阿特金森循环发动机控制系统及其控制方法技术方案

一种汽车发动机技术领域的阿特金森循环发动机控制系统，包括：传感器系统、控制执行机构和发动机控制单元，传感器系统将采集信号输入发动机控制单元，发动机控制单元输出包含控制节气门、喷油器、可变进气、排气正时装置和火花塞的控制指令至控制执行机构。本发明专利技术能够精确控制阿特金森循环发动机空燃比；提高阿特金森循环发动机的经济性和排放性，采用较通常汽油发动机高很多的几何压缩比，在低负荷下进气门增大开度，控制喷油量和点火提前角，将空燃比控制在１６－１９范围内，形成稀薄燃烧，使得燃烧效率提高，燃烧更稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种汽车发动机
的系统及控制方法，具体是一种。
技术介绍
阿特金森循环发动机的概念于19世纪80年代就早早的被提出了 。在阿特金森循 环中，实际膨胀比大于实际压縮比，热能转化为机械能的比例大，做功行程长；利用进气门 关闭正时根据发动机的负荷调节发动机的有效排量，节气门全开或大开，大大减小了部分 负荷时发动机的泵气损失，改善了燃油经济性。但是，虽然阿特金森循环发动机具有热效率 高的特点，但却存在功率偏低的问题。所以在过去那个追求动力性的年代，阿特金森循环发 动机的研究被人们所忽略了。但是随着能源和环保压力的日益紧迫.旨在节约能源和降低 排放的混合动力汽车成了汽车行业的重要研究对象，国内外汽车公司又开始对阿特金森循 环进行研究，并且随着发动机技术、控制技术、电动机、电池等各种技术的进步。在传统奥托 循环发动机上.通过一系列技术改造可以实现阿特金森循环特别是混合动力汽车技术的 出现。在低速小负荷下可以使用动力电池加电动机驱动。既发挥了电动机低速大转矩的优 点.又避开了阿特金森循环低速小负荷下的弱点。使发动机主要工作在中高速下，充分发 挥了阿特金森循环发动机热效率高的优点.提高整车的燃油经济性和排放性。因此阿特金 森循环发动机成为了混合动力汽车中的关键技术。 传统阿特金森循环发动机多采用较大压縮比或高增压化、较大膨胀比、进气门迟 关或在进气压縮行程再次开启排气门以达到实际膨胀比大于实际压縮比的方式来实现发 动机的阿特金森化，现有技术存在以下几个问题l.进气门迟关引起混合气回流，导致控 制空燃比需要考虑气道内残余的燃油，空燃比难以控制；2.低负荷无法通过进气门迟关继 续降低泵气损失从而提高燃油经济性，相反的发动机燃烧不稳，燃烧持续期增长，热效率变 差，HC排放增加。如何精确控制回流引起的空燃比不稳和优化低负荷下发动机的燃烧热效 率低成为开发具有更广泛应用前景的阿特金森循环发动机的关键。 经过对现有技术的检索发现，美国申请号488267，公开日2004_10_7，记载了一种 控制内燃机的方法，该技术通过在压縮行程前期将排气阀暂时在开启，能有效降低压縮 比，由此缸内压力不会过度上升，提高热效率。但是该专利专利技术在压縮行程中开启排气阀， 会将一部分可燃混合气压縮入排气管内，造成浪费；另外该专利的方法应用在普通无增压 发动机上，由于压縮比限制，工作在低负荷时效率很低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种阿特金森循环发动机控制系统及 其控制方法，在中高负荷下，利用节气门和进气门迟关共同调节负荷，阿特金森循环发动机 空燃比控制系统，把空燃比前馈控制系统和反馈控制系统结合起来，能够精确控制阿特金 森循环发动机空燃比；提高阿特金森循环发动机的经济性和排放性；本发动机采用较通常汽油发动机高很多的几何压縮比，在低负荷下进气门增大开度，控制喷油量和点火提前角， 将空燃比控制在16-19范围内，形成稀薄燃烧，使得燃烧效率提高，燃烧更稳定。 本专利技术是通过以下技术方案实现的 本专利技术涉及一种阿特金森循环发动机控制系统，包括传感器系统、控制执行机构 和发动机控制单元，传感器系统将采集信号输入发动机控制单元，发动机控制单元输出包 含控制节气门、喷油器、可变进气、排气正时装置和火花塞的控制指令至控制执行机构。 其中 所述的传感器系统包括常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估 计单元，其中常规传感器套件分别设置于发动机曲轴处、发动机进、排气管内、发动机喷油 器处以及驾驶室踏板处，进气回流估计单元设置于进气道中喷油器下游，残余废气估计单 元设置于发动机气缸内，常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元分 别与发动机控制单元相连接并分别输出转速信号、喷油点火参考信号、踏板位置信号、进 气流量信号、进气回流数据和废气估计数据。 所述的控制执行机构包括气缸、喷油器、节气门、火花塞、空燃比前馈控制器和空 燃比反馈控制器，其中，火花塞设置于气缸内，喷油器设置于进气道内，节气门设置于发动 机进气管内，空燃比前馈控制器和空燃比反馈控制器分别布置于发动机控制单元内部，将 空燃比控制修正信号发送给发动机控制单元，喷油器、节气门和火花塞分别与发动机控制 单元相连接以接收控制指令。所述的气缸的凸轮轴型线整体推迟40。 CA; 所述的气缸的压縮比为13. 5。 本专利技术涉及上述阿特金森循环发动机控制系统的控制方法，包括以下步骤 第一步、发动机控制单元依次发出控制指令至传感器系统读取转速信号、喷油点火参考信号、踏板位置信号、进气流量信号、进气回流数据和废气估计数据； 第二步、发动机控制单元根据扭矩模型公式进行发动机负荷调节控制，具体如下 当发动机控制单元读取踏板信号和曲轴位置信号，判断驾驶者的意图为将发动机运行在高负荷工况内时，发动机控制单元通过测量踏板位置信号和踏板加速度信号，判断发动机目标扭矩；根据转速信号和目标扭矩计算阿特金森循环扭矩模型计算出基本进气量和基本喷油量；根据节气门位置信号，进气回流数据和废气估计数据，分别估计出进气回流量和燃油回油量，从而确定出节气门全开下，进、排气VVT开启正时角度实现目标进气量以及喷油修正量；读取进气质量流量传感器信号修正进气VVT开启正时角度位置。 当发动机控制单元读取踏板信号和曲轴位置信号，判断驾驶者的意图为将发动机运行在中等负荷工况内时，发动机控制单元通过测量踏板位置信号和踏板加速度信号，判断发动机目标扭矩；根据转速信号和目标扭矩计算阿特金森循环扭矩模型计算出基本进气量和基本喷油量，读取初步的节气门开度信号和基本喷油量；根据节气门位置信号，进气回流数据和废气估计数据，分别估计出进气回流量和燃油回油量，从而确定该工况下进、排 气VVT开启角度实现目标进气量以及喷油修正量。 当发动机控制单元读取踏板信号和曲轴位置信号，判断驾驶者的意图为将发动机 运行在低负荷工况内时，发动机控制单元通过测量踏板位置信号和踏板加速度信号，判断5发动机目标扭矩；根据转速信号和目标扭矩计算稀薄燃烧扭矩模型计算出目标喷油量， 根据预设稀薄燃烧空燃比(16-19)计算出初步的节气门开度信号；根据初步节气门信号确 定该工况下进、排气VVT开启角度实现目标进气量。 第三步、发动机将计算确定的节气门开度，喷油量，进、排气VVT开启正时信号发 送给各个执行器，针对不同工况，采用不同的反馈控制，具体如下 高负荷下，读取质量流量数据修正进气VVT开启正时，对进气量进行调节；读取氧 传感器信号、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元，修正喷油量，进而实现空燃比的 反馈控制和前馈控制。 中负荷下，读取质量流量数据修正节气门开启角度，并针对不同节气门开启角度， 调节进气VVT开启正时；读取氧传感器信号、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元， 修正喷油量，进而实现空燃比的反馈控制和前馈控制。 低负荷下，读取发动机转速信号，通过分析转速波动，判断缸内燃烧的稳定与否， 得到喷油量修正系数；读取质量流量数据修正节气门开启角度，并针对不同节气门开启角 度，调节进气VVT开启正时。 本专利技术所具有的积极效果是阿特金森循环发动机在中高负荷中，利用高压縮比 的特点，利用较晚的进气门关闭时机产生回流来控制负荷，较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阿特金森循环发动机控制系统，包括：传感器系统、控制执行机构和发动机控制单元，传感器系统将采集信号输入发动机控制单元，发动机控制单元输出包含控制节气门、喷油器、可变进气、排气正时装置和火花塞的控制指令至控制执行机构，其特征在于：所述的传感器系统包括：常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元，其中：常规传感器套件分别设置于发动机曲轴处、发动机进、排气管内、发动机喷油器处以及驾驶室踏板处，进气回流估计单元设置于进气道中喷油器下游，残余废气估计单元设置于发动机气缸内，常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元分别与发动机控制单元相连接并分别输出：转速信号、喷油点火参考信号、踏板位置信号、进气流量信号、进气回流数据和废气估计数据。

【技术特征摘要】
一种阿特金森循环发动机控制系统，包括传感器系统、控制执行机构和发动机控制单元，传感器系统将采集信号输入发动机控制单元，发动机控制单元输出包含控制节气门、喷油器、可变进气、排气正时装置和火花塞的控制指令至控制执行机构，其特征在于所述的传感器系统包括常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元，其中常规传感器套件分别设置于发动机曲轴处、发动机进、排气管内、发动机喷油器处以及驾驶室踏板处，进气回流估计单元设置于进气道中喷油器下游，残余废气估计单元设置于发动机气缸内，常规传感器套件、进气回流估计单元和缸内残余废气估计单元分别与发动机控制单元相连接并分别输出转速信号、喷油点火参考信号、踏板位置信号、进气流量信号、进气回流数据和废气估计数据。2. 根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机控制系统，其特征是，所述的控制执行机构包括气缸、喷油器、节气门、火花塞、空燃比前馈控制器和空燃比反馈控制器，其中，火花塞设置于气缸内，喷油器设置于进气道内，节气门设置于发动机进气管内，空燃比前馈控制器和空燃比反馈控制器分别布置于发动机控制单元内部，将空燃比控制修正信号发送给发动机控制单元，喷油器、节气门和火花塞分别与发动机控制单元相连接以接收控制指令。3. 根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机控制系统，其特征是，所述的气缸的凸轮轴型线整体推迟40。CA，气缸的压縮比为13.5。4. 一种根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、发动机控制单元依次发出控制指令至传感器系统读取转速信号、喷油点火参考信号、踏板位置信号、进气流量信号、进气回流数据和废气估计数据；第二步、发动机控制单元根据扭矩模型公式进行发动机负荷调节控制；第三步、发动机将计算确定的节气门开度，喷油量，进、排气VVT开启正时信号发送给各个执行器，针对不同工况，采用不同的反馈控制。5. 根据权利要求4所述的阿特金森循环发动机控制系统的控制方法，其特征是，第二步中所述的发动机控制单元根据扭矩模型公式进行发动机负荷调节控制，具体如下当发动机控制单元读取踏板信号和曲轴位置信号，判断驾驶者的意图为将发动机运行在高负荷工况内时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许敏，赵金星，王斌，杨杰，刘双寨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]