CN107975434A - 缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，包括：通过氧传感器检测的空燃比信号确定空燃比实际值；将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；在判断存在空燃比偏差的情况下，基于氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；通过曲轴传感器确定各缸的角加速度；基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。本发明实施例提供的方法不增加硬件成本的基础上，只依靠增压直喷汽油发动机上传统的线性氧传感器和曲轴角度传感器的基础上，检测出各缸空燃比是否存在差异，并且可以检测出空燃比是偏浓还是偏稀，检测出偏差的大小。

Description

缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法和系统。

背景技术

混合气对于缸内直喷汽油机的正常燃烧来说是一个重要因素，为了优化排放、提高燃油经济性，在汽油发动机工作的大部分工况，都希望将空燃比控制在当量空燃比。对于直喷发动机来说，现在传统的方法是通过线性氧传感器对空燃比进行闭环控制，然而由于喷油嘴差异和进气不均匀等因素的影响，会导致虽然总的空燃比为当量空燃比，但各缸空燃比存在偏差，这会影响直喷发动机的燃油经济性。

因此，亟待需要出现一种能够对缸内直喷汽油机各缸空燃比的均匀性进行检测的方案。

发明内容

本发明的实例要解决的技术问题是提供一种能够对缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性进行检测的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法和系统。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，包括以下步骤：通过氧传感器检测的空燃比信号确定空燃比实际值；将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；在判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；通过曲轴传感器确定各缸的角加速度；基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

可选地，还包括：基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

可选地，所述相位和幅度通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来确定；通过曲轴传感器确定各缸的角加速度包括通过曲轴传感器在每个预设计算点确定各缸的角加速度。

可选地，所述预设计算点为曲轴转角变化10℃A所对应的时间点。

可选地，基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量具体包括：基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并且确定该缸的空燃比是偏浓还是偏稀，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量；以及基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

本发明另一实施例提供一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，包括：空燃比实际值确定模块，用于接收通过氧传感器检测的空燃比信号，并基于接收的空燃比信号确定空燃比实际值；空燃比偏差确定模块，用于将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；相位和幅度确定模块，用于在所述空燃比偏差确定模块判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；角加速度确定模块，用于接收通过曲轴传感器检测的角速度信号，并基于所接收的角速度信号确定各缸的角加速度；判断模块，用于基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

可选地，还包括：修正模块，用于基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

可选地，所述相位和幅度确定模块通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来确定所述相位和幅度；所述角加速度确定模块通过曲轴传感器在每个预设计算点检测的角加速度信号来确定各缸的角加速度。

可选地，所述预设计算点为曲轴转角变化10℃A所对应的时间点。

可选地，所述判断模块具体用于：基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并且确定该缸的空燃比是偏浓还是偏稀，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量；以及基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法和系统不增加硬件成本的基础上，只依靠增压直喷汽油发动机上传统的线性氧传感器和曲轴角度传感器的基础上，通过对线性氧传感器和曲轴角度传感器采集的信号进行计算和处理，检测出各缸空燃比是否存在差异，并且可以检测出空燃比是偏浓还是偏稀，检测出偏差的大小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法的流程示意图；

图2本发明实施例提供的利用角加速度检测缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性的示意图；

图3为本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法的流程示意图；图2本发明实施例提供的利用角加速度检测缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性的示意图。

本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法的原理为：当发动机处于高负荷工况下，如果存在空燃比不平衡，线性氧传感器的输出信号会出现波动。当发动机处于低转速工况下，如果存在空燃比不平衡，曲轴传感器计算出的角度加速度会有变化。虽然线性氧传感器的输出信号的相位不只是受到空燃比偏差的影响，也受到传感器安装位置和废气传输延迟的影响，然而因为传感器的安装位置由车辆决定，对于固定的一款车型来说，传感器位置的影响是不会改变的。废气的传输延迟由发动机的工况决定。因此，对于稳态工况来说，相位的影响由空燃比的偏差决定。由于空燃比的偏差越大，信号波动的幅度越大，因此空燃比偏差的级数可以通过信号波动的幅度检测出来。废气在排气管内的扩散会影响的这个趋势，因此发动机在高负荷工况下，检测的精度更高。

因此，本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法通过线性氧传感器或者曲轴角度传感器来对缸内直喷汽油机各缸空燃比的不均匀性进行检测，旨在不增加硬件成本的基础上，检测出各缸空燃比的不均匀性，并以此为基础，通过系统对各缸空燃比的独立闭环控制，改善此类发动机受喷油嘴差异和进气不均匀等因素导致的各缸空燃比不均匀，从而降低油耗、改善燃烧和排放。

如图1所示，本发明实施例提供一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，包括以下步骤：

S101、通过氧传感器检测的空燃比信号确定空燃比实际值。

氧传感器可为线性传感器。空燃比信号为氧传感器安装位置处的空燃比信号，可通过查询预先设定的关系表将检测的空燃比信号转换为空燃比实际值。

S102、将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差。

在该步骤中，预设空燃比目标值可通过预设的废气传输延迟模型将预设缸内空燃比进行转换得到，废气传输延迟模型可由一个低通滤波和一个信号延时组成，通过该模型可将预设缸内空燃比转换为氧传感器安装位置的空燃比目标值，即预设空燃比目标值，预设缸内空燃比可根据实际情况进行确定，本发明并不做特别限定。之后，将步骤S101中确定的空燃比实际值与确定的预设空燃比进行比较，判断是否存在空燃比偏差。

S103、在判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度。

在该步骤中，在判断存在空燃比偏差的情况下，即空燃比实际值与预设空燃比目标值不一致的情况下，氧传感器的输出会出现两转频率的波动，由于氧传感器的输出信号包含很多噪音，因此可通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来提取氧传感器输出信号的主要信号的波动相位和幅度。傅里叶变换属于常见的信号处理方法，本发明省略对此的详细介绍。

S104、通过曲轴传感器确定各缸的角加速度。

在该步骤中，可通过曲轴传感器在每个预设计算点确定各缸的角加速度。在一个示例中，所述预设计算点为曲轴转角变化10℃A所对应的时间点，即如图2所示，可在缸带动曲轴转动10℃A时计算一次角加速度，如在10℃A、190℃A、370℃A、550℃A时计算。

S105、基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

由于当发动机处于高负荷工况下，如果存在空燃比不平衡，线性氧传感器的输出信号会出现波动。当发动机处于低转速工况下，如果存在空燃比不平衡，曲轴传感器计算出的角度加速度会有变化。因此，可通过氧传感器的输出信号的波动相位和幅度以及曲轴传感器计算的角加速度来确定哪个缸存在空燃比偏差以及空燃比偏差的量级，即空燃比偏差量。

具体地，在发动机处于高负荷工况下，可基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并且判断该缸的空燃比是偏浓还是偏稀，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量。如果氧传感器的相位偏大，则表示空燃比偏浓，如果相位偏小，则表示空燃比偏稀。表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表可通过实验标定。在发动机处于高负荷工况下进行判断时，可参考曲轴传感器计算的各缸的角加速度进行判断，以确定判断是否合理。以为即便发动机处于高负荷工况下，角加速度仍然可以反映出是否存在空燃比偏差是浓还是稀的趋势，只是检测的精度不如发动机处于低速低负荷工况，因此如果在高负荷的工况下，通过线性氧传感器的输出信号识别出偏差，但趋势与角加速度的变化不一致，意味着对本次判断需要做可信度确认，即需要重复判断多次，以确保趋势与角加速度的变化一致。

在发动机处于低转速工况下，例如处于怠速工况下，并且处于空燃比闭环控制状态时，可基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。由于缸内空燃比与做功压力相关，做功压力又与角加速度相关，因此角加速度越大，表明该缸的空燃比越浓。表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表可通过实验标定。与前述在发动机处于高负荷工况下进行判断的原理类似，在发动机处于怠速工况下进行判断时，可参考氧传感器的相位和幅度进行判断，以确定判断是否合理。

步骤S101至S103与步骤S104的执行顺序没有严格的限制。

进一步地，本发明实施例的方法还包括以下步骤：基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

可通过各缸空燃比偏差计算模型来对各缸的空燃比进行修正，该偏差计算模型可为PI控制模型。具体可通过调整各缸的喷油量来实现。当输入空燃比偏差量时，偏差计算模型会输出一个修正因子，并将此修正因子乘在喷油量上进行修正，对于空燃比偏稀的情况，修正因子会大于1，从而相应的汽缸的喷油量会增加，从而加浓该缸的空燃比，反之，修正因子会小于1，从而相应的汽缸的喷油量会减少，从而稀释该缸的空燃比。

上述各步骤可通过发动机控制系统执行。

综上，本发明实施例提供的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法可使缸内直喷汽油机在不增加硬件成本的基础上，检测出各缸空燃比的不均匀性。为在此类发动机空燃比闭环控制过程中能更好地解决各缸空燃比的一致性提供了可能，最终达到有效提升燃油经济性，降低催化器温度，降低有效排放尤其是NOx的目的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，由于该系统所解决问题的原理与前述缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

如图3所示，本发明实施例提供一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，包括：

空燃比实际值确定模块201，用于接收通过氧传感器检测的空燃比信号，并基于接收的空燃比信号确定空燃比实际值；

空燃比偏差确定模块202，用于将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；

相位和幅度确定模块203，用于在空燃比偏差确定模块202判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；

角加速度确定模块204，用于接收通过曲轴传感器检测的角加速度信号，并基于接收的角加速度信号确定各缸的角加速度；

判断模块205，用于基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量；

修正模块206，用于基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

进一步地，所述相位和幅度确定模块203通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来确定所述相位和幅度；所述角加速度确定模块通过曲轴传感器在每个预设计算点检测的角加速度信号来确定各缸的角加速度。其中，所述预设计算点为曲轴转角变化10℃A所对应的时间点。

进一步地，所述判断模块205具体用于：基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量；以及基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

上述各模块可设置在发动机控制系统中，各模块的功能可对应于图1所示流程中的相应处理步骤，在此不再赘述。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过氧传感器检测的空燃比信号确定空燃比实际值；

将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；

在判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；

通过曲轴传感器确定各缸的角加速度；

基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

2.根据权利要求1所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，其特征在于，还包括：

基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

3.根据权利要求1所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，其特征在于，所述相位和幅度通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来确定；

通过曲轴传感器确定各缸的角加速度包括通过曲轴传感器在每个预设计算点确定各缸的角加速度。

4.根据权利要求3所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，其特征在于，所述预设计算点为曲轴转角变化10°CA所对应的时间点。

5.根据权利要求1所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测方法，其特征在于，基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量具体包括：

基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并且确定该缸的空燃比是偏浓还是偏稀，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量；以及

基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

6.一种缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，其特征在于，包括：

空燃比实际值确定模块，用于接收通过氧传感器检测的空燃比信号，并基于接收的空燃比信号确定空燃比实际值；

空燃比偏差确定模块，用于将所确定的空燃比实际值与预设空燃比目标值进行比较，判断是否存在空燃比偏差；

相位和幅度确定模块，用于在所述空燃比偏差确定模块判断存在空燃比偏差的情况下，基于所述氧传感器检测的空燃比信号确定所述氧传感器输出信号的波动相位和幅度；

角加速度确定模块，用于接收通过曲轴传感器检测的角速度信号，并基于所接收的角速度信号确定各缸的角加速度；

判断模块，用于基于所确定的相位、幅度和角加速度判断存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。

7.根据权利要求6所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，其特征在于，还包括：

修正模块，用于基于所确定的空燃比偏差量，对存在空燃比偏差的缸的空燃比进行修正。

8.根据权利要求6所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，其特征在于，所述相位和幅度确定模块通过将所述氧传感器检测的空燃比信号进行傅里叶变换来确定所述相位和幅度；

所述角加速度确定模块通过曲轴传感器在每个预设计算点检测的角加速度信号来确定各缸的角加速度。

9.根据权利要求8所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，其特征在于，所述预设计算点为曲轴转角变化10°CA所对应的时间点。

10.根据权利要求6所述的缸内直喷汽油机各缸空燃比不均匀性检测系统，其特征在于，所述判断模块具体用于：

基于确定的相位确定存在空燃比偏差的缸，并且确定该缸的空燃比是偏浓还是偏稀，并基于确定的幅度以及表征幅度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸的空燃比偏差量；以及

基于确定的角加速度和表征角加速度与空燃比偏差量之间的对应关系的预设关系表确定存在空燃比偏差的缸以及该缸的空燃比偏差量。