CN107366582A - 发动机的燃烧控制方法、系统及车辆 - Google Patents
发动机的燃烧控制方法、系统及车辆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种发动机的燃烧控制方法、系统及车辆，该方法包括：根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型；根据预喷油量比例系数、预喷的已燃物质分数模型和主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型；根据缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型；对预喷油量比例系数进行调整以将目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。本发明实施例的发动机的燃烧控制方法可以有效提升发动机燃烧的热效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种发动机的燃烧控制方法、系统及车辆。
背景技术
内燃机在利用燃料与空气燃烧输出机械功的过程中，会有大量的热量随废气或冷却介质浪费掉。这也是内燃机的热效率(即：转变为有效功的热量与加入气缸总热量的比值)处于较低水平的原因，一般在30～40％。随着全球石油资源的日益枯竭，提高内燃机的热效率迫在眉睫。近年来，对提高内燃机热效率的研究主要集中在优化燃油喷射、燃烧过程和增压过程中。例如：普遍利用废气涡轮增压器提高发动机的热效率。但是存在以下缺点：
推动废气涡轮增压器增加了排气阻力，使排气的推出损失功升高；进气压力的提高增高了压缩冲程中气缸内的压力，使压缩的损失功升高；由于进气压力的升高会使压缩和做功冲程中气缸内的压力和温度大幅度升高，为了避免压力和温度过高而损坏机器，对增压的幅度通常需要加以限制。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种发动机的燃烧控制方法。该方法可以有效提升发动机燃烧的热效率。
本发明的另一个目的在于提供一种发动机的燃烧控制系统。
本发明的再一个目的在于提供一种车辆。
为了实现上述目的，本发明的第一方面公开了一种发动机的燃烧控制方法，发动机喷油方式采用预喷和主喷，所述方法包括以下步骤：根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型；根据预喷油量比例系数、所述预喷的已燃物质分数模型和所述主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型；根据所述缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型；对所述预喷油量比例系数进行调整以将所述目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
根据本发明实施例的发动机的燃烧控制方法，可以根据发动机燃烧情况和燃烧相位选取合适的预喷油量比例系数，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，对发动机燃烧过程进行合理的控制，提升发动机燃烧的热效率。
另外，根据本发明上述实施例的发动机的燃烧控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，
所述预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
其中，所述f1为预喷燃烧速度函数，所述f2为预喷燃烧起点函数；
所述主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
其中，所述f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数；
所述缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB为：
其中，所述κ为预喷油量比例系数，所述θ为曲轴转角。
在一些示例中，所述目标燃烧相位CA50模型为：
在一些示例中，还包括：根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和所述预喷油量比例系数之间的关系模型；根据所述关系模型对所述预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
在一些示例中，所述关系模型为：
IMEP＝[f5×κ+f6×(1-κ)]mf，
其中，所述IMEP为所述平均指示压力，所述mf为总喷油量，所述κ为预喷油量比例系数，所述f5为燃油预喷阶段发动机运行情况的函数，所述f6为燃油主喷阶段发动机运行情况的函数。
本发明第二方面的实施例公开了一种发动机的燃烧控制系统，发动机喷油方式采用预喷和主喷，所述系统包括：缸内燃烧的已燃物质分数模型建立模块，用于根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型，并根据预喷油量比例系数、所述预喷的已燃物质分数模型和所述主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型；目标燃烧相位模型建立模块，用于根据所述缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型；控制模块，用于对所述预喷油量比例系数进行调整以将所述目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
根据本发明实施例的发动机的燃烧控制系统，可以根据发动机燃烧情况和燃烧相位选取合适的预喷油量比例系数，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，对发动机燃烧过程进行合理的控制，提升发动机燃烧的热效率。
另外，根据本发明上述实施例的发动机的燃烧控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，
所述预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
其中，所述f1为预喷燃烧速度函数，所述f2为预喷燃烧起点函数；
所述主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
其中，所述f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数；
所述缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB为：
其中，所述κ为预喷油量比例系数，所述θ为曲轴转角。
在一些示例中，所述目标燃烧相位CA50模型为：
在一些示例中，还包括：关系模型建立模块，用于根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和所述预喷油量比例系数之间的关系模型；所述控制模块还用于根据所述关系模型对所述预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
本发明第三方面的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的发动机的燃烧控制系统。该车辆可以有效提升发动机燃烧的热效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制方法中已燃物质分数曲线示意图；
图3是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制方法中平均指示压力和预喷油量比例系数之间的关系示意图；
图4是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的发动机的燃烧控制方法、系统及车辆。
其中，在以下描述中，发动机的燃油喷油方式采用多脉冲燃油喷射方式，例如：喷油方式包括预喷和主喷两种方式。预喷指气道喷射汽油，主喷指缸内直喷汽油。
图1是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制方法，包括如下步骤：
S101：根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型。
其中，已燃物质分数表示发动机的燃烧情况，具体来说，燃油喷射采用预喷加主喷的方式，预喷的油量mp和总喷油量mf的关系如式(1)所示：
mp＝κ×mf (1)
其中，κ为预喷油量比例系数，当活塞连杆处于拖动状态时，对应曲轴转角θ时的缸压pcm(θ)如式(2)所示：
其中，pr和Vr表示活塞处于参考位置时缸内的压力和体积，Vc(θ)为当时缸内体积。可以理解的是，参考位置可以根据实际需要标定得到。
在该实例中，已燃物质分数MFB(θ)如式(3)所示：
其中，p(θ)表示缸内燃料燃烧后对应曲轴转角θ时的缸压。
将式(2)带入式(3)，可以得到：
经过发动机燃烧试验数据分析可知，发现多脉冲燃油喷射对已燃物质分数曲线影响明显。如图2所示，A、B、C、D四点分别是预喷正时点、主喷正时点、预喷燃烧起点、主喷燃烧起点，其中，C点和D点是已燃物质分数曲线的两个拐点。从C点开始，已燃物质分数曲线为指数曲线，由于预喷和主喷的燃烧情况不同，故形成了两段不同的指数曲线。
基于以上分析，便可以根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型，其中，预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
其中，f1为预喷燃烧速度函数，f2为预喷燃烧起点函数；
主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
其中，f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数。
在以上描述中，f1，f2，f3，f4是与发动机转数和缸内环境相关的函数，缸内环境是指从发动机进气门关闭到排气门开启时缸内的温度、压力和氧气量等。f1和f3分别表示预喷和主喷的燃烧速度函数，f2和f4分别表示预喷和主喷燃烧起点的函数。
S102：根据预喷油量比例系数、预喷的已燃物质分数模型和主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型。
例如：根据式(6)和式(7)便可以得到缸内燃烧的已燃物质分数模型。
缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB如式(8)所示：
其中，κ为预喷油量比例系数，θ为曲轴转角。
S103：根据缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型。
例如：根据式(8)可以得到目标燃烧相位CA50模型，如式(9)所示：
S104：对预喷油量比例系数进行调整以将目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
对于发动机来说，CA50离上止点近，活塞做负功就少，散热损失也随之减少。因此，通过式(9)，并选取合适的预喷油量比例系数κ，就可将CA50控制在目标区域内。
根据本发明实施例的发动机的燃烧控制方法，可以根据发动机燃烧情况和燃烧相位选取合适的预喷油量比例系数，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，对发动机燃烧过程进行合理的控制，提升发动机燃烧的热效率。
进一步地，本发明实施例的方法还可以根据平均指示压力对预喷油量比例系数进行合理的调节，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，进一步对发动机燃烧过程进行合理的控制，进一步提升发动机燃烧的热效率。
具体地，该发动机的燃烧控制方法，还包括：根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和预喷油量比例系数之间的关系模型；根据关系模型对预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
更为具体地说，从进气门关闭到排气门开启，平均指示压力IMEP可表示为如式(10)所示：
其中，IVC和EVO分别表示进气门关闭和排气门开启。
通过试验可知，IMEP与预喷油量比例系数κ存在强关联性。尤其是当缸内环境条件相同时，两者之间近似成线性比例关系，如图3所示。
根据图3及上述分析，可建立IMEP与预喷油量比例系数κ的数学模型，如式(11)所示：
IMEP＝[f5×κ+f6×(1-κ)]mf (11)
其中，f5和f6是与发动机转数和缸内环境相关的函数，f5为燃油预喷阶段发动机运行情况的函数，f6为燃油主喷阶段发动机运行情况的函数，缸内环境是指从发动机进气门关闭到排气门开启时缸内的温度、压力和氧气量等。通过式(11)，并选取合适的预喷比例系数κ，便可提高发动机输出功率，。
图4是根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制系统的结构框图。如图4所示，根据本发明一个实施例的发动机的燃烧控制系统400，包括：缸内燃烧的已燃物质分数模型建立模块410、目标燃烧相位模型建立模块420和控制模块430。
其中，缸内燃烧的已燃物质分数模型建立模块410用于根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型，并根据预喷油量比例系数、预喷的已燃物质分数模型和主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型。目标燃烧相位模型建立模块420用于根据缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型。控制模块430用于对预喷油量比例系数进行调整以将目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
在本发明的一个实施例中，预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
其中，f1为预喷燃烧速度函数，f2为预喷燃烧起点函数；
主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
其中，f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数；
缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB为：
其中，κ为预喷油量比例系数，θ为曲轴转角。
在本发明的一个实施例中，目标燃烧相位CA50模型为：
根据本发明实施例的发动机的燃烧控制系统，可以根据发动机燃烧情况和燃烧相位选取合适的预喷油量比例系数，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，对发动机燃烧过程进行合理的控制，提升发动机燃烧的热效率。
进一步地，本发明实施例的系统还可以根据平均指示压力对预喷油量比例系数进行合理的调节，从而调节预喷和主喷的喷油脉宽比例，进一步对发动机燃烧过程进行合理的控制，进一步提升发动机燃烧的热效率。
具体地，本发明实施例的发动机的燃烧控制系统400，还包括：关系模型建立模块(图4中没有示出)，关系模型建立模块用于根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和所述预喷油量比例系数之间的关系模型。进一步地，控制模块430还用于根据关系模型对预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
需要说明的是，本发明实施例的发动机的燃烧控制系统的具体实现方式与本发明实施例的发动机的燃烧控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，此处不做赘述
本发明的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的发动机的燃烧控制系统。该车辆可以有效提升发动机燃烧的热效率。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种发动机的燃烧控制方法，其特征在于，发动机喷油方式采用预喷和主喷，所述方法包括以下步骤：
根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型；
根据预喷油量比例系数、所述预喷的已燃物质分数模型和所述主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型；
根据所述缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型；
对所述预喷油量比例系数进行调整以将所述目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
2.根据权利要求1所述的发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
所述预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
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其中，所述f1为预喷燃烧速度函数，所述f2为预喷燃烧起点函数；
所述主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
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<mi>MFB</mi>
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其中，所述f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数；
所述缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB为：
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<mo>,</mo>
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其中，所述κ为预喷油量比例系数，所述θ为曲轴转角。
3.根据权利要求2所述的发动机的燃烧控制方法，其特征在于，所述目标燃烧相位CA50模型为：
<mrow>
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<mi>CA</mi>
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4.根据权利要求1所述的发动机的燃烧控制方法，其特征在于，还包括：
根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和所述预喷油量比例系数之间的关系模型；
根据所述关系模型对所述预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
5.根据权利要求4所述的发动机的燃烧控制方法，其特征在于，所述关系模型为：
IMEP＝[f5×κ+f6×(1-κ)]mf，
其中，所述IMEP为所述平均指示压力，所述mf为总喷油量，所述κ为预喷油量比例系数，所述f5为燃油预喷阶段发动机运行情况的函数，所述f6为燃油主喷阶段发动机运行情况的函数。
6.一种发动机的燃烧控制系统，其特征在于，发动机喷油方式采用预喷和主喷，所述系统包括：
缸内燃烧的已燃物质分数模型建立模块，用于根据预喷燃烧速度函数和预喷燃烧起点函数建立预喷的已燃物质分数模型，根据主喷燃烧速度函数和主喷燃烧起点函数建立主喷的已燃物质分数模型，并根据预喷油量比例系数、所述预喷的已燃物质分数模型和所述主喷的已燃物质分数模型得到缸内燃烧的已燃物质分数模型；
目标燃烧相位模型建立模块，用于根据所述缸内燃烧的已燃物质分数模型建立目标燃烧相位模型；
控制模块，用于对所述预喷油量比例系数进行调整以将所述目标燃烧相位模型中的目标燃烧相位控制在目标区域内。
7.根据权利要求6所述的发动机的燃烧控制系统，其特征在于，
所述预喷的已燃物质分数模型MFBP为：
<mrow>
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<mi>MFB</mi>
<mi>P</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
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</mrow>
其中，所述f1为预喷燃烧速度函数，所述f2为预喷燃烧起点函数；
所述主喷的已燃物质分数模型MFBm为：
<mrow>
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<mi>MFB</mi>
<mi>m</mi>
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其中，所述f3为主喷燃烧速度函数，f4为主喷燃烧起点函数；
所述缸内燃烧的已燃物质分数模型MFB为：
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<mi>M</mi>
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<mi>B</mi>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，所述κ为预喷油量比例系数，所述θ为曲轴转角。
8.根据权利要求7所述的发动机的燃烧控制系统，其特征在于，所述目标燃烧相位CA50模型为：
<mrow>
<msub>
<mi>CA</mi>
<mn>50</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mo>+</mo>
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<mi>f</mi>
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</msub>
<mo>.</mo>
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9.根据权利要求6所述的发动机的燃烧控制系统，其特征在于，还包括：关系模型建立模块，用于根据与发动机转数和缸内环境相关的函数建立平均指示压力和所述预喷油量比例系数之间的关系模型；
所述控制模块还用于根据所述关系模型对所述预喷油量比例系数进行调整以便提升发动机的输出功率。
10.一种车辆，其特征在于，包括：根据权利要求6-9任一项所述的发动机的燃烧控制系统。
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| GB2351816A (en) * | 1999-07-08 | 2001-01-10 | Bosch Gmbh Robert | Controlling multi-phase fuel injection in an internal combustion engine |
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2016
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Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵树发: "燃料特性及喷油策略对压燃式发动机燃烧与排放的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
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