CN1427143A - 内燃机的燃料控制方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的燃料控制方法，其包括：根据吸气量来确定燃料基量；基于发动机转速和容积效率分别确定第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数；分别应用所计算出来的第二汽缸组的空/燃比匹配系数和第一汽缸组的空/燃比匹配系数来控制第二汽缸组及第一汽缸组的燃料量。

Description

内燃机的燃料控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽油发动机的燃料控制方法，其特别涉及一种燃料控制方法，该方法使第一汽缸组和第二汽缸组具有不同的空/燃比匹配系数从而减少第一汽缸组和第二汽缸组之间的空/燃气比的差值。

背景技术

现在已有多种通过发动机的燃料控制来提高发动机的输出转矩，减少排放气体的方法。这些方法中已研究出将一个氧传感器用于空/燃比的反馈控制。该氧传感器布置在发动机的排气系统以检测排气中的氧浓度。使用该氧传感器的信号通过空/燃比的反馈控制来控制空/燃比使其接近理论配比值(14.7∶1)。

由于空/燃比由发动机的运转条件决定。因此为了精确地控制空/燃比，发动机的各种操作条件都要考虑进来，并就需要许多控制步骤才能达到该理论配比值。

由于空/燃比主要是由空气和燃料的量来确定，因此燃料的基量是根据发动机吸入的空气量来确定，其中的空气量可由常规的空气流量传感器来检测。在各种操作条件如不同的冷却剂温度、吸气温度、燃料的净化(purge fuel)量、节气门的开度以及发动机的转速等对燃料基量进行校正，就能确定出最终的燃料基量。

此外，采用氧传感器的信号来进行空/燃比的反馈控制。通过该反馈控制，将空/燃比保持在理论配比值附近。

由于利用氧传感器的信号所进行的反馈控制是在特定条件下进行的。因此，如果反馈控制的条件不存在，空/燃比就不能保持在理论配比值附近。

如果空/燃比与理论配比值相差太远，即如果空/燃比非常浓或者非常稀，有害气体的排放量将大大增加。

为了防止有害气体的排放量大幅度增加，要通过空/燃比匹配系数对燃料基量进行校正。该空/燃比匹配系数一经确定就能将空/燃比保持在理论配比值附近。即，将燃料的基量乘以空/燃比匹配系数来得到燃料量，在所得燃料量处的空/燃比就在理论配比值附近。

空/燃比匹配系数优选由发动机的转速和容积效率确定。容积效率(％)是在标准大气压下吸入发动机的空气量与汽缸容积的比。

通过实验由发动机的转速和容积效率确定的空/燃比匹配系数储存在一个可由控制器进行存取的存贮器中以便对空/燃比进行控制。控制器将空/燃比匹配系数应用于空/燃比的控制中，这样即使在无法进行空/燃反馈控制时，也能使空/燃比保持在理论配比值附近。

在具有第一汽缸组和第二汽缸组的V-6发动机中，空/燃比匹配系数也可用于空/燃比的控制。

常规的空/燃比控制是将一个相同的空/燃比匹配系数应用于两个汽缸组。即，在特定的发动机的转速和容积效率下，一个空/燃比匹配系数应用于两个汽缸组。

在具有第一汽缸组和第二汽缸组的发动机中，因第一汽缸组和第二汽缸组吸气系统中部件特性的不同，所以吸入第一汽缸组和第二汽缸组的空气量是不同的。因此，如果第一汽缸组和第二汽缸组中的燃料量相同，则第一汽缸组和第二汽缸组的空/燃比就不同，即一个汽缸组的空/燃比为稀的，另一个汽缸组的空/燃浓的。

图1所示为3000rpm(转/分钟)、容积效率从15-80％变化加上空/燃比匹配系统时空/燃比的变化情况，其中第一汽缸组的空/燃比为浓的，第二汽缸组的空/燃比为稀的。

如果在此条件下进行空/燃比的反馈控制，第一汽缸组和第二汽缸组的反馈值彼此之间会因为第一组和第二组氧传感器信号的不同而不同。

反馈值一般是用来监测燃料系统的。由于第一组和第二组的反馈值彼此不同，因此很难确定出一个标准值。

图2所示为两组汽缸中每一区域反馈值的实验结果。

图2的A区和B区用于燃料里程测试模式和排气测试模式，其中的空/燃比反馈值非常重要。C区为高负荷区，该区的空/燃比反馈值没什么意义。

如果要进行空/燃比的反馈控制，两组汽缸的空/燃比可保持在理论配比值附近，尽管两组汽缸的空/燃比彼此有着明显差别。

然而，如果突然停止空/燃比的反馈控制，其中一组汽缸的空/燃比将保持稀的状态，而另一组汽缸的空/燃比将保持浓的状态。结果，浓的汽缸组的排气中碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)将会增加，稀的汽缸组的排气中氮氧化物(NOx)将增加。

发明内容

在本发明一个优选实施例中，内燃机的燃料控制方法包括：

检测吸气量；

根据所检测的吸气量确定燃料基量；

检测发动机转速；

根据所检测的吸气量计算出容积效率；

根据所检测的发动机转速和所检测的容积效率分别确定第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数；以及

根据燃料基量、第一汽缸组的空/燃比匹配系数、第二汽缸组的空/燃比匹配系数分别确定第一汽缸组和第二汽缸组的燃料量。

作为优选，第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数确定成能根据第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数对燃料基量进行的校正，使第一和第二汽缸组的空/燃比在每一个发动机转速和容积效率状态下都大致保持在理论配比值附近。

其中确定燃料量的步骤优选包括：

确定当前的燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式；以及

如果确定当前的燃料控制模式就是空/燃比反馈控制模式，那么根据下式来确定燃料量(TCONTROL)：

TCONTROL＝TB×(KLRN+KFB)×KMTCH_NEW×KWUP $\×\mathrm{KAFND}\×\mathrm{KPRGLEAN}\×(1+\mathrm{KAS}){+}^{\left[\begin{array}{c}\mathrm{TACL}\\ 0\\ \mathrm{TDCL}\end{array}\right]}$

其中：TB为燃料基量，KLRN是空/燃比的求得系数(learningcoefficient)；KFB为燃料量反馈系数；KMTCH_NEW为空/燃比匹配系数；KWUP为热空气系数；KAFND为低温N-R-D档位系数；KRPGLEAN为净化空气初始吸入阶段的稀空/燃比的系数；KAS为启动后的空/燃比系数；TACL和TDCL分别是加速和减速的燃料量。

确定燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式的步骤优选基于冷却剂温度信号和氧传感器信号进行。

在本发明的另一优选实施例中，具有第一汽缸组和第二汽缸组的内燃机的燃料控制系统包括：

一个控制单元，其基于发动机运行的一个或多个状态来确定燃料量，并生成一个用来表示所确定的燃料量的信号；以及

燃料喷入装置，其根据控制单元的信号将燃料喷入发动机；

其中，将控制单元编程以实现一个控制方法，该方法包括：

检测吸气量；

根据所检测的吸气量确定燃料基量；

检测发动机转速；

根据所检测的吸气量计算出容积效率；

基于发动机转速和容积效率分别确定第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数；

根据燃料基量、第一汽缸组的空/燃比匹配系数确定第一汽缸组的燃料量；以及

根据燃料基量、第二汽缸组的空/燃比匹配系数确定第二汽缸组的燃料量。

作为优选，第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数确定成能根据第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数对燃料基量进行的校正，使第一和第二汽缸组的空/燃比在每一个发动机转速和容积效率状态下都大致保持在理论配比值附近。

附图说明

下面的附图作为本发明的一个部分用来说明本发明的实施例，其与说明书一起用来描述本发明的原理，其中：

图1所示的曲线表示的是在现有的燃料控制方法中，第一汽缸组氧传感器和第二汽缸组氧传感器在两个汽缸组应用同一个空/燃比匹配系数时其信号的差别；

图2所示曲线是在实际车辆中测得的不同区域的空/燃比反馈值；

图3是本发明优选实施例燃料控制方法的流程图；

图4是本发明燃料控制系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细地描述。

本发明优选实施例的燃料控制方法和系统可应用于具有第一和第二汽缸组的V型发动机。

如图4所示，本发明优选实施例的燃料控制系统包括一个用来检测发动各种运行状态的检测部件12、一个控制单元14以及一个燃料喷入装置16。

检测部件12包括：一个空气温度传感器18，其用来检测吸入空气的温度；一个空气流量传感器20，其用来检测吸发动机的空气量；一个节气门位置传感器22，其用来检测节气门的位置；一个发动机转速传感器24，其用来检测发动机的转速；一个禁止开关(inhibitor switch)26，其用来检测当前的档位；一个第一汽缸组氧传感器28，其用来检测第一汽缸组排气的氧浓度；一个第二汽缸组氧传感器30，其用来检测第二汽缸组排气的氧浓度；一个冷却剂温度传感器，其用来检测发动机冷却剂的温度等。

本领域的普通技术人员也可选用其它合适的传感器。

控制单元14优选包括一个处理器、一个存贮器以及其它本领域技术人员所知必要的硬件和软件从而使控制单元与传感器通讯相连并执行这里所述的控制功能。该存贮器优选包括一个燃料基量与空气量的对应表，以及一个第一汽缸组空/燃比匹配系数和第二汽缸组空/燃比匹配系数与发动机转速和容积效率的对应表。

检测部件12、控制单元14以及燃料喷入装置16可根据常规协议进行通讯。

如图3所示，在步骤110分别检测出发动机转速(rpm)和吸气量，同时根据所检测的吸气量计算出容积效率(％)。

容积效率(％)的定义是在标准大气压下吸入发动机的空气量与汽缸容积的比。

然后在步骤120确定燃料基量TB。燃料基量优选基于吸气量进行确定。

空/燃比匹配系数(以下称KMTCH_NEW)由第二汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_O和第一汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_E构成，其在步骤130和140中计算出来。在特定的发动机转速(rpm)和特定的容积效率(％)下分别计算出第二汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_O和第一汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_E。

第二汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_O和第一汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_E优选由预定的列表得到。

下面在步骤150中确定当前的燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式。

确定当前的燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式的步骤优选基于冷却剂的温度和氧传感器的信号进行。例如，如果冷却剂的温度高于预定值并且氧传感器信号超过了预定的值，那么就确定当前的燃料控制模式为反馈控制模式。

一旦在步骤150中确定当前的燃料控制模式为反馈控制模式，那么就在步骤160中利用氧传感器信号根据燃料控制公式来控制燃料的量。

第二汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_O和第一汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_E分别用于第一和第二汽缸组的燃料控制，并进行空/燃比求取。

然后确定发动机是否停机，如果停机程序就在步骤170终止。

如果在步骤150中确定当前的燃料控制模式不是空/燃比反馈控制模式，那么在步骤180中将第二汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_O和第一汽缸组空/燃比匹配系数TAFMTCH_E以及公式1中所示的其它系数用于第二汽缸组和第一汽缸组来控制燃料的量。此时，不进行空/燃比的求取。

在步骤160中，根据公式1并在公式1中没有空/燃比加浓系数KAF的条件下进行燃料的控制：

公式1

TCONTROL＝TB×(KLRN+KFB)×KAF×KMTCH_NEW×KWUP $\×\mathrm{KAFND}\×\mathrm{KPRGLEAN}\×(1+\mathrm{KAS}){+}^{\left[\begin{array}{c}\mathrm{TACL}\\ 0\\ \mathrm{TDCL}\end{array}\right]}$

其中：TCONTROL是最终的燃料量；TB为燃料基量，KLRN是空/燃比的求得系数；KFB(＝1±K.sub.P+K.sub.I)为燃料量反馈系数(K.sub.P是比例系数，K.sub.I为积分系数)；KAF为催化保护加浓系数；KMTCH_NEW为空/燃比匹配系数；KWUP为热空气系数；KAFND为低温N-R-D档位系数；KRPGLEAN为净化空气初始吸入阶段的空/燃比稀的系数；KAS为启动后的空/燃比系数；T.sub.ACL和T.sub.DCL分别是加速和减速的燃料量。

燃料基量优选由预定燃料量和发动机吸入空气量之间的对应列表获得。

催化保护加浓系数是保持催化温度不高于预定温度从而防止催化剂高温下被破坏的系数。

空/燃比匹配系数是一个即使不进行空/燃比反馈控制也要将空/燃比保持在理论配比值14.7附近的系数。

热空气系数是一个用来表示吸气温度对空/燃比作用的系数。如果吸气温度升高，那么空气密度会降低从而使吸入的空气量显著下降。因此，在吸气温度升高时优选使热空气系数降低。

N-R-D档位系数是一个用来在冷却剂为低温时在N-R-D换档过程中对发动机转速突然降低进行补偿的系数。

在本发明的燃料控制方法中，为了克服第一汽缸组和第二汽缸组之间空/燃比的不同，空/燃比匹配系数KMTCH_NEW具有两个值，一个用于第一汽缸组，另一个用于第二汽缸组，这样第一汽缸组和第二汽缸组的空/燃比就能接近理论配比出的空/燃比。

可用公式2来描述空/燃比匹配系数。

公式2 $\mathrm{KMTCH}\_\mathrm{NEW}\begin{array}{}\end{array}{=}^{\left[\begin{array}{c}\mathrm{TAFMTCH}\_O\left\{f\right(\mathrm{rpm},\mathrm{EV}(\%)\}\\ \mathrm{TAFMTCH}\_E\left\{f\right(\mathrm{rpm},\mathrm{EV}(\%)\}\end{array}\right]}$

该空/燃比匹配系数KMTCH_NEW是图表数据，其用来在大体上控制所有运行范围的燃料量。即，在没有空/燃比反馈控制的条件下，用空/燃比匹配系数KMTCH_NEW来校准燃料基量TB，就能在所有运行范围下将空/燃比控制到理论配比出来的空/燃比(λ＝1)附近。因此，即使氧传感器出现故障或其它因素不能进行空/燃比的反馈控制，也能通过空/燃比匹配系数KMTCH_NEW将空/燃比控制到理论配比的空/燃比附近。

确定空/燃比匹配系数KMTCH_NEW的方法如下。

空/燃比匹配系数KMTCH_NEW的确定不受其它系数的影响。燃料量TCONTROL由燃料基量TB与空/燃比匹配系数KMTCH的乘积确定。因此，燃料基量可如公式3所示。

公式3

TCONTROL＝TB×KMTCH_NEW

在直接耦合上阻尼离合器后，将车辆装在一个底盘测功器上。利用该底盘测功器的电机，固定发动机的转速，并通过一个机器人来调节容积效率。确定空/燃比匹配系数从而使空/燃比在每一个转速rpm区间(2～700转/分)都接近理论配比的空/燃比。在每一个转速rpm区间中，机器人操作加速踏板，并核定空/燃比是否在所有的运行范围内都与理论配比出的空/燃比接近。然而，在没有空/燃比反馈控制的情况很难接近理论配比出的空/燃比。

如上所述，本发明的燃料控制方法通过使第二汽缸组和第一汽缸组应用不同的空/燃比匹配系数KMTCH_NEW(TAFMTCH_O和TAFMTCH_E)能够解决第一汽缸组和第二汽缸组之间空/燃比不司的问题。此外，两个汽缸组空/燃比求取值彼此类似从而使误差有所降低，燃料系统的误差确定也更为容易和精确。

此外，由于空/燃比匹配系数分别独立地用于第一汽缸组第二汽缸组，因此即便在当前的燃料控制模式不是反馈控制模式，两个汽缸组的空/燃比也是类似的。因此，在突然脱离反馈控制模式时，两个汽缸组的空/燃比也保持类似，由此可以防止空/燃比处于浓的或稀的状态所产生的碳氢化合物、一氧化碳或氮氧化物的排放。

此外，由于独立的空/燃比匹配系数分别用于第一汽缸组第二汽缸组，因此可以对第一和第二汽缸组分别进行空/燃比控制，从而能利用氧传感器的信号进行精确的空/燃比控制。

尽管前面是以优选实施例的形式对本发明进行的说明，但本领域的普通技术人员都清楚本发明基本概念的变化和/或改进也在本发明权利要求书所定义的精神和范围之内。

Claims (6)

1、一种包括有第一汽缸组和第二汽缸组的内燃机的燃料控制方法，其特征在于，该方法包括：

检测吸气量；

根据所检测的吸气量确定燃料基量；

检测发动机转速；

根据所检测的吸气量计算出容积效率；

根据所检测的发动机转速和所检测的容积效率分别确定第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数；以及

根据燃料基量、第一汽缸组的空/燃比匹配系数、第二汽缸组的空/燃比匹配系数分别确定第一汽缸组和第二汽缸组的燃料量。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数确定成能够通过第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数对燃料基量进行的校正，使第一和第二汽缸组的空/燃比在每一个发动机转速和容积效率状态下都大致保持在理论配比值附近。

3、如权利要求1的方法，其特征在于，所述确定燃料量的步骤优选包括：

确定当前的燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式；以及

如果确定当前的燃料控制模式就是空/燃比反馈控制模式，那么根据下式来确定燃料量(TCONTROL)：

TCONTROL＝TB×(KLRN+KFB)×KMTCH_NEW×KWUP $\×\mathrm{KAFND}\×\mathrm{KPRGLEAN}\×(1+\mathrm{KAS}){+}^{\left[\begin{array}{c}\mathrm{TACL}\\ 0\\ \mathrm{TDCL}\end{array}\right]}$

其中：TB为燃料基量，KLRN是空/燃比的求得系数，KFB为燃料量反馈系数，KMTCH_NEW为空/燃比匹配系数，KWUP为热空气系数，KAFND为低温N-R-D档位系数，KRPGLEAN为净化空气初始吸入阶段的稀空/燃比的系数，KAS为启动后的空/燃比系数，TACL和TDCL分别是加速和减速的燃料量。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定燃料控制模式是否为空/燃比反馈控制模式的步骤是基于冷却剂的温度信号和氧传感器的信号进行的。

5、一种包括有第一汽缸组和第二汽缸组的内燃机的燃料控制系统，其特征在于，该系统包括：

一个控制单元，其基于发动机运行的一个或多个状态来确定燃料量，并生成一个用来表示所确定的燃料量的信号；以及

一个燃料喷入装置，其根据控制单元的信号将燃料喷入发动机；

其中，将控制单元编程以实现一个控制方法，该方法包括：

检测吸气量；

根据所检测的吸气量确定燃料基量；

检测发动机转速；

根据所检测的吸气量计算出容积效率；

基于发动机转速和容积效率分别确定第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数；

根据燃料基量、第一汽缸组的空/燃比匹配系数确定第一汽缸组的燃料量；以及

根据燃料基量、第二汽缸组的空/燃比匹配系数确定第二汽缸组的燃料量。

6、如权利要求5所述的燃料控制系统，其特征在于，第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数分别确定成能根据第一汽缸组的空/燃比匹配系数和第二汽缸组的空/燃比匹配系数对燃料基量进行的校正，使第一和第二汽缸组的空/燃比在每一个发动机转速和容积效率状态下都大致保持在理论配比值附近。

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