专利名称：一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法
技术领域：
本发明涉及发动机点火角控制领域，尤其是指一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法。
背景技术：
点火提前角对于汽油发动机来说是至关重要的控制参数，点火提前角设置的合理性及控制精度直接影响着发动机的动力性、经济性及排放等指标，由于发动机实际运行工况及所处的环境(环境温度、湿度及海拔等)的不同，对发动机输出最优的点火提前角也是不同的，因此如何根据发动机实际运行工况的不同、所处地理环境的改变及发动机本体一些控制模块的改变(如外部废气再循环、可变气门正时控制等)实现最优点火提前角的输出控制对发动机的动力性、经济型及排放等指标都会有极大的改善。现市场上出现的对点火提前角控制的方式都是采用粗放式控制即点火提前角的控制方式仅随着发动机的转速和负荷来控制，未考虑环境等其它因素的变化对发动机点火提前角的影响。中国专利公开号CN1630785A，
公开日2005年6月22日，名称为“点火提前角确定方法”的发明专利中公开了一种点火提前角确定方法，影响爆震极限乃至最佳点火提前角的调节参量动态地加以考虑:首先根据实际的发动机转速和负荷确定一个基本点火提前角；随后，当识别出爆震时，在后续的爆震调节范围里确定一个第一点火提前角延迟调节量，如果至少一个影响爆震极限的调节参量有变化了，还在爆震极限调节范围里确定一个第二点火提前角调节量，其中，第二点火提前角调节量的类型即延迟或超前取决于调节参量及其变化。但是该发明只是涉及动态的多次调节点火提前角，并未对车内外各种会影响点火提前角的因素加以考虑，尽管动态调整点火提前角，但是最后得出的点火提前角仍不是最优的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中发动机点火提前角的控制方式为粗放式，未达到最优点火提前角的缺陷，提供一种通过对各个因素的影响对点火提前角进行修正，达到最优点火提前角的汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法。本发明的目的是通过下述技术方案予以实现:
汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，最优点火提前角得出的过程为:设定基础点火提前角后，通过对发动机进出水温度、发动机进气温度和发动机空燃比三个因素进行测量，再根据此三因素的影响依次对基础点火提前角进行计算修正，具体过程为:
第一步，设定基础点火提前角；
第二步，依据发动机进出水温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机的进出水温度比较的低的情况下，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时增大点火提前角，当发动机进出水温度过高时，燃烧室内油气混合气在压缩完成后的温度也会过高，发动机的爆震倾向较强，此时减小点火提前角；
第三步，依据发动机进气温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机在较低的进气温度下运行时发动机的爆震倾向随之减弱，此时增大点火提前角，但在发动机进气温度较高时，发动机的爆震倾向将会增强，此时减小点火提前角；
第四步，发动机空燃比影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在较浓的空燃比下时，由于较浓的空燃比对发动机燃烧室具有冷却效果可降低燃烧室内的温度，发动机的爆震倾向将减弱，此时增大点火提前角，但随着空燃比的逐渐变稀对燃烧的冷却效果将减弱，发动机的爆震倾向将增强，此时减小点火提前角。基础点火提前角是发动机运行在标准环境下且不考虑发动机实际运行情况下的最佳点火时刻；增大点火提前角可提高热效率从而提升发动机的动力性和经济性，相反较小点火提前角可确保发动机的运行安全。发动机进出水温度影响对基础点火提前角进行修正时，发动机进出水温度变化范围是-30 120°C，根据温度的变化，点火提前角在-6 6° CA的范围之内线性插值修正；发动机进气温度影响对基础点火提前角进行修正时，发动机进气温度变化范围是-30 80°C，点火提前角在-4 5° CA的范围内线性修正；发动机空燃比影响对基础点火提前角进行修正时，空燃比的变化范围是0.7 1.5，点火提前角在-3 9° CA的范围之内线性插值修正。作为一种优选方案，最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤:
第五步，海拔高度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在高海拔地区时，环境压力较低、空气稀薄，实际进入发动机气缸内的新鲜充气大幅度减少，发动机的爆震倾向将大幅度削弱，此时增大点火提前角。在高原时增大点火提前角可提高发动机的动力性，减少发动机性能的损失，在海拔2000 4500m范围内，点火提前角在O 6° CA的范围之内线性插值修正。作为一种优选方案，最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤:
第六步，发动机废气再循环影响对基础点火提前角进行修正:当发动机引入外部废气时，进入发动机气缸实际新鲜充量将减少且废气的比热容较大可降低气缸内的燃烧温度，此时应增大发动机的点火提前角。废气再循环率的变化范围为O 15%，点火提前角在O 15° CA的范围之内线性插值修正。作为一种优选方案，最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤:
第七步，进排气的可变气门正时控制的影响对基础点火提前角进行修正:随着进排气的可变气门正时开度的逐步增大，气缸内残余的废气将加大，残余废气的温度较高导致燃烧室内温度升高，发动机的爆震倾向加强，点火提前角减小；随着进排气的可变气门正时开度的逐步减小，气缸内残余的废气将减小，残余废气的温度较低导致燃烧室内温度降低，发动机的爆震倾向减弱，点火提前角增大。发动机的进排气的可变气门正时开度的变化范围为30 70° CA，点火提前角在-3 3° CA的范围之内线性插值修正。作为一种优选方案，最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤:
第八步，二次喷射修正的影响对基础点火提前角进行修正:根据压缩行程喷入的燃油和进气行程喷入的燃油比的改变对点火提前角进行修正，比值增加时点火提前角减小，比值减小时点火提前角增加。在进气行程和压缩行程喷入气缸中的燃油比例为约3:2时，点火提前角在-20 3° CA的范围之内线性插值修正。作为一种优选方案，最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤:
爆震控制的影响对基础点火提前角进行修正:当发动机出现爆震时，爆震控制开启，根据发动机爆震的强度的变化减小点火提前角，强度较大时减小量较大，强度较小时减小量较小。点火提前角根据爆震强度的大小在-12 0° CA的范围之内线性修正。本发明的有益效果是，通过对各个因素的影响对点火提前角进行修正，不论发动机运行在任何工况、环境下始终将发动机的点火提前角控制在最佳时刻，使发动机的动力性、经济性和排放时刻都处于最佳状态。
图1是本发明的一种电路原理框图。其中:1、点火提前角控制装置，2、水温传感器，3、气温传感器，4、宽域氧传感器，5、环境压力传感器，6、废气再循环检测器，7、可变气门正时系统，8、二次喷射系统，9、爆震控制器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。实施例:一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法,最优点火提前角得出的过程为:设定基础点火提前角后，通过对八个因素进行测量，再根据此八因素的影响依次对基础点火提前角进行计算修正，具体过程为:
第一步，设定基础点火提前角；
第二步，依据发动机进出水温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机的进出水温度比较的低的情况下，燃烧室中的温度也相对较低，油气混合的相对较差，燃烧速率降低，发动机的爆震倾向较弱，此时增大点火提前角，当发动机进出水温度过高时，燃烧室内油气混合气在压缩完成后的温度也会过高，发动机的爆震倾向较强，此时减小点火提前角；
第三步，依据发动机进气温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机在较低的进气温度下运行时发动机的爆震倾向随之减弱，此时增大点火提前角，但在发动机进气温度较高时，发动机的爆震倾向将会增强，此时减小点火提前角；
第四步，发动机空燃比影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在较浓的空燃比下时，由于较浓的空燃比对发动机燃烧室具有冷却效果可降低燃烧室内的温度，发动机的爆震倾向将减弱，此时增大点火提前角，但随着空燃比的逐渐变稀对燃烧的冷却效果将减弱，发动机的爆震倾向将增强，此时减小点火提前角；
第五步，海拔高度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在高海拔地区时，环境压力较低、空气稀薄，实际进入发动机气缸内的新鲜充气大幅度减少，发动机的爆震倾向将大幅度削弱，此时增大点火提前角；
第六步，发动机废气再循环影响对基础点火提前角进行修正:当发动机引入外部废气时，进入发动机气缸实际新鲜充量将减少且废气的比热容较大可降低气缸内的燃烧温度，此时增大发动机的点火提前角； 第七步，进排气的可变气门正时控制的影响对基础点火提前角进行修正:随着进排气的可变气门正时开大的逐步增大，气缸内残余的废气将加大，残余废气的温度较高导致燃烧室内温度升高，发动机的爆震倾向加强，点火提前角减小；随着进排气的可变气门正时开大的逐步减小，气缸内残余的废气将减小，残余废气的温度较低导致燃烧室内温度降低，发动机的爆震倾向减弱，点火提前角增大；
第八步，二次喷射修正的影响对基础点火提前角进行修正:根据压缩行程喷入的燃油和进气行程喷入的燃油比的改变对点火提前角进行修正，比值增加时点火提前角减小，比值减小时点火提前角增加；
第九步，爆震控制的影响对基础点火提前角进行修正:当发动机出现爆震时，根据发动机爆震的强度的变化减小点火提前角，强度较大时减小量较大，强度较小时减小量较小。综上所述，最优点火提前角的计算公式为最优点火提前角=基础点火角+水温修正+进气温度修正+空燃比修正+海拔修正+外部废气再循环修正+进排气可变气门正时控制修正+ 二次喷射修正+爆震控制修正，其中:
水温修正步骤由水温传感器2监测水温变化，进气温度修正步骤由气温传感器3检测进气温度变化，空燃比修正由宽域氧传感器4检测空燃比变化，海拔修正步骤由环境压力传感器5检测汽车的海拔高度，外部废气再循环修正步骤由废气再循环检测器6检测废气再循环率，进排气可变气门正时控制修正步骤由可变气门正时系统7检测可变气门正时开度，二次喷射修正步骤由二次喷射系统8检测燃油比，爆震控制修正步骤由检测爆震控制器9检测爆震的强度，所有因素的检测信息都传输至点火提前角控制装置1，点火提前角控制装置根据公式计算出最优的点火提前角。当汽车在发动机进出水温度为30°C、发动机进气温度在30°C，、空燃比为1.2、海拔位于3000m、废气再循环率在15%、可变气门正时开度为40° CA、燃油比为1.5、爆震强度达到最大强度的三分之二的工况时，修正角度根据计算得出为0.7° CA，由此得出最优点火提前角为基础点火提前角+0.7° CA，最优点火提前角使发动机处于最佳工作状态。
权利要求
1.一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，最优点火提前角得出的过程为:设定基础点火提前角后，通过对发动机进出水温度、发动机进气温度和发动机空燃比三个因素进行测量，再根据此三因素的影响依次对基础点火提前角进行计算修正，具体过程为: 第一步，设定基础点火提前角； 第二步，依据发动机进出水温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机的进出水温度比较的低的情况下，增大点火提前角，当发动机进出水温度过高时，减小点火提前角； 第三步，依据发动机进气温度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机在较低的进气温度下运行时增大点火提前角，但在发动机进气温度较高时减小点火提前角； 第四步，发动机空燃比影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在较浓的空燃比下时,增大点火提前角，随着空燃比的逐渐变稀时,减小点火提前角。
2.根据权利要求1所述的一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，所述的最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤: 第五步，海拔高度影响对基础点火提前角进行修正:当发动机运行在高海拔地区时，增大点火提前角。
3.根据权利要求2所述的一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，所述的最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤: 第六步，发动机废气再循环影响对基础点火提前角进行修正:当发动机引入外部废气时，增大发动机的点火提前角。
4.根据权利要求3所述的一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，所述的最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤: 第七步，进排气的可变气门正时控制的影响对基础点火提前角进行修正:随着进排气的可变气门正时开大的逐步增大，点火提前角减小；随着进排气的可变气门正时开大的逐步减小，点火提前角增大。
5.根据权利要求4所述的一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，所述的最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤: 第八步，二次喷射修正的影响对基础点火提前角进行修正:根据压缩行程喷入的燃油和进气行程喷入的燃油比的改变对点火提前角进行修正，比值增加时点火提前角减小，比值减小时点火提前角增加。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，其特征是，所述的最优点火提前角得出的过程还包括以下步骤: 爆震控制的影响对基础点火提前角进行修正:当发动机出现爆震时，根据发动机爆震的强度的变化减小点火提前角，强度较大时减小量较大，强度较小时减小量较小。
全文摘要
本发明公开了一种汽油直喷发动机最优点火提前角的控制方法，最优点火提前角得出的过程为设定基础点火提前角后，通过对发动机进出水温度、发动机进气温度、发动机空燃比、汽车的海拔高度、废气再循环率、可变气门正时开度、喷射模式和爆震控制进行逻辑运算，再根据此八因素的影响依次对基础点火提前角进行计算修正。通过对各个因素的影响对点火提前角进行修正，不论发动机运行在任何工况、环境下始终将发动机的点火提前角控制在最佳时刻，使发动机的动力性、经济性和排放时刻都处于最佳状态。
文档编号F02P5/145GK103114951SQ201210367238
公开日2013年5月22日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者许杰, 刘义强, 孙建军, 朱允, 王瑞平 申请人:浙江吉利罗佑发动机有限公司, 济南吉利汽车零部件有限公司, 湖南罗佑发动机部件有限公司, 浙江吉利控股集团有限公司