CN115875148A - 发动机的空燃比控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置及控制方法，基于与发动机相关的发动机参数，运算并生成空燃比校正表，该空燃比校正表用于在发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对所述发动机的空燃比进行校正。并且在发动机启动之后判定发动机是否正式进入闭环控制，在判定为在发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，基于空燃比校正表对空燃比进行校正控制。

Description

发动机的空燃比控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机的空燃比控制装置及控制方法，尤其涉及在发动机启动之后到发动机正式进入闭环控制之前对空燃比进行校正控制的空燃比控制装置及控制方法。

背景技术

在汽车领域，空燃比是指混合气中空气质量与燃料质量之比。当代发动机需满足在所有行驶工况下有较低的排放污染物、良好的燃油经济性以及好的驱动性。其中精确地控制空燃比是实现发动机最大功率、减少有害物排放等目标的关键。

为了满足发动机各种工况的要求，空燃比通常采用下述控制方式：

·开环控制

通常指无反馈信息的***控制方式。按所设定的空燃比，基于空气流量来进行燃油喷射量计算。

·前氧传感器闭环反馈控制

通常指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的***控制方式。***得到设置于催化器前的前氧传感器的测量结果(实际空燃比)的反馈，与设定空燃比进行对比，通过调节/修正燃油喷射量，使实际空燃比与设定空燃比相同。

·后氧传感器修正控制

与上述前氧传感器闭环反馈控制类似地，后氧传感器修正控制也属于闭环反馈的***控制方式。两者的不同点在于，***根据设置于催化器后的后氧传感器的测量结果(催化器的储氧能力(OSC))，对空燃比进行修正，从而将空燃比控制在催化器的高效转化区间。

然而，在发动机各种工况中，发动机启动是发动机的一个典型工况，虽然时间较短，但确是发动机状态最不稳定、燃烧最为恶劣的工况。发动机启动的过程中会排放大量的废气。采用上述控制方式的现有技术中，在发动机启动时，大多只会根据启动时的水温和大气温度等条件来进行启动空燃比修正，在***正式进入闭环反馈控制之前均没有对空燃比有额外的修正。也就是说，在现有技术中，在发动机启动后到发动机正式进入闭环控制之前这样的短时间内，均没有考虑到要对空燃比进行额外修正来获得更好的抑制排放的效果。

但实际上，申请人研究发现在发动机启动后到发动机正式进入闭环控制之前这样的短时间内，若不对空燃比进行额外的修正，则无法得到最佳的空燃比，从而造成氮氧化物(NOx)等废气排放恶化。

具体而言，以采用后氧传感器修正控制为例来进行说明。现有技术中，此时会使用后氧传感器的输出值来对空燃比的偏差进行修正。然而，在发动机启动时，由于后氧传感器无法立即进入闭环控制，此时只能使用上一次操作循环的空燃比学习值来进行空燃比控制。由于催化器温度在冷启动和热启动时不同，这就导致此时所使用的空燃比学习值与实际的空燃比要求值大幅偏离。例如，图1示出了这样的情况。图1是表示现有技术中发动机启动后的空燃比学习值的变化的曲线图。在图1中，横轴表示时间，左侧纵轴表示催化器温度，右侧纵轴表示空燃比学习值。图中的曲线示出在不同的时间、不同的催化器温度下的空燃比学习值(图中记为AFSAF(COLD-HOT差))的变化。此外，用实线方框示出发动机启动后且发动机(后氧传感器)未进入闭环控制的时间段内的空燃比学习值，用虚线方框示出发动机(后氧传感器)正式进入闭环控制之后的空燃比学习值。对两者进行比较可知，在发动机启动后且发动机(后氧传感器)未进入闭环控制的时间段内，空燃比学习值的冷热态偏差非常明显，这将直接导致氮氧化物(NOx)等废气排放的恶化。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种发动机的空燃比控制装置及控制方法，能够在发动机启动后到发动机正式进入闭环控制之前对空燃比进行校正，以使得能够在任何温度条件下直接对启动空燃比进行加浓或减稀，使得在发动机启动这一工况下也能得到最佳的空燃比，由此来实现空燃比的控制精度进一步的提高，以及氮氧化物(NOx)等废气排放的减少。

发明内容

本发明涉及一种发动机的空燃比控制装置，包括：

输入单元，所述输入单元输入有与所述发动机相关的发动机参数；

运算单元，所述运算单元基于所述发动机参数，运算并生成空燃比校正表，所述空燃比校正表用于在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对所述发动机的空燃比进行校正；

判定单元，所述判定单元在所述发动机启动之后判定所述发动机是否正式进入闭环控制；以及

控制单元，在由所述判定单元判定为在所述发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，所述控制单元基于所述空燃比校正表对所述空燃比进行校正控制。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置中，所述发动机参数至少包含有设置于所述发动机的催化器的温度，所述运算单元基于至少包含所述催化器的温度在内的所述发动机参数，来运算并生成所述空燃比校正表。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置中，可以通过预先确定的数学式来推算得到所述催化器的温度。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置中，也可以利用设置于所述催化器的温度传感器，来实时测量得到所述催化器的温度。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置中，所述空燃比校正表是表示在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前所述发动机的水温与空燃比校正值之间的关系的表。

本发明还涉及一种发动机的空燃比控制方法，包括：

输入步骤，在该输入步骤中输入与所述发动机相关的发动机参数；

运算步骤，在该运算步骤中，基于所述发动机参数，运算并生成空燃比校正表，所述空燃比校正表用于在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对所述发动机的空燃比进行校正；

判定步骤，在所述发动机启动之后判定所述发动机是否正式进入闭环控制；以及

控制步骤，在所述判定步骤中判定为在所述发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，基于所述空燃比校正表对所述空燃比进行校正控制。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法中，所述发动机参数至少包含有设置于所述发动机的催化器的温度，在运算步骤中，基于至少包含所述催化器的温度在内的所述发动机参数，来运算并生成所述空燃比校正表。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法中，可以通过预先确定的数学式来推算得到所述催化器的温度。

进一步地，本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法中，也可以利用设置于所述催化器的温度传感器，来实时测量得到所述催化器的温度。

根据本发明所涉及的上述发动机的空燃比控制装置及控制方法，能够在发动机启动后到发动机正式进入闭环控制之前对空燃比进行校正，以使得能够在任何温度条件下直接对启动空燃比进行加浓或减稀，使得在发动机启动这一工况下也能得到最佳的空燃比，由此来实现空燃比的控制精度进一步的提高，以及氮氧化物(NOx)等废气排放的减少。

附图说明

图1是表示现有技术中发动机启动后的空燃比学习值的变化的曲线图。

图2是表示发动机的一般结构的示意图。

图3是表示本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置的简要框图。

图4是表示催化器的温度与空燃比学习值的校正量之间的关系的图。

图5是表示本发明所涉及的空燃比校正表的一个示例的图。

图6是表示现有技术所涉及的空燃比控制方式的流程图。

图7是表示本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法的流程图。

具体实施方式

为了让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下述内容中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用不同于此的其它方式来实施，本发明不受下述公开的具体实施方式的限制。

实施方式1

首先，简单说明通常所使用的发动机的一般结构。图2是表示发动机的一般结构的示意图。图2中示出发动机的一般结构，包括喷油嘴、电子节气门、中冷器、涡轮增压器、A/F传感器(也称为空燃比传感器、前氧传感器)、温度传感器、触媒(催化器)、后氧传感器等。A/F传感器用于在***处于闭环反馈控制时，将实测得到的空燃比反馈给发动机控制器(ECU)，发动机控制器根据该反馈值来修正喷油量。催化器为三元催化器，是安装在发动机排气***中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害气体，使汽车尾气得以净化。后氧传感器将三元催化器中的氧含量(储氧能力)反馈给发动机控制器，来检测三元催化器是否工作正常，即确认三元催化器的转化率。

本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置所进行的控制涉及图2中方框圈出的部件，即包含A/F传感器、温度传感器、触媒(催化器)以及后氧传感器的部分。

图3是表示本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置的简要框图。本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置100包括输入单元101、运算单元102、判定单元103、以及控制单元104。

输入单元101输入有与发动机相关的参数即发动机参数，例如包括水温、机油温度、排气温度、空气流量、燃油流量等。这些发动机参数可以通过设置于汽车的传感器来获得，也通过公知的其他方式来获得。

这些发动机参数被输入到运算单元102，运算单元102基于所输入的这些发动机参数，运算并生成空燃比校正表，该空燃比校正表用于在发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对发动机的空燃比进行校正。

判定单元103在发动机启动之后判定发动机是否正式进入闭环控制。具体而言，判定单元103根据后氧传感器的状态位标志来判定发动机是否正式进入闭环控制。当状态位标志为0时，表示后氧传感器未激活，发动机没有进入闭环控制；当状态位标志为1时，表示后氧传感器被激活，发动机进入闭环控制。

控制单元104由判定单元103判定为在发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，基于运算单元102所运算得到的空燃比校正表对空燃比进行校正控制，并将控制值输入到发动机控制器进行执行。

在一些实施例中，输入到输入单元101的与发动机相关的发动机参数至少包含有催化器的温度。运算单元102基于至少包含催化器的温度在内的发动机参数，来运算并生成空燃比校正表。这是因为申请人研究发现在发动机启动后且发动机(后氧传感器)未进入闭环控制的时间段内，空燃比学习值的冷热态偏差与催化器的温度密切相关。图4是表示催化器的温度与空燃比学习值的校正量之间的关系的图。图4中，横轴表示催化器的温度，纵轴表示空燃比学习值的校正量，图中记为AFSAF(COLD-HOT差)。根据图4可知，催化器温度的不同，所要求的空燃比学习值的校正量也不同。通过将催化器的温度作为参数引入到空燃比校正表的运算中，能够进一步提高空燃比校正的精度。

图4的(a)、(b)、(c)进一步示出了催化器不同位置处的温度与空燃比学***均值来作为参数引入到空燃比校正表的运算，还可以使用催化器的中心位置的温度来作为参数引入到空燃比校正表的运算。

下面，基于图5来具体说明运算单元102所进行的空燃比校正表的运算。图5是表示本发明所涉及的空燃比校正表的一个示例的图。本发明中，使用催化器的中心位置的温度来进行空燃比校正表的运算。

图5上部的表格示出与不同水温相对应的不同的空燃比学习值的校正量，在该表格中，将水温记为TWINT，将空燃比学习值的校正量记为Shift补正值。

图5下部是根据上部表格绘制得到的曲线图，横轴表示水温，纵轴表示空燃比学习值的校正量。

上述图5所示的空燃比校正表通过下述方法标定得到：

在表格中对应的水温下启动发动机，对至少包含催化器温度在内的发动机参数进行监控，例如水温，机油温度，排气温度，催化器温度，空气流量，燃油流量，环境温度，目标空燃比，实际空燃比及氮氧化物NOx等废气的排放。

根据发动机运行对应的水温，调整该表格中空燃比学习值的校正量的值即Shift补正值，使氮氧化物NOx等废气的排放值为最低。

此外，关于催化器的温度，在本实施方式1中，如图1所示，利用设置于催化器的温度传感器来实时测量得到催化器的温度。在现有技术中，通常利用设置于催化器的温度传感器来进行过热保护，不参与空燃比闭环反馈控制。而在本发明中，利用该温度传感器来实时监控催化器的温度，从而能够基于催化器温度的实际测量值准确计算出空燃比学习值的校正量，同时还能保护催化器，避免在高温状态下损坏催化器。

由此，根据实施方式1所涉及的发动机的空燃比控制装置，由于在发动机启动之后到正式进入闭环控制之前，根据空燃比校正表来对发动机的空燃比进行校正，能够使得该短时间内的氮氧化物NOx等废气排放量降到最低，能够在任何温度条件下直接对启动空燃比进行加浓或减稀，从而能够在发动机启动这一工况下也能得到最佳的空燃比。

此外，根据实施方式1所涉及的发动机的空燃比控制装置，由于将催化器温度作为参数引入到空燃比校正表的运算中，从而能够实现空燃比的控制精度进一步的提高，最终减少了氮氧化物NOx等废气的排放。

实施方式2

下面，对本发明的实施方式2所涉及的发动机的空燃比控制装置进行说明。

本实施方式2与实施方式1的不同之处在于，去除了图1所示的发动机结构中设置于催化器的温度传感器，由此，实施方式2所涉及的发动机的空燃比控制装置利用与发动机相关的发动机参数，通过预先确定的数学式，来推算得到催化器的温度。从而基于至少包含催化器的温度在内的发动机参数，来运算并生成空燃比校正表。

下面，对推算催化器的温度方法进行具体说明。

对于没有设置温度传感器的***，利用发动机运转的实际检测参数以及硬件结构参数，推算出当前催化器的温度，而后根据推算得到的催化器温度来实施本发明中上述所说明的空燃比校正。

根据理想气态方程：

由pV＝mRT得到：T＝PV/mR

其中，

T(K)：催化器温度，

V(m³)：排气管容积。

排气管容积V通过下式计算得到：

V＝Pi*r²*l

其中，

r(m)：排气管半径，

l(m)：排气管长度，

P(Pa)：排气压力。

排气压力P通过下式计算得到：

P＝γ*R/V*(((MAF+FuelFlow)*(Qdot*(Texh+273)-T^-1))-(Qdot*T^-1–AbmT*V))

其中，

Qdot:摩尔质量转化系数，

γ：常数，

MAF(kg/s)：空气流量，

FuelFlow(kg/s)：燃气流量，

AbmT(K):环境温度，

M(mol)：排气质量流量[m＝V*333.33/(Texh+273.15)]，

R(J/mol-k):摩尔气体常数，

Texh排气温度(℃)：传感器读数或标定表格，

T^-1(K):前一个循环的催化器温度，冷启动时，初始值与水温相同。

由此，根据上述实施方式2，不仅能够获得实施方式1所能获得的技术效果，还能够使发动机结构更为简单，实现发动机的小型化。

实施方式3

下面，基于图6和图7说明本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法。

作为比较例，图6示出了现有技术所涉及的空燃比控制方式。根据图6可知，在现有技术中，在步骤S101中对后氧传感器状态位标志进行判定。当判定为后氧传感器状态位标志为0时，表示后氧传感器未激活，从而前进至步骤S102，进行空燃比A/F开环控制；当判定为后氧传感器状态位标志为1时，表示后氧传感器被激活，从而前进至步骤S103，***进入空燃比A/F闭环控制。

如上所述，在现有技术的上述空燃比控制方式中，在***正式进入闭环反馈控制之前没有对空燃比进行额外的修正，从而在该短时间内无法得到最佳的空燃比，进行造成该短时间内氮氧化物(NOx)等废气的排放恶化。

与此相对，图7是表示本发明所涉及的发动机的空燃比控制方法的流程图，是由上述的实施方式1或2所涉及的发动机的空燃比控制装置来执行的方法。

具体而言，首先，在输入步骤S201中输入与发动机相关的发动机参数。

该发动机参数例如包括水温、机油温度、排气温度、空气流量、燃油流量等。在一些实施例中，该发动机参数至少包含设置于发动机的催化器的温度。

在一些实施例中，利用设置于催化器的温度传感器，来实时测量得到上述催化器的温度。

在一些实施例中，也可以利用与发动机相关的发动机参数，通过预先确定的数学式，来推算得到催化器的温度。

然后前进至运算步骤S202，在该运算步骤S202中，基于所输入的发动机参数，运算并生成空燃比校正表，该空燃比校正表用于在发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对发动机的空燃比进行校正。

在一些实施例中，在该运算步骤S202中，基于至少包含催化器的温度在内的发动机参数，来运算并生成上述空燃比校正表。

然后前进至判定步骤S203，在该判定步骤S203中，在发动机启动之后判定发动机是否正式进入闭环控制。具体而言，对后氧传感器状态位标志进行判定。若判定为后氧传感器状态位标志为0，则表示后氧传感器未激活，从而前进至步骤S204。

在控制步骤S204中，基于运算步骤S202中运算并生成的空燃比校正表对发动机的空燃比进行校正，并将校正后的校正值输出至发动机的控制器来执行。而后返回至步骤S203，重复进行判定步骤S203中关于后氧传感器状态位标志的判定。

若判定为后氧传感器状态位标志为1，则表示后氧传感器已激活，从而前进至步骤S205，进行传统的空燃比A/F闭环控制。

根据本实施方式3所示的发动机的空燃比控制方法，由于在发动机启动之后到正式进入闭环控制之前，根据空燃比校正表来对发动机的空燃比进行校正，能够使得该短时间内的氮氧化物NOx等废气排放量降到最低，能够在任何温度条件下直接对启动空燃比进行加浓或减稀，从而能够在发动机启动这一工况下也能得到最佳的空燃比。

此外，根据实施方式3所示的发动机的空燃比控制方法，由于将催化器温度作为参数引入到空燃比校正表的运算中，从而能够实现空燃比的控制精度进一步的提高，最终减少了氮氧化物NOx等废气的排放。

以上，对本发明所涉及的发动机的空燃比控制装置及空燃比控制方法进行了说明。但以上实施方式所示的结构或步骤仅为本发明内容的一例，可以与其他公知技术组合，也可以在不脱离本发明要旨的范围内省略、变更结构的一部分。

本发明可以在该发明的范围内，对各实施方式进行自由组合，或对各实施方式的任意结构要素进行变形，或者省略各实施方式的任意结构要素。

Claims (9)

1.一种发动机的空燃比控制装置，其特征在于，包括：

输入单元，所述输入单元输入有与所述发动机相关的发动机参数；

运算单元，所述运算单元基于所述发动机参数，运算并生成空燃比校正表，所述空燃比校正表用于在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对所述发动机的空燃比进行校正；

判定单元，所述判定单元在所述发动机启动之后判定所述发动机是否正式进入闭环控制；以及

控制单元，在由所述判定单元判定为在所述发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，所述控制单元基于所述空燃比校正表对所述空燃比进行校正控制。

2.如权利要求1所述的发动机的空燃比控制装置，其特征在于，

所述发动机参数至少包含有设置于所述发动机的催化器的温度，

所述运算单元基于至少包含所述催化器的温度在内的所述发动机参数，来运算并生成所述空燃比校正表。

3.如权利要求2所述的发动机的空燃比控制装置，其特征在于，

通过预先确定的数学式来推算得到所述催化器的温度。

4.如权利要求2所述的发动机的空燃比控制装置，其特征在于，

利用设置于所述催化器的温度传感器，来实时测量得到所述催化器的温度。

5.如权利要求1至4的任一项所述的发动机的空燃比控制装置，其特征在于，

所述空燃比校正表是表示在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前所述发动机的水温与空燃比校正值之间的关系的表。

6.一种发动机的空燃比控制方法，其特征在于，包括：

输入步骤，在该输入步骤中输入与所述发动机相关的发动机参数；

运算步骤，在该运算步骤中，基于所述发动机参数，运算并生成空燃比校正表，所述空燃比校正表用于在所述发动机启动之后到正式进入闭环控制之前对所述发动机的空燃比进行校正；

判定步骤，在所述发动机启动之后判定所述发动机是否正式进入闭环控制；以及

控制步骤，在所述判定步骤中判定为在所述发动机启动之后还未正式进入闭环控制时，基于所述空燃比校正表对所述空燃比进行校正控制。

7.如权利要求6所述的发动机的空燃比控制方法，其特征在于，

所述发动机参数至少包含有设置于所述发动机的催化器的温度，

在运算步骤中，基于至少包含所述催化器的温度在内的所述发动机参数，来运算并生成所述空燃比校正表。

8.如权利要求7所述的发动机的空燃比控制方法，其特征在于，

通过预先确定的数学式来推算得到所述催化器的温度。

9.如权利要求7所述的发动机的空燃比控制方法，其特征在于，

利用设置于所述催化器的温度传感器，来实时测量得到所述催化器的温度。

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