專利名稱：阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體涉及一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)
空燃比控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的概念于19世紀(jì)80年代就早早的被提出了 。在阿特金森循 環(huán)中，實(shí)際膨脹比大于實(shí)際壓縮比，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的比例大，做功行程長(zhǎng)；利用進(jìn)氣門 關(guān)閉正時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效排量，節(jié)氣門全開或大開，大大減小了部分 負(fù)荷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。但是，雖然阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)具有熱效率 高的特點(diǎn)，但卻存在功率偏低的問(wèn)題。所以在過(guò)去那個(gè)追求動(dòng)力性的年代，阿特金森循環(huán)發(fā) 動(dòng)機(jī)的研究被人們所忽略了。但是隨著能源和環(huán)保壓力的日益緊迫.旨在節(jié)約能源和降低 排放的混合動(dòng)力汽車成了汽車行業(yè)的重要研究對(duì)象，國(guó)內(nèi)外汽車公司又開始對(duì)阿特金森循 環(huán)進(jìn)行研究，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、電動(dòng)機(jī)、電池等各種技術(shù)的進(jìn)步。在傳統(tǒng)奧托 循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)上.通過(guò)一系列技術(shù)改造可以實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)特別是混合動(dòng)力汽車技術(shù)的 出現(xiàn)。在低速小負(fù)荷下可以使用動(dòng)力電池加電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。既發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的優(yōu) 點(diǎn).又避開了阿特金森循環(huán)低速小負(fù)荷下的弱點(diǎn)。使發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作在中高速下，充分發(fā) 揮了阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高的優(yōu)點(diǎn).提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。因此阿特金 森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)成為了混合動(dòng)力汽車中的關(guān)鍵技術(shù)。 阿特金森循環(huán)相對(duì)于傳統(tǒng)奧托循環(huán)多一個(gè)混合氣回流過(guò)程，即缸內(nèi)混合氣由于進(jìn) 氣門晚關(guān)造成了在壓縮行程早期缸內(nèi)混合氣回流到進(jìn)氣歧管的現(xiàn)象，并且回流的混合氣還 包含缸內(nèi)的殘余廢氣，因此使得進(jìn)氣歧管內(nèi)混合氣成分的狀態(tài)變的復(fù)雜，并且由于車用發(fā) 動(dòng)機(jī)中沒(méi)有可以準(zhǔn)確測(cè)量歧管混合氣成分的手段以及沒(méi)有可以準(zhǔn)確測(cè)量缸內(nèi)殘余廢氣系 數(shù)的手段，因此影響了阿特金森循環(huán)空燃比的準(zhǔn)確控制。如何在阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的控 制策略中實(shí)現(xiàn)混合氣回流量估計(jì)和缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)估計(jì)成為了解決阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng) 機(jī)空燃比精確控制的關(guān)鍵。 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN1755084的中國(guó)專利申請(qǐng)，講述 了一種發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用氧傳感器空燃比反饋控制進(jìn)行空燃比精確控 制，進(jìn)行空燃比的精確控制.但該專利并沒(méi)有考慮缸內(nèi)殘余廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣回流，也沒(méi) 有空燃比前饋控制器，空燃比控制瞬態(tài)響應(yīng)慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制 系統(tǒng)，把空燃比前饋控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，能夠精確控制阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng) 機(jī)空燃比，提高阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì) 單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、氧傳
3感器和噴油器，其中發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì)單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)空燃 比前饋控制器之間通過(guò)CAN總線相連，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置 傳感器通過(guò)信號(hào)線與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元連接。 所述的發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸 位置傳感器輸出的傳感信號(hào)，并整理輸出至進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元；同時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接收來(lái)自進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元的流量估計(jì)信息和廢氣 估計(jì)信息并根據(jù)控制策略將噴油量控制指令輸出至噴油器。 所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)設(shè)有空燃比控制模塊，該空燃比控制模塊包括基本空 燃比控制器、空燃比前饋控制器和空燃比反饋控制器，其中空燃比控制模塊根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和氧傳感器輸出的傳感信號(hào)以及進(jìn)氣回 流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元輸出的流量估計(jì)信息和廢氣估計(jì)信息得出噴油量以實(shí)現(xiàn) 空燃比的精確控制。 所述的空燃比控制模塊中的基本空燃比控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器信息計(jì)算基
本噴油量；前饋控制器根據(jù)進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元返回的流量估計(jì)信息和
廢氣估計(jì)信息進(jìn)行分析處理產(chǎn)生空燃比前饋控制信號(hào)；空燃比反饋控制器根據(jù)氧傳感器信
號(hào)進(jìn)行分析處理產(chǎn)生空燃比反饋控制，并根據(jù)基本空燃比信號(hào)、前饋控制信號(hào)和反饋控制
信號(hào)進(jìn)行噴油量計(jì)算得到噴油量驅(qū)動(dòng)信號(hào)并以噴油量控制指令形式輸出至噴油器。 本發(fā)明在實(shí)際進(jìn)行空燃比控制時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸
位置傳感器等傳感器首先采集相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)速，節(jié)氣門開度，和凸輪軸位置信息，并發(fā)送給
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)接收到的信號(hào)得出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，負(fù)荷和進(jìn)氣門正時(shí)，
并把轉(zhuǎn)速，負(fù)荷和進(jìn)氣門正時(shí)信息發(fā)送給進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元，進(jìn)氣回
流估計(jì)單元，殘余廢氣估計(jì)單元根據(jù)得到的信息處理得到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢
氣量，并把發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢氣量返回給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元
中基本空燃比控制器根據(jù)各傳感器信息計(jì)算出基本噴油量，前饋控制器根據(jù)接收到的信息
得出空燃比前饋控制量，同時(shí)反饋控制器接收氧傳感器信號(hào)計(jì)算空燃比反饋控制量，發(fā)動(dòng)
機(jī)控制單元結(jié)合基本空燃比控制量，空燃比前饋控制量和反饋控制量進(jìn)行噴油量實(shí)時(shí)處
理，得到最終的噴油量，并把得到的最終噴油量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)噴油器，實(shí)現(xiàn)噴油，
并最終實(shí)現(xiàn)了空燃比的精確控制。 本發(fā)明具有的積極效果 1.阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)存在較大的進(jìn)氣回流和缸內(nèi)殘余廢氣，通過(guò)增加的進(jìn)氣回 流估計(jì)單元，殘余廢氣估計(jì)單元得到進(jìn)氣回流量信息和缸內(nèi)殘余廢氣信息，使得進(jìn)氣量估 計(jì)更為準(zhǔn)確，保證噴油量計(jì)算的準(zhǔn)確性。 2.采用了前饋控制+反饋控制的方式來(lái)控制空燃比，提高了阿特金森循環(huán)空燃比 控制的瞬態(tài)響應(yīng)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。 如圖l所示，本實(shí)施例包括發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元1、進(jìn)氣回流估計(jì)單元2、殘余廢氣估 計(jì)單元3、傳感器系統(tǒng)4和噴油器5，其中發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元1設(shè)有空燃比控制模塊，發(fā)動(dòng)機(jī) 電控單元1、進(jìn)氣回流估計(jì)單元2、殘余廢氣估計(jì)單元3之間通過(guò)CAN總線相連，進(jìn)行實(shí)時(shí)的 信號(hào)傳遞，所述的傳感器系統(tǒng)4包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置 傳感器和氧傳感器，該傳感器系統(tǒng)4通過(guò)信號(hào)線與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元1連接。
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，節(jié)氣門位置傳感器，凸輪軸位置傳感器，氧傳 感器等各類傳感器4實(shí)時(shí)接收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)氣門位置，凸輪軸位置，尾氣空燃比等信息， 并把該信息傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元l，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元1根據(jù)接收到的信息進(jìn)行分析處理， 得出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，負(fù)荷以及進(jìn)氣門正時(shí)信息發(fā)送給進(jìn)氣回流估計(jì)單元2和殘余廢氣估計(jì)單 元3，進(jìn)氣回流估計(jì)單元2和殘余廢氣估計(jì)單元3根據(jù)得到的信息進(jìn)行分析處理得出發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢氣量，并把發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢氣量返回給發(fā)動(dòng)機(jī)電 控單元1，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢氣量和各類傳感器信號(hào)得 出最終噴油量并驅(qū)動(dòng)噴油器進(jìn)行噴油。 如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元包含空燃比控制模塊，該模塊采用基本空燃比控制+ 前饋控制+反饋控制結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速s，節(jié)氣門開度a，凸輪 軸位置b計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，負(fù)荷a，進(jìn)氣門正時(shí)13。進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì) 單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，負(fù)荷a ，進(jìn)氣門正時(shí)|3計(jì)算出進(jìn)氣回流量e ，缸內(nèi)殘余廢氣量Y 。 前饋控制器根據(jù)進(jìn)氣回流量e ，缸內(nèi)殘余廢氣量Y得到前饋控制量9 ，基本空燃比控制器 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接收到的各類傳感器信息得出基本噴油量n ，反饋控制器根據(jù)氧傳感
器空燃比a得出反饋控制量s，綜合空燃比基本控制量n，前饋控制量e和反饋控制量
S得出最終噴油量x。 本實(shí)施例將空燃比前饋控制和反饋控制結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行空燃比的聯(lián)合控制，當(dāng)空
燃比出現(xiàn)偏差時(shí)，空燃比前饋控制器提供一個(gè)前饋控制量e ，提高空燃比控制的瞬態(tài)響應(yīng)， 反饋控制器提供一個(gè)反饋控制量s保證空燃比與期待空燃比誤差在一定的范圍內(nèi)。最終
實(shí)現(xiàn)空燃比的精確控制并擁有很好的瞬態(tài)響應(yīng)。
權(quán)利要求
一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì)單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、氧傳感器和噴油器，其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì)單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比前饋控制器之間通過(guò)CAN總線相連，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器通過(guò)信號(hào)線與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元連接；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器輸出的傳感信號(hào)，并整理輸出至進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元；同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接收來(lái)自進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元的流量估計(jì)信息和廢氣估計(jì)信息并根據(jù)控制策略將噴油量控制指令輸出至噴油器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，其特征是，所述的發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)設(shè)有空燃比控制模i央，該空燃比控制模塊包括基本空燃比控制器、空燃比 前饋控制器和空燃比反饋控制器，其中空燃比控制模塊根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位 置傳感器、凸輪軸位置傳感器和氧傳感器輸出的傳感信號(hào)以及進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢 氣估計(jì)單元輸出的流量估計(jì)信息和廢氣估計(jì)信息得出噴油量以實(shí)現(xiàn)空燃比的精確控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，其特征是，所述的空 燃比控制模塊中的基本空燃比控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器信息計(jì)算基本噴油量；前饋控制 器根據(jù)進(jìn)氣回流估計(jì)單元和殘余廢氣估計(jì)單元返回的流量估計(jì)信息和廢氣估計(jì)信息進(jìn)行 分析處理產(chǎn)生空燃比前饋控制信號(hào)；空燃比反饋控制器根據(jù)氧傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理產(chǎn) 生空燃比反饋控制，并根據(jù)基本空燃比信號(hào)、前饋控制信號(hào)和反饋控制信號(hào)進(jìn)行噴油量計(jì) 算得到噴油量驅(qū)動(dòng)信號(hào)并以噴油量控制指令形式輸出至噴油器。
全文摘要
一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì)單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、氧傳感器和噴油器，其中發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、進(jìn)氣回流估計(jì)單元、殘余廢氣估計(jì)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比前饋控制器之間通過(guò)CAN總線相連，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器通過(guò)信號(hào)線與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元連接。本發(fā)明將空燃比前饋控制和反饋控制結(jié)合起來(lái)，根據(jù)不同的進(jìn)氣回流量和缸內(nèi)殘余廢氣量實(shí)時(shí)決定燃油噴射量，提高了空燃比控制的精確度和瞬態(tài)響應(yīng)特性，有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性。
文檔編號(hào)F02D41/30GK101737187SQ20101030053
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者劉雙寨, 華寅, 王斌, 許敏, 趙金星 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)