CN113187642B - 基于发动机燃空比请求的点火控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于发动机燃空比请求的点火控制系统，发动机燃烧工况识别模块判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设发动机转速且怠速闭环控制中气路扭矩低于预设扭矩；发动机燃烧工况识别模块判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态；发动机燃烧工况识别模块判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态；点火角控制模块在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。利用本发明进行的点火控制可同时满足发动机燃烧的经济性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机控制技术领域，具体地指一种基于发动机燃空比请求的点火控制系统及方法。
背景技术
随着发动机各性能要求越来越高，不仅仅要考虑动力性、经济性、排放，同时也要保证车辆驾驶性，平顺性，这是一个权衡仲裁的过程。在催化器进行劣化诊断，改善排放等为目的的控制催化器内清氧和储氧，以及催化器起燃过程中均会进行燃空比主动控制，此时发动机燃烧并非在最佳的燃空比内，会造成发动机燃烧稳定性变差，从而影响发动机转速波动，特别是在怠速工况下，会造成客户抱怨。
在基于催化器请求燃空比变化时，进行点火角控制调整，能快速应对发动机抖动。但是点火角调整过大，会造成燃油经济性差。中国专利申请CN103114951A公开了一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，包括：设定基础点火提前角后，通过对发动机进出水温度、发动机进气温度、发动机燃空比、汽车的海拔高度、废气再循环率、可变气门正时开度、喷射模式和爆震控制进行逻辑运算，综合考虑各因素对点火提前角的影响，不论发动机在任何工况、环境下始终将发动机的点火提前角控制在最佳时刻。具体地，根据发动机进出水温度对基础点火提前角进行修正，当进出水温度比较低时，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时增大点火提前角；当发动机进出水温度过高时，燃烧室中油气混合在压缩完成后的温度也会过高，发动机的爆震倾向较强，此时减小点火提前角；根据发动机燃空比对基础点火提前角进行修正，当发动机运行在较浓的燃空比下时，由于较浓的燃空比对发动机燃烧室具有冷却效果可降低燃烧室内的温度，发动机的爆震倾向将减弱，此时增大点火提前角；但是随着燃空比的逐渐变稀，对燃烧的冷却效果将减弱，发动机的爆震倾向将增强，此时减小点火提前角。
上述中国专利申请通过多种因素综合考虑，旨在确保不论发动机在任何工况、环境下始终将发动机的点火提前角控制在最佳时刻。但是，在发动机燃烧不稳定的工况下，即便发动机点火角最优，也无法继续提前点火而改善发动机燃烧稳定性，并且此时如果通过发动机扭矩调节来调整点火角，可能会造成系统控制的迟滞，仍然会造成发动机抖动。
也就是说，上述中国专利申请仅仅考虑发动机的燃烧经济性，而未考虑到发动机燃烧的稳定性。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于发动机燃空比请求的点火控制系统及方法，利用本发明进行的点火控制可同时满足发动机燃烧的经济性和稳定性。
为实现此目的，本发明所设计的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：它包括发动机燃烧工况识别模块和点火角控制模块；
发动机燃烧工况识别模块用于判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设发动机转速且气路扭矩低于预设扭矩，若是，则不激活怠速闭环控制，若否，则激活怠速闭环控制；
发动机燃烧工况识别模块用于判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态；
发动机燃烧工况识别模块用于判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态；
点火角控制模块用于在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。
本发明在催化器请求燃空比控制时，根据燃空比请求目标值和发动机水温，进行点火效率的调整，为了维持发动机扭矩的稳定性，系统会提高气量，从而提高发动机转速的稳定性。本发明改善了系统燃油系统控制和点火系统联合控制的配合控制精度，从发动机NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)和舒适性角度提高了驾驶感受。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中点火控制方法逻辑图；
其中，1—发动机燃烧工况识别模块、2—点火角控制模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
一般情况下，发动机点火角在最优时有利于改善燃油经济性、排放和动力性，但是在发动机燃烧可能不稳定时，即便发动机点火角最优，也无法继续提前点火而改善发动机燃烧稳定性，而且此时如果通过发动机扭矩调节来调整点火角，可能会造成系统控制的迟滞，仍然会造成发动机抖动，因此有必要在燃烧稳定性较差的工况下，直接进行点火角的控制，从而快速应对抖动。
本发明针对发动机处于燃烧不稳定工况下，即发动机满足怠速闭环控制、处于基于催化器请求的燃空比控制和不处于催化器请求的点火效率控制的条件下，同时考虑燃空比的当量比和发动机水温，进行点火效率的调整，从而进行最终点火角的控制，平衡发动机燃油的经济性和稳定性。
本发明的具体方案，如图1和2所示，它包括发动机燃烧工况识别模块1和点火角控制模块2；
发动机燃烧工况识别模块1用于判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设转速(本实例取50rpm)且气路扭矩低于预设扭矩(本实例取8Nm)，若是，则不激活怠速闭环控制，若否，则激活怠速闭环控制，具体地，气路扭矩低于预设扭矩，气量请求过小，此时发动机转速平稳；发动机实际转速超过目标怠速的预设转速，实际转速过高，且发动机请求气量较小时(气路扭矩小则请求气量小，根据气量扭矩的请求获取请求的气量大小，本实例请求气量扭矩低于8Nm时(即预设扭矩)，则请求气量小)，转速不用闭环控制。转速差高无需闭环调节(实际转速与目标转速的差)，无需闭环控制转速，仅仅是实际转速接近目标转速或实际转速低于目标转速或实际转速低于目标转速时，才进入怠速闭环控制。
发动机燃烧工况识别模块1用于判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态，如根据催化器劣化诊断请求激活、催化器清氧储氧控制、催化器加热控制而请求的燃空比控制；调节燃空比的催化器控制方式详见专利号为2014107079090的中国专利《一种发动机催化器劣化诊断方法》、202010619743.2《一种汽油发动机催化器清氧的控制方法》和专利号为202010621851.3的中国专利《一种利用发动机空燃比加速催化器起燃过程的方法》。
发动机燃烧工况识别模块1用于判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态，催化器加热请求的点火效率控制激活时，此时会调节点火角，如果此时继续主动调控发动机点火效率，会基于一个目的而重复调节点火角，属于控制技术错误，详见专利号为202010274996.0的中国专利《一种利用发动机点火效率加速催化器起燃过程的方法》；
点火角控制模块2用于在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。
上述技术方案中，对于汽油机的控制，基于汽油机的控制目标，主要分为火路扭矩的控制、气路扭矩的控制和基于气路扭矩的喷油控制，实现目标要求的动力性，经济性，排放等。火路扭矩是指通过点火提前角的改变来实现输出扭矩的变化，而气路扭矩是指通过进气量的改变来实现输出扭矩的变化，因此扭矩的变化可以通过进气量或者点火提前角来调节。
上述技术方案中，所述点火角控制模块2用于计算当量燃空比FEQRReq，FEQRReq为理想燃空比与实际请求燃空比之比，表征燃空比的请求输入，燃空比为燃油质量与新鲜空气质量之比，因此FEQRReq小于1代表请求新鲜空气相对燃油偏多，FEQRReq大于1代表请求燃油相对新鲜空气偏多，FEQRReq等于1代表此时请求燃空比等于理想的燃空比。理想的燃空比由燃油油品决定，本实施例的燃油油品理想燃空比为1/14.3。
要考虑到如果基于当前实时当量比FEQRReq进行点火效率的调整，会迅速造成扭矩的波动，最终通过试验选择将实时当量燃空比FEQRReq之前的第N次采样的当量燃空比FEQRReq(N)作为点火效率调整的燃空比请求(假设实时当量燃空比FEQRReq前五个值等于1.1、0.8、0.9、1、1，如果N取5，则FEQRReq(N)为1.1)。
所述点火角控制模块2利用FEQRReq(N)和发动机水温确定基于催化器燃空比请求的点火效率系数r_FEQR_EFF，FEQRReq(N)和发动机水温与点火效率系数r_FEQR_EFF的对应关系见表1；
表1：
所述点火角控制模块2将未进行燃空比请求的点火控制时最佳的点火效率r_raw乘以点火效率系数r_FEQR_EFF，作为最终的点火效率，利用最终的点火效率反查点火角效率曲线得到当前最终的点火角。
上述技术方案中，每次采样间隔周期角度为720°的曲轴角度除以发动机缸数，发动机转2圈(即曲轴旋转720°)发动机所有的缸号均完成一次喷油和点火。
上述技术方案中，所述N由发动机转速确定，在发动机怠速闭环控制过程中，通过固定不同发动机转速，来确定N的取值。在基于燃空比请求的点火控制请求时，实时当量燃空比FEQRReq之前的第N次采样对发动机扭矩的波动干扰不超过±3Nm，且对发动机转速波动干扰不超过±20rpm，N与发动机转速之间的关系见表2。
表2：
上述技术方案中，所述激活怠速闭环控制为根据目标转速和实际转速进行闭环PID(比例P、积分I和微分D)控制，使得实际转速跟随目标转速。
本发明当发动机处于燃烧不稳定工况下，即发动机满足怠速闭环控制、处于基于催化器请求的燃空比控制和不处于催化器请求的点火效率控制的条件下，同时考虑燃空比的当量比和发动机水温，进行点火效率的调整，从而进行最终点火角的控制，平衡发动机燃烧的经济性和稳定性。
一种基于发动机燃空比请求的点火控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设转速且气路扭矩低于预设扭矩，若是，则不激活怠速闭环控制，若否，则激活怠速闭环控制；
判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态；
判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态；
步骤2：在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。
本发明仅在判断发动机处于燃烧不稳定的工况下，才进行点火控制，并且综合考虑燃空比的请求输入和发动机水温，以确定发动机点火效率，最终得到发动机的点火角。此时，发动机的点火角可同时满足发动机燃烧的经济性和稳定性。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：它包括发动机燃烧工况识别模块(1)和点火角控制模块(2)；
发动机燃烧工况识别模块(1)用于判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设转速且气路扭矩低于预设扭矩，若是，则不激活怠速闭环控制，若否，则激活怠速闭环控制；
发动机燃烧工况识别模块(1)用于判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态；
发动机燃烧工况识别模块(1)用于判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态；
点火角控制模块(2)用于在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。
2.根据权利要求1所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：所述点火角控制模块(2)用于计算当量燃空比FEQRReq，当量燃空比FEQRReq为理想燃空比与实际请求燃空比之比，点火角控制模块(2)将实时当量燃空比FEQRReq之前的第N次采样的当量燃空比FEQRReq(N)作为点火效率调整的燃空比请求。
3.根据权利要求2所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：所述点火角控制模块(2)利用第N次采样的当量燃空比FEQRReq(N)和发动机水温确定基于催化器燃空比请求的点火效率系数r_FEQR_EFF。
4.根据权利要求3所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：所述点火角控制模块(2)将未进行燃空比请求的点火控制时最佳的点火效率r_raw乘以点火效率系数r_FEQR_EFF，作为最终的点火效率。
5.根据权利要求4所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：利用最终的点火效率反查点火角效率曲线得到当前最终的点火角。
6.根据权利要求2所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：每次采样间隔周期角度为720°的曲轴角度除以发动机缸数。
7.根据权利要求2所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：采样次数N由发动机转速确定，在发动机怠速闭环控制过程中，通过固定不同发动机转速，来确定采样次数N的取值。
8.根据权利要求7所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：在基于燃空比请求的点火控制请求时，实时当量燃空比FEQRReq之前的第N次采样对发动机扭矩的波动干扰不超过±3Nm，且对发动机转速波动干扰不超过±20rpm。
9.根据权利要求1所述的基于发动机燃空比请求的点火控制系统，其特征在于：所述激活怠速闭环控制为根据目标转速和实际转速进行闭环PID控制，使得实际转速跟随目标转速。
10.一种基于发动机燃空比请求的点火控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：判断发动机是否满足实际转速与目标转速的差超过预设转速且气路扭矩低于预设扭矩，若是，则不激活怠速闭环控制，若否，则激活怠速闭环控制；
判断发动机是否处于基于催化器请求的燃空比控制状态；
判断发动机是否处于催化器请求的点火效率控制状态；
步骤2：在发动机激活怠速闭环控制，且发动机处于基于催化器请求的燃空比控制状态，同时发动机不处于催化器请求的点火效率控制状态时进行点火角调整控制。
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