CN102681523A - 一种最优点火提前角的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车发动机最优点火提前角的确定方法,该确定方法通过数值拟合得到动力性能指标与点火提前角之间的函数关系、排放性能指标与点火提前角之间的函数关系,并进一步结合动力性能指标、排放性能指标本身的权值得到某工况节点下点火提前角的总体目标函数,最后通过对该总体目标函数求取极值,即可得到工况节点下的最优点火提前角。这种点火提前角的确定同时考虑了发动机的动力性和排放性,较传统仅从动力方面入手确定点火提前角的方法,能够极大的提高点火提前角的确定精度,保证发动机运转于最佳状态。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动机电控系统标定的领域,更具体的涉及汽车发动机最优点火提前角的确定方法。
背景技术
点火提前角是指从点火时刻起到发动机活塞到达压缩上止点,这段时间内曲轴转过的角度。混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程,最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程,这样效率最高,振动最小,温升最低。
传统的点火提前角的确定方法是在某个转速和负荷下,在不出现爆震的情况下尽可能使转矩变大,这样做的目的是为了满足动力性的要求。但在这种传统的点火提前角的确定方法中都没有考虑排放尾气,实际上尾气中CO、HC、NOx值在一定程度上能够反应混合气的燃烧状态,而这种燃烧状态直接影响最佳点火提前角的数值,因此排放中的尾气成分在一定程度上也能够反映点火提前角的大小,在对点火提前角进行标定时,同时考虑动力性和排放性能够极大的提高点火提前角的确定精度,本发明正是基于这一出发点提出。
发明内容
本发明针对标定点火提前角时只考虑到动力性,而未考虑排放性这一现状,采用了一种新的标定计算方法,利用这种计算方法可以更加精确的将点火提前角确定在最优状态,极大的提高发动机的工作效率,同时在催化器等同的条件下使排放降到最低。
本发明所采取的技术方案为:
一种最优点火提前角的确定方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、使发动机稳定工作于某一工况节点,并将点火提前角调至发动机稳定运转的最小角度,并记录此时发动机的动力性能指标值和排放性能指标值;
(2)、以预定步长逐步增大点火提前角,同时记录各点火提前角所对应的动力性能指标值和排放性能指标值,直至不发生爆震的最大点火提前角;
进一步的上述确定方法中,步骤(1)中同时使发动机工作在理论空燃比。
根据点火提前角和对应的动力性能指标值、排放性能指标值绘制点火提前角与动力性能指标间的拟合曲线、点火提前角与排放性能指标间的拟合曲线;
进一步的上述确定方法中,步骤(4)中的总体目标函数为:
,其中为动力性能指标的权值,为排放性能指标的权值,为动力性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值,为排放性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值。
进一步的上述确定方法中,步骤(4)中的总体目标函数为:
,其中为动力性能指标的权值,为排放性能指标的权值,为动力性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值,为排放性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值。
进一步的上述确定方法中,所述的动力性能指标具体为发动机转矩Tq、所述排放性能指标为发动机尾气中的排污物浓度。
进一步的上述确定方法中,所述排污物为一氧化碳CO、碳氢化合物HC和氮氧化物NOx。
进一步的上述确定方法中,所述函数关系包括:转矩Tq与点火提前角之间的拟合函数关系、碳氢化合物HC与点火提前角之间的拟合函数关系、一氧化碳CO与点火提前角之间的拟合函数关系、氮氧化物NOx与点火提前角之间的拟合函数关系。
进一步的上述确定方法中,所述总体目标函数为:
其中、、、分别为转矩Tq、碳氢化合物HC、一氧化碳CO、氮氧化物NOx各自的权值, 与为转矩Tq与点火提前角之间的拟合函数的最大值与最小值、与为碳氢化合物HC与点火提前角之间的拟合函数的最大值与最小值、与为一氧化碳CO 与点火提前角之间的拟合函数的最大值与最小值、与为氮氧化物NOx与点火提前角之间的拟合函数的最大值与最小值。
进一步的上述确定方法中,所述方法进一步包括步骤(6):选择下一个工况节点,重复步骤(1)-(5),确定下一个工况节点下的最优点火提前角,直至扫完所有工况节点。
本发明所述方法能够达到以下技术效果:
1、通过同时考虑动力性和排放性,能够更加精确的确定最优点火提前角;
2、通过本发明所述方法确定的点火提前角不但能使发动机本身的工作效率达到最佳,同时保证尾气排放的污染降到最低;
3、本发明所述方法可推广性强,能够很好的满足低碳和环保要求,应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明所述确定方法的流程图;
图2为转矩Tq、碳氢化合物HC、一氧化碳CO、氮氧化物NOx与点火提前角x之间的拟合曲线关系;
图3为各工况节点的总体目标函数的极值所对应的最优点火提前角分布。
具体实施方式
下面对本发明所述点火提前角的确定方法进行详细的说明。
本发明所述的最优点火提前角是针对发动机稳定运转的每个工况节点进行确定的。因此首先应使发动机稳定工作于某个工况节点并保持理论空燃比,点火提前角MAP图的工况节点(某个转速、负荷点)是按照转速和进气压力等间隔划分的,因此首先设定发动机转速,进行恒速控制,然后调节发动机的节气门开度使得发动机的进气压力尽量靠近MAP图中相应的工况节点,此时再保持节气门开度不变,调整电喷油量,使发动机工作在理论空燃比,以消除空燃比的改变对发动机性能的影响。
接下来确定在选定工况节点下点火提前角的调整范围,点火提前角过大会引起爆震,过小导致发动机扭矩较小发动机工作不稳定,首先将点火提前角调至发动机稳定运转的最小角度,待发动机稳定运转后,由计算机记录下此时发动机的动力性能指标值(如转矩数值)以及排放性能指标值(如常见的三种有害排放物HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)、NOx(氮氧化合物)的浓度值ppm)。然后以一定的单位增量逐步加大点火提前角,再次记录下发动机的各项性能指标值,如此循环继续直至不发生爆震的最大点火提前角。
然后以点火提前角为自变量、以测得的各项性能指标(动力性能指标、排放性能指标)的值为应变量绘制拟合曲线,并通过拟合运算得到每项性能指标与点火提前角之间的函数关系。
接着结合各项性能指标本身的权值和各函数关系,确定该工况节点下点火提前角的总体目标函数,求取该总体目标函数的极值,其所对应的点火提前角即为该工况节点下的最优点火提前角,在该最优点火提前角下即使排放处于可接受的范围内,又使发动机的转矩尽可能的大。通常这种总体目标函数F(x)可表达为,其中为动力性能指标的权值,为排放性能指标的权值,为动力性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值,可直接从对应拟合曲线上找到或通过函数自身来确定,为排放性能指标与点火提前角之间的函数关系,、分别为函数关系的最大值与最小值,可直接从对应拟合曲线上找到或通过函数自身来确定。该总体目标函数根据处于最优点火提前角时各性能本身的状态而确定,即当处于最优点火提前角时,对应的动力性能如转矩应达到或接近极大值、对应的排放达到或接近极小值,而上述函数F(x)的极小值即对应于转矩接近或达到极大值同时排放浓度接近或达到极小值,因此这种总体目标函数的极小值所对应的点火提前角即代表了此工况节点下的最优点火提前角。同样亦可将所诉总体目标函数构造为,此时其极大值对应的点火提前角即为最优点火提前角。上述权值的选择应根据试验考虑动力性和排放性对点火提前角的依赖程度确定,属于经验数值。
最后进入下一个工况点,类似的确定下一个工况节点下的最优点火提前角,直至所有工况节点都扫完。
实施例:
以下通过具体的实施例对本发明的上述方法进行详细的描述,本发明的最优点火提前角的确定包括以下步骤:
1、在发动机台架上,让发动机稳定运转在MAP图上的某个工况节点,并保持空燃比为14.6,在确定没有爆震的前提下,从发动机稳定运转的最小角度开始按预定步长逐渐增大点火提前角,并记录在每个点火提前角时具体所对应的发动机转矩Tq、排放污染物CO、HC、NOx的浓度值ppm。
2、以点火提前角为自变量x,以试验测得的转矩Tq、CO、HC、NOx浓度值ppm为应变量,通过计算机模拟得到四条拟合曲线,分别为转矩Tq、排污物CO、排污物HC、排污物NOx与点火提前角x之间的变化关系曲线,并利用遗传算法在四条拟合曲线上找到各自的最大值与最小值,如附图2所示,进一步的通过拟合算法程序运算得到各拟合曲线对应的拟合函数表达式,即得到转矩Tq、排污物HC排放浓度(ppm)、排污物CO排放浓度(ppm)、排污物NOx排放浓度(ppm)与点火提前角x之间的拟合函数关系、、、(注:函数中NO后的“x”只是表示N、O原子数的比值,并非自变量,仅有括号中的“(x)”才表示自变量-点火提前角)。
上述总体目标函数中、、、分别为转矩Tq、排污物HC、排污物CO、排污物NOx各自的权值,、、、为点火提前角与各个性能指标对应的拟合函数,、为各自拟合函数上的最小值与最大值,即与为转矩Tq与点火提前角x之间的拟合函数的最大值与最小值、与为碳氢化合物HC与点火提前角x之间的拟合函数的最大值与最小值、与为一氧化碳CO 与点火提前角x之间的拟合函数的最大值与最小值、与为氮氧化物NOx与点火提前角x之间的拟合函数的最大值与最小值,如前所述这种最值可利用遗传算法在对应拟合曲线上直接找到,或通过对应的函数关系确定(更准确),亦可从记录的数据值中直接选取得到。
4、在上述总体目标函数上求取极值,此极值所对应的点火提前角x即可认为是该工况节点下的最优点火提前角,如附图3所示。
5、然后进入下一个工况节点,重复步骤1-4确定该另一个工况节点下的最优点火提前角,直至扫完所有的工况节点,完成发动机最优点火提前角的确定。
本发明所述各拟合曲线以及拟合函数均可借助计算机程序来实现,通过编写相关的计算机程序能够准确的给出拟合运算结果。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴,如尽管上述方法中考虑了转矩Tq、排污物HC、排污物CO、排污物NOx四项性能指标,但本领域技术人员能够用类似的方法考虑其他性能指标对点火提前角的影响,如亦可考虑除HC、CO、NOx以外的其他排污物,又如对各拟合函数和曲线亦可采用除计算机模拟以外的其他确定方式,总体目标函数除可基于最大、最小极值构造方式外,亦可考虑其他构造方式,等等这些都属于本发明的技术范畴,本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (10)
1.一种点火提前角的确定方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、使发动机稳定工作于某一工况节点,并将点火提前角调至发动机稳定运转的最小角度,并记录此时发动机的动力性能指标值和排放性能指标值;
(2)、以预定步长逐步增大点火提前角,同时记录各点火提前角所对应的动力性能指标值和排放性能指标值,直至不发生爆震的最大点火提前角;
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中步骤(1)中同时使发动机工作在理论空燃比。
6.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,所述的动力性能指标具体为发动机转矩Tq、所述排放性能指标为发动机尾气中的排污物浓度。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述排污物为一氧化碳CO、碳氢化合物HC和氮氧化物NOx。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括步骤(6):选择下一个工况节点,重复步骤(1)-(5),确定下一个工况节点下的最优点火提前角,直至扫完所有工况节点。
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