CN108386289A - 一种发动机点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种发动机点火装置，其包括控制器和执行器，所述执行器用于根据控制器的命令执行点火，所述控制器用于根据发动机的喷油点火持续时间以及提前角度确定喷油和执行点火的时刻，并据此计算出相应的喷油或点火事件齿号，并当曲轴中断发生时，检测该齿是否为事件齿并执行相应的喷油或点火事件。通过台架试验验证表明：在使用本点火装置下汽车发动机运转平稳，喷油、点火控制信号准确有效，切实可行。

Description

一种发动机点火装置
技术领域
本发明涉及汽车发动机点火控制技术领域，具体涉及可以一种精准控制的发动机点火装置。
背景技术
在使用无触点甚至无分电器的电子点火***中，喷油、点火时序控制建立在对曲轴位置正确判断的基础之上，它们决定着***底层喷油器、点火线圈的动作，进而影响到发动机的正常运行。因此设计科学、有效的喷油、点火控制策略能够体现对于发动机诸多参数的精确控制，使得发动机能够始终运行在最佳工作状态并兼顾其动力性以及排放指标。
发明人以汽车发动机为研究对象，设计出了本发明的一种发动机点火装置。
发明内容
本发明针对汽车发动机，提出本发明的点火装置：
一种发动机点火装置，其包括控制器和执行器，所述执行器用于根据控制器的命令执行点火，所述控制器用于根据发动机的喷油点火持续时间以及提前角度确定喷油和执行点火的时刻，并据此计算出相应的喷油或点火事件齿号，并当曲轴中断发生时，检测该齿是否为事件齿并执行相应的喷油或点火事件。
进一步的，所述控制器按照如下方式计算出相应的喷油或点火事件齿号：
首先根据下式计算喷油脉宽对应的角度间隔：
ANGFUEL＝tpulse*ω/C；
喷油事件齿与喷油起始时刻之间的角度间隔根据下式计算：
ANGPRE＝(A-[ANGFUEL]％A-(ANGFUEL-[ANGFUEL]))
其中[]表示对变量取整，％表示对变量取余数；
以上止点齿号为依据得到喷油齿的齿号根据下式计算：
点火起始时刻到上止点的角度ANGIGN根据下式计算：
ANGIGN＝(tdwell+tadv)*ω/C
点火事件齿到点火起始时刻的角度ANGIGNPRE根据下式计算：
ANGIGNPRE＝(A-[ANGIGNPRE]％A-(ANGIGNPRE-[ANGIGNPRE]))
最终根据上止点齿号计算得到点火齿的齿号如下式：
其中A为齿轮的齿数，NCIC为发动机每个工作循环中的齿数；ω为角速度并且有ω＝A*N，单位为：deg/s，N为发动机实时转速，单位为r/min；m为上止点齿号；C为定时器每秒钟的计数值；tpulse为喷油脉宽，tdwell为点火闭合角，tadv为最佳点火提前角。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)所述控制方法能够根据曲轴信号正确判断缺齿位置进行发动机同步，并以此为基准计算各缸的喷油、点火事件齿号。
(2)所述控制方法既可用于产生汽油发动机的喷油点火信号，同时也可以用于翻译式的CNG发动机管理***。
(3)通过台架试验验证表明在该控制方法下发动机运转平稳，喷油、点火控制信号准确有效，控制策略切实可行。
附图说明
图1为喷油齿的齿号计算原理图；
图2为点火齿的齿号计算原理图；
图3为本发明的使用效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
实施例一。
曲轴位置信号是喷油点火正时的基础，一般通过安装在发动机机体上的无触点传感器来获取该信号，发动机管理***通常采用装有永久磁铁的磁电式传感器以及安装于曲轴上、由铁磁性材料制成的脉冲盘来判断曲轴当前位置及转速。本例的就提供了一种发动机点火装置，其包括控制器和执行器，所述执行器用于根据控制器的命令执行点火，所述控制器用于根据发动机的喷油点火持续时间以及提前角度确定喷油和执行点火的时刻，并据此计算出相应的喷油或点火事件齿号，并当曲轴中断发生时，检测该齿是否为事件齿并执行相应的喷油或点火事件。
进一步的，所述控制器按照如下方式计算出相应的喷油或点火事件齿号：
首先根据下式计算喷油脉宽对应的角度间隔：
ANGFUEL＝tpulse*ω/C；
喷油事件齿与喷油起始时刻之间的角度间隔根据下式计算：
ANGPRE＝(A-[ANGFUEL]％A-(ANGFUEL-[ANGFUEL]))
其中[]表示对变量取整，％表示对变量取余数；
以上止点齿号为依据得到喷油齿的齿号根据下式计算：
点火起始时刻到上止点的角度ANGIGN根据下式计算：
ANGIGN＝(tdwell+tadv)*ω/C
点火事件齿到点火起始时刻的角度ANGIGNPRE根据下式计算：
ANGIGNPRE＝(A-[ANGIGNPRE]％A-(ANGIGNPRE-[ANGIGNPRE]))
最终根据上止点齿号计算得到点火齿的齿号如下式：
其中A为齿轮的齿数，NCIC为发动机每个工作循环中的齿数；ω为角速度并且有ω＝A*N，单位为：deg/s，N为发动机实时转速，单位为r/min；m为上止点齿号；C为定时器每秒钟的计数值；tpulse为喷油脉宽，tdwell为点火闭合角，tadv为最佳点火提前角。
实施例二。
本例的发动机的脉冲盘由60个齿均匀分布，其中有两齿空缺，当脉冲盘跟随曲轴转动时，各齿切割传感器中的永久磁力线引起磁通量变化而产生交变电压，其幅值与齿盘和传感器的距离成反比。曲轴位置信号经滤波、整形后转换成幅值恒定的方波信号传送至ECU的输入捕捉模块，当主控芯片捕捉到边沿触发信号时进入中断服务程序计算曲轴当前位置及转速，判断缺齿信号进行发动机同步并根据事先计算好的事件齿号执行相应的喷油、点火事件。
由于四冲程发动机一个工作循环内，曲轴转动两周，故认为一个工作循环内的喷油、点火事件由(60-2)*2＝NCIC个事件齿来驱动。当曲轴连续转动进而不断触发软件中断服务程序时，***提供数字时间戳服务记录进入中断程序时的当前时刻值，并根据上次记录的时刻值计算出相邻两次进入中断程序之间的时间间隔，当前时间间隔大于上一次时间间隔的两倍时，认为是缺齿信号，并针对瞬态转速波动设置了相应的纠错机制。四冲程发动机的凸轮轴转速为曲轴转速的二分之一，因此每个工作循环中，曲轴转动两圈而凸轮轴只转动一圈，通过安装在凸轮轴上的霍尔式传感器所产生的凸轮轴位置信号可以区分某缸的压缩上止点和排气上止点。当凸轮轴信号和缺齿信号同时被检测到时，认为该点为压缩上止点位置，对当前齿进行编号并设置同步成功标志位。
喷油齿位置的计算方法如图1部分所示，点火齿位置的计算方法如图3第(2)部分所示：根据上止点位置减去喷油脉宽(定时器计数值)得到起始喷油位置。由于ECU在曲轴中断发生时(即曲轴信号的上升沿跳变)执行喷油点火事件函数，因此本发明中以喷油事件发生时刻的上一个正跳变沿所在齿作为喷油事件齿，同时记录该喷油事件齿到开始喷油时刻的时间间隔。对于60缺2齿的曲轴齿轮，每个发动机工作循环有NCIC(本例为116个)个齿，每一个齿对应的旋转角度为6°，则曲轴角速度与发动机转速的关系为：
ω＝6*N (1)
其中N为发动机实时转速，单位为r/min；ω为角速度，单位为(deg/s)。
在考虑发动机安装机械偏差的情况下，假定上止点齿号为m，定时器每秒钟的计数值为C，计算喷油脉宽对应的角度间隔；
为提高控制精度，通常取非整数且非6的整数倍的值用于计算角度间隔，则继续计算喷油事件齿与喷油起始时刻之间的角度间隔使用以下公式计算。
设由当前工况计算出的最佳点火提前角为tadv，根据上止点位置减去点火提前角得到点火结束时刻，再减去由线圈充能时间计算得到的点火闭合角获取点火开始时刻。以点火开始时刻的上一个正跳变沿所在齿作为点火事件齿，同时记录点火事件齿到点火开始时刻之间的时间间隔。
然后计算点火起始时刻到上止点的角度以及点火事件齿到点火起始时刻的角度，同时根据上止点齿号计算得到点火齿的位置，
当喷油点火事件未被及时执行时，可能会引起发动机失火。为避免这一情况发生，还可以引入纠错机制，其原理如下：添加跳过事件标志位并置1，事件被执行后标志位清零。在执行事件时，首先判断标志位是否为1，若标志位非1则表明事件未被执行，此时根据当前齿和目标事件齿计算出错过的齿数，并判断是否需要重新执行该事件，通过将出错事件延迟执行(一般为1～2个齿)，保证了循环内工作时序的完整性。
在本例本使用了自主研发的发动机控制单元(ECU)对喷油点火同步控制方法进行了台架试验(如图3)，通过测功机将发动机稳定在随机选择的两个工况，分别是怠速工况(节气门关闭、怠速转速1000rpm)和中等转速及负荷工况(节气门开度为30％、转速为2000rpm)，用MSO2014B混合信号示波器分别测量得到两种工况下第四缸曲轴凸轮轴位置信号以及喷油点火驱动控制信号。实验之前首先测得缺齿后最近的上止点位置与缺齿位置的角度差为108°(即18个齿)，可以得知第四缸压缩冲程上止点为第18齿(用于计算点火齿)，排气冲程上止点为第106齿(用于计算喷油齿)。实验中通过ATI VISION标定软件对ECU内部参数进行在线监测得到：怠速工况下监测得到喷油脉宽为4ms，点火闭合角为5.9ms，点火提前角为15°。点火信号结束的位置位于15和16齿之间，距离压缩冲程上止点约为2.5个齿(对应角度为15°)，点火线圈的充能时间(点火闭合角)约为6ms，喷油脉宽时间约为4ms，与实际监测的内部变量值一致，喷油结束位置与排气冲程上止点相吻合，进一步说明时序输出的合理性；节气门开度30％，在转速2000rpm工况下监测得到喷油脉宽为4.9ms，点火闭合角为5.9ms，点火提前角为24°。如图所示，点火信号结束的位置位于14齿之间，距离压缩冲程上止点约为4个齿(对应角度为24°)，点火线圈的充能时间(点火闭合角)约为6ms，喷油脉宽时间约为5ms，与实际监测的内部变量值一致，且喷油结束位置与排气冲程上止点相吻合。
分析台架实验结果可知：本发明中所设计的喷油、点火的定量和定时计算方法能够产生准确有效的控制信号，在整个实验过程中，发动机整体运行平稳，无爆震、失火等现象产生。
以上所述仅为本发明的优选实施例，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的相关技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，其中所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种发动机点火装置，其包括控制器和执行器，所述执行器用于根据控制器的命令执行点火，其特征在于，所述控制器用于根据发动机的喷油点火持续时间以及提前角度确定喷油和执行点火的时刻，并据此计算出相应的喷油或点火事件齿号，并当曲轴中断发生时，检测该齿是否为事件齿并执行相应的喷油或点火事件。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器按照如下方式计算出相应的喷油或点火事件齿号：
首先根据下式计算喷油脉宽对应的角度间隔：
ANGFUEL＝tpulse*ω/C；
喷油事件齿与喷油起始时刻之间的角度间隔根据下式计算：
ANGPRE＝(A-[ANGFUEL]％A-(ANGFUEL-[ANGFUEL]))
其中[]表示对变量取整，％表示对变量取余数；
以上止点齿号为依据得到喷油齿的齿号根据下式计算：
点火起始时刻到上止点的角度ANGIGN根据下式计算：
ANGIGN＝(tdwell+tadv)*ω/C
点火事件齿到点火起始时刻的角度ANGIGNPRE根据下式计算：
ANGIGNPRE＝(A-[ANGIGNPRE]％A-(ANGIGNPRE-[ANGIGNPRE]))
最终根据上止点齿号计算得到点火齿的齿号如下式：
其中A为齿轮的齿数，NCIC为发动机每个工作循环中的齿数；ω为角速度并且有ω＝A*N，单位为：deg/s，N为发动机实时转速，单位为r/min；m为上止点齿号；C为定时器每秒钟的计数值；tpulse为喷油脉宽，tdwell为点火闭合角，tadv为点火提前角。
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