CN102465814B - 用于控制内燃发动机中的火花正时的方法和设备 - Google Patents

用于控制内燃发动机中的火花正时的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制内燃发动机中的火花正时的方法和设备，具体地，一种用于操作火花点火式内燃发动机的方法包括响应于与发动机工作点对应的燃烧充量火焰速度和与操作者扭矩请求相关的命令的空气/燃料比控制火花点火正时。

Description

用于控制内燃发动机中的火花正时的方法和设备
技术领域
本发明涉及关于控制火花点火式内燃发动机对内燃发动机的控制。
背景技术
在该部分中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
已知的用于操作内燃发动机的控制方案包括在发动机速度/负荷工作状况的范围内参考活塞位置确定优选的火花点火正时。根据火花映射描述已知的火花点火正时状态，该火花映射为在横跨以化学计量空气/燃料比确定的发动机速度/负荷工作范围限定的发动机工作点处获得最大制动扭矩(MBT)的最小火花提前提供状态。已知的发动机控制系统包括MBT火花映射和爆震火花（knock spark）映射，以在预定状况下将火花正时限定在可允许的爆震或预点火水平内。
已知的用于操作内燃发动机以响应于例如操作者扭矩请求的车辆负荷需求改变发动机扭矩的控制方案包括调节进气气流和改变火花正时。
已知的控制系统响应于高负荷和瞬态发动机状况以富的空气/燃料比操作。扭矩需求的快速变化可包括调节火花正时。当发动机以非化学计量空气/燃料比操作时，必须估计优选的火花点火正时。当发动机以非化学计量空气/燃料比操作时，以非优化估计的火花点火正时操作的发动机可能不会产生对于发动机工作点的最大可获得的扭矩。
已知的系统使用火花正时补偿，即以化学计量操作和以等于MBT正时时的空气/燃料比的富的空气/燃料比操作之间的火花正时差异。这可导致火花正时的差的估计，其可使发动机输出扭矩比在富的发动机操作期间可获得的发动机输出扭矩更小。
发明内容
一种用于操作火花点火式内燃发动机的方法包括响应于与发动机工作点对应的燃烧充量火焰速度和与操作者扭矩请求相关联的所命令的空气/燃料比控制火花点火正时。
本发明还提供如下方案：
方案1：一种用于操作火花点火式内燃发动机的方法，包括响应于与发动机工作点对应的燃烧充量火焰速度和与操作者扭矩请求相关的命令的空气/燃料比控制火花点火正时。
方案2：用于操作火花点火式内燃发动机的方法，包括：
确定与发动机工作点对应的初始火花正时；
确定与发动机负荷对应的命令的空气/燃料比；
确定与所述命令的空气/燃料比对应的燃烧充量火焰速度的变化；
确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的燃烧正时的变化；
确定与所述燃烧正时的变化对应的火花正时补偿；以及
利用所述火花正时补偿调节所述初始火花正时。
方案3：根据方案2所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括：
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；以及
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度。
方案4：根据方案3所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比关联的所述典型火焰速度包括根据以下关系确定所述典型火焰速度：
，
其中RFS是所述典型火焰速度，AF是所述命令的空气/燃料比，而A、B和C为标量项。
方案5：根据方案3所述的方法，其中确定与所述典型火焰速度对应的所述有效相对火焰速度包括根据以下关系确定所述有效相对火焰速度：
其中SF为所述有效相对火焰速度，
AF为所述命令的空气/燃料比，
RFSSTOICH是化学计量时的典型火焰速度，
RFSAF是所述命令的空气/燃料比处的典型火焰速度，
MBTCA50是当火花正时被控制到对于最大制动扭矩的最小火花提前时与50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，
CA50是与燃烧充量50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，以及
K为标量项。
方案6：根据方案2所述的方法，其中确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的所述燃烧正时的变化包括：
确定启动火花点火事件和与燃烧延迟关联的对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间；
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度；以及
确定与所述有效相对火焰速度对应的所述燃烧正时的变化以及启动所述火花点火事件和与所述燃烧正时的变化关联的所述对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间。
方案7：根据方案2所述的方法，其中确定与所述发动机负荷对应的所述命令的空气/燃料比包括基于操作者扭矩请求确定所述命令的空气/燃料比。
方案8：根据方案2所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括基于基准空气/燃料比与所述命令的空气/燃料比之间的差异确定所述燃烧充量火焰速度的变化。
方案9：用于控制火花点火式内燃发动机中的火花正时的方法，包括：
确定与操作者扭矩请求对应的命令的空气/燃料比；
确定与所述命令的空气/燃料比对应的燃烧充量火焰速度的变化；
确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的燃烧正时的变化；
确定与所述燃烧正时的变化对应的火花正时补偿；以及
利用所述火花正时补偿调节对于发动机工作点的所述火花正时。
方案10：根据方案9所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括：
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；以及
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度。
方案11：根据方案10所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比关联的所述典型火焰速度包括根据以下关系确定所述典型火焰速度：
，
其中RFS是所述典型火焰速度，AF是所述命令的空气/燃料比，而A、B和C为标量项。
方案12：根据方案10所述的方法，其中确定与所述典型火焰速度对应的所述有效相对火焰速度包括根据以下关系确定所述有效相对火焰速度：
其中SF为所述有效相对火焰速度，
AF为所述命令的空气/燃料比，
RFSSTOICH是化学计量时的典型火焰速度，
RFSAF是所述命令的空气/燃料比时的典型火焰速度，
MBTCA50是当将火花正时控制到对于最大制动扭矩的最小火花提前时与50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，
CA50是与燃烧充量50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，以及
K为标量项。
方案13：根据方案9所述的方法，其中确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的所述燃烧正时的变化包括：
确定启动火花点火事件和与燃烧延迟关联的对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间；
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度；以及
确定与所述有效相对火焰速度对应的所述燃烧正时的变化以及启动所述火花点火事件和与所述燃烧正时的变化关联的所述对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间。
附图说明
现在将参考附图示例性地描述一个或多个实施例，其中：
图1示出根据本发明的对于示例性内燃发动机的火花映射的三维图示；
图2示出根据本发明的与操作示例性火花点火式发动机相关的燃烧延迟数据的二维图示；
图3示出根据本发明的示出与燃烧延迟关联的火花正时的发动机数据的二维图示；
图4示出根据本发明的包括与燃烧延迟对应的以曲柄角度的火花正时补偿的发动机数据的二维图示；
图5示出根据本发明的包括启动火花点火事件和与燃烧延迟关联的对应50%的质量燃烧分数点之间以曲柄角度为单位的持续时间的发动机数据的二维图示；
图6示出根据本发明的绘制以描绘与空气/燃料比对应的典型火焰速度(RFS)的、对于示例性火花点火式发动机的发动机工作数据的二维图示；
图7示出根据本发明的绘制以描绘与燃烧延迟对应的有效相对火焰速度的发动机工作数据的二维图示；
图8示出根据本发明的绘制以描绘火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间与燃烧延迟之间的关系的、对于示例性火花点火式发动机的发动机数据的二维图示；
图9示出根据本发明的以化学计量的和以选择的富空气/燃料比点的与燃烧延迟对应的火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间之间的关系的二维图示；
图10示出根据本发明的在化学计量的与选择的富空气/燃料比点的火花正时与燃烧延迟之间的关系的二维图示；
图11示出根据本发明的与在化学计量的和选择的富空气/燃料比点的燃烧延迟对应的火花正时补偿之间的关系的二维图示；
图12示出根据本发明的与对于典型发动机数据的燃烧延迟对应的相对于MBT正时的火花延迟；
图13示出根据本发明的与以化学计量的所选择的空气/燃料比和所选择的富空气/燃料比点的燃烧延迟对应的相对于MBT正时的火花延迟；
图14示出根据本发明的绘制成在化学计量的与选择的富空气/燃料比点的相对于MBT正时的火花延迟的函数的火花正时补偿；
图15示出根据本发明的对绘制成在化学计量的与选择的富空气/燃料比点的火花正时的函数的实际与预测的扭矩输出进行描绘的数据；以及
图16是根据本发明的利用在此描述的构思执行以控制内燃发动机的控制方案。
具体实施方式
现在参考附图，其中显示仅为了图示某些示例性实施例的目的而不是为了对其进行限制的目的，图1示出对于示例性内燃发动机的火花映射35的三维图示，包括火花提前(30)、发动机速度(10)和发动机负荷(20)的轴线。火花提前(30)以在上止点之前(bTDC)的曲柄角度为单位来描绘，发动机速度(10)以每分钟发动机转数或RPM为单位在从0到10,000RPM范围来描绘，而发动机负荷(20)以节气门或加速器踏板位置为单位在从节气门敞开状态的0-100%范围来描绘。
火花映射35包括多个初始火花提前设定(30)，即用于以基准空气/燃料比操作内燃发动机的火花正时设定。每个火花正时设定优选地是在获得最大制动扭矩(MBT)的上止点之前(bTDC)的最小火花提前，并对应于根据发动机速度(10)和发动机负荷(20)描述的发动机工作点。火花映射35在发动机控制方案中可实现为作为与发动机速度(10)和发动机负荷(20)对应的火花提前设定(30)的多维数组执行的预定校准表，或利用另一合适的发动机控制方案实现。火花提前设定(30)优选地利用在发动机测功器上操作的典型发动机横跨发动机速度(10)和负荷(20)的工作范围来确定。火花提前设定(30)是与用于以基准空气/燃料比操作发动机以获得MBT的发动机工作点对应的初始火花提前正时，该基准空气/燃料比在一个实施例中为化学计量的。描绘的数据是说明性的而非限制性的。
内燃发动机可响应于包括操作者扭矩请求的操作者命令在特定的工作状况下以化学计量的空气/燃料比操作，并且在其他工作状况下可以富的或贫的化学计量操作。一种工作状况包括在瞬态状况期间、例如在加速事件或高负荷状况期间以富的空气/燃料比操作。发动机空气/燃料比可被限定并描述成当量比，该当量比是实际的或命令的空气/燃料比与化学计量空气/燃料比的比率。
在图16中描述了用于操作内燃发动机的发动机控制方案，该发动机控制方案包括调节初始火花正时，以响应于发动机负荷的变化改变发动机扭矩输出。发动机负荷根据操作者扭矩请求描述，并且包括各种发动机负荷，例如包括附件负荷、由包括车辆重量和路面倾斜的变化引起的传动系统负荷和用于加速和减速的操作者扭矩请求。在进行中的发动机操作中，监测操作者扭矩请求，并确定响应于操作者扭矩请求的命令的空气/燃料比。在有些情形下，命令的空气/燃料比为化学计量的，并且可代替地为富的化学计量或贫的化学计量。初始火花正时利用参考图1示出的火花映射35来选择，并且对应于例如化学计量的基准空气/燃料比的发动机工作点。当与发动机工作点相关的命令的空气/燃料比包括以富的空气/燃料比操作、即以大于1.0的当量比操作时，初始火花正时如在此所描述地来调节。
控制方案确定与命令的空气/燃料比对应的燃烧充量火焰速度的变化，其过程参考图2和图3-7来描述。
控制方案然后确定与燃烧充量火焰速度的变化关联的燃烧正时的变化，这参考图8来描述。
控制方案然后确定与燃烧正时的变化关联的火花正时补偿，这参考图9-12描述。
初始火花正时通过利用火花正时补偿与命令的空气/燃料比或当量比关联地来调节，如参考图13和14所描述。因此，利用通过火花正时补偿调节的初始火花正时控制用于操作发动机的火花正时。这样，火花点火式内燃发动机可通过响应于与发动机工作点对应的燃烧充量火焰速度和与操作者扭矩请求相关的命令的空气/燃料比控制火花点火正时来控制。
参考来自普通数据集的发动机工作数据描述在此参考图2-15所描述的分析过程，该数据集利用在根据空气/燃料比、发动机速度和发动机负荷测量的发动机工作状况的范围内的特定工作点处在发动机测功器上操作的典型发动机来收集。
图2示出与操作示例性火花点火式发动机相关的典型发动机数据(45)的二维图示，描绘了独立于空气/燃料比的关联于燃烧延迟的发动机扭矩之间的关系。水平轴示出燃烧延迟40，而垂直轴示出规格化（normalized）扭矩50，并且典型发动机数据(45)包括与横跨空气/燃料比的范围以不同的发动机负荷或扭矩输出操作典型发动机相关的数据。规格化扭矩是在速度/负荷工作点处实际的发动机输出扭矩(实际扭矩)作为最大可获得发动机输出扭矩(MBT扭矩)的比率的测量。最大可获得发动机输出扭矩(MBT扭矩)是当以与最大制动扭矩(MBT)相关的化学计量和火花提前操作典型发动机时的最大发动机输出扭矩。因此，典型发动机数据(45)表明规格化扭矩与燃烧延迟关联。规格化扭矩计算如下。
规格化扭矩=实际扭矩/MBT扭矩                         [1]
燃烧正时是用于描述与燃烧相关的发动机参数的状态的术语。与燃烧正时相关的一个示例性发动机参数是CA50点，其是与燃烧充量50%的质量燃烧分数对应的发动机曲柄角，所述发动机曲柄角对应于与燃烧充量相关的在燃烧室中活塞的位置。
燃烧延迟是燃烧正时相对于初始燃烧正时的变化，并且是初始燃烧正时的滞后或延迟的测量。在一个实施例中，初始燃烧正时是一种燃烧正时，其当发动机操作在获得最大制动扭矩(MBT)的上止点之前(bTDC)的最小火花提前时在速度/负荷工作点处导致最大可获得发动机输出扭矩，优选地在以化学计量空气/燃料比(MBT CA50)操作时测量。存在与实际发动机输出扭矩相关的对应CA50点(实际CA50)。燃烧延迟是前述燃烧正时点之间的算术差，并计算如下。
燃烧延迟=实际CA50-MBT CA50                        [2]
典型发动机数据(45)包括与在根据空气/燃料比、发动机速度和发动机负荷测量的发动机工作状况的范围上的特定工作点处在发动机测功器上操作典型的火花点火式发动机相关联的结果。该结果对应于包括1200RPM和2000RPM的发动机速度、和包括化学计量的、13.4:1、12.7:1、12.1:1、11.6:1、10.8:1和10.0:1的发动机空气/燃料比的发动机工作点。燃烧延迟的大小可利用多项式方程与规格化的发动机扭矩关联。
如在此所描述，燃烧延迟作为发动机速度和发动机负荷的函数在发动机空气/燃料比的范围上与例如火花正时的发动机控制参数相联系。火花延迟是加到利用火花映射35确定的火花提前设定30的偏移项以控制发动机操作，包括控制在发动机以富的化学计量操作时的发动机操作。
图3、4和5描绘了能与燃烧延迟的大小关联的火花正时到燃烧正时事件的分析转化。燃烧正时事件是如在此所描述的50%的质量燃烧分数点。
图3示出了示出与燃烧延迟40关联的火花正时30的典型发动机数据(45)的一部分的二维图示。在此描述的典型发动机数据(45)的该部分包括在化学计量(12)处和在所选择的富空气/燃料比点(16)处的操作，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。如所明白，火花正时30是以曲柄角度(bTDC)所测量的启动火花点火事件的正时的测量。
图4示出包括与燃烧延迟40对应的曲柄角度的火花正时补偿32的典型发动机数据(45)的一部分的二维图示。在此描述的典型发动机数据(45)的该部分包括在化学计量(12)处和在所选择的富空气/燃料比点(16)处的操作，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。火花正时补偿32通过从所选择的富空气/燃料比点(16)处的对应火花正时发动机数据算术地减去化学计量(12)处的火花正时发动机数据来获得。这样，与在化学计量(12)处操作关联的火花正时补偿32总是为零。
图5示出与燃烧延迟40关联的包括启动火花点火事件与对应的燃烧正时事件(例如50%的质量燃烧分数点34)之间的曲柄角度的持续时间的典型发动机数据(45)的一部分的二维图示。这也被称为燃烧持续时间。在此描述的典型发动机数据(45)的该部分包括在化学计量(12)处和在所选择的富空气/燃料比点(16)处的操作，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。启动火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点34之间的持续时间通过使相对于图3示出的启动火花点火事件的正时算术地加上在化学计量(12)处和在所选择的富空气/燃料比点(16)处的与对应50%的质量燃烧分数点相关的发动机曲柄角来获得。
图6示出典型发动机数据(45)的一部分与利用数学模型(39)导出的对应数据的二维图示，绘制成描绘与空气/燃料比70对应的典型火焰速度(RFS)60。所描述的典型发动机数据(45)的该部分包括1200RPM和2000RPM的发动机速度时的工作点。利用数学模型(39)导出的对应数据通过利用由等式3表示的典型火焰速度(RFS)与空气/燃料比(AF)之间的关系来确定，等式3中A、B和C表示标量项。应明白，为特定应用给出标量项的数字值。
                             [3]
图7示出绘制以描绘与不同空气/燃料比时的燃烧延迟40对应的有效相对火焰速度65的典型发动机数据(45)的一部分的二维图示。典型发动机数据(45)包括与在根据空气/燃料比测量的发动机工作状况的范围上的特定工作点处操作相关联的结果。典型发动机数据(45)包括在包括化学计量的(12)、13.4:1(13)、12.7:1(14)、12.1:1(15)、11.6:1(16)、10.8:1(17)和10.0:1(18)的空气/燃料比处的操作。有效的相对火焰速度(SF)65可利用方程4确定，并且基于参考图6描述的空气/燃料比(AF)、化学计量处的典型火焰速度(RFSSTOICH)和选择的空气/燃料比处的典型火焰速度(RFSAF)之间的关系，如下：
                     [4]
其中最大制动扭矩的最小火花提前(MBTCA50)和与燃烧充量50%的质量燃烧分数对应的发动机曲柄角(CA50)是如先前所描述的，而K是模型常数，其为围绕零的以加速典型火焰速度的调节参数。有效相对火焰速度65如所示优选地围绕化学计量来规格化。前述分析因此可用于估计与基准空气/燃料比例如化学计量的和所命令的空气/燃料比之间的差异相关联的燃烧充量火焰速度的变化。
表示启动火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点34(在图5中描述)之间的持续时间的数据与燃烧延迟对应大小处的有效相对火焰速度65(在图6和7中描述)结合。这产生图8所示的关系。因此，燃烧正时的变化即燃烧延迟与燃烧充量火焰速度的变化关联。
图8示出CA度数的典型50%的质量燃烧分数持续时间34与典型发动机数据(45)的燃烧延迟40之间的关系的二维图示。典型50%的质量燃烧分数持续时间34是火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间。结果表明有效相对火焰速度的变化与燃烧正时的变化即燃烧延迟关联。结果表明典型50%的质量燃烧分数持续时间34与燃烧延迟40之间的关系与发动机速度或空气/燃料比无关。火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点34之间的持续时间同燃烧延迟40之间的这种关系可表示为如下多项式等式：
y=Ax4+Bx3+Cx2+Dx+E                                 [5]
其中y项表示典型50%的质量燃烧分数持续时间34，x项表示燃烧延迟40，而A、B、C、D和E是利用例如典型发动机数据(45)的典型数据对于特定应用所确定的系数。图表描绘了利用方程5的模型数据的结果(46)和典型发动机数据(45)。因此，燃烧正时的变化与燃烧充量火焰速度的变化关联。
典型50%的质量燃烧分数持续时间34与燃烧延迟40之间用等式5表示的关系被变换成与火花正时补偿32关联的燃烧延迟40的关系，如下参考图9-11。
图9示出与燃烧延迟40对应的在化学计量的(12)处与在所选择的富空气/燃料比点(16)处的典型50%的质量燃烧分数持续时间34之间的关系的二维图示，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。利用在此于图6和7示出的与燃烧延迟对应的有效相对火焰速度、在此于图7示出的与燃烧延迟对应的典型50%的质量燃烧分数持续时间34之间的关系、和如等式5所表示并如在此于图8所示的典型50%的质量燃烧分数持续时间34与燃烧延迟40之间的关系得到与燃烧延迟40对应的典型50%的质量燃烧分数持续时间34之间的关系。
通过将图8中的火花点火事件和对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间之间的关系除以参考图7确定的有效相对火焰速度，图9所示的关系允许计算对于所选择的空气/燃料比的典型50%的质量燃烧分数持续时间。
图10示出化学计量的(12)处与所选择的富空气/燃料比点(16)处的火花正时30与燃烧延迟40之间的关系的二维图示，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。
这样，通过使化学计量的(12)处和如所描绘地为11.6:1的空气/燃料比的所选择的富空气/燃料比点(16)处示出的燃烧延迟算术地相减，将对于所选择的空气/燃料比的火花点火事件与对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间转变成实际火花正时。
图11示出对与化学计量的(12)处和所选择的富空气/燃料比点(16)处的燃烧延迟40对应的火花正时补偿32进行描述的关系的二维图示，该所选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。与燃烧延迟40对应的火花正时补偿32是对于解决与非化学计量的空气/燃料比的操作相关的燃烧充量火焰充量和缸内燃烧正时的变化所需要的火花正时补偿。
图12示出包括与燃烧延迟40对应的以曲柄角度为单位的相对于MBT正时38的火花延迟的典型发动机数据(45)，从而描绘相对于MBT正时38的火花延迟与燃烧延迟40之间的坐标变换。相对于MBT正时38的火花延迟与燃烧延迟40之间的这种关系可表示为如下的多项式方程：
y=Mx3+Nx2+Px+Q                                 [6]
其中y项表示相对于MBT正时38的火花延迟，x项表示燃烧延迟40，而M、N、P和Q是利用典型数据对于特定应用所确定的系数。利用等式6的模型导出的y项对于燃烧延迟40在所选择的值绘制（47）。
图13示出与化学计量(12)的所选择的空气/燃料比处和如所描绘地为11.6的空气/燃料比的所选择的富空气/燃料比点(16)处的燃烧延迟40对应的以曲柄角度为单位的相对于MBT正时38的火花延迟。结果通过用在图12中描绘的结果除以有效相对火焰速度(参考图7和方程4示出)和相关的空气/燃料比来描绘火花延迟与燃烧延迟之间的坐标变换。该分析用于确定与燃烧充量火焰速度的变化对应的燃烧正时的变化，该燃烧充量火焰速度与基准和命令的空气/燃料比之间的差异相关并对应。
图14描绘参考图13示出的数据，所述数据变换以示出绘制成化学计量的(12)与选择的富空气/燃料比点(16)的相对于MBT正时38的火花延迟的函数的火花正时补偿32，该选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。该分析用于确定与燃烧正时的变化对应的火花正时补偿。
图15示出对绘制成火花正时30的函数的发动机扭矩输出55进行描绘的关系的二维图示。示出了以化学计量的(12)和选择的富空气/燃料比点(16)操作示例性发动机相关的典型发动机数据的一部分，该选择的富空气/燃料比点(16)如所描绘地为11.6的空气/燃料比。示出利用已知模型的扭矩输出的预测数据(19)。示出利用在此描述的模型的扭矩输出的预测数据(21)，以指示与以选择的富空气/燃料比点(16)操作典型发动机数据的紧密相关性。如所明白，可利用通过如在此所描述导出的火花正时补偿调节的初始火花正时控制发动机的火花正时。
图16示出可利用在此描述的概念执行以控制内燃发动机的控制方案100。控制方案100在进行中的发动机操作期间、优选地对于每个燃烧事件规则地执行。在进行中的发动机操作期间，与根据发动机速度和负荷描述的发动机工作点一起监测操作者扭矩请求(110)。基于发动机工作点利用在图1中提出的火花映射35选择初始火花提前设定(112)。监测或以另外的方式确定与操作者扭矩请求对应的命令的空气/燃料比(114)。估计与命令的空气/燃料比和例如化学计量的基准空气/燃料比之间的差异相关的燃烧充量火焰速度的变化(116)。在一个实施例中，命令的空气/燃料比与基准空气/燃料比之间的差异表示为当量比。缸内燃烧正时的变化确定为与命令的空气/燃料比和基准空气/燃料比之间的差异相关的燃烧充量火焰速度的变化的函数(118)。火花正时补偿可确定为缸内燃烧正时的变化的函数，并利用火花正时补偿从初始火花提前设定调节火花正时(120)。该控制方案100通过解决与非化学计量空气/燃料比的操作相关的燃烧充量火焰速度和缸内燃烧正时的变化，允许发动机控制系统在非化学计量的工作状况下的操作期间提高发动机扭矩输出。
本发明已描述了某些优选的实施例及对其的变型。在阅读和理解说明书时可想到另外的变型和改变。因此，本发明不局限于公开作为为执行本发明所构思的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (13)

1.一种用于操作火花点火式内燃发动机的方法，包括通过确定与发动机工作点对应的初始火花正时并利用火花正时补偿调节所述初始火花正时来控制火花点火正时，其中所述火花正时补偿通过对应于所述发动机工作点和与操作者扭矩请求相关的命令的空气/燃料比的燃烧充量火焰速度中的变化来确定。
2.用于操作火花点火式内燃发动机的方法，包括：
确定与发动机工作点对应的初始火花正时；
确定与发动机负荷对应的命令的空气/燃料比；
确定与所述命令的空气/燃料比对应的燃烧充量火焰速度的变化；
确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的燃烧正时的变化；
确定与所述燃烧正时的变化对应的火花正时补偿；以及
利用所述火花正时补偿调节所述初始火花正时。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括：
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；以及
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比关联的所述典型火焰速度包括根据以下关系确定所述典型火焰速度：
，
其中RFS是所述典型火焰速度，AF是所述命令的空气/燃料比，而A、B和C为标量项。
5.根据权利要求3所述的方法，其中确定与所述典型火焰速度对应的所述有效相对火焰速度包括根据以下关系确定所述有效相对火焰速度：
其中SF为所述有效相对火焰速度，
AF为所述命令的空气/燃料比，
RFSSTOICH是化学计量时的典型火焰速度，
RFSAF是所述命令的空气/燃料比处的典型火焰速度，
MBTCA50是当火花正时被控制到对于最大制动扭矩的最小火花提前时与50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，
CA50是与燃烧充量50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，以及
K为标量项。
6.根据权利要求2所述的方法，其中确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的所述燃烧正时的变化包括：
确定启动火花点火事件和与燃烧延迟关联的对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间；
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度；以及
确定与所述有效相对火焰速度对应的所述燃烧正时的变化以及启动所述火花点火事件和与所述燃烧正时的变化关联的所述对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间。
7.根据权利要求2所述的方法，其中确定与所述发动机负荷对应的所述命令的空气/燃料比包括基于操作者扭矩请求确定所述命令的空气/燃料比。
8.根据权利要求2所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括基于基准空气/燃料比与所述命令的空气/燃料比之间的差异确定所述燃烧充量火焰速度的变化。
9.用于控制火花点火式内燃发动机中的火花正时的方法，包括：
确定与操作者扭矩请求对应的命令的空气/燃料比；
确定与所述命令的空气/燃料比对应的燃烧充量火焰速度的变化；
确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的燃烧正时的变化；
确定与所述燃烧正时的变化对应的火花正时补偿；以及
利用所述火花正时补偿调节对于发动机工作点的所述火花正时。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比对应的所述燃烧充量火焰速度的变化包括：
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；以及
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中确定与所述命令的空气/燃料比关联的所述典型火焰速度包括根据以下关系确定所述典型火焰速度：
，
其中RFS是所述典型火焰速度，AF是所述命令的空气/燃料比，而A、B和C为标量项。
12.根据权利要求10所述的方法，其中确定与所述典型火焰速度对应的所述有效相对火焰速度包括根据以下关系确定所述有效相对火焰速度：
其中SF为所述有效相对火焰速度，
AF为所述命令的空气/燃料比，
RFSSTOICH是化学计量时的典型火焰速度，
RFSAF是所述命令的空气/燃料比时的典型火焰速度，
MBTCA50是当将火花正时控制到对于最大制动扭矩的最小火花提前时与50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，
CA50是与燃烧充量50%的质量燃烧分数相关的发动机曲柄角，以及
K为标量项。
13.根据权利要求9所述的方法，其中确定与所述燃烧充量火焰速度的变化对应的所述燃烧正时的变化包括：
确定启动火花点火事件和与燃烧延迟关联的对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间；
确定与所述命令的空气/燃料比关联的典型火焰速度；
确定与所述典型火焰速度对应的有效相对火焰速度；以及
确定与所述有效相对火焰速度对应的所述燃烧正时的变化以及启动所述火花点火事件和与所述燃烧正时的变化关联的所述对应50%的质量燃烧分数点之间的持续时间。
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