CN109139280B - 歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法，所述控制装置具备：内燃机构；与所述内燃机构相连的进气管路和排气管路；节气阀门，配置于进气管路的下游；进气岐管，配置于节气阀门的下游；喷油器，用于将汽油喷射至进气岐管内；至少一个气缸，具备进气门和排气门；空燃比传感器，配置于排气管路的下游；以及控制器，控制器将由空燃比传感器测得的实测空燃比数据与ECU中存储的该工况的暂态空燃比记录数据相比较，在比较结果超出规定范围时，将空燃比目标值调整为在规定幅度内波动的值，并根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正燃油补偿参数。根据本发明，能够实时调整燃油补偿参数。

Description

歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法。

背景技术

空燃比的控制对发动机的动力性，经济性，尾气排放均有重大影响。而控制不精确会导致汽油机的动力型和经济性下降，有害气体的排放增加。因此精确的控制燃油喷射从而实现精确的空燃比控制，对降低尾气排放，减少空气污染具有很重要的意义。

发动机的燃油喷射系统本身是一个很复杂的非线性系统，特别是在发动机快速加减速的瞬态工况下。在歧管喷射型的发动机中，燃油的蒸发机理，混合物的形成过程等还无法用精确的物理模型描述，而这些都影响着燃油喷射量的控制。在实际中，瞬态燃油喷射量中的参数都需要大量的标定实验来确定。

在中国专利局的技术文献CN200810056801中，公开了一种通过发动机转速和进气管压力采用查表方式进行暂态控制的燃油控制方法。根据发动机的状态查询发动机的标定数据表，进而获得发动机加速减速过程中的油膜补偿值。

理论上在发动机的快速加减速的动态过程中，如果燃油补偿参数很精确的话，这种控制方法是可以取得很好的效果的。但是，由于实际制造过程中发动机各部件都存在制造工差，量产发动机和标称发动机的燃油动态特性是不同的。而且，发动机各部件由于长时间运行造成的老化，也会带来燃油动态特性的差异。这使得根据标称发动机实验数据所得到的燃油补偿参数，并不一定能够精确的补偿燃油延迟效应，从而会恶化量产汽车的尾气排放。

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歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法。为了解决由于发动机制造工差或寿命老化带来的喷油补偿参数不精确带来的排放恶化问题，本发明采用基于空燃比传感器数据在线调整参数的方法。手段是通过设置波动的燃油目标值，通过空燃比传感器记录的当量比来修正燃油补偿参数。

本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置，其特征在于，具备：内燃机构；与所述内燃机构相连的进气管路和排气管路；节气阀门，配置于所述进气管路的下游；进气岐管，配置于所述节气阀门的下游；喷油器，用于将汽油喷射至所述进气岐管内；至少一个气缸，具备进气门和排气门；空燃比传感器，配置于排气管路的下游；以及控制器，所述控制器将由所述空燃比传感器测得的实测空燃比数据与ECU中存储的该工况的暂态空燃比记录数据相比较，在比较结果超出规定范围时，将空燃比目标值调整为在规定幅度内波动的值，并根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正燃油补偿参数。

根据这样的结构，能够实时调整燃油补偿参数，即使在发动机制造工差或寿命老化的情况下，也能够精确调整补偿燃油延迟效应，从而改善量产汽车的尾气排放。

另外，优选地，本发明的燃油控制装置中，所述燃油补偿参数包括燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数。由此，能够更加精确地调整补偿燃油延迟效应。

另外，优选地，本发明的燃油控制装置中，在所述比较结果超出规定范围时，根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射。由此，能够容易判断何种燃油补偿参数发生误差，从而快速准确地进行燃油补偿。

另外，优选地，本发明的燃油控制装置中，所述锯齿状的目标燃油的值的变化范围为3％～5％。由此，能够方便观测空燃比又不会引起太大的排放变差。

另外，优选地，本发明的燃油控制装置中，所述锯齿状的目标燃油的值的时间宽度为所述燃油蒸发补偿参数的10～20倍。由此，能够兼顾充分进入稳态的需要和快速采集空燃比数据的需要。

另外，优选地，本发明的燃油控制装置中，在根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射之后，如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比实时数据与目标空燃比的最大差值大于第一目标误差，则调整所述燃油附着补偿参数；如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值小于第一目标误差，且锯齿上升下降沿T_S-T₂时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值大于第二目标误差，则调整所述燃油蒸发补偿参数，其中，T₁为上升下降沿起始时刻，T₂为上升下降沿终止时刻，T_S为T₁与T₂之间的时刻。由此，能够容易地进行燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数的调整。

本发明的另一目的在于，提供一种歧管喷射型汽油发动机的燃油控制方法，其特征在于，所述歧管喷射型汽油发动机具备：内燃机构；与所述内燃机构相连的进气管路和排气管路；节气阀门，配置于所述进气管路的下游；进气岐管，配置于所述节气阀门的下游；喷油器，用于将汽油喷射至所述进气岐管内；至少一个气缸，具备进气门和排气门；以及空燃比传感器，配置于排气管路的下游，所述燃油控制方法包括：将由所述空燃比传感器测得的实测空燃比数据与ECU中存储的该工况的暂态空燃比记录数据相比较，在比较结果超出规定范围时，将空燃比目标值调整为在规定幅度内波动的值，并根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正燃油补偿参数。

根据这样的方法，能够实时调整燃油补偿参数，即使在发动机制造工差或寿命老化的情况下，也能够精确调整补偿燃油延迟效应，从而改善量产汽车的尾气排放。

另外，优选地，本发明的燃油控制方法中，所述燃油补偿参数包括燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数。由此，能够更加精确地调整补偿燃油延迟效应。

另外，优选地，本发明的燃油控制方法中，在所述比较结果超出规定范围时，根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射。由此，能够容易判断何种燃油补偿参数发生误差，从而快速准确地进行燃油补偿。

另外，优选地，本发明的燃油控制方法中，所述锯齿状的目标燃油的值的变化范围为3％～5％。由此，能够方便观测空燃比又不会引起太大的排放变差。

另外，优选地，本发明的燃油控制方法中，所述锯齿状的目标燃油的值的时间宽度为所述燃油蒸发补偿参数的10～20倍。由此，能够兼顾充分进入稳态的需要和快速采集空燃比数据的需要。

另外，优选地，本发明的燃油控制方法中，在根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射之后，如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比实时数据与目标空燃比的最大差值大于第一目标误差，则调整所述燃油附着补偿参数；如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值小于第一目标误差，且锯齿上升下降沿T_S-T₂时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值大于第二目标误差，则调整所述燃油蒸发补偿参数，其中，T₁为上升下降沿起始时刻，T₂为上升下降沿终止时刻，T_S为T₁与T₂之间的时刻。由此，能够容易地进行燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数的调整。

发明的效果

根据本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法，能够实时调整燃油补偿参数，即使在发动机制造工差或寿命老化的情况下，也能够精确调整补偿燃油延迟效应，从而改善量产汽车的尾气排放。

附图说明

图1是本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置的系统构成说明图。

图2是描述发动机歧管燃油喷射时进入发动机缸内燃油的一阶模型示意图。

图3是简化的描述公开技术文献CN200810056801中计算喷油量补偿的计算方法和仿真结果。

图4是本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制方法的流程图。

图5是本发明的燃油控制方法中调整参数时使用的目标空燃比(当量比)的一个例子的示意图。

图6是采用图5所示的目标空燃比的本发明的燃油控制方法中几种在补偿参数和系统真实值存在偏差的情况下的当量比表现。

图7是描述采用图5所示的目标空燃比的本发明的燃油控制方法中调整燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数的流程图。

图8是描述采用图5所示的目标空燃比的本发明的燃油控制方法之前和之后的效果说明图。

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歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置及控制方法的优选的实施方式。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是本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置的系统构成说明图。系统由内燃机构和与其相连的进气管路和排气管路构成。进气管路中配置有空气流量计1和空气流量计中内置的气体温度传感器。进气管路的下游配置有控制进入气缸内空气量的节气阀门2。节气阀门2是可以独立于油门踏板开度的阀门开度可以单独控制的电子式节气阀门。节气阀门2下游与进气歧管相连。内燃机构中气缸进气口出配置有喷油器3。该喷油器3喷射的部分燃油直接进入缸内，部分燃油附着在歧管内经过蒸发进入气缸内。气缸顶部配置有可将燃油和空气的混合气点燃的火花塞4。每个气缸配置有进气门和排气门5。气缸上配置有可以检测敲缸现象的爆震传感器。与气缸活塞相连接的曲轴配置有曲轴角度传感器6，基于曲轴角度传感器6的信号可以得到发动机转速。排气管路中的下游配置有可较大范围测量空燃比的空燃比传感器7，根据空燃比传感器7的检测结果调节喷油量使其达到目标空燃比。空燃比传感器7下游配置有催化转化装置8，可以净化尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等。

如图1所示，发动机控制单元ECU(Electronic Control Unit)9通过CAN总线与发动机各传感器和执行机构相连。发动机ECU9接受各传感器的监测数据，然后经过内部程序计算将计算结果输出到各执行机构的驱动装置。本发明所涉及的计算方法储存于ECU9内部。

图2是描述发动机歧管燃油喷射时进入发动机缸内燃油的一阶模型示意图。图中

为喷油器喷出的燃油流量，其中ε部分喷射在壁面上形成了油膜f_w，而1-ε部分直接进入气缸内。进入气缸内的另一部分燃油是从油膜蒸发出来的燃油蒸气

通常为了控制上的需要，对油膜蒸发过程简化为一阶惯性模型。则进入气缸内的燃油量

的计算由下式得出：

图3是简化的描述公开技术文献CN200810056801中计算喷油量补偿的计算方法和仿真结果。根据空燃比的控制目标可知，燃油补偿其的最终目的是使得实际进入气缸的燃油量等于目标量

经过补偿后的燃油喷射量

由下式得出：

如图所示，在没有暂态补偿的发动机加减速中，由于歧管燃油蒸发滞后效加减速时刻出现了空燃比大范围偏离目标值的现象。而在进行控制补偿后的空燃比基本在目标值附近的范围内。但是这种效果是精确依赖补偿参数精度的。图4是本发明的歧管喷射型汽油发动机的燃油控制方法的流程图。如该图所示，步骤401是根据节气门开度和发动机转速传感器的数据在ECU中查表计算出当前的发动机扭矩。步骤402是根据转速转矩的找出存储在ECU中该工况的暂态空燃比记录数据。步骤403是判断记录的暂态空燃比数据是否超过规定值(例如，暂态空燃比数据与实测空燃比数据相差超过10％以上)。步骤404是在超过的情况下，调整空燃比的目标值，根据空气量计算出的喷油量常数改为在规定幅度(例如3％-5％)内波动的目标值，同时记录测到的空燃比数据。步骤405是根据空燃比实测数据修正控制逻辑中燃油补偿参数。具体地，例如修改(增大或减小)上述的燃油附着补偿参数ε和燃油蒸发补偿参数τ_f。燃油附着补偿参数ε和燃油蒸发补偿参数τ_f可以根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正，例如根据波形的不同形状来增大或减小的燃油附着补偿参数ε和燃油蒸发补偿参数τ_f。步骤406是将修正后的参数作为新的补偿参数存入ECU中。

图5是本发明中调整参数时使用的目标空燃比(当量比)的一个例子示意图。如图所示，在暂态空燃比不满足要求需要调整参数时，可以使用锯齿状的目标空燃比。在图中为了显示方便，采用了当量比。锯齿状信号的中心值应为1，即空燃比中理想完全燃烧情况时空气燃油物质比例14.7。为了当量比数据观测的需要，锯齿目标当量比的变化范围应为3％-5％，这样方便观测又不会引起太大的排放变差。锯齿的宽度的选择应该为缸内燃油进入稳态之后，这里可选择为τ_f的10倍到20倍之间，兼顾充分进入稳态的需要和快速采集当量比数据的需要。

图6是采用图5所示的目标空燃比的本发明中几种在补偿参数和系统真实值存在偏差的情况下的当量比表现，图中举例说明了在燃油附着参数大于小于真实值时的当量比表现和燃油蒸发参数大于小于真实值时当量比的表现。值得注意的是，这里只列出了一个参数等于真实值另一个参数补偿不精确的情况，在实际中两个参数都补偿不精确的情况更为常见，其当量比的变化类似于列举的4种图像的。从图中可以看出，在附着参数ε精确补偿蒸发参数τ_f有误差的情况下，在当量比近似锯齿的波形里，每个上升沿下降沿初始时刻的值是近似等于目标值的，而在之后的动态过程中当量比会有上凸或者下凹的表现。而在在附着参数ε有误差补偿蒸发参数τ_f精确的情况下，在近似锯齿的波形里，每个上升沿下降沿初始时刻的值是与稳态值有较大差值。通过将实际测得的当量比与图6中的各种情况相比较，能够便捷地判断如何修改(增大还是减小)燃油附着补偿参数ε和燃油蒸发补偿参数τ_f。

图7是描述采用图5所示的目标空燃比的本发明的中如何调整燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数的步骤说明图。步骤701是当目标喷油量变为锯齿型波之后，找出该时间段储存在ECU中空燃比记录数据。步骤702是计算锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值是否小于目标误差，当最大差值大于目标误差时，运行步骤703。步骤703是根据差值数据调整喷油参数。当最大差值小于目标误差时，运行步骤704。步骤704是计算锯齿上升下降沿T_S-T₂时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值是否小于目标误差。当最大差值大于目标误差时，运行步骤705。步骤705是根据差值数据调整喷油参数。当最大差值小于目标误差时，运行步骤706。步骤706是设定所修正后的补偿参数作为新的控制参数，参数调整结束。

图8是描述采用图5所示的目标空燃比的本发明的调整燃油补偿参数之前和之后的效果说明图。如图所示，在输入锯齿型目标值后，修正前由于补偿参数误差实际当量比与目标值存在较大误差，参数修正后实际当量比会接近目标值的锯齿型波。

如上述说明，本发明根据提出了一种新的歧管喷射型汽油发动机暂态燃油控制方法。关于计算程序中涉及到的参数调节的问题，本实施例给出了参数调节的具体步骤。为了便于相关技术人员理解，本实施例给出了部分仿真结果。

在以上实施例中，吸入气筒内的空气量由空气流量传感器观测，但也有可能通过其他类型的传感器数据观测，比如压力传感器。

本发明的燃油控制装置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。例如，上述说明中以燃油附着补偿参数ε和燃油蒸发补偿参数τ_f为例说明了如何修正燃油补偿参数，但燃油补偿参数并不限定于这两种参数。根据发动机结构的不同也可以有其他燃油补偿参数。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)

1.一种歧管喷射型汽油发动机的燃油控制装置，其特征在于，

具备：

内燃机构；

与所述内燃机构相连的进气管路和排气管路；

节气阀门，配置于所述进气管路的下游；

进气歧 管，配置于所述节气阀门的下游；

喷油器，用于将汽油喷射至所述进气歧 管内；

至少一个气缸，具备进气门和排气门；

空燃比传感器，配置于排气管路的下游；以及

控制器，

所述控制器将由所述空燃比传感器测得的实测空燃比数据与ECU中存储的该工况的暂态空燃比记录数据相比较，在比较结果超出规定范围时，将空燃比目标值调整为在规定幅度内波动的值，并根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正燃油补偿参数，

所述燃油补偿参数包括燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数

在所述比较结果超出规定范围时，根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射，所述锯齿状的目标燃油的值的时间宽度为所述燃油蒸发补偿参数的10～20倍。

2.如权利要求1所述的燃油控制装置，其特征在于，

所述锯齿状的目标燃油的值的变化范围为3％～5％。

3.如权利要求1或2所述的燃油控制装置，其特征在于，

在根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射之后，

如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比实时数据与目标空燃比的最大差值大于第一目标误差，则调整所述燃油附着补偿参数；

如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值小于第一目标误差，且锯齿上升下降沿T_S-T₂时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值大于第二目标误差，则调整所述燃油蒸发补偿参数，

其中，T₁为上升下降沿起始时刻，T₂为上升下降沿终止时刻，T_S为T₁与T₂之间的时刻。

4.一种歧管喷射型汽油发动机的燃油控制方法，其特征在于，

所述歧管喷射型汽油发动机具备：

内燃机构；

与所述内燃机构相连的进气管路和排气管路；

节气阀门，配置于所述进气管路的下游；

进气歧 管，配置于所述节气阀门的下游；

喷油器，用于将汽油喷射至所述进气歧 管内；

至少一个气缸，具备进气门和排气门；以及

空燃比传感器，配置于排气管路的下游，

所述燃油控制方法包括：将由所述空燃比传感器测得的实测空燃比数据与ECU中存储的该工况的暂态空燃比记录数据相比较，在比较结果超出规定范围时，将空燃比目标值调整为在规定幅度内波动的值，并根据调整后的实测空燃比数据的波形来实时修正燃油补偿参数，

所述燃油补偿参数包括燃油附着补偿参数和燃油蒸发补偿参数，

在所述比较结果超出规定范围时，根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射，所述锯齿状的目标燃油的值的时间宽度为所述燃油蒸发补偿参数的10～20倍。

5.如权利要求4所述的燃油控制方法，其特征在于，

所述锯齿状的目标燃油的值的变化范围为3％～5％。

6.如权利要求4或5所述的燃油控制方法，其特征在于，

在根据进气量控制目标燃油以锯齿状喷射之后，

如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比实时数据与目标空燃比的最大差值大于第一目标误差，则调整所述燃油附着补偿参数；

如果锯齿上升下降沿T₁-T_S时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值小于第一目标误差，且锯齿上升下降沿T_S-T₂时刻记录的空燃比数据与目标空燃比的最大差值大于第二目标误差，则调整所述燃油蒸发补偿参数，

其中，T₁为上升下降沿起始时刻，T₂为上升下降沿终止时刻，T_S为T₁与T₂之间的时刻。

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