第4期（总第237期） 2018年8月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No 4(Serial No 237)
Aug2018
基于氧传感器模型的空燃比精确控制器开发
李捷辉，刘婧，吴兵兵，张隆基，胡立
（江苏大学汽车与交道工程学院，江苏镇江212013）
摘要：氧传感器在发动机运行过程中由于长期使用或环境恶劣等因素将导致其信号失真，为此提出模型算法
替代氧传感器实物的思路，根据模型设计理念，设计一种实现空燃比精确控制的控制器。在Matlab/Simulink环境下搭建空燃比控制器算法模型，主要包括氧传感器信号计算模块、模式调度模块和PI控制器模块。将由空燃比算法模型所得空燃比输入氧传感器模型，得到氧传感器信号值，将该信号值反馈到P控制器模块中，进行喷油量修正，使空燃比控制在147附近。试验结果表明，该控制系统在没有使用氧传感器的条件下可将空燃比精确控制在1431～1501范围内。与装有氧传感器的电控原机相比，排放性能相似
关键词：氧传感器模型；空燃比；控制器；汽油机 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 04 003
中图分类号：TK4112
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)04-0011-06
随着我国经济的不断发展，环境保护问题与能源消耗间题日益严重，节能减排已成为各行各业不得不面对的问题。自2009年以来，我国汽车销量一直稳居全球第一，截止2016年底，全国机动车保有量已达29亿辆，其中民用汽车194亿辆。此外汽车占机动车的比率迅速提高，近5年汽车占机动车比率从5039%提高到6597%L2」。可见汽油机在汽车工业发展中所占比例越来越大，与此同时带来的排放等问题也日益严重。
为了推动行业节能减排技术的应用，中国内燃机行业协会与美国环境保护署（EPA）建立了互动机制，对汽油机的排放进行了严格的限制3]。目前，降低汽油机排放物的机外净化措施普遍采用三效催化器，三效催化器的使用有效地减少了尾气的污染目提高了燃油燃烧效率，然而其最律工作环境要求空燃比在147（1土3%）范围内[4-5]。为提高三效催化器的转化效率，必须通过氧传感器的反馈信号将空燃比控制在理论空燃比(14.7)附近"}。空燃比控制算法通常有PID控制算法、神经网络算法及模糊控制算法等，这一类算法大多是采用氧传感器的反馈控制。气候条件的变化（温度、湿度、气压的波动)会对氧传感器的稳定性产生不同程度的影响，同时残余电流也会影响到传感器的精度受电极结构、
收稿日期：2017-12-30；修回日期：2018-02-12
电解质材料及生产工艺的限制，氧传感器的使用寿命会随着使用时间的增加而下降。软件模型则不受这些因素影响，因此具有更大的优势和潜力，相比于硬件而言，软件模型具有更高的使用寿命及稳定性8]。
针对汽油机控制特点，本研究开发了一种基于 PI控制的空燃比控制器,控制器中用氧传感器模型取代氧传感器实物，在保证空燃比计算精度的同时节约了电控系统开发成本，应用该控制器的发动机能够在不同工况下满足排放法规限值要求9。搭建的控制器模型经仿真测试后进行台架试验，在优化
控制参数的同时实现空燃比的精确控制。 1空燃比控制器模型算法设计
空燃比控制器主要通过氧传感器模型输出反馈信号实现空燃比控制，在氧传感器模型中仅考虑对空燃比控制影响最大的两个影响因素，即进气量和燃油量。控制器模型见图1，主要由3个模块组成，分别是氧传感器信号计算模块、模式调度模块和控制算法模块。其中氧传感器信号计算模块包括进气计算子模块、循环喷油量计算子模块、空燃比（AFR)计算子模块以及氧传感器信号值输出子模块。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51375213）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）作者简介：李捷辉(1963一），男，教授，博士，主要研究方向为发动机电子控制;jhl@ujseduen。通讯作者：刘婧（1986—），女，硕士，主要研究方向为发动机电子控制jenisy1234666@163com。