CN111852671A - 一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统及方法 - Google Patents

一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，包括一用于采集喷油器喷油脉宽的脉宽采集单元、一用于采集喷油结束到排气门打开的开门时间采集单元、一用于采集废气在排气管中传播时间的传播时间采集单元、一用于采集废气充满整个排气管的时间的充满时间采集单元以及一处理单元。所述处理单元根据前述的4个采集单元所采集的时间计算前馈参数。本发明采集当前汽油发动机当前的真实数据，实时计算汽油发动机的前馈参数，从而使发动机控制器做出最适合当前工况的指令。

Description

一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，尤其涉及一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统及方法。
背景技术
采用燃油发动机的汽车需要对其中的油路进行闭环控制，以保证汽油充分燃烧以及三元催化器的正常工作。一般根据安装在排气管上的氧传感器确定过量空气系数，再由车载计算机(或称发动机控制器)计算实际过量空气系数与氧传感器处目标过量空气系数的差值，从而根据该差值调整喷油器的喷油量，使实际空燃比保持在目标空燃比附近。
由于氧传感器安装在排气管上，从喷油量变化到氧传感器感知需要一定的时间，这一时间称为前馈参数。获得准确的前馈参数是燃油汽车油路闭环控制的前提。
目前确定前馈参数的方法需要使用转毂试验台。具体的步骤是，令整车按不同工况运行在转毂试验台上，控制目标空燃比在一定范围内产生阶跃式的变化，同时记录氧传感器实测信号，然后利用数据处理软件得到各工况下的前馈参数。该前馈参数存入车载计算机(或称发动机控制器)中，作为油路闭环控制时的一项标准参数参与喷油量的调整。
然而该方法不仅在测定前馈参数时需要耗费大量人力物力，而且得到的前馈参数是基于数学模型确定的一组统一的、不变的参数。但事实上，每一个车型、每一辆单车在每一次行驶时的前馈参数并不完全一致，这导致需要人工不断调整，因而效率和准确性都不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统及计算方法，用于实时计算所述前馈参数，并根据该参数实时调整发动机的喷油量，从而使喷油量始终适合发动机当前的工况。
本发明首先提供了一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，包括：
采集喷油器喷油脉宽的脉宽采集单元；
采集喷油结束到排气门打开的开门时间采集单元；
采集废气在排气管中传播时间的传播时间采集单元；
采集废气充满整个排气管的时间的充满时间采集单元；以及
一处理单元，所述处理单元根据所述脉宽采集单元、开门时间采集单元、传播时间采集单元及充满时间采集单元所采集的脉宽、开门时间、传播时间和充满时间计算前馈参数。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述前馈参数为所述脉宽、所述开门时间、所述传播时间和所述充满时间的和。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述开门时间采集单元包括提前喷射时间采集子单元和做功行程时间采集子单元。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述提前喷射时间采集子单元获取喷油器开始喷油到点火线圈成功点火之间的时间。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述做功行程时间采集子单元获取点火线圈点火成功到排气门打开的时间。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述传播时间采集单元获取废气进入废气管的时间。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统中，所述充满时间采集单元获取所述废气充满整个排气管的时间。
本发明还提供了一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，包括如下步骤：
S1、采集喷油器的喷油脉宽t1；
S2、采集喷油结束到排气门打开的开门时间t2；
S3、采集废气在排气管中的传播时间t3；
S4、采集废气充满整个排气管的充满时间τ；
S5、计算前馈参数X，所述前馈参数X等于所述喷油脉宽t1、所述开门时间t2、所述传播时间t3和所述充满时间τ的和。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其中，步骤S2中，所述开门时间t2包括提前喷射时间t21和做功行程时间t22。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其中，所述做功行程时间t22根据当前车速及车轮转过的角度确定。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其中，排气管中设有氧传感器感，所述传播时间t3通过废气传播速度和所述排气门到所述氧传感器感之间的排气管体积计算得出。
上述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其中，所述充满时间τ通过排气管容积系数和废气的排气流量确定，或者通过排气管中所设的氧传感器获得。
本发明还提供一种发动机控制方法，所述控制方法根据前述的前馈参数计算方法，实时计算所述前馈参数，并将所述前馈参数发送至发动机控制器，以实时控制汽油发动机的喷油量。
本发明还提供一种发动机控制器，所述控制器包括前述的参数计算系统或利用前述的参数计算方法所获取的前馈参数实时调整汽油发动机的喷油量。
现有技术是在大量实验和统计学的基础上，对同一车型得出统一的前馈参数。而本发明的技术方案是实时计算前馈参数，并将该前馈参数应用于发动机喷油量的控制中，具有实时性的特点，能够以实时的、更准确的参数参与调整喷油量。并且，由于省去了前期的大量实验，大大节约了人力和物力，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明前馈参数的说明图；
图2是本发明油路模型图；
图3是本发明一实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征允许相互组合或替换。结合以下的说明，本发明的优点和特征将更清楚。
需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
还需声明的是，本发明中对步骤编号的目的在于便于引用，而非限定先后顺序。对于个别需强调顺序的步骤，文中将以专门文字进行特别说明。
本发明着重研究了发动机工作循环中从喷油器喷油到废气排放的过程，将其中喷油量变化到氧传感器感知废气的过程分为延迟阶段和排气阶段。通过在每一个发动机循环中实时计算各阶段所耗费的时间得出所述前馈参数，进而使用该参数调整下一发动机工作循环中的喷油量，从而实现对每一辆车实时控制喷油量。
图1对本文所述前馈参数进行了说明。图1中，横轴为时间，纵轴为过量空气系数，目标曲线是理想的过量空气系数，实测曲线示意的是在实际中过量空气系数随时间的变化趋势。如图1所示，前馈参数是延迟时间T和废气充满排气管的时间τ的和。废气充满排气管的时间τ定义为过量空气系数从最低到达到目标值的63％时所需的时间。这一时间与发动机排气流量以及排气管容积大小有关。
进一步的，如图2所示，延迟时间T为喷油器开始喷油到排气管中氧传感器触发的时间。这一时间由发动机的油路结构决定，无法避免。具体的，延迟时间T是喷油器的喷油脉宽t1、喷油结束到排气门打开的时间t2以及废气传播时间t3的和。
更进一步的，根据发动机控制器原有的数据采集能力，喷油结束到排气门打开的时间t2由提前喷射时间t21和做功行程时间t22相加得到。
为了能够实时计算前馈参数，本发明首先提出了一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统。所述系统包括一用于采集喷油器喷油脉宽的脉宽采集单元、一用于采集喷油结束到排气门打开的开门时间采集单元、一用于采集废气在排气管中传播时间的传播时间采集单元、一用于采集废气充满整个排气管的时间的充满时间采集单元以及一处理单元。所述处理单元根据前述的4个采集单元所采集的时间计算前馈参数，即图1中所示的T+τ的时间。
进一步的，所述开门时间采集单元包括提前喷射时间采集子单元和做功行程时间采集子单元。所述提前喷射时间采集子单元获取喷油器开始喷油到点火线圈成功点火之间的时间。所述做功行程时间采集子单元获取点火线圈点火成功到排气门打开的时间。这一时间段中发动机油箱中的汽油燃烧做功，推动车辆前行。因此，所述做功行程时间采集子单元可通过一相位传感器采集车轮在此过程中所转过的角度和车轮的转速计算出所述做功行程时间。
进一步地，所述传播时间采集单元获取废气进入废气管的时间。如背景技术中所述，发动机中通常设有一用于计算过量空气系数的氧传感器，所述传播时间采集单元的作用是获取排气门打开后，废气到达所述氧传感器的时间。一较佳的计算所述传播时间的方法为：分别获取废气的传播速度(可通过发动机控制器查知)和从排气门到所述氧传感器之间的管道体积(每辆车的这一数据应当时固定的)，根据速度与体积的关系计算所述传播时间。
进一步地，所述充满时间采集单元获取所述废气充满整个排气管的时间。如前所述，这一时间与发动机排气流量以及排气管容积大小有关。所述充满时间采集单元可通过发动机控制器直接获取这些参数。
本发明基于上述的燃油汽车油路闭环控制的发动机前馈参数计算系统，结合发动机控制器的本身固有的运行参数，还提供了一种前馈参数计算方法。将该计算方法的计算逻辑写入发动机控制器中，可得到一改进型的发动机控制器。当发动机运行时，该改进型发动机控制器根据采集到的实时参数(延迟时间T和废气充满排气管的时间τ)计算出实时的前馈参数，再进一步根据该前馈参数调整喷油器的喷油量。
如图3所示，一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法包括如下步骤：
S1、采集喷油器的喷油脉宽t1。这一参数可通过发动机控制器获得。
S2、采集喷油结束到排气门打开的开门时间t2；
S3、采集废气在排气管中的传播时间t3；
S4、采集废气充满整个排气管的充满时间τ；
S5、计算前馈参数X，所述前馈参数X等于所述喷油脉宽t1、所述开门时间t2、所述传播时间t3和所述充满时间τ的和。进一步的，参考图1，所述延迟时间T指按目标曲线应开始喷油量变化的时间与实际开始喷油量变化的时间之间的差值，这一差值即为所述喷油脉宽t1、所述开门时间t2和所述传播时间t3的和。
步骤S2中，所述开门时间t2包括提前喷射时间t21和做功行程时间t22，即t2＝t21+t22。进一步的，所述提前喷射时间t21可通过发动机控制器直接获得，所述做功行程时间t22根据当前车速及车轮转过的角度确定。
步骤S3中，所述废气传播时间t3还可按公式(1)计算得到：
Figure BDA0002043825630000061
其中，V为所述排气门到所述氧传感器感之间的排气管的体积，v为废气的传播速度。
步骤S5中，所述前馈参数X按公式(2)计算得到：
X＝T+τ (2)
其中，τ为废气充满排气管的时间。具体的，
Figure BDA0002043825630000062
其中，K为排气管容积系数，根据发动机排气系统结构确定，该数据一般在发动机控制器中可查询到，m为废气的排气流量。
进一步地，本发明还提出了一种发动机控制方法，根据上述的前馈参数计算方法，实时计算所述前馈参数，并将所述前馈参数发送至发动机控制器，以实时控制汽油发动机的喷油量。
由于初始的喷油量由发动机的进气量决定，而发动机控制器在初始时根据图1中目标曲线所示的过量空气系数控制喷油量变化的开始时间。得到实时的前馈参数X后，可得到图1中实测曲线所示的过量空气系数。发动机控制器此时可以根据所述实测曲线控制喷油量变化的开始时间，从而达到实时控制喷油量的目的。
进一步地，本发明还提出了一种发动机控制器，所述发动机控制器根据上述的参数计算系统或利用上述的参数计算方法所获取的前馈参数实时调整汽油发动机的喷油量。
上述的前馈参数计算方法、发动机控制方法和发动机控制器实时获取当前准确的前馈参数并将其用于下一发动机工作循环，以实时调整汽车行驶参数(发动机喷油量)，相比现有技术中同一车型采用同一固定前馈参数能够更准确、高效的控制车辆。
同时，由于前馈参数在车辆行驶过程中实时获取，省略了现有的出厂前的前馈参数测试试验，直接减少了试验成本(包括时间、人力和物力成本)，为工厂带来了经济效益。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，包括：
采集喷油器喷油脉宽的脉宽采集单元；
采集喷油结束到排气门打开的开门时间采集单元；
采集废气在排气管中传播时间的传播时间采集单元；
采集废气充满整个排气管的时间的充满时间采集单元；以及
一处理单元，所述处理单元根据所述脉宽采集单元、开门时间采集单元、传播时间采集单元及充满时间采集单元所采集的脉宽、开门时间、传播时间和充满时间计算前馈参数。
2.如权利要求1所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述前馈参数为所述脉宽、所述开门时间、所述传播时间和所述充满时间的和。
3.如权利要求1或2所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述开门时间采集单元包括提前喷射时间采集子单元和做功行程时间采集子单元。
4.如权利要求3所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述提前喷射时间采集子单元获取喷油器开始喷油到点火线圈成功点火之间的时间。
5.如权利要求3所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述做功行程时间采集子单元获取点火线圈点火成功到排气门打开的时间。
6.如权利要求1或2所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述传播时间采集单元获取废气进入废气管的时间。
7.如权利要求1或2所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算系统，其特征在于，所述充满时间采集单元获取所述废气充满整个排气管的时间。
8.一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采集喷油器的喷油脉宽t1；
S2、采集喷油结束到排气门打开的开门时间t2；
S3、采集废气在排气管中的传播时间t3；
S4、采集废气充满整个排气管的充满时间τ；
S5、计算前馈参数X，所述前馈参数X等于所述喷油脉宽t1、所述开门时间t2、所述传播时间t3和所述充满时间τ的和。
9.如权利要求8所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述开门时间t2包括提前喷射时间t21和做功行程时间t22。
10.如权利要求9所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其特征在于，所述做功行程时间t22根据当前车速及车轮转过的角度确定。
11.如权利要求8所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其特征在于，排气管中设有氧传感器感，所述传播时间t3通过废气传播速度和所述排气门到所述氧传感器感之间的排气管体积计算得出。
12.如权利要求8所述的一种油路闭环控制的汽油发动机前馈参数计算方法，其特征在于，所述充满时间τ通过排气管容积系数和废气的排气流量确定。
13.一种发动机控制方法，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的前馈参数计算方法，实时计算所述前馈参数，并将所述前馈参数发送至发动机控制器，以实时控制汽油发动机的喷油量。
14.一种发动机控制器，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的参数计算系统或利用如权利要求8-12任一项所述的参数计算方法所获取的前馈参数实时调整汽油发动机的喷油量。
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