基于缸压传感器的电控发动机控制方法及其系统与流程

本发明属于电控发动机技术领域，具体涉及一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法及其系统。

背景技术：

在通常的四冲程电控发动机系统中，发动机的压缩冲程和排气冲程曲轴信号位置是相同的。因此需要知道每个气缸所处的工作状态，以确定喷油时刻或者点火时刻。在传统的电控汽油机和柴油机中，这种判别是通过凸轮轴传感器来实现的，因此凸轮轴传感器也被称为气缸识别传感器。在曲轴传感器发生故障时，也可以通过凸轮传感器进行转速计算，实现“跛行回家”功能。

随着电控技术和传感器技术的发展，目前已经出现一种压阻式缸压传感器。这种传感器可以直接检测发动机缸内的压力状态，而且缸内的压力状态变化和曲轴相位有一定相关性。基于这种传感器，可以在无凸轮轴传感器或曲轴传感器的情况下实现发动机的判缸功能，并可通过缸压的变化经过数字计算出发动机转速，进而实现发动机在无凸轮轴情况下的运行并通过冗余设计增加系统可靠性。

其原理如下：当发动机某一缸处于压缩冲程时，随着活塞从下止点向上止点运行，气缸容积不断变小，在气体总量基本不变的情况下，根据理想气体状态方程，缸压会随之升高；而当其处于排气冲程时，缸内压力处于较低水平，而且变化不大，而在于做功冲程，则压力会急剧变化，呈陡峭上升和下降的曲线。基于这种缸压上的区别，就可以实现发动机的判缸、转速计算，从而可以为喷油及点火控制提供参考信号，实现发动机的曲轴及凸轮轴故障状态下实现“跛行回家”功能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法及其系统，能够实现发动机在曲轴信号和凸轮轴信号故障的情况下正常运行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法，该方法为：通过设置在气缸内的量产压阻式缸压传感器采集发动机燃烧室内缸压信息，根据所述发动机燃烧室内缸压信息确定发动机的曲轴相位信息，之后，再根据所述发动机的曲轴相位信息确定发动机的转速信息；最后，发动机控制器根据所述发动机的相位信息和转速信息进行判缸并驱动喷油器。

上述方案中，所述根据所述发动机燃烧室内缸压信息确定发动机的曲轴相位信息，具体为：所述缸压信号为燃油喷射之前的缸压信号，即倒拖缸压信号；根据所述缸压信号和缸压曲线的预测公式确定当前缸内的气体容积，之后，再根据所述当前缸内的气体容积和气缸容积与曲轴相位之间的关系公式确定曲轴相位；式中p0、vk为纯压缩过程中某时刻的缸压与气缸容积，为曲轴相位，v0、vk为下止点时缸内气体压力与气缸容积，η为漏气率，k为绝热指数；v(φ)为对应曲轴转角为φ时的气缸总容积、vc为活塞在上止点时的气缸容积或者燃烧室容积、d为气缸直径、r为曲柄半径、l为连杆长度。

上述方案中，所述根据所述发动机的曲轴相位信息确定发动机的转速信息，具体为：在一个循环周期内，任意选取两个位置作为参考位置，确定所述两个位置的曲轴相位和时间差，将所述两个位置的曲轴相位差除以时间即得转速。

上述方案中，所述发动机控制器根据所述发动机的相位信息和转速信息进行判缸，具体为：当发动机正常工作时，不断扫描缸压值，当缸压值高于缸压高于第一阈值且小于第二阈值时，确定该缸处于压缩冲程，当缸压值高于第二阈值时，确定该气缸处于做功冲程，剩下的循环依次为排气和吸气冲程。

上述方案中，所述根据所述发动机的曲轴相位信息确定发动机的转速信息，具体为：判定气缸顺序后，定时采集一缸或相邻缸缸内的压力信号，根据缸内压力信号对应的曲轴相位曲线确定相位变化，相位差除以采集时间隔即可得到当前转速。

本发明实施例还提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制系统，其包括控制器、信号处理模块、通讯模块、电源模块，缸压信号和/或曲轮轴曲轴信号通过信号处理模块处理后发送到控制器，所述控制器将控制信号通过通讯模块向外部传输；所述电源模块用于向控制器、信号处理模块、通讯模块供电。

上述方案中，所述信号处理模块包括第一外围处理电路、第二外围处理电路、adca电路、adcb电路，所述缸压信号通过第一外围处理电路后分别经adca电路、adcb电路传输至控制器，所述曲轮轴曲轴信号通过第二外围处理电路传输至控制器。

上述方案中，所述通讯模块包括bdm接口电路、can总线、接口电路，所述控制器的控制信号一路经bdm接口电路传输至外部，另一路依次经can总线、接口电路传输至发动机。

上述方案中，所述控制器还分别连接有sdram、dataflash、nandflash。

与现有技术相比，本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法，通过设置在气缸内的量产压阻式缸压传感器采集发动机燃烧室内缸压信息，根据所述发动机燃烧室内缸压信息确定发动机的曲轴相位信息，之后，再根据所述发动机的曲轴相位信息确定发动机的转速信息；最后，发动机控制器根据所述发动机的相位信息和转速信息进行判缸并驱动喷油器，这样，通过本发明采用量产压阻式缸压传感器能够保证发动机在无曲轴信号情况下正常启动及运行，在曲轴信号丢失的情况下，根据缸压信号的检测再结合凸轮轴的位置信号为发动机提供一个相对较高的角度分辨率，来确定其相位基准，这样为发动机在非正常状态下实现“跛行回家”增添了一种可靠性的保障。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法中第一种确定转速的策略示意图；

图3为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法中第二种确定转速的策略示意图；

图4为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法中处于同一时刻的某四缸发动机的缸压曲线；

图5为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法中发动机无凸轮轴传感器信号启动过程；

图6为本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制系统的连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制方法，如图1所示，该方法通过以下步骤实现:

步骤101：通过设置在气缸内的量产压阻式缸压传感器采集发动机燃烧室内缸压信息。

步骤102：根据所述发动机燃烧室内缸压信息确定发动机的曲轴相位信息。

具体地，所述缸压信号为燃油喷射之前的缸压信号，即倒拖缸压信号；根据所述缸压信号和缸压曲线的预测公式确定当前缸内的气体容积，之后，再根据所述当前缸内的气体容积和气缸容积与曲轴相位之间的关系公式确定曲轴相位；式中p0、vk为纯压缩过程中某时刻的缸压与气缸容积，为曲轴相位，v0、vk为下止点时缸内气体压力与气缸容积，η为漏气率，k为绝热指数；v(φ)为对应曲轴转角为φ时的气缸总容积、vc为活塞在上止点时的气缸容积或者燃烧室容积、d为气缸直径、r为曲柄半径、l为连杆长度。

进一步地，在压缩冲程中，忽略漏气损失，忽略缸壁传热损失，将缸内气体视为理想气体，根据热力学第一定律与理想气体状态方程得到p·v^κ＝const，p为缸内压力，v为气缸容积，k为绝热指数；以压缩冲程始点，即下止点为参考点有缸压曲线假设在压缩冲程开始时，所有损失都已经发生，其影响效果全部反映在下止点的p0上，故此时缸压曲线的预测公式修正为

步骤103：根据所述发动机的曲轴相位信息确定发动机的转速信息。

具体地，如图2所示，在一个循环周期内，任意选取两个位置作为参考位置，确定所述两个位置的曲轴相位和时间差，将所述两个位置的曲轴相位差除以时间即得转速。

可选地，如图3所示，在同一气缸或两个相邻的缸的统一转角位置记录时间，根据发动机气缸数确定两个相邻的缸之间的相位差，所述相位差除以时间差即得转速。

步骤104：发动机控制器根据所述发动机的相位信息和转速信息进行判缸并驱动喷油器。

具体地，当发动机某一缸处于压缩冲程时，随着活塞从下止点向上止点运行，气缸容积不断变小，在气体总量基本不变的情况下，根据理想气体状态方程，缸压会随之升高。而当其处于排气冲程时，缸内压力处于较低水平，而且变化不大。

当发动机正常工作时，不断扫描缸压值，当缸压值高于缸压高于第一阈值且小于第二阈值时，确定该缸处于压缩冲程，当缸压值高于第二阈值时，确定该气缸处于做功冲程，剩下的循环依次为排气和吸气冲程。

如图4所示，当发动机正常工作时，只有压缩冲程和做功冲程的压力值明显高于其他工作冲程。如图中缸压值处于较高水平的位置所示。基于此，只要不断扫描缸压值，设定一个判据如3bar的压力，认定当缸压高于该阈值时，即可判断该缸处于压缩冲程或做功冲程；进一步地，再根据缸压的斜率确定是该缸处于压缩冲程还是做功冲程，即当所述缸压的斜率大于0时，该缸处于压缩冲程，当所述缸压的斜率大于0时，该缸处于做功冲程。

下面结合图4对本发明进行简要的原理分析：1)根据理想气体的压缩模型有在压缩冲程中，忽略气体泄漏损失，忽略缸壁传热损失，将缸内气体视为理想气体，有：p·v^κ＝const，其中p为缸内压力，v为气缸容积，为绝热指数，这样当p达到最大值时，v值便成为最小，v值最小时发动机气缸处于上止点的位置，这样的过程只有两种一种是处于压缩终了时，一种是处于做功起始点，但这时活塞始终处于的上止点的位置。

图5给出了实际实现的一个实验结果，即实现了发动机的无凸轮传感器信号运行。图5所示实验结果显示，这种方法启动速度在一个循环内即可实现。

本发明实施例还提供一种基于缸压传感器的电控发动机控制系统，如图6所示，其包括控制器1、信号处理模块2、通讯模块3、电源模块4，缸压信号和/或曲轮轴曲轴信号通过信号处理模块2处理后发送到控制器1，所述控制器1将控制信号通过通讯模块3向外部传输；所述电源模块4用于向控制器1、信号处理模块2、通讯模块3供电。

所述信号处理模块2包括第一外围处理电路21、第二外围处理电路22、adca电路23、adcb电路24，所述缸压信号通过第一外围处理电路21后分别经adca电路23、adcb电路24传输至控制器1，所述曲轮轴曲轴信号通过第二外围处理电路22传输至控制器1。

所述通讯模块3包括bdm接口电路31、can总线32、接口电路33，所述控制器1的控制信号一路经bdm接口电路31传输至外部，另一路依次经can总线32、接口电路33传输至发动机。

所述控制器1还分别连接有sdram11、dataflash12、nandflash13。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。