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一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法

阅读：754发布：2021-02-26

IPRDB可以提供一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，属于内燃机技术领域。包括以下步骤：爆震传感器检测发动机燃烧时的震动信号；ECU根据爆震传感器震动信号进行积分计算得到爆震强度值；在ECU程序中设定KI_i的目标值、上限值和下限值。当某缸的爆震强度高于KI_max时，增加该缸缸内二次喷射的喷油比例，使得燃烧相位推迟；当该缸爆震强度值低于KI_min时，减小该缸缸内二次喷射的喷油比例，使得燃烧相位提前。如此基于爆震传感器信号闭环控制KI_i值则可保证HCCI燃烧稳定在接近爆震而不发生爆震的状态，同时HCCI燃烧也不发生失火，解决了汽油HCCI发动机着火控制难度大的问题，同时燃烧控制方法基于爆震传感器，较缸压传感器成本低、可靠性高。，下面是一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

爆震传感器检测发动机燃烧时的震动信号；

HCCI燃烧发生爆震时，爆震信号传感器产生电压信号出现强烈锯齿波，ECU根据发动机发火顺序将将此电压波形在-20℃A ATDC～20℃A ATDC曲轴转角范围内取绝对值积分得到各缸KI_i值；在程序中设定KI_i的目标值KI_0、上限值KI_max和下限值KI_min；

当某缸的爆震强度KI_i高于KI_max时，增加该缸缸内第二次喷射I2的喷油比例，即增大第二次喷射油量I2，减少第一次喷射油量I1，使得燃烧相位推迟，从而爆震强度KI_i值降低；当KI_i值低于KI_min时，减小此缸内第二次喷射的喷油比例，即减小第二次喷射油量I2，增大第一次喷射油量I1，使得燃烧相位提前，从而爆震强度KI_i值升高，使得各缸KI_i值保持在目标值KI_0附近上下波动。

2.根据权利要求1所述的基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，其特征在于，所述的发动机为缸内直喷汽油机，每循环喷射2次，喷射时刻有3个可能的曲轴转角区间，分别是负阀重叠期，进气冲程和压缩冲程。

3.根据权利要求1所述的基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，其特征在于，所述KI_i的目标值KI_0、上限值KI_max和下限值KI_min通过发动机标定确定，KI_max为该发动机可接受的最大敲缸强度条件下的爆震传感器积分值，KI_min为该发动机可接受的最大燃烧循环波动条件下的爆震传感器积分值，KI_0为KI_max和KI_min的平均值。

说明书全文

一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法。

背景技术

[0002] 均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧是一种高效清洁燃烧方式。HCCI发动机相对于传统火花点火汽油机，具有降低油耗15％～20％、降低NOx排放90％～99％和无碳烟(PM)排放的潜力，彻底解决内燃机排放中NOx和PM此消彼长的互斥(Trade-off)关系，应用于汽车动力能够满足日益严格的燃油经济性和排放法规的要求。但HCCI燃烧对发动机运行条件(冷却水温、进气温度、发动机转速、燃油品质等)过于敏感，着火和稳定燃烧控制是汽油HCCI产业化的最大难题。

[0003] HCCI燃烧由混合气的化学动力学主控，HCCI发动机保持最优的着火时刻和燃烧速率比常规发动机难。已有文献表明，为了控制着火燃烧，目前主要是通过实验室台架试验的稳态控制方法，如改变进气温度、空燃比、压缩比、EGR率等。但这些方法和手段控制响应慢，难以在在产品发动机瞬态工况条件下实用。同时，多缸发动机各缸由于HCCI燃烧的敏感性，各缸工作容易出现不均匀。因此，只有找到一些像传统汽油机火花点火那样闭环控制且成本不高的、易于在实际运转中调节的手段，同时采用分缸独立控制，才能使HCCI燃烧在不同工况都能保证稳定可靠的着火，才能实现多缸HCCI发动机产业化。

[0004] 2007年GM公司将一台缸内直喷汽油机改造成HCCI发动机，在汽油机燃烧室内开孔加装缸压传感器反馈缸内压力信号提供ECU来计算分析后控制HCCI燃烧。采用该HCCI发动机的示范车，油耗降低15％，排放无需稀燃NOx催化剂。但是采用缸压传感器闭环控制HCCI燃烧，传感器成本高，控制算法复杂，可靠性差，产业化可行性差。

[0005] 总的来说，大量汽油HCCI燃烧的研究结果表明，在HCCI可运行范围内，汽油HCCI燃烧主要呈现单阶段放热特性，燃烧速率快，正常着火发生在上止点附近很窄的范围内(-5℃A ATDC～+5℃A ATDC)。如果着火过早，则容易发生爆震并且热效率低；如果着火过晚，则容易发生失火、燃烧不稳定并且压升率低。这种HCCI燃烧的着火时刻对爆震的敏感性，可以被用来控制HCCI着火，实现稳定的HCCI燃烧同时保证高的热效率。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，以克服HCCI燃烧控制难度大，以及现有示范技术中由于采用缸压传感器闭环控制HCCI燃烧而造成缸压传感器成本高、可靠性差、发动机燃烧系统改动大、ECU控制算法复杂、产业化可行性差的缺陷。

[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

[0008] 爆震传感器检测发动机燃烧时的震动信号；

[0009] ECU根据发动机发火顺序将爆震传感器震动信号积分得到各缸的爆震强度值KI_i；在程序中设定KI_i的目标值KI_0、上限值KI_max和下限值KI_min；

[0010] 当某缸的爆震强度KI_i高于KI_max时，增加该缸缸内第二次喷射I2的喷油比例，使得燃烧相位推迟，从而爆震强度KI_i值降低；当KI_i值低于KI_min时，减小此缸内第二次喷射的喷油比例，使得燃烧相位提前，从而爆震强度KI_i值升高，使得各缸KI_i值保持在目标值KI_0附近上下波动。

[0011] 所述的发动机为缸内直喷汽油机，每循环喷射2次，喷射时刻有3个可能的曲轴转角区间，分别是负阀重叠期，进气冲程和压缩冲程。

[0012] 所述KI_i的目标值KI_0、上限值KI_max和下限值KI_min通过发动机标定确定，KI_max为该发动机可接受的最大敲缸强度条件下的爆震传感器积分值，KI_min为该发动机可接受的最大燃烧循环波动条件下的爆震传感器积分值，KI_0为KI_max和KI_min的平均值。

[0013] 本发明具有如下优点：

[0014] 采用本发明时，可以实现稳定的HCCI燃烧，HCCI着火时刻可以稳定在上止点附近，既不会发生爆震也不会发生失火。其解决了HCCI燃烧受发动机运行条件变化过度敏感的问题(容易发生爆震或失火)。同时，由于爆震传感器本来就属于电喷汽油机检测爆震的成熟手段，本发明采用爆震传感器反馈控制HCCI燃烧，充分利用到HCCI燃烧的爆震敏感性，无需改造发动机原有的燃烧系统，而且其成本低，控制策略简单，产业化可行性高。

附图说明

[0015] 图1为本发明基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法的发动机系统示意图；

[0016] 图2为本发明HCCI燃烧模式下基于爆震传感器信号的爆震强度闭环控制方法的控制逻辑图；

[0017] 图3为本发明HCCI汽油机喷油策略示意图；

[0018] 图4为本发明实施例的汽油机HCCI燃烧模式下的燃烧系统的结构示意图；

[0019] 图5为本发明实施例根据爆震传感器信号计算爆震强度示意图；

[0020] 图6为本发明基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法实施例的流程图。

[0021] 图7为本发明实施例的基于爆震分缸独立闭环控制前的HCCI示功图和放热率的状态。

[0022] 图8为本发明实施例的基于爆震分缸独立闭环控制后的HCCI示功图和放热率的状态。

具体实施方式

[0023] 本发明提供了一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制的方法，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0024] 本发明所述方法包括以下步骤，其流程图如图6所示：

[0025] 步骤1，爆震传感器检测发动机燃烧时的震动信号。

[0026] 步骤2，ECU根据发动机发火顺序将爆震传感器震动信号积分得到各缸的爆震强度(KI_i)值。HCCI燃烧发生爆震时，爆震信号传感器产生电压信号出现强烈锯齿波，如图5；将此电压波形在-20℃A ATDC～20℃A ATDC曲轴转角范围内取绝对值积分得到各缸KI_i值；

[0027] 步骤3，将KI_i与KI_0进行比较。

[0028] 步骤4，如果KI_i＞KI_max，则增大二次喷油比例I2/I1，如图3；即增大第二次喷射油量I2(进气行程喷油量)，减少第一次喷射油量I1(负阀重叠期间喷油量)，这样就加强了缸内喷油的冷却效应而减少了负阀重叠期间的活化效应和热效应，从而降低了可燃混合气自燃性，使得着火相位推迟，爆震强度减少。(这里用到的改变两次喷油比例可以改变HCCI燃烧相位和控制爆震的原理，可详见资料“王志，王建昕，帅石金.缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时刻和燃烧速率的研究.自然科学进展.2006，16(9)：1191-1195”)。反之，如果KI_i＜KI_max，则采用相反的喷油调整策略，从而使得各缸KI_i始终保持在目标值(KI_0)附近，实现HCCI稳定燃烧。

[0029] 本发明实施例的一种汽油直喷式发动机分层当量比燃烧系统的结构示意图如图4所示。该燃烧系统气缸直径为83.5毫米，压缩比为13，用高压汽油电控喷油器，采用两次喷射。在同一工作循环内中，根据电控单元给出的喷油脉冲信号(控制喷油时刻和喷油量)，在负阀重叠期间进行第一次喷射I1，喷入20％的燃料，喷油时刻为进气上止点前45°，这些燃料在负阀重叠期间形成改质混合气，并少量放热；然后在进程行程中进行第二次喷射I2，喷入80％的燃料，喷油时刻为进气上止点后100°，这些燃料在进气行程中冷却缸内混合气。这样，在压缩上止点时气缸内可燃混合气温度可以通过两次喷油比例I1/I2来调整，从而控制着火时刻和爆震强度。通过爆震传感器感知爆震强度KI，当KI大于8，此时最大压力升高率大于6bar/℃A，爆震严重，ECU通过比较设定值判定此缸的爆震状态为true，此时ECU发出指令，逐步减小喷油比例I1/I2使得着火推后，最大压力升高率降至4bar/℃A，KI降低；当KI小于4，此时着火较晚，燃烧不稳定，ECU通过比较设定值判定此缸的爆震状态为false，发出指令逐步增加喷油比例I1/I2使得着火提前，最大压力升高率提高，KI升高，从而使得发动机始终处于接近爆震状态而不发生爆震，着火时刻始终保持在TDC附近，保证了高效燃烧。

[0030] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
爆震传感器-专利编号CN103674416A	2020-05-13	439
爆震传感器-专利编号CN101629863B	2020-05-11	915
爆震的检测-专利编号CN100520031C	2020-05-11	736
爆震的检测-专利编号CN1796753A	2020-05-12	277
爆震传感器-专利编号CN103328944A	2020-05-13	765
爆震传感器-专利编号CN1755340A	2020-05-13	560
爆震传感器-专利编号CN103328944B	2020-05-11	461
爆震发动机-专利编号CN104870780A	2020-05-11	814
爆震传感器-专利编号CN100451590C	2020-05-12	161
爆震传感器-专利编号CN1971228A	2020-05-12	489

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