CN101842581B - 汽油发动机点火的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种汽油发动机点火的控制方法，所述汽油发动机包括在火花塞上生成火花的点火线圈，根据该方法，通过计算曲轴到达必须生成点火火花的角度位置之前还需要转过的曲轴转动角度和所需线圈充电时间的比值，根据曲轴的角度位置和发动机的转动速度来为每个发动机周期确定开始对线圈进行充电的时刻，并且，当该比值基本上等于测量到的发动机转动速度时，启动对线圈的充电，该方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：A.确定时刻M，在所述时刻应该启动用于确定充电开始时刻的计算，其中所述时刻定义为发动机转动角度，所述时刻是当曲轴还需要转过的角度等于角度D时曲轴所处的角度位置，所述角度对应于在发动机通过立刻的最大加速度将能达到的最大速度下所需要的线圈充电时间；B.在步骤A确定的时刻M启动用于确定充电开始时刻的计算。

Description

汽油发动机点火的控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽油发动机点火的控制方法。本发明更具体地涉及对这种发动机的点火线圈的充电进行管理。

背景技术

众所周知，为了能够恢复在每个汽缸的火花塞上产生火花所需要的累积能量，点火控制型发动机的点火线圈必须在预先确定的、准确的时间段内充电，这个时间段通常称为“线圈充电时间”，另外，火花必须在发动机运行周期中的一个准确的时刻生成，该时刻由曲轴相对于其参考位置的角度位置来限定，所述参考位置对应于汽缸上止点。在发动机转动过程中对该角度位置持续的测量通常由传感器执行，该传感器检测由曲轴支承的齿圈的齿在其附近的经过。

由于发动机转动速度的变化，因此在加速或减速时，预先确定的、固定数量的齿从传感器前经过所花费的时间是变化的。因此，在活塞处于上止点或任何其他的曲轴角度位置参考点之前，无法选择在根据一定数量的齿从传感器前经过所决定的时刻开始对线圈进行充电，因为在这种情况下线圈充电时间将随发动机转动速度而变化，特别地，该时间在高速状态下将大大缩短，这会影响发动机的良好运行。

而且，必须生成火花的时刻本身取决于各种发动机运行参数，如发动机速度(régime)，但还例如发动机温度或者发动机负载，并且如上所述，应该根据曲轴的角度位置来准确地限定该时刻。该时刻从而限定了点火提前量，该点火提前量由相对于上止点的角度值来衡量。

随后产生的一般性问题是要确定线圈充电必须开始的时刻，以便根据线圈充电时间能够恰好在发动机周期中所期望的时刻以所需的能量产生火花，该时刻并非根据时间限定，而是根据与时间没有固定比值的曲轴角度位置限定，其中所述线圈充电时间确为时间段。

图1的曲线图示出这一变化比值的问题。第一条曲线示出了点火信号，该信号于必须生成火花的时刻之前在所需线圈充电时间(这里固定为例如5毫秒)内变为正值，所述时刻对应于该信号的下降前沿。其他三条曲线示出了曲轴转动传感器的信号。每当有齿从传感器前经过时，该传感器就产生一个脉冲，在所示例子中分别处于3000转每分钟、1600转每分钟、及1000转每分钟这三个不同的发动机速度下。在1600转每分钟的速度下，在所需的5毫秒充电时间内8个齿从传感器前经过。如果发动机加速至3000转每分钟，则在同样的时间内15个齿从传感器前经过。如果发动机减速至1000转每分钟，则在同样的时间内只有5个齿从传感器前经过。

在任一时刻，无法准确地预计必须生成火花时发动机的速度，因此无法准确地确定应该在何时生成火花。

然而，为了能够确定开始对线圈进行充电的时刻，实际上使用一种策略，根据该策略，在发动机的每一个周期内，在以下关系第一次满足的时候开始对线圈进行充电：

因此，根据该策略，通过计算曲轴到达必须生成点火火花的角度位置前还需要转过的曲轴转动角度和所需线圈充电时间的比值，根据曲轴的角度位置和发动机的转动速度来为每个发动机周期确定对线圈进行充电的开始时刻。并且，当该比值基本上等于测量到的发动机转动速度时，启动对线圈的充电。

可见点火信号的控制电路因此持续地需要发动机的转动速度和曲轴的角度位置，以根据期望的点火提前量来判断是否是时候开始对线圈进行充电。

由于传感器只能检测到齿圈的齿的边缘从其前方经过，因此事实上只有在传感器信号的每个上升前沿或下降前沿处才能检测到曲轴的角度位置。因此，所需的关于曲轴角度位置和转动速度的信息只有在所述齿边缘从传感器前经过的时候才得以更新。因此，通常在连续两个齿从传感器前经过之间的时间间隔内重新计算一次上式(1)。

图2示出了这些连续的计算。处于下方的曲线以和图1相同的方式代表点火信号。图中可见充电时间的起始和点火火花。处于上方的曲线代表来自曲轴转动传感器的信号，并显示出了式(1)的计算时刻(竖直箭头)。

一旦为该目的而设置的计算器认定上式(1)已满足，就可以开始对线圈进行充电，因此一般在传感器提供关于引发启动充电的信号的齿之后的那个齿经过的信息之前开始。换句话说，如由图2可见，如果在当前计算时刻(由最后一个竖直箭头所示)，预计的线圈充电开始所发生的时刻距当前角度位置少于一个齿周期，则安排充电。

这样，该策略使得能够根据计算时刻的各种发动机参数尽早启动对线圈的充电。通常，根据齿圈的齿数可以大约每6度转动角度进行一次计算。

然而，每次有齿经过传感器时就重新计算，非常频繁，这样导致计算器的计算负担很大，而很多的计算，甚至是大部分的计算，实际上是无用的。有时，当发动机转速高时，例如高于预先确定和/或可调节的阈值时，每两个齿或每三个齿才计算一次。即使在这样的条件下，和确定充电开始时刻实际必需的计算需求相比，计算器的负担还是无用地繁重。

发明内容

本发明目的在于解决这些问题，并且目的在于允许使用性能相对低的点火管理计算器而不因此降低点火线圈充电管理的有效性和准确性。更具体地，本发明的目的还在于通过减少必须执行的计算次数，允许减少计算器的计算负担。

考虑到这些目的，本发明的主题是一种汽油发动机点火的控制方法，根据该方法使用如上所述的策略。根据本发明，该方法特征在于其包括以下步骤：

A.确定应该启动用于确定充电开始时刻的计算的时刻(该时刻定义为发动机转动角度)，该计算时刻是当曲轴还需要转过的角度等于与在发动机通过立刻的最大加速度将能达到的最大速度下所需要的线圈充电时间相对应的角度时曲轴所处的角度位置；

B.在步骤A所限定的时刻启动用于确定充电开始时刻的计算。

这样，不是在每次有齿从传感器前经过时或至少在每个发动机周期的整个时段内频繁并且定时地进行计算，而是避免在火花生成之后的这部分周期内进行无用的计算，并且通过考虑以下因素推迟应该进行下一次计算的时刻：

●一方面，假设发动机保持在同样的转动速度下，在必须启动对线圈的充电之前剩余的时间量；

●另一方面，在点火时刻之前发动机加速的可能性。

实际上，可以理解的是，在火花生成之后的时刻，进行如前所述的计算是没有用的，因为这将合乎逻辑地得到以下结论：还不是开始对线圈进行充电的时候。因此可以先验地、没有风险地相对显著地推迟进行下一次计算的时刻，推迟的时间明显地长于“齿周期”，其中所述“齿周期”是对应于两个连续的齿从传感器前经过的两个连续信号之间的时间间隔。

然而，不能随意地推迟该计算时刻，否则可能由于发动机速度的变化，而到达这样的时刻，即在该时刻剩下的用于对线圈进行充电的时间不足以使充电充分以提供火花所需要的能量。

图3a和图3b示出发动机转动速度的变化对充电开始时角度位置的影响，处于上方的曲线(图3a)代表减速的情况，处于下方的曲线(图3b)代表加速的情况。

如通过这些图可以理解的，如果发动机处于减速阶段(图3a)，则充电时间对应于在向点火角度移动时减小的转动角度(由此对应于从传感器前经过的减少的齿数量)。在加速阶段(图3b)，发生的情况相反：充电时间对应于在向点火角度移动时增大的转动角度。

因此，在减速阶段不存在速度变化导致必须开始对线圈进行充电的时刻提前的风险，该时刻由曲轴角度限定。

相反地，在加速阶段，由于以毫秒为单位的、必需的线圈充电时间事实上对应于更大的角度(该角度以“度”或“齿数”为单位)，故该时刻会变得更近。由此可以理解，为了保证没有过迟进行用于确定线圈充电开始时刻的计算而不能保证线圈正确充电的风险，本发明预先考虑了发动机能够具有的最大加速度，以便在每次计算时确定必须进行下一次计算的时刻。根据本发明，实际上确定下一次计算的时刻，使得该时刻早于线圈充电必须开始的最终时刻，假设发动机事实上恰好在当前计算之后达到其最大加速度。由于在预先确定的进行下一次计算的时刻发动机不可能达到比其最大加速度所允许的速度更高的速度，因此肯定地保证在所述预先确定的时刻剩余的时间足够用于对线圈进行完全的充电。并且不需要在发动机周期的整个时段内定期并且频繁地进行计算。因此，相对于根据现有技术的策略，可以大大地减小计算器的负担。

在优选实施例中，根据实验测量来确定最大加速度，其中所述实验测量根据发动机转动速度和从进行位置测量时曲轴的当前角度位置到下一个角度位置发动机转过的角度来指示发动机可能的速度变化。

有利地，转动速度的变化由用于n个给定发动机速度范围的n个线性函数来近似。

在本发明详细描述的具体实施例中，考虑了两个发动机速度范围，一个为低速度(低于800转每分钟)范围，另一个为更高的速度范围。当发动机处于低速时，转动速度的变化有利地由形式为y＝a₁x+b的线性函数来近似，其中参数a₁和b由根据实验测量进行的线性回归来确定。当发动机处于高速时，通过对当前充电角度距离应用系数a₂，并将由此得到的新数值应用于确定充电开始时刻，来确定下一次计算的时刻。

在和曲轴连接的齿圈的齿每次从传感器前经过时确定发动机角度位置的实施例中，如果下一次计算的时刻的计算所得位置位于多于未来一个齿处，则事实上将下一次计算安排在该位置，而如果下一次计算的时刻的计算所得位置位于少于一个齿处，则如果发动机处于低速，就将下一次计算安排在随后的第一个齿经过的时候，如果发动机处于高速，就将下一次计算安排在随后的第二个齿经过的时候。

本发明的其他特征和优点将从以下对示例性实施方式的描述中变得明显。

附图说明

参照附图，在这些附图中：

●图1至图3b已评述；

●图4示出了根据本发明所使用的算法；

●图5是示出了齿周期随两个计算时刻之间的角度而变化的曲线图；

●图6示出了通过实施本发明得到的、在计算器负担方面的对比结果。

具体实施方式

本发明特别地依赖于在每次计算时考虑发动机的加速能力。

最大加速能力特别地可以通过实验测量图或表来进行评估，其中所述实验测量图或表特别地根据转动速度和从进行位置测量时曲轴的当前角度位置到下一个角度位置发动机所转过的角度来确定加速能力。加速能力，即发动机速度的梯度，也可以定义为以对应于两个连续的齿从传感器前经过的两个连续信号之间的时间间隔为函数的变化量，其中所述时间间隔也称为“齿周期”。

最大加速度下的齿周期的这种变化(作为发动机速度和该变化可能发生的时间段的函数)，特别地可以通过测试确定，并由如下表1的表格示出。

表1

根据本发明所用的算法由图4示出。在为了确定是否应该启动对线圈的充电而进行确定计算的t₀时刻，在发动机突然达到最大加速度的假设下，计算对应于线圈充电启动位置的曲轴角度位置。为进行该计算，使用点火角度或者所需的点火提前角度，以及在发动机实际速度下对应于线圈充电时间的曲轴转动角度D。由此按照以下方法计算下一次计算的时刻M：

紧随t₀之后，如果达到最大加速度，则将接近对应于充电之启动的曲轴角度位置。进行下一次计算的预计时刻延迟得越多，启动充电的时刻就越接近，从而存在这样一个瞬间，在该瞬间这两个时刻将相遇，下一次计算时刻将安排在这个瞬间，在马上达到最大加速度的情况下该瞬间基本上对应于启动线圈充电所需的最终时刻。

由此可以从表1中推导得到对可能加速度(它也是上述齿周期的变化)的确定。然而，为了简化计算并且避免导致计算器有大的负担，发明人已根据发动机是处于低速(在示例中低于大约800转每分钟)还是处于高速(800转每分钟以上)确定了两种方法。

对于低速运行而言，对应于转动速度变化的齿周期的变化可以由形式为y＝a₁x+b的线性函数来近似，其中参数a₁和b由根据如表1中的测试数据进行的线性回归来确定，图5示例地示出了该函数的一个代表。横轴表示两次连续的计算之间的角度(单位为度)，纵轴表示在最大加速度情况下两次连续的计算之间的、齿周期的减小因子。

因此，参照图4，其中x为到下一次计算时刻的角度距离，(a₁x+b)D-D表示充电角度的变化，则有：

y＝x+(a₁x+b)D-D

得：x＝(y+D(1-b))/(1+a₁D)

由此该方程允许根据对应于所需充电时间的角度距离D和到启动充电的角度距离y来计算距离x，该距离x为从当前位置到下一计算时刻的曲轴转动角度，其中y和D的数值为在时刻t₀考虑的数值。

对于更高速度的运行而言，通过对当前角度距离D应用系数a₂，并将由此得到的新数值应用于充电启动的计算，来确定下一计算时刻。

一旦完成确定下一次计算的时刻，考虑两种可能性：

●要么这样计算得到的位置位于多于未来一个齿处，则在这种情况下实际上将下一次计算安排在该位置；

●要么计算得到的位置位于少于一个齿处。由于在一个齿的时间段内没有任何可用的速度信息，因此将计算安排在少于一个齿处是无用的。因此，如果发动机处于低速(这意味着可能出现大幅度加速)，则将下一次计算安排在随后的第一个齿经过的时候。如果发动机处于高速(这意味着没有任何可预计到的大幅度加速)，则将下一次计算安排在随后的第二个齿经过的时候。示例地，在四气缸的发动机上实施本发明允许得到下表2和图6示出的、和使用根据现有技术的算法相比在减小计算器负担所体现的性能方面的结果。

表2

图6针对根据本发明的算法(A)和现有技术的算法(AA)，示出了以发动机速度(横轴)为函数的计算器负担百分比(纵轴)的对比。

这样的性能增益允许减少计算器负担，或使用性能较弱、因此成本也较低的计算器，而不影响整体的性能。

本发明可以容易地推广到多于两个速度范围(上文示例的情况)的情况。这样，如果n个发动机速度范围可以和n个线性函数相关联，则有可能根据发动机所处速度范围使用最适合的转动速度变化的近似。因此可以优化用于确定充电开始时刻的计算的时刻M的选择，并且计算器的负担进一步减小。

Claims (9)

1.一种用于控制汽油发动机点火的方法，所述汽油发动机包括在火花塞上生成火花的点火线圈，根据所述方法，通过计算曲轴到达必须生成点火火花的角度位置之前还需要转过的曲轴转动角度和所需线圈充电时间的比值，根据曲轴的角度位置和发动机的转动速度来为每个发动机周期确定对线圈进行充电的开始时刻，并且，当所述比值基本上等于测量到的发动机转动速度时，启动对线圈的充电，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.确定时刻M，在所述时刻M应该启动用于确定充电开始时刻的计算，其中所述时刻M由发动机转动角度表示，所述时刻M是当曲轴还需要转过的角度等于角度D时曲轴所处的角度位置，所述角度D对应于在发动机通过立刻的最大加速度将能达到的最大速度下所需要的线圈充电时间；

B.在步骤A所限定的时刻M启动用于确定充电开始时刻的计算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实验测量来确定最大加速度，其中所述实验测量根据发动机转动速度和从进行位置测量时曲轴的当前角度位置到下一个角度位置发动机转过的角度来指示发动机可能的速度变化。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，转动速度的变化由用于n个给定发动机速度范围的n个线性函数来近似。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，n＝2。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当发动机处于低速时，转动速度的变化由形式为y＝a₁x+b的线性函数来近似，其中参数a₁和b由根据实验测量进行的线性回归来确定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法应用于低于800转每分钟的发动机转动速度。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当发动机处于高速时，通过对当前充电角度距离(D)应用系数(a₂)，并将由此得到的新数值应用于对充电开始时刻的确定，来确定下一次计算的时刻。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法应用于高于800转每分钟的发动机转动速度。

9.如权利要求5或7所述的方法，其特征在于，在和曲轴连接的齿圈的齿每次从传感器前经过时确定发动机角度位置：

如果下一次计算的时刻的计算所得位置位于多于前方一个齿处，则将下一次计算安排在该位置；并且

如果下一次计算的时刻的计算所得位置位于少于前方一个齿处，则：

如果发动机处于低速，就将下一次计算安排在随后的第一个齿经过的时候，

如果发动机处于高速，就将下一次计算安排在随后的第二个齿经过的时候。

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