CN118066032A - 一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，属于内燃机控制技术领域,通过缸压计算出放热率，放热率求导数的方法，可计算出正常燃烧程度和不正常燃烧起点这两个判断参数。判断正常燃烧程度以及不正常燃烧起点的阈值为预先设定值，如果不正常燃烧程度大于设定值，则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，并进行下一次测量。当不正常燃烧程度小于阈值时，继续判断燃烧的不正常起点。若不正常燃烧起点早于设定值，则推迟点火提前角，并进行下一次测量。在同时满足这两个条件的情况下，结束该工况点的标定，解决了主动预燃室发动机的异常燃烧无法较好的控制的问题。

Description

一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法

技术领域

本发明属于内燃机控制技术领域，具体涉及一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，主动预燃室成为点燃式内燃机的一个发展趋势。预燃室的设计使得燃烧更为充分，提高了燃烧效率，减少了尾气排放。预燃室能够提供更好的混合气体和燃烧控制，从而提高了汽车的燃油经济性和动力性能。然而，预燃室的引入也带来了一个问题，即容易发生异常燃烧。

异常燃烧是指混合气体在缸内被压缩时突然自燃，产生异常高压力和温度，对发动机造成损害。预燃室使得燃烧过程更为复杂，当燃烧过于快速或出现异常情况时，就容易引发异常燃烧。异常燃烧对发动机的损害严重，并可能导致发动机故障。

在实际的使用过程中，预燃室发动机仍然存在一定的问题，经过实验的对比验证表明，由于预燃室的存在，在预燃室的喷孔处会出现局部热点。与此同时，预燃室发动机通常采用更高的压缩比，这些局部热点会导致表面点火现象的发生。这一现象不仅会降低发动机的热效率，同时还会造成发动机的机械结构损坏，而检测燃烧正常与否的方式一般为采用光学方法，虽然能够更为准确地观察燃烧的过程，但是在发动机实际标定的过程中，难以实现大规模应用。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，预燃室和与其相通的主燃烧室及检测其缸内压力的测压装置，步骤1，根据具有预燃室发动机的基本参数，以及当前所处的工况；

步骤2，通过测压装置实时采集缸压数据，并通过测压装置与角标相配合使用得到的缸压-曲轴转角关系曲线；

步骤3，根据公式，通过发动机的缸压数据，发动机处理器计算出发动机的实时放热率，然后对放热率进行求导，以计算出正常燃烧程度和不正常燃烧起点，其中HRR为发动机的放热率， p为气缸内压力，θ为曲轴转角，γ为热容比，V为气缸容积；

步骤4，如果不正常燃烧程度大于设定值，则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，喷油时刻推迟，在完成调整后，进行下一次测量，直到满足条件；不正常燃烧程度小于阈值，即步骤3中的正常燃烧程度，则继续判断燃烧的不正常起点，若不正常燃烧起点早于设定值，则推迟点火提前角，并进行下一次测量；

步骤5，在同时满足不正常燃烧程度小于设定值和不正常燃烧起点晚于设定值这两个条件的情况下，结束该工况点的标定。

优选的，步骤4中：如果不正常燃烧程度大于设定值，其设定值为步骤3中的正常燃烧程度，则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，喷油时刻推迟，且喷油时刻最晚为上止点前140度曲轴转角。

优选的，步骤4中：若不正常燃烧起点早于设定值，其设定值为步骤3中的不正常燃烧起点，则推迟点火提前角，每次调整0.2度曲轴转角，并进行下一次测量。

优选的，在采集缸压数据时，通过测压装置与角标相配合使用得到的缸压-曲轴转角关系曲线，为保证准确性，以及后续计算的展开，曲轴转角间距不得大于0.05度曲轴转角。

优选的，对放热率进行求导后，得到放热率一阶导数最大峰值对应的曲轴转角定义为不正常燃烧起点，从点火时刻到一阶导数最大峰值的曲轴转角范围定义为正常燃烧持续角，正常燃烧持续角在整个燃烧持续期所占的比例定义为正常燃烧程度。

优选的，步骤1中根据具有预燃室发动机的基本参数：缸径，行程，压缩比等，以及发动机当前工况，包括转速与负荷，确认初始值，初始值包括：初始点火提前角、初始预燃室喷油时刻与喷油量、初始的主燃烧室喷射时刻与喷油量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所描述的主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，在预燃室发动机设计以及标定实验的过程中，为优化设计提供依据，避免出现异常燃烧，并且可以根据控制目标的不同，结合外部条件等因素，设计的阈值可以进行自行调整，以此做到对具有主动式预燃室发动机的异常燃烧检测与控制，提高预燃室的性能和稳定性。

附图说明

图1为本发明的主动预燃室发动机的结构剖切示意图；

图2为本发明的发动机工作过程中的缸压曲线图；

图3为本发明的发动机工作过程中的放热曲线图；

图4为本发明的异常燃烧的控制方法流程图；

图中：1、预燃室喷油器；2、火花塞；3、排气门；4、排气管；5、预燃室喷孔；6、活塞；7、预燃室；8、进气道；9、进气道喷油器；10、进气门；11、主燃烧室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

由于预燃室发动机的燃烧速度快，并且主燃烧室内采用均质燃烧模式，所以不能够采用多次喷射来实现燃烧速率的控制。在燃烧过程中不能够继续喷油，所以只能在燃烧开始之前对燃烧进行控制。由于这种发动机具有主燃烧室与预燃室两个燃烧室，预燃室能先产生燃烧，火焰通过喷孔进入到主燃烧室内，引燃混合气。所以可以通过调整预燃室内的喷油量，进而调整预燃室引燃主燃烧室内混合气的能量，实现对燃烧强度与速率的控制。

如图1所示，发动机具有进气道喷油器9和预燃室喷油器1两组喷油机构，大部分燃料通过进气道喷油器9从进气道8中喷射进入主燃烧室11，其中进气门10将外界空气导入进气道8中与燃料一同进入缸内主燃烧室11，形成混合气，而少部分燃料在预燃室7内进行喷射，在预燃室7喷射一定的燃料后，通过火花塞2进行点火，在预燃室内先形成燃烧，火焰从预燃室喷孔5中喷出，点燃主燃烧室11内的混合气，使得活塞6开始运转，同时主燃烧室11内的气体也会随着活塞6而通过排气门3和排气管4排出主燃烧室11。

这种点火方式的点火能量大，能更好的实现发动机稀薄燃烧。但是过大的点火能量会造成预燃室喷孔5附近形成一个高温区域，该区域很容易造成表面点火。同时，火焰在预燃室7内形成或，在通过预燃室喷孔5进入到主燃烧室11的过程中，火焰的形态难以判断，造成了发动机主燃烧室11内的点火实际能量不能得到很好的计算。所以，需要对发动机的燃烧进行检测，并根据检测结果进行调整，实现发动机的有效控制。

在采集缸压数据时，通过测压装置与角标相配合使用得到的缸压-曲轴转角关系曲线，为保证准确性，以及后续计算的展开，曲轴转角间距不得大于0.05度曲轴转角，其中测压装置为缸压传感器。

如图2所示，缸压曲线上并不能直接看到异常燃烧的情况。但是，可以根据公式（1），通过发动机的缸压数据，计算出发动机的放热率。

(1)；

其中，HRR为发动机的放热率， p为气缸内压力，θ为曲轴转角，γ为热容比，V为气缸容积。

如图3所示，发动机的放热曲线有着明显的弯曲位置，这表明发动机的燃烧速度突然变快，是一种不正常的燃烧现象。在实际的标定过程中，应通过调整喷油与点火参数，以避免这种现象的出现。所以，得到燃烧加速现象出现的相位至关重要。

如图3所示，在对放热率进行求导后，得到放热率的导数曲线。该曲线呈现波动的，特别是在燃烧突然加速的相位附近。将放热率进行求导后得出的一阶导数最大峰值对应的曲轴转角定义为不正常燃烧起点，从点火时刻到一阶导数最大峰值的曲轴转角范围定义为正常燃烧持续角，正常燃烧持续角在整个燃烧持续期所占的比例定义为正常燃烧程度。

如图4所示，这是一个应用实例中控制方法的流程图。在具体实施案例中，发动机处于一定的转速和负荷下（1350rpm，扭矩140N·m）。后续的实施方案，只针对当前的发动机工况，在其他工况下，具体调整参数需根据实际情况而定。在发动机标定过程中，采用此方法对发动机预燃室和主燃烧室的喷油量以及点火提前角进行标定，以减少不正常燃烧现象的发生。具体的实施方法如下：

（1）初始值设定，本案例中，设定初始点火提前角为5度曲轴转角，预燃室喷油时刻为上止点前240度曲轴转角，预燃室喷油量为总喷油量的5%。

（2）数据预处理，在初始设定条件下，采集缸压数据，得到缸压-曲轴转角数据。根据采集到的缸压数据，结合公式（1）计算发动机的放热率。然后对放热率进行求导，以计算出正常燃烧程度和不正常燃烧起点。

（3）判断与调整，如果不正常燃烧程度大于设定值（本案例中为60%），则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，喷油时刻推迟，喷油时刻最晚为上止点前140度曲轴转角。喷射量与喷油时刻的关系如下表1所示。在完成调整后，进行下一次测量，直到满足该条件（不正常燃烧程度小于阈值），继续判断燃烧的不正常起点。

表1

若不正常燃烧起点早于设定值，则推迟点火提前角，每次调整0.2度曲轴转角，并进行下一次测量。

在同时满足不正常燃烧程度小于设定值和不正常燃烧起点晚于设定值这两个条件的情况下，结束该工况点的标定。

在此方法中，判断正常燃烧程度以及不正常燃烧起点的阈值为预先设定值，可根据控制目标以及发动机实际工作情况进行调整。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，包括预燃室（7）和与其相通的主燃烧室（11）及检测其缸内压力的测压装置，其特征在于：步骤1，根据具有预燃室发动机的基本参数确认初始值；

步骤2，通过测压装置实时采集缸压数据，并通过测压装置与角标相配合使用得到的缸压-曲轴转角关系曲线；

步骤3，根据公式，其中HRR为发动机的放热率， p为气缸内压力，θ为曲轴转角，γ为热容比，V为气缸容积，通过发动机的缸压数据，发动机处理器计算出发动机的实时放热率，然后对放热率进行求导，以计算出正常燃烧程度和不正常燃烧起点；

步骤4，如果不正常燃烧程度大于设定值，则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，喷油时刻推迟，在完成调整后，进行下一次测量，直到满足条件；不正常燃烧程度小于阈值，即步骤3中的正常燃烧程度，则继续判断燃烧的不正常起点，若不正常燃烧起点早于设定值，则推迟点火提前角，并进行下一次测量；

步骤5，在同时满足不正常燃烧程度小于设定值和不正常燃烧起点晚于设定值这两个条件的情况下，结束该工况点的标定。

2.根据权利要求1所述的一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，其特征在于：所述步骤4中：如果不正常燃烧程度大于设定值，其设定值为步骤3中的正常燃烧程度，则调整预燃室的喷油量与喷油时刻，喷油时刻推迟，且喷油时刻最晚为上止点前140度曲轴转角。

3.根据权利要求1所述的一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，其特征在于：所述步骤4中：若不正常燃烧起点早于设定值，其设定值为步骤3中的不正常燃烧起点，则推迟点火提前角，每次调整0.2度曲轴转角，并进行下一次测量。

4.根据权利要求1所述的一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，其特征在于：在采集缸压数据时，通过测压装置与角标相配合使用得到的缸压-曲轴转角关系曲线，为保证准确性，以及后续计算的展开，曲轴转角间距不得大于0.05度曲轴转角。

5.根据权利要求1所述的一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，其特征在于：对放热率进行求导后，得到放热率一阶导数最大峰值对应的曲轴转角定义为不正常燃烧起点，从点火时刻到一阶导数最大峰值的曲轴转角范围定义为正常燃烧持续角，正常燃烧持续角在整个燃烧持续期所占的比例定义为正常燃烧程度。

6.根据权利要求1所述的一种主动预燃室发动机的异常燃烧的控制方法，其特征在于：所述步骤1中根据具有预燃室发动机的基本参数：缸径，行程，压缩比等，以及发动机当前工况，包括转速与负荷，确认初始值，初始值包括：初始点火提前角、初始预燃室喷油时刻与喷油量、初始的主燃烧室喷射时刻与喷油量。