CN109681336B - 一种转子发动机电控单元控制方法 - Google Patents

一种转子发动机电控单元控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转子发动机电控单元控制方法，适用于进气道喷射的汽油转子发动机，根据转子发动机的工作原理，围绕双路曲轴位置传感器设计发动机电控单元控制策略，包括电控单元的软件正时、喷油点火控制策略和双转速冗余诊断策略，通过分析测量值，判断哪路测速通道产生故障，然后计算喷油延迟时间和点火延迟时间，其次决定喷油器开启时刻，过了喷油延迟时间后打开喷油器进行喷油动作，点火延迟时间决定转子发动机点火充磁开始时刻，充磁结束后火花塞放电点火。本方法能够精确控制转子发动机点火和喷油正时，并且能对曲轴位置传感器出现的故障进行分析，并且根据每种故障进行相应的处理。使转子发动机运行平稳可靠。

Description

一种转子发动机电控单元控制方法
技术领域
本发明涉及发动机控制技术领域，特别涉及一种转子发动机电控单元控制策略
背景技术
转子发动机转子的旋转运动直接转化为曲轴的旋转运动，取消了传统往复式发动机的活塞直线运动，转速可以大幅度地提高，运行平稳，振动噪声较小。转子发动机由于没有曲柄连杆机构和气门机构，结构简单，维修方便，体积小，质量轻。与同功率往复式活塞发动机相比，升功率是后者的一倍。在发动机转速相同时，转子发动机的进气行程和作功行程时间更长，这就使得发动机的进气更为充分，作功密度更高，输出功率更大，功重比高。由于上述优点，转子发动机在航空领域具有独特的优势，某些型号无人机上使用其作为动力源，许多增程式电动汽车上也运用转子发动机作为增程器。在相同转速下，转子发动机的点火喷油频率是四行程往复式活塞发动机的两倍，这就对转子发动机燃油系统及点火系统的动态响应以及对发动机控制系统的实时性和准确性提出更高的要求。转子发动机燃烧室结构与传统的活塞式发动机不同，转子发动机燃烧室为扁平狭长型，这种燃烧室形状使得燃烧室内的气流速度远远大于火焰传播速度，并且无法使燃料与空气较好地混合，并且火焰在传播过程中容易出现淬熄而导致燃烧室内的窄通道内残留大量的未燃烃。基于上述原因，这就需要优化转子发动机点火系统的设计和控制针对转子发动机的工作原理，发动机ECU在控制逻辑以及时刻上与传统往复式活塞发动机有一定的区别。因此，研究转子发动机电控单元的控制策略具有重要的理论意义与工程实用价值。
国内化油器式转子发动机早已有研制，但是对于转子发动机电控系统的研究还处于初步阶段，可供查阅的资料较少。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种转子发动机电控单元控制方法，该方法能够精确控制转子发动机点火和喷油正时，使转子发动机运行平稳可靠。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种转子发动机电控单元控制方法，包括以下步骤：
步骤1，发动机ECU首先读取各传感器输入的信号，包括温度传感器、压力传感器、转速传感器信号进行计算，判断双路曲轴位置传感器信号是否正常，两路使用相同的曲轴位置传感器，ECU包括两路测速通道使用相同的硬件电路，用Sij表示第i个通道在j时刻的测量值；若某个测速通道出现故障，不管是曲轴位置传感器、ECU上的硬件电路有问题，都应该反映在该通道测量转速值异常上，通过分析测量值，判断哪路测速通道产生故障，并对故障状态进行判断；
在ECU中要限制发动机转速在某一上限值Smax，防止因故障而出现发动机转速突然上升失控，即转速测量值有：
0≤Sij≤Smax
其中，Sij表示第i个通道在j时刻的测量值；
在程序中设定一个判断阀值P1，Smax<P1,当Sij>P1时，且该现象出现超过一定的时间，则判断第i个通道出现信号异常故障，弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准；若一路测速通道的转速测量值为0，另一通道的转速测量值不为0，为一正常值，即：
S1j＝0且0<S2j≤Smax
或S2j＝0且0<S1j≤Smax
该现象出现且持续一定的时间，那么程序中即可判断该通道发生信号丢失故障；当两路测速通道测量值都为0时，则程序中应该立刻断油断火，停机检查，检查传感器是否损坏、ECU电路是否损坏等；当发动机节气门开度一定时，发动机运行在稳定工况，转速测量值的变化有一定限值P2，当发动机运行在稳定工况时，转速测量值超过限值P2，即：
|Sij-Si(j-1)|>P2
该现象出现并且持续一段时间，则判断测速通道i发生故障，程序中弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准；
步骤2，发动机将节气门开度信号和转速信号输入到ECU，ECU根据这两个信号，程序中的点火MAP和喷油MAP进行插值计算，得到基本点火充磁脉宽和喷油脉宽；
步骤3，根据步骤2得到的点火充磁脉宽和喷油脉宽、以及不同转速和节气门下的点火提前角和喷油提前角对应的延时角度计算对应的喷油延迟时间Td1和点火延迟时间Td2：
Figure DEST_PATH_GDA0001998504570000021
Figure DEST_PATH_GDA0001998504570000022
其中，βInj为喷油提前角，βig为点火提前角，α为传感器产生的转速信号所对应的曲轴位置与转子发动机上止点位置的固定角度，Td1为喷油延迟时间，Td2为点火延迟时间，
Tinj为喷油脉宽，Tig为点火充磁脉宽，n为当前发动机转速；
步骤4，通过喷油延迟时间Td1决定喷油器开启时刻，过了喷油延迟时间Td1时间后打开喷油器进行喷油动作，点火延迟时间Td2决定转子发动机点火充磁开始时刻，充磁结束后火花塞放电点火。
优选的：发动机转速信号通过一个信号盘和两个完全相同的霍尔式接近开关产生。
优选的：信号盘圆周上分布有一个凹坑和一个凸台，当凸台接近时，接近开关输出低电平；当凹坑接近时，接近开关输出高电平。
优选的：凹坑深度为8mm，凹坑和凸台沿沿周向均匀分布。
优选的：发动机上装有两个曲轴位置传感器，两个位置传感器的安装位置是水平对置，做转速信号冗余设计。
优选的：转子发动机曲轴旋转一周，位置传感器采集两个互补的方波信号，作为转速信号输入到ECU中
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明一种转子发动机电控单元控制策略，通过高性能的电子控制单元，能够对转子发动机各个传感器进行信号采集，实现对转子发动机喷油点火时序、点火充磁脉宽、喷油脉宽的精确控制，进行了双路转速信号冗余设计，提出的转速冗余故障诊断方法，提高转子发动机ECU可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构框图
图2为图1的曲轴位置传感器图
图3为图1的ECU基本控制逻辑时序图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种转子发动机电控单元控制方法，如图1-3所示，发动机转速信号是由一个信号盘和两个完全相同的霍尔式接近开关产生的。信号盘圆周上分布有一个凹坑和一个凸台，凹坑深度为8mm，凹坑和凸台各占圆周180°平均分布。当凸台接近时，接近开关输出低电平，当凹坑接近时，接近开关输出高电平。发动机上装有两个曲轴位置传感器，两个传感器的安装位置是水平对置，做转速信号冗余设计。转子发动机曲轴旋转一周，曲轴位置传感器采集两个互补的方波信号，两路曲轴位置传感器输出互补的方波信号，作为转速信号输入到ECU中。转子发动机电控单元控制策略包括电控单元的软件正时、喷油点火控制策略和双转速冗余诊断策略。该策略能够精确控制转子发动机点火和喷油正时，使转子发动机运行平稳可靠。
软件正时：ECU根据发动机上各种传感器采集的信号，获取当前发动机曲轴的运行位置，输出相应的控制信号。软件正时是实现喷油脉宽和喷油正时、点火充磁脉宽和点火正时精确控制的基础。
喷油正时和点火正时：喷油正时控制是控制喷油提前角。点火正时控制是控制点火提前角。本专利采用的曲轴位置传感器产生中断信号间隔360°，如果每次都在产生中断信号处喷油，当发动机转速变化时，由喷油器喷射进入发动机的燃油不能较好地与空气混合，导致发动机燃烧状态恶化。根据两路曲轴位置传感器信号，判断当前发动机曲轴运行位置，计算喷油和点火延时时间，对喷油点火正时进行精确控制，因此本发明运用延时的方法，实现对喷油正时和点火正时的精确控制。
喷油脉宽和点火充磁脉宽：发动机将节气门开度信号和转速信号输入到ECU，ECU根据这两个信号对程序中的点火MAP和喷油MAP进行插值计算，得到基本点火充磁脉宽和喷油脉宽。
曲轴位置传感器故障诊断：ECU是根据曲轴位置传感器信号来对发动机进行精确控制，为保证测量转速功能的可靠性，采用两路曲轴位置传感器，做双路冗余转速输入设计。两路曲轴位置传感器输出互补的方波信号，同时输入到发动机ECU中，一路输入捕捉上升沿，一路输入捕捉下降沿，双路冗余测速算法以第一路信号为主，即以捕捉上升沿一路为主，另一路为备用。两路使用相同的曲轴位置传感器，ECU上两路测速通道使用相同的硬件电路，用Sij表示第i个通道在j时刻的测量值。若某个测速通道出现故障，不管是曲轴位置传感器、ECU上的硬件电路有问题，都应该反映在该通道测量转速值异常上，通过分析测量值，可以判断哪路测速通道产生故障，并对故障状态进行判断。具体步骤为：
步骤一，发动机ECU首先读取各传感器输入的信号，包括温度传感器、压力传感器、转速传感器等信号进行计算，判断双路曲轴位置传感器信号是否正常，两路使用相同的曲轴位置传感器，ECU上两路测速通道使用相同的硬件电路，用Sij表示第i个通道在j时刻的测量值。若某个测速通道出现故障，不管是曲轴位置传感器、ECU上的硬件电路有问题，都应该反映在该通道测量转速值异常上，通过分析测量值，可以判断哪路测速通道产生故障，并对故障状态进行判断。
在ECU软件程序中要限制发动机转速在某一上限值Smax，防止因故障而出现发动机转速突然上升失控，即转速测量值有：
0≤Sij≤Smax
在程序中设定一个判断阀值P1，Smax<P1,当Sij>P1时，且该现象出现超过一定的时间，则判断第i个通道出现信号异常故障，弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准。若一路测速通道的转速测量值为0，另一通道的转速测量值不为0，为一正常值，即：
S1j＝0且0<S2j≤Smax
或S2j＝0且0<S1j≤Smax
该现象出现且持续一定的时间，那么程序中即可判断该通道发生信号丢失故障。当两路测速通道测量值都为0时，则程序中应该立刻断油断火，停机检查，检查传感器是否损坏、ECU硬件电路是否损坏等。当发动机节气门开度一定时，发动机运行在稳定工况，转速测量值的变化有一定限值P2，当发动机运行在稳定工况时，转速测量值超过限值P2，即：
|Sij-Si(j-1)|>P2
该现象出现并且持续一段时间，则可以判断测速通道i发生故障，程序中弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准。
步骤二，发动机将节气门开度信号和转速信号输入到ECU，ECU根据这两个信号对预存在程序中的点火MAP和喷油MAP进行插值计算，得到基本点火充磁脉宽和喷油脉宽。
图3中βInj为喷油提前角(°)，βig为点火提前角(°)。α为传感器产生的转速信号所对应的曲轴位置与转子发动机上止点位置的固定角度，Td1为喷油延迟时间，Td2为点火延迟时间，Tinj为喷油脉宽，Tig为点火充磁脉宽。其中βinj，βig，Tinj，Tig为已知。根据不同转速和节气门下的点火提前角和喷油提前角对应的延时角度可以算得对应的延时时间Td1和Td2。当ECU检测到曲轴位置传感器转速信号后，设当前发动机转速n(r/min)，所以当ECU捕捉上升沿信号，点火和喷油延时时间根据曲轴位置传感器输入上升沿信号进行公式计算：
Figure DEST_PATH_GDA0001998504570000051
Figure DEST_PATH_GDA0001998504570000052
计算出Td1和Td2之后，Td1为喷油延时时间，Td2为点火延时时间，Td1决定喷油器开启时刻，软件进行延时，过了Td1时间后打开喷油器进行喷油动作，Td2决定转子发动机点火充磁开始时刻，充磁结束后火花塞放电点火。
本发明的转子发动机电控单元控制方法适用于进气道喷射的汽油转子发动机，根据转子发动机的工作原理，围绕双路曲轴位置传感器设计发动机电控单元控制策略，包括电控单元的软件正时、喷油点火控制策略和双转速冗余诊断策略。本方法能够精确控制转子发动机点火和喷油正时，并且能对曲轴位置传感器出现的故障进行分析，并且根据每种故障进行相应的处理。使转子发动机运行平稳可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种转子发动机电控单元控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，发动机ECU首先读取各传感器输入的信号，包括温度传感器、压力传感器、转速传感器信号进行计算，判断双路曲轴位置传感器信号是否正常，两路使用相同的曲轴位置传感器，采用的曲轴位置传感器产生中断信号间隔360°，转子发动机曲轴旋转一周，曲轴位置传感器采集两个互补的方波信号，两路曲轴位置传感器输出互补的方波信号，作为转速信号输入到ECU中；ECU包括两路测速通道使用相同的硬件电路，用Sij表示第i个通道在j时刻的测量值；若某个测速通道出现故障，不管是曲轴位置传感器、ECU上的硬件电路有问题，都应该反映在该通道测量转速值异常上，通过分析测量值，判断哪路测速通道产生故障，并对故障状态进行判断；
在ECU中要限制发动机转速在某一上限值Smax，防止因故障而出现发动机转速突然上升失控，即转速测量值有：
0≤Sij≤Smax
其中，Sij表示第i个通道在j时刻的测量值；
在程序中设定一个判断阀值P1，Smax<P1,当Sij>P1时，且该现象出现超过一定的时间，则判断第i个通道出现信号异常故障，弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准；若一路测速通道的转速测量值为0，另一通道的转速测量值不为0，为一正常值，即：
S1j＝0且0<S2j≤Smax
或S2j＝0且0<S1j≤Smax
该现象出现且持续一定的时间，那么程序中即可判断该通道发生信号丢失故障；当两路测速通道测量值都为0时，则程序中应该立刻断油断火，停机检查，检查传感器是否损坏、ECU电路是否损坏；当发动机节气门开度一定时，发动机运行在稳定工况，转速测量值的变化有一定限值P2，当发动机运行在稳定工况时，转速测量值超过限值P2，即：
|Sij-Si(j-1)|>P2
该现象出现并且持续一段时间，则判断测速通道i发生故障，程序中弃用该通道测量值，以另一通道测量值为准；
步骤2，发动机将节气门开度信号和转速信号输入到ECU，程序中的点火MAP和喷油MAP进行插值计算，得到基本点火充磁脉宽和喷油脉宽；
步骤3，根据步骤2得到的点火充磁脉宽和喷油脉宽、以及不同转速和节气门下的点火提前角和喷油提前角对应的延时角度计算对应的喷油延迟时间Td1和点火延迟时间Td2：
Figure FDA0002973960160000021
Figure FDA0002973960160000022
其中，βInj为喷油提前角，βig为点火提前角，α为传感器产生的转速信号所对应的曲轴位置与转子发动机上止点位置的固定角度，Td1为喷油延迟时间，Td2为点火延迟时间，Tinj为喷油脉宽，Tig为点火充磁脉宽，n为当前发动机转速；
步骤4，通过喷油延迟时间Td1决定喷油器开启时刻，过了喷油延迟时间Td1时间后打开喷油器进行喷油动作，点火延迟时间Td2决定转子发动机点火充磁开始时刻，充磁结束后火花塞放电点火。
2.根据权利要求1所述转子发动机电控单元控制方法，其特征在于：发动机转速信号通过一个信号盘和两个完全相同的霍尔式传感器产生。
3.根据权利要求2所述转子发动机电控单元控制方法，其特征在于：信号盘圆周上分布有一个凹坑和一个凸台，当凸台接近时，传感器输出低电平；当凹坑接近时，传感器输出高电平。
4.根据权利要求1所述转子发动机电控单元控制方法，其特征在于：发动机上装有两个曲轴位置传感器，两个位置传感器的安装位置是水平对置，做转速信号冗余设计。
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