CN115949518B - 带egr配置发动机自适应点火驱动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统及方法，所述控制系统包括发动机控制单元、EGR运行工况判定单元和自适应充磁时间单元，EGR运行工况判定单元用于根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况；自适应充磁时间单元用于根据EGR运行工况、发动机的运行信号和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间，并将所述充磁时间发送给发动机控制单元。本发明中，根据EGR运行工况确定高能点火线圈的充磁时间，可以避免点火线圈一直工作在高能点火状态；在确保发动机燃烧所需要的点火能量的同时，提高了点火线圈的寿命和减少了火花塞间隙磨损。

Description

带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统及方法

技术领域

本发明属于发动机控制技术领域，涉及一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统及方法。

背景技术

随着混合动力汽车越来越多，提高发动机经济性的专用发动机越来越明确，由于具有优异的油耗性能和排放控制性能，EGR(Exhaust Gas Recycling；废气再循环系统)成为了混动专用发动机的标配。高能点火线圈在提高EGR率(EGR率定义为再循环的废气量与吸入气缸的进气总量之比)的同时，能够确保发动机燃烧稳定性，因而得到广泛使用；但是高能点火线圈持续工作在高能点火状态时，会衰减高能点火线圈的耐久性能和增加火花塞间隙磨损，使高能点火线圈和火花塞的使用寿命面临巨大挑战。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，包括

发动机控制单元，用于获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、判断发动机的运行状态，并确定EGR是否开启和EGR阀的目标开度，以及控制高能点火线圈的充磁时间；

EGR运行工况判定单元，用于根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况；以及

自适应充磁时间单元，用于根据EGR运行工况、发动机的运行信号和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间，并将所述充磁时间发送给发动机控制单元。

进一步的，所述发动机的运行信号包括发动机曲轴位置传感器信号、节气门开度信号、进气压力信号和水温信号。

进一步的，所述发动机控制单元根据节气门开度信号和水温信号确定EGR是否开启。

进一步的，所述发动机曲轴位置传感器信号用于计算发动机转速，所述进气压力信号用于计算发动机负荷；当所述发动机控制单元确定EGR开启时，根据发动机转速和发动机负荷确定EGR阀的目标开度。

进一步的，在所述EGR运行工况判定单元预先划分四种EGR运行工况；

当EGR处于关闭状态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况1；

当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况2；

当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况3；

当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况4。

进一步的，所述自适应充磁时间单元先根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。

进一步的，所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；当EGR运行工况为工况3或工况4时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态。

进一步的，所述自适应充磁时间单元中设置有常规点火充磁时间表和高能点火充磁时间表，所述常规点火充磁时间表和高能点火充磁时间表的行字段和列字段分别为发动机转速值和电池电压值，每一发动机转速值和电池电压值的组合分别对应一个充磁时间；当所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从常规点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间；当所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从高能点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间。

一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制方法，包括以下步骤：

S101、获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、判断发动机的运行状态，并确定EGR是否开启以及EGR阀的目标开度；

S102、根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况；

S103、根据EGR运行工况、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间；

S104、根据充磁时间控制带点火驱动的高能点火线圈充磁。

进一步的，判定EGR运行工况的方法为：当EGR处于关闭状态时，判定EGR运行工况为工况1；当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值时，判定EGR运行工况为工况2；当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值时，判定EGR运行工况为工况3；当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，判定EGR运行工况为工况4；

所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；当EGR运行工况为工况3或工况4时，确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态；当确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的常规点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间；当确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的高能点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间。

本发明中，根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。高能点火线圈可以工作在常规点火状态，可以避免点火线圈一直在高能点火状态导致的点火线圈耐久性能衰减和火花塞间隙磨损较大的问题。另外，在确定高能点火线圈的点火状态后，自适应充磁时间单元基于EGR状态选择不同的充磁时间，实现了对充磁时间的自适应智能控制，从而在提高点火线圈的寿命和减少火花塞间隙磨损的同时，也确保了发动机燃烧所需要的点火能量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统的一个优选实施例的结构示意图。

图2为本发明带EGR配置发动机自适应点火驱动控制方法的一个优选实施例的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统一个优选实施例包括发动机控制单元、EGR运行工况判定单元和自适应充磁时间单元，所述发动机控制单元、EGR运行工况判定单元和自适应充磁时间单元可以分开设置，也可以集成在一个模块中。

所述发动机控制单元用于获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、分析发动机运行工况、判断发动机的运行状态，并确定EGR的开启状态和EGR阀的目标开度来实现最经济的油耗，确保发动机在一个高热效率状态下工作；所述发动机控制单元还用于控制高能点火线圈的充磁时间。

其中，所述发动机为带EGR配置的发动机。发动机的运行状态根据发动机转速和发动机负荷进行判断，具体判断方法为：当发动机转速的变化范围和发动机负荷的变化范围均在预设的范围内时，判定发动机的运行状态为稳态；当发动机转速的变化范围或发动机负荷的变化范围超出了预设的范围时，判定发动机的运行状态为动态。

所述EGR阀是安装在发动机上用来控制反馈到进气系统的废气再循环量的机电一体化产品，EGR阀为EGR的一部分，通常位于进气歧管的右侧，靠近节气门体，有一通向排气歧管的短金属管与它相连；其作用是对进入进气歧管的废气量进行控制，使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。

所述高能点火线圈为带点火驱动的高能点火线圈，能实现高能点火驱动控制和诊断，基于发动机控制单元输出的充磁时间，通过瞬间放电实现火花塞产生火花，点燃发动机气缸内混合气实现燃烧做功。

所述发动机的运行信号可以包括发动机曲轴位置传感器信号、节气门开度信号、进气压力信号和水温信号。当然，发动机控制单元在采集进气压力信号时也会同时采集进气温度信号。其中，所述发动机控制单元根据节气门开度信号和水温信号确定EGR是否开启。例如：当水温过低时，说明发动机处于冷启动工况，发动机控制单元判定不满足开启EGR的条件，EGR关闭。当节气门开度较小时，说明发动机处于怠速或低负荷工况，发动机控制单元判定不满足开启EGR的条件，EGR关闭。当然，上述两种情况只是举例说明，根据气门开度信号和水温信号判定EGR是否开启还有其他的判断方法，这些方法均为现有技术，在此不作赘述。

所述发动机曲轴位置传感器信号用于计算发动机转速，所述进气压力信号用于计算发动机负荷；当所述发动机控制单元确定EGR开启时，根据发动机转速和发动机负荷确定EGR阀的目标开度。根据发动机转速和发动机负荷确定EGR阀的目标开度的具体方法为现有技术，在此不作赘述。

所述EGR运行工况判定单元用于根据EGR状态(包括EGR开启和EGR关闭两种状态)、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况。可以在所述EGR运行工况判定单元预先划分工况1、工况2、工况3和工况4四种EGR运行工况。

当EGR处于关闭状态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况1。

当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为稳态时；如果EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况2；如果EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况3。

当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况4。

所述自适应充磁时间单元用于根据EGR运行工况、发动机的运行信号和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间，并将所述充磁时间发送给发动机控制单元。所述自适应充磁时间单元先根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。

所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，发动机燃烧稳定仅需常规的点火能量就可以实现，因此所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；即在非EGR区和稳定的低EGR率工况下采用常规点火。当然，由于工况1和工况2均对应常规点火状态，也可以将工况1和工况2合并为一个工况。

当EGR运行工况为工况3或工况4时，发动机混合气偏少，为了确保点火成功避免发动机失火需要采用高能点火，因此所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态；即在EGR率达到一定水平或者动态过程采用高能点火。当然，由于工况3和工况4均对应高能点火状态，也可以将工况3和工况4合并为一个工况。

由于常规点火状态的点火能量大大小于高能点火状态的点火能量，可在所述自适应充磁时间单元中预先设置常规点火充磁时间表和高能点火充磁时间表两个充磁时间表，将两个充磁时间表分别对应高能点火线圈的两种点火状态。在确定高能点火线圈的点火状态后，再基于发动机转速和电池电压信号中的电池电压值查询对应的充磁时间表来确定充磁时间。

两个充磁时间表的行字段和列字段可以分别为发动机转速值和电池电压值。例如，充磁时间表的行字段可以为发动机转速值，列字段可以为电池电压值；每一单元格的值为该单元格所在行的发动机转速值和该单元格所在列的电池电压值组合后所对应的充磁时间，从而使每一发动机转速值和电池电压值的组合分别对应一个充磁时间。

当确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态时，通过查询常规点火充磁时间表，基于发动机转速值和电池电压值来选择充磁时间。具体为：所述自适应充磁时间单元根据发动机转速值和电池电压值，从常规点火充磁时间表的行字段中查询该发动机转速值对应的行，并从常规点火充磁时间表的列字段中查询该电池电压值对应的列，查询上述行和列的交点处的单元格中的值即为该发动机转速值和电池电压值对应的充磁时间。

当确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态时，通过查询高能点火充磁时间表，基于发动机转速值和电池电压值来选择充磁时间。具体为：所述自适应充磁时间单元根据发动机转速值和电池电压值，从高能点火充磁时间表的行字段中查询该发动机转速值对应的行，并从高能点火充磁时间表的列字段中查询该电池电压值对应的列，查询上述行和列的交点处的单元格中的值即为该发动机转速值和电池电压值对应的充磁时间。

本实施例中，根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。在EGR运行工况允许时，高能点火线圈可以工作在常规点火状态，由于常规点火状态时消耗的点火能量大大低于高能点火状态时消耗的点火能量，因此对高能点火线圈的耐久和减小火花塞间隙磨损均很有益处，可以避免点火线圈一直在高能点火状态导致的点火线圈耐久性能衰减和火花塞间隙磨损较大的问题。另外，在确定高能点火线圈的点火状态后，自适应充磁时间单元基于EGR状态选择不同的充磁时间，实现了对充磁时间的自适应智能控制，从而在提高点火线圈的寿命和减少火花塞间隙磨损的同时，也确保了发动机燃烧所需要的点火能量。

如图2所示，本发明带EGR配置发动机自适应点火驱动控制方法的一个优选实施例包括以下步骤：

S101、发动机控制单元获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、判断发动机的运行状态，并确定EGR是否开启以及EGR阀的目标开度。

其中，所述发动机的运行信号可以包括发动机曲轴位置传感器信号、节气门开度信号、进气压力信号和水温信号。所述节气门开度信号和水温信号用于判定EGR是否开启，所述发动机曲轴位置传感器信号用于计算发动机转速，所述进气压力信号用于计算发动机负荷。

S102、EGR运行工况判定单元根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况。可以预先划分工况1、工况2、工况3和工况4四种EGR运行工况。当EGR处于关闭状态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况1。当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为稳态时；如果EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况2；如果EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况3。当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况4。

S103、自适应充磁时间单元根据EGR运行工况、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。可以先根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；此时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的常规点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间。当EGR运行工况为工况3或工况4时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态；此时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的高能点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间。

S104、发动机控制单元根据充磁时间控制带点火驱动的高能点火线圈充磁。由于充磁时间是在确定高能点火线圈的点火状态后，根据发动机转速和电池电压信号查表得出的，使得充磁时间与EGR状态相适应，实现了对充磁时间的自适应智能控制，在提高点火线圈的寿命和减少火花塞间隙磨损的同时，也确保了发动机燃烧所需要的点火能量。

本实施例中，根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间。在EGR运行工况允许时，高能点火线圈可以工作在常规点火状态，以避免点火线圈一直在高能点火状态导致衰减点火线圈耐久性能和火花塞间隙磨损，并实现了对充磁时间的自适应智能控制。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，其特征在于：包括发动机控制单元，用于获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、判断发动机的运行状态，并确定EGR是否开启和EGR阀的目标开度，以及控制高能点火线圈的充磁时间；

EGR运行工况判定单元，用于根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况；在所述EGR运行工况判定单元预先划分四种EGR运行工况；

当EGR处于关闭状态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况1；

当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况2；

当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况3；

当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，所述EGR运行工况判定单元判定EGR运行工况为工况4；

以及

自适应充磁时间单元，用于根据EGR运行工况、发动机的运行信号和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间，并将所述充磁时间发送给发动机控制单元；

所述自适应充磁时间单元先根据EGR运行工况确定高能点火线圈的点火状态，再根据高能点火线圈的点火状态、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间；所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；当EGR运行工况为工况3或工况4时，所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态。

2.根据权利要求1所述的带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，其特征在于：所述发动机的运行信号包括发动机曲轴位置传感器信号、节气门开度信号、进气压力信号和水温信号。

3.根据权利要求2所述的带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，其特征在于：所述发动机控制单元根据节气门开度信号和水温信号确定EGR是否开启。

4.根据权利要求2或3所述的带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，其特征在于：所述发动机曲轴位置传感器信号用于计算发动机转速，所述进气压力信号用于计算发动机负荷；当所述发动机控制单元确定EGR开启时，根据发动机转速和发动机负荷确定EGR阀的目标开度。

5.根据权利要求4所述的带EGR配置发动机自适应点火驱动控制系统，其特征在于：所述自适应充磁时间单元中设置有常规点火充磁时间表和高能点火充磁时间表，所述常规点火充磁时间表和高能点火充磁时间表的行字段和列字段分别为发动机转速值和电池电压值，每一发动机转速值和电池电压值的组合分别对应一个充磁时间；当所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从常规点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间；当所述自适应充磁时间单元确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从高能点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间。

6.一种带EGR配置发动机自适应点火驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、获取发动机的运行信号，根据发动机的运行信号计算出发动机转速和发动机负荷、判断发动机的运行状态，并确定EGR是否开启以及EGR阀的目标开度；

S102、根据EGR状态、EGR阀的目标开度及发动机的运行状态判定EGR运行工况；判定EGR运行工况的方法为：当EGR处于关闭状态时，判定EGR运行工况为工况1；当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率小于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度小于预设的EGR阀开度阈值时，判定EGR运行工况为工况2；当EGR处于开启状态，发动机的运行状态为稳态；且EGR率大于预设的EGR率阈值或EGR阀目标开度大于预设的EGR阀开度阈值时，判定EGR运行工况为工况3；当EGR处于开启状态，且发动机的运行状态为动态时，判定EGR运行工况为工况4；

S103、根据EGR运行工况、发动机转速和电池电压信号确定高能点火线圈的充磁时间；所述高能点火线圈的点火状态包括常规点火状态和高能点火状态，当EGR运行工况为工况1或工况2时，确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态；当EGR运行工况为工况3或工况4时，确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态；当确定高能点火线圈的点火状态为常规点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的常规点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间；当确定高能点火线圈的点火状态为高能点火状态时，根据发动机转速值和电池电压值从预先设置的高能点火充磁时间表中查询得到高能点火线圈的充磁时间；

S104、根据充磁时间控制带点火驱动的高能点火线圈充磁。