CN106246437A - 基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法 - Google Patents

基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于发动机循环的发动机点火和喷油控制方法.包括以下步骤：a.判断发动机的运行工况；b.对发动机在该工况下的每一个工作循环的点火提前角或喷油量进行单独控制，本方法使发动机的点火和喷油的控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的控制参数(点火时刻、喷油脉宽及喷油相位)更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平。

Description

基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法
技术领域
本发明涉及发动机点火和喷油控制方法，具体是一种基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法。
背景技术
发动机点火系统和燃油喷射系统均是汽油发动机重要的组成部分，点火系统通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成，发动机工作时，点火时刻对发动机的工作性能有很大的影响，提前点火就是活塞到达压缩上止点之前火花塞点火，点燃燃烧室内的可燃混合气，从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角，点火提前角设定的好坏对发动机的动力性、经济性和排放起着决定性作用，而燃油喷射系统用于对发动机燃油喷射量、喷射时间和喷射压力进行精确控制，使喷入气缸内的燃油量达到最佳值。
现有的发动机点火控制和燃油喷射系统一般采用工况控制来对发动机的点火提前角和喷油量进行控制，既在发动机的某个特定工况下，对该工况的每个工作循环采用相同的点火提前角和喷油量，此种控制方法无法在发动机瞬态动作下实现对发动机燃烧的精确控制，另外，目前发动机燃油喷射系统一般根据发动机的运行转速和油门负荷来确定工况点，再根据工况点的发动机性能水平、运行状态及燃烧情况来标定匹配电喷系统的点火、喷油，但发动机在过渡工况时由于状态的迅速变换，易导致发动机在过渡工况中出现运行不稳定或燃烧不良等相关问题。
因此，需要对现有发动机点火和喷油的控制方法进行改进，使发动机的点火和喷油的控制细化到发动机的每个工作循环的基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法，进而使发动机每个工作循环的控制参数(点火时刻、喷 油脉宽及喷油相位)更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种使发动机的点火和喷油的控制细化到发动机的每个工作循环进而使发动机每个工作循环的控制参数(点火时刻、喷油脉宽及喷油相位)更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平的基于发动机循环的发动机点火控制和喷油控制方法。
本发明的基于发动机循环的发动机点火控制方法，包括以下步骤：
a.判断发动机的运行工况；其中，判断工况的方法可采用现有的工况判定方法，例如根据发动机节气门开度、单位时间内节气门开度的变化量等参数进行工况判断；
b.对发动机在该工况下的每一个工作循环的点火提前角进行单独控制；
本方法使发动机的点火控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的点火时刻更加精确，确保点火时刻在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平；
进一步，进行所述独立控制的方法为：当所述发动机处于启动工况时，将发动机在该工况下的前m个工作循环的点火提前角设定为-α，并将发动机在该工况下第m+1个至第n个工作循环的点火提前角设定为-β，且β＞α；显然，本文中的m、n均为整数且0＜m＜n，启动工况前m个工作循环的点火提前角控制为较小角度，此时，由于发动机刚刚启动，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时采用较小的点火提前角α便于发动机起燃，发动机在启动工况的第m个工作循环后的将点火提前角增大为-β以增大发动机的输出功率；
当所述发动机处于加速工况时，将发动机在该工况下的前p个工作循环的点火提前角在基础点火角上增加设定角度γ，并控制发动机在该工况下第p+1个至第q个工作循环的点火提前角逐渐减小，并控制发动机在该工况下第q个 工作循环后的每个工作循环的点火提前角恢复为基础点火角，显然，本文中的p、q均为整数且0＜p＜q，加速工况前p个工作循环的点火提前角控制为较大角度，可提高发动机的功率，从而迅速提高车辆的加速性能以满足车辆的动力需求，m个工作循环后的将点火提前角逐渐减小，此时，发动机燃烧室温度较高，将点火提前角逐渐减小可避免发动机出现爆燃，另外，此时减小点火提前角能够进一步改善发动机的油耗和排放性能；
进一步，所述发动机处于启动工况下的第n个工作循环完成后，若发动机未起燃,控制发动机在启动工况下第n个工作循环后的每个工作循环的点火角延迟设定角度θ，当发动机点火提前角过大时，在起动工况时，如果点火角太提前，活塞在上行未到上止点时混合气就因提前点火而发生膨胀，活塞上行的力与气体膨胀的力相抵触，所以起动时发动机运转阻力大，故有起动困难并伴随敲缸现象，容易导致点火失败，若启动工况的第n个工作循环后发动机仍未起燃，应将点火角延后设定角度θ，以保证发动机顺利起燃实现起动；
进一步，所述m＝1且n＝5；所述点火提前角-α和-β的范围分别为：-3°＜-α＜8°、-5°＜-β＜5°，发动机在启动工况下的第一个工作循环采用一个较小的点火提前角-α，保证第一个工作循环就能实现启燃，从第二个工作循环开始，采用较大的点火提前角-β，以提高发动机的输出功率，同时使发动机从启动工况平稳的过渡到后续的稳态工况或加速工况；
进一步，所述p＝1且q＝3；且当所述发动机的转速大于3000rpm并小于5000rpm时，所述设定角度γ的范围为：5°＜γ＜30°当所述发动机的转速大于5000rpm并小于10000rpm时，所述设定角度γ的范围为：3°＜γ＜20°，由于发动机在高转速时燃烧室的温度相对较高，容易发生爆燃，因此，在高转速下应调低点火提前角增加量，避免爆燃；
进一步，所述延迟角度θ的范围为：0°＜θ＜10°，当车辆处于极端环境下，如较为寒冷的环境下，发动机在n个工作循环后仍然无法起燃，此时可适当延迟点火角能够使发动机气缸快速加热。
本发明还公开一种基于发动机循环的发动机喷油控制方法，包括以下步骤： a.判断发动机的运行工况；其中，判断工况的方法可采用现有的工况判定方法，例如根据发动机节气门开度、单位时间内节气门开度的变化量等参数进行工况判断；b.对发动机在该工况下的每一个工作循环的喷油量进行单独控制；本方法使发动机的喷油量控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的点火时刻更加精确，确保喷油量在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平；
进一步，进行所述独立控制的方法为：当所述发动机处于启动工况时，控制发动机在该工况下的前s个工作循环的喷油量为V，并将发动机在该工况下第s+1个至第t个工作循环的喷油量设定为W，且V＞W；显然，本文中的s、t均为整数且0＜s＜t，启动工况前s个工作循环的喷油量较多，使气缸内形成较浓的混合气体，此时，由于发动机刚刚启动，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时在气缸内形成较浓的混合气体便于发动机起燃，发动机在启动工况的第t个工作循环后将喷油量适当降低以降低发动机的油耗；
当所述发动机处于加速工况时，控制发动机在该工况下的前u个工作循环的喷油量为X，并控制发动机在该工况下第u+1个至第v个工作循环的喷油量逐渐减小，并控制发动机在该工况下第v个工作循环后的每个工作循环的喷油量恢复为基础喷油量，显然，本文中的u、v均为整数且0＜u＜v，加速工况前u个工作循环的喷油量较多，使气缸内形成较浓的混合气体，可提高发动机的功率，从而迅速提高车辆的加速性能以满足车辆的动力需求，u个工作循环后的将喷油量逐渐减小，以改善发动机的油耗和排放性能；
进一步，所述发动机处于启动工况下的第t个工作循环完成后，若发动机未起燃,延长发动机在该工况下第t个工作循环后的每个工作循环的喷油脉宽，当车辆处于极端环境下，如较为寒冷的环境下，发动机在t个工作循环后仍然无法起燃，此时可适当增加喷油脉宽，使气缸内形成较浓的混合气体，使发动机容易起燃；
进一步，所述发动机在启动工况下的前s个工作循环的空燃比控制为0-11， 发动机在该工况下第s+1个至第t个工作循环的空燃比控制为11-13，所述发动机在加速工况下的前u个工作循环的空燃比不大于12.5；
进一步，所述s＝1且t＝5,所述u＝3且v＝5。
本发明的有益效果是：本发明的基于发动机循环的发动机点火和喷油控制方法，先利用现有的工况判断方法对发动机运行工况进行判断，如根据节气门变化率等参数进行判断，判断完成后对发动机在该工况下的每一个工作循环的点火提前角或喷油量进行单独控制，使发动机的点火和喷油的控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的控制参数(点火时刻、喷油脉宽及喷油相位)更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的控制逻辑示意图。
具体实施方式
实施例一：图1为本发明的控制逻辑示意图；如图所示：本实施例的基于发动机循环的发动机点火控制方法，包括以下步骤：
a.判断发动机的运行工况；其中，判断工况的方法可采用现有的工况判定方法，例如根据发动机节气门开度、单位时间内节气门开度的变化量等参数进行工况判断；b.对发动机在该工况下的每一个工作循环的点火提前角进行单独控制；
对于发动机在某一工况下的每个工作循环的点火提前角进行独立控制可使发动机的点火控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的控制参数更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平。
本实施例中，进行所述独立控制的方法为：当所述发动机处于启动工况时，将发动机在该工况下的第1个工作循环的点火提前角设定为-α，并将发动机在该工况下第2个至第5个工作循环的点火提前角设定为-β，且β＞α；启动工 况第1个工作循环的点火提前角控制为较小角度，此时，由于发动机刚刚启动，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时采用较小的点火提前角α便于发动机起燃，发动机在启动工况的第1个工作循环后的将点火提前角增大为-β以增大发动机的输出功率；
当所述发动机处于加速工况时，将发动机在该工况下的前2个工作循环的点火提前角在基础点火角上增加设定角度γ，并控制发动机在该工况下第3个至第7个工作循环的点火提前角逐渐减小，并控制发动机在该工况下第7个工作循环后的每个工作循环的点火提前角恢复为基础点火角，加速工况前2个工作循环的点火提前角控制为较大角度，可提高发动机的功率，从而迅速提高车辆的加速性能以满足车辆的动力需求，2个工作循环后的将点火提前角逐渐减小，此时，发动机燃烧室温度较高，将点火提前角逐渐减小可避免发动机出现爆燃，另外，此时减小点火提前角能够进一步改善发动机的油耗和排放性能；
本实施例中，所述发动机处于启动工况下的第5个工作循环完成后，若发动机未起燃,控制发动机在启动工况下第5个工作循环后的每个工作循环的点火角延迟设定角度θ，当发动机点火提前角过大时，在起动工况时，如果点火角太提前，活塞在上行未到上止点时混合气就因提前点火而发生膨胀，活塞上行的力与气体膨胀的力相抵触，所以起动时发动机运转阻力大，故有起动困难并伴随敲缸现象，容易导致点火失败，若启动工况的第5个工作循环后发动机仍未起燃，应将点火角延后设定角度θ，以保证发动机顺利起燃实现起动；
本实施例中，点火提前角-α和-β的范围分别为：-3°＜-α＜8°、-5°＜-β＜5°，其中点火提前角-α优选为-3°、0°或8°，点火提前角-β优选为-5°、0°或5°。
本实施例中，当发动机在加速工况时，当所述发动机的转速大于3000rpm并小于5000rpm时，前2个工作循环的点火提前角在基础点火角的基础上增加设定角度γ，角度γ的范围为：5°＜γ＜30°，本实施例中，角度γ可优选为5°、15°或30°；当所述发动机的转速大于5000rpm并小于10000rpm时，角度γ的范围为：3°＜γ＜20°，角度γ可优选为3°、7°或10°；由于发动 机在高转速时燃烧室的温度相对较高，容易发生爆燃，因此，在高转速下应调低点火提前角增加量，避免爆燃。
本实施例中，若启动工况前5个工作循环完成后，发动机仍未起燃，则控制后续的工作循环的点火角延迟设定角度θ，θ的范围为：0°＜θ＜10°，本实施例中，角度θ优选为0°、3°或5°，当车辆处于极端环境下，如较为寒冷的环境下，发动机在5个工作循环后仍然无法起燃，此时可适当延迟点火角能够使发动机气缸快速加热。
实施例二：本实施例的一种基于发动机循环的发动机喷油控制方法，包括以下步骤：a.判断发动机的运行工况；其中，判断工况的方法可采用现有的工况判定方法，例如根据发动机节气门开度、单位时间内节气门开度的变化量等参数进行工况判断；b.对发动机在该工况下的每一个工作循环的喷油量进行单独控制；对于发动机在某一工况下的每个工作循环的喷油量进行独立控制可使发动机的喷油控制细化到发动机的每个工作循环，进而使发动机每个工作循环的控制参数更加精确，确保这些控制参数在过渡工况时的准确性，最终大幅度改善发动机的动力性、经济性和排放水平。
本实施例中，进行所述独立控制的方法为：当所述发动机处于启动工况时，控制发动机在该工况下的第1个工作循环的喷油量为V，并将发动机在该工况下第2个至第5个工作循环的喷油量设定为W，且V＞W；启动工况第1个工作循环的喷油量较多，使气缸内形成较浓的混合气体，此时，由于发动机刚刚启动，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时在气缸内形成较浓的混合气体便于发动机起燃，发动机在启动工况的第1个工作循环后将喷油量适当降低以降低发动机的油耗；
当所述发动机处于加速工况时，控制发动机在该工况下的第1-3个工作循环的喷油量为X，并控制发动机在该工况下第4个至第5个工作循环的喷油量逐渐减小，并控制发动机在该工况下第5个工作循环后的每个工作循环的喷油量恢复为基础喷油量，加速工况前3个工作循环的喷油量较多，使气缸内形成较浓的混合气体，可提高发动机的功率，从而迅速提高车辆的加速性能以满足 车辆的动力需求，3个工作循环后的将喷油量逐渐减小，以改善发动机的油耗和排放性能；
本实施例中，所述发动机处于启动工况下的第5个工作循环完成后，若发动机未起燃,延长发动机在该工况下第5个工作循环后的每个工作循环的喷油脉宽，当车辆处于极端环境下，如较为寒冷的环境下，发动机在5个工作循环后仍然无法起燃，此时可适当增加喷油脉宽，使气缸内形成较浓的混合气体，使发动机容易起燃；
本实施例中，所述发动机在启动工况下的第1个工作循环的空燃比控制为10-11，该空燃比可优选为10.5，发动机在该工况下第2个至第5个工作循环的空燃比控制为11-13，本实施例中，该空燃比可优选为12，所述发动机在加速工况下的前3个工作循环的空燃比不大于12.5。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于发动机循环的发动机点火控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.判断发动机的运行工况；
b.根据所判断的发动机运行工况,对发动机在该工况下的每一个工作循环的点火提前角进行单独控制。
2.根据权利要求1所述的基于发动机循环的发动机点火控制方法，其特征在于，步骤b中，所述单独控制的方法为：
若所述发动机处于启动工况时，将发动机在该工况下的前m个工作循环的点火提前角设定为-α，并将发动机在该工况下第m+1个至第n个工作循环的点火提前角设定为-β，其中，m、n均为正整数，m＜m+1＜n，且β＞α；
若所述发动机处于加速工况时，将发动机在该工况下的前p个工作循环的点火提前角在基础点火角上增加设定角度γ，并控制发动机在该工况下第p+1个至第q个工作循环的点火提前角逐渐减小，并控制发动机在该工况下第q个工作循环后的每个工作循环的点火提前角恢复为基础点火角，其中，p、q均为正整数，且p＜p+1＜q。
3.根据权利要求2所述的基于发动机循环的发动机点火控制方法，其特征在于：所述发动机处于启动工况下的第n个工作循环完成后，若发动机未起燃,控制发动机在启动工况下第n个工作循环后的每个工作循环的点火角延迟设定角度θ。
4.根据权利要求2所述的基于发动机循环的发动机点火控制方法，其特征在于：所述m＝1且n＝5,所述点火提前角-α和-β的范围分别为：-3°＜-α＜8°、-5°＜-β＜5°；所述p＝1且q＝3；
当所述发动机的转速大于3000rpm并小于5000rpm时，所述设定角度γ的范围为：5°＜γ＜30°，当所述发动机的转速大于5000rpm并小于10000rpm时，所述设定角度γ的范围为：3°＜γ＜20°。
5.根据权利要求3所述的基于发动机循环的发动机点火控制方法，其特征在于：所述延迟角度θ的范围为：0°＜θ＜10°。
6.一种基于发动机循环的发动机喷油控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.判断发动机的运行工况；
b.根据所判断的发动机运行工况,对发动机在该工况下的每一个工作循环的喷油量进行单独控制。
7.根据权利要求6所述的基于发动机循环的发动机喷油控制方法，其特征在于，进行所述独立控制的方法为：
若所述发动机处于启动工况时，控制发动机在该工况下的前s个工作循环的喷油量为V，控制发动机在该工况下第s+1个至第t个工作循环的喷油量为W，其中，s、t均为正整数，s＜s+1＜t，且V＞W；
若所述发动机处于加速工况时，控制发动机在该工况下的前u个工作循环的喷油量为X，控制发动机在该工况下第u+1个至第v个工作循环的喷油量逐渐减小，控制发动机在该工况下第v个工作循环后的每个工作循环的喷油量恢复为基础喷油量，其中，u、v均为正整数,且u＜u+1＜v。
8.根据权利要求7所述的基于发动机循环的发动机喷油控制方法，其特征在于：所述发动机处于启动工况下的第t个工作循环完成后，若发动机未起燃,延长发动机在该工况下第t个工作循环后的每个工作循环的喷油脉宽。
9.根据权利要求7所述的基于发动机循环的发动机喷油控制方法，其特征在于：所述发动机在启动工况下的前s个工作循环的空燃比控制为10-11，发动机在启动工况下的第s+1个至第t个工作循环的空燃比控制为11-13，所述发动机在加速工况下的前u个工作循环的空燃比不大于12.5。
10.根据权利要求7所述的基于发动机循环的发动机喷油控制方法，其特征在于：所述s＝1且t＝5,所述u＝3且v＝5。
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