一种电喷发动机空燃比控制方法与流程

1.本发明涉及一种发动机燃油环保节能技术领域，尤其涉及一种电喷发动机空燃比控制方法。


背景技术：

2.目前电喷发动机的空燃比控制主要以供油的闭环控制为主，当发动机工作在稳态情况下，设置在排气管上的宽域氧传感器能够准确的检测发动机废气中氧气浓度，然后再将获取到的信号发给ecu，ecu根据得到的氧气浓度信息，与目标值理想空燃比作比较，设计闭环反馈控制，控制电喷发动机喷油量，使气缸内空燃比控制在理想空燃比14.7:1处，使发动机处于较理想的工况下运行，既能保证汽车有较好的动力性能，也能保证较好的燃油经济性和环保性能。后氧传感器(ego)主要用来检测经过三元催化净化后的废气氧气浓度，如果前氧传感器(uego)和后氧传感器(ego)所获取到的氧气浓度数据相同，说明三元催化失效了。因此，前氧传感器(uego)的准确工作对发动机空燃比闭环反馈控制有重要作用。
3.但是以上控制结果建立在发动机机械和电气系统部件处于正常工作性能的基础之上，随着发动机各个系统的逐步老化，各个系统或者部件性能变化范围不一致，发动机ecu初始设计的控制逻辑很难匹配这种极其复杂混乱的状态，使发动机电喷控制系统的控制精度下降，导致发动机空燃比严重偏离14.7：1，进而导致发动机动力下降，油耗增高以及排放污染物大幅上升的现象出现。这种现象只是体现在发动机油耗略微偏高，动力略有下降以及排放污染物大幅增加这三个方面，车辆在正常使用方面不会有直观影响，即使车主在动力和油耗上有所察觉或者在年审时发现尾气超标，但是在维修时发动机电控系统也不会产生故障码以及任何直观故障现象，所以说维修起来特别复杂，成本也相当高昂，有时候花了很多的成本，故障也无法解决。
4.在实际应用中，汽车发动机一般设置有两个氧传感器，前氧传感器的安装在发动机排气管前端，其工作环境较为恶劣，经过长时间的使用发动机燃烧产生的尾气中包含的腐蚀性成分还会使氧传感器表面附着油污，逐渐的老化导致传感器检测到的数据不准确，导致现有的闭环反馈控制精度下降，无法达到满意的控制效果，从而导致发动机的动力性和燃油经济性下降。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种电喷发动机空燃比控制方法，可以根据发动机不同状况进行实际调节，使其恢复到理论空燃比附近，使发动机油耗和污染物排放恢复到最佳状态。
6.本发明的目的通过如下技术方案实现：
7.一种电喷发动机空燃比控制方法，步骤如下：
8.s1、获取当前循环的氧传感器检测的实际空燃比z
k 1
，与理想空燃比z
*
做差得到下一循环的调节误差为sgn(z
k 1
‑
z
*
)；
9.s2、获取当前循环的喷油量u
k
，结合下一循环的调节误差sgn(z
k 1
‑
z
*
)计算得到下一循环的修正喷油量；
10.s3、所述的修正喷油量进行优化后得到下一循环的实际喷油量u
k 1
，
11.具体控制规则为：u
k 1
＝[u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)]
·
m，
[0012]
a
k
为循环体中计数器每次的增量值，且a
k
为随着k的变化而变化的序列，即
[0013]
具体优化规则为：
[0014]
定义指标函数i
a
(x)中当x∈a时，i
a
(x)＝1，当时，i
a
(x)＝0；扩展截断界为μ>0；
[0015]
当修正喷油量不大于扩展截断界时，下一循环的实际喷油量u
k 1
为修正喷油量；
[0016]
当修正喷油量大于扩展截断界时，下一循环的实际喷油量u
k 1
重置为0；再下一个循环的实际喷油量u
k 2
计算如下：
[0017]
u
k 2
＝0 a
k 2
sgn(z
k 2
‑
z
*
)。
[0018]
在本发明中，所述的氧传感器为宽域氧传感器或浓差型氧传感器中的一种。
[0019]
本发明还提供一种电喷发动机空燃比控制系统，包括调节误差计算模块、修正喷油量计算模块、优化指标模块和控制模块；所述的调节误差计算模块通过获取的当前循环的氧传感器的检测值和理想空燃比计算调节误差；所述的修正喷油量计算模块获取当前循环的喷油量再结合下一循环的调节误差计算得到修正喷油量；所述的优化指标模块对修正喷油量进行优化后得到下一循环的实际喷油量；所述的控制模块基于实际喷油量控制发动机进行喷油。
[0020]
在本发明中，所述的优化指标模块中包括判断模块和执行模块，所述的判断模块用于判断所述的修正喷油量是否超出扩展截断界；所述的执行模块用于当所述的修正喷油量超出扩展截断界时将用于再下一个循环的计算的下一个循环的实际喷油量重置为零。
[0021]
有益效果如下：
[0022]
本发明所述的空燃比控制方法与现有的喷油闭环控制系统相配合，在氧传感器测量值不精准有误差的时候使用，仅通过修正前氧传感器或是后氧传感器中的一种可以实现增加了电喷发动机空燃比闭环控制的鲁棒性的效果，延长了喷油闭环控制系统的使用时间。
附图说明
[0023]
通过参考附图阅读下文的详细描述，使本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
[0024]
图1为本发明的一种电喷发动机空燃比控制方法的一种流程图；
[0025]
图2为实施例1的实际控制效果图；
[0026]
图3为实施例1的实际控制量的变化图。
具体实施方式
[0027]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0028]
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0029]
另外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0031]
本发明提供一种电喷发动机空燃比控制系统，包括调节误差计算模块、修正喷油量计算模块、优化指标模块和控制模块；所述的调节误差计算模块通过获取的当前循环的氧传感器的检测值和理想空燃比计算调节误差；所述的修正喷油量计算模块获取当前循环的喷油量再结合下一循环的调节误差计算得到修正喷油量；所述的优化指标模块对修正喷油量进行优化后得到下一循环的实际喷油量；所述的控制模块基于实际喷油量控制发动机进行喷油。
[0032]
在本发明中，所述的优化指标模块中包括判断模块和执行模块，所述的判断模块用于判断所述的修正喷油量是否超出扩展截断界；所述的执行模块用于当所述的修正喷油量超出扩展截断界时将用于再下一个循环的计算的下一个循环的实际喷油量重置为零。
[0033]
基于上述控制系统的控制方法步骤如图1所示，具体为：
[0034]
s1、获取当前循环的氧传感器检测的实际空燃比z
k 1
，与理想空燃比z
*
做差得到下一循环的调节误差为sgn(z
k 1
‑
z
*
)；
[0035]
s2、获取当前循环的喷油量u
k
，结合下一循环的调节误差sgn(z
k 1
‑
z
*
)计算得到下一循环的修正喷油量；
[0036]
s3、所述的修正喷油量进行优化后得到下一循环的实际喷油量u
k 1
，具体控制规则为：
[0037]
u
k 1
＝[u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)]
·
m，
[0038]
a
k
为循环体中计数器每次的增量值，且a
k
为随着k的变化而变化的序列，即
[0039]
具体优化规则为：
[0040]
[0041]
定义指标函数i
a
(x)中当x∈a时，i
a
(x)＝1，当时，i
a
(x)＝0；扩展截断界为μ>0，μ为大于零的任意常数。
[0042]
当修正喷油量不大于扩展截断界时，下一循环的实际喷油量u
k 1
为修正喷油量；
[0043]
当修正喷油量大于扩展截断界时，下一循环的实际喷油量u
k 1
重置为0；再下一个循环的实际喷油量u
k 2
计算如下：
[0044]
u
k 2
＝0 a
k 2
sgn(z
k 2
‑
z
*
)。
[0045]
在本发明中，所述的氧传感器为宽域氧传感器或浓差型氧传感器中的一种。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例提出一种在氧传感器检测值不准确情况下的电喷发动机空燃比控制的方法，电喷发动机型号为：bmw f800 gs型发动机，转速约2300r/min，节气门角度8
°
，初始喷油脉宽为1.6ms，初始目标空燃比z
*
设置为15；具体包括以下步骤：
[0048]
步骤s1、获取前氧传感器的测量值z
k 1
，与理想空燃比z
*
做差得到误差信号z
k 1
‑
z
*
，加上符号函数得到调节误差sgn(z
k 1
‑
z
*
)。
[0049]
需要注意的是，由于本发明提出的空燃比控制方法的调节误差是用符号函数表示的，所述调节误差注重的是测量值与目标值的偏差正负，而非偏差值的具体大小，所以本发明可以在氧传感器测量值不准确时使用。
[0050]
本实施例中所述的理想空燃比z
*
设置为14.7，系统的输出值为氧传感器的测量值为实际空燃比。做差得到误差信号，进行闭环负反馈控制。
[0051]
步骤s2：根据s1所述的调节误差，使用如下的控制规律：
[0052]
u
k 1
＝[u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)]
·
m
[0053]
a
k
为步长，为循环体中计数器每次的增量值，且a
k
为随着k的变化而变化的序列，即随着发动机的运行，k值一直增大，步长a
k
逐渐减小。在本公式中，意思是随着k的增大，步长a
k
相应的变化。相当于一个随着k变化的系数。
[0054]
将定义为优化指标模块。
[0055]
其中，定义指标函数i
a
(x)，表示当x∈a时，i
a
(x)＝1，当时，i
a
(x)＝0。在μ>0的条件下表示扩展截断界。
[0056]
用来定义参数扩展截断界
[0057]
σ
k 1
为参数扩展截断界的下标参数σ
k
的下一次更新的计算方式。
[0058]
故而，优化指标模块m可与理解为当u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)的大小未超出扩展截断界时，即时，m＝1，即执行u
k 1
＝[u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)]的控制操作。
[0059]
当u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)的大小超过扩展截断界时，即时，即时，可以得知m＝0，进而u
k 1
重新置为0，下一个控制信号u
k 2
根据u
k 1
＝0、a
k 2
和sgn(z
k 2
‑
z
*
)重新计算产生。
[0060]
用来定义参数扩展截断界
[0061]
上述实施例的试验结果如下：
[0062]
在5s时令使能信号en＝1，即进入空燃比闭环控制系统。图2中afr实时值z
k 1
可以很好的保持在15左右，即表示能够跟踪目标值15。
[0063]
在50s时修改目标值为14.7，闭环控制中，实时值z
k 1
依旧可以很好的跟踪目标值14.7。
[0064]
在90s修改目标值为14，图3看出，喷油脉宽有超调出现，原因是湿壁效应。(减小空燃比＝增加喷油量，但喷油量增加一点时，由于湿壁效应，afr不会立刻减小，因此控制器会控制喷油量继续增加，当afr低于14时，喷油量过多，此时控制器才会控制减少喷油量，使afr稳定在目标值14左右)
[0065]
在120s修改目标值为15,由图3：令使能en＝0后en＝1，即重新进入闭环控制。后续过程与试验过程1)类似。
[0066]
由上述所分析的实际实验结果。可以看出，本发明所述方法能够很好的跟踪目标值，达到控制效果。
[0067]
容易理解的是，本发明所述的电喷发动机空燃比控制方法可以与现有的闭环控制结合使用。当前氧传感器测量值精度较好符合精度要求的时候，使用现有的闭环控制方法，当前氧传感器误差较大精度无法达到要求以至于现有的空燃比闭环控制方法出现偏差时，则可以使用本发明所述的电喷发动机空燃比控制方法。
[0068]
实施例2
[0069]
除了申请实施例1所述的氧传感器测量不准确的情况，本发明实施例2提出另一种使用情况，当汽车没有安装氧传感器或者该氧传感器完全无法工作时，可以使用传统的浓差型(开关型)氧传感器，通过使用本发明所述电喷发动机空燃比控制方法，同样可以达到控制效果。
[0070]
浓差型氧传感器用于测量发动机排放尾气中的氧气浓度，供ecu进行实时监控、优化系统控制策略、降低油耗及尾气排放。其与前氧传感器相比较，其特点是可靠性高，使用寿命长，价格低。其缺点是：只能输出氧气含量浓稀两种状态，没有精确的数值。
[0071]
容易知道的是，本发明所提供的电喷发动机空燃比控制方法，其核心在于通过调节误差进行闭环反馈控制。而本方法的调节误差为sgn(z
k 1
‑
z
*
)。使用符号函数后，其重点在于检测值与目标值的偏差的正负关系，而不在于具体的数值。
[0072]
因此根据实施例2所述，使用的浓差型氧传感器，可以得到系统的调节误差sgn(z
k 1
‑
z
*
)，进而使用本发明所述的如下控制规律：
[0073]
u
k 1
＝[u
k
a
k
sgn(z
k 1
‑
z
*
)]
·
m
[0074]
具体参数以及步骤同本发明所述实例1。
[0075]
将本发明所述方法与现有发动机空燃比控制方法相结合。当氧传感器可以正常使
用时，可以使用现有的发动机空燃比控制方法，当氧传感器检测精度下降或其他无法使用氧传感器时，则使用本发明所述发动机空燃比控制方法。将本发明所述电喷发动机空燃比控制方法与现有的喷油闭环控制相配合，即保证了发动机的动力性和燃油经济性，同时也增加了电喷发动机空燃比闭环控制的适用范围、延长了系统使用时间。
[0076]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。