CN108571394B - 用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置及方法。用于补偿燃料喷射量的装置可包括：信息收集器，用于收集车辆的状态信息；氧传感器，用于输出与废气中的氧浓度对应的电压；高通滤波器(HPF)，用于对氧传感器的输出电压进行滤波；以及控制器，用于基于车辆的状态信息来生成参考值。具体地，控制器使用参考值和通过对输出电压进行高通滤波获得的信号来计算偏移量，并且基于偏移量来补偿车辆的发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。

Description

用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年3月14日提交的第10-2017-0031860号韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置及方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
通常，氧传感器安装在车辆的排气歧管中并且测量废气中的氧浓度，并且当氧传感器的两个氧化锆表面上的氧的量变得不同时，氧传感器可使用氧化锆生成的电动势。也就是说，氧传感器可使用根据由位于废气与大气中的空气之间的氧化锆生成的电动势的大小来测量氧浓度的原理。
例如，当废气中的空燃比较高(即，燃料充足且氧气稀薄)时，废气中的氧浓度低于大气中的氧浓度，因此通过氧传感器生成电动势。相反，当废气中的空燃比较低(即，燃料稀薄且氧气充足)时，废气中的氧浓度与大气中的氧浓度并无不同，因此不通过氧传感器生成电动势。
根据相关技术的燃料喷射控制技术基于废气中的氧浓度来调整喷射到车辆的发动机中的气缸中的混合物的空燃比(空气量和燃料量之间的比率)。然而，我们已经发现，燃料喷射控制技术不考虑发动机各气缸之间的扭矩偏差(torque deviation)，因此导致气缸不平衡。
结果，可能降低车辆的燃料效率并且可能增加废气的量。另外，可能损害发动机的耐久性。
发明内容
本发明解决了现有技术中出现的上述问题，同时保持现有技术达到的优点的完整性。
本发明的方面提供一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置及方法，其能够通过在每个单独气缸的排气冲程期间测量安装在车辆的排气歧管中的氧传感器的输出电压来减小发动机的各气缸之间的扭矩偏差。本发明基于通过对测量出的输出电压进行高通滤波获得的结果来补偿发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。
本发明的目的不限于上述目的，并且从以下描述中将清楚地理解本文未提及的任何其它目的和优点。根据本发明的示例性实施方式将更清楚地理解本发明的构思。另外，显而易见的是，可通过权利要求中声称的元件和特征及其组合来达到本发明的目的和优点。
根据本发明的方面，一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置包括：信息收集器，配置为收集车辆的状态信息；氧传感器，配置为输出与废气中的氧浓度对应的电压；高通滤波器(HPF)，配置为对氧传感器的输出电压进行滤波；以及控制器，配置为基于车辆的状态信息来生成参考值，使用参考值和通过对输出电压进行高通滤波获得的信号来获得偏移量(offset)，以及基于偏移量来补偿车辆的发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。
参考值对应于由信息收集器收集到的发动机的输出、发动机的RPM或车辆的速度。控制器基于参考值将经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域(plus region)和负区域(minus region)中，并且基于在正区域和负区域中的至少一个中检测到的信号的强度来补偿发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。
控制器可将正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，计算正区域中的第一代表值。控制器还将负区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，并计算负区域中的第二代表值，将第一代表值和第二代表值相加，并计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。
控制器可将参考燃料喷射量与计算出的偏移量相乘，从而计算补偿燃料喷射量。
控制器可将补偿燃料喷射量与参考燃料喷射量相加，从而计算最终燃料喷射量。
控制器的功能可由发动机控制单元来实现。
信息收集器可通过车辆网络来收集发动机的输出和RPM以及车辆的速度。车辆网络可包括控制器区域网络(CAN)、局域互连网络(LIN)、FlexRay和面向媒体的系统传输(MOST)中的至少一个。
根据本发明的另一方面，一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的方法包括以下步骤：通过信息收集器来收集车辆的状态信息；通过氧传感器输出与废气中的氧浓度对应的电压；通过高通滤波器(HPF)来对氧传感器的输出电压进行滤波；以及通过控制器，基于车辆的状态信息来生成参考值，使用参考值和经高通滤波的输出电压的信号来获得偏移量，以及基于偏移量来补偿车辆的发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。
补偿燃料喷射量的步骤可包括：生成与发动机的输出、发动机的RPM或车辆的速度对应的参考值；基于参考值将经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域和负区域中；将正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算正区域中的第一代表值；将负区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算负区域中的第二代表值；以及将第一代表值和第二代表值相加，从而计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。
该方法还可包括将参考燃料喷射量乘以计算出的偏移量，从而计算补偿燃料喷射量。
该方法还可包括将补偿燃料喷射量与参考燃料喷射量相加，从而计算最终燃料喷射量。
根据本发明的另一方面，一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的方法包括以下步骤：通过存储器存储包括记录与发动机的输出、发动机的RPM和车辆的速度对应的参考值的表；通过信息收集器收集发动机的输出、发动机的RPM和车辆的速度的信息；通过氧传感器输出与废气中的氧浓度对应的电压；通过高通滤波器(HPF)来对氧传感器的输出电压进行滤波；以及通过控制器，从表中检测与发动机的输出、发动机的RPM和车辆的速度中的至少一个的收集信息对应的参考值，使用参考值和经高通滤波的输出电压的信号来获得偏移量，以及基于偏移量来补偿发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量。
补偿燃料喷射量的步骤可包括：从表中检测与发动机的输出和RPM以及车辆的速度的收集信息对应的参考值；基于参考值将经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域和负区域中；将正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算正区域中的第一代表值；将负区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算负区域中的第二代表值；以及将第一代表值和第二代表值相加，从而计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。
根据本文提供的描述，其它适用范围将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了可很好地理解本发明，现在将参考附图来描述以示例的方式给出的本发明的各个实施方式，其中：
图1示出根据本发明的示例性实施方式的用于使用氧传感器来补偿燃料喷射量的装置的配置的框图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的氧传感器的输出电压的曲线图；
图3是示出根据本发明的示例性实施方式的通过对氧传感器的输出电压进行高通滤波而获得的结果的曲线图；
图4示出根据本发明的示例性实施方式的基于参考值将经高通滤波的信号划分到正区域和负区域中的结果；以及
图5示出根据本发明的示例性实施方式的用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的方法的流程图。
这里描述的附图仅用于说明的目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。在附图中，相同的附图标记将始终用于表示相同或等同的元件。另外，将排除与本发明相关联的公知技术的详细描述，以便不会不必要地遮蔽本发明的要点。
以下描述本质上仅仅是示例性的，而不旨在限制本发明、应用或用途。
例如第一、第二、(A)、(B)、(a)和(b)的术语可用于描述本发明的示例性实施方式中的元件。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开，并且对应元件的固有特征、序列或顺序等不受术语限制。除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与掌握本发明所属领域的普通知识的人员所通常理解的含义相同的含义。在通常使用的字典中定义的那些术语应被解释为具有与相关技术领域的语境意义相同的含义，并且不应被解释为具有理想的或过分正式的含义，除非本申请中明确地定义为具有这样的含义。
图1示出根据本发明的示例性实施方式的用于使用氧传感器来补偿燃料喷射量的装置的配置的框图。
如图1所示，用于使用氧传感器来补偿燃料喷射量的装置100包括存储器10、信息收集器20、氧传感器30、高通滤波器(HPF)40和控制器50。
关于上述每个元件，首先，存储器10可存储其中记录与发动机的输出和每分钟转数(RPM)以及车辆的速度对应的参考值的表。换言之，可在表中记录取决于发动机的状况而变化的参考值。
这里，参考值指代用作将通过对氧传感器30的输出电压进行高通滤波而得到的信号的强度划分到正区域和负区域中的参考的值。
接下来，信息收集器20可收集发动机的输出和RPM以及车辆的速度。信息收集器20可与发动机控制单元(ECU)互联，用于收集发动机的输出和RPM，并且可与仪表盘(cluster)互联，用于收集车辆的速度。其可通过车辆网络来收集发动机的所有输出和RPM以及车辆的速度。
这里，车辆网络包括控制器区域网络(CAN)、局域互连网络(LIN)、FlexRay和面向媒体的系统传输(MOST)中的至少一个。
氧传感器30可在每个气缸的排气冲程期间测量废气中的氧浓度。这里，氧传感器30可为安装在车辆的排气歧管中的两个氧传感器(后氧传感器和前氧传感器)中的任一个。
氧传感器30的输出可由电压表示。在电压增加时，废气中的氧浓度较低。在电压降低时，废气中的氧浓度较高。
例如，图2中示出氧传感器30的输出电压。在图2中，纵轴表示“电压(V)”，横轴表示“时间(s)”。
例如，氧传感器可分为光与影电池(light and shade cell)型和磁型。电池型氧传感器可包括使用稳定的氧化锆的固体电解质电池型氧传感器和使用电解质的湿电池型氧传感器。
固体电解质电池型氧传感器可具有较长寿命并且能够精确地测量废气中的氧浓度。由于期望通过将传感器温度控制在500～800℃的范围内来使用该传感器，所以其可主要用于分析废气中的氧浓度或汽车发动机的燃烧控制，或用在其它分析仪器中。
湿电池型氧传感器可通过样品气体透过隔膜的扩散来测量溶解在电池中的氧的还原电流。由于其在室温下操作并且能够检测若干ppm到数千ppm的氧，所以其可主要用在便携式量氧计中。
磁型氧传感器可使用如下原理：与大多数气体不同，氧气具有顺磁特性。磁型氧传感器可在惠斯通电桥中具有两个由铂(Pt)温度测量电阻器形成的电阻器，将一个温度测量电阻器置于磁场中，从而由于氧气的顺磁性而产生气流，并使用温度测量电阻器的温度的变化。由于其再现性好，所以主要用在工业处理测量仪器中。
如果氧传感器能够测量废气中的氧浓度，则其可应用于本发明的实施方式，而不管类型如何。
阻挡低频信号而仅允许高频信号通过的HPF 40可对氧传感器30的输出电压进行滤波。例如，图3中示出经高通滤波的信号。
在图3中，纵轴表示通过对氧传感器30的输出电压进行高通滤波而获得的信号的强度，横轴表示时间(s)，“310”表示由控制器50确定的参考值(参考线)。这里，当参考线从当前点向上移动时，位于正区域中的信号的强度可减小，并且当参考线向下移动时，位于正区域中的信号的强度可增加。
例如，当参考值为0时，正区域(参考线以上的上部区域)中的信号的强度在第一点处为+3，负区域(参考线以下的下部区域)中的信号的强度在第二点处为-2，并且当参考值从0增加到1时，正区域中的第一点处的值变为+2，并且负区域中的第二点处的值变为-3。这里，可在相同的时间点处检测第一和第二点处的值。
相反，当参考值从0减小到-1时，正区域中的第一点处的值变为+4，并且负区域中的第二点处的值变为-1。
控制器50通常控制上述各个元件，用于正常地执行其功能。
控制器50可基于记录与发动机的输出和RPM以及车辆的速度对应的参考值的表，来检测与由信息收集器20收集到的发动机的输出和RPM以及车辆的速度对应的参考值。如果不存在表，则控制器50可基于参考值检测算法来生成与由信息收集器20收集到的发动机的输出和RPM以及车辆的速度对应的参考值。
另外，控制器50可与ECU互联，用于识别发动机的四个冲程循环(进气、压缩、爆炸和排气)，在其基础上在排气冲程期间激活氧传感器30，并且控制氧传感器30以在排气冲程期间将氧传感器30的输出电压发送至HPF 40。
另外，控制器50可控制HPF 40以在排气冲程期间对从氧传感器30输出的电压进行高通滤波。
另外，控制器50可将检测到的参考值应用于由HPF 40高通滤波的信号，将经高通滤波的信号的强度划分到正区域和负区域中，以及检测每预定单位时间的经高通滤波的信号的强度。
例如，图3中示出由HPF 40高通滤波的信号，并且在图4中放大示出图3中的经高通滤波的信号的部分320。
图4示出基于参考值310将经高通滤波的信号划分到正区域410和负区域420中的结果。这里，指示经高通滤波的信号的强度的指数可根据参考值的设定方式而改变。
例如，正区域中的指数可由Pterm(t)、Pterm(t-1)等表示，并且负区域中的指数可由Nterm(t)、Nterm(t-1)等表示。这里，t表示时间(时间点)。
另外，控制器50可基于同一时间点处的正区域中的指数和负区域中的指数来计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。
这里，控制器50可将正区域中的当前时间点处的指数(Pterm(t))和先前时间点处的指数(Pterm(t-1))的和计算为正区域中的最终指数(Pterm)，并且将负区域中的当前时间点处的指数(Nterm(t))和先前时间点处的指数(Nterm(t-1))的和计算为负区域中的最终指数(Nterm)。换言之，可通过将正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加来计算正区域中的代表值，并且可通过将负区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加来计算负区域中的代表值。
这里，为了计算每个区域中的最终指数而添加的指数的数量不影响本发明的构思。换言之，以实施方式举例说明通过将两个指数相加来计算最终指数的处理，但是可将单个指数设定为最终指数，或者可设定三个、四个、十个或一百个指数。
同时，控制器50可通过将正区域中的计算出的最终指数(Pterm)和负区域中的计算出的最终指数(Nterm)相加来计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。这里，偏移量(k)可满足-1<k<1。
另外，控制器50可通过将参考燃料喷射量(B)乘以计算出的偏移量(k)来计算补偿燃料喷射量。计算出的补偿燃料喷射量可添加至参考燃料喷射量(B)，从而计算最终燃料喷射量(A)。这将由以下等式1来表示：
A＝B+(k×B)……等式1。
这里，可基于发动机的输出、氧浓度、冷却剂的温度、斜坡(ramp)的存在或不存在等来确定参考燃料喷射量(B)。本发明涉及用于补偿由各种技术确定的参考燃料喷射量的技术。这里，补偿处理包括增加参考燃料喷射量以及减少参考燃料喷射量的概念。
替代地，本发明的实施方式中定义的控制器50的功能可添加至ECU的功能。
图5示出根据本发明的示例性实施方式的用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的方法的流程图。
首先，在操作501中，存储器10可存储记录与发动机的输出和RPM以及车辆的速度对应的参考值的表。
接下来，在操作502中，信息收集器20可收集发动机的输出和RPM以及车辆的速度。
此后，在操作503中，氧传感器30可输出与废气中的氧浓度对应的电压。
然后，在操作504中，HPF 40可对氧传感器30的输出电压进行高通滤波。
在操作505中，在控制器50从表中检测到与由信息收集器20收集到的发动机的输出和RPM以及车辆的速度对应的参考值之后，其可将检测到的值应用于已经通过HPF 40的信号并且将信号划分到正区域和负区域中。换言之，控制器50可使用参考值将由HPF 40滤波的信号划分到正区域和负区域中。
然后，在操作506中，控制器50可将正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算正区域中的第一代表值。
然后，在操作507中，控制器50可将负区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算负区域中的第二代表值。
此后，在操作508中，控制器50可将第一代表值和第二代表值相加，从而计算用于补偿燃料喷射量的偏移量。
然后，在操作509中，控制器50可使用计算出的偏移量来补偿燃料喷射量。换言之，可通过将参考燃料喷射量(B)乘以计算出的偏移量(k)来计算补偿燃料喷射量。计算出的补偿燃料喷射量可与参考燃料喷射量(B)相加，从而计算最终燃料喷射量(A)。
可在每个气缸中的每个排气冲程期间进行补偿燃料喷射量的处理，从而减小各个气缸之间的扭矩偏差。
在本发明的上述实施方式中，通过在每个单独气缸的排气冲程期间测量车辆的排气歧管中安装的氧传感器的输出电压，并且基于通过对测量出的输出电压进行高通滤波获得的结果来补偿发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量，可减小发动机的各气缸之间的扭矩偏差。
另外，通过减小发动机的气缸之间的扭矩偏差，可提高车辆的燃料效率。
此外，通过减小发动机的气缸之间的扭矩偏差，可减少废气的量。
另外，通过减小发动机的气缸之间的扭矩偏差，可改善发动机的耐久性。
在上文中，虽然参考示例性实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且本发明所属的技术领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的装置，所述装置包括：
信息收集器，配置为收集所述车辆的状态信息；
氧传感器，配置为输出与废气中的氧浓度对应的电压；
高通滤波器(HPF)，配置为对所述氧传感器的输出电压进行滤波；以及
控制器，配置为：基于所述车辆的状态信息来生成参考值，使用所述参考值和通过经高通滤波的输出电压获得的信号来获得偏移量，以及基于所述偏移量来补偿所述发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量，
其中，所述状态信息包括所述发动机的输出、所述发动机的每分钟转数RPM和所述车辆的速度中的至少一个，
其中，所述参考值对应于由所述信息收集器收集到的发动机的输出、发动机的RPM或车辆的速度，并且
其中，所述控制器配置为：基于所述参考值将所述经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域和负区域中，并且基于在所述正区域和所述负区域中的至少一个中检测到的信号的强度来补偿每个单独气缸中的燃料喷射量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器配置为将所述正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加以及配置为计算所述正区域中的第一代表值，并且
其中，所述控制器配置为将所述负区域中的所述当前时间点处的信号的强度和所述先前时间点处的信号的强度相加以及配置为计算所述负区域中的第二代表值，将所述第一代表值和所述第二代表值相加，以及计算用于补偿所述燃料喷射量的偏移量。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器配置为将参考燃料喷射量乘以计算出的偏移量，并且计算补偿燃料喷射量。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制器配置为将所述补偿燃料喷射量与所述参考燃料喷射量相加，并且计算最终燃料喷射量。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器为发动机控制单元。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信息收集器配置为通过车辆网络来收集所述发动机的输出和RPM以及所述车辆的速度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述车辆网络包括控制器区域网络(CAN)、局域互连网络(LIN)、FlexRay和面向媒体的系统传输(MOST)中的至少一个。
8.一种用于补偿车辆的发动机中的燃料喷射量的方法，所述方法包括以下步骤：
通过信息收集器来收集所述车辆的状态信息；
通过氧传感器来输出与废气中的氧浓度对应的电压；
通过高通滤波器(HPF)来对所述氧传感器的输出电压进行滤波；以及
通过控制器，基于所述车辆的状态信息来生成参考值，使用所述参考值和通过经高通滤波的输出电压获得的信号来获得偏移量，以及基于所述偏移量来补偿所述车辆的发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量，
其中，所述状态信息包括所述发动机的输出、所述发动机的每分钟转数RPM和所述车辆的速度中的至少一个，
其中，补偿所述燃料喷射量的步骤包括：
生成与所述发动机的输出、所述发动机的RPM或所述车辆的速度对应的参考值；
基于所述参考值，将经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域和负区域中；
将所述正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算所述正区域中的第一代表值；
将所述负区域中的所述当前时间点处的信号的强度和所述先前时间点处的信号的强度相加，从而计算所述负区域中的第二代表值；以及
将所述第一代表值和所述第二代表值相加，从而计算用于补偿所述燃料喷射量的偏移量。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：将参考燃料喷射量乘以计算出的偏移量，从而计算补偿燃料喷射量。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：将所述补偿燃料喷射量与所述参考燃料喷射量相加，从而计算最终燃料喷射量。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，通过借助车辆网络收集所述发动机的输出和RPM以及所述车辆的速度来执行收集所述状态信息的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述车辆网络包括控制器区域网络(CAN)、局域互连网络(LIN)、FlexRay和面向媒体的系统传输(MOST)中的至少一个。
13.一种用于补偿车辆发动机中的燃料喷射量的方法，所述方法包括以下步骤：
通过存储器来存储包括分别与所述发动机的输出、所述发动机的每分钟转数RPM和所述车辆的速度对应的参考值的表；
通过信息收集器来收集所述发动机的输出、所述发动机的RPM和所述车辆的速度的信息；
通过氧传感器来输出与废气中的氧浓度对应的电压；
通过高通滤波器(HPF)来对所述氧传感器的输出电压进行滤波；
通过控制器来从所述表中检测与所述发动机的输出、所述发动机的RPM和所述车辆的速度中的至少一个的收集信息对应的参考值；
通过所述控制器，基于所述参考值和经高通滤波的输出电压的信号来获得偏移量，并且基于所述偏移量来补偿所述发动机的每个单独气缸中的燃料喷射量，
其中，补偿所述燃料喷射量的步骤包括：
从所述表中检测与所述发动机的输出和RPM以及所述车辆的速度的收集信息对应的参考值；
基于所述参考值，将所述经高通滤波的输出电压的信号划分到正区域和负区域中；
将所述正区域中的当前时间点处的信号的强度和先前时间点处的信号的强度相加，从而计算所述正区域中的第一代表值；
将所述负区域中的所述当前时间点处的信号的强度和所述先前时间点处的信号的强度相加，从而计算所述负区域中的第二代表值；以及
将所述第一代表值和所述第二代表值相加，从而计算用于补偿所述燃料喷射量的偏移量。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：将参考燃料喷射量乘以计算出的偏移量，从而计算补偿燃料喷射量。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：将所述补偿燃料喷射量与所述参考燃料喷射量相加，从而计算最终燃料喷射量。
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