CN115076007B

CN115076007B - 一种汽油机最小点火效率动态控制方法

Info

Publication number: CN115076007B
Application number: CN202210676075.6A
Authority: CN
Inventors: 张春娇; 秦龙; 鲁盼; 王冬
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2042-06-15
Also published as: CN115076007A

Abstract

本发明公开了一种汽油机最小点火效率动态控制方法，包括以下步骤：在台架上标定得到最小点火角；获取发动机未进入断油工况或者供油恢复超过第一预设时间时的最小点火角动态原始值；确定动态最小点火角理想值及其对应的最小点火效率理想值；根据动态最小点火角理想值调整最小点火角动态原始值至动态最小点火角最终值，使得动态最小点火角最终值尽可能接近动态最小点火角理想值；计算得到动态最小点火效率最终值。本发明根据整车工况优化台架标定到的最小点火效率，并对其进行动态学习，进行排温保护的前提下，尽可能降低最小点火效率，从而改善车辆驾驶性。

Description

一种汽油机最小点火效率动态控制方法

技术领域

本发明属于发动机控制领域，具体涉及一种汽油机最小点火效率动态控制方法。

背景技术

发动机控制需要设定最小点火角，最小点火角设定的目的是为了保证发动机燃烧稳定性和进行排温保护。点火角越小即点火时刻越晚，此时发动机排温越高，燃烧稳定性越差，基于发动机设计目标，会设定发动机最小点火角。而最小点火效率即为最小点火角对应的点火效率。实际的点火效率与实际的点火角的关系为：将点火效率反查点火角效率曲线，先得到当前需要修正的点火角度，将该角度作为偏移加至当前工况运行最佳点火角(最佳点火角对应的发动机扭矩更高)即可达到实际的点火效率，因此可知在任意工况下的点火效率与对应工况下的点火角是唯一对应关系。最小点火效率过大(即点火角过大，点火时刻过早)造成扭矩偏高无法快速降低，对车辆驾驶性和安全性较差，但最小点火效率过小(即点火角过小，点火时刻过晚)造成发动机燃烧稳定性较差且排气温度超限的风险。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种汽油机最小点火效率动态控制方法，根据整车工况优化台架标定到的最小点火效率，并对其进行动态学习，进行排温保护的前提下，尽可能降低最小点火效率，从而改善车辆驾驶性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种汽油机最小点火效率动态控制方法，包括以下步骤：

在台架上标定得到最小点火角；

获取发动机未进入断油工况或者供油恢复超过第一预设时间时的最小点火角动态原始值；

确定动态最小点火角理想值及其对应的最小点火效率理想值；

根据动态最小点火角理想值调整最小点火角动态原始值至动态最小点火角最终值，使得动态最小点火角最终值尽可能接近动态最小点火角理想值；

计算得到动态最小点火效率最终值。

最小点火角的标定依据为：将在发动机排温保护要求范围内和发动机燃烧稳定性允许范围内发动机允许达到的最小点火角标定为最小点火角。

在上述标定依据下，在台架上进行不同燃烧模式下最小点火角的标定；燃烧模式至少包括：发动机扫气模式、催化器起燃模式、最差允许辛烷值水平的油品燃烧模式、VVT未激活燃烧模式以及正常燃烧模式；其中，在正常燃烧模式下，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小点火角的基本值，并根据EGR率进行修正得到最小点火角；在除正常燃烧模式以外的燃烧模式下，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小点火角。

最小点火角动态原始值的计算方法为：

phi_MinSparkRaw＝phi_{MinSparkBench}×k(T_Coolant,ΔMAPi)×k(T_MAT,ΔMAP)×k_{T_Amb}×k_{T_Exh}×k_{p_Amb} (1)

式中，phi_MinSparkRaw为最小点火角动态原始值，phi_{MinSparkBench}为最小点火角，k(T_Coolant，ΔMAP)为最小点火效率动态控制的水温修正因子，k(T_MAT,ΔMAP)为最小点火效率动态控制的进气温度修正因子，k_{T_Amb}为最小点火效率动态控制的第一大气温度修正因子，k_{T_Exh}为最小点火效率动态控制的第一排气温度修正因子，k_{p_Amb}为最小点火效率动态控制的第一大气压力修正因子。

还包括最小点火角动态原始值的修正计算方法：

式中，phi_MinSparkRaw2为通过修正计算方法计算和(1)式比较后得到的最小点火角动态原始值，k(drho_Act)为最小点火效率动态控制的气量变化率修正因子，k(r_{CatalystOyxgen})为最小点火效率动态控制的催化器储氧量修正因子，k(r_AirFuelRatio)为最小点火效率动态控制的燃烧空燃比修正因子，k_{T_Amb2}为最小点火效率动态控制的第二大气温度修正因子，k_{T_Exh2}为最小点火效率动态控制的第二排气温度修正因子，k_{p_Amb2}为最小点火效率动态控制的第二大气压力修正因子；

其中，取修正计算方法和(1)式计算得到的最小点火角动态原始值的最大值作为最终的最小点火角动态原始值。

计算动态最小点火角理想值的方法为：

phi_{MinSparkSetpoint}＝phi_MinSparkRaw×(1+r_Adaption) (3)

式中，phi_{MinSparkSetpoint}为动态最小点火角理想值，r_Adaption为动态最小点火角自学习修正因子。

动态最小点火角最终值在不同工况条件下的计算方法为：

1)当实时的实际点火效率大于预设点火效率，且排温超过预设排温的0.95倍时，动态最小点火角最终值取动态最小点火角理想值；

2)当实时的实际点火效率大于预设点火效率，且排温超过预设排温的0.8倍但小于或等于0.95倍时，动态最小点火角最终值取动态最小点火角理想值；

3)当实时的实际点火效率小于或等于预设点火效率，且排温超过预设排温的0.95倍，动态最小点火角最终值取动态最小点火角理想值并维持该值达到第二预设时间，在第二预设时间后以第一预设速率减小动态最小点火角最终值，动态最小点火角最终值减小的下限为最小点火角动态原始值；

4)当实时的实际点火效率小于或等于预设点火效率，且排温超过预设排温的0.8倍但小于或等于0.95倍时，动态最小点火角最终值取动态最小点火角理想值并维持该值达到第三预设时间，在第三预设时间后以第二预设速率减小动态最小点火角最终值，动态最小点火角最终值减小的下限为最小点火角动态原始值。

当上述4种工况条件均不满足时，动态最小点火角最终值取最小点火角动态原始值。

预设点火效率为0.2，预设排温为900℃。

第一预设速率为0.005/10ms，第二预设速率为0.0003/10ms。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明根据整车工况优化台架标定到的最小点火效率，并对其进行动态学习，进行排温保护的前提下，尽可能降低最小点火效率，从而改善车辆驾驶性。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的技术方案为：一种汽油机最小点火效率控制方法。

第一步，台架上标定出最小点火角。

在台架上根据发动机排温保护要求和发动机燃烧稳定性要求，进行不同燃烧模式下最小点火角的标定，标定依据为在发动机排温保护要求范围内和发动机燃烧稳定性允许范围内发动机允许达到的最小点火角(最小点火角对应的点火时刻最晚)，设置为最小点火角。

不同燃烧模式可以有：发动机进入扫气模式工况下、催化器起燃模式下、最差允许辛烷值水平的油品下(其他模式使用的油品辛烷值可以设定为发动机允许的标准燃油，如辛烷值为95的燃油)、VVT未激活时(此时VVT相位控制未进入闭环控制)、其他正常燃烧模式下(除去以上模式下的燃烧模式)。

在发动机进入扫气模式工况或催化器起燃模式或最差允许辛烷值水平的油品或VVT未激活模式(除去以上模式下的燃烧模式)，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小点火角；

在或其他正常燃烧模式，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小基本点火角的基本值，并根据EGR率进行修正；

设置以上不同燃烧模式的原因为，为了能够针对不同工况进行不同点火角的设定，从而根据准确分级控制点火角，以最佳控制发动机的能力。至此，台架上已确定最小点火角phi_{MinSparkBench}。

在确定台架的最小点火角后进行整车上动态控制，由于整车上发动机工况瞬息万变，且随着发动机火花塞工作性能下降，发动机气缸燃烧性能下降会造成前期台架标定的最小点火角相对不准确，基于此进行整车动态控制。

第二步，确定整车下，发动机未进入断油工况下或者供油恢复超过第一预设时间T1时的最小点火角动态原始值phi_MinSparkRaw1，

phi_MinSparkRaw＝phi_{MinSparkBench}×k(T_Coolant,ΔMAP)×k(T_MAT,ΔMAP)×k_{T_Amb}×k_{T_Exh}×k_{p_Amb}

如果任一修正系数大于1代表最小点火角数值增大，点火时刻提前；如果任一修正系数小于1代表最小点火角数值减小，点火时刻推迟。

预设时间T1取决于发动机实际进气密度，在断油恢复后发动机进气量也会逐步增大，延时设置的原因即是保证发动机供油恢复正常，发动机燃烧产生的热量稳定趋势，排温控制正常，如表1。

表1

实际进气密度(mgpl)	150	300	600	1000	1400	1800
							预设时间T1(s)	122	105	88	53	35	35

其中，k(T_Coolant，ΔMAP)由发动机水温T_Coolant和进气压力差Δ_MAP共同确定，作为最小点火效率动态控制的水温修正因子，水温越高发动机出现爆震的可能性越大，且排温超限的可能性越大，因此水温越高最小点火角越小，而进气压力差Δ_MAP绝对值越大代表此时发动机运行工况越不稳定，出现排温超限的可能性越大。进气压力差Δ_MAP取最近N1次采样周期内(单个采样周期为10ms)之前(也就是从当前采样周期往之前发生的采样周期数，不包括本次采样周期)的进气压力最大值和最小值之差。N1值的确定取决于发动机转速和发动机目标进气密度(引入目标进气密度而非实际进气密度的原因是，目标进气密度代表了进气量的未来需求趋势，更能提早对排温进行预防保护)，转速越高N值越大，转速越低N1值越小，转速越高发动机出现转速波动的可能性越小，需要检测更长时间内进气压力波动情况来修正最小点火效率。在转速一定时，如果发动机目标进气密度过大，说明发动机进入气缸的气量越大，此时排气系统气量越大，出现排温超限的可能性越大，此时N1值越小。基于此，设计了采样周期N1值如表2：

表2

在进气压力波动越大，发动机燃烧做功产生的热量会越大而出现排温升高越快；水温越高，热负荷越大，出现排温超限可能越高，如表3。

表3

其中，k(T_MAT,ΔMAP)由发动机进气温度T_MAT和进气压力差Δ_MAP共同确定，作为最小点火效率动态控制的进气温度修正因子，进气温度越高发动机出现爆震的可能性越大，且排温超限的可能性越大，因此进气温度越高最小点火角越小，而进气压力差Δ_MAP绝对值越大代表此时发动机运行工况越不稳定，出现排温超限的可能性越大。进气压力差Δ_MAP取最近N2次采样周期内(单个采样周期为10ms)之前(也就是从当前采样周期往之前发生的采样周期数，不包括本次采样周期)的进气压力最大值和最小值之差。N2值的确定取决于发动机转速和发动机目标进气密度，转速越高N2值越大，转速越低N值越小，转速越高发动机出现转速波动的可能性越小，需要检测更长时间内进气压力波动情况来修正最小点火效率。在转速一定时，如果发动机目标进气密度过大，说明发动机进入气缸的气量越大，此时排气系统气量越大，出现排温超限的可能性越大，此时N2值越小。基于此，设计了采样周期N2值如表4：

表4

在进气压力波动越大，发动机燃烧做功产生的热量会越大而出现排温升高越快；进气温度越高，热负荷越大，出现排温超限可能越高，如表5。

表5

其中，k_{T_Amb}由大气温度确定，作为最小点火效率动态控制的大气温度修正因子。大气温度越高，发动机在短时间出现排温突变的可能性越大，如表6。

表6

其中，k_{T_Exh}由排气温度确定，作为最小点火效率动态控制的排气温度修正因子。排温越高，越接近排温保护温度，需要改善最小点火角以避免排温超限，如表7。

表7

其中，k_{p_Amb}由大气压力确定，作为最小点火效率动态控制的大气压力修正因子。大气压力越小，空气越稀薄，发动机燃烧能力越差，排温越容易升高越慢，如表8。

表8

第三步，确定整车下，发动机进入断油工况下或者供油恢复未超过预设时间T1时的最小点火角动态原始值phi_MinSparkRaw2，

发动机进入断油工况时，此时进入排气系统的空气量相对较多，此时排温升高的可能性更大；发动机恢复供油时间较短时，同样排气系统储氧量较大排温升高更快。

k(drho_Act)由发动机气缸实际进气密度rho_Act的变化率drho_Act确定，作为最小点火效率动态控制的气量变化率修正因子。发动机气量上升变化率越高，发动机在短时间出现排温上升突变的可能性越大，如表9。

表9

k(r_{CatalystOyxgen})由催化器的储氧量系数r_{CatalystOyxgen}确定，作为最小点火效率动态控制的催化器储氧量修正因子。催化器储氧量越高，排温上升可能性越大。催化器的储氧量系数为实时储氧量与最大储氧量的比值。催化器的储氧量系数的取值范围在0到1之间，储氧量系数越大，表明催化器储氧量越大，此时通过空燃比加浓，在催化器的氧化作用下可改善加浓造成的影响。催化器的实时储氧量与最大储氧量，均可实时获取，如表10。

表10

r_{CatalystOyxgen}	0.2	0.24	0.3	0.4	0.5	0.6	0.65	0.7	0.8
										k(r_{CatalystOyxgen})	0.978	0.981	0.987	0.992	1	1.029	1.031	1.033	1.037

k(r_AirFuelRatio)由发动机实际燃烧空燃比r_AirFuelRatio确定，作为最小点火效率动态控制的燃烧空燃比修正因子。燃烧空燃比越高，进入排气系统未燃烧的空气越多，排温上升可能性越大，如表11。

表11

r_AirFuelRatio	13.7	13.8	14	14.1	14.3	14.35	14.4	14.5	14.6
										k(r_AirFuelRatio)	0.972	0.978	0.982	0.993	1	1.012	1.021	1.026	1.031

其中，k_{T_Amb2}由大气温度确定，作为开最小点火效率动态控制的大气温度修正因子。大气温度越高，发动机在短时间出现排温突变的可能性越大，如表12。

表12

其中，k_{T_Exh2}由排气温度确定，作为最小点火效率动态控制的排气温度修正因子。排温越高，越接近排温保护温度，需要改善最小点火角以避免排温超限，如表13。

表13

其中，k_{p_Amb2}由大气压力确定，作为最小点火效率动态控制的排气温度修正因子。大气压力越小，空气越稀薄，发动机燃烧能力越差，排温越容易升高越慢，如表14。

表14

至此，整车下最小点火角动态原始值phi_MinSparkRaw已经完全确定。

S4，确定动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}和对应的最小点火效率理想值r_{MinSparkSetpoint}：

phi_{MinSparkSetpoint}＝phi_MinSparkRaw×(1+r_Adaption)

其中r_Adaption为动态最小点火角自学习修正因子，在车辆下线时，该动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption为0，并在发动机整个生命周期中不断自学习，该学习值会下电后存储在控制器的EEPROM里。后面将介绍动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption。将动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}与当前工况运行最佳点火角，并根据点火角效率曲线，即可以确定其最小点火效率理想值r_{MinSparkSetpoint}。点火效率越小，点火角越小。

S5，确定最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}，有三种情况：

实时的实际点火效率(实际点火效率不会小于最小点火效率)大于一定预设点火效率r_EffThreshold(本实例取0.2)，且排温超过预设排温(本实例取900℃)的0.95倍，说明此时点火角还未接近最小点火角，但排温仍然极高，为了预防排温超限，最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}取实时的动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}。

如果该种情况下，仍然检测到排温超限，说明当前仍然需要进一步增大最小点火角以避免后续同样工况下排温超限，则动态最小点火角自学习状态为最小点火角向上学习状态，即动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption需要增加。

实时的实际点火效率大于一定预设点火效率r_EffThreshold(本实例取0.2)，且排温不超过预设排温(本实例取900℃)的0.95倍但超过预设排温的0.8倍，说明此时排温仍然较高，为了预防排温超限，最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}取实时的动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}。

如果该种情况下，未仍然检测到排温超限，说明后续同样工况下不会造成排温超限，则动态最小点火角自学习状态为最小点火角向下学习状态，即动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption需要减小。

实时的实际点火效率不大于一定预设点火效率r_EffThreshold(本实例取0.2)，且排温超过预设排温(本实例取900℃)的0.95倍，此时最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}取实时的动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}并只维持第二预设时间T2(T2与发动机转速n有关)。在T2时间到达后，以一定速率K0(本实例为0.005曲轴角度/10ms)降低最小点火角(最小值为整车下最小点火角原始值phi_MinSparkRaw)。

如果该种情况下，仍然检测到排温超限，说明当前仍然需要进一步增大最小点火角以避免后续同样工况下排温超限，则动态最小点火角自学习状态为最小点火角向上学习状态，即动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption需要增加，如表15。

表15

实时的实际点火效率不大于一定预设点火效率r_EffThreshold(本实例取0.2)，且排温不超过预设排温(本实例取900℃)的0.95倍但超过预设排温的0.8倍，此时最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}取实时的动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}并只维持第三预设时间T3(T3与发动机转速n有关)。在T1时间到达后，以一定速率K1(本实例为0.0003/10ms)降低最小点火角(最小值为整车下最小点火角原始值phi_MinSparkRaw)。

如果该种情况下，未仍然检测到排温超限，说明后续同样工况下不会造成排温超限，则动态最小点火角自学习状态为最小点火角向下学习状态，即动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption需要减小，如表16。

表16

T2的时间大于T3，因为第三种条件比第四种条件更容易出现排温超限的风险，通过数据验证后确定了T2和T3的实例化数值。

在以上四个条件均不满足时，最终的最小点火角动态phi_{MinSparkFinal}为整车下最小点火角原始值phi_MinSparkRaw。

如果检测到上一采样周期动态最小点火角自学习状态为向上学习状态，则动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption以一定速率K2＝0.003/10ms增大；

如果检测到上一采样周期动态最小点火角自学习状态为向下学习状态，则动态最小点火角自学习修正因子r_Adaption以一定速率K3＝-0.001/10ms减小。

特别地，向上学习速率要高于向下学习速率，降低排温超限的可能发生。

以上五个工况条件的优先级越来越低，即前面条件满足后不再判断后面条件是否满足，执行前面条件下的保护控制。

至此，动态的最小点火角控制确定，根据最佳点火角和动态最小点火角和点火角效率曲线即可确定动态最小点火效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在台架上标定得到最小点火角；

计算得到动态最小点火效率最终值；

最小点火角的标定依据为：将在发动机排温保护要求范围内和发动机燃烧稳定性允许范围内发动机允许达到的最小点火角标定为最小点火角；

最小点火角动态原始值的计算方法为：

phi_MinSparkRaw＝phi_{MinSparkBench}×k(T_Coolant，ΔMAP)×k(T_MAT，ΔMAP)×k_{T_Amb}×k_{T_Exh}×k_{p_Amb}(1)

式中，phi_MinSparkRaw为最小点火角动态原始值，phi_{MinSparkBench}为最小点火角，k(T_Coolant，ΔMAP)为最小点火效率动态控制的水温修正因子，k(T_MAT，ΔMAP)为最小点火效率动态控制的进气温度修正因子，k_{T_Amb}为最小点火效率动态控制的第一大气温度修正因子，k_{T_Exh}为最小点火效率动态控制的第一排气温度修正因子，k_{p_Amb}为最小点火效率动态控制的第一大气压力修正因子；

计算动态最小点火角理想值的方法为：

phi_{MinSparkSetpoint}＝phi_MinSparkRaw×(1+r_Adaption) (3)

式中，phi_{MinSparkSetpoint}为动态最小点火角理想值，r_Adaption为动态最小点火角自学习修正因子；

根据动态最小点火角理想值phi_{MinSparkSetpoint}与最佳点火角，在点火角效率曲线中确定最小点火效率理想值r_{MinSparkSetpoint}；最佳点火角为发动机扭矩最高时对应的点火角。

2.根据权利要求1所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，在上述标定依据下，在台架上进行不同燃烧模式下最小点火角的标定；燃烧模式至少包括：发动机扫气模式、催化器起燃模式、最差允许辛烷值水平的油品燃烧模式、VVT未激活燃烧模式以及正常燃烧模式；其中，在正常燃烧模式下，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小点火角的基本值，并根据EGR率进行修正得到最小点火角；在除正常燃烧模式以外的燃烧模式下，根据发动机实时转速和进气密度来标定出最小点火角。

3.根据权利要求1所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，还包括最小点火角动态原始值的修正计算方法：

phi_MinSparkRaw2＝max[phi_{MinSparkBench}×k(drho_Act)×k(r_{CatalystOyxgen})×k(r_AirFuelRatio)×k_{T_Amb2}×k_{T_Exh2}×k_{p_Amb2}，phi_MinSparkRaw1](2)

4.根据权利要求1所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，动态最小点火角最终值在不同工况条件下的计算方法为：

5.根据权利要求4所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，当上述4种工况条件均不满足时，动态最小点火角最终值取最小点火角动态原始值。

6.根据权利要求4所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，预设点火效率为0.2，预设排温为900℃。

7.根据权利要求4所述的一种汽油机最小点火效率动态控制方法，其特征在于，第一预设速率为0.005/10ms，第二预设速率为0.0003/10ms。