電噴發動機自適應停缸控制技術的製作方法

2023-05-14 15:53:46

專利名稱：電噴發動機自適應停缸控制技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電噴內燃式發動機的噴油控制技術，用於電噴發動機停缸節油領域。
背景技術：
電噴內燃式發動機由工作原理決定在小負荷工況下，燃燒熱轉換效率低、比油耗和排放指標高。大負荷工況下，燃燒熱轉換效率高，比油耗和排放指標也減小。在小負荷工況發動機動力輸出有富餘的情況下，切斷多缸發動機部分缸的供油，讓其停止工作，提高其它缸的負荷率來滿足和適應發動機的外部負荷需要，這就是停缸節油的基本原理。從上世紀60年代起，就有人研究此項技術，至到現在，這項技術仍在不斷更新和完善之中。例如 ZL200610012987. 4就提出了一種停缸的模式及控制裝置。但是到現在為止，還沒有一項現有的閉缸節油技術成功用於汽車電噴發動機的實際應用中。究其原因，它們或多或少存在以下缺陷要麼需要對汽車的機械部分進行一定規模的改造，這種改造的付出和節油的效益相比，已失去經濟學意義；要麼需要檢測諸如節氣門開度，發動機轉速，發動機溫度，車輛行駛速度等參數，需要對汽車相關電氣部分做繁瑣的改造，控制模式也較複雜，停缸時還有可能要影響車輛的動力，同樣失去了實用價值。發明內容
本發明的目的，是提供一種經濟、高效、實用的電噴發動機停缸節油控制技術，用簡單的方法及模式來實現發動機的自適應自動停缸，實現停缸節油技術的實用化。
本發明電噴發動機自適應停缸控制技術包括發動機停缸檢測控制方法及發動機噴油控制裝置兩部分。
本發明的發動機停缸檢測控制方法是基於以下的分析和考慮當機動車正常行駛時，在行駛擋位和油門一定的情況下，發動機的輸出功率及轉速，與車輛行駛速度所對應的、施加在發動機上的負荷，處於一個動態平衡狀態。在擋位及油門都不變的情況下，如果發動機的負荷變大，比如車輛進入上坡路段，發動機的轉速必然下降，其下降的速度和大小，和當時發動機的負荷呈相關關係，負荷越大，下降的速度越快，轉速下降率也越大。由於發動機的動力是通過變速器傳輸給車輛的，車輛正常行駛時，可以看成是一個剛性的慣性運動系統。將發動機各缸總的停缸時間與發動機各缸總的工作時間之比定義為停缸率，在車輛正常行駛中，用一個較小的停缸率停止一些缸的工作，如果此時其它工作缸的動力輸出有富餘，能夠滿足維持車輛行駛的需求，由於系統的慣性，發動機的轉速和車輛的行駛速度都不會下降或下降很小不影響行駛。當繼續加大停缸率直到發動機輸出的動力小於車輛動力需求的平衡點後，發動機的轉速才開始下降，直到發動機轉速下降到一個允許的極限點，此段區域就是可以停缸操作的區域，也就是在不影響發動機的動力輸出和車輛行駛速度為前提的節油區域。
據此，本發明的發動機停缸檢測控制方法是將發動機分為正常工作區和停缸操作區。根據發動機的實際工況和車輛的行駛情況，將發動機冷態和發動機轉速不穩定期納入正常工作區，不進行停缸操作。而將車輛熱態、發動機基本處於勻速運行區，納入停缸操作區。當發動機處於剛啟動的冷態時，水溫及油溫均未達到正常狀態，不適宜停缸控制。而當發動機轉速下降或升高時，引起發動機轉速發生變化的因素，有可能是發動機外部負荷變化引起的，也有可能是汽車行駛過程中的變速引起的，為了避免影響發動機的動力，也不進行停缸操作。在停缸操作區需要停缸時，單一檢測發動機的轉速，動態地、有規律地切斷髮動機部分缸的供油，讓其短時停止工作，從發動機斷油前和斷油後的轉速變化及變化的速度中，來定性地判斷發動機的負荷大小及動態修正停缸率。具體過程是，先試探性地用一個最小的停缸率使發動機停缸，觀察發動機的轉速變化情況，如果發動機的轉速沒有變化或變化很小，連續加大發動機的停缸率，直到發動機的轉速下降到一個允許的下降極限，然後再微量調整、保持此時的停缸率，使發動機的轉速穩定在下降極限對應的轉速附近。在停缸操作期間，一旦檢測到發動機的轉速升高或下降的變化超過允許的轉速波動範圍，認為是車輛開始加速或負荷增加，為不影響發動機動力輸出，自動退出停缸工作區，進入正常工作區。在整個停缸過程中，停缸率沒有固定的大小，完全由實際負荷下發動機的轉速下降情況用試湊的方法自動調節和修正。這個過程，就是本發明的電噴發動機自適應停缸控制過程。停缸時，設定最低停缸率、發動機轉速的下降極限值、允許發動機轉速升高或下降的波動範圍，可以考慮發動機的性能及駕駛的舒適性因素，根據車輛具體情況，以不顯著影響車輛行駛為原則，由實驗確定。由於本發明的發動機停缸檢測控制方法沒有引入發動機水溫信號，發動機的熱態工作狀態用發動機起動工作一段時間後來的方法來判定。工作時間的長短，可參考發動機環境溫度因素，用實驗測試來確定。
根據以上所述本發明的發動機停缸檢測控制方法，對發動機實施停缸的具體步驟是a.測量和計算發動機轉速，將發動機的轉速作為停缸的唯一監控參數；b.確定發動機工作在熱態和發動機轉速穩定的停缸工作區，可以實施停缸；c.先以一個最低的停缸率對發動機進行停缸；d.保持停缸率繼續停缸，延時、監測發動機的轉速；e.如果發動機的轉速下降沒有達到設定的下降極限值，增大停缸率；f.重複d e步驟，直到發動機轉速下降到設定的下降極限值；g.微調或保持此時的停缸率繼續停缸，讓發動機的轉速穩定在下降極限值附近；h.如果發動機轉速升高或下降未超過允許的轉速波動範圍，重複g步驟；i.停止停缸操作，退出停缸工作區，回到正常工作區。
本發明發動機噴油控制裝置由噴油檢測控制電路和微電腦控制系統兩部分組成。 噴油檢測控制電路由電流檢測部件和電源功率控制開關及環境溫度傳感器組成。本發明的發動機噴油控制裝置輸入的外部信號僅為發動機的轉速信號及環境溫度信號，採用本發明的發動機停缸檢測控制方法。當發動機處於正常工作區時，噴油控制電路保持發動機各噴油器的正電源端和車載電源直通，各缸的噴油由汽車發動機噴油控制系統控制。當發動機處於停缸工作區需要停缸時，微電腦控制系統在某缸需要停止的時刻，切斷該缸噴油器的正電源供應，使該缸該次不能噴油，實現發動機的停缸。在不需要停缸的時候，恢復該缸噴油器的電源供應。由於沒有引入水溫信號，對發動機熱態狀態的判定，可以這樣進行發動機噴油控制裝置中附加一個環境溫度傳感器，對環境溫度進行測量，得到一個環境溫度值。發動機啟動後，發動機噴油控制裝置檢測到發動機的轉速信號，開始對發動機工作時間計時，發動機連續工作一定時間後，認為發動機處於熱態狀態。確定發動機熱態狀態的連續工作時間，可以結合發動機啟動時的環境溫度，由實驗確定。發動機的轉速信號，可以直接從發動機的轉速傳感器處引入發動機噴油控制裝置，也可以採用一種更簡單的辦法從噴油器相鄰二次噴油電壓脈衝的時間間隔計算出。發動機的停缸率，定義為發動機各缸停止噴油次數總和與各缸噴油次數總和之比。最低的停缸率，也就是剛開始的起始停缸率，可以由車輛發動機的情況，由實驗靈活確定。發動機最大停缸率所允許的發動機轉速下降的極限值，也可以由駕駛員的感受靈活確定。
下面結合附圖來具體描述發動機噴油控制裝置的具體實施。
圖1為本發明發動機噴油控制裝置噴油檢測控制電路的實施例。


圖1為本發明發動機噴油控制裝置噴油檢測控制電路的實施例。 圖1中，虛線框內為為噴油檢測控制電路的具體結構，它由電流檢測部件1和電源功率控制開關2及環境溫度傳感器t構成。車載正電源BATT接到電流檢測部件1及環境溫度傳感器t的一端，電流檢測部件1的另一端接功率開關器件2和微電腦控制系統SCU。功率開關2的輸出接噴油器IJC的正電源端，噴油器的另一端接汽車噴油控制器AMCU。環境溫度傳感器t的輸出也接SCU。在正常噴油的情況下，SCU輸出高電平打開電源功率控制開關 2，AMCU輸出接地，噴油器線圈通電噴油。由於電流檢測部件1是串接在噴油器電路迴路中， 噴油器噴油時的電流在電流檢測部件1上形成了一個有一定電壓降的脈衝電壓波形。這個波形，可用於噴油缸序確定及發動機轉速計算。
圖2為本發明發動機噴油控制裝置實施例一。圖3為實施例一正常噴油時，各缸噴油器噴油電流在噴油檢測控制電路電流檢測部件1上形成的電壓脈衝波形。
在圖2的實施例一中，BATT為車載正電源引入端，IJCl IJC4為發動機的4個噴油器，噴油器的數量，由發動機的汽缸數定，圖中只是示意性的定為4個。PCNl PCN4 為噴油檢測控制電路，它包含有圖1所示的電路結構，其輸出端分別與各自對應的噴油器正電源端相聯。發動機的轉速信號SPEED從外部引入SCU的IN輸入端，各電流檢測部件輸出的，如圖3所示的各缸噴油電壓脈衝Vl V4分別接SCU的mi IN4輸入端，SCU的輸出OUTl 0UT4分別接PCNl PCN4。當噴油控制裝置檢測到發動機處於正常工作區時， S⑶的OUTl 0UT4均輸出高電平，PCNl PCN4開啟導通，IJCl IJC4的正電源端直接接BATT，另外一端接發動機噴油控制器AMCU的輸出，S⑶退出對發動機的噴油控制，IJCl IJC4完全由發動機噴油控制器AMCU是否接地形成噴油電流迴路來控制。
當噴油檢測控制裝置確定發動機處於停缸工作區需要停缸時，按照以上所述的停缸控制方法，SCU先確定需要停止的某缸，再通過對Vl V4波形的記錄和分析，在輪到該缸噴油的前一時刻T，SCU對該缸噴油控制電路輸出低電平，該缸電源功率控制開關PCN關閉，噴油器的電源被切斷，當次不噴油，在該缸噴油結束後，SCU恢復該缸噴油器的電源，不影響下一次正常噴油。
圖4給出了一個缸噴油器正常噴油和停缸時電流檢測部件1上形成的電壓和電流波形示意圖。在不停缸正常噴油的時候，BATT的正電源電直接送給噴油器IJC，噴油器由發動機噴油控制器控制，產生實線描繪的連續的噴油電流脈衝波IJCi，某時刻需要停某缸時，在此缸下一噴油時刻到來前的時刻T，SCU短暫關閉該缸的供電電源，使該缸此次噴油無效。圖4中的虛線噴油電流脈衝表示該次噴油無效。在下一次噴油開始前的T時刻，恢復噴油器的電源，正常噴油。
圖5為本發明發動機噴油控制裝置的實施例2。
圖6為實施例2在不停缸正常噴油的情況下，電流檢測部件1檢測到的各缸噴油波形，Vl V4代表1 4缸噴油時的電壓波形。
在圖5中，各缸共用一個噴油控制裝置PCN，PCN也擁有圖1虛線內的噴油控制電路。電流檢測部件1的脈衝輸出接SCU的IN輸入，SCU的OUT端接PCN的電源功率控制開關2。PCN的輸出並接IJCl IJC4噴油器，AMCU為汽車噴油控制器。
在圖5的實施例2中，沒有引入發動機轉速信號，而是SCU從圖6的一個噴油脈衝周期Tl中計算出的。對於4缸發動機，每一轉就有一缸噴油，1/T1就可計算出發動機的轉速。
具體實施方式
圖7為本發明發動機噴油控制裝置的優選實施例。
在優選實施例圖7中，3為噴油控制電路，它為一帶負載電流檢測的高邊電源功率開關，擁有圖1所示的噴油檢測控制電路的全部功能。車載電源BATT接3的電源輸入端，3 的功率輸端VOUT並接IJCl IJC4噴油器，SCU的OUT輸出端通過電阻Rl和三極體Tl去控制高邊功率開關的IN輸入，當OUT輸出高電平時，Tl導通，IN端被拉地，高邊功率開關導通，VOUT輸出BATT相同電壓，IJCl IJC4同時通電，由發動機噴油控制器來控制噴油器噴油。當OUT輸出低電平時，Tl截止，高邊功率開關關閉，IJCl IJC4斷電，該時刻不噴油。 IS為高邊功率開關負載電流檢測輸出端，通過R2將檢測的電流輸出信號轉換為電壓信號， 當各缸正常噴油時，形成圖6所示的電壓波形。該電壓波形信號輸入SCU的IN端，作為發動機轉速計算和停缸缸序判斷依據。
在本發明發動機噴油控制裝置的優選實施例中，最小停缸率設定為3%，停缸時發動機轉速下降的極限值為從發動機穩定轉速下降lOOr/m，退出發動機停缸操作的發動機轉速波動範圍設為發動機穩定轉速的士80r/m。
在優選實施例中，環境溫度傳感器集成在微電腦晶片內部。
在本發明的所有實施例中，都有在噴油檢測控制電路外部單獨設置或微電腦內部集成的溫度傳感器，它們都用於檢測發動機的外部環境溫度，並用該溫度值來修正發動機啟動後熱態判斷的工作時間，環境溫度越高，發動機熱態判斷的工作時間越短，反之越長。
在本發明的所有實施例中，SCU內的微電腦都有按照本發明所提供發動機停缸檢測控制方法編制的對應控制軟體，微電腦按照具體的實際工作狀況運行該軟體來控制噴油控制裝置運行。
在附圖和前述說明中對本發明進行了詳細的說明和描述。這些說明和描述是原理和方法性的而非限制性的，不應理解為對本發明的實施和權利要求的限制。例如，最小停缸率和發動機轉速下降的極限值等，可以由發動機實際技術狀況和對駕駛舒適性及動力性的要求來靈活設定。本領域的技術人員可以根據對附圖、說明和權利要求的理解、研究，實現公開實施例及對公開實施例進行其它變化。
權利要求
1. 一種電噴發動機自適應停缸控制技術，包括一種發動機停缸檢測控制方法和發動機噴油控制裝置，其特徵在於發動機停缸檢測控制方法，包括以下方法和步驟a.測量和計算發動機轉速，將發動機的轉速作為停缸的唯一監控參數；b.確定發動機工作在熱態和發動機轉速穩定的停缸工作區，可以實施停缸；c.先以一個最低的停缸率對發動機進行停缸；d.保持停缸率繼續停缸，延時、監測發動機的轉速；e.如果發動機的轉速下降沒有達到設定的下降極限值，增大停缸率；f.重複d e步驟，直到發動機轉速下降到設定的下降極限值；g.微調或保持此時的停缸率繼續停缸，讓發動機的轉速穩定在下降極限值附近；h.如果發動機轉速升高或下降未超過允許的轉速波動範圍，重複g步驟；i.停止停缸操作，退出停缸工作區，回到正常工作區。
2.根據權利要求1所述的發動機停缸檢測控制方法，其特徵在於判別發動機的熱態工作狀態，是參考外部環境溫度因素，發動機啟動工作到一定時間後來確定的。
3.根據權利要求1所述的發動機停缸檢測控制方法，其特徵在於停缸時，設定發動機轉速的下降極限值和允許發動機轉速升高或降低的轉速波動範圍，以不顯著影響車輛行駛為原則。
4.根據權利要求1所述的發動機停缸檢測控制方法，其特徵在於停缸率是根據發動機的負荷情況自動設置的。
5.根據權利要求1所述的發動機噴油控制裝置，由噴油檢測控制電路和微電腦控制系統兩部分組成，其特徵在於噴油檢測控制電路由電流檢測部件1、環境溫度傳感器t及電源功率控制開關2組成，車載電源BATT連接到電流檢測部件1，微電腦控制系統SCU和電流檢測部件1、電源功率控制開關2及環境溫度傳感器t相聯，電源功率控制開關2的輸出連接到噴油器IJC 的正電源端，微電腦控制系統SCU通過電源功率控制開關2控制噴油器。
6.根據權利要求5所述的發動機噴油控制裝置，其特徵在於微電腦控制系統SCU從電流檢測部件1檢測到的，各缸任意兩次噴油電壓脈衝之間的時間間隔T1來計算得出發動機的轉速。
7.根據權利要求5所述的發動機噴油控制裝置，其特徵在於電流檢測部件1可以獨立存在，也可以集成在電源功率控制開關2內。
8.根據權利要求5所述的發動機噴油控制裝置，其特徵在於電流檢測部件1和電源功率控制開關2可以一個及多個。
9.根據權利要求5所述的發動機噴油控制裝置，其特徵在於環境溫度傳感器t，可以在噴油檢測控制電路中單獨設置，也可以集成在微電腦控制系統SCU內部。
10.根據權利要求5所述的發動機噴油控制裝置，微電腦控制系統SCU包含微處理器及其程序儲存單元，其特徵在於程序儲存單元被微處理器執行時，所述程序單元的內容執行如權利要求1所述的方法。
全文摘要
本發明提供一種電噴發動機自適應停缸節油控制技術，包括一種發動機停缸檢測控制方法和發動機噴油控制裝置。本發明提供的發動機停缸檢測控制方法單一檢測和控制發動機的轉速。在停缸時，從發動機的轉速下降情況來自動調節和確定最終的發動機的停缸率，在車輛變速和負載變化的情況下及時退出停缸，回到正常工作狀態，避免停缸影響發動機動力輸出。發動機噴油控制裝置從噴油電流脈衝提取出噴油電壓脈衝，從中計算出發動機轉速，參考環境溫度，採用本發明的檢測控制方法來實施發動機的停缸。本發明簡化了停缸的監控參數和停缸模式，具有經濟性和實用性。
文檔編號F02D17/02GK102493879SQ20111035895
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者宋宏宇 申請人:宋宏宇