雙燃料發動機的控制方法、系統及具有該系統的車輛與流程

本發明涉及汽車技術領域，特別涉及一種雙燃料發動機的控制方法、系統及具有該系統的車輛。

背景技術：

柴油機具有燃油經濟性好、可靠性高的優點，而且在汽車上的使用比例越來越高，但柴油機的排放的顆粒(PM)和氮氧化合物(NOx)卻對城市的空氣質量造成了不利的影響。為滿足排放法規要求，嚴格控制上述排放物的產生，目前提出了以均質充量壓燃(HCCI)、低溫燃燒(LTC)為代表的新一代內燃機燃燒理論和燃燒新技術，以其高的熱效率和顯著的缸內凈化特性成為研究熱點，其中雙燃料技術最具代表性。通過調節兩種不同特性燃料的比例得到特定工況所需的最佳物化特性混合燃料，其燃燒產物相對傳統柴油機得到大幅度降低。鑒于此，雙燃料燃燒模式采用進氣道噴射汽油、缸內噴射柴油的兩種不同性質燃料在發動機缸內進行混合燃燒，實現不同工況應用不同物化性質燃料之目的。

由此，雙燃料發動機若想得到良好的燃燒與排放效果，嚴格、精確地控制兩種燃料的混合比例尤為重要，任何一種燃油的噴油誤差，都會影響到最終的混合比例產生偏差，這樣勢必會對柴油噴油器和汽油噴油器的噴油有了更為嚴格的精度要求。從兩種噴油器的結構和控制策略方面來看，汽油噴油器相對柴油噴油器來說，結構和控制復雜程度相對簡單，導致汽油噴出油量很難達到柴油噴射精確標準，尤其受發動機進氣道的進氣溫度、壓力的波動和氣流脈動的影響最為嚴重；另外，由于進氣量瞬態響應性有滯后，若繼續按穩態下的油量進行噴射，其燃燒特性必然發生變化，從而排放變差。而根據發動機燃燒理論，如果能保證發動機總是在目標過量空氣系數(目標過量空氣系數為相等燃料燃燒最為充分的實際空氣質量與理論空氣質量之比)條件下燃燒，即保證兩種特性燃料混合比例，則有害排放物就能得到有效的控制。因此，實現雙燃料發動機燃燒和排放控制的關鍵途徑就是找到一種嚴格控制燃燒的過量空氣系數的方法，最好是通過對過量空氣系數實行閉環控制，適時補償汽油噴油器的噴油誤差油量，使氧傳感器測量值逼近設定目標值。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明旨在提出一種雙燃料發動機的控制方法，該方法能夠使雙燃料發動機精確地得到最佳燃燒所需的燃油混合比例，進而使雙燃料發動機具有良好的燃燒與排放特性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種雙燃料發動機的控制方法，包括以下步驟：根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據所述初始的汽油需求油量和柴油需求油量確定雙燃料發動機理論的總體空氣需求量；對進氣量進行監測，并根據實際空氣監測量和所述雙燃料發動機理論的總體空氣需求量得到過量空氣系數；獲取延遲時間系數，并根據延遲時間系數和所述過量空氣系數得到目標過量空氣系數；獲取汽油油量補償因子和動態氣量補償因子，并根據所述汽油油量補償因子、動態氣量補償因子和所述初始的汽油需求油量得到汽油補償油量；以及根據所述汽油補償油量對汽油噴射量進行調整。

進一步的，所述根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據初始的汽油需求油量和柴油需求油量確定雙燃料發動機理論的總體空氣需求量，具體包括：根據所述雙燃料發動機的轉速和油門踏板開度確定所述車輛的總體需求扭矩；根據所述車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量；根據所述初始的汽油需求油量和汽油的理論空燃比得到汽油消耗理論空氣量，并根據所述初始的柴油需求油量和柴油的理論空燃比得到柴油消耗理論空氣量；根據所述汽油消耗理論空氣量和所述柴油消耗理論空氣量得到所述雙燃料發動機理論的總體空氣需求量。

進一步的，所述延遲時間系數是根據所述雙燃料發動機的轉速和所述總體需求扭矩共同確定的。

進一步的，所述汽油油量補償因子通過如下方式得到：根據所述目標過量空氣系數和監測到的實際過量空氣系數得到過量空氣系數偏差；根據所述過量空氣系數偏差和所述目標過量空氣系數得到汽油油量補償因子；所述動態氣量補償因子通過如下方式得到：計算實際空氣監測量與所述理論的總體空氣需求量之間的空氣量偏差；根據所述雙燃料發動機的轉速和所述空氣量偏差得到所述動態氣量補償因子。

進一步的，所述根據所述汽油補償油量對汽油噴射量進行調整，具體包括：判斷所述汽油補償油量是否位于預設的補償最小油量和預設的補償最大油量之間；如果是，則根據所述汽油補償油量對汽油噴射量進行調整，否則，根據所述預設的補償最小油量或所述預設的補償最大油量對汽油噴射量進行調整。

相對于現有技術，本發明所述的雙燃料發動機的控制方法具有以下優勢：

本發明所述的雙燃料發動機的控制方法，通過對過量空氣系數實行閉環控制策略，即時補償氣道噴射汽油的油量誤差，保證最終過量空氣系數逼近目標過量空氣系數值，從而使雙燃料發動機能夠精確地得到最佳燃燒所需的燃油混合比例，進而使雙燃料發動機具有良好的 燃燒與排放特性。

本發明的另一個目的在于提供一種雙燃料發動機的控制系統，該控制系統能夠使雙燃料發動機精確地得到最佳燃燒所需的燃油混合比例，進而使雙燃料發動機具有良好的燃燒與排放特性。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種雙燃料發動機的控制系統，包括：第一獲取模塊，用于根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據所述初始的汽油需求油量和柴油需求油量確定雙燃料發動機理論的總體空氣需求量；第二獲取模塊，對進氣量進行監測，并根據實際空氣監測量和所述雙燃料發動機理論的總體空氣需求量得到過量空氣系數；第三獲取模塊，用于獲取延遲時間系數，并根據延遲時間系數和所述過量空氣系數得到目標過量空氣系數；第四獲取模塊，用于獲取汽油油量補償因子和動態氣量補償因子，并根據所述汽油油量補償因子、動態氣量補償因子和所述初始的汽油需求油量得到汽油補償油量；以及調整模塊，用于根據所述汽油補償油量對汽油噴射量進行調整。

進一步地，所述第一獲取模塊用于根據所述雙燃料發動機的轉速和油門踏板開度確定所述車輛的總體需求扭矩，并根據所述車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據所述初始的汽油需求油量和汽油的理論空燃比得到汽油消耗理論空氣量，并根據所述初始的柴油需求油量和柴油的理論空燃比得到柴油消耗理論空氣量，并根據所述汽油消耗理論空氣量和所述柴油消耗理論空氣量得到所述雙燃料發動機理論的總體空氣需求量。

進一步地，所述延遲時間系數是根據所述雙燃料發動機的轉速和所述總體需求扭矩共同確定的。

進一步地，所述汽油油量補償因子通過如下方式得到：根據所述目標過量空氣系數和監測到的實際過量空氣系數得到過量空氣系數偏差；根據所述過量空氣系數偏差和所述目標過量空氣系數得到汽油油量補償因子；所述動態氣量補償因子通過如下方式得到：計算實際空氣監測量與所述理論的總體空氣需求量之間的空氣量偏差；根據所述雙燃料發動機的轉速和所述空氣量偏差得到所述動態氣量補償因子。

所述的雙燃料發動機的控制系統與上述的雙燃料發動機的控制方法相對于現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。

本發明的再一個目的在于提出一種車輛，該車輛具有良好的燃燒與排放特性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種車輛，設置有如上述實施例所述的雙燃料發動機的控制系統。

所述的車輛與上述的雙燃料發動機的控制系統相對于現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例所述的雙燃料發動機的控制方法的流程圖；

圖2為本發明實施例所述的雙燃料發動機的控制方法的詳細流程圖；以及

圖3為本發明實施例所述的雙燃料發動機的控制系統的結構框圖。

附圖標記說明：

1000-雙燃料發動機的控制系統，100-第一獲取模塊，200-第二獲取模塊，300-第三獲取模塊，400-第四獲取模塊，500-調整模塊。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

圖1是根據本發明一個實施例的雙燃料發動機的控制方法的流程圖。圖2是根據本發明一個實施例的雙燃料發動機的控制方法的詳細流程圖。其中，在本申請的描述中，雙燃料發動機是一種以汽油和柴油作為燃料的雙燃料發動機。

結合圖1和圖2所示，根據本發明一個實施例的雙燃料發動機的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據初始的汽油需求油量和柴油需求油量確定雙燃料發動機理論的總體空氣需求量。

在本發明的一個實施例中，如圖2所示，該步驟具體包括：

首先，由當前雙燃料發動機轉速和油門踏板開度確定車輛的總體需求扭矩，即發動機運行工況。

然后，根據車輛的總體需求扭矩得到氣道噴射的初始的汽油需求油量和缸內噴射的初始的柴油需求油量，在具體示例中，這兩種需求油量根據基礎油量Map進行計算。

進一步地，根據初始的汽油需求油量和汽油能夠充分燃燒的理論空燃比得到汽油消耗理論空氣量，并根據初始的柴油需求油量和柴油能夠充分燃燒的理論空燃比得到柴油消耗理論空氣量。在該示例中，具體計算方式例如為：初始的汽油需求油量乘以理論空燃比14.8得出汽油消耗理論空氣量，初始的柴油需求油量乘以理論空燃比14.3得出柴油消耗理論空氣量。

最后，將得到的汽油消耗理論空氣量和柴油消耗理論空氣量相加得到雙燃料發動機理論 的總體空氣需求量。

步驟S2：對進氣量進行監測，并根據實際空氣監測量和雙燃料發動機理論的總體空氣需求量得到過量空氣系數。具體地說，例如，將上述步驟S1中得到的雙燃料發動機理論的總體空氣需求量與雙燃料發動機進氣側附帶的空氣流量計監測得到的實際空氣監測量進行比較，即實際空氣監測量除以雙燃料發動機理論的總體空氣需求量計算得到過量空氣系數。

步驟S3：獲取延遲時間系數，并根據延遲時間系數和過量空氣系數得到目標過量空氣系數。其中，在本發明的一個實施例中，延遲時間系數是根據雙燃料發動機的轉速和總體需求扭矩共同確定的。

具體地說，例如，為了與雙燃料發動機排氣側裝有的寬域氧傳感器監測出的實際過量空氣系數進行有效對比，必須將之前步驟S2中計算得出的過量空氣系數進行處理，即考慮到當前循環內的空氣量進入缸內燃燒，并以廢氣的形式排出發動機體外，再傳遞至寬域氧傳感器處，這一系列過程都需要時間傳遞，且傳遞時間受雙燃料發動機的轉速和進氣流量大小的影響最大，所以該延遲時間系數由雙燃料發動機的轉速和總體需求扭矩共同確定，進一步地，將該延遲時間系數與過量空氣系數進行相乘即可得到有效的目標過量空氣系數。

步驟S4：獲取汽油油量補償因子和動態氣量補償因子，并根據汽油油量補償因子、動態氣量補償因子和初始的汽油需求油量得到汽油補償油量。

在本發明的一個實施例中，汽油油量補償因子通過如下方式得到：根據目標過量空氣系數和監測到的實際過量空氣系數得到過量空氣系數偏差，根據過量空氣系數偏差和目標過量空氣系數得到汽油油量補償因子。換言之，例如，將寬域氧傳感器監測出的實際過量空氣系數與目標過量空氣系數相減，便得到噴油誤差導致的過量空氣系數偏差，進一步將該量空氣系數偏差除以目標過量空氣系數即可得到需要做出補償的汽油油量補償因子。

進一步地，動態氣量補償因子通過如下方式得到：計算實際空氣監測量與理論的總體空氣需求量之間的空氣量偏差，根據雙燃料發動機的轉速和空氣量偏差得到動態氣量補償因子。換言之，例如，考慮到雙燃料發動機固有的燃燒特性對邊界條件較為敏感，即雙燃料發動機邊界條件的變化嚴重影響燃燒情況，因此，需將空氣量瞬態跟隨特性較差的因素考慮進去，因此需要設置動態氣量補償因子進一步修正因進氣量偏差導致的目標過量空氣系數發生變化。具體地，該動態氣量補償因子由空氣量偏差(理論的總體空氣需求量與空氣流量計監測出的實際空氣監測量之差)與雙燃料發動機的轉速進行確定，當雙燃料發動機處于穩態時，該動態氣量補償因子為1，則表示不需要進行油量補償。

最后，例如，將汽油油量補償因子和動態氣量補償因子與理論的總體空氣需求量進行相乘，得到汽油補償油量。

步驟S5：根據汽油補償油量對汽油噴射量進行調整。

在本發明的一個實施例中，該步驟S5具體包括：判斷步驟S4得到的汽油補償油量是否 位于預設的補償最小油量和預設的補償最大油量之間，如果是，則根據汽油補償油量對汽油噴射量進行調整，否則，根據預設的補償最小油量或預設的補償最大油量對汽油噴射量進行調整。更為具體地，例如將汽油補償油量和初始的汽油需求油量共同轉換為加電脈寬，然后驅動汽油噴油器進行噴油，以完成油量閉環控制過程。

作為具體的示例，結合圖2所示，本發明上述實施例的雙燃料發動機的控制方法的主要原理可概述如下：首先根據當前油門踏板開度與發動機轉速確定出的總體需求扭矩，計算當前循環內的汽油需求油量和柴油需求油量，再分別乘以各自理論空燃比得到各自的理論空氣量，兩者相加，便是總體空氣需求量；通過空氣流量計測量到的空氣量，計算當前的過量空氣系數，根據寬域氧傳感器監測出的過量空氣系數值，兩者之間的差值除以目標過量空氣系數得出對汽油做出補償的油量因子；考慮到發動機瞬態工作時，其新鮮進氣量響應有所滯后，根據進氣量偏差，設定動態氣量補償因子；最后將油量補償因子和氣量補償因子與當前的汽油循環需求量進行相乘，得出汽油補償量。此油量補償值必須經過油量限值判斷，最終將經限值補償后的油量轉化為加電脈寬，并驅動汽油噴油器，實現雙燃料發動機油量閉環控制。因此，該方法采用即時補償的方法進行油量補償，提高了油量的補償速度。

根據本發明所述的雙燃料發動機的控制方法，通過對過量空氣系數實行閉環控制策略，即時補償氣道噴射汽油的油量誤差，保證最終過量空氣系數逼近目標過量空氣系數值，從而使雙燃料發動機能夠精確地得到最佳燃燒所需的燃油混合比例，進而使雙燃料發動機具有良好的燃燒與排放特性。

圖3是根據本發明一個實施例的雙燃料發動機的控制系統的結構框圖。如圖3所示，根據本發明一個實施例的雙燃料發動機的控制系統1000，包括：第一獲取模塊100、第二獲取模塊200、第三獲取模塊300、第四獲取模塊400和調整模塊500。

其中，第一獲取模塊100用于根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據初始的汽油需求油量和柴油需求油量確定雙燃料發動機理論的總體空氣需求量。具體地說，在本發明的一個實施例中，第一獲取模塊500用于根據雙燃料發動機的轉速和油門踏板開度確定車輛的總體需求扭矩，并根據車輛的總體需求扭矩得到初始的汽油需求油量和柴油需求油量，并根據初始的汽油需求油量和汽油的理論空燃比得到汽油消耗理論空氣量，并根據初始的柴油需求油量和柴油的理論空燃比得到柴油消耗理論空氣量，并根據汽油消耗理論空氣量和柴油消耗理論空氣量得到雙燃料發動機理論的總體空氣需求量。

第二獲取模塊200對進氣量進行監測，并根據實際空氣監測量和雙燃料發動機理論的總體空氣需求量得到過量空氣系數。

第三獲取模塊300用于獲取延遲時間系數，并根據延遲時間系數和過量空氣系數得到目標過量空氣系數。在本發明的一個實施例中，例如，延遲時間系數是根據雙燃料發動機的轉速和總體需求扭矩共同確定的。

第四獲取模塊400用于獲取汽油油量補償因子和動態氣量補償因子，并根據汽油油量補償因子、動態氣量補償因子和初始的汽油需求油量得到汽油補償油量。

其中，在本發明的一個實施例中，例如，汽油油量補償因子通過如下方式得到：根據目標過量空氣系數和監測到的實際過量空氣系數得到過量空氣系數偏差，根據過量空氣系數偏差和目標過量空氣系數得到汽油油量補償因子。

進一步地，動態氣量補償因子通過如下方式得到：計算實際空氣監測量與理論的總體空氣需求量之間的空氣量偏差，根據雙燃料發動機的轉速和空氣量偏差得到動態氣量補償因子。

調整模塊500用于根據汽油補償油量對汽油噴射量進行調整。

需要說明的是，本發明實施例的雙燃料發動機的控制系統的具體實現方式與本發明實施例的雙燃料發動機的控制方法的具體實現方式類似，具體請參見方法部分的描述，為了減少冗余，不做贅述。

根據本發明實施例的雙燃料發動機的控制系統，通過對過量空氣系數實行閉環控制策略，即時補償氣道噴射汽油的油量誤差，保證最終過量空氣系數逼近目標過量空氣系數值，從而使雙燃料發動機能夠精確地得到最佳燃燒所需的燃油混合比例，進而使雙燃料發動機具有良好的燃燒與排放特性。

進一步地，本發明的實施例公開了一種車輛，該車輛設置有上述實施例所述的雙燃料發動機的控制系統。該車輛具有良好的燃燒與排放特性。

另外，根據本發明實施例的車輛的其它構成以及作用對于本領域的普通技術人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。