一种空燃比调节装置及其调节方法

专利名称：一种空燃比调节装置及其调节方法
技术领域：
本发明涉及燃料供给调节装置以及其调节方法，尤其是一种空燃比调节装置及其 调节方法。
背景技术：
在内燃发动机的燃料供给过程中，由于存在内燃发动机使用的天然气类别差异 (即其主要成分甲烷的含量不同)；内燃发动机运行气候差异；内燃发动机制造过程中装配 误差、生产散差等导致的差异；以及内燃发动机使用过程中零部件不断磨损、疲劳、老化的 差异等，这些因素都会导致用于表示燃料供给程度的空燃比值严重偏离目标空燃比值。传统的燃料供给系统仅仅采用PID控制器来调节，如图1所示，传感器组2与PID 控制器3单向连接，输出用于判断内燃机是否属于闭环条件的状态参数(包含燃料供给系 统的水温、进气压力、节气门开度、内燃发动机运行时间、内燃发动机转速)给PID控制器3 ； Flash存储器(也成为闪存存储器)1与PID控制器单向连接，用于输出目标空燃比给PID控 制器；燃料供给系统5与空燃比传感器6单向连接，用于检测当前空燃比值；空燃比传感器 6与PID控制器3单向连接，用于输出当前空燃比值给PID控制器3 ；PID控制器3与燃料 供给系统5单向连接，用于在内燃发动机满足闭合条件的情况下，根据上述目标空燃比值 和当前空燃比值，通过微分、比例、积分调节输出PID修正值给燃料供给系统5，从而实现燃 料供给的调节；在内燃发动机不满足闭合条件的情况下，则不进行调节。但是，此种调节装 置是根据当前空燃比值来实时调节，调节精度不高。随着技术的进一步发展，在中国PCT专利申请案第200880020345. 6号案中，提出 了一种空燃比控制方法，但是其中学习控制器的学习条件需要考虑进气门的提升量(即进 气门的位置)，该种方法仅适用于具有进气门提升装置的内燃机。另外，在该空燃比控制装 置中设置了两个范围较窄的开关型氧传感器，该种开关型氧传感器的目标空燃比值控制为 1附近，仅适用于当量比燃烧控制。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高空燃比调节精度，进而提高燃料利用率的空燃 比调节装置，以及其简化的空燃比调节方法。为了实现上述目的，根据本发明的一个层面，本发明提供了一种空燃比调节装置， 其包含包含传感器组、Flash存储器、PID控制器、学习控制器、燃料供给系统、空燃比传感 器以及第一存储器，其中
传感器组分别与所述PID控制器、学习控制器单向连接，用于采集包含内燃发动机的 水温、进气压力、节气门开度、发动机转速、发动机运行时间以及空调信号的状态参数，并且 输出包含水温、进气压力、节气门开度、发动机转速和发动机运行时间的第一状态参数给 PID控制器，输出水温、进气压力、节气门开度、发动机转速和空调信号的第二状态参数给学 习控制器；Flash存储器分别与PID控制器、学习控制器单向连接，用于存储目标空燃比值，并且 分别输出目标空燃比值给PID控制器、学习控制器；
燃料供给系统与空燃比传感器单向连接，用于检测燃料供给系统的当前空燃比值； 空燃比传感器分别与PID控制器、学习控制器单向连接，用于分别输出当前空燃比值 给PID控制器、学习控制器；
PID控制器分别与燃料供给系统、学习控制器单向连接，用于输出PID修正值给燃料供 给系统，并且输出积分量给学习控制器；
学习控制器与燃料供给系统单向连接，用于输出学习修正值给燃料供给系统； 学习控制器还与第一存储器双向连接，由所述第一存储器存储包含有学习修正值的学 习修正表格，并且由学习控制器查找学习修正表格并且调用其中的学习修正值。在根据本发明的一个实施例中，该空燃比调节装置还包含第二存储器，所述第二 存储器与学习控制器双向连接，用于在掉电时存储学习修正值，并且在重新接电时由学习 控制器调用学习修正值。在根据本发明的另一个实施例中，该空燃比调节装置中的空燃比传感器选用宽域 氧传感器；第一存储器选用RAM ；该第二存储器选用EEPR0M。根据本发明的另一个层面，本发明提供了一种空燃比调节方法，其包含以下步 骤
Sl 传感器组采集包含内燃发动机的水温、进气压力、节气门开度、发动机转速、发动机 运行时间和空调信号的状态参数，并且分别输出包含水温、进气压力、节气门开度、发动机 转速和发动机运行时间的第一状态参数给PID控制器，输出包含水温、进气压力、节气门开 度、发动机转速和空调信号的第二状态参数给学习控制器；
S2:空燃比传感器检测燃料供给系统的当前空燃比值，并且分别输出所述当前空燃比 值给PID控制器、学习控制器；
53用于存储目标空燃比值的Flash存储器分别输出目标空燃比值给PID控制器、学习 控制器；
54:PID控制器判断第一状态参数是否满足闭环控制条件
如果第一状态参数满足闭环控制条件，则PID控制器根据当前空燃比值和目标空燃比 值，进行比例、积分、微分调节，输出PID修正值给燃料供给系统，并且输出积分量给学习控 制器；
如果第一状态参数不满足闭环控制条件，则PID控制器输出不作为信号，在空燃比调 节中不起作用；
55学习控制器根据第二状态参数判定内燃发动机所处工况类型，确定与工况类型对 应的学习修正值的位置，其中每一种工况对应一个学习修正值；
56学习控制器判断是否满足学习更新条件
如果本次内燃发动机状态信息与上次内燃发动机状态信息相同，则满足学习更新条 件，执行学习修正值的更新，其中内燃发动机状态信息由进气压力和内燃发动机转速决 定；
57:PID修正值与学习修正值共同作用于燃料供给系统，从而实现空燃比调节。在根据本发明的一个实施例中，在上述步骤S4中如果该第一状态参数的水温>65°C,200kpa>进气压力>30kpa，90%>节气门开度>6%，发动机运行时间>30s，发动机转速 >600r/min,则满足所述闭环控制条件。在根据本发明的另一个实施例中，在上述步骤S5中工况设计分成5种工况怠速 工况、瞬态工况、部分负荷工况、空调工况、暖机工况，其中瞬态工况包含加速工况和减速工 况，并且与各工况对应的学习修正值以表格的形式存储于第一存储器中，以形成学习修正 表格，每一个学习修正值对应一个学习修正单元格，各学习修正单元格构成所述学习修正 表格。其中，学习修正表格的大小根据需要设定并且覆盖所述设定工况。在该学习修正 表格中部分负荷工况对应16个学习控制单元格；减速工况、暖机工况分别对应2个学习控 制单元格；同时处于减速工况和空调工况时对应2个学习控制单元格；处于减速工况而不 处于空调工况时对应2个学习控制单元格。在根据本发明的又一个实施例中，在上述步骤S6中如果学习控制器判断不满足 学习更新条件，则由所述学习控制器直接查找调用与所述工况类型对应的学习修正值，并 且输出所述学习修正值给所述燃料供给系统。在根据本发明的再一个实施例中，该学习修正值的更新包含以下步骤
5101定时等待，其中等待时间等于学习修正值的更新周期；
5102学习控制器判定由所述PID控制器提供的所述积分量的范围
(I )如果积分量<-hter_high，则判断当前空燃比值是否 > 目标空燃比值 (i )如果当前空燃比值彡目标空燃比值，则结束本次调节过程； (ii)如果当前空燃比值〉目标空燃比值，则稀空燃比计数器Timer_lean自加，其后判 断稀空燃比计数器Timer_lean的数值是否>50
⑴如果稀空燃比计数器Timerjean的数值彡50，则结束本次更新过程； ⑵如果稀空燃比计数器Timer_lean的数值>50，则与当前工况对应的学习修正单元格 中的学习修正值lean_cell自加，其后判断学习修正单元格中的学习修正值lear^cell是 否 > 稀空燃比门限值lean_high_thres
①如果学习修正单元格中的学习修正值lean_cell>稀空燃比门限值lean_high_ thres,则触发OBD报警，结束本次调节过程；
②如果学习修正单元格中的学习修正值lean_cell<稀空燃比门限值lean_high_ thres，则直接结束本次调节过程；
(II)如果积分量Hhter_high，则判断当前空燃比值是否 < 目标空燃比值； (i )如果当前空燃比值> 目标空燃比值，则结束本次调节过程； (ii)如果当前空燃比值 < 目标空燃比值，则浓空燃比计数器Timer_riCh自加，其后判 断浓空燃比计数器Timer_riCh的数值是否>50
⑴如果浓空燃比计数器Timer_riCh的数值彡50，则结束本次更新过程； ⑵如果浓空燃比计数器Timer_riCh的数值>50，则与当前工况对应的学习修正单元格 中的学习修正值rich_cell自减，其后判断学习修正单元格中的学习修正值rich_cell是 否 > 浓空燃比门限值rich_high_threS
①如果学习修正单元格中的学习修正值rich_cell<稀空燃比门限值rich_high_ thres,则触发OBD报警，结束本次调节过程；②如果学习修正单元格中的学习修正值rich_cell彡稀空燃比门限值rich_high_ thres，则直接结束本次调节过程；
(III)如果4nter_high彡积分量彡+hter_high，则结束本次调节过程；其中-hter_ high和+hter_high分别表示积分量的正负临界积分值。其中，等待时间选为IOms ；-Inter_high和+hter_high分别选用-50和+50。在根据本发明的一个实施例中，上述步骤S7中空燃比调节装置输出量与PID修正 值、学习修正值的关系为输出量=PID修正值X学习修正值，其中PID修正值和所述学习 修正值都为百分率值，并且在步骤S4中如果第一状态参数不满足闭环控制条件，则PID控 制器输出的PID修正值为100%。在根据本发明的另一个实施例中，如果出现掉电现象，则由所述学习控制器输出 所述学习修正值给所述第二存储器存储，并且在重新接电时，由所述学习控制器从所述第 二存储器中调用所述学习修正值。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是
1、相比于传统的空燃比调节装置，本发明中的该空燃比调节装置解决了传统空燃比调 节装置调节由于气候差异、制造差异和使用中磨损、疲劳、老化的差异而导致的空燃比精度 不高的问题，提高了空燃比调节精度，进而提高了燃料的利用率；
2、相比于技术进一步发展后的空燃比调节装置，本发明中的空燃比调节装置不仅适用 于具有进气门提升装置的内燃机，还特别适用于安装有宽域氧传感器的内燃机，采用稀薄 燃烧方式的内燃机。


本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1是传统空燃比调节装置的结构示意图2是该空燃比调节装置的结构示意图3是根据本发明的一个实施例，该空燃比调节装置的结构示意图； 图4是根据本发明的一个实施例，该空燃比调节装置的结构示意图； 图5是该空燃比调节装置的工作流程示意图6是PID控制器满足闭环条件时控制输出PID修正值的功能示意图； 图7是根据本发明的一个实施例，学习控制器中工况判定的功能示意图； 图8是根据本发明的一个实施例，学习修正表格的示意图； 图9是学习控制器中学习更新条件判定的流程示意图； 图10是学习控制器中更新学习修正值的流程示意图。其中1为Flash存储器，2为传感器组，3为PID控制器，4为学习控制器，5为燃料 供给系统，6为空燃比传感器，7为第一存储器，8为第二存储器，11为水温，12为进气压力， 13为节气门开度，14为发动机转速，15为空调信号，21为怠速工况，22为瞬态工况，23为部 分负荷工况，M为空调工况，25为暖机工况。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。根据本发明的一个层面，如图2所示，该空燃比调节装置包含Flash存储器1、传 感器组2、PID控制器3、学习控制器4、燃料供给系统5、空燃比传感器(Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，宽域氧传感器)6以及第一存储器7，其中传感器组2分别与PID控制 器3、学习控制器4单向连接，用于采集包含燃料供给系统的水温、进气压力、节气门开度、 发动机转速、发动机运行时间以及空调信号的状态参数，并且输出包含水温、进气压力、节 气门开度、发动机转速和发动机运行时间的第一状态参数给PID控制器3，输出包含水温、 进气压力、节气门开度、发动机转速和空调信号的第二状态参数给学习控制器4;用于存储 目标空燃比值的Flash存储器1分别与PID控制器3、学习控制器4单向连接，用于分别输 出此目标空燃比值给PID控制器3、学习控制器4 ；燃料供给系统5与空燃比传感器6单向 连接，用于检测燃料供给系统5的当前空燃比值；空燃比传感器6分别与PID控制器3、学习 控制器4单向连接，用于分别输出其检测到的当前空燃比值给PID控制器3、学习控制器4 ； PID控制器3分别与燃料供给系统5、学习控制器4单向连接，用于输出PID修正值给燃料 供给系统5，并且输出积分量给学习控制器4 ；学习控制器4与燃料供给系统5单向连接，用 于输出学习修正值给燃料供给系统5 ；学习控制器4还与第一存储器7双向连接，由第一存 储器7存储包含有所述学习修正值的学习修正表格，并且由学习控制器4查找学习修正表 格并且调用其中的学习修正值。其中，该第一存储器7包含但不限于RAM (Random Access Memory，随机存储器)。在根据本发明的一个实施例中，该空燃比调节装置还包含与学习控制器4双向连 接的第二存储器，用于在掉电时存储学习修正值，并且在重新接电时由学习控制器4调用 所述学习修正值，如图3所示。其中，该第二存储器包含但不限于EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)。在根据本发明的一个较佳实施例中，该空燃比传感器选用UEGO传感器 (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，宽域氧传感器)，其实时检测废气中的氧气含量 以反映当前空燃比值，如图4所示。应注意的是该空燃比传感器在基于UEGO传感器的内 燃发动机中的应用效果较佳，但不意味着只适用于基于UEGO传感器的内燃发动机的空燃 比调节。根据本发明的另一层面，该空燃比调节方法包含以下步骤，如图5所示
Sl 传感器组1采集包含燃料供给系统的水温、进气压力、节气门开度、发动机转速、发 动机运行时间和空调信号的状态参数，并且分别输出包含水温、进气压力、节气门开度、发 动机转速和发动机运行时间的第一状态参数给PID控制器3，输出包含水温、进气压力、节 气门开度、发动机转速和空调信号的第二状态参数给学习控制器4。S2:空燃比传感器6检测燃料供给系统5的当前空燃比值，并且分别输出该当前空 燃比值给PID控制器3、学习控制器4。S3 用于存储目标空燃比值的Flash存储器1分别输出该目标空燃比值给PID控 制器3、学习控制器4。
S4 =PID控制器3判断该第一状态参数是否满足闭环控制条件
如果该第一状态参数满足闭环控制条件，则该PID调节器3控制输出PID修正值给燃 料供给系统5，其具体过程如图6所示根据当前空燃比值和目标空燃比值，进行比例、积 分、微分调节，进而输出PID修正值给燃料供给系统5，并且输出积分量给该学习控制器4， 其中当该第一状态参数满足闭合控制条件时，相应地，该内燃发动机处于闭合运行状态；
如果该第一状态参数不满足闭环控制条件，则PID控制器3输出不作为信号，从而在空 燃比调节中不起作用。在根据本发明的一个实施例中，该第一状态参数中如果水温为>65°C范围中的任 何一个值，进气压力为200kpa>进气压力>30kpa范围中的任何一个值，节气门开度为90%> 节气门开度>6%范围中的任何一个值，发动机运行时间为>30s (秒)范围中的任何一个值， 发动机转速为>600r/min (转/分钟)范围中的任何一个值，则都满足所述闭环控制条件。根据本发明的另一个实施例，如果该第一状态参数中水温为70°C，进气压力为 150kpa，节气门开度为70%，发动机运行时间为45s，则在此状态下的内燃发动机满足闭环 控制条件。S5:该学习控制器4根据该第二状态参数判定内燃发动机所处工况类型，确定与 该工况类型对应的学习修正值的位置，其中每一种工况对应一个学习修正值。在实际应用 中，为了精确地调节空燃比值，学习控制器4可以将内燃发动机的运行状态分成多个不同 类别的工况，并且将与此等工况相对应的学习修正值以学习修正单元格的形式存储，以形 成学习修正表格。在根据本发明的一个实施例中，学习控制器4根据第二状态参数水温11、进气压 力12、节气门开度13、发动机时间14以及发动机转速15，将发动机的运行状态分成五种工 况怠速工况21、瞬态工况22(其包含减速工况和加速工况)、部分负荷工况23、空调工况M 和暖机工况25，其中发动机可以同时处于两种工况，诸如同时处于怠速工况21和空调工况 对，部分负荷工况23和空调工况对，如图7所示。在根据本发明的一个实施例中，如果学习修正表格的设计只考虑上述瞬态工况22 中的减速工况，并且只考虑怠速工况21中的减速工况与空调工况34结合出现的情况，则可 以分成M个单元格来覆盖上述工况16个学习修正单元格分别对应发动机不同负荷下的 部分负荷工况23的学习修正值；2个学习修正单元格分别对应减速工况下的学习修正值；2 个学习修正单元格分别对应暖机工况25下的学习修正值；2个学习修正单元格分别对应同 时处于减速工况和空调工况M时的学习修正值；2个学习修正单元格对应处于减速工况21 而不处于空调工况M时的学习修正值，如图8所示。在部分负荷工况23对应的16个学习 修正单元格是根据发动机转速和进气压力大小，分别设定高转速rmp3、中转速rmp2、低转 速rmpl，高负荷load3、中负荷load2、低负荷loadl。在学习修正表格的查询过程中，学习 控制器根据检测得到的发动机转速和进气压力，确定对应的部分负荷工况23，进而确定其 对应的学习控制单元格。在根据本发明的另一个实施例中，如果学习修正表格设计在上一个实施例中所考 虑因素的基础上增加考虑瞬态工况22中的加速工况，则学习修正表格可以分成沈个学习 修正单元格来覆盖所有的工况增加了 2个学习修正单元格对应处于加速工况下的学习修 正值。
1
应注意的是工况的分类可以根据设计人员的不同考虑进行，其类别包含但不限 于上述五种工况；并且学习修正表格大小的设计也根据设计人员的不同考虑而有所不同。S6:在该学习控制器4在确定发动机所处的工况类型，进而确定与该对应的学习 修正值在学习修正表格中的位置的前提下，该学习控制器4判断是否满足学习更新条件。如果出现以下情况(1)该内燃发动机的节气门系统故障；(2)该节气门开度的大 小使得所述内燃发动机处于开环运行状态，其中内燃发动机处于开环运行状态的条件与其 在上述闭环运行状态下的条件相反，诸如在上述的一个实施例中，内燃发动机在闭环运行 状态下的节气门开度为大于6%并且小于90%，则内燃发动机在开环运行状态下的节气门开 度为> 90%或者< 6%; (3)该内燃发动机的进气压力传感器故障；(4)本次内燃发动机状态 信息与上次内燃发动机状态信息不相同，则不满足该学习更新条件，如图9所示，由该学习 控制器4直接查找调用与该工况类型对应的学习修正值，并且输出所述学习修正值给改燃 料供给系统5，其中该内燃发动机状态信息由进气压力和内燃发动机转速决定，也就是说如 果内燃发动机本次的进气压力和内燃发动机转速与上次内燃发动机的进气压力和内燃发 动机转速不相同，则不满足该学习更新条件。如果没有出现上述(1)至(3)中的情况，并且本次内燃发动机状态信息与上次内 燃发动机状态信息相同，则满足该学习更新条件，由学习控制器4执行与当前工况类型对 应的学习修正值的更新。在根据本发明的一个实施例中，学习修正值的更新进一步包含以下步骤，如图10 所示
SlOl 定时等待，其中等待时间等于学习修正值的更新周期；
S102:学习控制器判定由PID控制器提供的积分量的范围，根绝积分量所处的不同 范围可以将其分成三种情况来执行，范围的限定通过积分量的临界值-hter_high和 +Inter_high 来确定
(I )如果积分量<-hter_high，则判断当前空燃比值是否 > 目标空燃比值 (i )如果当前空燃比值彡目标空燃比值，则结束本次调节过程； (ii)如果当前空燃比值〉目标空燃比值，说明当前空燃比较稀且超出了 PID控制器的 调节范围，则稀空燃比计数器Timerjean自加，其后判断该稀空燃比计数器Timerjean的 数值是否>50，也即是说，空燃比较稀且超出PID控制器调节范围的这种情况的持续时间是 否超过了 500ms
⑴如果稀空燃比计数器Timer_lean的数值彡50，则结束本次更新过程； ⑵如果稀空燃比计数器Timer_lean的数值>50，则与当前工况对应的学习修正单元格 中的学习修正值lean_cell自加，其后判断学习修正单元格中的学习修正值lear^cell是 否 > 稀空燃比门限值lean_high_thres
①如果学习修正单元格中的学习修正值lean_cell>稀空燃比门限值lean_high_ thres,则触发OBD报警，表示此时空燃比调节策略失效，结束本次调节过程；
②如果学习修正单元格中的学习修正值lean_cell<稀空燃比门限值lean_high_ thres，则直接结束本次调节过程；
(II)如果积分量Hhter_high，则判断当前空燃比值是否 < 目标空燃比值； (i )如果当前空燃比值> 目标空燃比值，则结束本次调节过程；(ii)如果当前空燃比值 < 目标空燃比值，说明当前空燃比较浓并且超出PID控制器的 调节范围，则浓空燃比计数器Timer_riCh自加，其后判断浓空燃比计数器Timer_riCh的数 值是否>50，也即是说，空燃比较浓且超出PID控制器调节范围的这种情况的持续时间是否 超过了 500ms
⑴如果浓空燃比计数器Timer_riCh的数值< 50，则结束本次更新过程； ⑵如果浓空燃比计数器Timer_riCh的数值>50，则与当前工况对应的学习修正单元格 中的学习修正值rich_cell自减，其后判断学习修正单元格中的学习修正值rich_cell是 否 > 浓空燃比门限值rich_high_threS
①如果学习修正单元格中的学习修正值rich_cell〈稀空燃比门限值rich_high_ thres,则触发OBD报警，表示此时空燃比调节策略失效，结束本次调节过程；
②如果学习修正单元格中的学习修正值rich_cell彡稀空燃比门限值rich_high_ thres，则直接结束本次调节过程；
(III)如果4nter_high彡积分量彡+hter_high，则结束本次调节过程；其中-hter_ high和+hter_high分别表示积分量的正负临界积分值。在根据本发明的一个实施例中，上述步骤SlOl中等待时间(即更新周期)选用 IOms0在根据本发明的另一个实施例中，上述步骤S102中的-hter_high和+hter_ high分别选用-50和+50。·
应注意的是上述等待时间、-Inter_high和+hter_high包含但不限于上述数值，根 据实际情况，设计人员可以做出不同的选择。S7:PID修正值与学习修正值共同作用于燃料供给系统5，从而实现空燃比调节。 在根据本发明的一个实施例中，空燃比调节装置的输出量与PID修正值、学习修正值的关 系为输出量=PID修正值X学习修正值，其中在上述步骤S4中当该PID控制器3判断不 满足闭环控制条件时，由该PID控制器3输出百分率值为100%的PID修正值，用以表示其 在空燃比调节过程中不起作用。在根据本发明的一个实施例中，如果在空燃比调节装置出现掉电现象，则由该学 习控制器4输出学习修正值给第二存储器存储8，并且在重新接电时由该学习控制器4从该 第二存储器存储8中调用该学习修正值。综上所述，相比于传统的空燃比调节装置，本发明中的空燃比调节装置解决了传 统空燃比调节装置调节由于气候差异、制造差异和使用中磨损、疲劳、老化的差异而导致的 空燃比精度不高的问题，提高了空燃比调节精度，进而提高了燃料的利用率。相比于技术进 一步发展后的空燃比调节装置，本发明中的空燃比调节装置不用采用放映单元等部件，其 结构更为简单。在空燃比调节方法方面，相比于进一步发展后的空燃比调节方法，本发明中的空 燃比调节方法不用弓I入升程量等参数，实现过程更为简单。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种空燃比调节装置，其包含传感器组(2)、Flash存储器(1)、PID控制器(3)、燃料 供给系统(5)、空燃比传感器(6)以及第一存储器(7)，其特征在于还包含学习控制器(4)， 其中所述传感器组(2)分别与所述PID控制器(3)、所述学习控制器(4)单向连接，用于采 集包含所述内燃发动机的水温、进气压力、节气门开度、发动机转速、发动机运行时间以及 空调信号的状态参数，并且输出包含所述水温、所述进气压力、所述节气门开度、所述发动 机转速和所述发动机运行时间的第一状态参数给所述PID控制器(3)，输出所述水温、所述 进气压力、所述节气门开度、所述发动机转速和所述空调信号的第二状态参数给所述学习 控制器(4);所述Flash存储器(1)分别与所述PID控制器(3)、所述学习控制器(4)单向连接，用 于存储目标空燃比值，并且分别输出所述目标空燃比值给所述PID控制器(3)、所述学习控 制器(4);所述燃料供给系统(5)与所述空燃比传感器(6)单向连接，用于检测所述燃料供给系 统(5)的当前空燃比值；所述空燃比传感器(6)分别与所述PID控制器(3)、所述学习控制器(4)单向连接，用 于分别输出所述当前空燃比值给所述PID控制器(3)、所述学习控制器(4);所述PID控制器(3)分别与所述燃料供给系统(5)、所述学习控制器(4)单向连接，用 于输出PID修正值给所述燃料供给系统(5)，并且输出积分量给所述学习控制器(4)；所述学习控制器(4)与所述燃料供给系统(5)单向连接，用于输出学习修正值给所述 燃料供给系统(5);所述学习控制器(4)还与所述第一存储器(7)双向连接，由所述第一存储器(7)存储包 含有所述学习修正值的学习修正表格，并且由所述学习控制器(4)查找所述学习修正表格 并且调用其中的学习修正值。
2.如权利要求1所述的空燃比调节装置，其特征在于还包含第二存储器(8)，所述第 二存储器(8)与所述学习控制器(4)双向连接，用于在掉电时存储所述学习修正值，并且在 重新接电时由所述学习控制器(4)调用所述学习修正值。
3.如权利要求1所述的空燃比调节装置，其特征在于所述空燃比传感器为宽域氧传 感器；所述第一存储器(7)选用RAM ；所述第二存储器(8)选用EEPR0M。
4.一种空燃比调节方法，其特征在于，包含以下步骤51传感器组采集包含内燃发动机的水温、进气压力、节气门开度、发动机转速、发动机 运行时间和空调信号的状态参数，并且分别输出包含水温、进气压力、节气门开度、发动机 转速和发动机运行时间的第一状态参数给PID控制器，输出包含水温、进气压力、节气门开 度、发动机转速和空调信号的第二状态参数给学习控制器；52空燃比传感器检测燃料供给系统的当前空燃比值，并且分别输出所述当前空燃比 值给所述PID控制器、所述学习控制器；53用于存储目标空燃比值的Flash存储器分别输出所述目标空燃比值给所述PID控 制器、所述学习控制器；54所述PID控制器判断所述第一状态参数是否满足闭环控制条件如果所述第一状态参数满足闭环控制条件，则所述PID控制器根据所述当前空燃比值和所述目标空燃比值，进行比例、积分、微分调节，输出PID修正值给所述燃料供给系统，并 且输出积分量给所述学习控制器；如果所述第一状态参数不满足闭环控制条件，则所述PID控制器输出不作为信号，在 空燃比调节中不起作用；·55所述学习控制器根据所述第二状态参数判定内燃发动机所处工况类型，确定与所 述工况类型对应的学习修正值的位置，其中每一种工况对应一个学习修正值；·56所述学习控制器判断是否满足学习更新条件如果本次内燃发动机状态信息与上次内燃发动机状态信息相同，则满足所述学习更新 条件，执行学习修正值的更新，其中所述内燃发动机状态信息由所述进气压力和所述内燃 发动机转速决定；·57所述PID修正值与所述学习修正值共同作用于所述燃料供给系统，从而实现空燃 比调节。
5.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于所述第一状态参数中如果所述 水温>65°C，200kpa>所述进气压力>30kpa，90%>所述节气门开度>6%，所述发动机运行时间 >30s，所述发动机转速>600r/min，则满足所述闭环控制条件。
6.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于所述步骤S5中所述工况设计分 成5种工况怠速工况、瞬态工况、部分负荷工况、空调工况、暖机工况，其中所述瞬态工况 具有加速工况和减速工况，并且与各工况对应的学习修正值以表格的形式存储于第一存储 器中，以形成学习修正表格，每一个学习修正值对应一个学习修正单元格，各学习修正单元 格构成所述学习修正表格。
7.如权利要求8所述的空燃比调节方法，其特征在于所述学习修正表格的大小根据 需要设定并且覆盖所述设定工况。
8.如权利要求7所述的空燃比调节方法，其特征在于在所述学习修正表格中所述部 分负荷工况对应16个学习控制单元格；所述减速工况、所述暖机工况分别对应2个学习控 制单元格；同时处于所述减速工况和所述空调工况时对应2个学习控制单元格；处于所述 减速工况而不处于所述空调工况时对应2个学习控制单元格。
9.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于在所述步骤S6中如果所述学习 控制器判断不满足所述学习更新条件，则由所述学习控制器直接查找调用与所述工况类型 对应的学习修正值，并且输出所述学习修正值给所述燃料供给系统。
10.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于在所述步骤S6中所述学习修 正值的更新包含以下步骤·5101定时等待10ms，其中等待时间等于学习修正值的更新周期；·5102所述学习控制器判定由所述PID控制器提供的所述积分量的范围(I )如果积分量<-hter_high，则判断当前空燃比值是否 > 目标空燃比值 (i )如果当前空燃比值彡目标空燃比值，则结束本次调节过程； (ii)如果当前空燃比值〉目标空燃比值，则稀空燃比计数器Timer_lean自加，其后判 断所述稀空燃比计数器Timer_lean的数值是否>50 ⑴如果所述稀空燃比计数器Timer_lean的数值彡50，则结束本次更新过程； ⑵如果所述稀空燃比计数器Timer_lean的数值>50，则与当前工况对应的学习修正单元格中的学习修正值lean_Cell自加，其后判断所述学习修正单元格中的学习修正值 lean_cell是否 > 稀空燃比门限值lean_high_thres ①如果所述学习修正单元格中的学习修正值lean_cell>稀空燃比门限值lean_high_ thres,则触发OBD报警，结束本次调节过程；②如果所述学习修正单元格中的学习修正值lean_cell<稀空燃比门限值lean_ high_thres，则直接结束本次调节过程；(II)如果积分量Hhter_high，则判断当前空燃比值是否< 目标空燃比值；(i )如果当前空燃比值> 目标空燃比值，则结束本次调节过程；(ii)如果当前空燃比值 < 目标空燃比值，则浓空燃比计数器Timer_riCh自加，其后判 断所述浓空燃比计数器Timer_riCh的数值是否>50 ⑴如果所述浓空燃比计数器Timer_riCh的数值< 50，则结束本次更新过程；⑵如果所述浓空燃比计数器Timer_rich的数值>50，则与当前工况对应的学习修正 单元格中的学习修正值rich_cell自减，其后判断所述学习修正单元格中的学习修正值 rich_cell是否 > 浓空燃比门限值rich_high_thres ①如果所述学习修正单元格中的学习修正值rich_cell〈稀空燃比门限值rich_high_ thres,则触发OBD报警，结束本次调节过程；②如果所述学习修正单元格中的学习修正值rich_cell彡稀空燃比门限值rich_ high_thres，则直接结束本次调节过程；(III)如果4nter_high彡积分量彡+hter_high，则结束本次调节过程；其中-hter_ high和+hter_high分别表示所述积分量的正负临界积分值。
11.如权利要求10所述的空燃比调节方法，其特征在于在所述步骤S102中 high 和 +Inter_high 分别为-50 和 +50。
12.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于在所述步骤S7中所述空燃比 调节装置输出量与所述PID修正值、所述学习修正值的关系为输出量=PID修正值X学习 修正值，其中所述PID修正值和所述学习修正值都为百分率值，并且在所述步骤S4中如果 所述第一状态参数不满足闭环控制条件，则所述PID控制器输出的PID修正值为100%。
13.如权利要求4所述的空燃比调节方法，其特征在于如果出现掉电现象，则由所述 学习控制器输出所述学习修正值给所述第二存储器存储，并且在重新接电时，由所述学习 控制器从所述第二存储器中调用所述学习修正值。
全文摘要
本发明公开了一种空燃比调节装置及其调节方法，属于燃料供给调节领域。该空燃比调节装置包含传感器组、Flash存储器、PID控制器、学习控制器、燃料供给系统和空燃比传感器，其中传感器组将采集到的相应状态参数分别输出给PID控制器和学习控制器，该PID控制器和学习控制器分别根据由空燃比传感器输出的当前空燃比值和目标空燃比值，判定是否满足闭环条件、学习条件，如果分别满足上述条件则分别输出PID修正值和学习修正值，共同作用于燃料供给系统，从而实现燃料供给的调节。通过该空燃比调节装置及其对应的调节方法，提高了空燃比调节精度，进而提高了燃料的利用率。
文档编号F02D41/14GK102094719SQ20111006870
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者甘海云, 赵向阳 申请人:中国汽车工程研究院股份有限公司