CN111042942B - 一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆，所述方法包括：当达到瞬态燃油激活条件时，获取瞬态油膜参数信息和实际空燃比；根据实际空燃比，获取气缸内实际需求燃油量；在初始采样周期内，根据瞬态油膜参数信息和气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；根据瞬态油膜参数信息和油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；根据油膜量和气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量；通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制，本发明可以实现对瞬态空燃比的精准控制，提高瞬态工况的燃烧效率，有效的改善瞬态工况的排放。

Description

一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆

技术领域

本发明涉及汽车燃油控制领域，特别涉及一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆。

背景技术

相比传统气道喷射，缸内直喷技术可以有效降低缸内温度，提高充气效率，降低爆震倾向；可以采用较大压缩比，从而提高扭矩和燃油经济性，缸内直喷汽油机研发成为汽车发展的主流。缸内直喷汽油机，主要利用高压油泵输出高压燃油，经燃油分配后，由喷油器在适当的时刻将燃油直接喷入燃烧室。但对于缸内直喷汽油机，在瞬态工况，油雾也会出现直接喷射到低温的气缸壁或活塞上，形成湿壁现象。这将导致空气和燃油的混合气体的浓度降低，导致燃烧效率低下，从而使得瞬态工况排放的恶化。

基于国内现状，对于现有的缸内直喷燃烧系统普遍存燃油湿壁现象，主要采用的方式是通过机械结构结构调整和标定喷油正时、点火正时、加浓系数实现。对于机械结构结构调整，如授权专利公告号CN204591511U公开的是一种用于直喷汽油机的活塞结构，在瞬态工况，易出现油束喷射到缸壁上，该装置并不能有效的避免，另外复杂活塞顶部设计也增加了加工的成本；另一授权专利号CN202937361U公开的是一种新型缸内直喷燃烧系统，缸内直喷燃烧系统的导流凹槽的设计形状变化大，易在凹槽处形成应力集中，长期会造成活塞顶部产生疲劳裂纹的风险，另外，复杂活塞顶部设计也增加了加工的成本；另一美国授权专利号US7104250B1，专利名称为Injection spray pattern for direct injectionspark ignition engines，是通过调整点火喷射和燃油喷射的角度可有效的改善燃油湿壁的问题，由于汽油机燃油控制的复杂性，并不能完全规避湿壁问题的产生，在瞬态工况也会出现湿壁问题。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆，能实现瞬态空燃比的精确控制，提高瞬态工况的燃烧效率，有效的改善瞬态工况的排放。

为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1：当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

S2：根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

S3：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

S4：根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

S5：根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量，其中所述油膜计算喷油量作为下一采样周期的油膜计算喷油量初始值；

S6：通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制，以及重复步骤S4-S6以获得连续喷油控制。

进一步地，所述瞬态油膜参数信息包括瞬态油膜凝结系数、沉淀系数或回流系数。

进一步地，所述步骤S3包括：

S301：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

S302：根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

进一步地，所述步骤S5包括：

S501：根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

S502：根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

S503：调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

S504：根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

进一步地，所述湿壁油膜包括第一湿壁油膜和第二湿壁油膜，所述第二湿壁油膜的一部分形成所述第二湿壁油膜，所述第二湿壁油膜的一部分形成所述回流油膜。

另一方面，本发明还提供一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

第二获取模块，用于根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

第三获取模块，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

第四获取模块，用于根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

第五获取模块，用于根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量；

控制模块，用于通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制。

进一步地，所述瞬态油膜参数信息包括瞬态油膜凝结系数、沉淀系数或回流系数。

进一步地，所述第三获取模块包括：

第一获取单元，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

第二获取单元，用于根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

进一步地，所述第五获取模块包括：

第三获取单元，用于根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

第四获取单元，根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

第五获取单元，用于调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

第六获取单元，用于根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

第三方面，本发明还提供一种车辆，所述车辆包括：

缸内直喷发动机；以及

上述提供的缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置。

采用上述技术方案，本发明所述的一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆具有如下有益效果：通过缸内直喷汽油机瞬态油膜之间的迭代关系，可以实现对瞬态空燃比的精准控制，提高瞬态工况的燃烧效率，有效的改善瞬态工况的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1本发明应用瞬态油膜分布位置示意图；

图2本发明所述的一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法的步骤图；

图3本发明所述的一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置的结构示意图；

图4是图3中第三获取模块的结构示意图；

图5是图3中第五获取模块的结构示意图；

图6本发明应用瞬态油膜形成示意图；

图7本发明一个实施例中瞬态燃油控制方法流程图；

图8是本发明应用瞬态油膜沉淀系数控制信号示意图；

图9是本发明应用瞬态油膜蒸发系数控制信号示意图；

图10是本发明应用瞬态油膜补偿修正信号示意图；

图11是本发明应用瞬态油膜模型瞬态加速验证曲线图；

图12是本发明应用瞬态油膜模型瞬态减速验证曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

针对国内外的研究，发现缸内直喷汽油机的湿壁问题并不能完全规避，但是由于湿壁问题，导致空燃比的控制很难有精确的控制，进而影响了燃料的燃烧效率，特别是瞬态工况的燃烧效率，因此本说明书的一个实施例提供了一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法，所述方法基于瞬态湿壁的机理建立缸内直喷汽油机的油膜模型，用于瞬态空燃比的精确控制，提高瞬态工况的燃烧效率，有效的改善瞬态工况的排放。

缸内直喷汽油机，主要利用高压油泵输出高压燃油，经燃油分配后，由喷油器在适当的时刻将燃油直接喷入燃烧室。但对于缸内直喷汽油机，在瞬态工况，油雾也会出现直接喷射到低温的气缸壁或活塞上，形成湿壁现象。这将导致空气和燃油的混合气体的浓度降低，导致燃烧效率低下，从而使得瞬态工况排放的恶化。与此同时，在进气阀初次打开时，缸内压力接近大气压力。汽油机工作时，歧管压力和气缸压力形成的压差导致残余废气从缸内进入进气歧管内。如果进气歧管的压力低于50kPa，回流的速度接近声速，此时也会在进气歧管处形成湿壁。

因此缸内直喷汽油机瞬态油膜主要包括湿壁油膜和回流油膜，如图1所示，作为可选地，所述湿壁油膜可以包括第一湿油膜和第二湿壁油膜，在这里我们把它们标记为湿壁油膜1、湿壁油膜2和回流油膜3，其中湿壁油膜1为快速动态油膜，主要分布在缸壁或活塞上，油膜动态时间常量为τ1秒；湿壁油膜2为慢速动态油膜，主要分布在缸壁或活塞上，油膜动态时间常量为τ2秒；回流油膜3的生成主要是歧管压力和气缸压力形成的压差导致残余废气从缸内进入进气歧管内，该回流油膜主要分布在进气歧管出口处，油膜动态时间常量为τ3秒。

如图6所示，针对缸内直喷汽油机的三类瞬态油膜相互关联，均满足蒸发和沉淀的动态方程，且三类油膜模型存在迭代关系，该迭代关系可描述为进入气缸燃油，一部分燃油经沉淀形成快速动态油膜，余下的燃油和快速动态油膜1蒸发的燃油量合成来自油膜1的总油量，来自油膜1的总油量一部分燃油经沉淀形成慢速动态油膜，余下的燃油和慢速动态油膜合成来自油膜2的总油量，合成来自油膜2的总油量一部分回流到进气歧管，形成回流油膜，余下的燃油和回流油膜的蒸发量进入气缸参与燃烧。三类油膜之间的迭代关系可真实的反映瞬态油膜参与气缸内燃烧的动态过程，利于精准的估算油膜的大小，保证瞬态空燃比补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，如图2所示，所述方法主要包括以下步骤：

S1：当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

只有在缸内直喷汽油机瞬态燃油激活才能进行瞬态燃油的控制，在没激活时空燃比自然就不会因此湿壁现象而改变，就不需要进行燃油补偿，具体地，需保证发动机起动完成，变速器档位和起动完成时间，其中发动机起动完成，表征发动机同步正时正常，可正常进入怠速工况；变速器档位不在N/P档，即在怠速工况不激活，保证怠速工况的平稳性；起动完成时间t>T_limit，主要保证瞬态油膜计算能平稳的介入，T_limit与水温T相关，当水温较低时，T_limit设置的要大一些，延迟瞬态油膜计算进入的时间。而当瞬态标志不激活时，瞬态无燃油补偿，总的瞬态油膜补偿系数R_sum[n]＝1。

其中瞬态油膜的参数信息包括瞬态油膜凝结系数、沉淀系数或回流系数，具体地，沉淀系数或回流系数的大小与发动机冷却液温度、进气歧管压力、转速、进气VVT当前的位置有关，油膜凝结系数反映油膜的蒸发量，与发动机蒸发时间常量相关，油膜蒸发时间常量基于多次统计测试得出；油膜初始值的计算基于沉淀系数、油膜凝结系数和瞬态补偿请求的燃油量估算。

发动机的实际空燃比则是根据发动机在燃油燃烧后获得空燃比，表示发动机燃烧的真实情况。

S2：根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

在已经获得实际空燃比的基础上，根据发动机参数可以获得当次燃烧时气缸内实际需求燃油量。

S3：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

具体地，所述步骤S3还包括以下步骤：

S301：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

S302：根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

S4：根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

S5：根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量，其中所述油膜计算喷油量作为下一采样周期的油膜计算喷油量初始值；

对瞬态油膜进行动态补偿的目的是为防止在特殊工况下造成的混合气偏浓或偏稀，这会造成发动机抖动，此外，还会影响排放。油膜补偿的最终目的是使得实际进入气缸的燃油量等于计算请求的燃油值。

油膜补偿系数的计算原理是保证进入实际缸内的燃油量和请求的燃油量保持相等；油膜补偿系数修正计算主要考虑水温和起动时间对湿壁油膜1、2的影响，总的油膜补偿系数计算主要是结合三类油膜的补偿系数计算总的补偿系数，主要用于空燃比的计算，用于精准控制瞬态燃油量，有效的降低瞬态工况有害物排放。

具体地，步骤S5可以包括以下步骤：

S501：根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

S502：根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

S503：调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

S504：根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

S6：通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制。

最后重复步骤S4-S6以获得连续喷油控制。

在上述提供的方法的基础上，本说明书的一个实施例还可以提供一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置，用于执行上述方法，具体地，如图3到5所示，所述装置包括：

第一获取模块，用于当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

第二获取模块，用于根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

第三获取模块，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

第四获取模块，用于根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

第五获取模块，用于根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量；

控制模块，用于通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制。

进一步地，所述第三获取模块包括：

第一获取单元，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

第二获取单元，用于根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

进一步地，所述第五获取模块包括：

第三获取单元，用于根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

第四获取单元，根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

第五获取单元，用于调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

第六获取单元，用于根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

在一些可能的实施例中，上述模块及单元可以是整车控制器的控制功能，当然也可以是发动气控制器的功能实现的，其功能实现的装置并不受限定，就不一一赘述了。

示例性地，下面以湿壁油膜1、湿壁油膜2和回流油膜3为例进行说明：

所述缸内直喷汽油机瞬态油膜计算算法具体实施方法如下：

步骤1：判断缸内直喷汽油机瞬态燃油计算激活条件，需保证发动机起动完成，变速器档位和起动完成时间，其中发动机起动完成，表征发动机同步正时正常，可正常进入怠速工况；变速器档位不在N/P档，即在怠速工况不激活，保证怠速工况的平稳性；起动完成时间t>T_limit，主要保证瞬态油膜计算能平稳的介入，T_limit与水温T相关，当水温较低时，T_limit设置的要大一些，延迟瞬态油膜计算进入的时间。而当瞬态标志不激活时，瞬态无燃油补偿，总的瞬态油膜补偿系数R_sum[n]＝1。

在发动机启动完成以及达到了瞬态燃油计算激活条件时，通过发动机的燃烧获得实际的空燃比，进而通过实际空燃比获得当次燃烧时的气缸内实际需求燃油量。

步骤2：计算瞬态油膜相关参数，主要计算瞬态油膜1、2、3的凝结系数和沉淀系数以及油膜初始值，其中凝结系数可用于表征瞬态油膜的蒸发过程，油膜蒸发的过程可描述为一阶系统时间响应，设定瞬态油膜1、2、3蒸发时间常量τ1、τ2和τ3，当采样周期为ΔT时，第n(n>0)个采样周期，瞬态油膜1、2、3的凝结系数K1[n]、K2[n]、K3[n]可描述为：

由于在每个气缸中，空燃比的混合是从气缸吸气开始到进气阀关闭结束，并且下个工作冲程到来之前混合气的空燃比已经确定，对于每个气缸而言，空燃比为离散的量。如图9所示，为了保证瞬态燃油计算的精确性，采样频率与每个工作冲程同步，这对缸内直喷汽油机的分缸控制更有效，为实现这种效果，瞬态油膜的控制的采样率与曲轴转速同步，定义为基于曲轴角域的采样，设定转速为Ne，发动机缸数为No，时域采样ΔT与角域采样Δθ的转换公式可描述为：

瞬态油膜时间常量τ的设定是基于发动机转速在1500r/min下进行统计的，其值按1500/Ne的比例进行相应缩放的值，不管发动机转速如何变化，对应着相同离散时间系数，因此：

将公式(3)带入(1)中，可得蒸发系数计算公式调整式：

瞬态油膜1、2、3凝结时间系数分别为K1_adj[n]、K2_adj[n]、K3_adj[n]，三者表征第n-1(n>0)个采样周期对应的油膜凝结系数，其值不随转速Ne变化而变化，即：

如图8所示，第n(n>0)个采样周期和n-1(n>0)个采样周期的瞬态油膜沉淀系数X[n]、X_adj[n]的计算，主要取决于第n个采样周期的水温T[n]、进气歧管压力P[n]、发动机转速Ne[n]和进气VVT的角度VVTi[n]，其中基于水温T[n]、进气歧管压力P[n]组成沉淀系数二维表MAP_X，可通过二维插值估算基本的瞬态油膜沉淀系数，该二维表的设定取决于实际整车标定优化；基于转速Ne[n]、进气VVT的角度VVTi[n]组成的VVT补偿二维表MAP_VVT，主要考虑进气VVT的位置对沉淀系数的影响，该二维表主要通过插值计算。因此，瞬态油膜1、2、3对应的第n(n>0)个采样周期的沉淀系数X1[n]、X2[n]、X3[n]可描述为：

对应的，瞬态油膜1、2、3对应的第n-1(n>0)个采样周期的沉淀系数X1_adj[n]、X2_adj[n]、X3_adj[n]可描述为：

对于油膜初始值的计算，主要基于油膜计算喷油量M_InjReq[n]，瞬态油膜凝结系数K[n]和沉淀系数X[n]进行计算，第n(n>0)个采样周期对应的瞬态油膜M_wall[n]的基本方程可描述为：

M_wall[n]＝X[n]·M_InjReq[n]+K[n]·M_wall[n-1] (8)

在初始状态下，第n-1(n>0)个采样周期的油膜量M_wall[n-1]与第n(n>0)个采样周期油膜量M_wall[n]相等，第n(n>0)个采样周期油膜的油膜计算喷油量M_InjReq[n]与第n(n>0)个气缸内实际需求燃油量M_OutReq[n]相等，其中气缸内实际需求燃油量M_OutReq[n]来自空燃比计算，则瞬态油膜1、2、3的初始值M1_wall[0]、M2_wall[0]和M3_wall[0]可描述为：

步骤3：计算三类瞬态油膜的油膜量，瞬态油膜1、2、3相互关联且存在迭代关系，均满足蒸发和沉淀的动态方程，该方程主要涉及油膜量M_wall[n]的计算和缸内喷油量M_OutReq[n]，公式(8)已描述油膜量M_wall[n]的计算。基于油膜计算的第n(n>0)个采样周期的油膜计算喷油量M_InjReq[n]，第n-1个采样周期的油膜量M_wall[n-1]，第n(n>0)个采样周期的瞬态油膜凝结系数K[n]和第n(n>0)个采样周期的沉淀系数X[n]进行计算，可将第n(n>0)个采样周期的缸内喷油量M_OutReq[n]离散方程为描述为：

M_OutReq[n]＝(1-X[n])·M_InjReq[n]+(1-K[n])·M_wall[n-1] (10)

基于公式(8)所描述的油膜量计算公式，当瞬态油膜沉淀或回流系数X[n]与瞬态油膜凝结系数K[n]的值改变时，瞬态油膜量M_wall[n]就会改变，一旦油膜总量改变就需进行燃油的补偿。但是有些参数的变化并不需要燃油的补偿，例如冷却液温度的瞬态变化，因此公式(8)并不能满足实际油膜的计算需求，需对其进行改进。当不需要瞬态燃油补偿时，已知第n(n>0)个采样周期的油膜计算喷油量M_InjReq[n]，第n-1(n>0)个采样周期瞬态油膜凝结系数K_adj[n]和第n-1(n>0)个采样周期的沉淀系数X_adj[n]，则第n(n>0)个采样周期缸内喷油量M_OutReq[n]离散方程又可描述为：

M_OutReq[n]＝(1-X_adj[n])·M_InReq[n]+(1-K_adj[n])·M_wall[n-1] (11)

结合公式(8)、(10)和(11)，优化后油膜计算公式可描述为：

对于瞬态油膜1，综合公式(11)和(12)，基于第n(n>0)个采样周期的油膜计算喷油量M_InjReq[n]、沉淀系数X1[n]和凝结系数K1[n]，可计算第n(n>0)个采样周期的油膜量M1_wall[n]和经湿壁油膜1输出的第n(n>0)个采样周期的缸内喷油量M1_OutReq[n]为:

对于瞬态油膜2，综合公式(11)和(12)，基于第n(n>0)个采样周期的油膜计算喷油量M_InjReq[n]、沉淀系数X2[n]和凝结系数K2[n]，可计算第n个采样周期的油膜量M2_wall[n]和经湿壁油膜2输出的第n(n>0)个采样周期的缸内喷油量M2_OutReq[n]为：

对于瞬态油膜3，综合公式(11)和(12)，基于第n(n>0)个采样周期的油膜计算喷油量M_InjReq[n]、沉淀系数X3[n]和凝结系数K3[n]，可计算第n(n>0)个采样周期的油膜量M1_wall[n]和经湿壁油膜3输出的第n(n>0)个采样周期的缸内喷油量M3_OutReq[n]为：

步骤4：计算基本油膜的补偿系数，对瞬态油膜进行动态补偿的目的是为防止在特殊工况下造成的混合气偏浓或偏稀，这会造成发动机抖动，此外，还会影响排放。油膜补偿的最终目的是使得实际进入气缸的燃油量等于计算请求的燃油值。基于公式(11)可得第n-1(n>0)个采样周期油膜计算喷油量M_InjReq[n-1]为：

第n(n>0)个采样周期的补偿系数R_Cmp[n]的计算公式可描述为：

由于缸内直喷汽油机的瞬态油膜分为三类，补偿计算时，先进行回流油膜3的燃油补偿、再次湿壁油膜2补偿，最后进行湿壁油膜1的补偿。

综合公式(16)和(17)，对于瞬态油膜3，第n-1(n>0)个采样周期油膜计算喷油量M3_InjReq[n-1]和第n(n>0)个采样周期进入缸内回流油膜补偿系数R3_Cmp[n]可描述如下：

综合公式(16)和(17)，对于瞬态油膜2，第n-1(n>0)个采样周期油膜计算喷油量M2_InjReq[n-1]和第n(n>0)个采样周期进入气缸内湿壁油膜补偿系数R2_Cmp[n]可描述如下：

综合公式(16)和(17)，对于瞬态油膜1，第n-1(n>0)个采样周期油膜计算喷油量M1_InjReq[n-1]和第n(n>0)个采样周期进入气缸内湿壁油膜补偿系数R1_Cmp[n]可描述如下：

步骤5：计算湿壁油膜补偿系数修正。燃油动态补偿修正是为了实现对发动机加减速工况时缸壁油膜的补偿修正，发动机加速时，节气门突然打开，缸内的压力突然增加，燃油蒸发变慢，气缸壁内沉积燃油增多，导致实际进入气缸燃油偏少，使得混合气变稀，为了补偿空燃比，需要瞬间增加喷油量；减速时情况与加速刚好相反，减速节气门突然关闭，由于发动机本身存在惯量，发动机转速并不会急剧下降，缸内压力急剧降低，加速了气缸壁内油膜的蒸发，瞬间进入气缸内的燃油偏多，混合气瞬间偏浓，此时需要减少喷油量。如图10所示，湿壁油膜补偿系数修正与水温T[n]和起动后经历时间t[n]有关，两者形成二维表MAP_Acc和MAP_Dec，分别用于插值计算补偿瞬态加速和减速状态的燃油。当补偿系数R_Cmp[n]大于1时，表征瞬态补偿处于加速补偿状态。由第n(n>0)个采样周期的发动机冷却液温度T[n]和起动完成经历的时间t[n]组成的二维表，经插值查表计算，第n(n>0)个采样周期的瞬态油膜修正系数R_Mod[n]可描述为：

R_Mod[n]＝MAP_Acc(T[n],t[n])·(R_Cmp[n]-1)+1 (21)

当补偿系数RCmp[n]小于等于1时，表征瞬态补偿处于加速补偿状态。由第n个采样周期的发动机冷却液温度T[n]和起动完成经历的时间t[n]组成的二维表，经插值计算，可得第n(n>0)个采样周期的瞬态油膜修正系数R_Mod[n]为：

R_Mod[n]＝MAP_Dec(T[n],t[n])·(R_Cmp[n]-1)+1 (22)

综合式(21)和(22)，对于第n(n>0)个采样周期，湿壁油膜1的修正系数R1_Mod[n]可描述为：

综合式(21)和(22)，对于第n(n>0)个采样周期，湿壁油膜2的修正系数R2_Mod[n]可描述为：

步骤6：计算总的补偿系数R_sum[n]，基于R1_Mod[n]、R2_Mod[n]和R3_Cmp[n]可得第n(n>0)个采样周期总的瞬态燃油补偿系数R_sum[n]：

R_sum[n]＝R1_Mod[n]·R2_Mod[n]·R3_Cmp[n] (25)

步骤7：总的补偿系数R_sum用于空燃比计算，经空燃比计算第n-1(n>0)个采样周期瞬态补偿请求喷油量M_OutReq[n-1]用于步骤4，用此计算基本油膜的补偿系数。

基于该湿壁油膜模型，以一搭载三缸直喷发动机试验车验证为例。对于瞬态加速工况，如图11所示，油门踏板开度从18％至38％左右，转速从1000rpm左右加速到3000rpm左右，总的油膜补偿系数在0s～1.5s和2.5s～5.4s出现大于1的情况，在加速阶段，过量空气系数控制在0.95～1.05之间，瞬态加速空燃比控制绝对偏差5％以内，满足空燃比控制标准需求。对于瞬态减速工况，如图12所示，油门踏板开度从30％至18％左右，转速从左右减速到2500rpm左右减速到1800rpm左右，总的油膜补偿系数在1.8s～2.4s出现小于1的情况，在减速阶段，过量空气系数控制0.95～1.05之间，瞬态减速空燃比控制绝对偏差5％以内，满足空燃比控制标准需求。

需要说明的是，上述瞬态油膜的数量类型可以根据不同的发动机工况进行调整，比如湿壁油膜只有一种类型。而且上述瞬态油膜的油膜量的计算算法也可以调整为多位表的插值估算，上述三类瞬态油膜的瞬态补偿系数的计算算法调整为多维表的插值估算，这里就不一一赘述了。

本说明书的一个实施例还提供一种车辆，所述车辆包括缸内直喷发动机；以及上述提供的缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置。

通过上述提供的一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法、装置及车辆可以取得如下有益效果：通过缸内直喷汽油机瞬态油膜之间的迭代关系，可以实现对瞬态空燃比的精准控制，提高瞬态工况的燃烧效率，有效的改善瞬态工况的排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

S2：根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

S3：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

S4：根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

S5：根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量，其中所述油膜计算喷油量作为下一采样周期的油膜计算喷油量初始值；

S6：通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制，以及重复步骤S4-S6以获得连续喷油控制；

其中，所述S5步骤包括：

根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

根据所述湿壁油膜补偿系数和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬态油膜参数信息包括瞬态油膜凝结系数、沉淀系数或回流系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3步骤包括：

S301：在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

S302：根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述湿壁油膜补偿系数和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数包括：

S503：调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

S504：根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿壁油膜包括湿壁油膜1和湿壁油膜2，所述湿壁油膜1的一部分形成所述湿壁油膜2，所述湿壁油膜2的一部分回流到进气歧管形成所述回流油膜；

所述湿壁油膜1为快速动态油膜，主要分布在缸壁或活塞上；所述湿壁油膜2为慢速动态油膜，主要分布在缸壁或活塞上。

6.一种缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于当达到瞬态燃油激活条件时，实时获取瞬态油膜参数信息和发动机实际空燃比，所述瞬态油膜包括湿壁油膜和回流油膜；

第二获取模块，用于根据所述实际空燃比，通过闭环控制获取气缸内实际需求燃油量；

第三获取模块，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值；

第四获取模块，用于根据所述瞬态油膜参数信息和所述油膜计算喷油量初始值，获取瞬态油膜的油膜量；

第五获取模块，用于根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量，其中所述油膜计算喷油量作为下一采样周期的油膜计算喷油量初始值；

控制模块，用于通过所述的瞬态油膜补偿系数调整空燃比，根据调整后的空燃比计算缸内喷油量，并进行喷油控制；

其中，所述根据所述油膜量和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜补偿系数和油膜计算喷油量，其中所述油膜计算喷油量作为下一采样周期的油膜计算喷油量初始值包括：

根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

根据所述湿壁油膜补偿系数和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述瞬态油膜参数信息包括瞬态油膜凝结系数、沉淀系数或回流系数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块包括：

第一获取单元，用于在初始采样周期内，根据所述瞬态油膜参数信息和所述气缸内实际需求燃油量，获取瞬态油膜初始值；

第二获取单元，用于根据所述瞬态油膜初始值和所述气缸内实际需求燃油量，获取油膜计算喷油量初始值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第五获取模块包括：

第三获取单元，用于根据所述油膜量、所述气缸内实际需求燃油量和所述瞬态油膜参数信息，获取油膜计算喷油量；

第四获取单元，用于根据所述气缸内实际需求燃油量和所述油膜计算喷油量，获取湿壁油膜补偿系数和回流油膜补偿系数；

第五获取单元，用于调整所述湿壁油膜补偿系数以获得湿壁油膜补偿系数修正值；

第六获取单元，用于根据所述湿壁油膜补偿系数修正值和所述回流油膜补偿系数，获取瞬态油膜补偿系数。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：

缸内直喷发动机；

权利要求6-9任一项所述的缸内直喷汽油机瞬态燃油控制装置。

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