一种发动机热机控制方法与流程

1.本发明涉及发动机冷却系统技术领域，尤其涉及一种发动机热机控制方法。


背景技术：

2.目前市面上整车使用的冷却系统方案通常基于机械水泵和节温器，通过节温器来实现散热器大循环和旁通小循环两个支路的调节。节温器一般在水温达到80-90℃时逐渐打开大循环，使流量进入散热器进行散热。
3.发动机的热机时间若过长，往往会导致机油稀释，也会影响催化器起燃效果，导致排放恶化。由于机械水泵转速与发动机转速关联，节温器在热机阶段依旧保持小循环全开，因此通过上述二者难以实现发动机的快速热机。另外，在冬季工况下，为了确保能够迅速得到暖风，暖风芯体一般在节温器未打开散热器之前已保持流通，而在汽车热机阶段，热量通过冷却液进入暖风芯体换热后，实际上是对外换热，冷却液自身未完全加热却已开始对外供应热量，这将导致热机时间进一步延长。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于热平衡控制原理快速热机的发动机热机控制方法，其包括读取当前的水温判断整车是否处于冷启动状态，并根据判断结果分别执行快速热机控制和常规控制，其包括以下步骤：
5.步骤s1：对冷却系统进行故障检测，若检测到故障，则报警并将发动机限速限扭，若未检测到故障，则进入步骤s2；
6.步骤s2：读取当前的水温：
7.若水温低于第一热机阈值，进入发动机快速热机控制；
8.若水温不低于第一热机阈值，进行常规控制。
9.进一步地，还包括步骤s3：ems读取当前的车速和发动机转速以判断整车是否处于怠速工况：
10.若车速为零且发动机转速不为零，则表明整车处于怠速状态，根据水温的变化，提高怠速转速；
11.若车速不为零，则表明整车处于运动模式，通过更换油门踏板的响应曲线和变速器的换挡曲线，提升发动机的负荷需求。
12.进一步地，还包括步骤s4：ems调整新鲜空气与燃油之间的空燃比，加浓混合气。
13.进一步地，还包括步骤s5：ems根据最优点火正时、最迟点火正时和根据点火角推迟系数计算实际点火角，输出实际点火角。
14.进一步地，所述发动机快速热机控制方法还包括读取水温判断整车冷启动阶段是否结束，其还包括以下步骤：
15.步骤s6：ems读取当前的水温：
16.若水温不低于第一热机阈值，则表明冷启动热机过程已经结束，则停止发动机快
速热机控制，恢复常规控制。
17.6.根据权利要求1所述的发动机热机控制方法，其特征在于：所述步骤s2中的第一热机阈值为标定值。
18.进一步地，所述步骤s3中的怠速转速为与水温相关的分段线性关系，水温越高，怠速转速越低，在不同的水温区间里，其变化斜率可变。
19.进一步地，所述步骤s4中的空燃比为与水温相关的分段线性关系，水温越高，空燃比越大，在不同的水温区间里，其变化斜率可变。
20.进一步地，所述步骤s5中的最优点火正时和最迟点火正时为实验而得的标定值，点火角推迟系数为与水温相关的分段线性关系，水温越高，点火角推迟系数越小，在不同的水温区间里，其变化斜率可变。
21.进一步地，实际点火角ig_final通过点火角推迟系数sigma通过最优点火正时ig_1和最迟点火正时ig_2进行插值计算而得，即式(1)：
22.ig_final＝(ig_2-ig_1)*sigma+ig_1。
23.本发明基于热平衡控制原理，在汽车冷启动阶段，通过变更驾驶模式提升发动机负荷、加浓燃油、对喷油、点火正时的调整，以适当提高油耗的代价，为冷却系统注入更多的热量，从而大幅度缩短热机时间，不需要对传统冷却系统的设计进行改变，也不会增加系统复杂程度，具有提升暖风舒适性、提升催化器起燃、机油稀释规避等多项有益效果。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
25.图1为本发明提供的发动机快速热机控制方法的示意图。
具体实施方式
26.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
27.请参阅图1，本发明的输入信号包括水温t_clt、第一热机阈值t_warmup_threshold1、车速v_speed、发动机转速n_speed、新鲜空气q_air、燃油q_fuel、最优点火正时ig_1、最迟点火正时ig_2和点火角推迟系数sigma。本发明的输出信号包括怠速转速n_idle、油门踏板的响应曲线pedal_sport、变速器的换挡曲线trans_sport、空燃比lambda和实际点火角ig_final。另外，本发明中的常规控制指的是普通的发动机燃烧策略，喷油点火基于工况需求的空气流量，发动机按照设定好的空燃比进行工作，不会因为运动模式或者水温过低，而刻意推迟点火。
28.本发明的发动机热机控制方法包括读取当前的水温判断整车是否处于冷启动状态并根据判断结果分别执行快速热机控制和常规控制，其包括以下步骤：
29.步骤s1：ems对冷却系统进行故障检测，若检测到故障，则ems报警并将发动机限速限扭，若未检测到故障，则进入步骤s2；
30.具体地，整车上电后，发动机控制系统ems开始进行自检，自检的对象包括发动机
的部分传感器——水温传感器和空气流量计等，以及部分执行器——喷油器和火花塞等。因为上述传感器和执行器若在自检过程中报出故障，则可能导致发动机无法正常工作，后续的步骤也可能无法执行。因此若检测到故障，则由ems报出故障，并对发动机进行限扭，禁止发动机在非预期状态下达到较高功率而出现更严重的机械损伤，保护发动机。
31.步骤s2：ems读取当前的水温t_clt以判断整车是否处于冷启动阶段：
32.若水温t_clt低于第一热机阈值t_warmup_threshold1，则表明整车处于冷启动阶段，进入发动机快速热机控制；
33.若水温t_clt不低于第一热机阈值t_warmup_threshold1，则表明整车处于正常水温控制阶段，进行常规控制；
34.具体地，在步骤s1中的自检结束后，需要根据当前的水温t_clt以判断整车是否处于冷启动阶段，来决定如何执行后续的步骤。这是由于发动机在冷阶段热机时会存在各种问题，如催化器未起燃时排放较高、暖风无法供应和机油稀释等，而本发明的发动机快速热机控制方法实质上是通过牺牲短期的油耗并加大热量注入，从而缩短整个热机过程，得到长期的收益，以达到发动机快速热机的目的。因此其后续步骤仅适用于冷启动阶段热机过程中使用，在正常水温控制阶段，即常规工况下处于节能降耗考虑无需执行后续步骤。在本实施例中，第一热机阈值t_warmup_threshold1为标定值，其设定为80-90℃的范围内的值。
35.进一步地，本发明的发动机快速热机控制方法还包括在确认需要发动机快速热机控制后执行三层不同的快速热机策略，也就是执行步骤s3至步骤s5中的第一快速热机策略、第二快速热机策略和第三快速热机策略。
36.步骤s3：ems读取当前的车速v_speed和发动机转速n_speed以判断整车是否处于怠速工况：
37.若车速v_speed为零且发动机转速n_speed不为零，则表明整车处于怠速状态，根据水温t_clt的变化，提高怠速转速n_idle；
38.若车速v_speed不为零，则表明整车处于运动模式，通过更换油门踏板的响应曲线pedal_sport和变速器的换挡曲线trans_sport，提升发动机的负荷需求；
39.具体地，在本发明的发动机快速热机控制中，首先需要执行第一快速热机策略，即步骤s3来达到加大热量灌注的目的。而由于在怠速状态下和运动模式下所适用的策略有所不同，故在步骤s3中需要先判断整车是否处于怠速状态。
40.当整车处于怠速状态时，发动机的转速，即怠速转速n_idle由ems的怠速控制模块控制，怠速控制模块将怠速转速n_idle与水温t_clt设定为分段线性关系，随着水温t_clt逐渐升高，怠速转速n_idle逐渐下降，在不同的水温区间里，其变化斜率可变。在本实施例中，若水温t_clt为0℃以下的深冷状态，怠速转速n_idle设定为1400-1500r/min，若水温t_clt为0-40℃，怠速转速n_idle设定为1000-1400r/min，若水温t_clt为40-70℃，怠速转速n_idle设定为800-1000r/min，若水温t_clt高于70℃，怠速转速n_idle设定为700r/min。在其他实施例中，也可通过试验标定怠速转速n_idle，将怠速转速n_idle与水温t_clt关联为n_idle_set的2d表格，ems通过水温t_clt在表中直接查得怠速转速n_idle，对外进行输出。
41.当整车处于运动模式时，发动机工况受到变速器的机械结构影响，无法使用ems的怠速控制模块进行喷油控制。而运动模式与常规模式、经济模式相比，其油门踏板的响应曲线以及变速器的换挡曲线较为特殊。油门踏板的深度和性能为非线性关系，整车在不同模
式下时，油门踏板的深度和性能之间的曲线关系有所不同。在经济模式下，油门踏板的后半段更灵敏，前半段油门踏板的深度对性能提升小，最后一小段油门踏板的深度使性能陡然提升，也就是说，在低油耗且中低负荷的经济模式下，用户具有宽阔的控制区间，可以更精确地调节工况，不会轻易开到耗油的大负荷工况去；而在运动模式下，前一小段油门踏板的深度将释放大部分性能，后半段油门踏板的深度对性能提升小，也就是说，在运动模式下，用户轻踩踏板立刻就能获得比较高的动力，驾驶感觉会比较轻盈，加速感较强。也即，结合不同的换挡曲线，更容易提升发动机负荷，因此选择更换整车处于运动模式下的油门踏板的响应曲线pedal_sport和变速器的换挡曲线trans_sport。
42.步骤s4：ems调整新鲜空气q_air与燃油q_fuel之间的空燃比lambda，加浓混合气；
43.具体地，在执行完毕第一快速热机策略，即步骤s3后，则需要执行第二快速热机策略，即步骤s4，将燃油加浓。
44.发动机在进行工况控制时，通常会通过节气门对新鲜空气的进气量进行调节，通过理论化学计量比为其配备合适质量的燃油，进而实现空气和燃油的混合燃烧，理论上空气和燃油实现完全燃烧时的质量配比，也就是空燃比lambda为14.7:1。但在本发明的发动机快速热机控制中，为了强行加速热机，可以适当地对燃油进行加浓，这将导致有部分燃油不能实现完全燃烧，造成一定的油耗升高，但由于有更多的燃油释放热量，在短时间内有更多的热量涌入到冷却系统、润滑系统、暖风系统和催化器，对加速热机极有帮助，利大于弊。
45.因此，在步骤s4中，ems调整新鲜空气q_air与燃油q_fuel之间的空燃比lambda，空燃比lambda与水温t_clt之间为分段线性关系，随着水温t_clt的逐渐升高，空燃比lambda逐渐上升，在不同的水温区间里，其变化斜率可变。在本实施例中，若水温t_clt为0℃以下的深冷状态，空燃比lambda设定为11.8至12.5，若水温t_clt为0-40℃，空燃比lambda设定为12.5至13，若水温t_clt为40-70℃，空燃比lambda设定为13至14，若水温t_clt高于70℃，空燃比lambda设定为14.7。在其他实施例中，也可通过试验标定空燃比lambda，将空燃比lambda与水温t_clt关联为lambda_set的2d表格，通过水温t_clt查表得到空燃比，随后ems通过空燃比lambda与对应传感器给出的进气量计算得到的进气量，对喷油量进行控制。
46.步骤s5：ems根据最优点火正时ig_1、最迟点火正时ig_2和根据点火角推迟系数sigma计算实际点火角ig_final，输出实际点火角ig_final；
47.具体地，在执行完毕第二快速热机策略，即步骤s4后，则需要执行第三快速热机策略，即步骤s4，进行点火正时调节。
48.在常规的四冲程发动机的压缩冲程中，会在活塞上行至上止点，混合气体压缩到极致时进行点火。但考虑到火焰燃烧存在一定的滞后，点火后火焰不会立刻将100％的能量释放出来，因此点火角往往会有所提前，活塞在上行达到上止点前就点火，以更好地做功。通常基于活塞的上止点，点火正时的适配范围为-40
°
～15
°
左右。但在个别工况下，例如存在爆震的情况下时，为了降低缸内温度、保证气缸的可靠性，点火正时会再向后推移以降低燃烧效率和做功的剧烈程度。也就是说，将点火正时向后推移，能够降低燃烧效率，而降低燃烧效率的本质是故意让部分燃油燃烧不充分，从而改变热平衡，这也能让更多的能量流往冷却系统、润滑系统、暖风系统和催化器，帮助加速热机。
49.因此，在步骤s5中，发动机将对点火正时进行调整。首先在ems内部设定两组点火正时，一组是基于试验标定得到的、常规工况下使用的最优点火正时ig_1，第二组是基于试
验标定得到的、许用的最迟点火正时ig_2，若点火正时晚于最迟点火正时ig_2，则燃烧过迟，发动机无法保证稳定工作。在本实施例中，最优点火正时ig_1和最迟点火正时ig_2均为基于发动机转速n_speed与负荷load设定的3d表格。
50.查找设定完毕的最优点火正时ig_1和最迟点火正时ig_2后，ems继续查找点火角推迟系数sigma。点火角推迟系数sigma为0％时代表不推迟点火正时，直接使用最优点火正时ig_1，点火角推迟系数sigma为100％时则代表最大限度推迟点火正时，直接使用最迟点火正时ig_2。点火角推迟系数sigma与水温t_clt之间为分段线性关系，随着水温t_clt逐渐升高，点火角推迟系数sigma逐渐下降。在不同的水温区间里，其变化斜率可变。在本实施例中，若水温t_clt为0℃以下的深冷状态，点火角推迟系数sigma设定为70～80％，若水温t_clt为0-40℃，点火角推迟系数sigma设定为40～60％，若水温t_clt为40-70℃，点火角推迟系数sigma设定为10～40％，若水温t_clt高于70℃，点火角推迟系数sigma设定为0％。在其他实施例中，也可通过试验标定点火角推迟系数sigma，将点火角推迟系数sigma与水温t_clt关联为sigma_set的2d表格，通过水温t_clt查表得到推迟系数。
51.随后ems通过点火角推迟系数sigma、最优点火正时ig_1和最迟点火正时ig_2进行插值计算，得到实际点火角ig_final并对外输出控制。本发明中最终输出的实际点火角ig_final通过点火角推迟系数sigma通过最优点火正时ig_1和最迟点火正时ig_2进行插值计算而得，即式(1)：
52.ig_final＝(ig_2-ig_1)*sigma+ig_1。
53.进一步地，本发明的发动机快速热机控制方法还包括读取水温判断整车冷启动阶段是否结束，其包括以下步骤：
54.步骤s6：ems读取当前的水温t_clt：
55.若水温t_clt不低于第一热机阈值t_warmup_threshold1，则表明冷启动热机过程已经结束，则停止发动机快速热机控制，恢复常规控制。
56.具体地，在前述的三层快速热机策略的作用下，可有效改善快速热机情况。但前述的三层快速热机策略均以牺牲油耗为基础，故在非热机工况下不可使用，所以应在完成热机立刻停止使用，重新恢复常规控制方法。
57.综上所述，本发明基于热平衡控制原理，在汽车冷启动阶段，通过变更驾驶模式提升发动机负荷、加浓燃油、对喷油、点火正时的调整，以适当提高油耗的代价，为冷却系统注入更多的热量，从而大幅度缩短热机时间，不需要对传统冷却系统的设计进行改变，也不会增加系统复杂程度，具有提升暖风舒适性、提升催化器起燃、机油稀释规避等多项有益效果。
58.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。