專利名稱：一種hcci發動機失火檢測與控制方法
技術領域：
本發明涉及一種對缸內直噴式汽油HCCI發動機的燃燒狀況進行檢測與控制的方法，屬發動機技術領域。
背景技術：
為了應對節能和環保的嚴峻挑戰，近幾年來國際內燃機界廣泛開展了內燃機新燃燒技術的研究，其中均質充量壓縮燃燒技術(HCCI)以其突出的節油性能和低排放性能，成為了研究熱點之一。但HCCI燃燒受控于化學反應動力學，對混合氣的溫度、濃度和組分等因素非常敏感。尤其在小負荷狀態下，單位循環工質產生的熱量較少，使得發動機缸內熱氛圍較差，一些循環會發生失火現象，造成較高的未燃HC排放，個別循環的失火會甚至直接導致發動機熄火，因此在HCCI發動機的控制過程中必須盡可能保證每一個循環都不失火。 但目前發動機所采用的控制策略，多是采取基于工況的控制手段，即將駕駛員命令轉化為不同的工況來控制發動機。在這種控制系統中，其信息反饋環節大部分是通過標定過程來完成的，只具有統計意義上的宏觀作用，不能對發動機的瞬態工況進行實時控制，因而無法避免個別循環失火。對發動機失火的可靠檢測是控制發動機燃燒狀態的重要前提，目前有人采用發動機轉速或離子電流作為失火狀態的判斷依據，但采用發動機轉速進行失火判斷的方法在汽車加減速等瞬變工況或顛簸路面上行駛時容易失效；而采用離子電流信號進行HCCI發動機失火判斷時，由于小負荷時HCCI混合氣較稀，離子電流信號微弱，信噪比差，信號特征提取困難，難以實現產業化應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種HCCI發動機失火檢測與控制方法，以降低發動機的尾氣排放并確保HCCI發動機在小負荷狀態下穩定運行。本發明所稱問題是以下述技術方案實現的
一種HCCI發動機失火檢測與控制方法，所述方法是在HCCI發動機的每個工作循環中實時采集曲軸轉角信號和氣缸壓力信號并設置包括壓縮上止點的壓力觀測窗口，在壓力觀測窗口的終點將氣缸壓力信號在壓力觀測窗口內的積分值與失火壓力閾值相比較，當該積分值小于或等于失火壓力閾值時，ECU依次向噴油器和點火線圈發出補油信號和點火信號，在膨脹沖程內將失火氣缸內的混合氣點燃。上述HCCI發動機失火檢測與控制方法，所述壓力觀測窗口的始點設置在壓縮上止點前29 31° CA，壓力觀測窗口的終點設置在壓縮上止點后19 21° CA。上述HCCI發動機失火檢測與控制方法，噴油器的補油時刻為壓力觀測窗口終點后2° CA;點火線圈的點火時刻為噴油器的補油結束時刻后5° CA。上述HCCI發動機失火檢測與控制方法，所述失火壓力閾值通過試驗進行標定。本發明以發動機的燃燒循環為控制單位，以氣缸壓力作為失火狀態的判斷依據，通過補油和點燃方式來消除發動機失火現象，具有控制方法簡單可靠，控制精度高等優點，所述方法可有效降低HCCI發動機循環間波動，提高小負荷燃燒穩定性，拓展HCCI燃燒方式的運行范圍，提高燃油經濟性，降低由于失火導致的HC排放。
下面結合附圖對本發明作進一步詳述。圖I是本發明的控制策略示意圖。
具體實施例方式本技術方案針對缸內直噴式汽油HCCI發動機，以發動機燃燒循環為控制單位，在 壓縮上止點附近，根據發動機工況和曲軸編碼器信號(曲軸轉角信號)設置氣缸壓力信號的觀測窗口。由于發動機正常燃燒一般發生在壓縮上止點附近，使得能解釋燃燒現象的那部分缸壓信號也基本出現在上止點附近。基于缸壓信號進行反饋控制時，只需要對上止點附近窗口區域內的信號進行處理分析以獲取缸內的燃燒信息即可。根據HCCI燃燒的特點，其燃燒速度非常快，一般持續幾個或十幾個曲軸轉角。窗口區間從上止點前30° CA到上止點后20° CA是根據試驗經驗選取，已能滿足燃燒現象觀測和后續控制的需要。在HCCI發動機小負荷燃燒邊界運行時，采用循環分析手段，逐個循環實時觀測氣缸壓力信號。在當前循環觀測結束時，根據氣缸壓力信號在觀測窗口內的積分值制定失火判斷算法，控制系統認為缸內發生了失火現象時設定失火標志。控制系統根據失火標志利用直噴發動機靈活的噴油特性發出補油量、補油時刻及點火時刻指令。在補油時刻進行少量噴油，在點火時刻進行點火，實現HCCI后燃，消除失火現象，提高缸內熱氛圍，為下一循環混合氣HCCI燃燒準備條件；同時，通過當前循環排氣門打開之前的后燃減小未燃HC濃度，降低尾氣中的HC排放。本發明技術方案的詳細描述
I、本技術方案涉采用循環分析的手段，逐個循環地對HCCI燃燒狀況進行分析。通過缸壓傳感器采集氣缸壓力信號，提取壓縮上止點附近一壓力觀測窗口內的壓力積分值作為氣缸壓力特征值，作為燃燒狀態的判斷依據。2、壓力觀測窗口為可移動窗口，壓力觀測窗口始點在著火上止點前30° CA左右，壓力觀測窗口終點在壓縮上止點后20° CA左右。具體始點和終點的角度值由曲軸編碼器計數得到，跟發動機的運行工況相關，需要根據大量燃燒實驗數據的標定情況進行統計分析后確定。3、在發動機一個循環內，從排氣上止點開始，電控單元E⑶開始檢測氣缸壓力傳感器的輸出信號。從壓力觀測窗口始點開始，氣缸壓力傳感器的輸出信號輸入到氣缸壓力信號積分模塊實時進行積分運算，直到壓力觀測窗口結束時刻。計算結束后，氣缸壓力信號積分值輸入E⑶。4、失火判斷算法如下根據事先設定好的失火壓力閾值對發動機某個循環是否發生失火進行判斷。當計算得到的氣缸壓力積分值大于該閾值時，認為燃燒狀態良好；當計算得到的氣缸壓力積分值小于或等于該閾值時，認為燃燒不完全或完全沒有燃燒發生，該循環被作為失火循環處理。對于不同的發動機運行工況，需要事先對失火壓力閾值進行試驗標定，失火壓力閾值的大小根據出現失火的概率情況而定。
5、缸內直噴式汽油HCCI發動機的噴油器除了在壓縮上止點以前常規噴油外，還能保證在膨脹沖程再補噴一次燃油。點火線圈在著火上止點之前提前蓄能，并根據ECU指令在發生失火的循環膨脹沖程某時刻進行點火。6、補噴燃油的時刻取決于壓力觀測窗口的結束時間。其值在壓力觀測窗口結束時刻后2° CA。2° CA是根據控制系統的執行速度選定的，考慮了系統計算、反饋及執行器動作所花費的時間。點火時刻是在補噴燃油結束后5° CA左右。其中5° CA的延遲是考慮了補噴燃油的霧化需要一定的時間，該時間需根據發動機轉速進行適當的調整。7、發動機某個循環被判斷為失火循環時，ECU發出失火標志脈沖，同時在內部定時器中設置與點火時刻和燃油補噴時刻對應的計數數據以及補油量計數值。在膨脹沖程，ECU設置的噴油時刻到達時，產生中斷，ECU按照計數器中的補油量數據發出持續一定時間的噴油脈沖指令。當點火時刻到達時，產生中斷，ECU發出點火指令，激發混合氣發生后燃。 ·
權利要求
1.一種HCCI發動機失火檢測與控制方法，其特征是，它是在HCCI發動機的每個工作循環中實時采集曲軸轉角信號和氣缸壓力信號并設置包括壓縮上止點的壓力觀測窗口，在壓力觀測窗口的終點將氣缸壓力信號在壓力觀測窗口內的積分值與失火壓力閾值相比較，當該積分值小于或等于失火壓力閾值時，ECU依次向噴油器和點火線圈發出補油信號和點火信號，在膨脹沖程內將失火氣缸內的混合氣點燃。
2.根據權利要求I所述HCCI發動機失火檢測與控制方法，其特征是，所述壓力觀測窗口的始點設置在壓縮上止點前29 31° CA，壓力觀測窗口的終點設置在壓縮上止點后19 21° CA。
3.根據權利要求I或2所述HCCI發動機失火檢測與控制方法，其特征是，噴油器的補油時刻為壓力觀測窗口終點后2° CA ;點火線圈的點火時刻為噴油器的補油結束時刻后5。CA。
4.根據權利要求3所述HCCI發動機失火檢測與控制方法，其特征是，所述失火壓力閾值通過試驗進行標定。
全文摘要
一種HCCI發動機失火檢測與控制方法，它是在HCCI發動機的每個工作循環中實時采集曲軸轉角信號和氣缸壓力信號并設置包括壓縮上止點的壓力觀測窗口，在壓力觀測窗口的終點將氣缸壓力信號在壓力觀測窗口內的積分值與失火壓力閾值相比較，當該積分值小于或等于失火壓力閾值時，ECU依次向噴油器和點火線圈發出補油信號和點火信號，在膨脹沖程內將失火氣缸內的混合氣點燃。本發明具有控制方法簡單可靠，控制精度高等優點，可有效降低HCCI發動機循環間波動，提高小負荷燃燒穩定性，拓展HCCI燃燒方式的運行范圍，提高燃油經濟性，降低由于失火導致的HC排放。
文檔編號F02D43/00GK102817738SQ20121031608
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者張志永, 高定偉, 于文斌 申請人:長城汽車股份有限公司