发动机控制装置、发动机及其控制方法与流程

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种发动机控制装置、发动机及其控制方法。

背景技术

增压发动机排放的颗粒数量(particulatenumber，pn)是评价增压发动机的一项重要指标。

增压发动机包括气道喷射汽油机(portfuelinjection，pfi)和直喷汽油机(gasolinedirectinjection，gdi)。不同喷射方式对pn排放影响非常大，例如，pfi在中低负载时，pn排放低，但在高负荷时，pn排放较高；而gdi在高中低负载时，pn排放都处于中间水平。上述情况，导致现有增压发动机很难满足人们对于低排放的要求。所以相关技术中，通常需要在增压发动机上加装汽油颗粒捕集器(gasolineparticulatefilter，gpf)来降低pn的排放，以满足排放要求。而设置gpf不但造成汽车整车成本上升，而且由于空间因素造成gpf布置困难。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种发动机控制装置、发动机及其控制方法，无需加装gpf即可实现低pn排放。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发动机控制装置，所述装置用于控制同时设置有气道喷油器和直接喷油器的发动机，所述装置包括：

确定模块，用于确定发动机的负载；

控制模块，用于根据所述发动机的负载控制所述气道喷油器和所述直接喷油器的开关；当所述发动机的负载小于第一阈值时，控制所述气道喷油器打开，控制所述直接喷油器关闭；当所述发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于所述第一阈值时，控制所述气道喷油器和所述直接喷油器均打开，所述第二阈值大于所述第一阈值；当所述发动机的负载大于所述第二阈值时，控制所述直接喷油器打开，控制所述气道喷油器关闭。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述确定模块包括：

采集单元，用于采集所述发动机的进气参数，所述进气参数包括进气压力和进气温度；

确定单元，用于根据所述进气参数确定所述发动机的负载。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述确定单元，用于根据所述发动机的进气压力和进气温度计算进气量；根据进气量和负载的对应关系确定所述发动机的负载。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述控制模块，用于根据发动机的负载和控制参数的对应关系，确定控制参数，所述控制参数包括所述气道喷油器和所述直接喷油器中至少一个的打开时间；根据所述控制参数生成控制信号，所述控制信号用于指示所述气道喷油器的打开时间和所述直接喷油器的打开时间；将所述控制信号发送给所述气道喷油器和所述直接喷油器的控制端。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述控制模块，用于当所述发动机的负载小于第一阈值时，控制所述气道喷油器打开，控制所述直接喷油器关闭；当所述发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于所述第一阈值时，控制所述气道喷油器和所述直接喷油器均打开，所述第二阈值大于所述第一阈值；当所述发动机的负载大于所述第二阈值时，控制所述直接喷油器打开，控制所述气道喷油器关闭。

另一方面，本发明实施例还提供了一种发动机，所述发动机包括燃烧腔室、进气道、排气道、气道喷油器、直接喷油器和发动机控制装置；

所述进气道的出口和所述排气道的入口均与所述燃烧腔室连接，且所述进气道的出口设置有进气阀门，所述排气道的入口设置有排气阀门；

所述气道喷油器的输出端与所述进气道连通，所述直接喷油器的输出端与所述燃烧腔室连通；

所述发动机控制装置与所述气道喷油器及所述直接喷油器的控制端连接，所述发动机控制装置用于确定所述发动机的负载；根据所述发动机的负载控制所述气道喷油器和所述直接喷油器的开关；当所述发动机的负载小于第一阈值时，控制所述气道喷油器打开，控制所述直接喷油器关闭；当所述发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于所述第一阈值时，控制所述气道喷油器和所述直接喷油器均打开，所述第二阈值大于所述第一阈值；当所述发动机的负载大于所述第二阈值时，控制所述直接喷油器打开，控制所述气道喷油器关闭。

另一方面，本发明实施例提供了一种发动机控制方法，所述方法用于控制如前所述的发动机，所述方法包括：

确定发动机的负载；

根据所述发动机的负载控制所述气道喷油器和所述直接喷油器的开关；当所述发动机的负载小于第一阈值时，控制所述气道喷油器打开，控制所述直接喷油器关闭；当所述发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于所述第一阈值时，控制所述气道喷油器和所述直接喷油器均打开，所述第二阈值大于所述第一阈值；当所述发动机的负载大于所述第二阈值时，控制所述直接喷油器打开，控制所述气道喷油器关闭。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述确定发动机的负载，包括：

采集所述发动机的进气参数，所述进气参数包括进气压力和进气温度；

根据所述进气参数确定所述发动机的负载。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述根据所述进气参数确定所述发动机的负载，包括：

根据所述发动机的进气压力和进气温度计算进气量；

根据进气量和负载的对应关系确定所述发动机的负载。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述根据所述发动机的负载控制所述气道喷油器和所述直接喷油器的开关，包括：

根据发动机的负载和控制参数的对应关系，确定控制参数，所述控制参数包括所述气道喷油器和所述直接喷油器中至少一个的打开时间；

根据所述控制参数生成控制信号，所述控制信号用于指示所述气道喷油器的打开时间和所述直接喷油器的打开时间；

将所述控制信号发送给所述气道喷油器和所述直接喷油器的控制端。

在本发明实施例的一种实现方式中，当所述发动机的负载小于第一阈值时，所述气道喷油器打开，所述直接喷油器关闭；

当所述发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于所述第一阈值时，所述气道喷油器和所述直接喷油器均打开，所述第二阈值大于所述第一阈值；

当所述发动机的负载大于所述第二阈值时，所述直接喷油器打开，所述气道喷油器关闭。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在本发明实施例中，发动机上设置有气道喷油器和直接喷油器，由于气道喷油器和直接喷油器在不同负载下的pn排放情况不同，在中低负载时，气道喷油器的pn排放低，在高负荷时，气道喷油器的pn排放较高；而在高中低负载时，直接喷油器的pn排放都处于中间水平，由于在不同负载情况下，不同喷油器的pn排放高低不同，所以可以通过在不同负载下，控制不同喷油器打开或者控制两个喷油器同时打开，来实现在不同负载下都能够实现相对较低的pn排放。不需要加装gpf即可满足排放要求，降低了汽车整车成本，且避免了空间因素造成gpf布置困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发动机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的发动机控制装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种负载划分示意图；

图4是气道喷油器和直接喷油器各自的pn排放量示意图；

图5是本发明实施例提供的发动机pn排放量示意图；

图6是本发明实施例提供的一种发动机控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的另一种发动机控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种发动机的结构示意图。参见图1，所述发动机包括燃烧腔室101、进气道102、排气道103、气道喷油器104和直接喷油器105。

其中，进气道102的出口和排气道103的入口均与燃烧腔室101连接，且进气道102的出口设置有进气阀门120，排气道103的入口设置有排气阀门130。

气道喷油器104的输出端与进气道102连通，直接喷油器105的输出端与燃烧腔室101连通。

本发明实施例只介绍了发动机喷油、进气等部分的结构，容易知道发动机还包括活塞等其他结构。在发动机工作时，通过直接喷油器105和气道喷油器104中的至少一个将燃油喷入燃烧腔室101，通过进气道102将空气通入燃烧腔室101，喷入燃烧腔室101中的燃油雾化后和空气混合形成可燃气体，可燃气体被点燃后产生的能量带动发动机的活塞做功，转换为机械能。

图2是本发明实施例提供的发动机控制装置的结构框图。参见图2，该发动机控制装置106与气道喷油器104及直接喷油器105的控制端连接，发动机控制装置106包括确定模块161和控制模块162。

其中，确定模块161用于确定发动机的负载；控制模块162用于根据发动机的负载控制气道喷油器104和直接喷油器105的开关，且气道喷油器104的打开时间及直接喷油器105的打开时间与发动机的负载对应。发动机的负载也即发动机的平均有效缸内压力(bmep)。

控制模块162用于当发动机的负载小于第一阈值时，控制气道喷油器104打开，控制直接喷油器105关闭；当发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于第一阈值时，控制气道喷油器104和直接喷油器105均打开，第二阈值大于第一阈值；当发动机的负载大于第二阈值时，控制直接喷油器105打开，控制气道喷油器104关闭。

在本发明实施例中，发动机上设置有气道喷油器和直接喷油器，由于气道喷油器和直接喷油器在不同负载下的pn排放情况不同，在中低负载时，气道喷油器的pn排放低，在高负荷时，气道喷油器的pn排放较高；而在高中低负载时，直接喷油器的pn排放都处于中间水平，由于在不同负载情况下，不同喷油器的pn排放高低不同，所以可以通过在不同负载下，控制不同喷油器打开或者控制两个喷油器同时打开，来实现在不同负载下都能够实现相对较低的pn排放。不需要加装gpf即可满足排放要求(国6排放法规)，降低了汽车整车成本，且避免了空间因素造成gpf布置困难的问题。另外，通过将一个地理区域的车辆发动机更换为上述结构的发动机，能够实现整个地理区域内的低排放。

在本发明实施例中，该发动机为增压发动机，增压发动机的负载范围大，采用本申请提供的方案能够保证在各种负载下实现低排放。

在本发明实施例中，燃烧腔室101可以为斜屋顶式燃烧室。

参见图2，该确定模块161可以包括采集单元1611和确定单元1612。

其中，采集单元1611用于采集发动机的进气参数，进气参数可以包括进气压力和进气温度；确定单元1612用于根据进气参数确定发动机的负载。

在本发明实施例中，采集单元1611可以包括：压力传感器和温度传感器，压力传感器用于采集发动机的进气压力，温度传感器用于采集发动机的进气温度。

其中，压力传感器和温度传感器可以设置在进气道102的入口，通过采集发动机的进气压力和进气温度来确定发动机的负载，便于实现。

其中，压力传感器和温度传感器也可以集成为一个器件，即压力和温度传感器。

在本发明实施例中，确定单元1612，用于根据发动机的进气压力和进气温度计算进气量；根据进气量和负载的对应关系确定发动机的负载。

在本发明实施例中，控制模块162，用于根据发动机的负载和控制参数的对应关系，确定控制参数，控制参数包括气道喷油器104和直接喷油器105中至少一个的打开时间；根据控制参数生成控制信号，控制信号用于指示气道喷油器104的打开时间和直接喷油器105的打开时间；将控制信号发送给气道喷油器104和直接喷油器105的控制端。

在本发明实施例中，可以通过采集单元采集发动机的进气参数来确定发动机的负载，然后根据负载生成控制气道喷油器104和直接喷油器105工作的控制信号，将控制信号发送给气道喷油器104和直接喷油器105的控制端，从而完成在不同负载下对气道喷油器104的打开时间和直接喷油器105的打开时间的控制，实现低pn排放。

其中，气道喷油器104的控制端通过执行控制信号来控制气道喷油器104的开关动作。直接喷油器105的控制端通过执行控制信号来控制直接喷油器105的开关动作。例如，控制模块162可以通过控制信号的电平高低控制气道喷油器104和直接喷油器105的开启和关闭，以及通过控制信号的电平高持续时间的长短控制气道喷油器104和直接喷油器105的打开时间长短。控制模块162可以向气道喷油器104的控制端和直接喷油器105的控制端分别发送一路控制信号，从而控制气道喷油器104和直接喷油器105工作。

在本发明实施例中，进气量和负载的对应关系可以事先通过实验等方式确定，并存储在发动机控制装置内。

在本发明实施例中，当发动机的负载小于第一阈值时，不同的负载分别对应一个气道喷油器打开时间，且随着负载增大，气道喷油器打开时间逐渐增长；当发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于第一阈值时，不同的负载分别对应一个气道喷油器打开时间和一个直接喷油器打开时间，且随着负载增大，气道喷油器打开时间逐渐缩短，直接喷油器打开时间逐渐增长；当发动机的负载大于第二阈值时，不同的负载分别对应一个直接喷油器打开时间，且随着负载增大，直接喷油器打开时间逐渐增长。

其中，第一阈值可以为8bar，第二阈值可以为16bar。在负载小于8bar时，只采用气道喷油器喷油，此时气道喷油器的pn排放较低，能够保证整个发动机的低排放；在负载在8～16bar之间时，气道喷油器的pn排放逐渐增高，此时需要采用直接喷油器喷一部分油，避免全部采用气道喷油器喷油造成的高排放，从而保证整个发动机的低排放；在负载大于16bar时，只采用直接喷油器喷油，此时气道喷油器的pn排放较高，选用直接喷油器喷油，能够保证整个发动机的相对低排放。

进一步地，控制模块162可以用于控制直接喷油器按照多次喷射的方式进行喷油。具体地，将直接喷油器的打开时间分为多段，然后通过控制模块162控制直接喷油器按照多段时间间隔喷油，从而提高燃烧效率。例如，喷油总时间(直接喷油器的打开时间)为3个时间单位，可以分为3次进行喷油，且每次喷油一个时间单位后间隔一个时间再进行下一次喷油。控制模块162在控制直接喷油器时，可以通过脉冲式的控制信号对直接喷油器进行控制，从而实现多次喷射。

在本发明实施例中，发动机控制装置106中的控制模块162和确定单元1612可以采用电子控制单元(electroniccontrolunit，ecu)实现。

图3是本发明实施例提供的一种负载(也称平均有效缸内压力bmep)划分示意图。参见图3，在负载为0～8bar(不含8bar)时，采用气道喷油器喷油，在负载为8～16bar时，采用气道喷油器和直接喷油器喷油，在负载为16～20bar(不含16bar)时，采用直接喷油器喷油。其中20bar为该发动机的负载上限，当然这里20bar只是举例，不作为对本发明的限制。图3中横坐标为转速(speed，单位r/min)，图3示出了各种转速下负载的最大值，例如1000r/min时，负载的最大值为16bar。

图4是气道喷油器和直接喷油器各自的pn排放量示意图。参见图4，在负载＜12bar时，气道喷油器的pn(单位个/cm³)排放较低，在负载≥12bar时，气道喷油器的pn排放较高。如图4所示，气道喷油器的pn排放随着发动机负荷(bmep)的增大急剧增加，从bmep＝3bar时10⁴个/cm³增加到bmep＝18bar时10⁷个/cm³。而直接喷油器的pn排放在各种负载下都较为稳定，如图4所示，直接喷油器的pn排放一直在10⁵个/cm³左右波动。在此基础上进行实验，先确定各个负载情况下需要喷油的总量，然后将每种负载下需要喷油的总量分别分成各种不同的配比分配给气道喷油器和直接喷油器进行喷油，然后测量出pn排放量最小的配比，作为该负载下的配比，并以此配比确定气道喷油器和直接喷油器的打开时间。

例如，在负载为3bar时，将喷油的总量分别分成如下配比：0：1，0.1：0.9，0.2：0.8，…，0.9：0.1，1：0，然后分别测量出各种配比下pn排放量，结果发现当气道喷油器喷油量为1，直接喷油器喷油量为0时，pn排放量最低，所以在负载为3bar时只打开气道喷油器，不打开直接喷油器，且根据喷油的总量可以确定气道喷油器的打开时间。

图5是本发明实施例提供的发动机pn排放量示意图。参见图4和图5，可以看出，在低负载(0～8bar)时，整个发动机的排放量与图4中采用单个气道喷油器的排放量相同，而大大低于采用单个直接喷油器的排放量；在中间负载(8～16bar)时，整个发动机的排放量随着负载增加缓慢升高，且较之单个气道喷油器或直接喷油器更低；在高负载(＞16bar)时，整个发动机的排放量与图4中采用单个直接喷油器的排放量相同，而大大低于采用单个气道喷油器的排放量。综上，整个发动机在各种负载下的排放量相比于采用单个气道喷油器或直接喷油器的排放量，都处在较低水平。

本发明实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如图2所示的发动机控制装置。

图6是本发明实施例提供的一种发动机控制方法的流程图，该方法用于控制如图1所示的发动机，参见图6，该方法包括：

步骤201：确定发动机的负载。

其中，发动机的负载也即发动机的平均有效缸内压力(bmep)。

步骤202：根据发动机的负载控制气道喷油器和直接喷油器的开关，且气道喷油器的打开时间及直接喷油器的打开时间与发动机的负载对应。

当发动机的负载小于第一阈值时，控制气道喷油器打开，控制直接喷油器关闭；当发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于第一阈值时，控制气道喷油器和直接喷油器均打开，第二阈值大于第一阈值；当发动机的负载大于第二阈值时，控制直接喷油器打开，控制气道喷油器关闭。

该步骤通过发动机的负载来确定气道喷油器和直接喷油器是否打开，以及各自的打开时间。

在本发明实施例中，发动机上设置有气道喷油器和直接喷油器，由于气道喷油器和直接喷油器在不同负载下的pn排放情况不同，在中低负载时，气道喷油器的pn排放低，在高负荷时，气道喷油器的pn排放较高；而在高中低负载时，直接喷油器的pn排放都处于中间水平，所以可以通过在不同负载下，控制不同喷油器打开或者控制两个喷油器同时打开，来实现在不同负载下都能够实现相对较低的pn排放。不需要加装gpf即可满足排放要求，降低了汽车整车成本，且避免了空间因素造成gpf布置困难的问题。

图7是本发明实施例提供的另一种发动机控制方法的流程图，该方法用于控制如图1所示的发动机，参见图7，该方法包括：

步骤301：采集发动机的进气参数，进气参数包括进气压力和进气温度。

其中，发动机的进气压力和进气温度可以分别通过压力传感器和温度传感器进行测量。

步骤302：根据进气参数确定发动机的负载。

在本发明实施例中，步骤302可以包括：根据发动机的进气压力和进气温度计算进气量；根据进气量和负载的对应关系确定发动机的负载。

其中，进气量和负载的对应关系可以事先通过实验等方式确定，并存储在发动机控制装置内。

通过步骤301和302实现了对发动机的负载的确定。

步骤303：根据发动机的负载和控制参数的对应关系，确定控制参数，控制参数包括气道喷油器和直接喷油器中至少一个的打开时间。

当发动机的负载小于第一阈值时，控制气道喷油器打开，控制直接喷油器关闭；当发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于第一阈值时，控制气道喷油器和直接喷油器均打开，第二阈值大于第一阈值；当发动机的负载大于第二阈值时，控制直接喷油器打开，控制气道喷油器关闭。

进一步地，当发动机的负载小于第一阈值时，不同的负载分别对应一个气道喷油器打开时间；当发动机的负载小于或等于第二阈值且大于或等于第一阈值时，不同的负载分别对应一个气道喷油器打开时间和一个直接喷油器打开时间；当发动机的负载大于第二阈值时，不同的负载分别对应一个直接喷油器打开时间。

其中，第一阈值可以为8bar，第二阈值可以为16bar。

步骤304：根据控制参数生成控制信号，控制信号用于指示气道喷油器的打开时间和直接喷油器的打开时间。

步骤305：将控制信号发送给气道喷油器和直接喷油器的控制端。

通过步骤303-305实现了对气道喷油器和直接喷油器的开关控制。

需要说明的是：上述实施例提供的发动机在控制喷油器工作时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的发动机与发动机控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。