CN102817738B - 一种hcci发动机失火检测与控制方法 - Google Patents

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一种HCCI发动机失火检测与控制方法，它是在HCCI发动机的每个工作循环中实时采集曲轴转角信号和气缸压力信号并设置包括压缩上止点的压力观测窗口，在压力观测窗口的终点将气缸压力信号在压力观测窗口内的积分值与失火压力阈值相比较，当该积分值小于或等于失火压力阈值时，ECU依次向喷油器和点火线圈发出补油信号和点火信号，在膨胀冲程内将失火气缸内的混合气点燃。本发明具有控制方法简单可靠，控制精度高等优点，可有效降低HCCI发动机循环间波动，提高小负荷燃烧稳定性，拓展HCCI燃烧方式的运行范围，提高燃油经济性，降低由于失火导致的HC排放。

Description

一种HCCI发动机失火检测与控制方法
技术领域
本发明涉及一种对缸内直喷式汽油HCCI发动机的燃烧状况进行检测与控制的方法，属发动机技术领域。
背景技术
为了应对节能和环保的严峻挑战，近几年来国际内燃机界广泛开展了内燃机新燃烧技术的研究，其中均质充量压缩燃烧技术（HCCI）以其突出的节油性能和低排放性能，成为了研究热点之一。但HCCI燃烧受控于化学反应动力学，对混合气的温度、浓度和组分等因素非常敏感。尤其在小负荷状态下，单位循环工质产生的热量较少，使得发动机缸内热氛围较差，一些循环会发生失火现象，造成较高的未燃HC排放，个别循环的失火会甚至直接导致发动机熄火，因此在HCCI发动机的控制过程中必须尽可能保证每一个循环都不失火。但目前发动机所采用的控制策略，多是采取基于工况的控制手段，即将驾驶员命令转化为不同的工况来控制发动机。在这种控制***中，其信息反馈环节大部分是通过标定过程来完成的，只具有统计意义上的宏观作用，不能对发动机的瞬态工况进行实时控制，因而无法避免个别循环失火。
对发动机失火的可靠检测是控制发动机燃烧状态的重要前提，目前有人采用发动机转速或离子电流作为失火状态的判断依据，但采用发动机转速进行失火判断的方法在汽车加减速等瞬变工况或颠簸路面上行驶时容易失效；而采用离子电流信号进行HCCI发动机失火判断时，由于小负荷时HCCI混合气较稀，离子电流信号微弱，信噪比差，信号特征提取困难，难以实现产业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种HCCI发动机失火检测与控制方法，以降低发动机的尾气排放并确保HCCI发动机在小负荷状态下稳定运行。
本发明所称问题是以下述技术方案实现的：
一种HCCI发动机失火检测与控制方法，所述方法是在HCCI发动机的每个工作循环中实时采集曲轴转角信号和气缸压力信号并设置包括压缩上止点的压力观测窗口，在压力观测窗口的终点将气缸压力信号在压力观测窗口内的积分值与失火压力阈值相比较，当该积分值小于或等于失火压力阈值时，ECU依次向喷油器和点火线圈发出补油信号和点火信号，在膨胀冲程内将失火气缸内的混合气点燃。
上述HCCI发动机失火检测与控制方法，所述压力观测窗口的始点设置在压缩上止点前29～31°CA，压力观测窗口的终点设置在压缩上止点后19～21°CA。
上述HCCI发动机失火检测与控制方法，喷油器的补油时刻为压力观测窗口终点后2°CA；点火线圈的点火时刻为喷油器的补油结束时刻后5°CA。
上述HCCI发动机失火检测与控制方法，所述失火压力阈值通过试验进行标定。
本发明以发动机的燃烧循环为控制单位，以气缸压力作为失火状态的判断依据，通过补油和点燃方式来消除发动机失火现象，具有控制方法简单可靠，控制精度高等优点，所述方法可有效降低HCCI发动机循环间波动，提高小负荷燃烧稳定性，拓展HCCI燃烧方式的运行范围，提高燃油经济性，降低由于失火导致的HC排放。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明的控制策略示意图。
具体实施方式
本技术方案针对缸内直喷式汽油HCCI发动机，以发动机燃烧循环为控制单位，在压缩上止点附近，根据发动机工况和曲轴编码器信号（曲轴转角信号）设置气缸压力信号的观测窗口。由于发动机正常燃烧一般发生在压缩上止点附近，使得能解释燃烧现象的那部分缸压信号也基本出现在上止点附近。基于缸压信号进行反馈控制时，只需要对上止点附近窗口区域内的信号进行处理分析以获取缸内的燃烧信息即可。根据HCCI燃烧的特点，其燃烧速度非常快，一般持续几个或十几个曲轴转角。窗口区间从上止点前30°CA到上止点后20°CA是根据试验经验选取，已能满足燃烧现象观测和后续控制的需要。在HCCI发动机小负荷燃烧边界运行时，采用循环分析手段，逐个循环实时观测气缸压力信号。在当前循环观测结束时，根据气缸压力信号在观测窗口内的积分值制定失火判断算法，控制***认为缸内发生了失火现象时设定失火标志。控制***根据失火标志利用直喷发动机灵活的喷油特性发出补油量、补油时刻及点火时刻指令。在补油时刻进行少量喷油，在点火时刻进行点火，实现HCCI后燃，消除失火现象，提高缸内热氛围，为下一循环混合气HCCI燃烧准备条件；同时，通过当前循环排气门打开之前的后燃减小未燃HC浓度，降低尾气中的HC排放。
本发明技术方案的详细描述：
1、本技术方案涉采用循环分析的手段，逐个循环地对HCCI燃烧状况进行分析。通过缸压传感器采集气缸压力信号，提取压缩上止点附近一压力观测窗口内的压力积分值作为气缸压力特征值，作为燃烧状态的判断依据。
2、压力观测窗口为可移动窗口，压力观测窗口始点在着火上止点前30°CA左右，压力观测窗口终点在压缩上止点后20°CA左右。具体始点和终点的角度值由曲轴编码器计数得到，跟发动机的运行工况相关，需要根据大量燃烧实验数据的标定情况进行统计分析后确定。
3、在发动机一个循环内，从排气上止点开始，电控单元ECU开始检测气缸压力传感器的输出信号。从压力观测窗口始点开始，气缸压力传感器的输出信号输入到气缸压力信号积分模块实时进行积分运算，直到压力观测窗口结束时刻。计算结束后，气缸压力信号积分值输入ECU。
4、失火判断算法如下：根据事先设定好的失火压力阈值对发动机某个循环是否发生失火进行判断。当计算得到的气缸压力积分值大于该阈值时，认为燃烧状态良好；当计算得到的气缸压力积分值小于或等于该阈值时，认为燃烧不完全或完全没有燃烧发生，该循环被作为失火循环处理。对于不同的发动机运行工况，需要事先对失火压力阈值进行试验标定，失火压力阈值的大小根据出现失火的概率情况而定。
5、缸内直喷式汽油HCCI发动机的喷油器除了在压缩上止点以前常规喷油外，还能保证在膨胀冲程再补喷一次燃油。点火线圈在着火上止点之前提前蓄能，并根据ECU指令在发生失火的循环膨胀冲程某时刻进行点火。
6、补喷燃油的时刻取决于压力观测窗口的结束时间。其值在压力观测窗口结束时刻后2°CA。2°CA是根据控制***的执行速度选定的，考虑了***计算、反馈及执行器动作所花费的时间。点火时刻是在补喷燃油结束后5°CA左右。其中5°CA的延迟是考虑了补喷燃油的雾化需要一定的时间，该时间需根据发动机转速进行适当的调整。
7、发动机某个循环被判断为失火循环时，ECU发出失火标志脉冲，同时在内部定时器中设置与点火时刻和燃油补喷时刻对应的计数数据以及补油量计数值。在膨胀冲程，ECU设置的喷油时刻到达时，产生中断，ECU按照计数器中的补油量数据发出持续一定时间的喷油脉冲指令。当点火时刻到达时，产生中断，ECU发出点火指令，激发混合气发生后燃。

Claims (2)

1.一种HCCI发动机失火检测与控制方法，其特征是，它是在HCCI发动机的每个工作循环中实时采集曲轴转角信号和气缸压力信号并设置包括压缩上止点的压力观测窗口，在压力观测窗口的终点将气缸压力信号在压力观测窗口内的积分值与失火压力阈值相比较，当该积分值小于或等于失火压力阈值时，ECU依次向喷油器和点火线圈发出补油信号和点火信号，在膨胀冲程内将失火气缸内的混合气点燃；在点火时刻进行点火，实现HCCI后燃，消除失火现象，提高缸内热氛围，为下一循环混合气HCCI燃烧准备条件；同时，通过当前循环排气门打开之前的后燃减小未燃HC浓度，降低尾气中的HC排放；
所述压力观测窗口的始点设置在压缩上止点前29～31°CA，压力观测窗口的终点设置在压缩上止点后19～21°CA，压力观测窗口为可移动窗口；
喷油器的补油时刻为压力观测窗口终点后2°CA；点火线圈的点火时刻为喷油器的补油结束时刻后5°CA。
2.根据权利要求1所述HCCI发动机失火检测与控制方法，其特征是，所述失火压力阈值通过试验进行标定。
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