[发明专利]一种基于爆震传感器的HCCI燃烧分缸独立闭环控制方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

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；

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。

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。

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。

本发明具有如下优点：

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

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；

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；

图3为本发明HCCI汽油机喷油策略示意图；