CN114962033A - 发动机宽域氧传感器合理性能监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,包括以下步骤:通过宽域氧传感器采集燃烧后排气管中排气的氧浓度信号;根据氧浓度信号计算空燃比,生成实际空燃比信号;根据空燃比信号,控制发动机喷油量和喷油正时调节空燃比,生成调节后的实际空燃比信号;根据理想空燃比、调节后的实际空燃比和预设的目标空燃比分别建立实际燃油当量比和目标燃油当量比;确定实际燃油当量比采样的发动机角度周期;比较实际燃油当量比和目标燃油当量比,当两者差值的绝对值大于或等于预设故障差异值时,判断宽域氧传感器出现故障;否则判断为未出现故障。本发明通过实时监测氧传感器正常与否,迅速进行氧传感器失效判断。
Description
技术领域
本发明属于发动机控制领域,具体涉及一种发动机宽域氧传感器合理性能监测方法。
背景技术
宽域氧传感器是作为空燃比闭环控制的重要传感器,其可精确输出空燃比的信号。
《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》中明确提出了对前氧传感器的诊断要求:OBD系统应对前氧传感器(用于燃油控制的传感器,传统的开关型氧传感器和/或宽域或通用传感器)的故障进行监测,监测内容包括输出电压、响应速率和可能影响排放的参数。
混动车型(包含发动机和驱动电机、发电机)是目前较为流行的车型,混动车型包含发动机。混动车型中发动机运行工况范围和运行时间,相比传动汽油车而言,要窄的多,目的是改善燃油经济性、车辆驾驶性、排放性能和NVH等。
在宽域氧传感器出现性能故障时,如无法准确反映空燃比的浓稀变化时,需要及时诊断出来。在出现故障后,以便及时进行故障后处理,从而降低对燃油经济性、车辆驾驶性、排放性能和NVH等的影响。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,通过同时实时监测氧传感器正常与否,迅速进行氧传感器失效判断。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,包括以下步骤:
通过宽域氧传感器采集燃烧后排气管中排气的氧浓度信号;
根据氧浓度信号计算空燃比,生成实际空燃比信号;
根据空燃比信号,控制发动机喷油量和喷油正时调节空燃比,生成调节后的实际空燃比信号;
根据理想空燃比、调节后的实际空燃比和预设的目标空燃比分别建立实际燃油当量比和目标燃油当量比;其中,实际燃油当量比表示为调节后的实际空燃比与理想空燃比的比值,目标燃油当量比表示为目标空燃比与理想空燃比的比值;
确定实际燃油当量比采样的发动机角度周期;
比较实际燃油当量比和目标燃油当量比,当两者差值的绝对值大于或等于预设故障差异值时,判断宽域氧传感器出现故障;否则判断为未出现故障。
目标燃油当量比为相对于实际燃油当量比的参考值,跟随实际燃油当量比的采样数据变化,采样数据至少包括单位时间内进入气缸的实际燃油量和单位时间内进入气缸的实际新鲜空气量。
实际燃油当量比采样的发动机角度周期的确定方法为:根据发动机缸数确定发动机理想角度周期,通过滤波发动机转速和实时发动机排气压力确定修正因子数值,通过修正因子修正发动机理想角度周期得到实际燃油当量比采样的发动机角度周期。
滤波发动机转速nFilt的计算方法为:
nFilt(m+1)=k×nRaw+(1-k)×nFilt(m)
式中,m=0,1,2…,nRaw为初始发动机转速,k为滤波系数,nFilt(m+1)为下一个采样周期的滤波发动机转速。
建立目标燃油当量比FEQRNormal的方法为:
创建关于实际燃油当量比的数组[FEQR0,FEQR1,…,FEQRs-1,FEQRs,…FEQRj],数组中各元素表示实时宽域氧传感器提供的实际燃油当量比,各元素初始值相等,且每次间隔一个相同预设采样周期对各元素数值进行一次更新;
根据滤波后发动机转速和滤波后气缸新鲜空气进气流量确定数组中元素的采样个数V;
计算得到采样个数V后,依下式计算得到FEQRNormal:
式中,i=0,1,2,…,V-1,当s-i<0时,FEQRs-i=FEQRj+s-i。
以FEQR0为例,对实际燃油当量比数组中元素的更新方法为:
依序以上式更新各元素数值,其中将FEQR0的数值替换为上一采样周期读取的目标燃油比的数值;
即有:
直至FEQRj更新完成,视为一次更新结束;
跳转至FEQR0,以FEQR0开始更新,视为下一次更新开始,进行下一次更新。
预设故障差异值表示为a×dmAirFilt+b式中,dmAirFilt为滤波后气缸新鲜空气进气流量,a为204.53(1/mgps),b为-20.62。
理想空燃比为14.3。
采样周期为2ms。
元素个数为9。
时间常数为5ms。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
通过同时实时监测氧传感器正常与否,迅速进行氧传感器失效判断。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图。
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用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的技术方案为:发动机宽域氧传感器合理性能监测方法。
硬件层面:该控制系统包含发动机控制器EMS、宽域氧传感器智能驱动芯片和宽域氧传感器。
宽域氧传感器用于向发动机控制器EMS提供当前燃烧后排气管中排气中氧浓度信号;
宽域氧传感器智能驱动芯片将宽域氧传感器监测到的氧浓度信号采集处理,转化为空燃比相关信号,且加热宽域氧传感器,保证氧传感器在正常温度下工作;
发动机控制器EMS根据宽域氧传感器智能芯片处理后的排气管中空燃比相关信号,通过控制发动机喷油量、喷油正时等对发动机缸内空燃比进行调节。
排气管中氧浓度过低,称为“过浓”;排气管中氧浓度过高,称为“过稀”;
宽域氧传感器向发动机控制器EMS提供当前排气管中空气的浓度,使用过量空气系数λ的倒数,即燃油当量比进行表征,本实施方式中以FEQR指代燃油当量比:
那么设置目标空燃比可以通过设置目标FEQR,则有目标
“实际燃油”是指单位时间内进入气缸的实际燃油量,“实际空气”是指单位时间内进入气缸的实际新鲜空气量,“目标燃油”是指单位时间内进入气缸的目标燃油量,“目标空气”是指单位时间内进入气缸的目标新鲜空气量,“理想空气”是指单位时间内进入气缸的理想新鲜空气量,“理想燃油”是指单位时间内进入气缸的理想燃油量。“目标”不等于“理想”,目标值可以根据发动机工况进行主动改变,但理想值由油品决定
发动机断油时,FEQR为0;“过浓”时,FEQR大于1;“过稀”时,FEQR小于1;FEQR等于1时,当前处于理想空燃比(FEQR等于1,是指实际空气量与实际燃油量的比值,和理想空气量与理想燃油量的比值相等。本实施例中理想空燃比取14.3)。
实时监测氧传感器反馈的实际FEQR,估算其实时的目标FEQR,对比两者差异,在差异偏差过大时,宽域氧传感器出现故障。
对于四冲程发动机而言,发动机每转2圈各气缸均完成一次排气,每一次排气均会造成排气系统中实际FEQR变化,因此本专利将实际FEQR优化为基于发动机转速(即发动机角度)进行采样计算。1)在基于发动机角度采样计算后,2)计算目标FEQR,3)再进行宽域氧传感器失效监测。
第一步,首先确定实际FEQR采样的发动机角度周期,基于以上分析,最大的发动机角度周期务必是各缸排气冲程的平均发动机运转角度,即720°/N,其中720°是指发动机转2圈的曲轴角度,N为发动机缸数,那么各缸进气冲程的平均发动机运转角度为720°/N。那么为了进一步提高控制精度,进一步细化采样周期,但要保持一个原则,理想的进气压力采样的发动机角度周期phiBase能够被720°/N整除,采样周期过小有会对控制系统运算负载率提高,最终理想的FEQR采样的发动机角度周期phiBase由项目开发精度需求来权衡(本实例为4缸机,发动机角度周期phiBase为22.5°)。但是实际上发动机工况瞬息万变,为了改善控制精度,提出了基于发动机转速变化率对FEQR采用周期进行修正,修正因子为f1(dnFilt,pExh),其中nFilt为滤波发动机转速,dnFilt为滤波发动机转速变化率,pExh为实时发动机排气压力(排气压力会造成发动机燃烧后排气的流动速率,从而影响到FEQR的变化),理想的FEQR采样的发动机角度周期phiBase乘以修正因子f1(dnFilt,pExh)即可得到最终FEQR采样周期phiFinal。
滤波发动机转速nFilt的计算方法如下,即下一个采样周期的滤波发动机转速nFilt(m+1)与原始实时的发动机转速nRaw(传感器读取)和本次采样周期的波发动机转速nFilt(m)建立如下关系:
nFilt(m+1)=k×nRaw+(1-k)×nFilt(m)
其中m=0,1,2…,特别地nFilt(0)取0.滤波系数k取0.12。本实例的修正因子为f1(dnFilt,pExh)标定表,如表1所示(标定数据趋势为,发动机转速变化率绝对值越小或排气压力越大,则采样周期越小),该标定表根据无故障氧传感器和故障氧传感器对标得到。
表1
建立实时的目标FEQR=FEQRNormal。首先建立一个数组[FEQR0,FEQR1,…,FEQRs-1,FEQRs,…FEQRj](本实施例数组的元素个数取9,即j=8),发动机起动时,数组[FEQR0,FEQR1,…,FEQRs-1,FEQRs,…FEQRj]各元素的初始值均为实时的氧传感器反馈的实际FEQR,即所有值均相等。该数组每隔同样的时间采样周期ΔT(本实施例取2ms)进行全部更新一次。
1.实时基于采样周期ΔT进行更新各个元素的数值。
1)首先更新FEQR0的数值,其他元素的值不变:
其中,为ΔFEQR上一采样周期的值,为上一采样周期读取的实际FEQR,初始的取固定值C(本实施例取1),ΔT为采样周期,tc为时间常数(本实施例取5ms)。为上一个时间采样周期的目标FEQR,特别地,FEQRNormal(0)为目标FEQR模型的初始值,等于实时的氧传感器反馈的实际FEQR。FEQRNormal的计算会在后面详细阐述。
3)以此类推,计算数组中任意元素FEQRs的方法同FEQR1的计算方法。如果该数组的最后一个元素FEQRj更新计算完成,则从头开始更新FEQR0的数值,即不断循环更新数组元素的各个值。
2.在得到实时的数组[FEQR0,FEQR1,…,FEQRs-1,FEQRs,…FEQRj]后,确定需要用于目标FEQR的数组中数字的采样个数V,选择一个最佳的采样个数来及时准确进行故障诊断,具体采样个数的计算方法如下:
基于滤波后发动机转速nFilt和滤波后气缸新鲜空气进气流量dmAirFilt来确定采样次数V,参考表2数据;
表2
具体这样设计的目的是,发动机转速固定,气缸新鲜空气进气流量越高,废气流量越大,氧传感器FEQR变化越大,此时采样个数越小,氧传感器FEQR越真实。发动机转速越大,氧传感器FEQR变化越大,此时采样个数越小,氧传感器FEQR越真实。
3.目标FEQR,即FEQRNormal的确定方法。
1)假设当前的采样周期正在更新元素FEQRs的数值,则计算当前采样周期下的进气压力模型FEQRNormal方法如下:
2)目标FEQR=FEQRNormal有:
其中i=0,1,2,…,V-1。
当s-i<0时,FEQRs-i=FEQRj+s-i
至此,目标FEQR=FEQRNormal已经计算出来。
如果,实际FEQR与FEQRNormal之差的绝对值,
1.|FEQRNormal-FEQR|≥a×dmAirFilt+b,则宽域氧传感器出现故障。本实施例a取204.53(1/mgps),b取-20.62。
2.|FEQRNormal-FEQR|<a×dmAirFilt+b,则宽域氧传感器未出现故障。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过宽域氧传感器采集燃烧后排气管中排气的氧浓度信号;
根据氧浓度信号计算空燃比,生成实际空燃比信号;
根据空燃比信号,控制发动机喷油量和喷油正时调节空燃比,生成调节后的实际空燃比信号;
根据理想空燃比、调节后的实际空燃比和预设的目标空燃比分别建立实际燃油当量比和目标燃油当量比;其中,实际燃油当量比表示为调节后的实际空燃比与理想空燃比的比值,目标燃油当量比表示为目标空燃比与理想空燃比的比值;
确定实际燃油当量比采样的发动机角度周期;
比较实际燃油当量比和目标燃油当量比,当两者差值的绝对值大于或等于预设故障差异值时,判断宽域氧传感器出现故障;否则判断为未出现故障。
2.根据权利要求1所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,目标燃油当量比为相对于实际燃油当量比的参考值,跟随实际燃油当量比的采样数据变化,采样数据至少包括单位时间内进入气缸的实际燃油量和单位时间内进入气缸的实际新鲜空气量。
3.根据权利要求1所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,实际燃油当量比采样的发动机角度周期的确定方法为:根据发动机缸数确定发动机理想角度周期,通过滤波发动机转速和实时发动机排气压力确定修正因子数值,通过修正因子修正发动机理想角度周期得到实际燃油当量比采样的发动机角度周期。
4.根据权利要求3所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,滤波发动机转速nFilt的计算方法为:
nFilt(m+1)=k×nRaw+(1-k)×nFilt(m)
式中,m=0,1,2…,nRaw为初始发动机转速,k为滤波系数,nFilt(m+1)为下一个采样周期的滤波发动机转速。
7.根据权利要求1所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,预设故障差异值表示为a×dmAirFilt+b,式中,dmAirFilt为滤波后气缸新鲜空气进气流量,a为204.53(1/mgps),b为-20.62。
8.根据权利要求1所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,理想空燃比为14.3。
9.根据权利要求5所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,采样周期为2ms。
10.根据权利要求6所述的发动机宽域氧传感器合理性能监测方法,其特征在于,时间常数为5ms。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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