增压直喷发动机超级爆震控制系统及方法

摘要

本发明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制系统，其中，包括：超级爆震判断单元、数据采集存储单元、超级爆震抑制单元及发动机控制器。所述超级爆震判断单元，确定发动机是否发生超级爆震并输出超级爆震信号；所述发动机控制器根据所述超级爆震信号输出采集控制信号和抑制信号；所述数据采集存储单元，接收所述采集控制信号时采集发动机运行参数数据并存储；所述超级爆震抑制单元，根据所述抑制信号累计超级爆震次数，并控制发动机运行状态；所述超级爆震抑制单元，还根据所述发动机运行参数数据，控制发动机运行状态。本发明能有效抑制超级爆震继续发生，降低超级爆震发生的现象，延长发动机的使用寿命，提高汽车的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制领域，尤其涉及一种增压直喷发动机超级爆震 控制系统及方法。

背景技术

为了满足越来越严格的排放和油耗法规的要求，许多先进的技术应用 到汽油发动机中。增压直喷轻量化小排量发动机(Downsizing)相比于传统 的自然吸气发动机而言具备大幅节能减排的潜力，日益成为发动机发展的 主流方向之一。但应用增加直喷轻量化技术，发动机会在低速高负荷工况 下发生一种对发动机危害极大的非正常燃烧现象--超级爆震。这种新的爆震 模式极具破坏性，瞬时缸内压力甚至超过20MPa，由于超级爆震对发动机 有很大的损坏，所以超级爆震可视为发动机进一步缩缸强化的最重要的限 制因素，是目前增压直喷汽油机提升功率和降低燃油消耗率遇到的主要障 碍。目前包括大众、通用和福特等汽车公司以及AVL、FEV、Richardo和 SwRI等研究机构均在进行相关开发工作。

超级爆震的诱因是火花塞点火前缸内部分混合气已发生预燃，缸内整 体温度和压力升高，使得未燃混合气发生大面积自燃，从而导致局部缸压 大幅度震荡，这种高频巨幅压力波冲击破坏了下个循环形成预燃的条件(如 燃烧室内表面热点、缸内混合气浓度分层和缸壁机油油膜等)，使得下个 循环为火花点火前出现预燃烧，而不是正常火花点火燃烧。预燃烧的形成 可能与汽油的自然特性、机油的自然特性有关，也可能与汽油喷雾质量、 燃烧室内表面的沉积物有关。总的来说，超级爆震产生的机理在国际上目 前也没有完全定论，需要进一步深入研究。因而如何识别是否发生超级爆 震，进而可以采取相应的措施来抑制超级爆震的产生，减小超级爆震破坏 力，对于发动机研究具有极其重要的意义。

发明内容

本发明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制系统及方法，通过对超 级爆震次数或发动机运行参数的判断，采取相应措施抑制超级爆震继续发 生，能有效降低发生超级爆震的概率，延长发动机的使用寿命，提高汽车 的安全性。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种增压直喷发动机超级爆震控制系统，包括：超级爆震判断单元、 数据采集存储单元、超级爆震抑制单元及发动机控制器；

所述发动机控制器的输入端与所述超级爆震判断单元的输出端相连， 所述发动机控制器的第一输出端与所述数据采集存储单元的控制端相连， 所述发动机控制器的第二输出端与所述超级爆震抑制单元的第一输入端相 连；

所述超级爆震抑制单元的第二输入端与所述数据采集存储单元的输出 端相连；

所述超级爆震判断单元，确定发动机是否发生超级爆震并输出超级爆 震信号；

所述发动机控制器根据所述超级爆震信号输出采集控制信号和抑制信 号；

所述数据采集存储单元，根据所述采集控制信号采集发动机运行参数 数据，输出所述发动机运行参数数据并存储；

所述超级爆震抑制单元，根据所述抑制信号累计超级爆震次数，并控 制发动机运行状态；

所述超级爆震抑制单元，还根据所述发动机运行参数数据，控制发动 机运行状态。

优选的，所述超级爆震判断单元包括：缸压传感器、判断模块；

所述缸压传感器的输出端与所述判断模块的输入端相连，所述判断模 块的输出端为所述超级爆震判断单元的输出端；

所述缸压传感器检测发动机气缸压力并输出缸压信号，如果所述缸压 信号大于设定值，则所述判断模块输出所述超级爆震信号。

优选的，所述超级爆震抑制单元包括：浓度控制单元、扭矩控制单元、 喷油控制单元及MCU；

所述MCU的第一输入端为所述超级爆震抑制单元的第一输入端，所 述MCU的第二输入端为所述超级爆震抑制单元的第二输入端，所述MCU 的第一输出端与所述浓度控制单元的输入端相连，所述MCU的第二输出 端与所述扭矩控制单元的输入端相连，所述MCU的第三输出端与所述喷 油控制单元的输入端相连；

当所述MCU接到所述抑制信号时，所述MCU累计超级爆震次数；

如果所述超级爆震次数大于第一设定次数，则MCU输出断油控制信 号给所述喷油控制单元；

如果所述超级爆震次数大于第二设定次数且小于所述第一设定次数， 则MCU输出扭矩控制信号给所述扭矩控制单元，减小发动机输出的扭矩；

如果所述超级爆震次数大于第三设定次数且小于所述第二设定次数， 则MCU输出浓度控制信号给所述浓度控制单元，减小发动机混合气体浓 度；

所述MCU还统计所述发动机运行参数数据，并预判超级爆震的发动 机运行参数阈值；

如果当前所述发动机运行参数数据大等于所述发动机运行参数阈值， 则输出浓度控制信号，控制发动机内的混合气体浓度减小。

优选的，所述数据采集存储单元包括：传感器、ADC模数转换模块、 数据采集芯片、存储器；

所述ADC模数转换模块的输入端与所述传感器的输出端相连，所述 ADC模数转换模块的输出端与所述数据采集芯片的输入端相连；

所述数据采集芯片的输出端与所述存储器的输入端相连，所述数据采 集芯片的控制端作为所述数据采集存储单元的控制端。

优选的，所述传感器包括：发动机转速传感器、发动机温度传感器、 车速传感器、油门开度传感器、气体浓度传感器、水温传感器。

本发明还提供一种增压直喷发动机超级爆震控制方法，具体包括以下：

获取缸压信号，如果所述缸压信号大于设定值，则输出超级爆震信号；

根据所述超级爆震信号，输出采集控制信号，采集存储并输出发动机 运行参数数据；

根据所述超级爆震信号，还输出抑制信号，累计超级爆震次数；

根据所述超级爆震次数或所述发动机运行参数数据输出控制信号。

优选的，所述控制信号包括：断油控制信号、扭矩控制信号及浓度控 制信号；

如果所述爆震次数大于第一设定次数，则输出断油控制信号，控制发 动机断油；

如果所述爆震次数大于第二设定次数且小于所述第一设定次数，则输 出扭矩控制信号，控制发动机减小扭矩输出；

如果所述爆震次数大于第三设定次数且小于所述第二设定次数，则输 出浓度控制信号，控制发动机内的混合气体浓度减小；

如果当前所述发动机运行参数大等于超级爆震的发动机运行参数阈 值，则输出浓度控制信号，控制发动机内的混合气体浓度减小。

优选的，所述发动机运行参数数据，包括：发动机转速数据、发动机 温度数据、发动机输出扭矩数据、发动机混合气体浓度数据、发动机油门 开度数据及发动机缸压数据。

可见，本发明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制系统及方法，通 过对超级爆震次数进行累计，或根据超级爆震次数控制发动机的运行状态， 有效抑制超级爆震继续发生，降低超级爆震发生的现象，延长发动机的使 用寿命，提高汽车的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍。

图1：是本发明提供的一种增压直喷发动机超级爆震控制系统结构示 意图；

图2：本发明提供的一种增压直喷发动机超级爆震控制方法流程示意 图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合 附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对增压直喷发动机在低速高负荷工况下易出现超级爆震现象，本发 明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制系统及方法，通过对超级爆震次 数进行累计，或根据超级爆震次数控制发动机的运行状态，有效抑制超级 爆震继续发生，降低超级爆震发生的概率，延长发动机的使用寿命，提高 汽车的安全性。

如图1所示，为本发明提供的一种增压直喷发动机超级爆震控制系统 结构示意图，包括：超级爆震判断单元、数据采集存储单元、超级爆震抑 制单元及发动机控制器。所述发动机控制器的输入端与所述超级爆震判断 单元的输出端相连，所述发动机控制器的第一输出端与所述数据采集存储 单元的控制端相连，所述发动机控制器的第二输出端与所述超级爆震抑制 单元的第一输入端相连；所述超级爆震抑制单元的第二输入端与所述数据 采集存储单元的输出端相连；所述超级爆震判断单元，确定发动机是否发 生超级爆震并输出超级爆震信号；所述发动机控制器根据所述超级爆震信 号输出采集控制信号和抑制信号；所述数据采集存储单元，根据所述采集 控制信号采集发动机运行参数数据，输出所述发动机运行参数数据并存储； 所述超级爆震抑制单元，根据所述抑制信号累计超级爆震次数，并控制发 动机运行状态；所述超级爆震抑制单元，还根据所述发动机运行参数数据， 控制发动机运行状态。

进一步，所述超级爆震判断单元包括：缸压传感器、判断模块。所述 缸压传感器的输出端与所述判断模块的输入端相连，所述判断模块的输出 端为所述超级爆震判断单元的输出端；所述缸压传感器检测发动机气缸压 力并输出缸压信号，如果所述缸压信号大于设定值，则所述判断模块输出 所述超级爆震信号。

在实际应用中，判断模块可采用单片机和采集模块组成，通过采集模 块对缸压传感器的信号进行采集，并由单片机进行分析判断，如果所述缸 压传感器输出的缸压信号大于单片机中设定的缸压阈值，则单片机输出超 级爆震信号。当然判断模块也可以采用其它硬件电路实现，可通过逻辑电 路直接对缸压信号进行判断，然后输出电平信号作为超级爆震信号。

所述超级爆震抑制单元包括：浓度控制单元、扭矩控制单元、喷油控 制单元及MCU。所述MCU的第一输入端为所述超级爆震抑制单元的第一 输入端，所述MCU的第二输入端为所述超级爆震抑制单元的第二输入端， 所述MCU的第一输出端与所述浓度控制单元的输入端相连，所述MCU的 第二输出端与所述扭矩控制单元的输入端相连，所述MCU的第三输出端 与所述喷油控制单元的输入端相连。

当所述MCU接到所述抑制信号时，所述MCU累计超级爆震次数；如 果所述超级爆震次数大于第一设定次数，则MCU输出断油控制信号给所 述喷油控制单元；如果所述超级爆震次数大于第二设定次数且小于所述第 一设定次数，则MCU输出扭矩控制信号给所述扭矩控制单元，减小发动 机输出的扭矩；如果所述超级爆震次数大于第三设定次数且小于所述第二 设定次数，则MCU输出浓度控制信号给所述浓度控制单元，减小发动机 混合气体浓度。

所述MCU还统计所述发动机运行参数数据，并预判超级爆震的发动 机运行参数阈值；如果当前所述发动机运行参数数据大等于所述发动机运 行参数阈值，则输出浓度控制信号，控制发动机内的混合气体浓度减小。

具体地，超级爆震主要是由混合气体早燃引起的，因此，为了有效控 制早燃可通过降低混合气体浓度、减小输出负荷、减小喷油量等措施进行 控制超级爆震继续发生。当然，对于超级爆震次数的设定阈值，可以通过 多种方式进行设定。比如，在短时间内，发动机发生10次超级爆震，可以 采取断油措施，也可以采用减小输出负荷的措施。因此，对于第一设定次 数、第二设定次数及第三设定次数，本发明不作限定。

需要说明的是，预判超级爆震的发动机运行参数阈值，可以采用根据 经验设定阈值，还可以采用由MCU对发生超级爆震时发动机运行参数数 据进行统计，将发生超级爆震频率最高的发动机运行参数设为阈值。同时， 研究人员还可根据存储的发动机运行参数数据，进行分析研究，推断引起 超级爆震的相关因素。

所述数据采集存储单元包括：传感器、ADC模数转换模块、数据采集 芯片、存储器。所述ADC模数转换模块的输入端与所述传感器的输出端相 连，所述ADC模数转换模块的输出端与所述数据采集芯片的输入端相连。 所述数据采集芯片的输出端与所述存储器的输入端相连，所述数据采集芯 片的控制端作为所述数据采集存储单元的控制端。

需要说明的是，所述数据采集存储单元不仅要对在发动机发生超级爆 震时采集发动机的运行参数数据，还可以对发生超级爆震时数据进分析归 纳，当发动机的运行参数接近发生超级爆震时的数据时，所述数据采集存 储单元应输出爆震预判，使超级爆震控制系统能够提早输出控制信号，避 免发生超级爆震。

进一步，所述传感器包括：发动机转速传感器、发动机温度传感器、 车速传感器、油门开度传感器、气体浓度传感器、水温传感器。需要说明 的是，还可以包括其他传感器，尽可能对发动机的运行参数进行采集。

可见，本发明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制系统，通过超级 爆震判断单元确定超级爆震，由超级爆震抑制单元控制发动机的运行状态， 有效抑制超级爆震继续发生，降低超级爆震发生的概率，提高发动机的使 用寿命。

如图2所示，为本发明提供的一种增压直喷发动机超级爆震控制方法 流程示意图，具体包括以下步骤：

S1：获取缸压信号，如果所述缸压信号大于设定值，则输出超级爆震 信号；

S2：根据所述超级爆震信号，输出采集控制信号，采集存储并输出发 动机运行参数数据；

S3：根据所述超级爆震信号，还输出抑制信号，累计超级爆震次数；

S4：根据所述超级爆震次数或所述发动机运行参数数据输出控制信号。

进一步，所述控制信号包括：断油控制信号、扭矩控制信号及浓度控 制信号；如果所述爆震次数大于第一设定次数，则输出断油控制信号，控 制发动机断油；如果所述爆震次数大于第二设定次数且小于所述第一设定 次数，则输出扭矩控制信号，控制发动机减小扭矩输出；如果所述爆震次 数大于第三设定次数且小于所述第二设定次数，则输出浓度控制信号，控 制发动机内的混合气体浓度减小。如果当前所述发动机运行参数大等于超 级爆震的发动机运行参数阈值，则输出浓度控制信号，控制发动机内的混 合气体浓度减小。

进一步，所述发动机运行参数数据，包括：发动机转速数据、发动机 温度数据、发动机输出扭矩数据、发动机混合气体浓度数据、发动机油门 开度数据及发动机缸压数据。需要说明的是，发动机运行参数还包括其他， 本发明不作限定。

可见，本发明提供一种增压直喷发动机超级爆震控制方法，通过累计 的超级爆震次数或发动机运行参数，判断输出控制信号，实现对发动机运 行状态的控制，有效抑制超级爆震继续发生，降低超级爆震发生的概率， 提高发动机的使用寿命。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效 果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施 范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施 例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。