CN109324602A - 一种混合动力车的氧传感器加热控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力车的氧传感器加热控制方法及系统，方法为：混合动力车的整车控制器HCU通过CAN总线给发动机ECU发送停机指令，发动机ECU接收到指令后，基于停机时间和标定的退出加热延迟时间共同判断氧传感器是否需要退出加热。停机时间在退出加热延迟时间限值内，氧传感器持续加热；若停机时间超出退出加热延迟时间限值，氧传感器退出加热，发动机重新启动后，需经过露点标定，标定之后氧传感器重新自加热。本发明以停机时间、预先标定的退出加热延迟时间以及露点标定的燃气量为判断基准，控制氧传感器作出相应动作，有效避免了氧传感器频繁加热、退出加热的更替，延长了氧传感器寿命，且确保了燃气喷射控制的精确性。
Description
技术领域
本发明属于天燃气发动机匹配混合动力技术领域，尤其是涉及一种混合动力车的氧传感器加热控制方法及氧传感器加热控制系统。
背景技术
气电混合动力车，即以天然气作为发动机能源，配合电动机来共同驱动车辆。其中的氧传感器是必不可少的反馈元件；有其特殊性，只有在高温时(端部达到300℃以上)其特性才能充分体现，才能输出电压；它在约750～780℃(工作温度)时，对混合气的变化反应最快。氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，热棒受发动机电控电元ECU控制，以实现氧传感器的自加热。且排气管内部存在冷凝水时，冷凝水会对进行自加热的氧传感器内部原件造成冲击，导致损坏，因此往往需要，发动机启动后，通过一定的控制策略或控制装置，使氧传感器及周围的排气管内壁冷凝水被蒸干，防止氧传感器受到冷凝水冲击损坏。
若混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，因此在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向发动机电控电元ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近，也就是通过氧传感器，实现空燃比全程精确的闭环控制。
现在车用天然气发动机匹配传统动力，发动机电控电元ECU通过监控发动机转速来控制氧传感器是否退出加热。当天然气发动机匹配混合动力时此控制方法会造成氧传感器频繁加热、退出加热，影响氧传感器寿命；同时氧传感器退出加热后，燃气的喷射无法进行闭环控制，影响燃气喷射控制的精确性。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个问题是，提出了一种混合动力车的氧传感器加热控制方法，该控制方法有效避免了氧传感器频繁加热、退出加热的更替，延长了氧传感器寿命，且确保了燃气喷射控制的精确性。
作为同一个技术构思，本发明所解决的第二个技术问题是提出了一种混合动力车的氧传感器加热控制系统
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：一种混合动力车的氧传感器加热控制方法，所述氧传感器加热控制方法包括以下步骤：
S1、所述混合动力车的整车控制器HCU通过CAN总线向所述混合动力车的发动机控制单元ECU发送停机指令；
S2、所述发动机控制单元ECU接收到停机指令后，基于停机时间及预先标定的退出加热延迟时间判断所述氧传感器是否需要退出自加热，若停机时间在预先标定的所述退出加热延迟时间限制之内，则执行步骤S3；若停机时间超出预先标定的所述退出加热延迟时间限制，则执行步骤S4；
S3、所述氧传感器持续自加热，所述混合动力车的天然气发动机重新启动后，所述氧传感器快速进入空燃比闭环控制中，检测排气中氧气的浓度并向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号；
S4、当停机时间超出预先标定的所述退出加热延迟时间限制时，所述氧传感器退出自加热，即所述氧传感器从空燃比闭环控制中退出，不再向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号；
所述天然气发动机重新启动后，进行露点标定，标定之后所述氧传感器重新开始自加热，自加热到所述氧传感器工作温度时，所述氧传感器重新进入空燃比闭环控制中，继续检测排气中氧气的浓度并向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号。
进一步，所述步骤S2中，所述退出加热延迟时间的标定方法包括：
基于外界环境温度和所述天燃气发动机转速为零时获取的所述排气管温度，标定出所述排气管温度下降至100℃时所需的时间，该时间为所述退出加热延迟时间，其中所述排气管为安装有所述氧传感器的排气管。
进一步，所述标定方法具体为：
借助空调改变所述外界环境温度，在不同所述外界环境温度下，通过台架试验模拟标定出自所述发动机转速下降至零开始计时，直至所述排气管温度下降至100℃结束计时的计时时间，所述计时时间为所述退出加热延迟时间。
进一步，所述步骤S4中，所述露点标定是指：通过台架试验模拟标定出所述天然气发动机在不同发动机冷却液温度下启动后需要喷射完多少燃气量，所述排气管温度才能达到100℃。
进一步，所述步骤S4中，所述标定之后所述氧传感器重新开始自加热是指：所述发动机控制单元ECU基于所述天然气发动机启动时的所述发动机冷却液温度，控制燃气喷射系统喷射完所述台架试验模拟标定的相应所述燃气量，之后所述氧传感器重新开始自加热。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案是：一种混合动力车的氧传感器加热控制系统，所述控制系统包括发动机控制单元ECU和天然气发动机；所述控制系统还包括：
设置于所述天然气发动机中排气管上的氧传感器和排气管温度传感器、设置于所述天然气发动机的缸体上且用于检测外界环境温度的环境温度传感器、设置于所述天然气发动机的缸体上且用于检测发动机冷却液温度的水温传感器；
所述氧传感器、所述排气管温度传感器、所述环境温度传感器和所述水温传感器均与所述发动机控制单元ECU电连接；所述发动机控制单元ECU基于所述天然气发动机的停机时间以及所述氧传感器、所述环境温度传感器、所述排气管温度传感器和所述水温传感器传送的信号，控制所述氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热。
进一步，所述发动机控制单元ECU包括处理器模块、传感器自加热控制模块和标定数据预存模块；
所述处理器模块用于获取所述氧传感器、所述环境温度传感器、所述排气管温度传感器和所述水温传感器传送的信号，用于根据获取的所述信号从所述标定数据预存模块中查找相应数据，并用于向所述传感器自加热控制模块发送指令；
所述传感器自加热控制模块用于接收所述处理器模块指令后控制所述氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热；
所述标定数据预存模块用于存储通过台架试验获得的退出加热延迟时间标定数据表和露点标定数据表。
进一步，所述处理器模块用于根据获取的所述外界环境温度和所述天燃气发动机转速为零时的所述排气管温度，从所述退出加热延迟时间标定数据表中查找出相对应的所述退出加热延迟时间，若所述停机时间在所述退出加热延迟时间限制之内，所述处理器模块用于向所述传感器自加热控制模块发送持续自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器持续自加热；
若所述停机时间超出所述退出加热延迟时间限制，所述处理器模块用于向所述传感器自加热控制模块发送退出自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器退出自加热。
进一步，所述天然气发动机在所述氧传感器退出自加热后再次启动时，所述处理器模块用于根据此时获取的所述发动机冷却液温度，从所述露点标定数据表中查找出所述天然气发动机需喷射的燃气量，且所述处理器模块用于在燃气喷射系统喷射完所述燃气量后，向所述传感器自加热控制模块发送重新自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器重新自加热。
进一步，所述混合动力车的整车控制器HCU与所述发动机控制单元ECU通过CAN总线实现相互之间的通信，所述整车控制器HCU用于向所述发动机控制单元ECU发送停机指令。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
混合动力车的整车控制器HCU通过CAN总线给发动机ECU发送停机报文指令，发动机ECU接收到指令后，基于停机时间(转速为零到转速大于零之间的时间间隔为停机时间)、预先标定的退出加热延迟时间共同判断氧传感器是否需要退出加热。停机时间在预先标定的退出加热延迟时间限值之内，氧传感器保持持续加热的状态，发动机启动后，氧传感器快速进入空燃比闭环控制中，检测排气中氧气的浓度并向发动机控制单元ECU发出反馈信号，提高了燃气喷射的精确和性扭矩响应的准确性；若停机时间超出预先标定的退出加热延迟时间限值，则氧传感器退出加热，发动机重新启动后，需露点标定(使排气管因停机时间过长集聚的冷凝水以蒸汽形式扩散掉，避免了对进行自加热的氧传感器内部原件造成冲击致使损坏，有效的保护氧传感器)，标定之后氧传感器重新自加热，加热到工作温度后氧传感器立即进入空燃比闭环控制中，确保了燃气喷射控制的精确性。
综上，本发明以停机时间、预先标定的退出加热延迟时间以及露点标定为判断基准，控制氧传感器作出相应动作，有效避免了氧传感器频繁加热、退出加热的更替，延长了氧传感器寿命，且确保了燃气喷射控制的精确性。
附图说明
图1是本发明混合动力车的氧传感器加热控制方法的流程图；
图2是图1中步骤S4的具体方法流程图；
图3是图1中步骤S2中退出加热延迟时间标定方法的流程图；
图4是本发明混合动力车的氧传感器加热控制系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是为了便于简化描述，用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1至图3共同所示，一种混合动力车的氧传感器加热控制方法，具体包括以下步骤：
S1、混合动力车的整车控制器HCU通过CAN总线向混合动力车的发动机控制单元ECU发送停机指令。
S2、发动机控制单元ECU接收到停机指令后，控制天然气发动机开始执行停机指令，基于停机时间(天然气发动机转速为零到转速大于零之间的时间间隔为停机时间)及预先标定的退出加热延迟时间判断氧传感器是否需要退出自加热，若停机时间在预先标定的退出加热延迟时间限制之内，则执行步骤S3；若停机时间超出预先标定的退出加热延迟时间限制，则执行步骤S4；
S3、氧传感器持续自加热，混合动力车的天然气发动机重新启动后，氧传感器快速进入空燃比闭环控制中，检测排气中氧气的浓度并向发动机控制单元ECU发出反馈信号，即此时通过氧传感器，实现了空燃比全程精确的闭环控制。
S4、当停机时间超出预先标定的退出加热延迟时间限制时(预示着排气管中会集聚一定量的冷凝水，会对进行自加热的氧传器产生冲击)，氧传感器退出自加热，即氧传感器从空燃比闭环控制中退出，不再向发动机控制单元ECU发出反馈信号；也就是说此时燃气喷射控制为开环控制，没有反馈信号无法进行空燃比的闭环修正。
天然气发动机重新启动后，进行露点标定，标定之后氧传感器重新开始自加热，自加热到氧传感器工作温度时，氧传感器重新进入空燃比闭环控制中，继续检测排气中氧气的浓度并向发动机控制单元ECU发出反馈信号。
本实施例中，步骤S2中，退出加热延迟时间的标定方法包括：
基于外界环境温度和天燃气发动机转速为零时获取的排气管温度(即为基准排气管温度)，通过台架试验模拟标定出基准排气管温度下降至100℃时所需的时间，该时间为退出加热延迟时间，其中排气管为安装有氧传感器的排气管。
上述标定方法具体为：
借助空调改变外界环境温度，在不同外界环境温度下，通过台架试验模拟标定出自发动机转速下降至零开始计时，直至排气管温度下降至100℃结束计时的计时时间，计时时间为退出加热延迟时间。
简言之，借助空调改变外界环境温度，通过台架试验模拟标定出基准排气管温度下降至100℃时所需的时间，所需时间为退出加热延迟时间，汇总获得不同外界环境温度和基准排气管温度下，相应的退出加热延迟时间，并将汇总的数据表存入发动机控制单元ECU内。
本实施例中，步骤S4中，露点标定是指：通过台架试验模拟标定出天然气发动机在不同发动机冷却液温度下启动后需要喷射完多少燃气量，排气管温度才能达到100℃，即天然气发动机在不同发动机冷却液温度下启动后需要喷射完多少燃气量，才能使氧传感器及周围的排气管内壁冷凝水被蒸干，以确保氧传感器重新开始自加热的安全性。汇总获得在不同发动机冷却液温度启动下，需喷射的相应燃气量，并将汇总的数据表存入发动机控制单元ECU内。
步骤S4中，标定之后氧传感器重新开始自加热是指：发动机控制单元ECU基于天然气发动机启动时的发动机冷却液温度，控制燃气喷射系统喷射完上述台架试验模拟标定的相应燃气量，之后氧传感器重新开始自加热，有效保护氧传感器。
本发明以停机时间、预先标定的退出加热延迟时间以及露点标定的燃气量为判断基准，控制氧传感器作出相应动作，有效避免了氧传感器频繁加热、退出加热的更替，延长了氧传感器寿命，且确保了燃气喷射控制的精确性。
实施例二：
本实施提供了一种实现上述氧传器加热控制方法的混合动力车的氧传感器加热控制系统，该控制系统包括发动机控制单元ECU和所天然气发动机；混合动力车的整车控制器HCU与发动机控制单元ECU通过CAN总线实现相互之间的通信，整车控制器HCU用于向发动机控制单元ECU发送停机指令。该控制系统还包括：
设置于天然气发动机中排气管上的氧传感器和排气管温度传感器、设置于天然气发动机的缸体上且用于检测外界环境温度的环境温度传感器、设置于天然气发动机的缸体上且用于检测发动机冷却液温度的水温传感器。
氧传感器、排气管温度传感器、环境温度传感器和水温传感器均与发动机控制单元ECU电连接。
发动机控制单元ECU基于天然气发动机的停机时间以及氧传感器、环境温度传感器、排气管温度传感器和水温传感器传送的信号，控制氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热。
在本实施例中，如图4所示，发动机控制单元ECU包括处理器模块、传感器自加热控制模块和标定数据预存模块。
处理器模块是发动机控制单元ECU的核心，该处理器模块用于获取氧传感器、环境温度传感器、排气管温度传感器和水温传感器传送的信号，用于根据获取的信号从标定数据预存模块中查找相应数据，并用于向传感器自加热控制模块发送指令。
传感器自加热控制模块用于接收处理器模块指令后控制氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热。
标定数据预存模块用于存储通过台架试验获得的退出加热延迟时间标定数据表和露点标定数据表。
其中：处理器模块用于根据获取的外界环境温度(环境温度传感器检测的)和天燃气发动机转速为零时的排气管温度(排气管温度传感器检测的)，从退出加热延迟时间标定数据表中查找出相对应的退出加热延迟时间，若天然气发动机停机时间在退出加热延迟时间限制之内，处理器模块用于向传感器自加热控制模块发送持续自加热指令，使传感器自加热控制模块控制氧传感器持续自加热。
若停机时间超出退出加热延迟时间限制，处理器模块用于向传感器自加热控制模块发送退出自加热指令，使传感器自加热控制模块控制氧传感器退出自加热。
天然气发动机在氧传感器退出自加热后再次启动时，处理器模块用于根据此时获取的发动机冷却液温度，从露点标定数据表中查找出天然气发动机需喷射的燃气量，且处理器模块用于在燃气喷射系统喷射完燃气量后，向传感器自加热控制模块发送重新自加热指令，使传感器自加热控制模块控制氧传感器重新自加热。
需要说明的是：
借助空调改变外界环境温度，通过台架试验模拟标定出基准排气管温度下降至100℃时所需的时间，所需时间为退出加热延迟时间；将获得的不同外界环境温度和基准排气管温度下，相应的退出加热延迟时间汇总成退出加热延迟时间标定数据表存入标定数据预存模块内；便于处理器模块直接查找调用相应数据。
通过台架试验模拟标定出天然气发动机在不同发动机冷却液温度下启动后需要喷射完多少燃气量，排气管温度才能达到100℃。将获得的在不同发动机冷却液温度启动下，需喷射的相应燃气量汇总成露点标定数据表也存入标定数据预存模块内；便于处理器模块直接查找调用相应数据。
虽然列举了两个实施例，但本领域技术人应当清楚的是，上述两个实施例可以根据需要单独使用或相互结合使用。另外，对于控制系统实施例而言，由于其是与控制方法实施例相对应，所以描述较为简单。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改和改进，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种混合动力车的氧传感器加热控制方法，其特征在于，所述氧传感器加热控制方法包括以下步骤:
S1、所述混合动力车的整车控制器HCU通过CAN总线向所述混合动力车的发动机控制单元ECU发送停机指令；
S2、所述发动机控制单元ECU接收到停机指令后，基于停机时间及预先标定的退出加热延迟时间判断所述氧传感器是否需要退出自加热，若停机时间在预先标定的所述退出加热延迟时间限制之内，则执行步骤S3；若停机时间超出预先标定的所述退出加热延迟时间限制，则执行步骤S4；
S3、所述氧传感器持续自加热，所述混合动力车的天然气发动机重新启动后，所述氧传感器快速进入空燃比闭环控制中，检测排气中氧气的浓度并向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号；
S4、当停机时间超出预先标定的所述退出加热延迟时间限制时，所述氧传感器退出自加热，即所述氧传感器从空燃比闭环控制中退出，不再向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号；
所述天然气发动机重新启动后，进行露点标定，标定之后所述氧传感器重新开始自加热，自加热到所述氧传感器工作温度时，所述氧传感器重新进入空燃比闭环控制中，继续检测排气中氧气的浓度并向所述发动机控制单元ECU发出反馈信号。
2.如权利要求1所述的混合动力车的氧传感器加热控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述退出加热延迟时间的标定方法包括：
基于外界环境温度和所述天燃气发动机的转速为零时获取的所述排气管温度，模拟标定出所述排气管温度下降至100℃时所需的时间，该时间为所述退出加热延迟时间，其中所述排气管为安装有所述氧传感器的排气管。
3.如权利要求2所述的混合动力车的氧传感器加热控制方法，其特征在于，所述标定方法具体为：
借助空调改变所述外界环境温度，在不同所述外界环境温度下，通过台架试验模拟标定出自所述发动机转速下降至零开始计时，直至所述排气管温度下降至100℃结束计时的计时时间，所述计时时间为所述退出加热延迟时间。
4.如权利要求1所述的混合动力车的氧传感器加热控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述露点标定是指：通过台架试验模拟标定出所述天然气发动机在不同发动机冷却液温度下启动后需要喷射完多少燃气量，所述排气管温度才能达到100℃。
5.如权利要求4所述的混合动力车的氧传感器加热控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述标定之后所述氧传感器重新开始自加热是指：所述发动机控制单元ECU基于所述天然气发动机启动时的所述发动机冷却液温度，控制燃气喷射系统喷射完所述台架试验模拟标定的相应所述燃气量，之后所述氧传感器重新开始自加热。
6.一种混合动力车的氧传感器加热控制系统，所述控制系统包括发动机控制单元ECU和天然气发动机；其特征在于，所述控制系统还包括：
设置于所述天然气发动机中排气管上的氧传感器和排气管温度传感器、设置于所述天然气发动机的缸体上且用于检测外界环境温度的环境温度传感器、设置于所述天然气发动机的缸体上且用于检测发动机冷却液温度的水温传感器；
所述氧传感器、所述排气管温度传感器、所述环境温度传感器和所述水温传感器均与所述发动机控制单元ECU电连接；
所述发动机控制单元ECU基于所述天然气发动机的停机时间以及所述氧传感器、所述环境温度传感器、所述排气管温度传感器和所述水温传感器传送的信号，控制所述氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热。
7.如权利要求6所述的混合动力车的氧传感器加热控制系统，其特征在于，
所述发动机控制单元ECU包括处理器模块、传感器自加热控制模块和标定数据预存模块；
所述处理器模块用于获取所述氧传感器、所述环境温度传感器、所述排气管温度传感器和所述水温传感器传送的信号，用于根据获取的所述信号从所述标定数据预存模块中查找相应数据，并用于向所述传感器自加热控制模块发送指令；
所述传感器自加热控制模块用于接收所述处理器模块指令后控制所述氧传感器持续自加热、退出自加热或重新自加热；
所述标定数据预存模块用于存储通过台架试验获得的退出加热延迟时间标定数据表和露点标定数据表。
8.如权利要求7所述的混合动力车的氧传感器加热控制系统，其特征在于，
所述处理器模块用于根据获取的所述外界环境温度和所述天燃气发动机转速为零时的所述排气管温度，从所述退出加热延迟时间标定数据表中查找出相对应的所述退出加热延迟时间，若所述停机时间在所述退出加热延迟时间限制之内，所述处理器模块用于向所述传感器自加热控制模块发送持续自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器持续自加热；
若所述停机时间超出所述退出加热延迟时间限制，所述处理器模块用于向所述传感器自加热控制模块发送退出自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器退出自加热。
9.如权利要求8所述的混合动力车的氧传感器加热控制系统，其特征在于，所述天然气发动机在所述氧传感器退出自加热后再次启动时，所述处理器模块用于根据此时获取的所述发动机冷却液温度，从所述露点标定数据表中查找出所述天然气发动机需喷射的燃气量，且所述处理器模块用于在燃气喷射系统喷射完所述燃气量后，向所述传感器自加热控制模块发送重新自加热指令，使所述传感器自加热控制模块控制所述氧传感器重新自加热。
10.如权利要求6所述的混合动力车的氧传感器加热控制系统，其特征在于，所述混合动力车的整车控制器HCU与所述发动机控制单元ECU通过CAN总线实现相互之间的通信，所述整车控制器HCU用于向所述发动机控制单元ECU发送停机指令。
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