專利名稱：一種基于凸輪軸信號(hào)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于凸輪軸信號(hào)的車用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境問(wèn)題是制約汽車行業(yè)發(fā)展的兩個(gè)瓶頸。研究表明，汽車廢氣已成為大氣污染的一個(gè)主要原因?！睹绹?guó)向氫經(jīng)濟(jì)過(guò)渡的2030年遠(yuǎn)景展望報(bào)告》認(rèn)為，石油資源可能在25 30年后就將枯竭。樂(lè)觀的估計(jì)，到21世紀(jì)中期以后，石油資源也將面臨枯竭的局面。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的能源，被視為本世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。氫氣燃燒后產(chǎn)物水，完全沒(méi)有CO2和各種污染物，是發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料。采用氫氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料可以一次性解決汽車的能源、環(huán)境污染和碳排放問(wèn)題?，F(xiàn)有的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)大多采用修改汽油機(jī)或柴油機(jī)燃料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而沒(méi)有針對(duì)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)新的電子控制系統(tǒng)。汽油機(jī)和柴油機(jī)燃料系統(tǒng)中的電子控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段和起動(dòng)之后均采用曲軸信號(hào)進(jìn)行噴氫、點(diǎn)火設(shè)置。在現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)曲軸信號(hào)進(jìn)行噴氫和點(diǎn)火設(shè)置的具體過(guò)程為曲軸信號(hào)的高低電平分別對(duì)應(yīng)齒和齒缺，每個(gè)齒對(duì)應(yīng)的曲軸角度為6度，那么根據(jù)曲軸信號(hào)數(shù)齒，在已知當(dāng)前齒數(shù)和每齒對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角的情況下，很容易得到曲軸相位，根據(jù)曲軸相位進(jìn)行點(diǎn)火、噴氫設(shè)置。但是，氫氣的理化性質(zhì)與汽油、柴油有很大的差別，直接采用原電子控制系統(tǒng)不能充分發(fā)揮氫燃料的優(yōu)勢(shì)。尤其是在起動(dòng)過(guò)程中，由于氫氣燃燒很快，因此起動(dòng)過(guò)程的前半階段即低速階段曲軸信號(hào)變化較大，起動(dòng)過(guò)程的后半階段即高速階段曲軸信號(hào)才趨于穩(wěn)定。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于曲軸信號(hào)變化不大，因此根據(jù)曲軸相位進(jìn)行數(shù)齒時(shí)，不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且根據(jù)曲軸相位進(jìn)行計(jì)算，曲軸轉(zhuǎn)角每變化6度計(jì)算一次，可以提高控制精確度。 但是在低轉(zhuǎn)速時(shí)，速度變化比較劇烈，容易出現(xiàn)數(shù)齒錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致相位判斷錯(cuò)誤。如果當(dāng)前相位判斷錯(cuò)誤，很容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的回火、后燃等不正常燃燒現(xiàn)象，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全性。因此可以考慮將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程分為低速和高速階段，例如以轉(zhuǎn)軸400轉(zhuǎn)/分作為分界點(diǎn)，低速階段根據(jù)凸輪軸信號(hào)進(jìn)行噴氫點(diǎn)火設(shè)置，高速階段根據(jù)曲軸信號(hào)進(jìn)行噴氫點(diǎn)火設(shè)置。但是目前沒(méi)有根據(jù)凸輪軸信號(hào)進(jìn)行噴氫點(diǎn)火設(shè)置的方案可用于4缸氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提高控制準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)4缸氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，提供了一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，提高控制準(zhǔn)確性，避免相位判斷錯(cuò)誤造成的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的回火、后燃等不正常燃燒現(xiàn)象。本發(fā)明方案適用于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化劇烈的場(chǎng)合。氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制方法，其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下
一種基于凸輪軸信號(hào)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，包括 設(shè)計(jì)凸輪軸齒盤包括2個(gè)寬齒和2個(gè)窄齒，2個(gè)寬齒相鄰，2個(gè)窄齒相鄰，每個(gè)齒的齒寬和齒缺寬度之和對(duì)應(yīng)的凸輪軸角度都是90度；采用傳感器獲取凸輪軸信號(hào)，高電平對(duì)應(yīng)齒，低電平對(duì)應(yīng)齒缺；凸輪軸信號(hào)的每個(gè)周期中，低電平在前，高電平在后；根據(jù)凸輪軸齒盤的安裝機(jī)械位置，確定各缸點(diǎn)火時(shí)和噴氫時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸相位；根據(jù)曲軸信號(hào)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制的具體步驟為凸輪軸齒盤每轉(zhuǎn)動(dòng)90度控制一次； 每次控制時(shí)，利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒；根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸輸出相應(yīng)控制信號(hào)。如果將凸輪軸上的齒按照窄齒——寬齒——寬齒——窄齒的順序進(jìn)行標(biāo)記，則凸輪軸安裝時(shí)，所述順序中的凸輪軸各齒信號(hào)的下降沿依次對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1缸、3缸、4缸、2缸的壓縮上止點(diǎn)；在壓縮上止點(diǎn)輸出對(duì)應(yīng)缸的噴氫、點(diǎn)火信號(hào)；所述根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸進(jìn)行相應(yīng)噴氫和點(diǎn)火設(shè)置的步驟具體為若本次捕獲的為寬齒且上一次捕獲的為寬齒，則輸出4缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出1缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲的為寬齒且上一次捕獲的為窄齒，則輸出3缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出2缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒而上一次捕獲為寬齒，則輸出2缸點(diǎn)火控制信號(hào)，輸出3缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒且上一次捕獲為窄齒；則輸出1缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出4缸噴氫控制信號(hào)。較佳地，寬齒齒缺對(duì)應(yīng)角度小于45度，窄齒齒缺對(duì)應(yīng)角度大于45度；所述利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒的步驟具體為1) 當(dāng)凸輪軸信號(hào)電平發(fā)生變化時(shí)，捕獲當(dāng)前信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)當(dāng)前信號(hào)的電位，如果當(dāng)前電位為低電平，則為下降沿；如果當(dāng)前電位為高電平，則為上升沿；一個(gè)整齒的周期從下降沿開始；2)根據(jù)下降沿和上升沿的時(shí)間差計(jì)算出低電平的時(shí)間，根據(jù)上升沿和下降沿的時(shí)差計(jì)算出高電平的時(shí)間；3)利用高電平的寬度和凸輪軸信號(hào)周期的寬度計(jì)算出占空比，如果占空比大于 50%，則為寬齒，否則為窄齒。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)利用兩寬齒+兩窄齒的凸輪軸齒盤形式，本發(fā)明利用齒型的檢測(cè)確定凸輪軸相位，根據(jù)凸輪軸相位與發(fā)動(dòng)機(jī)4個(gè)缸之間的關(guān)系，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行噴氫點(diǎn)火控制。本發(fā)明可以應(yīng)用在速度變化劇烈的場(chǎng)合，例如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的低速階段，由于不采用數(shù)齒的相位確定方案，即便變化劇烈，仍能較為準(zhǔn)確的確定當(dāng)前齒型，從而準(zhǔn)確進(jìn)行噴氫點(diǎn)火控制。


圖1為本發(fā)明利用凸輪軸信號(hào)進(jìn)行噴氫、點(diǎn)火信號(hào)控制的流程圖；圖2為本發(fā)明當(dāng)確定窄齒_寬齒-寬齒-窄齒對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1缸、3缸、4缸2缸噴氫時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種4缸氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，應(yīng)用于適用于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化劇烈且轉(zhuǎn)速不是很快(低于400轉(zhuǎn)/分)的場(chǎng)合，其基本思想是根據(jù)凸輪軸齒型的變化確定凸輪軸相位，根據(jù)凸輪軸相位與缸的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行噴氫、點(diǎn)火設(shè)置。圖1為本發(fā)明利用凸輪軸信號(hào)進(jìn)行噴氫、點(diǎn)火信號(hào)控制的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟步驟1 本發(fā)明控制方法所涉及的凸輪軸是一種4齒的凸輪軸。凸輪軸齒盤包括 2個(gè)寬齒和2個(gè)窄齒，為了便于根據(jù)凸輪軸信號(hào)判定當(dāng)前齒為寬齒還是窄齒，設(shè)定寬齒為齒寬大于齒總周期一半的齒，窄齒為齒寬小于齒總周期一半的齒。2個(gè)寬齒相鄰，2個(gè)窄齒相鄰，形成寬_寬-窄_窄的形式，每個(gè)齒的齒寬和齒缺寬度之和都是90度。步驟2 將該凸輪軸齒盤安裝到位，根據(jù)凸輪軸齒盤的安裝機(jī)械位置，確定各缸點(diǎn)火時(shí)和噴氫時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸相位。對(duì)于4缸氫發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，4缸的點(diǎn)火順序?yàn)?缸、3缸、4缸、2缸，4缸的噴氫順序?yàn)?4缸、2缸、1缸、3缸。本實(shí)施例將凸輪軸上的齒按照窄齒——寬齒——寬齒——窄齒的順序進(jìn)行標(biāo)記，凸輪軸安裝時(shí)，所述順序中的凸輪軸各齒信號(hào)的下降沿依次對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1缸、 3缸、4缸、2缸的壓縮上止點(diǎn)。在壓縮上止點(diǎn)輸出對(duì)應(yīng)缸的噴氫、點(diǎn)火信號(hào)。步驟3 在凸輪軸齒盤處安裝傳感器，采用傳感器獲取凸輪軸信號(hào)，高電平對(duì)應(yīng)齒，低電平對(duì)應(yīng)齒缺。步驟4 凸輪軸齒盤每轉(zhuǎn)動(dòng)90度控制一次；每次控制時(shí)，利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒；根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸輸出相應(yīng)控制信號(hào)。在步驟2設(shè)定了窄齒——寬齒——寬齒——窄齒對(duì)應(yīng)1缸、3缸、4缸、2缸點(diǎn)火的情況下，如圖2所示，本步驟4具體為1)當(dāng)凸輪軸信號(hào)電平發(fā)生變化時(shí)，捕獲當(dāng)前信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)當(dāng)前信號(hào)的電位，如果當(dāng)前電位為低電平，則為下降沿；如果當(dāng)前電位為高電平，則為上升沿。2)根據(jù)下降沿和上升沿的時(shí)間差計(jì)算出低電平的時(shí)間，根據(jù)上升沿和下降沿的時(shí)差計(jì)算出高電平的時(shí)間，因?yàn)楸緦?shí)施例中，一個(gè)周期是從下降沿開始的，因此根據(jù)下降沿和下降沿之間的時(shí)間差計(jì)算出周期。3)利用高電平的寬度和凸輪軸信號(hào)周期的寬度計(jì)算出占空比，如果占空比大于 50%，則為寬齒，否則為窄齒。4)根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸進(jìn)行相應(yīng)噴氫和點(diǎn)火設(shè)置，具體分為以下4種情況若本次捕獲的為寬齒且上次捕獲的為寬齒，則輸出4缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出1缸噴氫控制信號(hào)；
若本次捕獲的為寬齒且上次捕獲的為窄齒，則輸出3缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出2缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒而上次捕獲為寬齒，則輸出2缸點(diǎn)火控制信號(hào)，輸出3缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒且上次捕獲為窄齒；則輸出1缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出4缸噴氫控制信號(hào)。

可見，本發(fā)明采用凸輪軸的齒型確定凸輪軸相位，根據(jù)凸輪軸相位進(jìn)行噴氫、點(diǎn)火設(shè)置，避免數(shù)齒所帶來(lái)的各種缺陷，有效地提高了控制準(zhǔn)確性。雖然根據(jù)凸輪軸進(jìn)行噴氫點(diǎn)火的控制精度不如根據(jù)曲軸相位的控制方案，但是能夠保證正確性是發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作的最基本條件，而且在低速情況下根據(jù)凸輪軸相位的控制也能夠滿足控制精度的要求。本發(fā)明根據(jù)凸輪軸信號(hào)進(jìn)行氫發(fā)動(dòng)機(jī)控制的方案可以有效應(yīng)用于氫發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中。如背景技術(shù)所述，以曲軸轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分作為分界點(diǎn)，氫發(fā)動(dòng)機(jī)的低速階段速度變化比較劇烈，如果采用曲軸控制容易出現(xiàn)數(shù)齒錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致相位判斷錯(cuò)誤，因此可以采用本發(fā)明根據(jù)凸輪軸信號(hào)的控制方案，當(dāng)轉(zhuǎn)速高壓400轉(zhuǎn)/分后，可以采用曲軸信號(hào)的控制方案。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于凸輪軸信號(hào)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，包括設(shè)計(jì)凸輪軸齒盤包括2個(gè)寬齒和2個(gè)窄齒，2個(gè)寬齒相鄰，2個(gè)窄齒相鄰，每個(gè)齒的齒寬和齒缺寬度之和對(duì)應(yīng)的凸輪軸角度都是90度；采用傳感器獲取凸輪軸信號(hào)，高電平對(duì)應(yīng)齒，低電平對(duì)應(yīng)齒缺；凸輪軸信號(hào)的每個(gè)周期中，低電平在前，高電平在后；根據(jù)凸輪軸齒盤的安裝機(jī)械位置，確定各缸點(diǎn)火時(shí)和噴氫時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸相位；根據(jù)曲軸信號(hào)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制的具體步驟為凸輪軸齒盤每轉(zhuǎn)動(dòng)90度控制一次；每次控制時(shí)，利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒；根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸輸出相應(yīng)控制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將凸輪軸上的齒按照窄齒——寬齒——寬齒一窄齒的順序進(jìn)行標(biāo)記，凸輪軸安裝時(shí)，所述順序中的凸輪軸各齒信號(hào)的下降沿依次對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1缸、3缸、4缸、2缸的壓縮上止點(diǎn)；在壓縮上止點(diǎn)輸出對(duì)應(yīng)缸的噴氫、點(diǎn)火信號(hào)；所述根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸進(jìn)行相應(yīng)噴氫和點(diǎn)火設(shè)置的步驟具體為若本次捕獲的為寬齒且上一次捕獲的為寬齒，則輸出4缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出1缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲的為寬齒且上一次捕獲的為窄齒，則輸出3缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出2缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒而上一次捕獲為寬齒，則輸出2缸點(diǎn)火控制信號(hào)，輸出3缸噴氫控制信號(hào)；若本次捕獲為窄齒且上一次捕獲為窄齒；則輸出1缸點(diǎn)火控制信號(hào)、輸出4缸噴氫控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，寬齒齒缺對(duì)應(yīng)角度小于45度，窄齒齒缺對(duì)應(yīng)角度大于45度；所述利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒的步驟具體為1)當(dāng)凸輪軸信號(hào)電平發(fā)生變化時(shí)，捕獲當(dāng)前信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)當(dāng)前信號(hào)的電位，如果當(dāng)前電位為低電平，則為下降沿；如果當(dāng)前電位為高電平，則為上升沿；一個(gè)整齒的周期從下降沿開始；2)根據(jù)下降沿和上升沿的時(shí)間差計(jì)算出低電平的時(shí)間，根據(jù)上升沿和下降沿的時(shí)差計(jì)算出高電平的時(shí)間；3)利用高電平的寬度和凸輪軸信號(hào)周期的寬度計(jì)算出占空比，如果占空比大于50%， 則為寬齒，否則為窄齒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于凸輪軸信號(hào)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，該方法采用的凸輪軸齒盤包括2個(gè)寬齒和2個(gè)窄齒，2寬齒相鄰，2窄齒相鄰，每個(gè)齒的齒寬和齒缺寬度之和對(duì)應(yīng)的凸輪軸角度都是90度；根據(jù)凸輪軸齒盤的安裝機(jī)械位置，確定各缸點(diǎn)火時(shí)和噴氫時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸相位；凸輪軸齒盤每轉(zhuǎn)動(dòng)90度控制一次；每次控制時(shí)，利用凸輪軸信號(hào)確定當(dāng)前捕獲到的齒型為寬齒還是窄齒；根據(jù)本次和上一次捕獲的齒型確定當(dāng)前凸輪軸相位，根據(jù)當(dāng)前凸輪軸相位判斷當(dāng)前需要輸出噴氫、點(diǎn)火控制信號(hào)的缸，并對(duì)該缸輸出相應(yīng)控制信號(hào)。使用本發(fā)明能夠提高控制準(zhǔn)確性，避免相位判斷錯(cuò)誤造成的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的回火、后燃等不正常燃燒現(xiàn)象。
文檔編號(hào)F02D43/00GK102352798SQ20111033637
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者劉興華, 劉福水, 王道靜 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)