本發(fā)明屬于電控發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在通常的四沖程電控發(fā)動機系統(tǒng)中，發(fā)動機的壓縮沖程和排氣沖程曲軸信號位置是相同的。因此需要知道每個氣缸所處的工作狀態(tài)，以確定噴油時刻或者點火時刻。在傳統(tǒng)的電控汽油機和柴油機中，這種判別是通過凸輪軸傳感器來實現(xiàn)的，因此凸輪軸傳感器也被稱為氣缸識別傳感器。在曲軸傳感器發(fā)生故障時，也可以通過凸輪傳感器進行轉(zhuǎn)速計算，實現(xiàn)“跛行回家”功能。

隨著電控技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)一種壓阻式缸壓傳感器。這種傳感器可以直接檢測發(fā)動機缸內(nèi)的壓力狀態(tài)，而且缸內(nèi)的壓力狀態(tài)變化和曲軸相位有一定相關(guān)性?；谶@種傳感器，可以在無凸輪軸傳感器或曲軸傳感器的情況下實現(xiàn)發(fā)動機的判缸功能，并可通過缸壓的變化經(jīng)過數(shù)字計算出發(fā)動機轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)發(fā)動機在無凸輪軸情況下的運行并通過冗余設(shè)計增加系統(tǒng)可靠性。

其原理如下：當(dāng)發(fā)動機某一缸處于壓縮沖程時，隨著活塞從下止點向上止點運行，氣缸容積不斷變小，在氣體總量基本不變的情況下，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，缸壓會隨之升高；而當(dāng)其處于排氣沖程時，缸內(nèi)壓力處于較低水平，而且變化不大，而在于做功沖程，則壓力會急劇變化，呈陡峭上升和下降的曲線?；谶@種缸壓上的區(qū)別，就可以實現(xiàn)發(fā)動機的判缸、轉(zhuǎn)速計算，從而可以為噴油及點火控制提供參考信號，實現(xiàn)發(fā)動機的曲軸及凸輪軸故障狀態(tài)下實現(xiàn)“跛行回家”功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法及其系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機在曲軸信號和凸輪軸信號故障的情況下正常運行。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法，該方法為：通過設(shè)置在氣缸內(nèi)的量產(chǎn)壓阻式缸壓傳感器采集發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息，根據(jù)所述發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息確定發(fā)動機的曲軸相位信息，之后，再根據(jù)所述發(fā)動機的曲軸相位信息確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息；最后，發(fā)動機控制器根據(jù)所述發(fā)動機的相位信息和轉(zhuǎn)速信息進行判缸并驅(qū)動噴油器。

上述方案中，所述根據(jù)所述發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息確定發(fā)動機的曲軸相位信息，具體為：所述缸壓信號為燃油噴射之前的缸壓信號，即倒拖缸壓信號；根據(jù)所述缸壓信號和缸壓曲線的預(yù)測公式確定當(dāng)前缸內(nèi)的氣體容積，之后，再根據(jù)所述當(dāng)前缸內(nèi)的氣體容積和氣缸容積與曲軸相位之間的關(guān)系公式確定曲軸相位；式中p0、vk為純壓縮過程中某時刻的缸壓與氣缸容積，為曲軸相位，v0、vk為下止點時缸內(nèi)氣體壓力與氣缸容積，η為漏氣率，k為絕熱指數(shù)；v(φ)為對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角為φ時的氣缸總?cè)莘e、vc為活塞在上止點時的氣缸容積或者燃燒室容積、d為氣缸直徑、r為曲柄半徑、l為連桿長度。

上述方案中，所述根據(jù)所述發(fā)動機的曲軸相位信息確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息，具體為：在一個循環(huán)周期內(nèi)，任意選取兩個位置作為參考位置，確定所述兩個位置的曲軸相位和時間差，將所述兩個位置的曲軸相位差除以時間即得轉(zhuǎn)速。

上述方案中，所述發(fā)動機控制器根據(jù)所述發(fā)動機的相位信息和轉(zhuǎn)速信息進行判缸，具體為：當(dāng)發(fā)動機正常工作時，不斷掃描缸壓值，當(dāng)缸壓值高于缸壓高于第一閾值且小于第二閾值時，確定該缸處于壓縮沖程，當(dāng)缸壓值高于第二閾值時，確定該氣缸處于做功沖程，剩下的循環(huán)依次為排氣和吸氣沖程。

上述方案中，所述根據(jù)所述發(fā)動機的曲軸相位信息確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息，具體為：判定氣缸順序后，定時采集一缸或相鄰缸缸內(nèi)的壓力信號，根據(jù)缸內(nèi)壓力信號對應(yīng)的曲軸相位曲線確定相位變化，相位差除以采集時間隔即可得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明實施例還提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制系統(tǒng)，其包括控制器、信號處理模塊、通訊模塊、電源模塊，缸壓信號和/或曲輪軸曲軸信號通過信號處理模塊處理后發(fā)送到控制器，所述控制器將控制信號通過通訊模塊向外部傳輸；所述電源模塊用于向控制器、信號處理模塊、通訊模塊供電。

上述方案中，所述信號處理模塊包括第一外圍處理電路、第二外圍處理電路、adca電路、adcb電路，所述缸壓信號通過第一外圍處理電路后分別經(jīng)adca電路、adcb電路傳輸至控制器，所述曲輪軸曲軸信號通過第二外圍處理電路傳輸至控制器。

上述方案中，所述通訊模塊包括bdm接口電路、can總線、接口電路，所述控制器的控制信號一路經(jīng)bdm接口電路傳輸至外部，另一路依次經(jīng)can總線、接口電路傳輸至發(fā)動機。

上述方案中，所述控制器還分別連接有sdram、dataflash、nandflash。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法，通過設(shè)置在氣缸內(nèi)的量產(chǎn)壓阻式缸壓傳感器采集發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息，根據(jù)所述發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息確定發(fā)動機的曲軸相位信息，之后，再根據(jù)所述發(fā)動機的曲軸相位信息確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息；最后，發(fā)動機控制器根據(jù)所述發(fā)動機的相位信息和轉(zhuǎn)速信息進行判缸并驅(qū)動噴油器，這樣，通過本發(fā)明采用量產(chǎn)壓阻式缸壓傳感器能夠保證發(fā)動機在無曲軸信號情況下正常啟動及運行，在曲軸信號丟失的情況下，根據(jù)缸壓信號的檢測再結(jié)合凸輪軸的位置信號為發(fā)動機提供一個相對較高的角度分辨率，來確定其相位基準(zhǔn)，這樣為發(fā)動機在非正常狀態(tài)下實現(xiàn)“跛行回家”增添了一種可靠性的保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法中第一種確定轉(zhuǎn)速的策略示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法中第二種確定轉(zhuǎn)速的策略示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法中處于同一時刻的某四缸發(fā)動機的缸壓曲線；

圖5為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法中發(fā)動機無凸輪軸傳感器信號啟動過程；

圖6為本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制系統(tǒng)的連接示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制方法，如圖1所示，該方法通過以下步驟實現(xiàn):

步驟101：通過設(shè)置在氣缸內(nèi)的量產(chǎn)壓阻式缸壓傳感器采集發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息。

步驟102：根據(jù)所述發(fā)動機燃燒室內(nèi)缸壓信息確定發(fā)動機的曲軸相位信息。

具體地，所述缸壓信號為燃油噴射之前的缸壓信號，即倒拖缸壓信號；根據(jù)所述缸壓信號和缸壓曲線的預(yù)測公式確定當(dāng)前缸內(nèi)的氣體容積，之后，再根據(jù)所述當(dāng)前缸內(nèi)的氣體容積和氣缸容積與曲軸相位之間的關(guān)系公式確定曲軸相位；式中p0、vk為純壓縮過程中某時刻的缸壓與氣缸容積，為曲軸相位，v0、vk為下止點時缸內(nèi)氣體壓力與氣缸容積，η為漏氣率，k為絕熱指數(shù)；v(φ)為對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角為φ時的氣缸總?cè)莘e、vc為活塞在上止點時的氣缸容積或者燃燒室容積、d為氣缸直徑、r為曲柄半徑、l為連桿長度。

進一步地，在壓縮沖程中，忽略漏氣損失，忽略缸壁傳熱損失，將缸內(nèi)氣體視為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程得到p·v^κ＝const，p為缸內(nèi)壓力，v為氣缸容積，k為絕熱指數(shù)；以壓縮沖程始點，即下止點為參考點有缸壓曲線假設(shè)在壓縮沖程開始時，所有損失都已經(jīng)發(fā)生，其影響效果全部反映在下止點的p0上，故此時缸壓曲線的預(yù)測公式修正為

步驟103：根據(jù)所述發(fā)動機的曲軸相位信息確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息。

具體地，如圖2所示，在一個循環(huán)周期內(nèi)，任意選取兩個位置作為參考位置，確定所述兩個位置的曲軸相位和時間差，將所述兩個位置的曲軸相位差除以時間即得轉(zhuǎn)速。

可選地，如圖3所示，在同一氣缸或兩個相鄰的缸的統(tǒng)一轉(zhuǎn)角位置記錄時間，根據(jù)發(fā)動機氣缸數(shù)確定兩個相鄰的缸之間的相位差，所述相位差除以時間差即得轉(zhuǎn)速。

步驟104：發(fā)動機控制器根據(jù)所述發(fā)動機的相位信息和轉(zhuǎn)速信息進行判缸并驅(qū)動噴油器。

具體地，當(dāng)發(fā)動機某一缸處于壓縮沖程時，隨著活塞從下止點向上止點運行，氣缸容積不斷變小，在氣體總量基本不變的情況下，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，缸壓會隨之升高。而當(dāng)其處于排氣沖程時，缸內(nèi)壓力處于較低水平，而且變化不大。

當(dāng)發(fā)動機正常工作時，不斷掃描缸壓值，當(dāng)缸壓值高于缸壓高于第一閾值且小于第二閾值時，確定該缸處于壓縮沖程，當(dāng)缸壓值高于第二閾值時，確定該氣缸處于做功沖程，剩下的循環(huán)依次為排氣和吸氣沖程。

如圖4所示，當(dāng)發(fā)動機正常工作時，只有壓縮沖程和做功沖程的壓力值明顯高于其他工作沖程。如圖中缸壓值處于較高水平的位置所示?；诖耍灰粩鄴呙韪讐褐?，設(shè)定一個判據(jù)如3bar的壓力，認定當(dāng)缸壓高于該閾值時，即可判斷該缸處于壓縮沖程或做功沖程；進一步地，再根據(jù)缸壓的斜率確定是該缸處于壓縮沖程還是做功沖程，即當(dāng)所述缸壓的斜率大于0時，該缸處于壓縮沖程，當(dāng)所述缸壓的斜率大于0時，該缸處于做功沖程。

下面結(jié)合圖4對本發(fā)明進行簡要的原理分析：1)根據(jù)理想氣體的壓縮模型有在壓縮沖程中，忽略氣體泄漏損失，忽略缸壁傳熱損失，將缸內(nèi)氣體視為理想氣體，有：p·v^κ＝const，其中p為缸內(nèi)壓力，v為氣缸容積，為絕熱指數(shù)，這樣當(dāng)p達到最大值時，v值便成為最小，v值最小時發(fā)動機氣缸處于上止點的位置，這樣的過程只有兩種一種是處于壓縮終了時，一種是處于做功起始點，但這時活塞始終處于的上止點的位置。

圖5給出了實際實現(xiàn)的一個實驗結(jié)果，即實現(xiàn)了發(fā)動機的無凸輪傳感器信號運行。圖5所示實驗結(jié)果顯示，這種方法啟動速度在一個循環(huán)內(nèi)即可實現(xiàn)。

本發(fā)明實施例還提供一種基于缸壓傳感器的電控發(fā)動機控制系統(tǒng)，如圖6所示，其包括控制器1、信號處理模塊2、通訊模塊3、電源模塊4，缸壓信號和/或曲輪軸曲軸信號通過信號處理模塊2處理后發(fā)送到控制器1，所述控制器1將控制信號通過通訊模塊3向外部傳輸；所述電源模塊4用于向控制器1、信號處理模塊2、通訊模塊3供電。

所述信號處理模塊2包括第一外圍處理電路21、第二外圍處理電路22、adca電路23、adcb電路24，所述缸壓信號通過第一外圍處理電路21后分別經(jīng)adca電路23、adcb電路24傳輸至控制器1，所述曲輪軸曲軸信號通過第二外圍處理電路22傳輸至控制器1。

所述通訊模塊3包括bdm接口電路31、can總線32、接口電路33，所述控制器1的控制信號一路經(jīng)bdm接口電路31傳輸至外部，另一路依次經(jīng)can總線32、接口電路33傳輸至發(fā)動機。

所述控制器1還分別連接有sdram11、dataflash12、nandflash13。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。