一种基于凸轮轴信号的氢燃料发动机控制方法

摘要

本发明公开了一种基于凸轮轴信号的氢燃料发动机控制方法，该方法采用的凸轮轴齿盘包括2个宽齿和2个窄齿，2宽齿相邻，2窄齿相邻，每个齿的齿宽和齿缺宽度之和对应的凸轮轴角度都是90度；根据凸轮轴齿盘的安装机械位置，确定各缸点火时和喷氢时对应的凸轮轴相位；凸轮轴齿盘每转动90度控制一次；每次控制时，利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿；根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸输出相应控制信号。使用本发明能够提高控制准确性，避免相位判断错误造成的发动机机的回火、后燃等不正常燃烧现象。

权利要求

1.一种基于凸轮轴信号的氢燃料发动机控制方法，其特征在于，包括：

设计凸轮轴齿盘包括2个宽齿和2个窄齿，2个宽齿相邻，2个窄齿相邻，每个齿的齿宽和齿缺宽度之和对应的凸轮轴角度都是90度；采用传感器获取凸轮轴信号，高电平对应齿，低电平对应齿缺；凸轮轴信号的每个周期中，低电平在前，高电平在后；根据凸轮轴齿盘的安装机械位置，确定各缸点火时和喷氢时对应的凸轮轴相位；

根据曲轴信号进行发动机控制的具体步骤为：凸轮轴齿盘每转动90度控制一次；每次控制时，利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿；根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸输出相应控制信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将凸轮轴上的齿按照窄齿——宽齿——宽齿——窄齿的顺序进行标记，凸轮轴安装时，所述顺序中的凸轮轴各齿信号的下降沿依次对应发动机1缸、3缸、4缸、2缸的压缩上止点；在压缩上止点输出对应缸的喷氢、点火信号；

所述根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸进行相应喷氢和点火设置的步骤具体为：若本次捕获的为宽齿且上一次捕获的为宽齿，则输出4缸点火控制信号、输出1缸喷氢控制信号；

若本次捕获的为宽齿且上一次捕获的为窄齿，则输出3缸点火控制信号、输出2缸喷氢控制信号；

若本次捕获为窄齿而上一次捕获为宽齿，则输出2缸点火控制信号，输出3缸喷氢控制信号；

若本次捕获为窄齿且上一次捕获为窄齿；则输出1缸点火控制信号、输出4缸喷氢控制信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，宽齿齿缺对应角度小于45度，窄齿齿缺对应角度大于45度；

所述利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿的步骤具体为：1)当凸轮轴信号电平发生变化时，捕获当前信号，同时检测当前信号的电位，如果当前电位为低电平，则为下降沿；如果当前电位为高电平，则为上升沿；一个整齿的周期从下降沿开始；

2)根据下降沿和上升沿的时间差计算出低电平的时间，根据上升沿和下降沿的时差计算出高电平的时间；

3)利用高电平的宽度和凸轮轴信号周期的宽度计算出占空比，如果占空比大于50％，则为宽齿，否则为窄齿。

说明书

一种基于凸轮轴信号的氢燃料发动机控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于凸轮轴信号的车用氢燃料发动机控制方法，属于发动机电子控制领域。

背景技术

[0002] 能源和环境问题是制约汽车行业发展的两个瓶颈。研究表明，汽车废气已成为大气污染的一个主要原因。《美国向氢经济过渡的2030年远景展望报告》认为，石油资源可能在25～30年后就将枯竭。乐观的估计，到21世纪中期以后，石油资源也将面临枯竭的局面。

[0003] 氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的能源，被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源。氢气燃烧后产物水，完全没有CO2和各种污染物，是发动机的理想燃料。采用氢气作为发动机燃料可以一次性解决汽车的能源、环境污染和碳排放问题。

[0004] 现有的氢气发动机燃料系统大多采用修改汽油机或柴油机燃料系统实现，而没有针对氢气发动机开发新的电子控制系统。汽油机和柴油机燃料系统中的电子控制系统在发动机起动阶段和起动之后均采用曲轴信号进行喷氢、点火设置。在现有技术中，根据曲轴信号进行喷氢和点火设置的具体过程为：曲轴信号的高低电平分别对应齿和齿缺，每个齿对应的曲轴角度为6度，那么根据曲轴信号数齿，在已知当前齿数和每齿对应的曲轴转角的情况下，很容易得到曲轴相位，根据曲轴相位进行点火、喷氢设置。

[0005] 但是，氢气的理化性质与汽油、柴油有很大的差别，直接采用原电子控制系统不能充分发挥氢燃料的优势。尤其是在起动过程中，由于氢气燃烧很快，因此起动过程的前半阶段即低速阶段曲轴信号变化较大，起动过程的后半阶段即高速阶段曲轴信号才趋于稳定。

[0006] 在高转速时，由于曲轴信号变化不大，因此根据曲轴相位进行数齿时，不容易出现错误，而且根据曲轴相位进行计算，曲轴转角每变化6度计算一次，可以提高控制精确度。但是在低转速时，速度变化比较剧烈，容易出现数齿错误，从而导致相位判断错误。如果当前相位判断错误，很容易造成发动机机的回火、后燃等不正常燃烧现象，影响发动机的起动性能，甚至发动机的运行安全性。

[0007] 因此可以考虑将发动机起动过程分为低速和高速阶段，例如以转轴400转/分作为分界点，低速阶段根据凸轮轴信号进行喷氢点火设置，高速阶段根据曲轴信号进行喷氢点火设置。但是目前没有根据凸轮轴信号进行喷氢点火设置的方案可用于4缸氢气发动机，从而提高控制准确性。

发明内容

[0008] 有鉴于此，本发明针对4缸氢气发动机，提供了一种氢气发动机控制方法，提高控制准确性，避免相位判断错误造成的发动机机的回火、后燃等不正常燃烧现象。本发明方案适用于发动机转速变化剧烈的场合。

[0009] 氢气发动机的起动控制方法，其具体实现过程如下：

[0010] 一种基于凸轮轴信号的氢燃料发动机控制方法，包括：

[0011] 设计凸轮轴齿盘包括2个宽齿和2个窄齿，2个宽齿相邻，2个窄齿相邻，每个齿的齿宽和齿缺宽度之和对应的凸轮轴角度都是90度；采用传感器获取凸轮轴信号，高电平对应齿，低电平对应齿缺；凸轮轴信号的每个周期中，低电平在前，高电平在后；根据凸轮轴齿盘的安装机械位置，确定各缸点火时和喷氢时对应的凸轮轴相位；

[0012] 根据曲轴信号进行发动机控制的具体步骤为：凸轮轴齿盘每转动90度控制一次；每次控制时，利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿；根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸输出相应控制信号。

[0013] 如果将凸轮轴上的齿按照窄齿——宽齿——宽齿——窄齿的顺序进行标记，则凸轮轴安装时，所述顺序中的凸轮轴各齿信号的下降沿依次对应发动机1缸、3缸、4缸、2缸的压缩上止点；在压缩上止点输出对应缸的喷氢、点火信号；

[0014] 所述根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸进行相应喷氢和点火设置的步骤具体为：

[0015] 若本次捕获的为宽齿且上一次捕获的为宽齿，则输出4缸点火控制信号、输出1缸喷氢控制信号；

[0016] 若本次捕获的为宽齿且上一次捕获的为窄齿，则输出3缸点火控制信号、输出2缸喷氢控制信号；

[0017] 若本次捕获为窄齿而上一次捕获为宽齿，则输出2缸点火控制信号，输出3缸喷氢控制信号；

[0018] 若本次捕获为窄齿且上一次捕获为窄齿；则输出1缸点火控制信号、输出4缸喷氢控制信号。

[0019] 较佳地，宽齿齿缺对应角度小于45度，窄齿齿缺对应角度大于45度；

[0020] 所述利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿的步骤具体为：1)当凸轮轴信号电平发生变化时，捕获当前信号，同时检测当前信号的电位，如果当前电位为低电平，则为下降沿；如果当前电位为高电平，则为上升沿；一个整齿的周期从下降沿开始；

[0021] 2)根据下降沿和上升沿的时间差计算出低电平的时间，根据上升沿和下降沿的时差计算出高电平的时间；

[0022] 3)利用高电平的宽度和凸轮轴信号周期的宽度计算出占空比，如果占空比大于50％，则为宽齿，否则为窄齿。

[0023] 本发明的方法及系统与现有技术相比，具有以下优点：

[0024] 利用两宽齿+两窄齿的凸轮轴齿盘形式，本发明利用齿型的检测确定凸轮轴相位，根据凸轮轴相位与发动机4个缸之间的关系，对发动机进行喷氢点火控制。本发明可以应用在速度变化剧烈的场合，例如发动机起动的低速阶段，由于不采用数齿的相位确定方案，即便变化剧烈，仍能较为准确的确定当前齿型，从而准确进行喷氢点火控制。

附图说明

[0025] 图1为本发明利用凸轮轴信号进行喷氢、点火信号控制的流程图；

[0026] 图2为本发明当确定窄齿-宽齿-宽齿-窄齿对应发动机1缸、3缸、4缸2缸喷氢时的发动机控制信号产生过程。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0028] 本发明提供了一种4缸氢气发动机的控制方法，应用于适用于发动机转速变化剧烈且转速不是很快(低于400转/分)的场合，其基本思想是：根据凸轮轴齿型的变化确定凸轮轴相位，根据凸轮轴相位与缸的对应关系进行喷氢、点火设置。

[0029] 图1为本发明利用凸轮轴信号进行喷氢、点火信号控制的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

[0030] 步骤1：本发明控制方法所涉及的凸轮轴是一种4齿的凸轮轴。凸轮轴齿盘包括2个宽齿和2个窄齿，为了便于根据凸轮轴信号判定当前齿为宽齿还是窄齿，设定宽齿为齿宽大于齿总周期一半的齿，窄齿为齿宽小于齿总周期一半的齿。2个宽齿相邻，2个窄齿相邻，形成宽-宽-窄-窄的形式，每个齿的齿宽和齿缺宽度之和都是90度。

[0031] 步骤2：将该凸轮轴齿盘安装到位，根据凸轮轴齿盘的安装机械位置，确定各缸点火时和喷氢时对应的凸轮轴相位。

[0032] 对于4缸氢发动机来说，4缸的点火顺序为1缸、3缸、4缸、2缸，4缸的喷氢顺序为4缸、2缸、1缸、3缸。本实施例将凸轮轴上的齿按照窄齿——宽齿——宽齿——窄齿的顺序进行标记，凸轮轴安装时，所述顺序中的凸轮轴各齿信号的下降沿依次对应发动机1缸、
3缸、4缸、2缸的压缩上止点。在压缩上止点输出对应缸的喷氢、点火信号。

[0033] 步骤3：在凸轮轴齿盘处安装传感器，采用传感器获取凸轮轴信号，高电平对应齿，低电平对应齿缺。

[0034] 步骤4：凸轮轴齿盘每转动90度控制一次；每次控制时，利用凸轮轴信号确定当前捕获到的齿型为宽齿还是窄齿；根据本次和上一次捕获的齿型确定当前凸轮轴相位，根据当前凸轮轴相位判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸输出相应控制信号。

[0035] 在步骤2设定了窄齿——宽齿——宽齿——窄齿对应1缸、3缸、4缸、2缸点火的情况下，如图2所示，本步骤4具体为：

[0036] 1)当凸轮轴信号电平发生变化时，捕获当前信号，同时检测当前信号的电位，如果当前电位为低电平，则为下降沿；如果当前电位为高电平，则为上升沿。

[0037] 2)根据下降沿和上升沿的时间差计算出低电平的时间，根据上升沿和下降沿的时差计算出高电平的时间，因为本实施例中，一个周期是从下降沿开始的，因此根据下降沿和下降沿之间的时间差计算出周期。

[0038] 3)利用高电平的宽度和凸轮轴信号周期的宽度计算出占空比，如果占空比大于50％，则为宽齿，否则为窄齿。

[0039] 4)根据本次和上一次捕获的齿型判断当前需要输出喷氢、点火控制信号的缸，并对该缸进行相应喷氢和点火设置，具体分为以下4种情况：

[0040] 若本次捕获的为宽齿且上次捕获的为宽齿，则输出4缸点火控制信号、输出1缸喷氢控制信号；

[0041] 若本次捕获的为宽齿且上次捕获的为窄齿，则输出3缸点火控制信号、输出2缸喷氢控制信号；

[0042] 若本次捕获为窄齿而上次捕获为宽齿，则输出2缸点火控制信号，输出3缸喷氢控制信号；

[0043] 若本次捕获为窄齿且上次捕获为窄齿；则输出1缸点火控制信号、输出4缸喷氢控制信号。

[0044] 可见，本发明采用凸轮轴的齿型确定凸轮轴相位，根据凸轮轴相位进行喷氢、点火设置，避免数齿所带来的各种缺陷，有效地提高了控制准确性。虽然根据凸轮轴进行喷氢点火的控制精度不如根据曲轴相位的控制方案，但是能够保证正确性是发动机安全工作的最基本条件，而且在低速情况下根据凸轮轴相位的控制也能够满足控制精度的要求。

[0045] 本发明根据凸轮轴信号进行氢发动机控制的方案可以有效应用于氢发动机的起动过程中。如背景技术所述，以曲轴转速400转/分作为分界点，氢发动机的低速阶段速度变化比较剧烈，如果采用曲轴控制容易出现数齿错误，从而导致相位判断错误，因此可以采用本发明根据凸轮轴信号的控制方案，当转速高压400转/分后，可以采用曲轴信号的控制方案。

[0046] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。