汽油發動機點火的控制方法

2023-06-17 23:36:26

專利名稱：汽油發動機點火的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種汽油發動機點火的控制方法。本發明更具體地涉及對這種發動機 的點火線圈的充電進行管理。
背景技術：
眾所周知，為了能夠恢復在每個汽缸的火花塞上產生火花所需要的累積能量，點 火控制型發動機的點火線圈必須在預先確定的、準確的時間段內充電，這個時間段通常稱 為「線圈充電時間」，另外，火花必須在發動機運行周期中的一個準確的時刻生成，該時刻由 曲軸相對於其參考位置的角度位置來限定，所述參考位置對應於汽缸上止點。在發動機轉 動過程中對該角度位置持續的測量通常由傳感器執行，該傳感器檢測由曲軸支承的齒圈的 齒在其附近的經過。由於發動機轉動速度的變化，因此在加速或減速時，預先確定的、固定數量的齒從 傳感器前經過所花費的時間是變化的。因此，在活塞處於上止點或任何其他的曲軸角度位 置參考點之前，無法選擇在根據一定數量的齒從傳感器前經過所決定的時刻開始對線圈進 行充電，因為在這種情況下線圈充電時間將隨發動機轉動速度而變化，特別地，該時間在高 速狀態下將大大縮短，這會影響發動機的良好運行。而且，必須生成火花的時刻本身取決於各種發動機運行參數，如發動機速度 (regime)，但還例如發動機溫度或者發動機負載，並且如上所述，應該根據曲軸的角度位置 來準確地限定該時刻。該時刻從而限定了點火提前量，該點火提前量由相對於上止點的角
度值來衡量。隨後產生的一般性問題是要確定線圈充電必須開始的時刻，以便根據線圈充電時 間能夠恰好在發動機周期中所期望的時刻以所需的能量產生火花，該時刻並非根據時間限 定，而是根據與時間沒有固定比值的曲軸角度位置限定，其中所述線圈充電時間確為時間 段。圖1的曲線圖示出這一變化比值的問題。第一條曲線示出了點火信號，該信號於 必須生成火花的時刻之前在所需線圈充電時間(這裡固定為例如5毫秒)內變為正值，所 述時刻對應於該信號的下降前沿。其他三條曲線示出了曲軸轉動傳感器的信號。每當有 齒從傳感器前經過時，該傳感器就產生一個脈衝，在所示例子中分別處於3000轉每分鐘、 1600轉每分鐘、及1000轉每分鐘這三個不同的發動機速度下。在1600轉每分鐘的速度下， 在所需的5毫秒充電時間內8個齒從傳感器前經過。如果發動機加速至3000轉每分鐘，則 在同樣的時間內15個齒從傳感器前經過。如果發動機減速至1000轉每分鐘，則在同樣的 時間內只有5個齒從傳感器前經過。在任一時刻，無法準確地預計必須生成火花時發動機的速度，因此無法準確地確 定應該在何時生成火花。
然而，為了能夠確定開始對線圈進行充電的時刻，實際上使用一種策略，根據該策 略，在發動機的每一個周期內，在以下關係第一次滿足的時候開始對線圈進行充電
實際的發動機角速度=期望的點火角度－實際角度/期望的充電時間(1)因此，根據該策略，通過計算曲軸到達必須生成點火火花的角度位置前還需要轉 過的曲軸轉動角度和所需線圈充電時間的比值，根據曲軸的角度位置和發動機的轉動速度 來為每個發動機周期確定對線圈進行充電的開始時刻。並且，當該比值基本上等於測量到 的發動機轉動速度時，啟動對線圈的充電。可見點火信號的控制電路因此持續地需要發動機的轉動速度和曲軸的角度位置， 以根據期望的點火提前量來判斷是否是時候開始對線圈進行充電。由於傳感器只能檢測到齒圈的齒的邊緣從其前方經過，因此事實上只有在傳感器 信號的每個上升前沿或下降前沿處才能檢測到曲軸的角度位置。因此，所需的關於曲軸角 度位置和轉動速度的信息只有在所述齒邊緣從傳感器前經過的時候才得以更新。因此，通 常在連續兩個齒從傳感器前經過之間的時間間隔內重新計算一次上式(1)。圖2示出了這些連續的計算。處於下方的曲線以和圖1相同的方式代表點火信號。 圖中可見充電時間的起始和點火火花。處於上方的曲線代表來自曲軸轉動傳感器的信號， 並顯示出了式(1)的計算時刻(豎直箭頭)。一旦為該目的而設置的計算器認定上式(1)已滿足，就可以開始對線圈進行充 電，因此一般在傳感器提供關於引發啟動充電的信號的齒之後的那個齒經過的信息之前開 始。換句話說，如由圖2可見，如果在當前計算時刻(由最後一個豎直箭頭所示)，預計的線 圈充電開始所發生的時刻距當前角度位置少於一個齒周期，則安排充電。這樣，該策略使得能夠根據計算時刻的各種發動機參數儘早啟動對線圈的充電。 通常，根據齒圈的齒數可以大約每6度轉動角度進行一次計算。然而，每次有齒經過傳感器時就重新計算，非常頻繁，這樣導致計算器的計算負擔 很大，而很多的計算，甚至是大部分的計算，實際上是無用的。有時，當發動機轉速高時，例 如高於預先確定和/或可調節的閾值時，每兩個齒或每三個齒才計算一次。即使在這樣的 條件下，和確定充電開始時刻實際必需的計算需求相比，計算器的負擔還是無用地繁重。

發明內容
本發明目的在於解決這些問題，並且目的在於允許使用性能相對低的點火管理計 算器而不因此降低點火線圈充電管理的有效性和準確性。更具體地，本發明的目的還在於 通過減少必須執行的計算次數，允許減少計算器的計算負擔。考慮到這些目的，本發明的主題是一種汽油發動機點火的控制方法，根據該方法 使用如上所述的策略。根據本發明，該方法特徵在於其包括以下步驟A.確定應該啟動用於確定充電開始時刻的計算的時刻(該時刻定義為發動機轉 動角度)，該計算時刻是當曲軸還需要轉過的角度等於與在發動機通過立刻的最大加速度 將能達到的最大速度下所需要的線圈充電時間相對應的角度時曲軸所處的角度位置；B.在步驟A所限定的時刻啟動用於確定充電開始時刻的計算。這樣，不是在每次有齒從傳感器前經過時或至少在每個發動機周期的整個時段內 頻繁並且定時地進行計算，而是避免在火花生成之後的這部分周期內進行無用的計算，並且通過考慮以下因素推遲應該進行下一次計算的時刻 一方面，假設發動機保持在同樣的轉動速度下，在必須啟動對線圈的充電之前 剩餘的時間量； 另一方面，在點火時刻之前發動機加速的可能性。實際上，可以理解的是，在火花生成之後的時刻，進行如前所述的計算是沒有用 的，因為這將合乎邏輯地得到以下結論還不是開始對線圈進行充電的時候。因此可以先驗 地、沒有風險地相對顯著地推遲進行下一次計算的時刻，推遲的時間明顯地長於「齒周期」， 其中所述「齒周期」是對應於兩個連續的齒從傳感器前經過的兩個連續信號之間的時間間 隔。然而，不能隨意地推遲該計算時刻，否則可能由於發動機速度的變化，而到達這樣 的時刻，即在該時刻剩下的用於對線圈進行充電的時間不足以使充電充分以提供火花所需 要的能量。圖3a和圖3b示出發動機轉動速度的變化對充電開始時角度位置的影響，處於上 方的曲線(圖3a)代表減速的情況，處於下方的曲線(圖3b)代表加速的情況。如通過這些圖可以理解的，如果發動機處於減速階段(圖3a)，則充電時間對應於 在向點火角度移動時減小的轉動角度(由此對應於從傳感器前經過的減少的齒數量)。在 加速階段(圖3b)，發生的情況相反充電時間對應於在向點火角度移動時增大的轉動角 度。因此，在減速階段不存在速度變化導致必須開始對線圈進行充電的時刻提前的風 險，該時刻由曲軸角度限定。相反地，在加速階段，由於以毫秒為單位的、必需的線圈充電時間事實上對應於更 大的角度(該角度以「度」或「齒數」為單位)，故該時刻會變得更近。由此可以理解，為了 保證沒有過遲進行用於確定線圈充電開始時刻的計算而不能保證線圈正確充電的風險，本 發明預先考慮了發動機能夠具有的最大加速度，以便在每次計算時確定必須進行下一次計 算的時刻。根據本發明，實際上確定下一次計算的時刻，使得該時刻早於線圈充電必須開始 的最終時刻，假設發動機事實上恰好在當前計算之後達到其最大加速度。由於在預先確定 的進行下一次計算的時刻發動機不可能達到比其最大加速度所允許的速度更高的速度，因 此肯定地保證在所述預先確定的時刻剩餘的時間足夠用於對線圈進行完全的充電。並且不 需要在發動機周期的整個時段內定期並且頻繁地進行計算。因此，相對於根據現有技術的 策略，可以大大地減小計算器的負擔。在優選實施例中，根據實驗測量來確定最大加速度，其中所述實驗測量根據發動 機轉動速度和從進行位置測量時曲軸的當前角度位置到下一個角度位置發動機轉過的角 度來指示發動機可能的速度變化。有利地，轉動速度的變化由用於η個給定發動機速度範圍的η個線性函數來近似。在本發明詳細描述的具體實施例中，考慮了兩個發動機速度範圍，一個為低速度 (低於800轉每分鐘)範圍，另一個為更高的速度範圍。當發動機處於低速時，轉動速度的 變化有利地由形式為y = alX+b的線性函數來近似，其中參數ai和b由根據實驗測量進行 的線性回歸來確定。當發動機處於高速時，通過對當前充電角度距離應用係數％，並將由此 得到的新數值應用於確定充電開始時刻，來確定下一次計算的時刻。
在和曲軸連接的齒圈的齒每次從傳感器前經過時確定發動機角度位置的實施例中，如果下一次計算的時刻的計算所得位置位於多於未來一個齒處，則事實上將下一次計 算安排在該時刻，而如果下一次計算的時刻的計算所得位置位於少於一個齒處，則如果發 動機處於低速，就將下一次計算安排在隨後的第一個齒經過的時候，如果發動機處於高速， 就將下一次計算安排在隨後的第二個齒經過的時候。本發明的其他特徵和優點將從以下對示例性實施方式的描述中變得明顯。


參照附圖，在這些附圖中 圖1至圖3b已評述； 圖4示出了根據本發明所使用的算法； 圖5是示出了齒周期隨兩個計算時刻之間的角度而變化的曲線圖； 圖6示出了通過實施本發明得到的、在計算器負擔方面的對比結果。
具體實施例方式本發明特別地依賴於在每次計算時考慮發動機的加速能力。最大加速能力特別地可以通過實驗測量圖或表來進行評估，其中所述實驗測量圖 或表特別地根據轉動速度和從進行位置測量時曲軸的當前角度位置到下一個角度位置發 動機所轉過的角度來確定加速能力。加速能力，即發動機速度的梯度，也可以定義為以對應 於兩個連續的齒從傳感器前經過的兩個連續信號之間的時間間隔為函數的變化量，其中所 述時間間隔也稱為「齒周期」。最大加速度下的齒周期的這種變化(作為發動機速度和該變化可能發生的時間 段的函數)，特別地可以通過測試確定，並由如下表1的表格示出。表 1 根據本發明所用的算法由圖4示出。在為了確定是否應該啟動對線圈的充電而進 行確定計算的、時刻，在發動機突然達到最大加速度的假設下，計算對應於線圈充電啟動 位置的曲軸角度位置。為進行該計算，使用點火角度或者所需的點火提前角度，以及在發動 機實際速度下對應於線圈充電時間的曲軸轉動角度D。由此按照以下方法計算下一次計算的時刻Μ:緊隨、之後，如果達到最大加速度，則將接近對應於充電之啟動的曲軸角度位置。 進行下一次計算的預計時刻延遲得越多，啟動充電的時刻就越接近，從而存在這樣一個瞬 間，在該瞬間這兩個時刻將相遇，下一次計算時刻將安排在這個瞬間，在馬上達到最大加速 度的情況下該瞬間基本上對應於啟動線圈充電所需的最終時刻。由此可以從表1中推導得到對可能加速度(它也是上述齒周期的變化)的確 定。然而，為了簡化計算並且避免導致計算器有大的負擔，發明人已根據發動機是處於低速 (在示例中低於大約800轉每分鐘)還是處於高速(800轉每分鐘以上)確定了兩種方法。對於低速運行而言，對應於轉動速度變化的齒周期的變化可以由形式為y = alX+b 的線性函數來近似，其中參數aJPb由根據如表1中的測試數據進行的線性回歸來確定，圖 5示例地示出了該函數的一個代表。橫軸表示兩次連續的計算之間的角度(單位為度)，縱 軸表示在最大加速度情況下兩次連續的計算之間的、齒周期的減小因子。因此，參照圖4，其中χ為到下一次計算時刻的角度距離，(alX+b)D_D表示充電角 度的變化，則有y = χ+ (alX+b) D-DU :x = (y+D(l-b))/(l+aiD)由此該方程允許根據對應於所需充電時間的角度距離D和到啟動充電的角度距 離y來計算距離χ，該距離χ為從當前位置到下一計算時刻的曲軸轉動角度，其中y和D的 數值為在時刻、考慮的數值。對於更高速度的運行而言，通過對當前角度距離D應用係數 ，並將由此得到的新 數值應用於充電啟動的計算，來確定下一計算時刻。一旦完成確定下一次計算的時刻，考慮兩種可能性 要麼這樣計算得到的位置位於多於未來一個齒處，則在這種情況下實際上將下 一次計算安排在該位置； 要麼計算得到的位置位於少於一個齒處。由於在一個齒的時間段內沒有任何可 用的速度信息，因此將計算安排在少於一個齒處是無用的。因此，如果發動機處於低速(這 意味著可能出現大幅度加速)，則將下一次計算安排在隨後的第一個齒經過的時候。如果 發動機處於高速(這意味著沒有任何可預計到的大幅度加速)，則將下一次計算安排在隨 後的第二個齒經過的時候。示例地，在四氣缸的發動機上實施本發明允許得到下表2和圖 6示出的、和使用根據現有技術的算法相比在減小計算器負擔所體現的性能方面的結果。表2 圖6針對根據本發明的算法(A)和現有技術的算法(AA)，示出了以發動機速度 (橫軸)為函數的計算器負擔百分比(縱軸)的對比。
這樣的性能增益允許減少計算器負擔，或使用性能較弱、因此成本也較低的計算 器，而不影響整體的性能。本發明可以容易地推廣到多於兩個速度範圍(上文示例的情況)的情況。這樣， 如果η個發動機速度範圍可以和η個線性函數相關聯，則有可能根據發動機所處速度範圍 使用最適合的轉動速度變化的近似。因此可以優化用於確 定充電開始 時刻的計算的時刻M 的選擇，並且計算器的負擔進一步減小。
權利要求
一種用於控制汽油發動機點火的方法，所述汽油發動機包括在火花塞上生成火花的點火線圈，根據所述方法，通過計算曲軸到達必須生成點火火花的角度位置之前還需要轉過的曲軸轉動角度和所需線圈充電時間的比值，根據曲軸的角度位置和發動機的轉動速度來為每個發動機周期確定對線圈進行充電的開始時刻，並且，當所述比值基本上等於測量到的發動機轉動速度時，啟動對線圈的充電，所述方法的特徵在於，所述方法包括以下步驟A.確定時刻M，在所述時刻M應該啟動用於確定充電開始時刻的計算，其中所述時刻M定義為發動機轉動角度，所述時刻M是當曲軸還需要轉過的角度等於角度D時曲軸所處的角度位置，所述角度D對應於在發動機通過立刻的最大加速度將能達到的最大速度下所需要的線圈充電時間；B.在步驟A所限定的時刻M啟動用於確定充電開始時刻的計算。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據實驗測量來確定最大加速度，其中所述 實驗測量根據發動機轉動速度和從進行位置測量時曲軸的當前角度位置到下一個角度位 置發動機轉過的角度來指示發動機可能的速度變化。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，轉動速度的變化由用於η個給定發動機速度 範圍的η個線性函數來近似。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，η= 2。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，當發動機處於低速時，轉動速度的變化由形 式為y = alX+b的線性函數來近似，其中參數和b由根據實驗測量進行的線性回歸來確定。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述方法應用於低於800轉每分鐘的發動機轉動速度。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，當發動機處於高速時，通過對當前充電角度 距離(D)應用係數(a2)，並將由此得到的新數值應用於對充電開始時刻的確定，來確定下一 次計算的時刻。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述方法應用於高於800轉每分鐘的發動機 轉動速度。
9.如權利要求5或7所述的方法，其特徵在於，在和曲軸連接的齒圈的齒每次從傳感器 前經過時確定發動機角度位置，如果下一次計算的時刻的計算所得位置位於多於未來一個 齒處，則事實上將下一次計算安排在該時刻，而如果下一次計算的時刻的計算所得位置位 於少於一個齒處，則如果發動機處於低速，就將下一次計算安排在隨後的第一個齒經過的 時候，如果發動機處於高速，就將下一次計算安排在隨後的第二個齒經過的時候。
全文摘要
一種汽油發動機點火的控制方法，所述汽油發動機包括在火花塞上生成火花的點火線圈，根據該方法，通過計算曲軸到達必須生成點火火花的角度位置之前還需要轉過的曲軸轉動角度和所需線圈充電時間的比值，根據曲軸的角度位置和發動機的轉動速度來為每個發動機周期確定開始對線圈進行充電的時刻，並且，當該比值基本上等於測量到的發動機轉動速度時，啟動對線圈的充電，該方法的特徵在於，所述方法包括以下步驟A.確定時刻M，在所述時刻應該啟動用於確定充電開始時刻的計算，其中所述時刻定義為發動機轉動角度，所述時刻是當曲軸還需要轉過的角度等於角度D時曲軸所處的角度位置，所述角度對應於在發動機通過立刻的最大加速度將能達到的最大速度下所需要的線圈充電時間；B.在步驟A確定的時刻M啟動用於確定充電開始時刻的計算。
文檔編號F02P3/045GK101842581SQ200880113966
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月28日 優先權日2007年10月30日
發明者B·賈澤龍, O·赫亞德 申請人:法國歐陸汽車公司