比值包括：获取所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据；将所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据与预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的发动机工作状态数据进行对比，当所述预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的发动机工作状态数据与所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据相同时，所述分析控制模块提取所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括：
所述分析控制模块，还用于当实际空燃比小于预设的缺缸状态下标准空燃比时，所述控制模块控制所述喷油器减小喷油量，使得缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其特征在于，所述分析控制模块还用于当缺缸状态下的实际空燃比值大于预设的缺缸状态下标准的空燃比值时，所述控制模块控制所述喷油器加大喷油量，使得实际缺缸状态下的实际空燃比值与所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值相符。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，在车辆控制面板上设置有音频报警器和/或视频报警器，所述音频报警器和/或视频报警器与所述控制模块导电连接，在所述发动机排气管上设置有氧传感器，所述氧传感器为宽域氧传感器。
5.一种发动机控制方法，其特征在于，包括：
步骤A，采集发动机工作数据；
步骤B，计算得出发动机气缸的实际空燃比值；
步骤C，分析所述实际空燃比值与预设的缺缸状态下标准空燃比值大小；
步骤D，控制喷油器向所述发动机气缸的喷油量；
其中，获取预设的缺缸状态下标准空燃比值包括：获取所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据；将所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据与预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的发动机工作状态数据进行对比，当所述预设的缺缸状态下标准空燃比值对应的发动机工作状态数据与所述实际空燃比值对应的发动机工作状态数据相同时，提取所述预设的缺缸状态下标准的空燃比值。
6.如权利要求5所述的发动机控制方法，其特征在于，计算所述发动机的实际空燃比值的因素包括发动机进气管的进气量、发动机排气管中的氧含量、所述喷油器的喷油量以及发动机的缺缸数据中的一种或者多种。
7.如权利要求5所述的发动机控制方法，其特征在于，控制所述喷油器向所述发动机气缸的喷油量中，所述喷油器为未失火气缸中的喷油器。
8.车辆，包括发动机，其特征在于，所述发动机设置有如权利要求1-4中任一项所述的发动机控制系统。
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