车辆发动机控制装置及车辆发动机控制方法与流程

1.本发明涉及一种车辆发动机控制技术，特别涉及用于平衡发动机的机油稀释和颗粒物排放的车辆发动机控制装置及车辆发动机控制方法。


背景技术：

2.随着车辆行驶里程的增加，车辆的发动机长时间运转后，会出现部件老化、生成积碳等问题。此时，燃油和燃烧不完全产物在发动机的气缸壁面形成油膜，该油膜随活塞运动而混入至机油中，会导致机油稀释的产生。在发动机启动的初期怠速阶段,燃油雾化不良,容易附着在气缸的壁面上,机油稀释现象尤为严重。图1示出了发动机负荷为80时机油稀释率与发动机转速的关系的曲线图。如图1所示，在发动机启动的初期怠速阶段，机油稀释现象比较严重，而随着发动机转速的提升,机油稀释率逐渐降低。
3.机油稀释会导致机油液面上升、机油压力下降、曲轴箱蹿油量增多的问题。此外，机油稀释还会导致机油粘度下降、机油寿命减少、以及机油润滑和冷却效果、燃油经济性及动力性下降等问题。
4.以往，为了应对机油稀释的问题，提出有通过提前发动机的喷射时刻，在活塞更靠上的位置进行喷射，使燃油喷射在气缸壁面的面积减小，从而达到降低机油稀释的效果的方法。
5.然而，该方法中，若提前发动机的喷射时刻、在活塞更靠上的位置进行喷射，则会使燃油喷射在活塞面上的面积和油量增大，导致油气混合不均匀，燃烧效果变差，使颗粒物(pm)排放恶化，可能会不符合日益严苛的国标pm排放规定要求。
6.此外，专利文献1中公开了一种用于降低发动机机油稀释的系统和方法，通过推算机油稀释质量指标，设置机油稀释阈值，在检测到机油稀释量超过阈值水平时，调整发动机的喷射时刻，从而优化机油稀释。
7.现有技术
8.专利文献1：中国专利cn105240087a


技术实现要素：

9.发明所要解决的技术问题
10.然而，专利文献1中，仅考虑在检测到机油稀释量超过阈值水平时采用最利于机油稀释的喷射时刻，却没有考虑到可能会导致pm排放恶化，使得pm排放不达标。由此，无法兼顾机油稀释和pm排放的平衡，无法实现两者平衡的连续调节。而且，专利文献1中的机油稀释率的推算也不够准确，存在调整滞后的问题。
11.本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种通过优化发动机的喷射时刻来平衡发动机的机油稀释和颗粒物排放的车辆发动机控制装置及车辆发动机控制方法。
12.解决技术问题的技术方案
13.本发明涉及一种车辆发动机控制装置，该车辆发动机控制装置通过优化发动机的喷射时刻来平衡发动机的机油稀释和颗粒物排放，其包括：判定单元，该判定单元根据车辆行驶里程和空燃比修正值中的至少任一项，判定所述发动机是否需要优化喷射时刻；及喷射时刻优化单元，该喷射时刻优化单元在所述判定单元判定为需要优化喷射时刻时，在所述发动机的各指定工况下以当前的喷射时刻为原点按照规定步长调整喷射时刻，记录各喷射时刻所对应的空燃比修正系数，选取所述空燃比修正系数最小时所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值，生成各所述指定工况与所述喷射时刻优化值的映射并进行应用。
14.优选地，车辆发动机控制装置中，所述判定单元中，根据当前的所述车辆行驶里程所处的里程范围，设定不同的里程间隔，在达到所述里程间隔时，判定为需要优化喷射时刻。
15.优选地，车辆发动机控制装置中，所述判定单元中，在所述空燃比修正值超过规定上限值时，判定为需要优化喷射时刻。
16.优选地，车辆发动机控制装置中，所述判定单元中，在所述空燃比修正值超过规定上限值的次数累计达到规定次数时，判定为需要优化喷射时刻。
17.优选地，车辆发动机控制装置中，所述判定单元中，在所述空燃比修正值的平均值波动超过容许范围的规定比例时，对所述规定上限值进行更新。
18.优选地，车辆发动机控制装置中，所述喷射时刻优化单元中，所述指定工况由发动机转速和发动机负荷设定。
19.优选地，车辆发动机控制装置中，所述喷射时刻优化单元中，对于每个所述指定工况，在每个喷射时刻，获取多个所述空燃比修正系数并求取平均值，选取所述平均值最小时所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值。
20.本发明还涉及一种车辆发动机控制方法，该车辆发动机控制方法通过优化发动机的喷射时刻来平衡发动机的机油稀释和颗粒物排放，其包括如下步骤：判定步骤，该判定步骤中，根据车辆行驶里程和空燃比修正值中的至少任一项，判定所述发动机是否需要优化喷射时刻；及喷射时刻优化步骤，该喷射时刻优化步骤中，在由所述判定步骤判定为需要优化喷射时刻时，在所述发动机的各指定工况下以当前的喷射时刻为原点按照规定步长调整喷射时刻，记录各喷射时刻所对应的空燃比修正系数，选取所述空燃比修正系数最小时所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值，生成各所述指定工况与所述喷射时刻优化值的映射并进行应用。
21.本发明还涉及一种存储介质，该存储介质存储有使计算机执行上述车辆发动机控制方法的程序。
22.发明效果
23.根据本发明的车辆发动机控制装置及车辆发动机控制方法，根据车辆行驶里程以及空燃比修正值中的至少任一项，判定发动机是否需要优化喷射时刻，在判定为发动机需要优化喷射时刻时，通过调整喷射时刻来确认空燃比修正系数最小时所对应的喷射时刻，由此不断优化喷射时刻来实现发动机的机油稀释和颗粒物排放的平衡。
附图说明
24.图1是表示发动机负荷为80时机油稀释率与发动机转速的关系的曲线图。
25.图2是分别示出在发动机的实际工况1下机油稀释率及pm排放量与喷射时刻的关系、闭环反馈目标空燃比及空燃比修正系数与喷射时刻的关系的图。
26.图3是分别示出在发动机的实际工况2下机油稀释率及pm排放量与喷射时刻的关系、闭环反馈目标空燃比及空燃比修正系数与喷射时刻的关系的图。
27.图4是表示本发明所涉及的车辆发动机控制装置的结构框图。
28.图5是表示本发明所涉及的车辆发动机控制装置的整体动作的流程图。
29.图6是表示车辆发动机控制装置中的判定单元的动作的流程图。
30.图7是表示车辆发动机控制装置中的喷射时刻优化单元的动作的流程图。
具体实施方式
31.下面，为了更详细地说明本发明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。
32.首先，对本发明的理论原理进行说明。在发动机闭环控制中，在喷油量相对较少的时刻，燃油喷射在气缸壁面和活塞面的可能性较低，因此可推断此时发动机的机油稀释和颗粒物(pm)排放都最佳。由于在发动机启动的初期怠速阶段机油稀释情况严重，此时处于发动机的闭环控制区域。喷油量最少的点即闭环燃油反馈最小的点也为空燃比(a/f＝air/fuel)的修正最接近混合气偏稀(lean)一侧。因此，发明人推论，当空燃比修正系数gamma最小的时、即空燃比修正最接近lean侧时为平衡点。
33.此外，基于闭环控制中目标空燃比(14.7)＝实际空燃比*空燃比修正系数gamma这一公式，在空燃比修正系数最小的点，实际空燃比最大，此时的混合气处于偏稀状态，有利于机油稀释。
34.发明人对上述推论进行了实验验证。在发动机的2个实际工况下，通过调整发动机的喷射时刻来监测机油稀释率(rate)和pm排放量。图2及图3中分别示出了2个实际工况下的监测结果。在图2及图3的上半部示出机油稀释率(rate)及pm排放量与喷射时刻的关系，在下半部示出闭环反馈目标空燃比a/f及空燃比修正系数gamma与喷射时刻的关系。
35.根据图2及图3可知，当机油稀释率和pm排放量都优化的情况下，空燃比修正系数gamma处于最小值。由此验证了如下结论：当空燃比修正系数gamma处于最小值时，机油稀释率和pm排放量都达到理想状态，可实现发动机的机油稀释和pm排放的平衡。
36.接着，参照图4来说明本实施方式所涉及的车辆发动机控制装置1的具体结构。
37.如图4所示，车辆发动机控制装置1构成为包括判定单元11及喷射时刻优化单元12。
38.判定单元11根据车辆行驶里程和空燃比修正值中的至少任一项，判定发动机是否需要优化喷射时刻。
39.具体而言，判定单元11中，在发动机的闭环控制区域内，根据车辆实际行驶状态设定了喷射时刻优化的两个触发条件。
40.<触发条件1.基于车辆行驶里程的判定>
41.在车辆行驶一定里程后，为了平衡硬件老化对于燃烧的影响，进行喷射时刻的优化。具体而言，根据当前的车辆行驶里程所处的里程范围，设定不同的里程间隔，在达到里程间隔时，判定为需要优化喷射时刻。此外，可设定成随着车辆行驶里程越长，将里程间隔设定得越短。
42.以下举出基于车辆行驶里程的判定的一个示例。由于车辆行驶里程为1万公里以内时，车辆状态良好，因此设为在1万公里以内不进行触发。在车辆行驶里程为1万～5万公里的区间内，将里程间隔k设定为2万公里，即每隔2万公里进行一次触发，判定为需要优化喷射时刻。在车辆行驶里程为5万～10万公里的区间内，将里程间隔k设定为1万公里，即每隔1万公里进行一次触发，判定为需要优化喷射时刻。在车辆行驶里程为10万公里以上的区间内，将里程间隔k设定为0.5万公里，即每隔0.5万公里进行一次触发，判定为需要优化喷射时刻。
43.以上仅对基于车辆行驶里程的判定的一个示例进行了说明，在实际应用中可以根据需要对车辆行驶里程设定不同的里程范围，并相应设定不同的里程间隔k。
44.<触发条件2.基于空燃比修正值的判定>
45.在发动机的运转期间内，当检测到空燃比修正值超出规定上限值时，实际空燃比处于偏小的状态，混合气的燃油量偏多，混合气处于偏浓的状态，燃油和燃烧不完全产物会随着活塞运动而混入至机油中，导致机油稀释的产生。为了改善当前的混合气偏浓、空燃比修正较大的状态，需要进行喷射时刻的优化。
46.因此，可设定成在空燃比修正值超过规定上限值时进行触发，判定为需要优化喷射时刻。
47.此外，为了避免规避空燃比修正值波动较大的偶发情况，也可设定成在检测到空燃比修正值超出规定上限值的次数累计达到规定次数(例如作为一个示例，设为5次)时进行触发，判定为需要优化喷射时刻。
48.以下，将空燃比修正值的规定上限值设为β，对规定上限值β的设定进行具体说明。
49.首先，在车辆的行驶过程中，记录并存储车辆行驶1万公里以内的空燃比修正值，获取其最大值和最小值，由此得到空燃比修正值的初始容许范围。规定上限值β的初始值即设为初始容许范围的上限。也即，初始时：
50.容许范围上限＝1万公里以内记录到的空燃比修正值最大值；
51.容许范围下限＝1万公里以内记录到的空燃比修正值最小值；
52.规定上限值β＝1万公里以内记录到的空燃比修正值最大值。
53.随着车辆行驶，空燃比修正值会产生整体的变大或者变小等波动，因此空燃比修正值的容许范围及规定上限值β也会进行更新。当检测到所记录的空燃比修正值的平均值波动超过容许范围的规定比例时，判定为容许范围及规定上限值β需要更新。该规定比例优选为5％～15％，更优选为10％。
54.在判定为容许范围及规定上限值β需要更新后，为了全面反映车辆的近期状态，可分别获取之后车辆行驶0.1万公里以内记录到的空燃比修正值的最大值max1、最小值min1、以及车辆行驶0.2万公里以内记录到的空燃比修正值的最大值max2、最小值min2，并按照一定的权重w1、w2来计算新的容许范围及规定上限值β。也即，更新后：
55.容许范围上限＝w1*max1 w2*max2；
56.容许范围下限＝w1*min1 w2*min2；
57.规定上限值β＝w1*max1 w2*max2。
58.在本发明的一个示例中，将权重w1、w2分别设定为0.4、0.6，当然也可根据需要将权重w1、w2设定为其他值。
59.判定单元11中，构成为当触发条件1和触发条件2中的任意一个成立时，判定为发动机需要优化喷射时刻。
60.若其中任一触发条件先成立，则另一触发条件的当前记录值清零，并且基于车辆行驶里程的判定顺延至下一个区间。例如，若在基于车辆行驶里程的判定满足之前，空燃比修正值超过规定上限值的触发条件成立并进行了喷射时刻的优化，则本次基于车辆行驶里程的判定满足时不再进行喷射时刻的优化，而延迟至下一次基于车辆行驶里程的判定。如此设置的目的是避免频繁变更喷射时刻导致发动机异常。
61.喷射时刻优化单元12在由判定单元11判定为需要优化喷射时刻时，在发动机的各指定工况下以当前的喷射时刻为原点按照规定步长调整喷射时刻，记录各喷射时刻所对应的空燃比修正系数，选取空燃比修正系数最小时所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值，生成各指定工况与喷射时刻优化值的映射并进行应用。
62.具体而言，发动机的指定工况可以由发动机转速和发动机负荷设定。所谓以当前的喷射时刻为原点按照规定步长调整喷射时刻，是指以当前的喷射时刻为原点，按照规定步长(作为一个示例，可设定为5度)提前和推迟喷射时刻。此外，为了保证采集数据的可靠性，可设定成对于每个指定工况，在每个喷射时刻，获取多个(作为一个示例，可设定为3个)空燃比修正系数gamma并求取平均值，选取平均值最小时所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值。
63.以下，参照图5所示的流程图，对车辆发动机控制装置1的整体动作进行具体说明。
64.在车辆发动机控制装置1开始动作后，进入步骤s1，由判定单元11判定喷射时刻优化的触发条件是否成立。具体而言，进入图6所示的动作流程。
65.图6中，判定单元11开始动作后，进入步骤s101，判定闭环控制标志是否开启，即判定是否处于发动机的闭环控制区域，在判定为“是”(y)的情况下，进入步骤s102。另一方面，在步骤s101判定为“否”(n)的情况下，返回本步骤s101继续进行判定，直到判定为“是”时进入步骤s102。
66.步骤s102中，判定车辆行驶里程是否为10万公里以上，在判定为“是”时，基于对该里程范围所设定的里程间隔k＝0.5万公里，在步骤s106判定当前里程是否等于诊断里程，即是否达到了该里程间隔。在判定为“否”时进入步骤s103。
67.步骤s103中，判定车辆行驶里程是否为5万公里以上，在判定为“是”时，基于对该里程范围所设定的里程间隔k＝1万公里，在步骤s106判定当前里程是否等于诊断里程，即是否达到了该里程间隔。在判定为“否”时进入步骤s104。
68.步骤s104中，判定车辆行驶里程是否为1万公里以上，在判定为“是”时，基于对该里程范围所设定的里程间隔k＝2万公里，在步骤s106判定当前里程是否等于诊断里程，即是否达到了该里程间隔。在判定为“否”时进入步骤s105。
69.步骤s105中，记录并存储车辆行驶1万公里以内的空燃比修正值，获取其最大值和最小值，生成如前所述的空燃比修正值的容许范围及规定上限值β的初始值并应用到基于空燃比修正值的判定中。
70.步骤s106中判定为当前里程等于诊断里程(y)时，判定为触发条件1成立，并执行图5中的步骤s2(步骤s107)。同时，在步骤s108中将诊断里程加上对应的里程间隔k，并返回至步骤s101的判定。另一方面，在步骤s106中判定为当前里程不等于诊断里程(n)时，也返
回至步骤s101的判定。
71.在基于空燃比修正值(a/f修正值)的判定中，在步骤s109，判定空燃比修正值的平均值波动是否超过容许范围的规定比例δ％(例如设定为10％)，在判定为“是”(y)时，需要修正容许范围及规定上限值β(步骤s110)。另一方面，在判定为“否”(n)时，进入步骤s113的处理。
72.步骤s111中，获取之后车辆行驶0.1万公里以内记录到的空燃比修正值的最大值max1、最小值min1、以及车辆行驶0.2万公里以内记录到的空燃比修正值的最大值max2、最小值min2，并按照权重0.4、0.6来计算新的容许范围及规定上限值β。在步骤s112中应用新的规定上限值β。
73.在步骤s113中，判定a/f修正值是否超过规定上限值β，在判定为“是”的情况下，将对超过规定上限值β的次数进行计数得到的计数值加1，进入步骤s115。
74.在步骤s115中，判定计数值是否大于预先设定的规定次数5，在判定为“是”的情况下，判定为触发条件2成立，并执行图5中的步骤s2(步骤s116)。同时，在步骤s117中将计数值归零，并在步骤s118中将诊断里程加上对应的里程间隔k(即在触发条件2成立时，基于车辆行驶里程的判定顺延至下一个区间)，并返回至步骤s101的判定。
75.以上，对判定单元11中的动作流程进行了说明，接下来，返回至图5的流程处理。
76.在步骤s2中，首先，指定记录数据的发动机的工况。根据发动机型号的不同，可生成不同的工况表格。在指定工况由发动机转速和发动机负荷设定的情况下，例如生成如下表1所示的工况表格。
77.表1
[0078][0079]
然后，对于每一指定工况，以当前的喷射时刻为原点按照规定步长调整喷射时刻，记录各喷射时刻所对应的空燃比修正系数gamma。具体而言，在每一指定工况下，以当前的喷射时刻为原点，以5度为步长提前和推迟喷射时刻，记录各喷射时刻下的空燃比修正系数gamma。作为记录结果的一个示例，可如下表2所示那样。
[0080]
表2
[0081][0082]
表2中，为了保证采集数据的可靠性，在每个喷射时刻获取3个空燃比修正系数gamma的值，并对3个值求取平均值，记录为gamma_ave。当然，在每个喷射时刻获取的空燃比修正系数的值的个数并不限于3个，也可以设为其他数量。
[0083]
然后，在步骤s3中，选取gamma_ave最小值所对应的喷射时刻以作为喷射时刻优化值。具体而言，对于在各指定工况下调整喷射时刻后取得的gamma_ave，选取每一指定工况下gamma_ave最小值和对应的喷射时刻，生成如下表3所示的记录结果。
[0084]
表3
[0085]
工况工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9喷射时刻喷射时刻1喷射时刻2喷射时刻3喷射时刻4喷射时刻5喷射时刻6喷射时刻7喷射时刻8喷射时刻9gamma1gamma_avemin2gamma_avemin3gamma_avemin4gamma_avemin5gamma_avemin6gamma_avemin7gamma_avemin8gamma_avemin9gamma_avemin
[0086]
在步骤s4中，生成喷射时刻map。具体而言，根据各指定工况的发动机转速和发动机负荷，填写对应的喷射时刻优化值(即记录的gamma_ave最小值所对应的喷射时刻)，生成如下表4所示的映射表格。
[0087]
表4
[0088][0089]
步骤s5中，将生成的喷射时刻映射表格进行存储，应用新的喷射时刻。
[0090]
以上说明的步骤s2～步骤s5均由喷射时刻优化单元12来执行。在图7中示出了喷射时刻优化单元12的更为详细的动作流程，按照工况1～工况121分别进行处理，生成喷射时刻map并进行应用。
[0091]
然后，图6中，在步骤s6重新进行新一轮的判定。
[0092]
由此，本实施方式的车辆发动机控制装置1中，根据车辆行驶里程以及空燃比修正
值中的至少任一项，判定发动机是否需要优化喷射时刻，在判定为发动机需要优化喷射时刻时，通过调整喷射时刻来确认空燃比修正系数最小时所对应的喷射时刻，由此不断优化喷射时刻来实现发动机的机油稀释和颗粒物排放的平衡。
[0093]
另外，车辆发动机控制装置1的各要素的功能可以由专用的硬件实现，也可以由执行储存于存储器的程序的处理器(cpu(central processing unit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、dsp(digital signal processor：数字信号处理器))来实现。在由处理器来实现的情况下，车辆发动机控制装置1的各要素的功能由软件等(软件、固件或软件和固件)的组合来实现。软件等被记载为程序，储存于存储器。存储于存储器中的程序由处理器读取并执行，从而实现各部分的功能。此处，存储器例如有ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、闪存、eprom(erasable programmable read only memory：可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electrically erasable programmable read only memory：电可擦写可编程只读存储器)等非易失性或易失性半导体存储器、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)、磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘、dvd(digital versatile disk：数字多功能光盘)及其驱动装置等所有存储介质。
[0094]
本发明进行了详细的说明，但上述实施方式仅是所有实施方式中的示例，本发明并不局限于此。本发明可以在该发明的范围内对实施方式的任意构成要素进行变形。