CN108884805A - 可控点火式内燃发动机的点火提前的预防性校正的确定方法 - Google Patents

可控点火式内燃发动机的点火提前的预防性校正的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种可控点火式内燃发动机的控制方法,其限定发动机转速、负载和吹扫率以防止在发动机的汽缸中出现爆震,发动机包括:‑微粒过滤器,以及‑计算机,其允许借助与发动机转速和负载相关联的第一控制图绘(23)来建立点火提前校正(A),该方法的特征在于,计算机允许:‑借助与在微粒过滤器的端部处测量的压差(dP)和发动机的吹扫率相关联的第二控制图绘(24)来建立微粒过滤器的负载系数(F)。

Description

可控点火式内燃发动机的点火提前的预防性校正的确定方法
技术领域
本发明涉及对可控点火式内燃发动机的调节,并且更具体地涉及用于保护发动机免受爆震现象的策略。
背景技术
在每个循环(两冲程或四冲程)时,向可控点火式内燃发动机提供包括空气和碳氢燃料的混合物(空气/碳氢燃料燃料混合物)。
在下文中将考虑四冲程发动机的情况,其包括至少一个气缸以及可在气缸中移动的活塞,每个循环包括以下称为阶段的四个冲程(进气阶段,压缩阶段,燃烧膨胀阶段以及排气阶段),燃烧膨胀阶段通过由发动机计算机(或发动机控制)所控制的火花塞来点燃压缩的空气/碳氢燃料混合物而开始。
为了优化发动机在功率方面和消耗方面的性能,在压缩阶段结束后,在活塞于汽缸中位于称为“上死点”(PMH)的极限位置的上游时触发点火。
为了可以调节点火,发动机制造商使用对应于点火时刻和活塞通过上死点位置(PMH)的时刻之间的差值的称为“点火提前”的参数,其中上死点位置(PMH)是参考位置。
点火提前以角度差(或旋转角度)来表示,该角度偏差(或旋转角度)经由连杆通过发动机的活塞的运动以曲轴为参考。
可控点火式发动机经受爆震,其是发动机制造商已知的自点燃现象,这导致一部分空气/碳氢燃料混合物独立于火花塞的火花而意外自燃。
爆震可以引起驾驶舱内的噪声、发动机元件(特别是活塞)的加速劣化或碳氢燃料消耗增加。
爆震的发生可归因于不同的因素,例如发动机负载,其限定了进入发动机汽缸的空气量与参考进入空气量之间的比率。如果比率等于0,则发动机空载。如果比率等于1,则发动机处于满大气负载。如果该比率大于1,则在触发由点火生成的火花之前,发动机使比理论参考更多的空气进入,气缸中的温度增加并使空气-碳氢燃料混合物对自点燃更为敏感。
为了避免爆震,已知应用即时矫正性动作,其效果是通过引爆来降低相关气缸上的点火提前值,或者应用对所有汽缸施加的变化更缓慢的预防性动作。
自适应型校正根据速度(发动机转速)和发动机负载的条件对每个气缸记录平均校正值。
在重负载下,应用对混合物的富集,其是点火时提前回缩的函数,这旨在通过冷却混合物来延缓爆震的出现。
然而,反污染标准的发展导致新的除污系统的出现,例如特别是在增压汽油发动机上,尤其是直接喷射汽油涡轮型发动机上的微粒过滤器。
微粒过滤器的原理是在于容纳来自燃烧的炭黑,然后在过滤器的再生阶段期间使炭黑燃烧。
在微粒过滤器的运行时,在排气回路中产生背压。该背压减缓了在发动机排气阶段时已燃气体的排出并增加了气缸中残余的气体率。
这些气体具有高温并且倾向于在下一次燃烧时加热空气和碳氢燃料混合物,并因此倾向于促进爆震的出现。
文献US 20070180824公开了一种用于控制包括可控点火式发动机和微粒过滤器的发动机系统的控制方法,该方法允许通过打开可变几何涡轮机的喷口来降低由于排气回路中的背压引起的气缸中残余气体率。打开该喷口将允许增加进气流量,从而防止排气通道中的压力升高。
然而,现有技术的这种方法的缺点是不能将微粒过滤器直接确定为爆震出现的主要来源。实际上,该方法不允许根据微粒过滤器的结垢率来调节点火提前值。
发明内容
第一个目的是提出一种包括微粒过滤器的可控点火式内燃发动机的控制方法,该方法允许监测微粒过滤器的结垢率。
第二个目的是提供一种包括颗粒过滤器的可控点火式内燃发动机的控制方法,该方法允许根据发动机负载、发动机转速和微粒过滤器的结垢率来调节点火提前值。
出于这些目的,首先提出一种可控点火式内燃发动机的控制方法,其限定发动机转速、负载和吹扫率以防止在发动机的汽缸中出现爆震,发动机包括:
-微粒过滤器,以及
-计算机,其允许根据发动机转速和负载建立点火提前校正,
其中计算机允许:
-根据在微粒过滤器的端部处测量的压差和发动机的吹扫率来建立微粒过滤器的负载系数,
-建立避免爆震现象所需的点火提前预防性校正,该预防性校正在点火提前校正乘以负载系数的阶段时计算出。
有利地,这种方法允许根据发动机转速及其负载来防止爆震出现在可控点火式内燃发动机中。
该方法还允许监测微粒过滤器的结垢状态。
有利地,对于给定的吹扫率而言发动机的负载系数介于表示微粒过滤器未结垢状态的0和表示微粒过滤器已堵塞状态的1之间。
第二,提出了一种已知的计算机以便通过如上所述的发动机控制方法来操纵可控点火式内燃发动机的火花塞。
第三,提出了一种包括至少一个火花塞以及这种计算机的发动机。
第四,提出了一种包括这种发动机的机动车辆。
附图说明
通过阅读以下参考附图对实施例所做的描述,将使本发明的其他特征和优点更清楚且具体地显现,其中:
-图1是包括可控点火式内燃发动机的机动车辆的俯视透视图,
-图2是可控点火式内燃发动机及其操纵附件的示意图,
-图3是示出了作为气体排出流量和微粒过滤器负载的函数的微粒过滤器端部处压差的曲线图,
-图4是示出作为微粒过滤器端部处压差的函数的点火提前校正的曲线图,
-图5是图2的发动机控制方法的运行图。
具体实施方式
在图1中示出了设置有可控点火式内燃发动机2的机动车辆1。
发动机2包括发动机体3,其具有至少一个汽缸4;汽缸盖5,其覆盖发动机体3并在汽缸4的上端处封闭汽缸4;以及活塞6,其安装为可在气缸4中于高位位置和下位位置之间移动,在该高位位置中活塞6靠近气缸盖5,而该下位位置与高位位置间隔开。
气缸盖5包括通向气缸4的两个管道7,8,即用于空气/碳氢燃料混合物进入管道7和燃烧后该混合物排放管道8,该管道7,8分别在其与汽缸4的连接处的连接处包括阀9和10,这两个阀9和10允许使管道7和8与气缸4连通,或者相反地使管道7和8与气缸4分隔。
此外,汽缸盖5在两个阀9,10之间包括火花塞11用于触发汽缸4中的空气/碳氢燃料混合物的燃烧。
有利地,发动机2包括多个汽缸4。然而,为了清楚起见,在图2中所示的发动机2仅示意性地示出了发动机体,更确切地在截面中示出了气缸4中的一个以及气缸盖5。
如图2所示,发动机2包括计算机12、微粒过滤器13、通过活塞6经由连杆15旋转驱动的曲轴14。然后,曲轴14的运动传递到机动车辆1的车轮16。
发动机2还包括连接到计算机12的多个传感器和探头,即:
-发动机转速Nmot的传感器17,
-绝对压力的传感器18,其包括温度探头,该温度探头设置在进气处并允许测量进气管路中的压力和空气温度,与发动机转速Nmot相关联的这两个测量值允许计算机12评估进入气缸4中的空气量,该空气量通常被称为负载R,
-λ探头19,其设置在微粒过滤器13上游并允许测量排气回路中的空气量,
-温度探头20,其设置在微粒过滤器13上游并允许测量排气回路中的空气温度,与在排气处测量的空气温度的测量值相关联在排气处测量的空气量的测量值允许计算机12评估进入气缸4中的直接输送至排气处的新鲜空气的量,该空气量通常被称为吹扫率Tx
-压力传感器21,其允许测量微粒过滤器13的入口和出口之间的压差dP,
-圆柱形参考传感器22(或霍尔效应传感器),其允许计算机减少点火提前A。
在发动机循环期间,在压缩阶段结束时,经由火花塞11在活塞6的上死点位置(PMH)上游产生对空气/碳氢燃料混合物的点火。为了校准点火,发动机制造商定义称为点火提前的参数,其对应于点火时刻和活塞6通过上死点位置(PMH)的时刻之间参考曲轴14的角度差(例如以度表示),活塞6的上死点位置(PMH)对应于参考位置。
如下所见,计算机12控制火花塞11的点火以触发燃烧。
微粒过滤器13是用于容纳来自于燃烧的炭黑的过滤系统。然后,在微粒过滤器13的再生阶段时使由过滤器13捕集的微粒燃烧。当通过热处理实现微粒过滤器13的再生时,微粒过滤器13的再生在于通过使排放气体达到高温(例如700℃)而使微粒燃烧。将进气朝排气处吹扫例如将氧气带入微粒过滤器中。
微粒过滤器的运行引起排气回路中的背压。该背压在发动机排气阶段时减缓了已燃气体的排出并增加了气缸中残余气体率。
这些气体倾向于在下一次燃烧时加热空气和碳氢燃料的混合物,因此倾向于促进爆震的发生。
爆震是与可控点火式发动机中的异常燃烧相关联的现象,其与发动机燃烧室中出现冲击波有关。这种现象通常归因于未燃烧碳氢燃料微粒的自点燃,这些未燃烧碳氢燃料微粒通常由在火花塞的电弧(火花)处正常产生的焰前气流而被推向燃烧室的壁。由于温度和压力升高,这些微粒会自燃并产生可能损坏活塞、活塞环甚至气缸的冲击波并因此导致发动机故障。对于给定的发动机结构和压缩比而言,爆震将基本上取决于点火提前,即发动机飞轮的旋转角度,其将火花上死点的火花时刻与碳氢燃料的自燃极限分开。
图3示出了曲线图,其纵坐标表示在微粒过滤器13的端部处测量的压差dP(以mbar表示)并且横坐标表示排放气体的排放流量dE(以kg/s表示)。
该曲线图包括多条曲线C1,C2,C3,C4和C5,这些曲线表示微粒过滤器13的炭黑负载根据压差dP和排放气体的排放流量dE变化,C1表示低炭黑负载而C5表示高炭黑负载(堵塞的颗粒过滤器13)。
注意到,当微粒过滤器13中的炭黑负载较大并且排放流量随着排气阀10打开以排出排放气体而增加时,在微粒过滤器13的端部处测量的压差dP增加。
该压力增加反映了在微粒过滤器13中所产生的阻塞。
图4示出了曲线图,其纵坐标表示避免爆震现象所需的点火提前校正A(以度表示)并且横坐标表示在微粒滤波器13的端部处所测量的压差dP(以mbar表示)。
在曲线上观察到点火提前校正A的线性变化,其相对于在微粒过滤器13的端部处测量的压差dP(并且因此相对于微粒过滤器13的负载)是必需的。
图5中示出的操作图描述了允许计算机12确定发动机2的点火提前预防性校正Ap的不同阶段。
借助由计算机12管理的两个控制图绘(cartographie)23,24确定点火提前预防性校正Ap。
定义了输出变量和输入变量之间的关系的控制参数与计算机12相关联并且通常由控制图绘指定。
第一控制图绘23与两个输入变量相关联,即发动机2的旋转速度的发动机转速Nmot以及发动机2的负载R,发动机2的负载R由进入发动机2的气缸的空气量与参考进气量之间的比率限定。通过在矩阵中内插两个变量来获得点火提前校正A。
第二控制图绘24与两个输入变量相关联,即在微粒过滤器13的端部处测量的压差dP以及发动机2的吹扫率Tx,发动机2的吹扫率Tx由引入进气处直接输送到排气处的气体量所限定。
吹扫率Tx是由凸轮移位器产生的现象,其允许在进气阀9打开时延缓排气阀10的关闭,因此来自进气处的气体被直接输送到排气处。
微粒过滤器13的负载因子F通过在矩阵中内插上述两个变量而获得。该因子F介于0和1之间并定义对于给定吹扫率Tx的微粒过滤器13的结垢率。
例如,对于未结垢微粒过滤器13,计算机12确定因子F等于0。
对于结垢严重的微粒过滤器13和高吹扫率Tx,计算机12确定因子F等于0.80。
对于结垢严重的微粒过滤器13和低吹扫率Tx,计算机12确定因子F等于0.60。
点火提前校正A由计算机12在阶段100时通过负载因子F实现,其由此得出点火提前预防性校正Ap。
上述方法具有多个优点。
上述方法允许监测微粒过滤器的端部处的压差。
上述方法允许检测可控点火式内燃发动机的吹扫率。
上述方法允许根据微粒过滤器的结垢率建立点火提前预防性校正,该结垢率由微粒过滤器端部处的压差和发动机吹扫率所确定。

Claims (5)

1.一种可控点火式内燃发动机(2)的控制方法,其限定发动机转速(Nmot)、负载(R)和吹扫率(Tx)以防止在所述发动机(2)的汽缸(4)中出现爆震,所述发动机(2)包括:
-微粒过滤器(13),以及
-计算机(12),其允许根据所述发动机转速(Nmot)和所述负载(R)建立点火提前校正(A),
所述方法的特征在于,所述计算机(12)允许:
-根据在所述微粒过滤器(13)的端部处测量的压差(dP)和所述发动机(2)的所述吹扫率(Tx)来建立所述微粒过滤器(13)的负载系数(F),
-建立避免所述爆震现象所需的点火提前预防性校正(Ap),所述预防性校正在所述点火提前校正(A)乘以所述负载系数(F)的阶段(100)时计算出。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对于给定的吹扫率(Tx)而言,所述发动机(2)的所述负载系数(F)介于表示所述微粒过滤器(13)未结垢状态的0和表示所述微粒过滤器(13)已堵塞状态的1之间。
3.一种已知的计算机(12)以便通过如前述权利要求中任一项所述的发动机(2)的控制方法来操纵可控点火式内燃发动机(2)的火花塞(11)。
4.一种发动机(2),其包括至少一个火花塞(11)以及根据权利要求3所述的计算机(12)。
5.一种机动车辆(1),其包括根据权利要求4所述的发动机(2)。
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